JP2007098888A - Nozzle substrate manufacturing method, droplet discharge head manufacturing method, and droplet discharge apparatus manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズル形状を加工したシリコン基板を樹脂によって支持基板に貼り合わせ、ノズル内に充填した貼り合わせ用樹脂を引抜く際に、酸化シリコン膜のバリや樹脂残渣がノズル内に残らないようにしたノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板に、第1のノズル孔と、第2のノズル孔とからなるノズルを形成するノズル基板の製造方法であって、第1のノズル孔及び第2のノズル孔を形成する工程と、樹脂を用いてシリコン基板に支持基板を貼り合わせ、樹脂を凹部の内部に充填する工程と、シリコン基板を薄板化し、薄板化されたシリコン基板から第1のノズル孔を開口させる工程と、第1のノズル孔に充填されている樹脂を除去する工程と、シリコン基板に酸化膜及び撥水膜を形成する工程と、支持基板をシリコン基板から剥離する工程とを有する。
【選択図】図8A silicon substrate in which a nozzle shape is processed is bonded to a support substrate with a resin, and when a bonding resin filled in the nozzle is pulled out, a silicon oxide film burr and a resin residue are not left in the nozzle. A method for manufacturing a nozzle substrate, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a method for manufacturing a droplet discharge device are provided.
A nozzle substrate manufacturing method for forming a nozzle including a first nozzle hole and a second nozzle hole in a silicon substrate, wherein the first nozzle hole and the second nozzle hole are formed. A step of bonding a support substrate to a silicon substrate using a resin and filling the resin into the recess, a step of thinning the silicon substrate, and opening a first nozzle hole from the thinned silicon substrate; , Removing the resin filled in the first nozzle hole, forming an oxide film and a water repellent film on the silicon substrate, and peeling the support substrate from the silicon substrate.
[Selection] Figure 8
Description
本発明は、インク液滴を吐出するノズル孔を形成したノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関し、特にインク液滴の吐出性能が高いノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a nozzle substrate in which nozzle holes for discharging ink droplets are formed, a method of manufacturing a droplet discharge head, and a method of manufacturing a droplet discharge device, and more particularly to a nozzle substrate having high ink droplet discharge performance. The present invention relates to a manufacturing method, a manufacturing method of a droplet discharge head, and a manufacturing method of a droplet discharge device.
近年、インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由が高く安価な普通紙を使用できること等のような多くの利点を有している。そして、記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式のインクジェット記録装置が現在主流となってきている。このインク・オン・デマンド方式のインクジェット記録装置は、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないようになっている。 In recent years, inkjet recording apparatuses have many advantages such as extremely low noise during recording, high-speed printing, and the ability to use inexpensive plain paper with high ink freedom. The so-called ink-on-demand type ink jet recording apparatus that ejects ink droplets only when recording is necessary has now become mainstream. This ink-on-demand ink jet recording apparatus does not require the collection of ink droplets unnecessary for recording.
このインク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッド記録装置のインク液滴を吐出させる方法には、駆動手段に静電気力を利用したものや、圧電振動子を利用したもの、発熱素子を利用したもの等がある。その中でも、特に駆動手段に静電気力を利用してインク液滴を吐出させる方式のインクジェットヘッド記録装置は、チップサイズの小型高密度化、印字性能の高品質化及び長寿命化できるということに優れている。 The ink-on-demand type ink jet head recording apparatus ejects ink droplets using an electrostatic force as a driving means, a piezoelectric vibrator, or a heating element. is there. Among them, an inkjet head recording apparatus that discharges ink droplets using electrostatic force as a driving means is particularly excellent in that the chip size can be reduced and the density can be increased, the printing performance can be improved, and the life can be extended. ing.
