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JP2008110560A - Nozzle plate for liquid delivery head, and method for manufacturing nozzle plate for liquid delivering head - Google Patents

Nozzle plate for liquid delivery head, and method for manufacturing nozzle plate for liquid delivering head Download PDF

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JP2008110560A
JP2008110560A JP2006295628A JP2006295628A JP2008110560A JP 2008110560 A JP2008110560 A JP 2008110560A JP 2006295628 A JP2006295628 A JP 2006295628A JP 2006295628 A JP2006295628 A JP 2006295628A JP 2008110560 A JP2008110560 A JP 2008110560A
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Japan
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diameter portion
base material
etching
nozzle plate
substrate
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JP2006295628A
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Japanese (ja)
Inventor
Isao Doi
勲 土井
Tomoko Miyaura
智子 宮浦
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nozzle plate for a liquid delivering head having a nozzle capable of delivering stably ink and a method for manufacturing the nozzle plate for the liquid delivering head. <P>SOLUTION: The nozzle plate for the liquid delivering head which comprises a substrate with a through-hole, and in which the through-hole has a large-diameter part opening on one face side of the substrate and having a definite sectional shape, and a small-diameter part opening on the other face of the substrate and having a definite sectional shape having a smaller section than the section of the large-diameter part, and the opening of the small-diameter part of the through-hole is a delivering hole for delivering a liquid as liquid droplets, wherein the through-hole has a tapered part connected to the large-diameter part, gradually decreasing its diameter, and connected to the small-diameter part. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法に関する。   The present invention relates to a nozzle plate for a liquid discharge head and a method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head.

近年、インクジェット式プリンタは高速・高解像度な印刷が要求されている。このプリンタに用いられるインクジェット式記録ヘッドの構成部品の形成方法にマイクロマシン分野の微細加工技術であるシリコン基板等を対象とした半導体プロセスが用いられている。このため、シリコン基板にエッチングを施すことにより微細な構造体を形成する方法が数多く提案されている。   In recent years, inkjet printers are required to print at high speed and high resolution. A semiconductor process for a silicon substrate or the like, which is a fine processing technique in the micromachine field, is used as a method for forming the components of the ink jet recording head used in this printer. For this reason, many methods for forming a fine structure by etching a silicon substrate have been proposed.

インクジェット式記録ヘッドに用いられるノズルを有しているノズルプレートは、金属や樹脂でできている場合、厚みが50μmから100μm程度としている。こうしたノズルプレートをシリコン基板に置き換えようとすると、シリコン基板の脆弱性からは、取り扱い上厚くする必要がある。一方、高解像の記録ヘッドが強く要望されている状況下でインク滴を吐出する孔の直径はより微小な、例えば5μm〜10μm程度が期待されている。このような微小な吐出孔からインク滴を吐出するには、吐出孔の長さを孔の直径と同程度とする必要がある。このような要求に対して、シリコン基板の厚みを確保しながら、微小なノズル径を形成する方法として、例えば、以下がある。   When a nozzle plate having nozzles used in an ink jet recording head is made of metal or resin, the thickness is set to about 50 μm to 100 μm. In order to replace such a nozzle plate with a silicon substrate, it is necessary to make it thicker in handling because of the fragility of the silicon substrate. On the other hand, the diameter of the hole for ejecting ink droplets is expected to be smaller, for example, about 5 μm to 10 μm under a situation where a high-resolution recording head is strongly desired. In order to eject ink droplets from such minute ejection holes, the length of the ejection holes needs to be approximately the same as the diameter of the holes. In order to meet such requirements, there are the following methods for forming a minute nozzle diameter while ensuring the thickness of the silicon substrate.

小断面のノズルをシリコン基板の一方の面からドライエッチングで形成し、大断面のノズルと、大断面のノズルに連通するインク室、圧力室、インク供給路等を備えたチャンバプレートのインク室断面の一部分をシリコン基板の他方の面からドライエッチングして、小断面のノズルと連通させてノズルを形成する(特許文献1参照)。
特開2004−106199号公報
An ink chamber cross section of a chamber plate having a small cross section nozzle formed by dry etching from one surface of a silicon substrate, and having a large cross section nozzle and an ink chamber, a pressure chamber, an ink supply path, etc. communicating with the large cross section nozzle A part of the substrate is dry-etched from the other surface of the silicon substrate to communicate with a nozzle having a small cross section to form a nozzle (see Patent Document 1).
JP 2004-106199 A

しかしながら、特許文献1に記載のノズルプレートによれば、シリコン基板の一方の面から小断面のノズル径を形成し、他方の面から大断面のノズルをドライエッチングして小断面のノズルと連通させてノズルを形成しているが、小径部と大径部との間には、段差が形成される。インクが流れる時、インクの流れが円滑となりにくい段差部分、特に小径部が開口している大径部端部、にインクの中の気泡が滞留する。滞留する気泡が集まって大きくなると、吐出されるインクに十分な吐出力が伝達されにくくなったり、インクに代わって気泡のみがノズル孔から出てしまう等のインク吐出特性のバラツキを発生させる。特に複数のノズルを有するマルチノズルインクジェット式記録ヘッドにあっては、各ノズル間でのインク吐出特性のバラツキにつながり、画質を低下させるといった問題がある。   However, according to the nozzle plate described in Patent Document 1, a small-diameter nozzle diameter is formed from one surface of the silicon substrate, and the large-section nozzle is dry-etched from the other surface to communicate with the small-section nozzle. The nozzle is formed, but a step is formed between the small diameter portion and the large diameter portion. When the ink flows, bubbles in the ink stay at a step portion where the ink flow is difficult to smooth, particularly at the end portion of the large diameter portion where the small diameter portion is open. When the bubbles that stay are gathered and become larger, variations in ink ejection characteristics such as that it becomes difficult to transmit a sufficient ejection force to the ejected ink or that only the bubbles exit from the nozzle holes instead of the ink are generated. In particular, in a multi-nozzle ink jet recording head having a plurality of nozzles, there is a problem that ink discharge characteristics vary among the nozzles and image quality is degraded.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、安定したインクの吐出を可能とするノズルを有する液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a nozzle plate for a liquid discharge head and a nozzle plate for a liquid discharge head having nozzles that enable stable ink discharge. It is to provide a manufacturing method.

上記の課題は、以下の構成により解決される。   Said subject is solved by the following structures.

1. 貫通孔を有する基板からなり、
前記貫通孔は、前記基板の一方の面側に開口する断面形状が一定の大径部と、
前記基板の他方の面に開口し前記大径部の断面より小さな断面を有する断面形状が一定の小径部と、を有し、
前記貫通孔の前記小径部の開口を液体が液滴として吐出する吐出孔とする液体吐出ヘッド用ノズルプレートにおいて、
前記貫通孔は、前記大径部に連続して漸次径が減少し、前記小径部と接続する面の直径(Df)が以下の条件式を満たすテーパ部を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
d < Df ≦ 0.9D
但し、
d:小径部の直径
D:大径部の直径
2. 前記大径部及び前記テーパ部を構成する基板の基材はSiであり、前記小径部を構成する基板の基材は前記大径部及び前記テーパ部を構成する基板に接するSi異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材を含むことを特徴とする1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
1. Consisting of a substrate with through holes,
The through hole has a large-diameter portion having a constant cross-sectional shape opened to one surface side of the substrate;
A small-diameter portion having a constant cross-sectional shape that is open on the other surface of the substrate and has a cross-section smaller than that of the large-diameter portion,
In a nozzle plate for a liquid discharge head, wherein the opening of the small diameter portion of the through hole is a discharge hole for discharging liquid as droplets,
The through-hole has a taper portion in which a diameter gradually decreases continuously from the large diameter portion, and a diameter (Df) of a surface connected to the small diameter portion satisfies the following conditional expression: Nozzle plate.
d <Df ≦ 0.9D
However,
d: Diameter of the small diameter portion D: Diameter of the large diameter portion The base material of the substrate constituting the large diameter portion and the taper portion is Si, and the base material of the substrate constituting the small diameter portion is an Si anisotropic dry contact with the substrate constituting the large diameter portion and the taper portion. 2. The nozzle plate for a liquid discharge head according to 1, comprising a base material having an etching rate slower than that of Si.

