WO2023175817A1 - ノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びノズルプレートの製造方法 - Google Patents

ノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びノズルプレートの製造方法 Download PDF

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WO2023175817A1
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nozzle
nozzle plate
straight
flow path
silicon substrate
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善行 小川
大士 梶田
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コニカミノルタ株式会社
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    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching

Definitions

  • the present invention relates to a nozzle plate, a droplet ejection head, a droplet ejection device, and a method for manufacturing a nozzle plate.
  • a method for manufacturing a nozzle plate of a droplet ejection head of a droplet ejection device a method is known in which a nozzle flow path is formed by performing anisotropic wet etching on a single crystal silicon substrate (for example, (See Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nozzle plate, a droplet ejection head, a droplet ejection device, and a method for manufacturing a nozzle plate that can increase the density of nozzles. be.
  • the invention according to claim 1 provides a nozzle plate including a plurality of penetrating nozzle channels for discharging droplets from a nozzle on a single crystal silicon substrate,
  • the single crystal silicon substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface, on which the nozzle is formed, which is a ⁇ 110 ⁇ plane.
  • the invention according to claim 2 is the nozzle plate according to claim 1,
  • the nozzle flow path includes a ⁇ 111 ⁇ plane.
  • the invention according to claim 3 is the nozzle plate according to claim 1 or 2
  • the nozzle flow path includes a nozzle tapered portion in which the flow path area, which is a cross-sectional area perpendicular to the droplet ejection direction, gradually narrows as it goes from the first surface to the second surface,
  • the nozzle tapered portion includes a ⁇ 111 ⁇ plane.
  • the invention according to claim 4 is the nozzle plate according to claim 3,
  • the nozzle taper portion is configured by a ⁇ 111 ⁇ plane.
  • the invention according to claim 5 is the nozzle plate according to claim 3 or 4,
  • the nozzle flow path includes a nozzle straight part on the second surface side of the nozzle tapered part,
  • the flow path area of the nozzle straight portion is less than or equal to the flow path area of the nozzle tapered portion.
  • the invention according to claim 6 is the nozzle plate according to claim 5, with a non-wet etch layer formed by masking, thermal oxidation, or heavily doped;
  • the nozzle straight part has the non-wet etching layer as an end on the first surface side.
  • the invention according to claim 7 is the nozzle plate according to claim 5 or 6,
  • the nozzle straight portion is continuous with an end portion of the nozzle tapered portion on the second surface side.
  • the invention according to claim 8 is the nozzle plate according to any one of claims 5 to 7, When viewed from the first surface side, at least a portion of the ridgeline on the first surface side among the ridgelines forming the nozzle straight portion is substantially perpendicular to the first surface among the surfaces forming the nozzle tapered portion. Almost in contact with the surface on which it is located.
  • the invention according to claim 9 is the nozzle plate according to claim 1 or 2,
  • the nozzle flow path includes a nozzle tapered portion in which a flow path area, which is a cross-sectional area perpendicular to the droplet ejection direction, gradually narrows from the first surface toward the second surface; a straight communication path part that is continuous with the first surface side of the nozzle tapered part and has a pair of opposing surfaces that are substantially parallel;
  • the nozzle tapered portion and the straight communication passage portion include a ⁇ 111 ⁇ plane.
  • the invention according to claim 10 is the nozzle plate according to claim 9,
  • the nozzle tapered portion and the straight communication passage portion are configured by a ⁇ 111 ⁇ plane.
  • the invention according to claim 11 is the nozzle plate according to claim 9 or 10,
  • the nozzle flow path includes a nozzle straight part on the second surface side of the nozzle tapered part,
  • the flow path area of the nozzle straight portion is less than or equal to the flow path area of the nozzle tapered portion.
  • the invention according to claim 12 is the nozzle plate according to claim 11, with a non-wet etch layer formed by masking, thermal oxidation, or heavily doped;
  • the nozzle straight part has the non-wet etching layer as an end on the first surface side.
  • the invention according to claim 13 is the nozzle plate according to claim 11 or 12,
  • the nozzle straight portion is continuous with an end portion of the nozzle tapered portion on the second surface side.
  • the invention according to claim 14 is the nozzle plate according to any one of claims 11 to 13, When viewed from the first surface side, at least a portion of the ridgeline on the first surface side among the ridgelines forming the nozzle straight section is substantially perpendicular to the first surface among the surfaces forming the straight communication passage section. It is approximately in contact with the surface located at .
  • the invention according to claim 15 is the nozzle plate according to any one of claims 5 to 8 and claims 11 to 14, When viewed from the first surface side, an intersection line when two tapered surfaces forming the nozzle tapered portion are virtually extended, a surface forming the nozzle straight portion, and a tapered surface forming the nozzle tapered portion.
  • the absolute value of the difference in distance between the two points or lines furthest apart in the direction parallel to the first surface or the second surface in the ⁇ 100> direction is within 0.5 ⁇ m. be.
  • the invention according to claim 16 is a droplet ejection head,
  • the nozzle plate according to any one of claims 1 to 15 is provided.
  • the invention according to claim 17 is a droplet ejection device, comprising: A droplet ejection head according to claim 16 is provided.
  • the invention according to claim 18 is a method for manufacturing a nozzle plate of a droplet ejection head, comprising: a first step of forming a surface mask layer on a first surface of a single crystal silicon substrate whose surface crystal orientation is ⁇ 110 ⁇ plane; a second step of forming an opening pattern in the surface mask layer to become an opening of a nozzle flow path; and a third step of performing anisotropic wet etching on the single crystal silicon substrate under the opening pattern from the surface.
  • the invention according to claim 19 is a method for manufacturing a nozzle plate according to claim 18, comprising: In the third step, a nozzle taper portion is formed in which a flow path area, which is a cross-sectional area perpendicular to the droplet ejection direction, gradually narrows from the first surface toward a second surface opposite to the first surface. Form.
  • the invention according to claim 20 is a method for manufacturing a nozzle plate according to claim 19,
  • the first step includes forming a back mask layer on the second surface of the single crystal silicon substrate, a fourth step of forming a nozzle pattern to become a nozzle on the back mask layer;
  • a fifth step of forming a nozzle straight portion by penetrating the single crystal silicon substrate under the nozzle pattern from the surface by dry etching is performed after the third step.
  • the invention according to claim 21 is a method for manufacturing a nozzle plate of a droplet ejection head, comprising: A first step of forming a front mask layer on a first surface of a single crystal silicon substrate whose surface crystal orientation is ⁇ 110 ⁇ plane, and a back mask layer on a second surface opposite to the first surface; a second step of forming a nozzle pattern to become a nozzle on the back mask layer; A third step of forming a deep hole that will become a nozzle straight part by performing deep drilling halfway through the single crystal silicon substrate under the nozzle pattern from the back side by dry etching; a fourth step of forming a nozzle mask layer on the side wall of the deep hole; a fifth step of deeply processing the single crystal silicon substrate under the deep hole by dry etching from the back side; a sixth step of forming an opening pattern to become an opening in the surface mask layer; a seventh step of performing deep etching on the single crystal silicon substrate in the opening pattern from the surface by dry etching; an eighth step of performing
  • the invention according to claim 22 is a method for manufacturing a nozzle plate according to claim 21, comprising: When the first surface is the (1 1 0) plane, the width in the [-1 1 1] direction and the width in the [1 -1 -1] direction of the nozzle pattern formed in the second step are It is wider than the width in the [-1 1 1] direction and the width in the [1 -1 -1] direction of the opening pattern formed in the process.
  • nozzle plate droplet ejection head, droplet ejection device, and nozzle plate manufacturing method according to the present invention, it is possible to achieve both high nozzle density and suitable ejection characteristics.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a droplet ejection device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view of a droplet ejection head according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of a nozzle plate showing a nozzle flow path according to the present embodiment.
  • FIG. 3B is a side sectional view of the nozzle plate taken along line IIIB-IIIB in FIG. 3A.
  • FIG. 3 is a perspective cross-sectional view of a nozzle plate showing a nozzle flow path according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged plan view of a nozzle plate showing a nozzle flow path according to another embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a nozzle plate showing main steps of the nozzle plate manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a nozzle plate showing main steps of a method for manufacturing a nozzle plate according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a nozzle plate showing main steps of a method for manufacturing a nozzle plate according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a nozzle plate showing main steps of a method for manufacturing a nozzle plate according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a nozzle plate showing the relationship between deep holes formed in the eighth step of the nozzle plate manufacturing method according to the third embodiment.
  • an inkjet recording apparatus 1 including an inkjet head 10 that is a droplet ejection head
  • the transport direction of the recording medium PD in the inkjet recording apparatus 1 is referred to as the front-back direction
  • the direction perpendicular to the transport direction on the transport surface of the recording medium PD is referred to as the left-right direction.
  • the direction perpendicular to this direction (the ink ejection direction) will be described as the up-down direction.
  • the inkjet head 10 will also be explained in terms of the direction in which it is attached to the inkjet recording apparatus 1.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an inkjet recording apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the inkjet recording apparatus 1 transports a recording medium PD such as paper in the front-rear direction through a plurality of units U by a transport section T including, for example, a transport belt T1 and a transport roller T2.
  • a plurality of inkjet heads 10 are arranged in each unit U, and ink of each color is ejected from each inkjet head 10 to print an image on the recording medium PD.
  • FIG. 2 is a schematic side sectional view of one inkjet head 10 viewed from the side.
  • the inkjet head 10 includes a head chip 11, a common ink chamber 12, a support substrate 13, a wiring member 14, a drive section 15, and the like. Note that FIG. 2 shows a cross section of the inkjet head 10 on a plane including four nozzles N.
  • the head chip 11 is configured to eject ink from a nozzle N, and is formed by laminating a plurality of (four in FIG. 2) plate-shaped substrates.
  • the lowermost plate in the head chip 11 is a nozzle plate 110.
  • a piezoelectric plate 120, a diaphragm 130, a spacer substrate 140, and a wiring board 150 are adhered and laminated in order upward on the adhesive surface (first surface) Ba (see FIG. 3B) of the nozzle plate 110.
  • the nozzle plate 110 is provided with a plurality of nozzle channels 111 having a structure according to the present invention, and the exposed surface of the nozzle plate 110 from the nozzle N which is the opening of the nozzle channel 111, Ink can be ejected substantially perpendicularly to the ejection surface (second surface) Bb (see FIG. 3B), which is the surface facing the adhesive surface Ba.
  • the piezoelectric plate 120, the diaphragm 130, the spacer board 140, and the wiring board 150 are provided with an ink flow path that communicates with the nozzle N, and is open on the exposed side (upper side) of the wiring board 150. has been done.
  • a common ink chamber 12 is provided on the exposed surface of the wiring board 150 so as to cover all the openings.
  • the ink stored in the ink chamber forming member (not shown) of the common ink chamber 12 is supplied to each nozzle N from the opening of the wiring board 150 via the ink flow path. Then, the pressure chamber provided to penetrate the piezoelectric plate 120 is deformed together with the diaphragm 130 due to the displacement (deformation) of the piezoelectric element in the storage section adjacent to the pressure chamber, thereby imparting a pressure change to the ink. . As a result, ink is ejected downward from the nozzle N as droplets.
  • the openings of the ink channels on the bonding surfaces of each plate have shapes similar to each other, and more preferably, that they have the same shape.
  • the nozzle plate 110 is not limited to a configuration in which it is bonded to the piezoelectric plate 120. That is, another plate may be provided between the nozzle plate 110 and the piezoelectric plate 120. Further, the method of joining the nozzle plate 110 and other plates may be adhesive or bonding, and is not limited.
  • FIG. 3A is an enlarged plan view showing one nozzle channel 111 when the nozzle plate 110 is viewed from the adhesive surface Ba side.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing one nozzle flow path 111 taken along line IIIB-IIIB in FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a perspective cross-sectional view showing one nozzle flow path 111.
  • the nozzle plate 110 is formed by providing a single crystal silicon substrate B with a plurality of nozzle channels 111 each having a nozzle N as shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the single-crystal silicon substrate B is a plate-like member made of single-crystal silicon (Si) with a thickness of, for example, about 50 ⁇ m to 725 ⁇ m, and the crystal orientation of the front and back surfaces of the substrate is the ⁇ 110 ⁇ plane.
  • Si single-crystal silicon
  • the nozzle flow path 111 is a through hole penetrating the single crystal silicon substrate B from the adhesive surface Ba, which is the first surface, to the discharge surface Bb, which is the second surface.
  • a nozzle N for example, a nozzle N, a nozzle straight section 1111, a nozzle tapered section 1112, and a straight communication passage section 1113 are provided from the discharge surface Bb toward the adhesive surface Ba. .
  • the nozzle N is a cylindrical hole whose cross section in the left-right direction is circular or polygonal.
  • the nozzles N are arranged in a matrix on the ejection surface Bb side of the single crystal silicon substrate B, and the adhesive surface Ba side communicates with the nozzle straight portion 1111.
  • the diameter of the opening can be about 10 ⁇ m to 45 ⁇ m.
  • the nozzle straight portion 1111 communicates with the nozzle tapered portion 1112 and is formed perpendicular to the ejection surface Bb of the single-crystal silicon substrate B.
  • the flow path area of the nozzle straight portion 1111 which is the cross-sectional area with respect to the ink ejection direction, is formed to be equal to or less than the flow path area of the end of the nozzle tapered portion 1112 on the ejection surface Bb side.
  • the non-wet etching layer may be used as the end of the nozzle straight portion 1111 on the adhesive surface Ba side.
  • the non-wet etching layer can be formed by, for example, performing masking, thermal oxidation processing, or high concentration doping on the single crystal silicon substrate B, and in the manufacturing process of the nozzle plate 110 described later, anisotropic wet etching is performed. Progress can be suppressed. Therefore, by providing a non-wet etching layer on the single crystal silicon substrate B, the length of the nozzle straight portion 1111 in the ejection direction can be defined in advance. Therefore, it can be said that the nozzle straight part 1111 having the non-wet etching layer as the end on the adhesive surface Ba side is a highly accurate nozzle straight part 1111.
  • an SOI Silicon On Insulator
  • an oxide film is provided inside a silicon wafer and a thin silicon layer is formed thereon may be used.
  • FIGS. 3B and 3C illustrate a configuration in which the nozzle straight part 1111 is formed continuously with the end of the nozzle tapered part 1112 on the ejection surface Bb side
  • the present invention is not limited to this.