駆動手段に静電気力を利用してインク液滴を吐出させる方式のインクジェットヘッド記録装置内に搭載されているインクジェットヘッドは、インクノズルの先端部からインク液滴を吐出させるようになっている。したがって、ノズルプレートに設けられているノズル孔部でのインク液滴の流路抵抗を調整し、最適なノズル長さになるようにノズルプレートの厚みを調整することが望ましい。 An ink jet head mounted in an ink jet head recording apparatus that discharges ink droplets using electrostatic force as a driving means is configured to eject ink droplets from the tip of an ink nozzle. Therefore, it is desirable to adjust the flow path resistance of the ink droplets at the nozzle holes provided in the nozzle plate and adjust the thickness of the nozzle plate so that the optimum nozzle length is obtained.
そのようなものとして、たとえば、「シリコン単結晶基板にエッチングを施して、ノズルを形成する噴射装置のノズル形成方法において、前記シリコン単結晶基板の表面にレジスト膜を形成し、前記ノズルの後端側に対応する部分の前記レジスト膜を取り除くことにより第1の開口パターンを形成し、前記ノズルの先端側に対応する部分の前記レジスト膜を取り除くことにより、前記第1の開口パターンより小さな第2の開口パターンを形成し、前記第1、第2の開口パターンによって露出された前記シリコン単結晶基板表面の露出部分に対して異方性ドライエッチングを施して、後端側から先端側に向けて階段状に断面が小さくなったノズルを形成する」ことを特徴とする噴射装置のノズル形成方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 As such, for example, in the “nozzle forming method of an injection device for etching a silicon single crystal substrate to form a nozzle, a resist film is formed on the surface of the silicon single crystal substrate, and the rear end of the nozzle A first opening pattern is formed by removing the resist film corresponding to the side, and a second opening pattern smaller than the first opening pattern is formed by removing the resist film corresponding to the tip side of the nozzle. An opening pattern is formed, and anisotropic dry etching is performed on the exposed portion of the surface of the silicon single crystal substrate exposed by the first and second opening patterns, from the rear end side toward the front end side. A nozzle forming method of an injection device characterized by forming a nozzle having a small cross section in a staircase shape has been proposed (for example, Patent Literature Reference).
この噴射装置のノズル形成方法は、シリコン単結晶基板の接合面側からICP(Inductively Coupled Plasma)放電を用いた異方性ドライエッチングにより内径の異なる第1ノズル孔と第2ノズル孔とを2段に形成した後、接合面とは反対の吐出面より一部分を異方性ウェットエッチングにより掘下げて、ノズル長を調整する方法が取られている。 The nozzle forming method of this spraying apparatus is a method in which first and second nozzle holes having different inner diameters are formed in two stages by anisotropic dry etching using ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge from the bonding surface side of the silicon single crystal substrate. In this method, a part of the discharge surface opposite to the bonding surface is dug down by anisotropic wet etching to adjust the nozzle length.
また、「シリコン基板の一方の面にノズルに相当するノズルパターンを、他方の面にインク入り口穴に相当するパターンを形成し、一方の面には異方性ドライエッチングを施してノズルを形成し、他方の面にはある程度の異方性を兼ね備えた等方性エッチングを施してインク入り口穴を形成し、エッチングマスクを除去した後、熱酸化膜を形成する」ことを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレート及びその製造方法が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。 In addition, “a nozzle pattern corresponding to a nozzle is formed on one surface of a silicon substrate, a pattern corresponding to an ink inlet hole is formed on the other surface, and anisotropic dry etching is performed on one surface to form a nozzle. The other surface is subjected to isotropic etching having a certain degree of anisotropy to form an ink inlet hole, and after removing the etching mask, a thermal oxide film is formed. ” A nozzle plate and a manufacturing method thereof have been proposed (see, for example, Patent Document 2).
このインクジェットヘッド用ノズルプレート及びその製造方法は、予めシリコン基板を所望の厚みに研磨した後、シリコン基板の両面にそれぞれドライエッチング加工を施して、ノズル穴を形成する方法が取られている。すなわち、シリコン基板の一方の面に異方性ドライエッチングを利用して第1ノズル孔(ノズル)を形成し、他方の面に等方性ドライエッチング(プラズマエッチング)を利用して第2ノズル孔(インク入り口穴)を形成するようになっている。 This inkjet head nozzle plate and its manufacturing method employ a method in which a silicon substrate is polished in advance to a desired thickness and then subjected to dry etching on both sides of the silicon substrate to form nozzle holes. That is, the first nozzle hole (nozzle) is formed on one surface of the silicon substrate using anisotropic dry etching, and the second nozzle hole is formed on the other surface using isotropic dry etching (plasma etching). (Ink entrance hole) is formed.