3. 前記Si異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材がSiO2であることを特徴とする2に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。 3. 3. The nozzle plate for a liquid discharge head according to 2, wherein the base material whose etching rate in the Si anisotropic dry etching is slower than Si is SiO 2 .

4. 前記基板の前記吐出孔が形成されている側の面に撥液層が設けられていることを特徴とする1乃至3の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。   4). 4. The nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 1, wherein a liquid repellent layer is provided on a surface of the substrate on which the discharge hole is formed. 5.

5. Siからなる第1の基材と、前記第1の基材の片側に接して設けられたSi異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材を含む第2の基材と、を備えた基板を準備する工程と、
前記第2の基材にフォトリソグラフィ処理及びエッチングを行って前記小径部の開口形状で前記第2の基材を貫通するまで穿孔を行い前記小径部を形成する工程と、
前記第1の基材の表面に第1のエッチングマスクとなる膜を形成する工程と、前記第1のエッチングマスクとなる膜にフォトリソグラフィ処理及びエッチングを行い前記大径部の開口形状を有する第1のエッチングマスクパターンを形成する工程と、前記第1の基材に下記の条件式を満足し、且つ、貫通するまでSi異方性ドライエッチングを行う工程と、で構成される前記テーパ部を含む前記大径部を形成する工程と、をこの順で行うことを特徴とする1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
d < Df ≦ 0.9D
但し、
d:小径部の直径
Df:エッチング速度がSiより遅い基材と形成される大径部の先端部とが交わって成す形状の直径
D:大径部の直径
6. Siからなる第1の基材と、前記第1の基材の片側に接して設けられたSi異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材を含む第2の基材と、を備えた基板を準備する工程と、
前記第1の基材の表面に第1のエッチングマスクとなる膜を形成する工程と、前記第1のエッチングマスクとなる膜にフォトリソグラフィ処理及びエッチングを行い前記大径部の開口形状を有する第1のエッチングマスクパターンを形成する工程と、前記第1の基材に下記の条件式を満足し、且つ、貫通するまでSi異方性ドライエッチングを行う工程と、で構成される前記テーパ部を含む前記大径部を形成する工程と、
前記第2の基材にフォトリソグラフィ処理及びエッチングを行って前記小径部の開口形状で前記第2の基材を貫通するまで穿孔を行い前記小径部を形成する工程と、をこの順で行うことを特徴とする1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
d < Df ≦ 0.9D
但し、
d:小径部の直径
Df:エッチング速度がSiより遅い基材と形成される大径部の先端部とが交わって成す形状の直径
D:大径部の直径
7. 前記Si異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材がSiO2であることを特徴とする5又は6に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
5. A first base material made of Si, and a second base material including a base material whose etching rate in Si anisotropic dry etching provided in contact with one side of the first base material is lower than that of Si. Preparing a prepared substrate;
Performing a photolithography process and etching on the second base material to form a small diameter portion by perforating until the second base material is penetrated with an opening shape of the small diameter portion;
Forming a film serving as a first etching mask on the surface of the first base material; and performing a photolithography process and etching on the film serving as the first etching mask so as to have an opening shape of the large-diameter portion. Forming the etching mask pattern of 1 and the step of performing Si anisotropic dry etching until the following conditional expression is satisfied in the first base material and penetrated: The method for producing a nozzle plate for a liquid discharge head according to 1, wherein the step of forming the large diameter portion is performed in this order.
d <Df ≦ 0.9D
However,
d: Diameter of the small diameter portion Df: Diameter of the shape formed by the base material having a slower etching rate than Si and the tip portion of the large diameter portion formed D: Diameter of the large diameter portion A first base material made of Si, and a second base material including a base material whose etching rate in Si anisotropic dry etching provided in contact with one side of the first base material is lower than that of Si. Preparing a prepared substrate;
Forming a film serving as a first etching mask on the surface of the first base material; and performing a photolithography process and etching on the film serving as the first etching mask so as to have an opening shape of the large-diameter portion. Forming the etching mask pattern of 1 and the step of performing Si anisotropic dry etching until the following conditional expression is satisfied in the first base material and penetrated: Including the step of forming said large diameter portion;
Performing a photolithography process and etching on the second base material to form the small diameter portion in this order by drilling until the second base material is penetrated with the opening shape of the small diameter portion. 2. A method for producing a nozzle plate for a liquid ejection head as described in 1 above.
d <Df ≦ 0.9D
However,
d: Diameter of the small diameter portion Df: Diameter of the shape formed by the base material having a slower etching rate than Si and the tip portion of the large diameter portion formed D: Diameter of the large diameter portion Method of manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to 5 or 6, wherein the slow substrate etching rate than Si in the Si anisotropic dry etching is SiO 2.

8. 前記基板の前記吐出孔が形成されている側の面に撥液層を設ける工程を有することを特徴とする5乃至7の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。   8). 8. The method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 5, further comprising a step of providing a liquid repellent layer on a surface of the substrate on which the discharge holes are formed.

本発明の液体吐出ヘッド用ノズルプレートは、貫通孔は、大径部に連続して漸次径が減少し、小径部と接続する面の直径(Df)が以下の条件式を満たすテーパ部を有している。
d < Df ≦ 0.9D
但し、
d:小径部の直径
D:大径部の直径
よって、大径部と小径部との間に大径部の径が漸次減少するテーパ部分があり、このテーパ部により、液滴として吐出される液体の流れが円滑となり、液体が含む気泡が大径部と小径部との間に滞留することがなくなる。このため、液体を液滴として吐出する際の圧力が滞留した気泡で弱められることがなく、また、滞留して小さい気泡が集まって大きく成長した気泡が液滴に代わり吐出されることもない。
In the nozzle plate for a liquid discharge head according to the present invention, the through hole has a tapered portion in which the diameter gradually decreases continuously from the large diameter portion, and the diameter (Df) of the surface connected to the small diameter portion satisfies the following conditional expression. is doing.
d <Df ≦ 0.9D
However,
d: Diameter of the small-diameter portion D: Diameter of the large-diameter portion Therefore, there is a taper portion where the diameter of the large-diameter portion gradually decreases between the large-diameter portion and the small-diameter portion. The flow of the liquid becomes smooth, and bubbles contained in the liquid do not stay between the large diameter portion and the small diameter portion. For this reason, the pressure at the time of discharging the liquid as a droplet is not weakened by the staying bubbles, and the bubble that stays and gathers small bubbles and grows large is not discharged instead of the droplets.

従って、安定したインクの吐出を可能とするノズルを有する液体吐出ヘッド用ノズルプレートを提供できる。   Therefore, it is possible to provide a nozzle plate for a liquid discharge head having nozzles that enable stable ink discharge.

また、本発明の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法によれば、Siからなる第1の基材と、第1の基材の片側に接して設けられたSi異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材を含む第2の基材とを備えた基板を用いて、第1の基材に以下の条件式を満足し、且つ、貫通するまでSi異方性ドライエッチングを行ってテーパ部を含む大径部を形成する。また、第2の基材には小径部の開口形状で第2の基材を貫通するまで穿孔を行い小径部を形成する。
d < Df ≦ 0.9D
但し、
d:小径部の直径
Df:エッチング速度がSiより遅い基材と形成される大径部の先端部とが交わって成す形状の直径
D:大径部の直径
よって、大径部と小径部との間に大径部の径が漸次減少するテーパ部分が形成され、このテーパ部により、液滴として吐出される液体の流れが円滑となり、液体が含む気泡が大径部と小径部との間に滞留することがなくなる。このため、液体を液滴として吐出する際の圧力が滞留した気泡で弱められることがなく、また、滞留して小さい気泡が集まって大きく成長した気泡が液滴に代わり吐出されることもない。
Further, according to the method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head of the present invention, the etching rate in the first base material made of Si and the Si anisotropic dry etching provided in contact with one side of the first base material Using a substrate provided with a second base material including a base material that is slower than Si, performing the anisotropic dry etching until the first base material satisfies the following conditional expression and penetrates: A large diameter portion including a tapered portion is formed. Further, the second base material is perforated until it penetrates the second base material with an opening shape of a small diameter part to form a small diameter part.
d <Df ≦ 0.9D
However,
d: Diameter of the small diameter portion Df: Diameter of the shape formed by the base material having a slower etching rate than Si and the tip of the large diameter portion formed D: Diameter of the large diameter portion Therefore, the large diameter portion and the small diameter portion A taper portion in which the diameter of the large diameter portion gradually decreases is formed between them, and the flow of the liquid discharged as droplets becomes smooth by this taper portion, and bubbles contained in the liquid are between the large diameter portion and the small diameter portion. No longer stay in the water. For this reason, the pressure at the time of discharging the liquid as a droplet is not weakened by the staying bubbles, and the bubble that stays and gathers small bubbles and grows large is not discharged instead of the droplets.