  • the nozzle straight part 1111 and the nozzle tapered part 1112 are not continuous and there is a surface (terrace plane) that is substantially perpendicular to the surface forming the nozzle straight part 1111 at the connection part between the two, the nozzle The ink ejected from the N may entrain air bubbles that have accumulated on the terrace plane, resulting in an ejection failure. Therefore, the nozzle straight portion 1111 is preferably formed so as to be continuous with the end of the nozzle tapered portion 1112 on the ejection surface Bb side.
  • the entire surface of the end of the nozzle tapered part 1112 on the ejection surface Bb side is approximately the same as the end of the nozzle straight part 1111 on the adhesive surface Ba side. If they are not continuous, a straight line (terrace ridge line) perpendicular to the nozzle straight part 1111 will be created where the nozzle tapered parts 1112 and 1112 intersect, and there is a risk that air bubbles will stay on the terrace ridge line. . Therefore, it is more preferable that the nozzle straight part 1111 be formed so as to be continuous with the entire surface of the end of the nozzle tapered part 1112 on the ejection surface Bb side.
  • the nozzle taper part 1112 is composed of two planes whose crystal planes are ⁇ 111 ⁇ planes ((-1 -1 -1) plane and (-1 -1 1) plane), and extends from the bonding surface Ba toward the ejection surface Bb. It has a taper of a substantially constant angle such that the flow path area gradually becomes narrower as the flow path area increases.
  • the absolute value of the difference between the distances ⁇ and ⁇ from the farthest point or line in the 0 0 -1] direction is within 0.5 ⁇ m.
  • the straight communication passage portion 1113 has four ⁇ 111 ⁇ crystal planes ((-1 1 1) plane, (1 -1 -1) plane, (1 -1 -1) plane, (-1 1- 1), and is provided from the end of the nozzle tapered portion 1112 on the adhesive surface Ba side to the adhesive surface Ba.
  • the straight communicating path portion 1113 has two pairs of opposing surfaces that are substantially parallel, and among the sides where the surfaces forming the straight communicating path portion 1113 intersect with the adhesive surface Ba, one pair of opposing surfaces is approximately parallel to each other.
  • the length of the side of the surface may be longer than the side of the other surface, and the side where the adhesive surface Ba and the surface forming the straight communication path portion 1113 intersect may be formed into an elongated substantially parallelogram shape. can.
  • the shape of the opening on the adhesive surface Ba of the nozzle flow path 111 is approximately parallelogram-like, that is, elongated, the density of the nozzles N in the nozzle plate 110 can be increased more than when the shape is square. can.
  • the adhesive surface in a top view from the adhesive surface Ba side, at least a part of the ridge lines on the adhesive surface Ba side, among the ridge lines forming the nozzle straight section 1111, constitute the straight communication passage section 1113. It is preferable that the adhesive surface be provided so as to be substantially in contact with a surface located substantially perpendicular to the bonding surface Ba. With such a nozzle flow path 111, the eccentricity is within a very small range, resulting in excellent injection stability.
  • FIGS. 3A to 3C illustrate a case in which the two surfaces forming the nozzle tapered portion 1112 and the four surfaces forming the straight communication passage portion 1113 are all ⁇ 111 ⁇ planes
  • the present invention is not limited to this. I can't do it. That is, in the manufacturing process described later, the nozzle flow path 111 may be formed to include the ⁇ 111 ⁇ plane and planes in other orientations by stopping the anisotropic wet etching midway through.
  • FIGS. 3A to 3C illustrate the nozzle flow path 111 including the nozzle straight portion 1111, the nozzle tapered portion 1112, and the straight communication path portion 1113, these are not essential configurations.
  • the nozzle flow path 111 may be at least a through hole provided with the nozzle N.
  • the nozzle plate 110 that is attached to the inkjet head 10 and ejects ink is illustrated above, the liquid ejected from the nozzle plate 110 is not limited to ink.
  • the nozzle plate 110 includes a single crystal silicon substrate B with a plurality of penetrating nozzle channels 111 for discharging droplets, and the single crystal silicon substrate B has an adhesive surface Ba.
  • the ejection surface Bb which is the surface facing the adhesive surface Ba and on which the nozzle N is formed, is a ⁇ 110 ⁇ surface.
  • the cross-sectional shape of the nozzle flow path 111 on the adhesive surface Ba side can be made into a substantially parallelogram shape, that is, an elongated shape. Therefore, the density of the nozzles N can be increased in the nozzle plate 110 compared to the case where the cross-sectional shape is square.
  • the nozzle flow path 111 includes a surface consisting of a ⁇ 111 ⁇ plane. According to the configuration, the nozzle flow path 111 has a stable shape.
  • the nozzle flow path 111 includes a nozzle tapered portion 1112 whose flow path area, which is a cross-sectional area perpendicular to the droplet ejection direction, gradually narrows as it goes from the adhesive surface Ba toward the ejection surface Bb. According to this configuration, even when the ink meniscus retreats deep into the nozzle flow path 111 due to high-speed driving, the meniscus shape and ink ejection can be stabilized.
  • the nozzle flow path 111 includes a nozzle straight portion 1111 that is provided on the discharge surface Bb side of the nozzle tapered portion 1112 and has a flow path area that is equal to or less than the flow path area of the nozzle taper portion 1112. According to this configuration, the resistance during droplet ejection increases, vibration of the meniscus can be suppressed, the meniscus shape can be made more stable, and injection stability can be improved.
  • the nozzle plate 110 may include a non-wet etching layer formed by masking, thermal oxidation, or high concentration doping, and the nozzle straight portion 1111 may have the non-wet etching layer at the end on the adhesive surface Ba side. can. According to this configuration, since the formation location of the nozzle straight portion 1111 is defined by the non-wet etching layer, the accuracy of the nozzle straight portion 1111 is high.
  • the nozzle straight portion 1111 can be provided continuously with the end portion of the nozzle tapered portion 1112 on the second surface side. According to this configuration, since the nozzle flow path 111 has no terrace plane, it is possible to prevent the ink ejected from the nozzle N from entraining air bubbles stagnant on the terrace plane and causing ejection failure.
  • the nozzle flow path 111 has less eccentricity in the front-rear direction in FIG. 4 .
  • the method for manufacturing a nozzle plate according to the first embodiment is a method for manufacturing the nozzle plate 110 of the droplet ejection head 10, and includes steps A-1 to A-3 shown in FIG. 5, and includes at least a nozzle N.
  • This is a method for manufacturing a nozzle plate 110 in which a flow path 111 is formed.
  • step A-1 First, as step A-1 (first step), the bonding surface (first surface: (1 1 0) plane) Ba of the single crystal silicon substrate B whose surface crystal orientation is the ⁇ 110 ⁇ plane and the ejection surface ( Second surface: (-1 -1 0) surface)
  • a front mask layer 112 and a back mask layer 113 are each uniformly formed on Bb. Note that hereinafter, unless a distinction is made between the front mask layer 112 and the back mask layer 113, they will be collectively referred to as "mask layers.”
  • ⁇ Mask layer> As the material for forming the mask layer, for example, oxides such as SiO 2 (silicon oxide), metal plating made of Al (aluminum), Cr (chromium), etc., resins, etc. can be used.
  • the material is not particularly limited as long as it can stop the progress of etching during wet etching and is not removed by etching.
  • the thickness (length in the vertical direction) of the mask layer is not particularly limited, but it is preferably 0.1 to 50 ⁇ m, particularly preferably 0.5 to 20 ⁇ m. This is because when the thickness is 0.5 ⁇ m or more, the etching stop effect is enhanced, and when the thickness is 20 ⁇ m or less, the mask layer can be easily formed. However, when the mask layer is formed by the above-mentioned thermal oxidation method, the thickness is preferably 1 to 5 ⁇ m.
  • the mask layer may have a single layer structure as shown in FIG. 5, or may have a multilayer structure.
  • step A-2 (second step), an opening pattern 114 that will become the opening of the nozzle channel 111 is formed in the front mask layer 112. Specifically, first, a resist pattern is formed on the surface mask layer 112 using a well-known photolithography technique.
  • a positive photoresist or a negative photoresist can be used to form the resist pattern.
  • Known materials can be used as the positive photoresist and the negative photoresist.
  • ZPN-1150-90 manufactured by Zeon Corporation can be used as the negative photoresist.
  • OFPR-800LB and OEBR-CAP112PM manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used.
  • the resist layer is formed by applying it to a predetermined thickness using a spin coater or the like. Thereafter, a prebaking process is performed at 110° C. for 90 seconds.
  • HMDS treatment may be performed before resist coating.
  • the HMDS treatment uses an organic material called hexamethyldisilazane, such as OAP (hexamethyldisilazane, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Similar to resist coating, it may be applied using a spin coater, or it can be expected to be effective in improving adhesion by exposing it to hexamethyldisilazane vapor.
  • the resist layer is exposed to light using an aligner or the like using a predetermined mask.
  • the light intensity is about 50 mJ/cm 2 .
  • the resist pattern is formed on the surface mask layer 112 by immersing it in a developer (for example, NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. for 60 seconds to 90 seconds) and removing the exposed areas of the resist layer. Form.
  • the opening pattern 114 is formed by dry etching (DE1) the surface mask layer 112 using the resist pattern as a mask. After forming the opening pattern 114, the resist pattern is removed.
  • Dry etching is performed using a dry etching device such as an RIE (Reactive Ion Etching) device or an ICP (Inductively Coupled Plasma)-RIE etching device, which is a dry etching device that uses an inductively coupled method as a discharge type. be able to. Furthermore, CHF 3 (trifluoromethane), CF 4 (tetrafluoromethane), or the like can be used as the process gas.
  • an opening pattern is etched using RIE-100C, a dry etching apparatus manufactured by Samco Co., Ltd., under the conditions of CHF 3 gas flow rate of 80 sccm, pressure of 3 Pa, and RF power of 90 W for a predetermined time. 114 can be formed.
  • the shape of the opening pattern 114 is not particularly limited. However, if anisotropic wet etching (WE) is performed to the end in step A-3, which will be described later, the four planes ((-1 -1 -1) plane, (-1 - The opening formed by the sides where the (1 1) plane, (-1 1 1) plane, (1 -1 -1) plane) intersect with the adhesive surface Ba ((1 1 0) plane) is the circumference of the opening pattern 114. It has a substantially parallelogram shape. Therefore, from the viewpoint of improving the quality and production efficiency of the nozzle plate 110, it is preferable that the shape of the opening pattern 114 is also a substantially parallelogram shape that follows these surface orientations.
  • the resist pattern can be removed by, for example, a wet process using acetone or an acid solution, or a dry process using oxygen plasma.
  • step A-3 third step
  • anisotropic wet etching WE is performed on the opening pattern 114 from at least the adhesive surface Ba side of the single crystal silicon substrate B, so that the nozzle taper portion 1112 A nozzle flow path 111 is formed.
  • anisotropic wet etching an alkaline aqueous solution such as KOH (potassium hydroxide), TMAH (tetramethylammonium hydroxide), or EDP (ethylenediamine pyrocatechol) is used.
  • KOH potassium hydroxide
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • EDP ethylenediamine pyrocatechol
  • ⁇ Effect of the invention ⁇ According to the method for manufacturing the nozzle plate 110 according to the first embodiment of the present invention as described above, it is possible to form the nozzle flow path 111 including the nozzle taper portion 1112 having a very stable shape made of the ⁇ 111 ⁇ plane. I can do it.
  • the etching rate of the plane formed when anisotropic wet etching is performed from the surface to the end is more extreme than that of other planes. Since the etching process is slow, the ⁇ 111 ⁇ plane is subject to a so-called "etching stop". Therefore, in controlling the conditions of anisotropic wet etching, which is generally prone to production variations, production can be controlled with enough margin to absorb the production variations.
  • the bonding surface Ba can have an elongated substantially parallelogram shape, that is, an elongated shape. Therefore, in the nozzle plate 110, the nozzles N can be densely arranged.
  • step A-1 mask layers are formed on both sides of the single-crystal silicon substrate B, but the present invention is not limited thereto. Specifically, for example, when performing anisotropic wet etching by immersing the single crystal silicon substrate B in an etching solution, it is necessary to form the back mask layer 113 on the ejection surface Bb. However, when performing anisotropic wet etching only on the adhesive surface Ba, the back mask layer 113 may not be provided.
  • the back mask layer 113 is formed on the ejection surface Bb, it is of course necessary to remove at least the back mask layer 113 covering the nozzle N after the step A-3. It is optional whether the surface mask layer 112 or the surface mask layer 112 is removed. Note that if the mask layer is made of SiO 2 , for example, it can be removed using hydrofluoric acid.
  • the nozzle tapered portion 1112 is formed by anisotropic wet etching (WE) in step A-3
  • the present invention is not limited thereto.
  • the single crystal silicon substrate B under the opening pattern 114 is dry-etched (DE2) to form a straight communication path portion 1113, and the A-3a step (the As step 3), after controlling the time so that the anisotropic wet etching (WE) is stopped halfway, the nozzle pattern 115 that becomes the nozzle N is formed by dry etching (DE1) on the ejection surface Bb.
  • the nozzle channel 111 may be formed by dry etching (DE2) the single crystal silicon substrate B under the nozzle pattern 115 to provide a through hole.
  • the dry etching (DE2) can be performed using an ICP-RIE etching apparatus that employs an inductively coupled plasma discharge method.
  • a deep hole is formed by dry etching (DE2) using a Si deep excavation device, etc., and an anisotropic wet etching is performed on the deep hole in the A-3 process.
  • WE etching
  • Step A-1 and Step A-2 a method for manufacturing the nozzle plate 110 according to the second embodiment will be explained based on FIG. 7.
  • steps A-3b to A-5 are performed after the step A-2 in the method for manufacturing the nozzle plate 110 according to the first embodiment. Therefore, detailed description of Step A-1 and Step A-2 will be omitted.
  • A-4 process After forming a deep hole by performing anisotropic wet etching (WE) in step A-3b (third step), a nozzle to become nozzle N is formed in the back mask layer 113 in step A-4 (fourth step). A pattern 115 is formed.
  • WE anisotropic wet etching
  • the etching stop is applied to the ⁇ 111 ⁇ plane where all the surfaces forming the nozzle taper part 1112 are formed by anisotropic wet etching (WE).
  • Anisotropic wet etching (WE) is performed until Further, the method for forming the nozzle pattern 115 in the A-4 process is the same as the method for forming the opening pattern 114 in the A-2 process.
  • step A-5 dry etching (DE2) is performed on the nozzle pattern 115 provided in step A-4.
  • step A-5 dry etching (DE2) is performed on the nozzle pattern 115 provided in step A-4.
  • step A-5 dry etching (DE2) is performed on the nozzle pattern 115 provided in step A-4.