特許文献1に記載の噴射装置のノズル形成方法では、ノズルの先端開口がノズルプレートの反対側の面に形成した凹部の底面に開口するようになっている。このように、ノズルが開口する吐出面がノズルプレートから深く一段下がった面にあると、インク液滴の飛行曲がりやノズルの目詰まり等の原因となるおそれがあった。すなわち、ノズルの吐出面に付着した紙粉やインク等をゴム片またはフェルト片等で払拭するワイピング作業が難しくなると言う問題があった。
In the nozzle forming method of the injection device described in
また、特許文献2に記載のインクジェットヘッド用ノズルプレート及びその製造方法では、インクジェットヘッドの高密度化が進むに伴いシリコン基板の厚みを更に薄くしなければならなかった。このようなシリコン基板は、製造工程中に割れ易く、また高価であるという問題があった。さらに、ドライエッチング加工の際に、加工形状が安定するように基板裏面からHe(ヘリウム)ガス等で冷却を行うが、ノズル孔貫通時にHeガスがリークしてエッチングが不可能になってしまうという場合もあった。
Moreover, in the nozzle plate for inkjet heads described in
そのため、予めシリコン基板にノズル形状を形成し、サポート基板に貼り合わせてから薄板化加工(研削やエッチング加工)を施すことによってノズルを開口する方法が考えられる。また、ノズル開口時のノズル先端部が欠けりことを防止するために、サポート基板を貼り合わせる際に、予めノズル内に貼り合わせ用樹脂を充填する方法が考えられる。しかしながら、ノズルを開口し、ノズル面に酸化シリコン膜(SIO2 膜)及び撥水膜を成膜した後、ノズル内に充填した貼り合わせ用樹脂を引抜くとノズル先端稜線部に酸化シリコン膜のバリや樹脂残渣が残ってしまうという問題が発生した。このようなノズルプレートを使用すると、インク液滴の吐出性能が低下してしまうことになる。 Therefore, a method is conceivable in which a nozzle shape is formed in advance on a silicon substrate and bonded to a support substrate and then subjected to thinning (grinding or etching) to open the nozzle. In order to prevent the tip of the nozzle from being chipped when the nozzle is opened, a method of filling the bonding resin into the nozzle in advance when bonding the support substrate is conceivable. However, when the nozzle is opened and a silicon oxide film (SIO 2 film) and a water repellent film are formed on the nozzle surface, the bonding resin filled in the nozzle is pulled out, and the silicon oxide film is formed on the nozzle tip ridge. There was a problem that burrs and resin residues remained. When such a nozzle plate is used, the ink droplet ejection performance is degraded.