従って、安定したインクの吐出を可能とするノズルを有する液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法を提供できる。   Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head having nozzles that enable stable ink discharge.

本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。   Although the present invention will be described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to the embodiment.

図1は液体吐出ヘッドの例であるインクジェット式記録ヘッド(以下、記録ヘッドと称する。)Aを構成している、ノズルプレート1、ボディプレート2、圧電素子3を模式的に示している。   FIG. 1 schematically shows a nozzle plate 1, a body plate 2, and a piezoelectric element 3 constituting an ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) A which is an example of a liquid discharge head.

ノズルプレート1には、インク吐出のためのノズル11を複数配列してある。また、ボディプレート2には、ノズルプレート1を貼り合わせることで、圧力室となる圧力室溝24、インク供給路となるインク供給路溝23及び共通インク室となる共通インク室溝22、並びにインク供給口21が形成されている。   A plurality of nozzles 11 for discharging ink are arranged on the nozzle plate 1. Further, the nozzle plate 1 is bonded to the body plate 2 so that the pressure chamber groove 24 serving as a pressure chamber, the ink supply path groove 23 serving as an ink supply path, the common ink chamber groove 22 serving as a common ink chamber, and the ink. A supply port 21 is formed.

そして、ノズルプレート1のノズル11とボディプレート2の圧力室溝24とが一対一で対応するようにノズルプレート1とボディプレート2とを貼り合わせることで流路ユニットMを形成する。ここで、以後、上記で説明に使用した圧力室溝、供給路溝、共通インク室溝の各符号はそれぞれ圧力室、供給路、共通インク室にも使用する。   And the flow path unit M is formed by bonding the nozzle plate 1 and the body plate 2 so that the nozzle 11 of the nozzle plate 1 and the pressure chamber groove 24 of the body plate 2 correspond one-to-one. Hereafter, the reference numerals of the pressure chamber groove, the supply path groove, and the common ink chamber groove used in the above description are also used for the pressure chamber, the supply path, and the common ink chamber, respectively.

ここで、図2は、この記録ヘッドAにおけるノズルプレート1のY−Y、及びボディプレート2のX−Xの位置での断面を模式的に示している。図2が示しているように、流路ユニットMに圧電素子3をインク吐出用アクチュエータとしてボディプレート2のノズルプレート1を接着する面と反対の各圧力室24の底部25の面に接着することで、記録ヘッドAが完成する。この記録ヘッドAの各圧電素子3に駆動パルス電圧が印加され、圧電素子3から発生する振動が圧力室24の底部25に伝えられ、この底部25の振動により圧力室24内の圧力を変動させることでノズル11からインク滴を吐出させる。   Here, FIG. 2 schematically shows a cross section of the recording head A at the positions of YY of the nozzle plate 1 and XX of the body plate 2. As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 3 is bonded to the flow path unit M to the surface of the bottom 25 of each pressure chamber 24 opposite to the surface to which the nozzle plate 1 of the body plate 2 is bonded. Thus, the recording head A is completed. A drive pulse voltage is applied to each piezoelectric element 3 of the recording head A, and vibration generated from the piezoelectric element 3 is transmitted to the bottom 25 of the pressure chamber 24, and the pressure in the pressure chamber 24 is changed by the vibration of the bottom 25. Thus, ink droplets are ejected from the nozzle 11.

図3にノズルプレート1の例としてノズル11の周辺部を示す。図3のノズルプレート1は、Si基板30、エッチング停止層31、Si層32の3層構造としており、これに撥液層45を設けてある。ノズル11は、大径部15、小径部14及び大径部に連続して漸次径が減少し、小径部と接続する部分18(以後、テーパ部18と称する。)から構成されている。   FIG. 3 shows a peripheral portion of the nozzle 11 as an example of the nozzle plate 1. The nozzle plate 1 shown in FIG. 3 has a three-layer structure of a Si substrate 30, an etching stop layer 31, and a Si layer 32, and a liquid repellent layer 45 is provided thereon. The nozzle 11 includes a large diameter portion 15, a small diameter portion 14, and a portion 18 (hereinafter referred to as a taper portion 18) connected to the small diameter portion, the diameter of which gradually decreases continuously.

図3に示す、大径部15、小径部14及びテーパ部18の構成において、dを小径部14の直径、Dを大径部の直径、Dfを大径部15の側における小径部14の開口端面を面内とする平面と交わるテーパ部18の直径として以下の条件式(1)を満足している。
d < Df ≦ 0.9D ・・・・・(1)
テーパ部18の直径Dfが小径部14の直径d未満である場合は、大径部15と小径部14とが貫通はしているものの、大径部15がエッチング停止層31に達してなく、小径部14が一定の断面形状で開口してなく、更に小径部14の長さが所定の長さより長い状態である。この場合、開口が十分でなく小径部14が所定の長さより長いため、小径部14の流路抵抗が大きくなるため、液滴の吐出性能が悪くなる。
In the configuration of the large diameter portion 15, the small diameter portion 14, and the taper portion 18 shown in FIG. 3, d is the diameter of the small diameter portion 14, D is the diameter of the large diameter portion, and Df is the diameter of the small diameter portion 14 on the large diameter portion 15 side. The following conditional expression (1) is satisfied as the diameter of the tapered portion 18 intersecting with the plane having the opening end face in the plane.
d <Df ≦ 0.9D (1)
When the diameter Df of the taper portion 18 is less than the diameter d of the small diameter portion 14, the large diameter portion 15 and the small diameter portion 14 penetrate, but the large diameter portion 15 does not reach the etching stop layer 31. The small-diameter portion 14 is not opened with a constant cross-sectional shape, and the length of the small-diameter portion 14 is longer than a predetermined length. In this case, since the opening is not sufficient and the small-diameter portion 14 is longer than a predetermined length, the flow resistance of the small-diameter portion 14 is increased, and the droplet discharge performance is deteriorated.

また、テーパ部18の直径Dfが大径部の直径Dの0.9倍を超えると、テーパ部18がエッチング停止層31と交わる周辺である角部に吐出液に含まれる気泡の滞留が生じる。気泡が滞留すると、気泡が蓄積されて次第に大きく成長し、ついには液滴を吐出するための圧力を吸収するようになる。この結果、十分に吐出液に圧力が伝達できなくなったり、成長した気泡が吐出孔から出てしまうことで、形成される画質が低下してしまう。   When the diameter Df of the tapered portion 18 exceeds 0.9 times the diameter D of the large-diameter portion, the bubbles contained in the discharge liquid are retained in the corner portion where the tapered portion 18 intersects the etching stop layer 31. . When the bubbles stay, the bubbles are accumulated and gradually grow, and finally the pressure for discharging the droplets is absorbed. As a result, the pressure cannot be sufficiently transmitted to the discharge liquid, or the grown bubbles come out of the discharge holes, so that the formed image quality is deteriorated.