  • the nozzle channel 111 including the nozzle straight part 1111 and the nozzle tapered part 1112 is formed by communicating the hole that will become the nozzle straight part 1111 with the nozzle taper part 1112 provided in step A-3b.
  • the nozzle flow includes the nozzle straight part 1111 and the nozzle tapered part 1112 having a very stable shape made of ⁇ 111 ⁇ plane.
  • a channel 111 can be formed.
  • the single crystal silicon substrate B may be subjected to masking, thermal oxidation processing, high concentration doping, etc., or SOI may be used as the single crystal silicon substrate B to form the single crystal silicon substrate B having a non-wet etching layer.
  • the etching may be stopped in the A-3b process. In this way, the height of the nozzle straight portion 1111 formed in step A-5 is uniquely determined, so that the nozzle straight portion 1111 can be formed with higher precision.
  • the single crystal silicon substrate B having a non-wet etching layer is used as the nozzle plate 110
  • deep drilling is performed by dry etching (DE2), and then the A-4 process and the A-5 process are performed.
  • anisotropic wet etching WE may be performed from both sides of the adhesive surface Ba and the ejection surface Bb as a step A-3b.
  • FIG. 8 a method for manufacturing a nozzle plate according to a third embodiment of the present invention and a nozzle plate manufactured thereby will be explained based on FIG. 8.
  • the method for manufacturing the nozzle plate 110 according to the third embodiment includes steps B-1 to B-8 shown in FIG.
  • steps B-1 to B-8 shown in FIG.
  • detailed description of the content that overlaps with the manufacturing process of the nozzle plate according to the first embodiment and the second embodiment will be omitted.
  • step B-1 First, in step B-1 (first step), the bonding surface Ba ((1 1 0) plane) and the ejection surface Bb ((-1 - A front mask layer 112 and a back mask layer 113 are each uniformly formed on the 10) surface. Then, in step B-2 (second step), a nozzle pattern 115 that becomes the nozzle N is formed on the back mask layer 113.
  • step B-3 (third step), the single crystal silicon substrate B under the nozzle pattern 115 is dry-etched (DE2) by the planned length of the nozzle straight portion 1111. form.
  • step B-4 (fourth step), a nozzle mask layer 116 is formed along the inner surface of the nozzle straight portion 1111.
  • the material and forming method of the nozzle mask layer 116 are the same as the material and forming method of the mask layer in step A-1.
  • the nozzle mask layer 116 formed at the bottom of the nozzle straight part 1111 is removed.
  • the nozzle mask layer 116 at the bottom of the nozzle straight section 1111 can be removed by dry etching using an RIE device or the like. Layer 116 is more difficult to remove by dry etching than the bottom. Therefore, the nozzle mask layer 116 at the bottom is etched first, leaving the nozzle mask layer 116 at the side surfaces.
  • dry etching conditions in the B-4 step may be set to low pressure or high bias to make it more difficult for the nozzle mask layer 116 on the side surfaces to be etched.
  • step B-5 (fifth step), the nozzle straight portion 1111 is further etched deeply by dry etching (DE2).
  • step B-6 (B-6 process, B-7 process)
  • step B-6 (sixth step)
  • an opening pattern 114 that will become the opening of the nozzle channel 111 is formed in the front mask layer 112.
  • step B-7 (seventh step)
  • the single crystal silicon substrate B under the opening pattern 114 is dry-etched (DE2) to provide a hole that will become the straight communication path portion 1113.
  • the left side T-(H+(L/2)tan
  • the nozzle mask layer 116 formed in the nozzle flow path 111 prevents the progress of etching during anisotropic wet etching (WE). In order to suppress this, a nozzle straight portion 1111 having a desired length can be formed in the nozzle flow path 111.
  • etching proceeds from both the end of the nozzle straight portion 1111 on the adhesive surface Ba side and the end of the hole provided in the B-7 step on the ejection surface Bb side.
  • the depth H of the hole formed in step B-7 satisfy the above relational expression, the two tapered surfaces of the nozzle tapered part 1112 that are finally formed are always the same as those of the nozzle straight part 1111. It is formed continuously from the adhesive surface Ba side. Therefore, it is possible to manufacture the nozzle straight part 1111 and the nozzle tapered part 1112 without misalignment, and the nozzle flow path 111 has less eccentricity, maintains the symmetry of the ink flow, and has a stable injection angle. be able to.
  • an etching stop is applied at the ⁇ 111 ⁇ plane that circumscribes the hole made in step B-7 and the ridgeline on the adhesive surface Ba side of the nozzle straight part 1111. Therefore, no positional deviation or step difference occurs between the nozzle tapered portion 1112 and the straight communication passage portion 1113, and a stable nozzle flow path 111 can be achieved.
  • the surface forming the nozzle tapered part 1112 formed in step B-8 will be formed continuously from the end of the surface forming the nozzle straight part 1111 on the adhesive surface Ba side. become what is done. Therefore, the depth H of the hole formed in the B-7 process can be set to be slightly negative from the final desired depth of the straight communication passage 1113, reducing manufacturing errors caused by this process. can be done. As a result, a nozzle plate 110 with stable injection characteristics can be manufactured.
  • the nozzle pattern 115 formed in the B-2 process has a width in the [-1 1 1] direction and the [1 -1 1] direction that is [-1 1 1 ] direction and [1 -1 -1] direction.
  • the four surfaces constituting the straight communication path section 1113 are circumscribed by the outermost diameter of the opening pattern 114 or the nozzle pattern 115.
  • at least a part of the ridgeline on the adhesive surface Ba side of the surface forming the nozzle straight section 1111 is located on the (-1 1 1) and (1 -1 -1) surfaces of the surfaces forming the straight communication passage section 1113. Since it comes into approximate contact with the surface, the nozzle flow path 111 can have less eccentricity also in the [-1 1 1] direction and the [1 1 -1] direction.
  • the steps B-6 and B-7 for forming the hole that will become the straight communication path section 1113 from the adhesive surface Ba are replaced by the steps B-3 to B-5 for forming the nozzle straight section 1111 from the discharge surface Bb.
  • the hole that becomes the straight communication passage section 1113 may be provided before the nozzle straight section 1111.
  • step B-8 the adhesive surface Ba of the single crystal silicon substrate B is removed by etching, grinding, or polishing, so that the thickness of the nozzle plate 110 and the depth of the straight communication passage portion 1113 are adjusted to the desired thickness.
  • the dimensions may be adjusted accordingly.
  • a step of removing the mask layer including the nozzle mask layer 116 may be performed.
  • At least one protective film may be formed in order to use the nozzle plate 110 for a long period of time.
  • a step of forming a protective film covering at least a portion of the surface including the inside of the nozzle flow path 111 is performed after the final step of each embodiment.
  • the protective film may be made of a material that does not dissolve upon contact with the 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.
  • a metal oxide film tantalum pentoxide, hafnium oxide, niobium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, etc.
  • a metal oxide film containing silicon such as a metal oxide film (tantalum pentoxide, hafnium oxide, niobium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, etc.) or a metal oxide film containing silicon.
  • a metal oxide film tantalum pentoxide, hafnium oxide, niobium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, etc.
  • a metal oxide film containing silicon such as a metal oxide film (tantalum pentoxide, hafnium oxide, niobium oxide, titanium oxide, zi
  • Example creation A nozzle plate 110 having 1280 nozzle channels 111 formed according to the following Examples and Comparative Examples was manufactured. Then, the inkjet head 10 is formed by joining each nozzle plate 110 to a piezoelectric plate 120 whose cross-sectional shape in the left-right direction of the ink flow path is the same as the cross-sectional shape in the left-right direction on the adhesive surface Ba of the nozzle plate 110. Then, the inkjet head 10 was mounted on the inkjet recording apparatus 1.
  • a nozzle channel 111 was formed through steps A-1 to A-3 below.
  • Step A-1 A 1 ⁇ m thick surface mask layer 112 and A back mask layer 113 was formed.
  • A-2 process A positive photoresist is applied on the surface mask layer 112 with a base size of 130 ⁇ m x height of 50 ⁇ m, and the angles of each side are (-1 1 1) plane, (1 -1 -1) plane, (1 A nearly parallelogram pattern was formed that matched the angle between the -1 1) plane and the (-1 1 -1) plane.
  • an opening pattern 114 was formed by dry etching (DE1) using an RIE apparatus. Note that CHF 3 gas was used as the etching gas.
  • Step A-3 A nozzle tapered portion 1112 consisting of a ⁇ 111 ⁇ plane was formed by immersing it in a 40 wt % KOH solution at 80° C. for 35 minutes and performing anisotropic wet etching (WE). Note that after the step A-3, the mask layer was removed using hydrofluoric acid.
  • a nozzle channel 111 was formed by the following steps A-1 to A-5.
  • Step A-1 A 1 ⁇ m thick surface mask layer 112 and A back mask layer 113 was formed.
  • A-2 process A positive photoresist is applied on the surface mask layer 112 with a base size of 130 ⁇ m x height of 50 ⁇ m, and the angles of each side are (-1 1 1) plane, (1 -1 -1) plane, (1 A nearly parallelogram pattern was formed that matched the angle between the -1 1) plane and the (-1 1 -1) plane.
  • an opening pattern 114 was formed by dry etching (DE1) using an RIE apparatus.
  • Step A-3 Anisotropic wet etching (WE) was performed for 35 minutes under the same conditions as in Example 1 to form a nozzle tapered portion 1112 consisting of a ⁇ 111 ⁇ plane.
  • Step A-4 Using an RIE apparatus, the pattern formed on the back mask layer 113 was dry etched (DE1) to form a perfectly circular nozzle pattern 115 with a diameter of 30 ⁇ m. Note that CHF 3 gas was used as the etching gas.
  • A-5 process Dry etching (DE2) is performed on the single-crystal silicon substrate B under the nozzle pattern 115 using the Bosch process using a Si deep excavation device to communicate with the nozzle taper part 1112 provided in the A-3 process. , a nozzle straight portion 1111 having a depth of 40.6 ⁇ m was formed. Note that SF 6 and C 4 F 8 gases were used as etching gases. Further, after the step A-5, the mask layer was removed using hydrofluoric acid.
  • a nozzle channel 111 was formed by the following steps A-1 to A-5.
  • A-1 process A non-wet etching layer with a thickness of 10 ⁇ m is formed by thermal oxidation on the ejection surface Bb of the single crystal silicon substrate B whose surface crystal orientation is (1 1 0) plane and (-1 -1 0).
  • a SiO 2 film was formed with a total thickness of 50 ⁇ m.
  • a surface mask layer 112 with a thickness of 1 ⁇ m was formed on the adhesive surface Ba by a thermal oxidation method.
  • a back mask layer 113 was formed on the non-wet etching layer using a positive photoresist on the ejection surface Bb.
  • A-2 process A positive photoresist is applied on the surface mask layer 112 with a base size of 130 ⁇ m x height of 50 ⁇ m, and the angles of each side are (-1 1 1) plane, (1 -1 -1) plane, (1 A nearly parallelogram pattern was formed that matched the angle between the -1 1) plane and the (-1 1 -1) plane. Then, an opening pattern 114 was formed by dry etching (DE1) using an RIE apparatus. Step A-3: Anisotropic wet etching (WE) was performed for 35 minutes under the same conditions as in Example 1 to form a nozzle tapered portion 1112 consisting of a ⁇ 111 ⁇ plane.
  • WE Anisotropic wet etching
  • Step A-4 Using an RIE apparatus, the pattern formed on the back mask layer 113 was dry etched (DE1) to form a perfectly circular nozzle pattern 115 with a diameter of 30 ⁇ m.
  • Step A-5 A nozzle straight portion 1111 with a depth of 10 ⁇ m was formed by dry etching (DE2) using an RIE apparatus.
  • a nozzle channel 111 was formed by the following steps A-1 to A-5.
  • A-1 process A non-wet etching layer with a thickness of 10 ⁇ m is formed by thermal oxidation on the ejection surface Bb of the single crystal silicon substrate B whose surface crystal orientation is (1 1 0) plane and (-1 -1 0).
  • a SiO 2 film was formed with a total thickness of 50 ⁇ m.
  • a surface mask layer 112 with a thickness of 1 ⁇ m was formed on the adhesive surface Ba by a thermal oxidation method.
  • a back mask layer 113 was formed on the non-wet etching layer using a positive photoresist on the ejection surface Bb.
  • Step A-2 A positive photoresist is used to form a nozzle pattern 115 on the surface mask layer 112 with a base width of 130 ⁇ m and a height of 15 ⁇ m, which is narrower than the diameter ⁇ 30 ⁇ m of the nozzle pattern 115 to be opened in the subsequent step A-4, and the angle of each side is formed a substantially parallelogram pattern that matched the angles between the (-1 1 1) plane, (1 -1 -1) plane, (1 -1 1) plane, and (-1 1 -1) plane. Thereafter, steps A-4 and A-5 were performed to form through holes.
  • A-3 process By performing anisotropic wet etching (WE) for 35 minutes on the through hole provided in A-2 process, the ridge line on the adhesive surface Ba side of the nozzle straight part 1111 forms a nozzle with a ⁇ 111 ⁇ plane.
  • a nozzle flow path 111 was formed that was substantially in contact with the end of the two tapered surfaces of the tapered portion 1112 on the discharge surface Bb side and the two surfaces perpendicular to the bonding surface Ba of the nozzle tapered portion 1112 consisting of ⁇ 111 ⁇ planes.
  • Example 5 Single-crystal silicon substrate B was SOI. Further, after the single crystal silicon substrate B was deeply dug in step A-5, a SiO 2 layer (Box layer) was dug using an RIE apparatus to form a through hole. Other conditions are the same as in Example 2.
  • a nozzle channel 111 was formed through steps A-1 to A-3 below.
  • A-1 step A 1 ⁇ m thick surface mask layer 112 and A back mask layer 113 was formed.
  • A-3 process After performing anisotropic wet etching (WE) for 35 minutes on the hole provided after the A-2 process, the mask layer is removed using hydrofluoric acid, and a nozzle is formed with a straight communication passage part 1113 and a nozzle tapered part 1112. A flow path 111 was formed.
  • WE anisotropic wet etching
  • a nozzle channel 111 was formed by the following steps B-1 to B-8.
  • Step B-1 A 3 ⁇ m thick front mask layer 112 and a back mask layer 113 were formed on a 200 ⁇ m thick single crystal silicon substrate B with a ⁇ 110 ⁇ surface crystal orientation by thermal oxidation.
  • Step B-2 Using an RIE apparatus, the pattern formed on the back mask layer 113 was dry etched (DE1) to form a perfectly circular nozzle pattern 115 with a diameter of 30 ⁇ m. Note that CHF 3 was used as the etching gas.