本発明は、ノズル形状を加工したシリコン基板を樹脂によって支持基板に貼り合わせ、ノズル内に充填した貼り合わせ用樹脂を引抜く際に、酸化シリコン膜のバリや樹脂残渣がノズル内に残らないようにしたノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。 In the present invention, when a silicon substrate having a nozzle shape processed is bonded to a support substrate with a resin, and a bonding resin filled in the nozzle is pulled out, no burrs or resin residues of the silicon oxide film remain in the nozzle. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a nozzle substrate, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a method for manufacturing a droplet discharge device.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板に、第1のノズル孔と、第1のノズル孔に連通し、第1のノズル孔よりも径の大きい第2のノズル孔とからなるノズルとなる凹部を形成するノズル基板の製造方法であって、第1のノズル孔及び第2のノズル孔をドライエッチングで形成する工程と、樹脂を用いてシリコン基板の第2のノズル孔が形成されている面に支持基板を貼り合わせ、該樹脂を凹部の内部に充填する工程と、シリコン基板の支持基板が貼り合わせられた面の反対面を薄板化し、薄板化されたシリコン基板から第1のノズル孔を開口させる工程と、第1のノズル孔が開口した部分から凹部に充填されている樹脂を除去する工程と、シリコン基板の薄板化された面に酸化膜及び撥水膜を形成する工程と、支持基板をシリコン基板から剥離する工程とを有することを特徴とする。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention includes a nozzle comprising a silicon substrate, a first nozzle hole, and a second nozzle hole communicating with the first nozzle hole and having a diameter larger than that of the first nozzle hole. A method of manufacturing a nozzle substrate for forming a concave portion, wherein a first nozzle hole and a second nozzle hole are formed by dry etching, and a second nozzle hole of a silicon substrate is formed using a resin. And a step of filling the inside of the recess with the support substrate and bonding the resin to the inner surface, and thinning a surface opposite to the surface of the silicon substrate to which the support substrate is bonded. A step of opening a nozzle hole, a step of removing the resin filled in the recess from a portion where the first nozzle hole is opened, and a step of forming an oxide film and a water repellent film on the thinned surface of the silicon substrate And support substrate Characterized by a step of peeling from down the substrate.
シリコン基板の薄板化された面に酸化膜を形成する前の段階において、ノズルとなる凹部内の樹脂を除去するので、第1のノズル孔が庇の役目を果たし、ノズルとなる凹部の内壁とその凹部に充填されている樹脂の表面との接線部分に酸化膜が形成されることが無くなる。すなわち、樹脂を引抜く際に、シリコン基板の第1のノズル孔の開口部分に酸化膜がバリとなって残ることが無いのである。さらに、酸化膜がバリとして残らないので、凹部内部に樹脂の残渣も無くすことができる。 In the stage before forming the oxide film on the thinned surface of the silicon substrate, the resin in the recess that becomes the nozzle is removed, so that the first nozzle hole serves as a ridge, and the inner wall of the recess that becomes the nozzle An oxide film is not formed on the tangent to the surface of the resin filled in the recess. That is, when the resin is pulled out, the oxide film does not remain as burrs in the opening portion of the first nozzle hole of the silicon substrate. Furthermore, since the oxide film does not remain as burrs, resin residues can be eliminated inside the recesses.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、前記シリコン基板と前記支持基板との貼り合わせを真空中で行うことを特徴とする。すなわち、シリコン基板に支持基板を貼り合わせる工程を真空中で行うことによって、ノズルとなる凹部に気泡等が溜まることなく、ノズルとなる凹部に樹脂を充填することが可能となるのである。したがって、ノズルとなる凹部内に充填される樹脂の偏りをなくすことが可能となっている。 The nozzle substrate manufacturing method according to the present invention is characterized in that the silicon substrate and the support substrate are bonded together in a vacuum. That is, by performing the process of bonding the support substrate to the silicon substrate in a vacuum, it is possible to fill the recesses that become the nozzles with resin without the accumulation of bubbles or the like in the recesses that become the nozzles. Therefore, it is possible to eliminate the unevenness of the resin filled in the recess that becomes the nozzle.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、樹脂を用いてシリコン基板の凹部が形成されている面に支持基板を貼り合わせ、該樹脂を凹部の内部に充填する工程において、樹脂を支持基板にコーティングしてから、シリコン基板と支持基板とを貼り合わせて該樹脂を凹部の内部に充填することを特徴とする。樹脂を支持基板側にコーティングすることによって、ノズルとなる凹部に気泡等が溜まることなく、ノズルとなる凹部に樹脂を充填することが可能となる。 In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, a support substrate is bonded to a surface of a silicon substrate where a recess is formed using a resin, and the resin is coated on the support substrate in the step of filling the resin into the recess. Then, the silicon substrate and the support substrate are bonded together, and the resin is filled in the recess. By coating the resin on the support substrate side, it is possible to fill the resin into the concave portion serving as the nozzle without causing bubbles or the like to accumulate in the concave portion serving as the nozzle.