ここで、ノズルプレート1の製造に関して説明する。図4、図5は図1のノズルプレート1を製造する工程の概略を断面図でもって模式的に示した図であり、完成したノズルプレート1は図5(g)に示している。図5(h)は、撥液層45を備えた、より好ましいノズルプレートを示している。   Here, the manufacture of the nozzle plate 1 will be described. 4 and 5 are diagrams schematically showing a process of manufacturing the nozzle plate 1 of FIG. 1 with a cross-sectional view, and the completed nozzle plate 1 is shown in FIG. FIG. 5 (h) shows a more preferable nozzle plate including the liquid repellent layer 45.

ノズルプレート1を製造する基板C(図4(a))は、第1の基材とするSi基板30にSiよりエッチング速度の遅い材料による所謂エッチング停止層31を設け、さらにSi層32を備えている。エッチング停止層31とSi層32とで第2の基材としている。このSi基板30には、後述する大径部を設け、エッチング停止層31及びSi層32には小径部を設ける。Si基板30の厚みは大径部の長さ、エッチング停止層31及びSi層32の厚みはノズル長となる小径部の長さにより適宜決める。この時、エッチング停止層31の厚みは使用する材料によるSiとのエッチング速度との関係で適宜決めれば良い。   A substrate C (FIG. 4A) for manufacturing the nozzle plate 1 is provided with a so-called etching stop layer 31 made of a material having an etching rate slower than Si on a Si substrate 30 as a first base material, and further includes a Si layer 32. ing. The etching stopper layer 31 and the Si layer 32 serve as the second base material. The Si substrate 30 is provided with a large-diameter portion described later, and the etching stop layer 31 and the Si layer 32 are provided with a small-diameter portion. The thickness of the Si substrate 30 is appropriately determined depending on the length of the large diameter portion, and the thicknesses of the etching stop layer 31 and the Si layer 32 are appropriately determined depending on the length of the small diameter portion serving as the nozzle length. At this time, the thickness of the etching stopper layer 31 may be determined as appropriate in relation to the etching rate with Si depending on the material used.

上記の3層構成の基板Cは、SOI(Silicon On Insulator)として市販されており、材料と厚みを指定することで入手可能であるが、例えば以下のようにして製造することができる。   The three-layered substrate C is commercially available as SOI (Silicon On Insulator) and can be obtained by specifying the material and thickness. For example, the substrate C can be manufactured as follows.

まず、Si基板30の上にエッチング停止層31を設ける。エッチング停止層31の材料は、Si異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiのエッチング速度より小さい必要がある。また、エッチング処理にて、小径部を構成できる、例えば、1μmから10μm程度の孔が形成可能な材料とする。この様な材料として、例えば、SiO2、Al23などの絶縁材料、Ni、Cr等の金属、フォトレジスト等の樹脂が挙げられる。 First, the etching stop layer 31 is provided on the Si substrate 30. The material of the etching stop layer 31 needs to have an etching rate in Si anisotropic dry etching smaller than the etching rate of Si. In addition, a material capable of forming a small-diameter portion by etching, for example, a hole capable of forming a hole of about 1 μm to 10 μm is used. Examples of such materials include insulating materials such as SiO 2 and Al 2 O 3 , metals such as Ni and Cr, and resins such as photoresist.

Siに比較したエッチング速度は、Siを1とすると、SiO2、Al23は1/300から1/200程度、Ni、Crは1/500程度、フォトレジスト等の樹脂は1/50程度である。ここで、このSiを1とするエッチング速度比をエッチング選択比とする。これらのエッチング選択比は、エッチング装置やエッチングレート等のエッチング条件により前後するためおおよその値で示している。 The etching rate compared to Si is about 1/300 to 1/200 for SiO 2 and Al 2 O 3, about 1/500 for Ni and Cr, and about 1/50 for resins such as photoresist when Si is 1. It is. Here, the etching rate ratio in which Si is 1 is defined as an etching selection ratio. These etching selection ratios are approximate values because they vary depending on etching conditions such as an etching apparatus and an etching rate.

エッチング停止層31の厚みは、ノズル長の一部となるので、この後、このエッチング停止層31の上に設けるSi層32と併せて厚みを決めれば良い。エッチング停止層31の形成方法は特に限定されることはなく、公知の方法で良く、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等が挙げられ、使用する材料に応じて適宜選択すれば良い。   Since the thickness of the etching stop layer 31 is a part of the nozzle length, the thickness may be determined together with the Si layer 32 provided on the etching stop layer 31 thereafter. The formation method of the etching stop layer 31 is not particularly limited, and may be a known method. Examples thereof include a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, and the like, and may be appropriately selected according to the material to be used.

この後、Si層32を設ける。形成する方法は特に限定されることはなく、公知の方法で良く、例えば反応ガスをシラン(SiH4)ガスとしてCVD(Chemical Vapor Deposition、化学気相成長)法を用いることができる。 Thereafter, the Si layer 32 is provided. The formation method is not particularly limited, and a known method may be used. For example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method may be used with a reactive gas as a silane (SiH 4 ) gas.

次に、大径部15の形成に関して図4に沿って説明する。大径部15の形成は、基板Cを用いる。複数の大径部15を設ける場合の大径部15の配列に際し、隣接する大径部15の例えばノズル内の液体への加圧力の干渉等が問題とならないような隔壁の強度が確保される厚みを持つことができる径とするのが良い。また、小径部14の間隔のピッチも考慮して適宜決めるのが良い。   Next, the formation of the large diameter portion 15 will be described with reference to FIG. The large diameter portion 15 is formed using the substrate C. When arranging a plurality of large-diameter portions 15, the strength of the partition walls is secured so that the interference of the pressurizing force on the liquid in the nozzle of the adjacent large-diameter portions 15 does not become a problem. It is good to set it as the diameter which can have thickness. Further, it is preferable to appropriately determine the pitch of the interval between the small diameter portions 14 in consideration.

まず、基板CのSi基板30の上に、公知のフォトリソグラフィ処理により大径部15を設けるためのエッチングマスクとなる膜40を設ける。この膜40は、Si基板30をSi異方性ドライエッチングする上でのエッチングマスクとなるものであれば特に限定されることはなく、例えば、SiO2膜がある。この膜40にマスクパターンを形成するためにフォトレジストパターン42aを形成する(図4(b))。次に、フォトレジストパターン42aをマスクとして、CF4ガスを用いた公知の反応性ドライエッチング法を用いて、SiO2のエッチングマスク40aを形成する(図4(c))。フォトレジストパターン42aは、酸素プラズマによるアッシング等により除去する。 First, a film 40 serving as an etching mask for providing the large diameter portion 15 is provided on the Si substrate 30 of the substrate C by a known photolithography process. The film 40 is not particularly limited as long as it serves as an etching mask for performing Si anisotropic dry etching on the Si substrate 30. For example, there is a SiO 2 film. In order to form a mask pattern on the film 40, a photoresist pattern 42a is formed (FIG. 4B). Next, an SiO 2 etching mask 40a is formed by using a known reactive dry etching method using CF 4 gas with the photoresist pattern 42a as a mask (FIG. 4C). The photoresist pattern 42a is removed by ashing using oxygen plasma or the like.

次に、Si異方性ドライエッチング法を用いて小径部14と貫通し、条件式(1)を満足するように大径部15を形成する。このとき、エッチング停止層31の材料は、エッチング選択比が小さい。このため、大径部15を加工するに際して、エッチング停止層31が露出した部分における深さ方向のエッチング速度が低下する。   Next, the large diameter portion 15 is formed so as to penetrate the small diameter portion 14 using the Si anisotropic dry etching method and satisfy the conditional expression (1). At this time, the material of the etching stop layer 31 has a small etching selectivity. For this reason, when the large diameter portion 15 is processed, the etching rate in the depth direction in the portion where the etching stop layer 31 is exposed decreases.