  • Step B-3 Using a Si deep excavation device, the single crystal silicon substrate B under the nozzle pattern 115 was dry etched (DE2) by the Bosch process to form a nozzle straight portion 1111 with a depth of 40.6 ⁇ m. Note that SF 6 and C 4 F 8 gases were used as etching gases.
  • Step B-4 After forming a mask layer with a thickness of 1 ⁇ m on the nozzle straight portion 1111 by thermal oxidation, only the bottom mask layer was removed using an RIE device to form the nozzle mask layer 116.
  • a positive photoresist is used to form a pattern of 130 ⁇ m x 50 ⁇ m on the surface mask layer 112, and the angles of each side are (-1 1 1) plane, (1 -1 -1) plane, (1 -1 1) A substantially parallelogram pattern was formed that matched the angle between the ) plane and the (-1 1 -1) plane.
  • dry etching was performed using an RIE apparatus to form an opening pattern 114. Note that after dry etching (DE1), the photoresist was removed by immersion in acetone.
  • a hole with a depth of 100 ⁇ m is formed by dry etching (DE2) the single crystal silicon substrate B under the opening pattern 114 using a Si deep excavation device, and the deep hole prepared in the B-5 process is I communicated with him.
  • the thickness (T) of the single crystal silicon substrate B 200 ⁇ m
  • the diameter (D) of the nozzle straight portion 1111 30 ⁇ m
  • the depth (h) of the nozzle straight portion 1111 40.6 ⁇ m
  • the opening pattern 114 ⁇ 110 ⁇ direction width (L) 149.45 ⁇ m
  • depth of hole formed in step B-7 (H) 100 ⁇ m
  • T-(H+(L/2)tan ⁇ ) ⁇ 47.17 From h-(D/2)tan ⁇ 29.99, T-(H+(L/2)tan ⁇ ) ⁇ h-(D/2)tan ⁇ is satisfied.
  • step B-1 a thick SiO 2 film with a thickness of 10 ⁇ m was formed as a non-wet etching layer on the ejection surface Bb by a thermal oxidation method, and then a back mask layer 113 was formed.
  • Other conditions are the same as in Example 7.
  • Example 9 The nozzle pattern 115 provided in step B-2 was formed into an elliptical shape with a major axis of 60.3 ⁇ m and a minor axis of 14.9 ⁇ m. Other conditions are the same as in Example 8.
  • Example 10 SOI was used as the single crystal silicon substrate B. Other conditions are the same as in Example 7.
  • Anisotropic wet etching was performed on a single-crystal silicon substrate B having a ⁇ 100 ⁇ surface crystal orientation and a thickness of 200 ⁇ m.
  • the nozzle flow path 111 was formed to have a square shape.
  • Anisotropic wet etching (WE) was performed on a single crystal silicon substrate B having a surface crystal orientation of ⁇ 100 ⁇ plane and a thickness of 200 ⁇ m, and the horizontal cross-sectional shape of the bonding surface Ba was a square of 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m.
  • the nozzle flow path 111 was formed to have a shape.
  • Tests 1 and 2 below were conducted using an inkjet recording apparatus 1 equipped with an inkjet head 10 equipped with the nozzle plate 110 of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 2 above.
  • Test 1-2 The results of Test 1-2 are shown in Table I.
  • meniscus stability is improved by not providing terrace planes and terrace ridges in the nozzle flow path 111, or by making them extremely small. It can be seen that the nozzle plate 110 has a high height and is less likely to have injection defects.
  • the present invention can be applied to a nozzle plate, a droplet ejection head, a droplet ejection device, and a nozzle plate manufacturing method that can achieve both high nozzle density and suitable ejection characteristics.

Abstract

単結晶シリコン基板Ｂの第１面Ｂａに、液滴を吐出するためのノズルＮが形成されたノズル流路１１１を複数備えるノズルプレート１１０において、単結晶シリコン基板Ｂは、第１面Ｂａと第１面Ｂａに対向する第２面Ｂｂが｛１１０｝面である。そのため、第１面Ｂａ側におけるノズル流路１１１の開口部が略平行四辺形状とすることができ、ノズル密度を高めることができる。

Description

ノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びノズルプレートの製造方法
　本発明は、ノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びノズルプレートの製造方法に関する。
　従来、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッドのノズルプレートの製造方法として、単結晶シリコン基板に対して異方性ウェットエッチングを行うことでノズル流路を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第５５１９２６３号
　ところで、表面の結晶方位が｛１００｝面である単結晶シリコン基板に対して異方性ウェットエッチングを行う場合、腐食作用が一定方向に進むため、液滴吐出面と対向する面の開口部が正方形状となるようなノズル流路しか形成することができない。そのため、単結晶シリコン基板にノズル流路を複数並べて配置する場合、開口部が正方形状のノズル流路は、開口部が長孔形状となるようなノズル流路と比べてノズル流路の数が少なくなってしまう。
　本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズルを高密度化させることができるノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びノズルプレートの製造方法を提供することである。
　上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、単結晶シリコン基板に、ノズルから液滴を吐出するための貫通したノズル流路を複数備えるノズルプレートであって、
　前記単結晶シリコン基板は、第１面と前記第１面に対向する面であって、前記ノズルが形成されている面である第２面が｛１１０｝面である。
　請求項２に記載の発明は、請求項１記載のノズルプレートであって、
　前記ノズル流路は、｛１１１｝面からなる面を含む。
　請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載のノズルプレートであって、
　前記ノズル流路は、前記第１面から前記第２面に向かうにつれて、液滴の吐出方向に対して直交する断面積である流路面積が漸次狭くなるノズルテーパー部を備え、
　前記ノズルテーパー部は、｛１１１｝面を含む。
　請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のノズルプレートであって、
　前記ノズルテーパー部は、｛１１１｝面により構成されている。
　請求項５に記載の発明は、請求項３又は４記載のノズルプレートであって、
　前記ノズル流路は、前記ノズルテーパー部の前記第２面側にノズルストレート部を備え、
　前記ノズルストレート部の流路面積は、前記ノズルテーパー部の流路面積以下である。
　請求項６に記載の発明は、請求項５記載のノズルプレートであって、
　マスキング、熱酸化、あるいは高濃度ドープによって形成される非ウェットエッチング層を備え、
　前記ノズルストレート部は、前記非ウェットエッチング層を前記第１面側の端部とする。
　請求項７に記載の発明は、請求項５又は６記載のノズルプレートであって、
　前記ノズルストレート部は、前記ノズルテーパー部の前記第２面側の端部と連続している。
　請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれか一項に記載のノズルプレートであって、
　前記第１面側から見て、前記ノズルストレート部を構成する稜線のうち前記第１面側の稜線の少なくとも一部が、前記ノズルテーパー部を構成する面のうち前記第１面と略垂直に位置する面と略接する。
　請求項９に記載の発明は、請求項１又は２記載のノズルプレートであって、
　前記ノズル流路は、前記第１面から前記第２面に向かうにつれて、液滴の吐出方向に対して直交する断面積である流路面積が漸次狭くなるノズルテーパー部と、
　前記ノズルテーパー部の前記第１面側に連続し、対向する１組の面が略平行であるストレート連通路部と、を備え、
　前記ノズルテーパー部及びストレート連通路部は、｛１１１｝面を含む。
　請求項１０に記載の発明は、請求項９記載のノズルプレートであって、
　前記ノズルテーパー部及び前記ストレート連通路部は、｛１１１｝面により構成されている。
　請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０記載のノズルプレートであって、
　前記ノズル流路は、前記ノズルテーパー部の前記第２面側にノズルストレート部を備え、
　前記ノズルストレート部の流路面積は、前記ノズルテーパー部の流路面積以下である。
　請求項１２に記載の発明は、請求項１１記載のノズルプレートであって、
　マスキング、熱酸化、あるいは高濃度ドープによって形成される非ウェットエッチング層を備え、
　前記ノズルストレート部は、前記非ウェットエッチング層を前記第１面側の端部とする。
　請求項１３に記載の発明は、請求項１１又は１２記載のノズルプレートであって、
　前記ノズルストレート部は、前記ノズルテーパー部の前記第２面側の端部と連続している。
　請求項１４に記載の発明は、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のノズルプレートであって、
　前記第１面側から見て、前記ノズルストレート部を構成する稜線のうち前記第１面側の稜線の少なくとも一部が、前記ストレート連通路部を構成する面のうち前記第１面と略垂直に位置する面と略接する。
　請求項１５に記載の発明は、請求項５から８と請求項１１から１４のいずれか一項に記載のノズルプレートであって、
　前記第１面側から見て、前記ノズルテーパー部を構成する２つのテーパー面を仮想的に延長した時の交線と、前記ノズルストレート部を構成する面と前記ノズルテーパー部を構成するテーパー面とが交わる稜線において、＜１００＞方向のうちの前記第１面あるいは前記第２面と平行な方向に最も離れた２つの点或いは線と、の距離の差の絶対値が０．５μｍ以内である。
　請求項１６に記載の発明は、液滴吐出ヘッドであって、
　請求項１から１５のいずれか一項に記載のノズルプレートを備える。
　請求項１７に記載の発明は、液滴吐出装置であって、
　請求項１６に記載の液滴吐出ヘッドを備える。
　請求項１８に記載の発明は、液滴吐出ヘッドのノズルプレートの製造方法であって、
　表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板の第１面に表面マスク層を形成する第１工程と、
　前記表面マスク層に、ノズル流路の開口部となる開口パターンを形成する第２工程と、
　前記開口パターン下にある単結晶シリコン基板を、表面から異方性ウェットエッチングする第３工程と、を備える。
　請求項１９に記載の発明は、請求項１８記載のノズルプレートの製造方法であって、
　前記第３工程において、前記第１面から前記第１面と対向する第２面に向かうにつれて、液滴の吐出方向に対して直交する断面積である流路面積が漸次狭くなるノズルテーパー部を形成する。
　請求項２０に記載の発明は、請求項１９記載のノズルプレートの製造方法であって、
　前記第１工程は、単結晶シリコン基板の前記第２面に裏面マスク層を形成する工程を備え、
　前記裏面マスク層に、ノズルとなるノズルパターンを形成する第４工程と、
　前記ノズルパターン下の単結晶シリコン基板を、表面からドライエッチングにより貫通加工することでノズルストレート部を形成する第５工程と、を前記第３工程の後に行う。
　請求項２１に記載の発明は、液滴吐出ヘッドのノズルプレートの製造方法であって、