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板と支持基板との間に、光によって分離する剥離層を形成することを特徴とする。このように、シリコン基板と支持基盤との間に光によって分離する剥離層を形成してシリコン基板と支持基板とを貼り合わせるようにしているので、たとえば、レーザや紫外線等の光を照射することによって容易に支持基板を剥離することが可能となる。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention is characterized in that a release layer that is separated by light is formed between a silicon substrate and a support substrate. In this way, a release layer that is separated by light is formed between the silicon substrate and the support base, and the silicon substrate and the support substrate are bonded together. For example, light such as laser or ultraviolet light is irradiated. Thus, the support substrate can be easily peeled off.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、支持基板が、透明材料からなることを特徴とする。支持基板をガラス等のような透明材料で構成すれば、レーザや紫外線等の光を剥離層に容易に到達させることが可能となる。したがって、剥離層が分離するのに必要な量の光を十分に剥離層に到達することができ、シリコン基板から容易に支持基板を剥離することが可能となるのである。 The nozzle substrate manufacturing method according to the present invention is characterized in that the support substrate is made of a transparent material. If the support substrate is made of a transparent material such as glass, light such as laser or ultraviolet light can easily reach the release layer. Accordingly, the amount of light necessary for the separation layer to be separated can sufficiently reach the separation layer, and the support substrate can be easily separated from the silicon substrate.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板の支持基板が貼り合わせられた面の反対面を薄板化する工程において、バックグラインダー、ポリッシャー、CMPのいずれか1つまたはそれらの組み合わせによってシリコン基板を研磨加工することを特徴とする。このように、シリコン基板の薄板化をバックグラインダー、ポリッシャー、CMPで行うので、シリコン基板の表面をきれいに仕上げることが可能となる。 In the method of manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, in the step of thinning the surface opposite to the surface where the support substrate of the silicon substrate is bonded, the silicon substrate is formed by any one of back grinder, polisher, CMP, or a combination thereof. Is characterized by polishing. As described above, since the silicon substrate is thinned by the back grinder, the polisher, and the CMP, the surface of the silicon substrate can be finished finely.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、第1のノズル孔が開口した部分から凹部に充填されている樹脂を除去する工程において、凹部に充填されている樹脂をO2 プラズマ処理により除去することを特徴とする。ノズルとなる凹部の内部に充填されている樹脂をO2 プラズマ処理で除去するので、樹脂を容易に除去することが可能となる。また、ノズルとなる凹部の内部に充填されている樹脂をO2 プラズマ処理で除去すれば、樹脂をきれいに除去することも可能となる。 In the method of manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, in the step of removing the resin filled in the recess from the portion where the first nozzle hole is opened, the resin filled in the recess is removed by O 2 plasma treatment. It is characterized by. Since the resin filled in the concave portion serving as the nozzle is removed by the O 2 plasma treatment, the resin can be easily removed. Further, if the resin filled in the concave portion serving as a nozzle is removed by O 2 plasma treatment, the resin can be removed cleanly.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、第1のノズル孔が開口した部分から凹部に充填されている樹脂を除去する工程において、第1のノズル孔に充填されている樹脂の全部と、第2のノズル孔に充填されている樹脂の一部または全部とを除去することを特徴とする。ノズルとなる凹部(第1のノズル孔、第2のノズル孔)の内部に充填されている樹脂の一部または全部を除去すれば、シリコン基板の第1のノズル孔の開口部分に酸化膜が残ることが無いのである。したがって、シリコン基板の第1のノズル孔の開口部分に酸化膜がバリとなって残ることも無いのである。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention includes the step of removing the resin filled in the recesses from the portion where the first nozzle hole is opened, and the entire resin filled in the first nozzle hole, Part or all of the resin filled in the two nozzle holes is removed. If a part or all of the resin filled in the recesses (first nozzle hole, second nozzle hole) serving as nozzles is removed, an oxide film is formed at the opening of the first nozzle hole of the silicon substrate. There is no remaining. Therefore, the oxide film does not remain as burrs in the opening portion of the first nozzle hole of the silicon substrate.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、第1のノズル孔及び第2のノズル孔をC4F8及びSF6 を用いたドライエッチングで形成することを特徴とする。