例として、エッチング停止層31であるSiO2のエッチング選択比を1/200とすると、Si基板30を10μmエッチングするエッチング量の場合、エッチング停止層31のエッチング量は0.05μmとなる。従って、エッチング停止層31にエッチング処理が達してエッチング停止層31が露出した部分の深さ(長さ)方向のエッチングはほとんど進まない。 As an example, if the etching selectivity of SiO 2 that is the etching stop layer 31 is 1/200, the etching amount of the etching stop layer 31 is 0.05 μm when the Si substrate 30 is etched by 10 μm. Therefore, the etching in the depth (length) direction of the portion where the etching process reaches the etching stop layer 31 and the etching stop layer 31 is exposed hardly progresses.

また、エッチング処理により形成されていく大径部の形状は、その先端までがエッチングマスクの形状としている円形状と同じではなく、先端に近づくに従って断面形状の円の直径が大径部の直径より小さくなっている。エッチング停止層31に達した大径部15の先端部は、エッチング処理が進みに従って以下に示す順に小径部14との接続状態が変化していく。
(1)小径部14の直径dより小さい孔で小径部14と貫通する。
(2)次第に小径部14の開口径が大きく成りついには小径部14の全域が開口する。
(3)更に、エッチングが進むとエッチング停止層31の露出面が小径部14の開口から外側に向かって広がる。
(4)最後には大径部15と同じ径に達する。
ここで、(2)と(3)に示す状態が大径部と小径部とを大径部の径から小さくなって小径部に通じるテーパ部を備えていることになる。(2)と(3)に示す状態において、大径部側における小径部の開口端面を面内とする平面と交わるテーパ部の直径、又は、エッチング速度がSiより遅い基材であるエッチング停止層31と形成される大径部の先端部とが交わって成す形状の直径をDfとして条件式(1)及びより好ましくは後述の条件式(2)を適用する。従って、大径部15を形成するエッチング量を予め実験等を行って決めておくことで、大径部15の形状を条件式(1)、より好ましくは後述の条件式(2)を満足することができる。
In addition, the shape of the large-diameter portion formed by the etching process is not the same as the circular shape that is the shape of the etching mask up to the tip, and the diameter of the circle with a cross-sectional shape is closer to the tip than the diameter of the large-diameter portion It is getting smaller. The connection state of the distal end portion of the large diameter portion 15 that has reached the etching stop layer 31 with the small diameter portion 14 changes in the following order as the etching process proceeds.
(1) The small diameter portion 14 is penetrated by a hole smaller than the diameter d of the small diameter portion 14.
(2) The opening diameter of the small diameter portion 14 gradually increases until the entire area of the small diameter portion 14 opens.
(3) Further, when the etching proceeds, the exposed surface of the etching stopper layer 31 spreads outward from the opening of the small diameter portion 14.
(4) Finally, it reaches the same diameter as the large diameter portion 15.
Here, the states shown in (2) and (3) are provided with a tapered portion that makes the large diameter portion and the small diameter portion smaller than the diameter of the large diameter portion and leads to the small diameter portion. In the state shown in (2) and (3), the diameter of the tapered portion that intersects the plane having the opening end face of the small diameter portion on the large diameter portion side in the plane, or an etching stop layer that is a base material whose etching rate is slower than Si Conditional expression (1) and more preferably conditional expression (2) described later are applied, where Df is the diameter of the shape formed by the intersection of 31 and the tip of the large-diameter part formed. Therefore, the amount of etching for forming the large diameter portion 15 is determined in advance through experiments or the like, so that the shape of the large diameter portion 15 satisfies the conditional expression (1), more preferably the conditional expression (2) described later. be able to.

Si異方性ドライエッチングとしては、例えば、ボッシュプロセスに対応したICP(Inductive Coupling Plasma)型RIE(Reactive Ion Etching)装置であるのが好ましい。   As the Si anisotropic dry etching, for example, an ICP (Inductive Coupling Plasma) type RIE (Reactive Ion Etching) apparatus corresponding to the Bosch process is preferable.

次に、図5に沿って上記の様にして大径部15が形成された基板C(図5(a))を用いて、小径部14の形成に関して説明する。   Next, the formation of the small diameter portion 14 will be described with reference to FIG. 5 using the substrate C (FIG. 5A) on which the large diameter portion 15 is formed as described above.

まず、Si層32の上に、公知のフォトリソグラフィ処理により小径部14を設けるためのエッチングマスクとなる膜34を設ける(図5(b))。この膜34は、Si層32をSi異方性ドライエッチングする上でのエッチングマスクとなるものであれば特に限定されることはなく、例えば、SiO2膜がある。この膜34にマスクパターンを形成するためにフォトレジストパターン36aを形成する(図5(c))。次に、フォトレジストパターン36aをマスクとして、CF4ガスを用いた公知の反応性ドライエッチング法を用いて、SiO2のエッチングマスク34aを形成する(図5(d))。この後、酸素プラズマによるアッシング等によりフォトレジストパターン36aを除去する(図5(e))。 First, a film 34 serving as an etching mask for providing the small diameter portion 14 is provided on the Si layer 32 by a known photolithography process (FIG. 5B). The film 34 is not particularly limited as long as it serves as an etching mask when the Si layer 32 is subjected to Si anisotropic dry etching. For example, there is a SiO 2 film. In order to form a mask pattern on the film 34, a photoresist pattern 36a is formed (FIG. 5C). Next, an SiO 2 etching mask 34a is formed by using a known reactive dry etching method using CF 4 gas with the photoresist pattern 36a as a mask (FIG. 5D). Thereafter, the photoresist pattern 36a is removed by ashing using oxygen plasma or the like (FIG. 5E).

次に、Si異方性ドライエッチング法を用いてエッチング停止層31が露出するまでエッチングする(図5(f))。このとき、小径部14を形成する断面全域においてエッチング停止層31が露出した状態とするのが好ましい。こうすることにより、小径部にインクの流れを妨げる突起等が形成されない。また、エッチング停止層31は、エッチング選択比が小さい。このため、エッチング停止層31にエッチング処理が達した後は、小径部14を長さ方向に加工する速度が低下する。この結果、エッチング量の制御が容易となると伴に、オーバーエッチングによる上記の小径部14の断面全域においてエッチング停止層31が露出した状態とすることが容易となる。   Next, etching is performed using the Si anisotropic dry etching method until the etching stop layer 31 is exposed (FIG. 5F). At this time, it is preferable that the etching stop layer 31 is exposed in the entire cross-section forming the small diameter portion 14. By doing so, no protrusions or the like that obstruct the flow of ink are formed on the small diameter portion. Further, the etching stop layer 31 has a small etching selectivity. For this reason, after the etching process reaches the etching stop layer 31, the speed of processing the small diameter portion 14 in the length direction decreases. As a result, the etching amount can be easily controlled, and the etching stop layer 31 can be easily exposed in the entire cross-section of the small-diameter portion 14 by overetching.

次に、エッチング停止層31を除去する(図5(g))。除去方法は、エッチング停止層31の材料により適宜選択すれば良く、例えば、Ni、Cr等の金属であればウエットエッチング、SiO2であればCF4ガスを用いた公知の反応性ドライエッチング法がある。エッチング停止層31を除去することで、小径部14が大径部15に貫通しノズルが完成する。 Next, the etching stop layer 31 is removed (FIG. 5G). The removal method may be appropriately selected depending on the material of the etching stop layer 31. For example, a known reactive dry etching method using wet etching is used for metals such as Ni and Cr, and CF 4 gas is used for SiO 2. is there. By removing the etching stop layer 31, the small diameter portion 14 penetrates the large diameter portion 15 and the nozzle is completed.

上記のようにして、例えば、一枚のSi基板に複数のノズルプレートを形成しているのであれば、ダイシングソー等により個々のノズルプレートに分離すればよい。   As described above, for example, if a plurality of nozzle plates are formed on a single Si substrate, the nozzle plates may be separated into individual nozzle plates by a dicing saw or the like.

上記の例では、基板Cにまず大径部15を形成し次に小径部14を形成しているが、この順序を逆として、まず小径部14を形成し次に大径部15を形成することもできる。   In the above example, the large-diameter portion 15 is first formed on the substrate C, and then the small-diameter portion 14 is formed. However, in this order, the small-diameter portion 14 is first formed and then the large-diameter portion 15 is formed. You can also.