　表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板の第１面に表面マスク層を、前記第１面と対向する第２面に裏面マスク層をそれぞれ形成する第１工程と、
　前記裏面マスク層に、ノズルとなるノズルパターンを形成する第２工程と、
　前記ノズルパターン下にある単結晶シリコン基板を、裏面からドライエッチングにより途中まで深掘り加工を行うことでノズルストレート部となる深穴を形成する第３工程と、
　前記深穴の側壁にノズルマスク層を形成する第４工程と、
　前記深穴下にある単結晶シリコン基板を、裏面からドライエッチングにより深掘り加工する第５工程と、
　前記表面マスク層に、開口部となる開口パターンを形成する第６工程と、
　前記開口パターンにある単結晶シリコン基板を、表面からドライエッチングにより深掘り加工を行う第７工程と、
　前記単結晶シリコン基板を、表面及び裏面から異方性ウェットエッチングにより貫通加工を行ってノズルストレート部、ノズルテーパー部及びストレート連通路部を備えるノズル流路を形成する第８工程と、を備え、
　前記単結晶シリコン基板の厚さをＴ、前記ノズルストレート部の直径をＤ、前記ノズルストレート部の深さをｈ、前記開口部の＜１１０＞方向の幅をＬ、前記単結晶シリコン基板の前記第１面及び前記第２面と、前記ノズルテーパー部を構成する２面のテーパー面の｛１１１｝面とが成す角度をθ（θ＝Ａｃоｓ（２／√６）≒３５．２６°）とした場合、前記第７工程において形成する前記深穴の深さＨは、下記の（１）を満たす。
　（１）Ｔ－（Ｈ＋（Ｌ／２）ｔａｎθ）≧ｈ－（Ｄ／２）ｔａｎθ
　請求項２２に記載の発明は、請求項２１記載のノズルプレートの製造方法であって、
　前記第１面を(1 1 0)面とした時に、前記第２工程において形成するノズルパターンの[-1 1 1]方向の幅及び[1 -1 -1]方向の幅は、前記第６工程において形成する開口パターンの[-1 1 1]方向の幅及び[1 -1 -1]方向の幅よりも広い。
　本発明に係るノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びノズルプレートの製造方法によれば、ノズルの高密度化と好適な射出特性を両立させることができる。
本実施形態に係る液滴吐出装置の概略斜視図である。 本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略側断面図である。 本実施形態に係るノズル流路を示すノズルプレートの拡大平面図である。 図３ＡのIIIB-IIIB線によるノズルプレートの側断面図である。 本実施形態に係るノズル流路を示すノズルプレートの斜視断面図である。 他の実施形態に係るノズル流路を示すノズルプレートの拡大平面図である。 第１実施形態に係るノズルプレートの製造方法の主要ステップを示すノズルプレートの断面図である。 第１実施形態の変形例に係るノズルプレートの製造方法の主要ステップを示すノズルプレートの断面図である。 第２実施形態に係るノズルプレートの製造方法の主要ステップを示すノズルプレートの断面図である。 第３実施形態に係るノズルプレートの製造方法の主要ステップを示すノズルプレートの断面図である。 第３実施形態に係るノズルプレートの製造方法の第８工程において形成する深穴の関係性を示すノズルプレートの断面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。また、以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　また、結晶面や方向を記述するMiller指数については、一般的に以下の取り決めがあり、本明細書でもそれに準拠する。
　　(h k l)：特定の面
　　{h k l}：等価な面
　　[h k l]：特定の方向
　　<h k l>：等価な方向
　また、特に断らない限りは、明細書の中の実施例においては、
　　ウェハ面の接着側の面：(1 1 0)面
　　ウェハ面の吐出側の面：(-1 -1 0)面
　とし、
　　ノズルテーパー部を構成する面4面のうちテーパー面2面：(-1 -1 1)面および(-1 -1 -1)面
　　ノズルテーパー部を構成する面4面のうち垂直面およびストレート連通路部を構成する側面4面のうち長い辺を持つ対向する2面：(-1 1 1)面および(1 -1 -1)面
　　ストレート連通路部を構成する側面4面のうち短い辺を持つ対向する2面：(1 -1 1)面および(-1 1 -1)面
　として記載する。ただし、当然のことながら、記載の内容と等価な面・方向であれば、この記載に限らない。
〔インクジェット記録装置〕
　初めに、本実施形態に係る液滴吐出装置として、液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０を備えるインクジェット記録装置１の構成例を開示する。
　以下の説明では、各図に示すように、インクジェット記録装置１における記録媒体ＰＤの搬送方向を前後方向、記録媒体ＰＤの搬送面において当該搬送方向に直行する方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に垂直な方向（インクの射出方向）を上下方向として説明する。また、インクジェットヘッド１０についても、インクジェット記録装置１に装着された状態を基準とした方向で説明する。
　また、特に断らない限りは、上記ウェハの面方位を踏襲し、
　　上：[1 1 0]方向
　　下：[-1 -1 0] 方向
　　左：[-1 1 1] 方向
　　右：[1 -1 -1] 方向
　　前：[1 -1 2] 方向
　　後：[-1 1 -2] 方向
　として記載する。ただし当然のことながら、記載の内容と等価な面・方向であれば、この記載に限らない。
　図１は本実施形態に係るインクジェット記録装置１を示す概略斜視図である。インクジェット記録装置１は、紙などの記録媒体ＰＤを、例えば搬送ベルトＴ１及び搬送ローラＴ２を備える搬送部Ｔにより、複数のユニットＵを通過して前後方向に搬送する。各ユニットＵには、複数のインクジェットヘッド１０が配置されており、それぞれのインクジェットヘッド１０から各色のインクが吐出されて記録媒体ＰＤに印画を行う。
［インクジェットヘッド］
　図２は、１つのインクジェットヘッド１０を側面側から見た概略側断面図である。インクジェットヘッド１０は、ヘッドチップ１１と、共通インク室１２と、支持基板１３と、配線部材１４と、駆動部１５等から構成されている。なお、図２は、４つのノズルＮを含む面でのインクジェットヘッド１０の断面を示している。
［ヘッドチップ］
　ヘッドチップ１１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２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１１における最下方のプレートが、ノズルプレート１１０である。
　ノズルプレート１１０の接着面（第１面）Ｂａ（図３Ｂ参照）には、上方に向けて順番に、例えば圧電体プレート１２０、振動板１３０、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。
　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流路１１１が設けられている、そして、当該ノズル流路１１１の開口部であるノズルＮからノズルプレート１１０の露出面であって、接着面Ｂａと対向する面である吐出面（第２面）Ｂｂ（図３Ｂ参照）に対して略垂直にインクが吐出可能とされる。
　圧電体プレート１２０、振動板１３０、スペーサー基板１４０及び配線基板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（上方向側）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１２が設けられている。
　共通インク室１２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の開口部からインク流路を介して各ノズルＮへ供給される。そして、圧電体プレート１２０を貫通するように設けられた圧力室が、当該圧力室と隣接する格納部内の圧電素子の変位（変形）によって、振動板１３０と共に変形してインクに圧力変化を付与する。結果、ノズルＮからインクが液滴として下方向に吐出される。
　なお、ヘッドチップ１１としては、各プレートの接着面におけるインク流路の開口部が、互いに類似した形状であるのが好ましく、同一の形状であるのがなお好ましい。
　また、ノズルプレート１１０は、圧電体プレート１２０と接着する構成に限られない。すなわち、ノズルプレート１１０と圧電体プレート１２０との間に他のプレートを設けるようにしても構わない。また、ノズルプレート１１０と他のプレートを合わせる方法は接着でも接合でもよく、限定されるものではない。
［ノズルプレート］
　図３Ａは、ノズルプレート１１０を接着面Ｂａ側から見た、１つのノズル流路１１１を示す拡大平面図である。また、図３Ｂは、図３ＡのIIIB-IIIB線による、１つのノズル流路１１１を示す断面図である。また、図３Ｃは、１つのノズル流路１１１を示す斜視断面図である。
　ノズルプレート１１０は、単結晶シリコン基板Ｂに図３Ａから図３Ｃに示すようなノズルＮを備えるノズル流路１１１が複数設けられてなる。
（単結晶シリコン基板）
　単結晶シリコン基板Ｂは、厚さが例えば５０μｍ～７２５μｍ程度の単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる板状部材であり、基板表裏面の結晶方位が｛１１０｝面である。
　ノズルプレート１１０の基材として単結晶シリコン基板Ｂを用いることで、製造工程において高精度にノズルＮ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Ｎを形成することができる。
（ノズル流路）
　ノズル流路１１１は、単結晶シリコン基板Ｂの第１面である接着面Ｂａから第２面である吐出面Ｂｂにかけて貫通した貫通孔である。特に、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、吐出面Ｂｂから接着面Ｂａに向けて、例えば、ノズルＮと、ノズルストレート部１１１１と、ノズルテーパー部１１１２と、ストレート連通路部１１１３と、を備える。
＜ノズル＞
　ノズルＮは、左右方向の断面の形状が円形又は多角形である筒状の孔である。ノズルＮは、単結晶シリコン基板Ｂの吐出面Ｂｂ側にマトリクス状に配置され、接着面Ｂａ側がノズルストレート部１１１１に連通している。
　なお、例えばノズルＮの吐出方向に垂直な方向の断面形状が正円形である場合、開口部の直径は１０μｍ～４５μｍ程度とすることができる。
＜ノズルストレート部＞
　ノズルストレート部１１１１は、図３Ｂに示すように、ノズルテーパー部１１１２と連通し、単結晶シリコン基板Ｂの吐出面Ｂｂに対して垂直になるように形成されている。
　ノズルストレート部１１１１の、インクの吐出方向に対する断面積である流路面積は、ノズルテーパー部１１１２の吐出面Ｂｂ側の端部の流路面積以下となるように形成されている。このようにすることで、ノズルＮからインクを射出する際にかかる抵抗が大きくなり、メニスカスの振動が抑制され、メニスカス形状をより安定させることができる。
　なお、単結晶シリコン基板Ｂが非ウェットエッチング層を備える場合は、当該非ウェットエッチング層をノズルストレート部１１１１の接着面Ｂａ側の端部としてもよい。
　非ウェットエッチング層は、単結晶シリコン基板Ｂに例えばマスキング、熱酸化加工、あるいは高濃度ドープ等を行うことで形成することができ、後述するノズルプレート１１０の製造工程において、異方性ウェットエッチングの進行を抑制することができる。そのため、単結晶シリコン基板Ｂに非ウェットエッチング層を設けておくことで、ノズルストレート部１１１１の吐出方向の長さを予め規定しておくことができる。したがって、非ウェットエッチング層を接着面Ｂａ側の端部とするノズルストレート部１１１１は、精度の高いノズルストレート部１１１１であると言える。
　なお、非ウェットエッチング層を備える単結晶シリコン基板Ｂとしては、シリコンウェハの内部に酸化膜を設けて、その上に薄いシリコン層を形成したＳＯＩ（Silicon　On　Insulator）を用いても構わない。
　また、図３Ｂ及び図３Ｃにおいては、ノズルストレート部１１１１がノズルテーパー部１１１２の吐出面Ｂｂ側の端部と連続して形成される構成を例示しているが、これに限られない。ただし、ノズルストレート部１１１１とノズルテーパー部１１１２が連続せず、両者の接続部に、ノズルストレート部１１１１を構成する面に対して略垂直な面（テラス平面）が存在している場合は、ノズルＮから吐出されるインクが、当該テラス平面に滞留した気泡を巻き込んでしまい、射出欠が発生する恐れがある。そのため、ノズルストレート部１１１１は、ノズルテーパー部１１１２の吐出面Ｂｂ側の端部と連続するように形成されているのが好ましい。
　また、ノズルストレート部１１１１とノズルテーパー部１１１２が連続する場合であっても、ノズルテーパー部１１１２の吐出面Ｂｂ側の端部の全面が、ノズルストレート部１１１１の接着面Ｂａ側の端部と略連続していない場合は、ノズルテーパー部１１１２、１１１２同士が交わる箇所に、ノズルストレート部１１１１に対して垂直な直線（テラス稜線）部分が生まれ、当該テラス稜線に気泡が滞留してしまう恐れがある。そのため、ノズルストレート部１１１１は、ノズルテーパー部１１１２の吐出面Ｂｂ側の端部の全面と連続するように形成されているのが、なお好ましい。
＜ノズルテーパー部＞
　ノズルテーパー部１１１２は、結晶面が｛１１１｝面の２つの面((-1 -1 -1)面および(-1 -1 1)面)で構成され、接着面Ｂａから吐出面Ｂｂに向かうにつれて流路面積が漸次狭くなるような略一定の角度のテーパーを有する。ノズル流路１１１にノズルテーパー部１１１２を設けることで、高速駆動によりインクのメニスカスがノズル流路１１１の奥まで後退した際にも、メニスカス形状及びインク射出を安定させることができる。
　なお、図３Ｂに示すように、２面のノズルテーパー部１１１２、１１１２を構成する面を仮想的に延長させた際の仮想的な交線Ｐと、ノズルＮの外径と２面のノズルテーパー部１１１２、１１１２とが交わる稜線の＜１１０＞方向のうちの接着面Ｂａあるいは吐出面Ｂｂと平行な方向（接着面Ｂａを(1 1 0)面としたときの[0 0 1]方向および[0 0 -1]方向）に最も遠い点又は線との距離αとβの差の絶対値は、０．５μｍ以内となるように形成されており、ノズルストレート部１１１１とノズルテーパー部１１１２において偏芯が少なくなっているのが好ましい。
＜ストレート連通路部＞
　ストレート連通路部１１１３は、結晶面が｛１１１｝面の４つの面（(-1 1 1)面、(1 -1 -1)面、(1 -1 -1)面、(-1 1- 1)面）で構成され、ノズルテーパー部１１１２の接着面Ｂａ側の端部から接着面Ｂａまで設けられる。
　図３Ａに示すように、ストレート連通路部１１１３は、対向する２組の面が略平行であり、ストレート連通路部１１１３を構成する面が接着面Ｂａと交わる辺のうち、対向する１組の面の辺の長さが他の面の辺よりも長くなるように構成されて、接着面Ｂａとストレート連通路部１１１３を構成する面が交わる辺は細長形状の略平行四辺形状とすることができる。
　このように、ノズル流路１１１の接着面Ｂａにおける開口部の形状が略平行四辺形状、すなわち細長形状であると、正方形状である場合よりも、ノズルプレート１１０におけるノズルＮの密度を高めることができる。
　また、図４に示すように、接着面Ｂａ側から見た上面視において、ノズルストレート部１１１１を構成する稜線のうち、接着面Ｂａ側の稜線の少なくとも一部が、ストレート連通路部１１１３を構成する面のうち、接着面Ｂａと略垂直に位置する面と略接するように設けられているのが好ましい。
　このようなノズル流路１１１であると、偏芯が非常に小さい範囲に収まるため、射出安定性に優れる。
　なお、図３Ａから図３Ｃにおいてはノズルテーパー部１１１２を構成する２つの面及びストレート連通路部１１１３を構成する４つの面のいずれもが｛１１１｝面からなる場合を例示したが、これに限られない。すなわち、後述する製造工程において、異方性ウェットエッチングを途中で止めることで｛１１１｝面と他の方位の面を含むようなノズル流路１１１としても構わない。