ノズルとなる凹部(第1のノズル孔及び第2のノズル孔)を形成する工程を、C4F8及びSF6 を用いた異方性ドライエッチングで行うことによって、高精度なノズルを製造することができる。したがって、歩留まりの高いノズル基板を製造することが可能となる。 The nozzle substrate manufacturing method according to the present invention is characterized in that the first nozzle hole and the second nozzle hole are formed by dry etching using C 4 F 8 and SF 6 . A step of forming a recess (first nozzle hole and second nozzle hole) to be a nozzle is performed by anisotropic dry etching using C 4 F 8 and SF 6 to manufacture a highly accurate nozzle. be able to. Therefore, it is possible to manufacture a nozzle substrate with a high yield.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、支持基板をシリコン基板から剥離した後に、樹脂をシリコン基板から剥がし取ることを特徴とする。支持基板をシリコン基板から剥離する工程の後に、樹脂をシリコン基板から剥がし取るようにすれば、ノズルとなる凹部内部の樹脂も樹脂層とともに引き抜かれることになるため、ノズルとなる凹部内部の充填剤の除去といった工程が不要となる。したがって、ノズル基板の生産性が向上することになる。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention is characterized in that after the support substrate is peeled off from the silicon substrate, the resin is peeled off from the silicon substrate. If the resin is peeled off from the silicon substrate after the step of peeling the support substrate from the silicon substrate, the resin inside the recess that becomes the nozzle is also pulled out together with the resin layer, so the filler inside the recess that becomes the nozzle A process such as removal is unnecessary. Therefore, the productivity of the nozzle substrate is improved.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、支持基板をシリコン基板から剥離する工程において、撥水膜を保護するための部材をシリコン基板の薄板化された面に取り付けてから、支持基板をシリコン基板から剥離することを特徴とする。このように、撥水膜を保護するための部材をシリコン基板の薄板化された面に取り付けてから、支持基板をシリコン基板から剥離するので、ノズルとなる凹部から樹脂を剥がし取る際に、撥水膜が一緒に剥がし取られることがない。すなわち、撥水膜の下面に形成されている酸化膜も併せて保護されるので、シリコン基板の第1のノズル孔の開口部分に酸化膜がバリとなって残ることが無いのである。 In the method of manufacturing the nozzle substrate according to the present invention, in the step of peeling the support substrate from the silicon substrate, a member for protecting the water repellent film is attached to the thinned surface of the silicon substrate, and then the support substrate is attached to the silicon substrate. It is characterized by peeling from. As described above, the member for protecting the water repellent film is attached to the thinned surface of the silicon substrate, and then the support substrate is peeled off from the silicon substrate. Therefore, when the resin is peeled off from the concave portion serving as the nozzle, The water film is not peeled off together. That is, since the oxide film formed on the lower surface of the water repellent film is also protected, the oxide film does not remain as burrs in the opening portion of the first nozzle hole of the silicon substrate.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、撥水膜を保護するための部材が、テープであることを特徴とする。また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、前記撥水膜を保護するための部材が、マスクであることを特徴とする。このように、テープやマスクで撥水膜を保護するので、新たな部材を作製したり用意したりすることがなく、製造にかかる手間やコストを低減することが可能となる。 The method for producing a nozzle substrate according to the present invention is characterized in that the member for protecting the water-repellent film is a tape. The nozzle substrate manufacturing method according to the present invention is characterized in that the member for protecting the water repellent film is a mask. As described above, since the water-repellent film is protected with the tape or the mask, it is possible to reduce labor and cost for manufacturing without preparing or preparing a new member.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、支持基板をシリコン基板から剥離した後に、シリコンの薄板化された面の反対面から凹部の内部をプラズマ処理することを特徴とする。ノズルとなる凹部内部をプラズマ処理しても、シリコン基板の表面に成膜した撥水膜は、テープやマスクで保護されているので、シリコン基板の表面の撥水膜までプラズマ処理されることはない。したがって、ノズル基板の撥水性能が低下することはないのである。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention is characterized in that after the support substrate is peeled off from the silicon substrate, the inside of the recess is plasma-treated from the surface opposite to the thinned surface of silicon. Even if the inside of the recess that becomes the nozzle is plasma-treated, the water-repellent film formed on the surface of the silicon substrate is protected with a tape or mask, so that the water-repellent film on the surface of the silicon substrate can be plasma-treated. Absent. Accordingly, the water repellency of the nozzle substrate is not lowered.