また、小径部14を構成する基板の基材を、例えば、図6に示す様にエッチング停止層31を構成する素材、例えばSiO2のみで小径部14を構成するができる。図6の小径部14の形成方法は、例えば、上述のエッチングマスク34aと同様とすることができる。すなわち小径部14を形成するためのフォトレジストパターンを設け、その後、例えば、CF4ガスを用いた公知の反応性ドライエッチング法により大径部15に貫通する小径部14を形成する。 Also, the base material of the substrate which constitutes the small diameter portion 14, for example, and constitute the material, for example, a small-diameter portion 14 only of SiO 2 constituting the etch stop layer 31 as shown in FIG. The method for forming the small-diameter portion 14 in FIG. 6 can be the same as the etching mask 34a described above, for example. That is, a photoresist pattern for forming the small diameter portion 14 is provided, and then the small diameter portion 14 penetrating the large diameter portion 15 is formed by, for example, a known reactive dry etching method using CF 4 gas.

大径部15及び小径部14を基板Cに実際に形成する場合、基板Cの両面からフォトリソグラフィ処理を行いエッチングする必要がある。この場合、マスクアライナーを用いて基板Cの両面にエッチングマスクパターンを形成するためのフォトマスクの位置決めを行う必要がある。従って、両側のパターンの位置決めを行う場合に、使用するマスクアライナーの精度に依存する位置ズレが生じる。この位置ズレにより、大径部15と小径部14との中心がずれる場合が生じる場合がある。このズレが生じる場合、条件式(1)のテーパ部18の直径Dfが小径部14の直径dと近い場合においては、小径部14の長さが一定とならなくなってしまう。小径部14の長さが一定とならないと、小径部14の流路抵抗が一様でなくなる。この結果、吐出される液滴が傾いて吐出されてしまい、形成さえる画質が低下してしまう。こうした理由から、以下の条件式(2)を満足するのがより好ましい。
2d ≦ Df ≦ 0.9D ・・・・・(2)
また、これまでの例ではノズルを小径部14及び大径部15の2段構成としているが、図7に示す様な3段及び3段以上の構成としてもよい。3段の場合、図7に示す71を小径部、73を大径部、75をテーパ部として、それぞれの径に条件式(1)を適用することができる。尚、最も大きな最大径部77の直径は、大径部73の直径Dより大きい径であれば良く、条件式(1)に影響しない。
When the large-diameter portion 15 and the small-diameter portion 14 are actually formed on the substrate C, it is necessary to perform etching by performing photolithography from both sides of the substrate C. In this case, it is necessary to position a photomask for forming an etching mask pattern on both surfaces of the substrate C using a mask aligner. Therefore, when the patterns on both sides are positioned, a positional shift that depends on the accuracy of the mask aligner used occurs. This misalignment may cause the center of the large diameter portion 15 and the small diameter portion 14 to deviate. When this deviation occurs, when the diameter Df of the tapered portion 18 in the conditional expression (1) is close to the diameter d of the small diameter portion 14, the length of the small diameter portion 14 is not constant. If the length of the small diameter portion 14 is not constant, the flow path resistance of the small diameter portion 14 is not uniform. As a result, the discharged droplets are inclined and discharged, and the image quality that can be formed deteriorates. For these reasons, it is more preferable that the following conditional expression (2) is satisfied.
2d ≦ Df ≦ 0.9D (2)
In the examples so far, the nozzle has a two-stage configuration of the small-diameter portion 14 and the large-diameter portion 15. However, the nozzle may have a three-stage configuration and three or more stages as shown in FIG. In the case of three stages, conditional expression (1) can be applied to each diameter with 71 shown in FIG. 7 as a small diameter part, 73 as a large diameter part, and 75 as a tapered part. In addition, the diameter of the largest largest diameter part 77 should just be a diameter larger than the diameter D of the large diameter part 73, and does not affect conditional expression (1).

撥液層47に関して説明する。図1に示すノズルプレート11の吐出孔13が存在する面に撥液層45を設けるのが好ましい。撥液層45を設けることで、吐出孔13から液体が吐出面12に馴染むことでの染み出しや広がりを抑制することができる。具体的には、例えば液体が水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体が油性であれば撥油性を有する材料が用いられるが、一般に、FEP(四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン)、PTFE(ポリテトラフロロエチレン)、フッ素シロキサン、フルオロアルキルシラン、アモルファスパーフルオロ樹脂等のフッ素樹脂等が用いられることが多く、塗布や蒸着等の方法で吐出面12に成膜されている。膜厚の厚みは、特に限定されるものではないが、概ね0.1μmから3μmとするのが好ましい。   The liquid repellent layer 47 will be described. It is preferable to provide a liquid repellent layer 45 on the surface of the nozzle plate 11 shown in FIG. By providing the liquid repellent layer 45, it is possible to suppress the seepage and spread when the liquid is adapted to the discharge surface 12 from the discharge hole 13. Specifically, for example, a material having water repellency is used if the liquid is aqueous, and a material having oil repellency is used if the liquid is oily. Generally, FEP (ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride) is used. ), PTFE (polytetrafluoroethylene), fluorosiloxane such as fluorosiloxane, fluoroalkylsilane, amorphous perfluororesin, and the like are often used, and the film is formed on the discharge surface 12 by a method such as coating or vapor deposition. The thickness of the film is not particularly limited, but is preferably about 0.1 μm to 3 μm.

なお、撥液層45は、ノズルプレート1の吐出面12に直接成膜してもよいし、撥液層45の密着性を向上させるために中間層を介して成膜することも可能である。   The liquid repellent layer 45 may be formed directly on the ejection surface 12 of the nozzle plate 1 or may be formed via an intermediate layer in order to improve the adhesion of the liquid repellent layer 45. .

図4、図5を用いてノズルプレート1を製造する実施例を説明する。まず図4に沿って大径部14の形成を説明する。厚み200μmのSi基板30の一方の面にエッチング停止層31として厚み0.5μmのSiO2膜を形成し、更に重ねて4.5μmのSi層32を形成した(図4(a))。形成する方法は、CVD法を用いた。これを基板Cとした。 The Example which manufactures the nozzle plate 1 using FIG. 4, FIG. 5 is demonstrated. First, the formation of the large diameter portion 14 will be described with reference to FIG. A SiO 2 film having a thickness of 0.5 μm was formed as an etching stop layer 31 on one surface of a Si substrate 30 having a thickness of 200 μm, and a Si layer 32 having a thickness of 4.5 μm was further formed thereon (FIG. 4A). The CVD method was used as the forming method. This was designated as substrate C.

上記の基板Cに小径部14の直径を5μm、大径部15の直径を60μmとしたノズルを形成した。   A nozzle having a diameter of the small diameter portion 14 of 5 μm and a diameter of the large diameter portion 15 of 60 μm was formed on the substrate C.

Si基板30の他方の面にCVD法で膜40である厚み1.2μmのSiO2膜を形成した。このSiO2膜の上にフォトレジストパターン42aを形成する(図4(b))。このフォトレジストパターン42aを用いてエッチング処理を行うことでSiO2からなるエッチングマスク40aを得る(図4(c))。尚、フォトレジストパターン42aは、酸素プラズマによるアッシング法にて除去している。 A SiO 2 film having a thickness of 1.2 μm as a film 40 was formed on the other surface of the Si substrate 30 by a CVD method. A photoresist pattern 42a is formed on the SiO 2 film (FIG. 4B). An etching process is performed using the photoresist pattern 42a to obtain an etching mask 40a made of SiO 2 (FIG. 4C). The photoresist pattern 42a is removed by an ashing method using oxygen plasma.