　また、図３Ａから図３Ｃにおいてはノズルストレート部１１１１、ノズルテーパー部１１１２及びストレート連通路部１１１３を備えるノズル流路１１１を例示したが、これらは必須の構成ではない。ノズル流路１１１としては、少なくとも、ノズルＮを備える貫通孔であればよい。
　また、上記においてはインクジェットヘッド１０に取り付けられ、インクを吐出するノズルプレート１１０を例示したが、当該ノズルプレート１１０から吐出する液体はインクに限られない。
〔発明の効果〕
　以上に示すように、本実施形態に係るノズルプレート１１０は、単結晶シリコン基板Ｂに、液滴を吐出するための貫通したノズル流路１１１を複数備え、単結晶シリコン基板Ｂは、接着面Ｂａと接着面Ｂａに対向する面であって、ノズルＮが形成されている面である吐出面Ｂｂが｛１１０｝面である。
　当該構成によれば、ノズル流路１１１の接着面Ｂａ側における断面の形状が略平行四辺形状、すなわち、細長状とすることができる。そのため、断面形状が正方形状である場合に比べて、ノズルプレート１１０においてノズルＮを高密度化することができる。
　また、ノズル流路１１１は、｛１１１｝面からなる面を含む。
　当該構成によれば、ノズル流路１１１が安定した形状となる。
　また、ノズル流路１１１は、接着面Ｂａから吐出面Ｂｂに向かうにつれて、液滴の吐出方向に対して直交する断面積である流路面積が漸次狭くなるノズルテーパー部１１１２を備える。
　当該構成によれば、高速駆動によりインクのメニスカスがノズル流路１１１の奥まで後退した際にも、メニスカス形状及びインク射出を安定させることができる。
　また、ノズル流路１１１は、ノズルテーパー部１１１２の吐出面Ｂｂ側に設けられ、流路面積がノズルテーパー部１１１２の流路面積以下であるノズルストレート部１１１１を備える。
　当該構成によれば、液滴吐出の際の抵抗が大きくなり、メニスカスの振動を抑制させてメニスカス形状をより安定させることができ、射出安定性を向上させることができる。
　また、ノズルプレート１１０は、マスキング、熱酸化法、あるいは高濃度ドープによって形成される非ウェットエッチング層を備え、ノズルストレート部１１１１は、非ウェットエッチング層を接着面Ｂａ側の端部とすることができる。
　当該構成によれば、ノズルストレート部１１１１の形成箇所が非ウェットエッチング層によって規定されるため、ノズルストレート部１１１１の精度が高い。
　また、ノズルストレート部１１１１は、ノズルテーパー部１１１２の第２面側の端部と連続して設けることができる。
　当該構成によれば、テラス平面が存在しないノズル流路１１１となるため、ノズルＮから吐出されるインクがテラス平面に滞留した気泡を巻き込み、射出欠が発生してしまうのを防ぐことができる。
　また、接着面Ｂａ側から見た上面視において、ノズルストレート部１１１１を構成する稜線のうち、接着面Ｂａ側の稜線の少なくとも一部が、ノズルテーパー部１１１２あるいはストレート連通路部１１１３を構成する面のうち接着面Ｂａと略垂直に位置する面（接着面Ｂａを(1 1 0)面としたときの、(-1 1 1)面および(1 -1 -1)面）と略接する。
　当該構成によれば、図４における前後方向の偏芯が少ないノズル流路１１１となる。
〔ノズルプレートの製造方法〕
［第１実施形態］
　次いで、上記したようなノズルプレート１１０の第１実施形態に係る製造方法について、図５を元に説明する。
　第１実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、液滴吐出ヘッド１０のノズルプレート１１０の製造方法であり、図５に示すＡ－１工程からＡ－３工程を含み、少なくともノズルＮを備えるノズル流路１１１が形成されたノズルプレート１１０の製造方法である。
（Ａ－１工程）
　初めに、Ａ－１工程（第１工程）として、表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板Ｂの接着面（第１面：(1 1 0)面）Ｂａ及び吐出面（第２面：(-1 -1 0)面）Ｂｂに、表面マスク層１１２と裏面マスク層１１３をそれぞれ一様に形成する。
　なお、以下においては表面マスク層１１２と裏面マスク層１１３との間で特に区別を設けない場合、これらを「マスク層」と総称する。
＜マスク層＞
　マスク層を形成する材料としては、例えば、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）等の酸化物や、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）等による金属メッキあるいは樹脂等を用いることができるが、後述する異方性ウェットエッチングの際にエッチングの進行をストップさせることができ、エッチングによって除去されないものであれば特には限定されない。
　また、マスク層の厚さ（上下方向の長さ）についても特には限定されないが、０．１～５０μｍであるのが好ましく、特に好ましくは０．５～２０μｍである。０．５μｍ以上であることでエッチングストップ効果が高まり、２０μｍ以下であることで、マスク層の形成が容易になるからである。
　ただし、上述した熱酸化法によってマスク層を形成する場合は、１～５μｍとするのが好ましい。
　また、マスク層は、図５に示すような単層構成であってもよく、多層構成であってもよい。
（Ａ－２工程）
　次に、Ａ－２工程（第２工程）として、表面マスク層１１２に、ノズル流路１１１の開口部となる開口パターン１１４を形成する。
　具体的には、初めに周知のフォトリソグラフィ技法により表面マスク層１１２の上にレジストパターンを形成する。
＜レジストパターン＞
　レジストパターンの形成には、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。
　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℃で９０秒等の条件でプリベーク処理を行う。
　密着性向上のため、レジスト塗布の前に、ＨＭＤＳ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、ＯＡＰ（ヘキサメチルジシラザン、東京応化工業株式会社製）などが使用できる。レジスト塗布と同様に、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。
　レジスト層の形成後、所定のマスクを使用し、アライナー等でレジスト層を露光する。例えば、コンタクトアライナーの場合、約５０ｍＪ／ｃｍ２の光量で行う。その後、現像液（例えば、東京応化工業株式会社製　NMD-3に６０秒～９０秒）に浸漬し、上記レジスト層の感光部を除去することにより、表面マスク層１１２の上に、レジストパターンを形成する。
　レジストパターンの形成後、当該レジストパターンをマスクとして表面マスク層１１２をドライエッチング（ＤＥ１）することにより開口パターン１１４を形成する。開口パターン１１４の形成後、レジストパターンは除去する。
＜ドライエッチング＞
　ドライエッチング（ＤＥ１）としては、ＲＩＥ（Reactive　Ion　Etching）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、ＣＨＦ３（トリフルオロメタン）やＣＦ４（四フッ化メタン）等を用いることができる。
　一例としては、サムコ株式会社製のドライエッチング装置であるRIE-100Cを用い、ＣＨＦ３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、開口パターン１１４を形成することができる。
　なお、開口パターン１１４の形状は特には限定されない。ただし、後述するＡ－３工程にて異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を最後まで行った場合、ノズルテーパー部１１１２を構成する４つの面（(-1 -1 -1)面、(-1 -1 1)面、(-1 1 1)面、(1 -1 -1)面）が接着面Ｂａ（(1 1 0)面）と交わる辺によって形成される開口部は、開口パターン１１４の外接する略平行四辺形状となる。そのため、ノズルプレート１１０の品質と生産効率を向上させる観点から、開口パターン１１４の形状もこれらの面方位に倣った略平行四辺形状とするのが好ましい。
＜レジストパターンの除去＞
　また、レジストパターンの除去方法としては、例えば、アセトンや酸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。
（Ａ－３工程）
　最後に、Ａ－３工程（第３工程）として、少なくとも単結晶シリコン基板Ｂの接着面Ｂａ側から、開口パターン１１４に対して異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行うことで、ノズルテーパー部１１１２を備えるノズル流路１１１を形成する。
＜異方性ウェットエッチング＞
　異方性ウェットエッチングにおいては、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）等のアルカリ性水溶液を用いる。
〔発明の効果〕
　以上に示すような本発明の第１実施形態に係るノズルプレート１１０の製造方法によれば、｛１１１｝面からなる非常に安定した形状のノズルテーパー部１１１２を備えるノズル流路１１１を形成することができる。
　また、表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板Ｂにおいては、表面から異方性ウェットエッチングを最後まで行った際に形成される面が、他の面よりもエッチング速度が極端に遅いために、所謂「エッチングストップ」のかかる｛１１１｝面となる。そのため、一般的に生産バラつきが生じやすい異方性ウェットエッチングの条件管理において、当該生産バラつきを吸収できるだけの余裕をもって生産管理することができるようになる。
　また、表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板Ｂに対して、接着面Ｂａから異方性ウェットエッチングを行って貫通孔であるノズル流路１１１を形成した場合、接着面Ｂａ側におけるノズル流路１１１の開口部は細長い略平行四辺形状、すなわち細長形状とすることができる。そのため、ノズルプレート１１０において、ノズルＮを高密度化することができる。
　なお、Ａ－１工程においては、単結晶シリコン基板Ｂの両面にマスク層を形成するものとしたが、これに限られない。具体的には、例えば単結晶シリコン基板Ｂをエッチング液に浸漬させることで異方性ウェットエッチングを行う場合は、吐出面Ｂｂに裏面マスク層１１３を形成する必要がある。しかし、接着面Ｂａのみに異方性ウェットエッチングを行う場合は、裏面マスク層１１３は設けなくてもよい。
　また、吐出面Ｂｂに対して裏面マスク層１１３を形成した場合、Ａ－３工程後に少なくともノズルＮを覆う裏面マスク層１１３を除去する必要があるのは勿論であるが、他の裏面マスク層１１３や表面マスク層１１２を除去するかは任意である。なお、マスク層が例えばＳｉＯ２で形成されている場合は、フッ酸により除去することができる。
　また、Ａ－３工程において、異方性ウェットエッチング（ＷＥ）によってノズルテーパー部１１１２を形成するとしたが、これに限られない。
　例えば図６に示すように、Ａ－２工程の後に、開口パターン１１４下の単結晶シリコン基板Ｂをドライエッチング（ＤＥ２）することで、ストレート連通路部１１１３を形成し、Ａ－３ａ工程（第３工程）として、異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を途中で停止するように時間制御した後は、吐出面Ｂｂに対してドライエッチング（ＤＥ１）することで、ノズルＮとなるノズルパターン１１５を形成し、ノズルパターン１１５下の単結晶シリコン基板Ｂをドライエッチング（ＤＥ２）して貫通孔を設けることで、ノズル流路１１１を形成するものとしても構わない。
　このとき、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。
　なお、Ａ－２工程にて開口パターン１１４を形成した後、Ｓｉ深掘り装置等によってドライエッチング（ＤＥ２）によって深穴を形成し、Ａ－３工程にて当該深穴に対して異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行うことで、ノズルテーパー部１１１２と、ストレート連通路部１１１３とを備えるノズル流路１１１を設けるようにしてもよい。
［第２実施形態］
　次に、第２実施形態に係るノズルプレート１１０の製造方法について、図７を元に説明する。
　第２実施形態に係るノズルプレート１１０の製造方法は、第１実施形態に係るノズルプレート１１０の製造方法のＡ－２工程の後に、Ａ－３ｂ工程からＡ－５工程を行う。したがって、Ａ－１工程及びＡ－２工程については、その詳細な説明を省略する。
（Ａ－４工程）
　Ａ－３ｂ工程（第３工程）で異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行って深穴を形成した後、Ａ－４工程（第４工程）として、裏面マスク層１１３に、ノズルＮとなるノズルパターン１１５を形成する。
　具体的には、第２実施形態に係るＡ－３ｂ工程においては、ノズルテーパー部１１１２を構成する面がいずれも異方性ウェットエッチング（ＷＥ）によって形成される｛１１１｝面でエッチングストップがかかるまで、異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行う。
　また、Ａ－４工程におけるノズルパターン１１５の形成方法はＡ－２工程における開口パターン１１４の形成方法と同様である。
（Ａ－５工程）
　次に、Ａ－５工程（第５工程）として、Ａ－４工程で設けたノズルパターン１１５に対してドライエッチング（ＤＥ２）を行う。そして、ノズルストレート部１１１１となる穴を、Ａ－３ｂ工程で設けたノズルテーパー部１１１２と連通させることで、ノズルストレート部１１１１及びノズルテーパー部１１１２を備えるノズル流路１１１を形成する。
〔発明の効果〕
　以上に示すような本発明の第２実施形態に係るノズルプレート１１０の製造方法によれば、ノズルストレート部１１１１と、｛１１１｝面からなる非常に安定した形状のノズルテーパー部１１１２を備えるノズル流路１１１を形成することができる。
　また、単結晶シリコン基板Ｂにマスキング、熱酸化加工、あるいは高濃度ドープ等を行ったり、単結晶シリコン基板ＢとしてＳＯＩを用いたりして、非ウェットエッチング層を備える単結晶シリコン基板Ｂとすることで、Ａ－３ｂ工程においてエッチングストップされるようにしても構わない。
　このようにすると、Ａ－５工程で形成されるノズルストレート部１１１１の高さが一意に決められるため、より精度の高いノズルストレート部１１１１を形成することができる。
　また、非ウェットエッチング層を備える単結晶シリコン基板Ｂをノズルプレート１１０とする場合、Ａ－２工程の後にドライエッチング（ＤＥ２）により深掘り加工を行ってから、Ａ－４工程及びＡ－５工程を行い、Ａ－５工程後にＡ－３ｂ工程として、接着面Ｂａと吐出面Ｂｂの両側から異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行ってもよい。このようにすることで、非ウェットエッチング層にノズルストレート部１１１１を備え、かつ、ストレート連通路部１１１３とノズルテーパー部１１１２を備えるノズル流路１１１を形成することができる。
［第３実施形態］
　次に本発明の第３実施形態に係るノズルプレートの製造方法及びこれにより製造されるノズルプレートについて、図８を元に説明する。
　第３実施形態に係るノズルプレート１１０の製造方法は、図８に示すＢ－１工程からＢ－８工程を含む。なお、以下の説明において、第１実施形態及び第２実施形態に係るノズルプレートの製造工程と重複する内容については、詳細な説明を省略する。
（Ｂ－１工程、Ｂ－２工程）
　初めに、Ｂ－１工程（第１工程）で表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板Ｂの接着面Ｂａ（(1 1 0)面）および吐出面Ｂｂ（(-1 -1 0)面）に表面マスク層１１２及び裏面マスク層１１３をそれぞれ一様に形成する。そして、Ｂ－２工程（第２工程）として、裏面マスク層１１３にノズルＮとなるノズルパターン１１５を形成する。