エッチングマスク40aを用いて、Si異方性ドライエッチングによりSi基板30をエッチングして大径部15を形成した(図4(d))。大径部15を形成するエッチング量は、予め実験等により、テーパ部18の直径Dfが後述に示すように設定した。   Using the etching mask 40a, the Si substrate 30 was etched by Si anisotropic dry etching to form the large diameter portion 15 (FIG. 4D). The etching amount for forming the large-diameter portion 15 was previously set by experiments and the like so that the diameter Df of the tapered portion 18 will be described later.

Si異方性ドライエッチングの具体的な方法は、ボッシュプロセスを用いた。エッチングガスとして6フッ化硫黄(SF6)、デポジションガスとしてフッ化炭素(C48)を交互に使用した。エッチング装置であるICP型RIE装置の設定は、以下の表1に示す。 As a specific method of Si anisotropic dry etching, a Bosch process was used. Sulfur hexafluoride (SF 6 ) was used as an etching gas, and fluorocarbon (C 4 F 8 ) was used alternately as a deposition gas. Table 1 below shows the settings of an ICP type RIE apparatus which is an etching apparatus.

Figure 2008110560
Figure 2008110560

表1に示すエッチング条件によれば、エッチング速度は、1μm/サイクルとなる。このサイクル数を調整することでエッチング量を決めた。尚、エッチング量をより細かく調整する必要がある場合は、エッチング電力とプラテン電力を調整することで対応できる。   According to the etching conditions shown in Table 1, the etching rate is 1 μm / cycle. The etching amount was determined by adjusting the number of cycles. In addition, when it is necessary to adjust the etching amount more finely, it can be dealt with by adjusting the etching power and the platen power.

大径部15を形成後、エッチングマスク40aとしたSiO2膜を反応性イオンエッチング法(RIE)により除去した(図4(e))。 After forming the large-diameter portion 15, the SiO 2 film used as the etching mask 40a was removed by reactive ion etching (RIE) (FIG. 4E).

次、エッチングマスク34aとなる膜34である厚み0.3μmのSiO2膜をスパッタリング法により成膜した(図5(b))。SiO2膜の上にフォトリソグラフィ処理によりフォトレジストパターン36aを形成した(図5(c))。この後、エッチングにより吐出孔を開口とする直径5μmの小径部14を基材CのSi膜32に形成するためのエッチングマスク34aであるSiO2膜パターンを形成した(図5(d))。その後、フォトレジストパターン36aを除去した。 Next, a SiO 2 film having a thickness of 0.3 μm, which is a film 34 to be the etching mask 34a, was formed by sputtering (FIG. 5B). A photoresist pattern 36a was formed on the SiO 2 film by photolithography (FIG. 5C). After that, an SiO 2 film pattern, which is an etching mask 34a for forming the small diameter portion 14 having a diameter of 5 μm with the discharge hole as an opening on the Si film 32 of the substrate C, was formed by etching (FIG. 5D). Thereafter, the photoresist pattern 36a was removed.

エッチングマスク34aを用いて、CF4を反応ガスとするドライエッチングによりSi層32をエッチングして小径部14を形成した(図5(f))。この後、エッチング停止層31をCHF3ガスを用いた公知の反応性ドライエッチング法により除去して小径部14と大径部15とを貫通させた。 Using the etching mask 34a, the Si layer 32 was etched by dry etching using CF 4 as a reactive gas to form the small diameter portion 14 (FIG. 5F). Thereafter, the etching stop layer 31 was removed by a known reactive dry etching method using CHF 3 gas, and the small diameter portion 14 and the large diameter portion 15 were penetrated.

上記の手順により形成したノズル孔を有するSi基板30をダイシングソーにて分離することでノズル孔を有するノズルプレート1を作製した。   The nozzle plate 1 having nozzle holes was produced by separating the Si substrate 30 having nozzle holes formed by the above-described procedure with a dicing saw.

次に図1に示すボディプレート2を製造した。Si基板を用いて、公知のフォトリソグラフィ処理(レジスト塗布、露光、現像)及びSi異方性ドライエッチング技術を用いて、ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室となる圧力室溝、この圧力室にそれぞれ連通する複数のインク供給路となるインク供給溝及びこのインク供給に連通する共通インク室となる共通インク室溝、並びにインク供給口を形成した。   Next, the body plate 2 shown in FIG. 1 was manufactured. Using a Si substrate, using a known photolithography process (resist application, exposure, development) and Si anisotropic dry etching technology, a pressure chamber groove serving as a plurality of pressure chambers respectively communicating with the nozzles, An ink supply groove serving as a plurality of ink supply paths communicating with each other, a common ink chamber groove serving as a common ink chamber communicating with the ink supply, and an ink supply port were formed.

次に、図1に示すように、これまでに用意したノズルプレート1とボディプレート2とを接着剤を用いて貼り合わせ、更にボディプレート2の各圧力室24の背面に圧力発生手段であるピエゾ素子3を取り付けて液滴吐出ヘッドAとした。   Next, as shown in FIG. 1, the nozzle plate 1 and the body plate 2 that have been prepared so far are bonded together using an adhesive, and the piezoelectric plate serving as a pressure generating means is attached to the back surface of each pressure chamber 24 of the body plate 2. The element 3 was attached to form a droplet discharge head A.

テーパ部18の直径Dfを次の通りになるようにエッチング量を変化させて作成したノズルプレートを用いて液滴吐出ヘッドAを作成して液滴の吐出実験を行った結果を以下に示す。   The following is a result of a droplet discharge experiment in which a droplet discharge head A was prepared using a nozzle plate prepared by changing the etching amount so that the diameter Df of the tapered portion 18 was as follows.

テーパ部18の直径Dfは、大径部15の開口側から光学顕微鏡にて観察、測定した。径の測定にはガラススケールを用いた。光学顕微鏡で観察される大径部15において、露出しているエッチング停止層31であるSiO2膜は光沢があり、またエッチングされているSi部分はざらつきがあるためこの2つの境界は良好に判断できる。 The diameter Df of the tapered portion 18 was observed and measured with an optical microscope from the opening side of the large diameter portion 15. A glass scale was used for measuring the diameter. In the large-diameter portion 15 observed with an optical microscope, the exposed SiO 2 film as the etching stop layer 31 is glossy, and the etched Si portion is rough, so that the boundary between the two is judged well. it can.

Figure 2008110560
Figure 2008110560

表2の吐出実験結果で示す各記号は以下を意味している。
○:良好
△:吐出ムラが生じた場合があった
×:不良
実施例2から実施例5においては、液滴吐出ヘッドAより良好に液滴が吐出された。実施例1においては、小径部の半径分程度の位置ずれが生じる場合があった。これを用いた液滴吐出ヘッドAでは、液滴の吐出量にムラが見られ、吐出方向が傾いている現象が見られた。位置ずれが認められない場合では、液滴吐出ヘッドAより良好に液滴が吐出された。
Each symbol shown in the discharge experiment results in Table 2 means the following.
○: Good Δ: Discharge unevenness sometimes occurred ×: Bad In Examples 2 to 5, droplets were discharged better than the droplet discharge head A. In the first embodiment, there is a case where a positional shift of about the radius of the small diameter portion occurs. In the droplet discharge head A using this, there was a phenomenon that the discharge amount of the droplet was uneven and the discharge direction was inclined. In the case where no displacement was observed, the droplets were ejected better than the droplet ejection head A.

比較例1においては、小径部が一定の開口形状で貫通されていない。これを用いた液滴吐出ヘッドAでは吐出不良が生じた。比較例2においては、液滴吐出ヘッドAより液滴の吐出が時折なされない場合があって記録ムラが生じた。比較例3においては、液滴吐出ヘッドAより液滴の吐出が頻繁になされない場合があって記録ムラが生じた。   In Comparative Example 1, the small diameter portion is not penetrated with a constant opening shape. In the droplet ejection head A using this, ejection failure occurred. In Comparative Example 2, there was a case where droplets were not occasionally ejected from the droplet ejection head A, resulting in recording unevenness. In Comparative Example 3, there was a case where droplets were not frequently ejected from the droplet ejection head A, resulting in recording unevenness.