（Ｂ－３工程）
　次に、Ｂ－３工程（第３工程）として、予定するノズルストレート部１１１１の長さ分だけ、ノズルパターン１１５下の単結晶シリコン基板Ｂをドライエッチング（ＤＥ２）することで、ノズルストレート部１１１１を形成する。
（Ｂ－４工程）
　次に、Ｂ－４工程（第４工程）として、ノズルストレート部１１１１の内面に沿ってノズルマスク層１１６を形成する。ノズルマスク層１１６の材料及び形成方法は、Ａ－１工程におけるマスク層の材料及び形成方法と同様である。
　その後、ノズルストレート部１１１１の底部に形成されたノズルマスク層１１６を除去する。ノズルストレート部１１１１の底部のノズルマスク層１１６は、ＲＩＥ装置等によってドライエッチングを行うことで除去することができるが、ＲＩＥ装置ドライエッチングのエッチャントの垂直性のため、側面部に形成されたノズルマスク層１１６はドライエッチングでは底部に比較して除去し難い。そのため、底部のノズルマスク層１１６が先行してエッチングされ、側面部にノズルマスク層１１６が残る。
　なお、当該Ｂ－４工程におけるドライエッチング条件を低圧力又は高バイアスとすることで、より側面部のノズルマスク層１１６がエッチングされ難くしてもよい。
（Ｂ－５工程）
　次に、Ｂ－５工程（第５工程）として、ノズルストレート部１１１１をドライエッチング（ＤＥ２）によって更に深掘り加工する。
（Ｂ－６工程、Ｂ－７工程）
　次に、Ｂ－６工程（第６工程）として、表面マスク層１１２にノズル流路１１１の開口部となる開口パターン１１４を形成する。そして、Ｂ－７工程（第７工程）として、開口パターン１１４下の単結晶シリコン基板Ｂをドライエッチング（ＤＥ２）することで、ストレート連通路部１１１３となる穴を設ける。
　なお、当該Ｂ－７工程においては、全てのノズル流路１１１で、図８に示すように、Ｂ－５工程で設けた穴と連通するまでドライエッチング（ＤＥ２）を行い、単結晶シリコン基板Ｂを貫通させるのが好ましい。Ｂ－７工程で貫通孔を設けた場合、後述するＢ－８工程（第８工程）で異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行った際に生じる水素ガスが一様に効率良く抜けるようになるため、エッチングの進行が揃うようになる。結果、各ノズル流路１１１において形状バラつきが生じにくくなる。
　ただし、Ｂ－７工程で貫通させるのは必須ではない。Ｂ－７工程で貫通させない場合、貫通の直前まで掘り進めておけば、Ｂ－８工程のウェットエッチング工程でウェットエッチングによって貫通するまでの時間が短縮される。
（Ｂ－８工程）
　次に、Ｂ－８工程として、接着面Ｂａと吐出面Ｂｂの両側から異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行うことで、Ｂ－５工程で設けた穴とＢ－７工程で設けた穴を拡大して、ノズルテーパー部１１１２を形成する。なお、このときノズルストレート部１１１１はノズルマスク層１１６で護られているため、エッチングの進行が抑制されて残存する。
　なお、図９に示すように、当該第３実施形態に係るノズルプレート１１０の製造方法のＢ－７工程において形成する穴の深さＨは、接着面Ｂａ：(1 1 0)面、吐出面Ｂｂ：(-1 -1 0)面とした場合に、単結晶シリコン基板Ｂの厚みをＴ、ノズルストレート部１１１１の[0 0 1]方向および[0 0 -1]方向の幅をＤ、ノズルストレート部１１１１の深さ（吐出方向の長さ）をｈ、開口パターン１１４の[0 0 1]方向および[0 0 -1]方向の幅をＬ、単結晶シリコン基板Ｂの(-1 -1 0)面と(-1 -1 -1)面との角度をθ（θ＝Cos-1 (2/√6)≒35.26度）とした場合、Ｔ－（Ｈ＋（Ｌ／２）ｔａｎθ）≧ｈ－（Ｄ／２）ｔａｎθを満たす。
　なお、図９においては、左辺「Ｔ－（Ｈ＋（Ｌ／２）ｔａｎθ）」をＬＡ、右辺「ｈ－（Ｄ／２）ｔａｎθ」をＬＢとして、それぞれ図示している。
［発明の効果］
　以上に示すような、第３実施形態に係るノズルプレート１１０の製造方法によれば、ノズル流路１１１に形成したノズルマスク層１１６が、異方性ウェットエッチング（ＷＥ）の際にエッチングの進行を抑制するため、ノズル流路１１１に所望の長さのノズルストレート部１１１１を形成することができる。
　また、Ｂ－８工程においては、ノズルストレート部１１１１の接着面Ｂａ側の端部と、Ｂ－７工程で設けた穴の吐出面Ｂｂ側の端部の両方からエッチングが進行することになる。しかし、Ｂ－７工程で形成する当該穴の深さＨを、上記関係式を満たすようにすることで、最終的に形成されるノズルテーパー部１１１２のテーパー面２面が、必ずノズルストレート部１１１１の接着面Ｂａ側から連続して形成されたものとなる。そのため、ノズルストレート部１１１１とノズルテーパー部１１１２とを位置ズレなく作製することが可能になり、偏芯が少なく、インクの流れの対称性が保たれ、射出角度が安定したノズル流路１１１とすることができる。
　また、最終的なノズル流路１１１においては、Ｂ－７工程で開けた穴とノズルストレート部１１１１の接着面Ｂａ側の稜線とに外接する｛１１１｝面でエッチングストップがかかる。そのため、ノズルテーパー部１１１２とストレート連通路部１１１３においても位置ずれや段差が発生せず、安定したノズル流路１１１とすることができる。
　また、ドライエッチング工程においては、エッチャントの濃度分布や、電圧の分布といったドライエッチング条件等により、精密な制御が困難であり製造誤差が生じやすい。しかし、上記関係式を満たしさえすれば、Ｂ－８工程において形成されるノズルテーパー部１１１２を構成する面は、ノズルストレート部１１１１を構成する面の接着面Ｂａ側の端部から連続して形成されるものとなる。そのため、Ｂ－７工程において形成する穴の深さＨを、最終的に所望するストレート連通路部１１１３の深さから余裕をもってマイナス気味に設定することができ、当該工程に起因する製造誤差を低減させることができる。結果、射出特性の安定したノズルプレート１１０を製造することができる。
　また、Ｂ－２工程で形成するノズルパターン１１５は、[-1 1 1]方向および[1 -1 -1]方向の幅が、Ｂ－６工程で形成する開口パターン１１４の[-1 1 1]方向および[1 -1 -1]方向の幅よりも広くなるように設けるのが好ましい。
　上記構成を満たす場合、Ｂ－８工程にて異方性ウェットエッチングを最後まで行った際に、ストレート連通路部１１１３を構成する4面は、開口パターン１１４又はノズルパターン１１５の最外径に外接する｛１１１｝面（(-1 1 1)面・(1 -1 -1)面・(1 -1 1)面・(-1 1 -1)面）に行き着く。その結果、ノズルストレート部１１１１を構成する面の接着面Ｂａ側の稜線の少なくとも一部が、ストレート連通路部１１１３を構成する面のうち(-1 1 1)面および(1 -1 -1)面と略接するようになるため、[-1 1 1]方向および[1 -1 -1]方向にも偏芯の少ないノズル流路１１１とすることができる。
　また、上記においては、接着面Ｂａからストレート連通路部１１１３となる穴を設けるＢ－６工程及びＢ－７工程を、吐出面Ｂｂからノズルストレート部１１１１を設けるＢ－３工程からＢ－５工程の後に行うものとしたが、これに限られない。すなわち、ノズルストレート部１１１１よりも先にストレート連通路部１１１３となる穴を設けるようにしても構わない。
　また、Ｂ－８工程後、単結晶シリコン基板Ｂの接着面Ｂａに対してエッチング、研削加工あるいは研磨加工によって除去加工を行い、ノズルプレート１１０の厚みやストレート連通路部１１１３の深さが所望の寸法となるように調整するようにしてもよい。また、ノズルマスク層１１６を含むマスク層を除去する工程を行っても良い。
　また、各実施形態に係る製造方法において、ノズルプレート１１０を長期使用するために、少なくとも１層以上の保護膜を形成してもよい。
　この場合、各実施形態の最終工程後にノズル流路１１１内を含む表面の少なくとも一部を被覆する保護膜を形成する工程を行う。
　保護膜としては、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、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）膜や、ＤＬＣ（ダイヤモンドライク カーボン）膜や、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。
　保護膜の厚さは、特に限定されないが、例えば０．０５μｍ～２０μｍとすることができる。
　次に、本発明の実施例及び比較例について、好ましい構成を評価した結果を説明する。以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［サンプル作成］
　以下の各実施例、比較例の通りに形成したノズル流路１１１を１２８０個有するノズルプレート１１０を製造した。そして、インク流路の左右方向の断面の形状がノズルプレート１１０の接着面Ｂａにおける左右方向の断面形状と同じ形状である圧電体プレート１２０と、各ノズルプレート１１０を接合させてインクジェットヘッド１０を形成し、当該インクジェットヘッド１０をインクジェット記録装置１に搭載した。
（実施例１）
　下記のＡ－１工程からＡ－３工程によりノズル流路１１１を形成した。
　Ａ－１工程：表面の結晶方位が(1 1 0)面および（-1 -1 0）である厚さ５０μｍの単結晶シリコン基板Ｂに、熱酸化法により厚さ１μｍの表面マスク層１１２及び裏面マスク層１１３を形成した。
　Ａ－２工程：ポジ型フォトレジストにより、表面マスク層１１２上に底辺１３０μｍ×高さ５０μｍであり、各辺の角度が(-1 1 1)面・(1 -1 -1)面・(1 -1 1)面・(-1 1 -1)面間の角度と整合した略平行四辺形状のパターンを形成した。そして、ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング（ＤＥ１）することで、開口パターン１１４を形成した。
　なお、エッチングガスにはＣＨＦ３ガスを用いた。また、ドライエッチング後にはアセトンに浸漬することで、フォトレジストを除去した。
　Ａ－３工程：４０ｗｔ％・８０℃のＫＯＨ溶液に３５分浸漬して異方性ウェットエッチング（ＷＥ）することで、｛１１１｝面からなるノズルテーパー部１１１２を形成した。
　なお、Ａ－３工程後にはフッ酸によりマスク層を除去した。
（実施例２）
　下記のＡ－１工程からＡ－５工程によりノズル流路１１１を形成した。
　Ａ－１工程：表面の結晶方位が(1 1 0)面および（-1 -1 0）である厚さ８３μｍの単結晶シリコン基板Ｂに、熱酸化法により厚さ１μｍの表面マスク層１１２及び裏面マスク層１１３を形成した。
　Ａ－２工程：ポジ型フォトレジストにより、表面マスク層１１２上に底辺１３０μｍ×高さ５０μｍであり、各辺の角度が(-1 1 1)面・(1 -1 -1)面・(1 -1 1)面・(-1 1 -1)面間の角度と整合した略平行四辺形状のパターンを形成した。そして、ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング（ＤＥ１）することで、開口パターン１１４を形成した。
　Ａ－３工程：実施例１と同様の条件で異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を３５分行って、｛１１１｝面からなるノズルテーパー部１１１２を形成した。
　Ａ－４工程：ＲＩＥ装置を用いて、裏面マスク層１１３上に形成したパターンをドライエッチング（ＤＥ１）することで、直径φ３０μｍの真円形のノズルパターン１１５を形成した。
　なお、エッチングガスにはＣＨＦ３ガスを用いた。
　Ａ－５工程：Ｓｉ深掘り装置を用いて、ノズルパターン１１５下の単結晶シリコン基板Ｂをボッシュプロセスによるドライエッチング（ＤＥ２）を行い、Ａ－３工程で設けたノズルテーパー部１１１２と連通させて、深さ４０．６μｍのノズルストレート部１１１１を形成した。
　なお、エッチングガスにはＳＦ６、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた。
　また、Ａ－５工程後にはフッ酸によりマスク層を除去した。
（実施例３）
　下記のＡ－１工程からＡ－５工程によりノズル流路１１１を形成した。
　Ａ－１工程：表面の結晶方位が(1 1 0)面および（-1 -1 0）である単結晶シリコン基板Ｂの吐出面Ｂｂに非ウェットエッチング層として熱酸化法により厚さ１０μｍの厚膜ＳｉＯ２膜を形成し、全体の厚さを５０μｍとした。また、熱酸化法により接着面Ｂａに厚さ１μｍの表面マスク層１１２を形成した。また、吐出面Ｂｂにポジ型フォトレジストにより非ウェットエッチング層上に裏面マスク層１１３を形成した。
　Ａ－２工程：ポジ型フォトレジストにより、表面マスク層１１２上に底辺１３０μｍ×高さ５０μｍであり、各辺の角度が(-1 1 1)面・(1 -1 -1)面・(1 -1 1)面・(-1 1 -1)面間の角度と整合した略平行四辺形状のパターンを形成した。そして、ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング（ＤＥ１）することで、開口パターン１１４を形成した。
　Ａ－３工程：実施例１と同様の条件で異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を３５分行って、｛１１１｝面からなるノズルテーパー部１１１２を形成した。
　Ａ－４工程：ＲＩＥ装置を用いて、裏面マスク層１１３上に形成したパターンをドライエッチング（ＤＥ１）することで、直径φ３０μｍの真円形のノズルパターン１１５を形成した。
　Ａ－５工程：ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング（ＤＥ２）することで、深さ１０μｍのノズルストレート部１１１１を形成した。
（実施例４）
　下記のＡ－１工程からＡ－５工程によりノズル流路１１１を形成した。
　Ａ－１工程：表面の結晶方位が(1 1 0)面および（-1 -1 0）である単結晶シリコン基板Ｂの吐出面Ｂｂに非ウェットエッチング層として熱酸化法により厚さ１０μｍの厚膜ＳｉＯ２膜を形成し、全体の厚さを５０μｍとした。また、熱酸化法により接着面Ｂａに厚さ１μｍの表面マスク層１１２を形成した。また吐出面Ｂｂにポジ型フォトレジストにより非ウェットエッチング層上に裏面マスク層１１３を形成した。
　Ａ－２工程：ポジ型フォトレジストにより、表面マスク層１１２上に、後続の工程Ａ－４で開けるノズルパターン１１５の径φ３０μｍよりも幅の狭い底辺１３０μｍ×高さ１５μｍであり、各辺の角度が(-1 1 1)面・(1 -1 -1)面・(1 -1 1)面・(-1 1 -1)面間の角度と整合した略平行四辺形状のパターンを形成した。その後、Ａ－４工程、Ａ－５工程を行って貫通孔を形成した。
　Ａ－３工程：Ａ－２工程で設けた貫通孔に異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を３５分行うことで、ノズルストレート部１１１１の接着面Ｂａ側の稜線が、｛１１１｝面からなるノズルテーパー部１１１２のテーパー２面の吐出面Ｂｂ側の端部と、｛１１１｝面からなるノズルテーパー部１１１２の接着面Ｂａに垂直な２面とに略接するノズル流路１１１を形成した。
（実施例５）
　単結晶シリコン基板ＢをＳＯＩとした。
　また、Ａ－５工程で単結晶シリコン基板Ｂを深掘りしたのちに、ＲＩＥ装置を用いてＳｉＯ２層（Ｂｏｘ層）を掘り、貫通孔とした。その他の条件は実施例２と同様である。
（実施例６）
　下記のＡ－１工程からＡ－３工程によりノズル流路１１１を形成した。
　Ａ－１工程：表面の結晶方位が(1 1 0)面および（-1 -1 0）である厚さ１００μｍの単結晶シリコン基板Ｂに、熱酸化法により厚さ１μｍの表面マスク層１１２及び裏面マスク層１１３を形成した。
　Ａ－２工程：ポジ型フォトレジストにより、表面マスク層１１２上に底辺１３０μｍ×高さ５０μｍであり、各辺の角度が(-1 1 1)面・(1 -1 -1)面・(1 -1 1)面・(-1 1 -1)面間の角度と整合した略平行四辺形状のパターンを形成した。そして、ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング（ＤＥ１）することで、開口パターン１１４を形成した。
　その後、Ｓｉ深掘り装置を用いて、開口パターン１１４下の単結晶シリコン基板Ｂにボッシュプロセスによるドライエッチング（ＤＥ２）を行い、深さ５１μｍの穴を形成した。
　Ａ－３工程：Ａ－２工程後に設けた穴に異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を３５分行った後にフッ酸によりマスク層を除去し、ストレート連通路部１１１３とノズルテーパー部１１１２を備えるノズル流路１１１を形成した。
（実施例７）
　下記のＢ－１工程からＢ－８工程によりノズル流路１１１を形成した。
　Ｂ－１工程：表面の結晶方位が｛１１０｝面である厚さ２００μｍの単結晶シリコン基板Ｂに、熱酸化法により厚さ３μｍの表面マスク層１１２を及び裏面マスク層１１３を形成した。
　Ｂ－２工程：ＲＩＥ装置を用いて、裏面マスク層１１３上に形成したパターンをドライエッチング（ＤＥ１）することで、直径φ３０μｍの真円形のノズルパターン１１５を形成した。
　なお、エッチングガスにはＣＨＦ３を用いた。
　Ｂ－３工程：Ｓｉ深掘り装置を用いて、ノズルパターン１１５下の単結晶シリコン基板Ｂをボッシュプロセスによるドライエッチング（ＤＥ２）を行い、深さ４０．６μｍのノズルストレート部１１１１を形成した。
　なお、エッチングガスにはＳＦ６、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた。
　Ｂ－４工程：熱酸化法により、ノズルストレート部１１１１に厚さ１μｍのマスク層を形成した後、ＲＩＥ装置によって底部のマスク層のみを除去し、ノズルマスク層１１６を形成した。
　Ｂ－５工程：Ｓｉ深掘り装置を用いて、ボッシュプロセスによるドライエッチング（ＤＥ２）を行い、ノズルストレート部１１１１を深さ１２０μｍの深穴とした。
　Ｂ－６工程：ポジ型フォトレジストにより、表面マスク層１１２上に１３０μｍ×５０μｍであり、各辺の角度が(-1 1 1)面・(1 -1 -1)面・(1 -1 1)面・(-1 1 -1)面間の角度と整合した略平行四辺形状のパターンを形成した。そして、ＲＩＥ装置を用いて、ドライエッチング（ＤＥ１）を行い、開口パターン１１４を形成した。
　なお、ドライエッチング（ＤＥ１）後にはアセトンに浸漬することで、フォトレジストを除去した。
　Ｂ－７工程：Ｓｉ深掘り装置を用いて、開口パターン１１４下の単結晶シリコン基板Ｂをドライエッチング（ＤＥ２）することで深さ１００μｍの穴を形成し、Ｂ－５工程で設けた深穴と連通させた。
　なお、この時単結晶シリコン基板Ｂの厚み（Ｔ）＝２００μｍ、ノズルストレート部１１１１の直径（Ｄ）＝３０μｍ、ノズルストレート部１１１１の深さ（ｈ）＝４０．６μｍ、開口パターン１１４の｛１１０｝方向の幅（Ｌ）＝１４９．４５μｍ、Ｂ－７工程で形成する穴の深さ（Ｈ）＝１００μｍであるため、
Ｔ－（Ｈ＋（Ｌ／２）ｔａｎθ）≒４７．１７
ｈ－（Ｄ／２）ｔａｎθ≒２９．９９　より、
Ｔ－（Ｈ＋（Ｌ／２）ｔａｎθ）≧ｈ－（Ｄ／２）ｔａｎθを満たす。
　Ｂ－８工程：４０ｗｔ・８０℃のＫＯＨ溶液に８０分浸漬して異方性ウェットエッチング（ＷＥ）することで、ノズルストレート部１１１１、ノズルテーパー部１１１２及びストレート連通路部１１１３を備えるノズル流路１１１を形成した。
　なお、Ｂ－８工程後にはフッ酸によりマスク層を除去した。
（実施例８）
　Ｂ－１工程において、吐出面Ｂｂに非ウェットエッチング層として熱酸化法により厚さ１０μｍの厚膜ＳｉＯ２膜を形成した後に裏面マスク層１１３を形成した。
　その他の条件は実施例７と同様である。
（実施例９）
　Ｂ－２工程において設けるノズルパターン１１５の形状を、長軸６０．３μｍ、短軸１４．９μｍの楕円形状に形成した。
　その他の条件は実施例８と同様である。
（実施例１０）
　単結晶シリコン基板ＢとしてＳＯＩを用いた。
　その他の条件は実施例７と同様である。
（実施例１１）
　Ｂ－２工程において設けるノズルパターン１１５を長軸６０．３μｍ、短軸１４．９μｍの楕円形状に形成し、さらに、Ｂ－６工程において設ける開口パターン１１４を１３０μｍ×３５μｍとした。
　その他の条件は実施例７と同様である。
　なお、この時も単結晶シリコン基板Ｂの厚み（Ｔ）＝２００μｍ、ノズルストレート部１１１１の幅（Ｄ）＝１４．９μｍ、ノズルストレート部１１１１の深さ（ｈ）＝３５．３μｍ、開口パターン１１４の｛１１０｝方向の幅（Ｌ）＝１４９．４５μｍ、Ｂ－７工程で形成する穴の深さ（Ｈ）＝１００μｍであるため、
Ｔ－（Ｈ＋（Ｌ／２）ｔａｎθ）≒４７．１２
ｈ－（Ｄ／２）ｔａｎθ≒３０．０３　より、
Ｔ－（Ｈ＋（Ｌ／２）ｔａｎθ）≧ｈ－（Ｄ／２）ｔａｎθを満たす。
（比較例１）
　表面の結晶方位が｛１００｝面で、厚み２００μｍである単結晶シリコン基板Ｂに対して、異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行い、接着面Ｂａにおける左右方向の断面の形状が１３０μｍ×１３０μｍの正方形状となるようなノズル流路１１１を形成した。
（比較例２）
　表面の結晶方位が｛１００｝面で、厚み２００μｍである単結晶シリコン基板Ｂに対して異方性ウェットエッチング（ＷＥ）を行い、接着面Ｂａにおける左右方向の断面の形状が５０μｍ×５０μｍの正方形状となるようなノズル流路１１１を形成した。
　上記実施例１～１３及び比較例１～２のノズルプレート１１０を備えるインクジェットヘッド１０が搭載されたインクジェット記録装置１を用いて、以下の試験１及び２を行った。
［試験１．射出角度試験］
　液滴速度が平均約６ｍ／ｓとなる駆動電圧にて、粘度８ｃＰとなるように加温したＵＶインクを射出した際に、射出角度が±何°以内となるかを、１２８０ノズルに対して評価した。
［試験２．上限速度試験］
　駆動周波数４０ｋＨｚで、粘度８ｃＰとなるように加温したＵＶインクの射出速度を５ｍ／ｓから上昇させて、射出欠が発生するノズルＮの数が１００ノズル中５ノズル以上発生する射出速度を測定した。なお、当該射出速度が９ｍ／ｓ以上である場合は、射出速度が高くても射出欠が発生しにくい、すなわち、メニスカス安定性が優れているとして「〇」と評価した。また、射出速度が１１ｍ／ｓ以上である場合は、特にメニスカス安定性が優れているとして「◎」と評価した。
　試験１－２の結果を表Iに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、比較例２は、穴寸法が５０μｍ×５０μｍと小さすぎるため、駆動電圧を３０Ｖまで高めても、インクを射出することができなかった。
［評価］
　実施例１－１１と比較例１－２を比較すると、表面の結晶方位を｛１００｝面である単結晶シリコン基板Ｂにノズル流路１１１を形成した場合は、接着面Ｂａ側の開口部を正方形状とすることしかできず、射出特性には優れるもののノズル密度の低いノズルプレートか、ノズル密度には優れるものの射出特性の低いノズルプレートのいずれかしか製造することしかできない。これに対して、表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板Ｂにノズル流路１１１を形成した場合は、接着面Ｂａ側の開口部が５０μｍ×１３０μｍの細長形状とすることができるため、ノズルＮの高密度化と、射出特性の向上とを両立させることができるようになることが分かる。
　特に、実施例１及び６と他の実施例を比較すると、ノズル流路１１１にノズルストレート部１１１１を形成することで、射出角度が向上し、射出特性が向上することがわかる。
　また、実施例１、４、６、９及び１１と他の実施例を比較すると、ノズル流路１１１にテラス平面及びテラス稜線を設けない、あるいは極めて小さくするようにすることで、メニスカス安定性が高まり、射出欠の生じにくいノズルプレート１１０となることがわかる。
　本発明は、ノズルの高密度化と好適な射出特性を両立させることができるノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びノズルプレートの製造方法に利用することができる。
Ｂ　　　　単結晶シリコン基板
Ｂａ　　　接着面（第１面）
Ｂｂ　　　吐出面（第２面）
１　　　　インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
１０　　　インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
１１０　　ノズルプレート
１１１　　ノズル流路
１１１１　ノズルストレート部
１１１２　ノズルテーパー部
１１１３　ストレート連通路部
１１２　　表面マスク層
１１３　　裏面マスク層
１１４　　開口パターン
１１５　　ノズルパターン
１１６　　ノズルマスク層
Ｎ　　　　ノズル

Claims (22)

  1. 　単結晶シリコン基板に、ノズルから液滴を吐出するための貫通したノズル流路を複数備えるノズルプレートであって、
    　前記単結晶シリコン基板は、第１面と、前記第１面に対向する面であって、前記ノズルが形成されている面である第２面が｛１１０｝面であるノズルプレート。
  2. 　前記ノズル流路は、｛１１１｝面からなる面を含む請求項１記載のノズルプレート。
  3. 　前記ノズル流路は、前記第１面から前記第２面に向かうにつれて、液滴の吐出方向に対して直交する断面積である流路面積が漸次狭くなるノズルテーパー部を備え、
    　前記ノズルテーパー部は、｛１１１｝面を含む請求項１又は２記載のノズルプレート。
  4. 　前記ノズルテーパー部は、｛１１１｝面により構成されている請求項３に記載のノズルプレート。
  5. 　前記ノズル流路は、前記ノズルテーパー部の前記第２面側にノズルストレート部を備え、
    　前記ノズルストレート部の流路面積は、前記ノズルテーパー部の流路面積以下である請求項３又は４記載のノズルプレート。
  6. 　マスキング、熱酸化、あるいは高濃度ドープによって形成される非ウェットエッチング層を備え、
    　前記ノズルストレート部は、前記非ウェットエッチング層を前記第１面側の端部とする請求項５記載のノズルプレート。
  7. 　前記ノズルストレート部は、前記ノズルテーパー部の前記第２面側の端部と連続している請求項５又は６記載のノズルプレート。
  8. 　前記第１面側から見て、前記ノズルストレート部を構成する稜線のうち前記第１面側の稜線の少なくとも一部が、前記ノズルテーパー部を構成する面のうち前記第１面と略垂直に位置する面と略接する請求項５から７のいずれか一項に記載のノズルプレート。
  9. 　前記ノズル流路は、前記第１面から前記第２面に向かうにつれて、液滴の吐出方向に対して直交する断面積である流路面積が漸次狭くなるノズルテーパー部と、
    　前記ノズルテーパー部の前記第１面側に連続し、対向する１組の面が略平行であるストレート連通路部と、を備え、
    　前記ノズルテーパー部及びストレート連通路部は、｛１１１｝面を含む請求項１又は２記載のノズルプレート。
  10. 　前記ノズルテーパー部及び前記ストレート連通路部は、｛１１１｝面により構成されている請求項９記載のノズルプレート。
  11. 　前記ノズル流路は、前記ノズルテーパー部の前記第２面側にノズルストレート部を備え、
    　前記ノズルストレート部の流路面積は、前記ノズルテーパー部の流路面積以下である請求項９又は１０記載のノズルプレート。
  12. 　マスキング、熱酸化、あるいは高濃度ドープによって形成される非ウェットエッチング層を備え、
    　前記ノズルストレート部は、前記非ウェットエッチング層を前記第１面側の端部とする請求項１１記載のノズルプレート。
  13. 　前記ノズルストレート部は、前記ノズルテーパー部の前記第２面側の端部と連続している請求項１１又は１２記載のノズルプレート。
  14. 　前記第１面側から見て、前記ノズルストレート部を構成する稜線のうち前記第１面側の稜線の少なくとも一部が、前記ストレート連通路部を構成する面のうち前記第１面と略垂直に位置する面と略接する請求項１１から１３のいずれか一項に記載のノズルプレート。
  15. 　前記第１面側から見て、前記ノズルテーパー部を構成する２つのテーパー面を仮想的に延長した時の交線と、前記ノズルストレート部を構成する面と前記ノズルテーパー部を構成するテーパー面とが交わる稜線において、＜１００＞方向のうちの前記第１面あるいは前記第２面と平行な方向に最も離れた２つの点或いは線と、の距離の差の絶対値が０．５μｍ以内である請求項５から８と請求項１１から１４のいずれか一項に記載のノズルプレート。
  16. 　請求項１から１５のいずれか一項に記載のノズルプレートを備える液滴吐出ヘッド。
  17. 　請求項１６に記載の液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置。
  18. 　液滴吐出ヘッドのノズルプレートの製造方法であって、
    　表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板の第１面に表面マスク層を形成する第１工程と、
    　前記表面マスク層に、ノズル流路の開口部となる開口パターンを形成する第２工程と、
    　前記開口パターン下にある単結晶シリコン基板を、表面から異方性ウェットエッチングする第３工程と、を備えるノズルプレートの製造方法。
  19. 　前記第３工程において、前記第１面から前記第１面と対向する第２面に向かうにつれて、液滴の吐出方向に対して直交する断面積である流路面積が漸次狭くなるノズルテーパー部を形成する請求項１８記載のノズルプレートの製造方法。
  20. 　前記第１工程は、単結晶シリコン基板の前記第２面に裏面マスク層を形成する工程を備え、
    　前記裏面マスク層に、ノズルとなるノズルパターンを形成する第４工程と、
    　前記ノズルパターン下の単結晶シリコン基板を、表面からドライエッチングにより貫通加工することでノズルストレート部を形成する第５工程と、を前記第３工程の後に行う請求項１９記載のノズルプレートの製造方法。
  21. 　液滴吐出ヘッドのノズルプレートの製造方法であって、
    　表面の結晶方位が｛１１０｝面である単結晶シリコン基板の第１面に表面マスク層を、前記第１面と対向する第２面に裏面マスク層をそれぞれ形成する第１工程と、
    　前記裏面マスク層に、ノズルとなるノズルパターンを形成する第２工程と、
    　前記ノズルパターン下にある単結晶シリコン基板を、裏面からドライエッチングにより途中まで深掘り加工を行うことでノズルストレート部となる深穴を形成する第３工程と、
    　前記深穴の側壁にノズルマスク層を形成する第４工程と、
    　前記深穴下にある単結晶シリコン基板を、裏面からドライエッチングにより深掘り加工する第５工程と、
    　前記表面マスク層に、開口部となる開口パターンを形成する第６工程と、
    　前記開口パターンにある単結晶シリコン基板を、表面からドライエッチングにより深掘り加工を行う第７工程と、
    　前記単結晶シリコン基板を、表面及び裏面から異方性ウェットエッチングにより貫通加工を行ってノズルストレート部、ノズルテーパー部及びストレート連通路部を備えるノズル流路を形成する第８工程と、を備え、
    　前記単結晶シリコン基板の厚さをＴ、前記ノズルストレート部の直径をＤ、前記ノズルストレート部の深さをｈ、前記開口部の＜１１０＞方向の幅をＬ、前記単結晶シリコン基板の前記第１面及び前記第２面と、前記ノズルテーパー部を構成する２面のテーパー面の｛１１１｝面とが成す角度をθ（θ＝Ａｃоｓ（２／√６）≒３５．２６°）とした場合、前記第７工程において形成する前記深穴の深さＨは、下記の（１）を満たすノズルプレートの製造方法。
    　（１）Ｔ－（Ｈ＋（Ｌ／２）ｔａｎθ）≧ｈ－（Ｄ／２）ｔａｎθ
  22. 　前記第１面を(1 1 0)面とした時に、前記第２工程において形成するノズルパターンの[-1 1 1]方向の幅及び[1 -1 -1]方向の幅は、前記第６工程において形成する開口パターンの[-1 1 1]方向の幅及び[1 -1 -1]方向の幅よりも広い請求項２１記載のノズルプレートの製造方法。
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