インクジェット式記録ヘッドの例を示す図である。It is a figure which shows the example of an inkjet recording head. インクジェット式記録ヘッドの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of an ink jet recording head. ノズルプレートの吐出孔周辺の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the discharge hole periphery of a nozzle plate. 大径部を形成する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of forming a large diameter part. 小径部を形成する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of forming a small diameter part. ノズルプレートの吐出孔周辺の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the discharge hole periphery of a nozzle plate. ノズルプレートの吐出孔周辺の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the discharge hole periphery of a nozzle plate.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズルプレート
2 ボディプレート
3 圧電素子
11 ノズル
12 吐出面
13 吐出孔
14 小径部
15 大径部
18 テーパ部
21 インク供給口
22 共通インク室(溝)
23 インク供給路(溝)
24 圧力室(溝)
30 Si基板
32 Si層
34、40 膜
40a、34a エッチングマスク
42a、36a フォトレジストパターン
45 撥液層
A インクジェット式記録ヘッド
C 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle plate 2 Body plate 3 Piezoelectric element 11 Nozzle 12 Ejection surface 13 Ejection hole 14 Small diameter part 15 Large diameter part 18 Taper part 21 Ink supply port 22 Common ink chamber (groove)
23 Ink supply path (groove)
24 Pressure chamber (groove)
30 Si substrate 32 Si layer 34, 40 Film 40a, 34a Etching mask 42a, 36a Photoresist pattern 45 Liquid repellent layer A Inkjet recording head C substrate

Claims (8)

貫通孔を有する基板からなり、
前記貫通孔は、前記基板の一方の面側に開口する断面形状が一定の大径部と、
前記基板の他方の面に開口し前記大径部の断面より小さな断面を有する断面形状が一定の小径部と、を有し、
前記貫通孔の前記小径部の開口を液体が液滴として吐出する吐出孔とする液体吐出ヘッド用ノズルプレートにおいて、
前記貫通孔は、前記大径部に連続して漸次径が減少し、前記小径部と接続する面の直径(Df)が以下の条件式を満たすテーパ部を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
d < Df ≦ 0.9D
但し、
d:小径部の直径
D:大径部の直径
Consisting of a substrate with through holes,
The through hole has a large-diameter portion having a constant cross-sectional shape opened to one surface side of the substrate;
A small-diameter portion having a constant cross-sectional shape that is open on the other surface of the substrate and has a smaller cross-section than the cross-section of the large-diameter portion,
In a nozzle plate for a liquid discharge head, wherein the opening of the small diameter portion of the through hole is a discharge hole for discharging liquid as droplets,
The through-hole has a taper portion in which a diameter gradually decreases continuously from the large diameter portion, and a diameter (Df) of a surface connected to the small diameter portion satisfies the following conditional expression: Nozzle plate.
d <Df ≦ 0.9D
However,
d: Diameter of the small diameter portion D: Diameter of the large diameter portion
前記大径部及び前記テーパ部を構成する基板の基材はSiであり、前記小径部を構成する基板の基材は前記大径部及び前記テーパ部を構成する基板に接するSi異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材を含むことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。 The base material of the substrate constituting the large diameter portion and the taper portion is Si, and the base material of the substrate constituting the small diameter portion is an Si anisotropic dry contact with the substrate constituting the large diameter portion and the taper portion. The nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 1, comprising a base material whose etching rate in etching is slower than that of Si. 前記Si異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材がSiO2であることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。 3. The nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 2 , wherein the base material whose etching rate in the Si anisotropic dry etching is slower than Si is SiO2. 前記基板の前記吐出孔が形成されている側の面に撥液層が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。 4. The nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 1, wherein a liquid repellent layer is provided on a surface of the substrate on which the discharge holes are formed. 5. Siからなる第1の基材と、前記第1の基材の片側に接して設けられたSi異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材を含む第2の基材と、を備えた基板を準備する工程と、
前記第2の基材にフォトリソグラフィ処理及びエッチングを行って前記小径部の開口形状で前記第2の基材を貫通するまで穿孔を行い前記小径部を形成する工程と、
前記第1の基材の表面に第1のエッチングマスクとなる膜を形成する工程と、前記第1のエッチングマスクとなる膜にフォトリソグラフィ処理及びエッチングを行い前記大径部の開口形状を有する第1のエッチングマスクパターンを形成する工程と、前記第1の基材に下記の条件式を満足し、且つ、貫通するまでSi異方性ドライエッチングを行う工程と、で構成される前記テーパ部を含む前記大径部を形成する工程と、をこの順で行うことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
d < Df ≦ 0.9D
但し、
d:小径部の直径
Df:エッチング速度がSiより遅い基材と形成される大径部の先端部とが交わって成す形状の直径
D:大径部の直径
A first base material made of Si, and a second base material including a base material whose etching rate in Si anisotropic dry etching provided in contact with one side of the first base material is lower than that of Si. Preparing a prepared substrate;
Performing a photolithography process and etching on the second base material to form a small diameter portion by perforating until the second base material is penetrated with an opening shape of the small diameter portion;
Forming a film serving as a first etching mask on the surface of the first base material; and performing a photolithography process and etching on the film serving as the first etching mask so as to have an opening shape of the large-diameter portion. Forming the etching mask pattern of 1 and the step of performing Si anisotropic dry etching until the following conditional expression is satisfied in the first base material and penetrated: The method of manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 1, wherein the step of forming the large-diameter portion is performed in this order.
d <Df ≦ 0.9D
However,
d: Diameter of the small diameter portion Df: Diameter of the shape formed by the base material having a slower etching rate than Si and the tip portion of the large diameter portion formed D: Diameter of the large diameter portion
Siからなる第1の基材と、前記第1の基材の片側に接して設けられたSi異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材を含む第2の基材と、を備えた基板を準備する工程と、
前記第1の基材の表面に第1のエッチングマスクとなる膜を形成する工程と、前記第1のエッチングマスクとなる膜にフォトリソグラフィ処理及びエッチングを行い前記大径部の開口形状を有する第1のエッチングマスクパターンを形成する工程と、前記第1の基材に下記の条件式を満足し、且つ、貫通するまでSi異方性ドライエッチングを行う工程と、で構成される前記テーパ部を含む前記大径部を形成する工程と、
前記第2の基材にフォトリソグラフィ処理及びエッチングを行って前記小径部の開口形状で前記第2の基材を貫通するまで穿孔を行い前記小径部を形成する工程と、をこの順で行うことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
d < Df ≦ 0.9D
但し、
d:小径部の直径
Df:エッチング速度がSiより遅い基材と形成される大径部の先端部とが交わって成す形状の直径
D:大径部の直径
A first base material made of Si, and a second base material including a base material whose etching rate in Si anisotropic dry etching provided in contact with one side of the first base material is lower than that of Si. Preparing a prepared substrate;
Forming a film serving as a first etching mask on the surface of the first base material; and performing a photolithography process and etching on the film serving as the first etching mask so as to have an opening shape of the large-diameter portion. Forming the etching mask pattern of 1 and the step of performing Si anisotropic dry etching until the following conditional expression is satisfied in the first base material and penetrated: Including the step of forming said large diameter portion;
Performing a photolithography process and etching on the second base material to form the small diameter portion in this order by drilling until the second base material is penetrated with the opening shape of the small diameter portion. The method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 1.
d <Df ≦ 0.9D
However,
d: Diameter of the small diameter portion Df: Diameter of the shape formed by the base material having a slower etching rate than Si and the tip portion of the large diameter portion formed D: Diameter of the large diameter portion
前記Si異方性ドライエッチングにおけるエッチング速度がSiより遅い基材がSiO2であることを特徴とする請求項5又は6に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。 The method of manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 5 or 6, wherein the base material whose etching rate in the Si anisotropic dry etching is slower than Si is SiO 2 . 前記基板の前記吐出孔が形成されている側の面に撥液層を設ける工程を有することを特徴とする請求項5乃至7の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。 8. The method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 5, further comprising a step of providing a liquid repellent layer on a surface of the substrate on which the discharge holes are formed. .
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