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上述のノズル基板の製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする。したがって、上記の効果を有するとともに、インク液滴の吐出性能の高い液滴吐出ヘッドを製造することが可能となる。また、高精度なノズル基板を製造することが可能なので、液滴吐出ヘッドの製造についての歩留まりも向上する。 A manufacturing method of a droplet discharge head according to the present invention is characterized in that a droplet discharge head is manufactured by using the above-described nozzle substrate manufacturing method. Therefore, it is possible to manufacture a droplet discharge head having the above effects and high ink droplet discharge performance. Further, since it is possible to manufacture a highly accurate nozzle substrate, the yield for manufacturing the droplet discharge head is also improved.
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上述の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする。したがって、上記の効果を有するとともに、インク液滴の吐出性能の高い液滴吐出装置を製造することが可能となる。また、高精度なノズル基板を製造することが可能なので、液滴吐出装置の製造についての歩留まりも向上する。 A method for manufacturing a droplet discharge device according to the present invention is characterized in that a droplet discharge device is manufactured by applying the method for manufacturing a droplet discharge head described above. Accordingly, it is possible to manufacture a droplet discharge device having the above-described effects and high ink droplet discharge performance. In addition, since it is possible to manufacture a highly accurate nozzle substrate, the yield for manufacturing the droplet discharge device is also improved.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド100の断面構成を示す縦断面図である。また、図2は、液滴吐出ヘッド100の分解斜視図である。なお、この図1では、駆動回路21の部分を模式的に示している。また、実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド100の一例として、静電駆動方式でフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを示している。図1及び図2に基づいて、液滴吐出ヘッド100の構成及び動作について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a sectional configuration of a
この液滴吐出ヘッド100は、主にキャビティ基板1、電極基板2、及びノズル基板3が接合されることにより構成されている。つまり、キャビティ基板1を電極基板2とノズル基板3とが上下から挟むように構成されている。ノズル基板3は、たとえば円筒状の第1のノズル孔6と、第1のノズル孔6と連通し、第1のノズル孔6よりも径の大きい円筒状の第2のノズル孔7とで形成されているノズル8が形成されている。この第1のノズル孔6は、インク吐出面10(キャビティ基板1との接合面11の反対面)に開口するように形成されており、第2のノズル孔7は、キャビティ基板1との接合面11に開口するように形成されている。なお、ノズル基板3は、後に示す所定の加工を施し易いように単結晶シリコンを使用するのが望ましい。
The
キャビティ基板1は、たとえば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板12である吐出室13となる凹部が複数形成されている。この複数の吐出室13は、図1の紙面手前側から紙面奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。また、キャビティ基板1には、各吐出室13にインク等の液滴を供給するためのリザーバ14となる凹部と、このリザーバ14と各吐出室13を連通する細溝状のオリフィス15となる凹部が形成されている。
The
この液滴吐出ヘッド100では、リザーバ14は単一の凹部から形成されており、オリフィス15は各吐出室13に対して1つずつ形成されている。なお、オリフィス15は、ノズル基板3の接合面11に形成するようにしてもよい。さらに、キャビティ基板1の全面には、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)又は熱酸化によって酸化シリコン等からなる絶縁膜(シリコン酸化膜)16が形成されている。この絶縁膜16は、液滴吐出ヘッド100の駆動時の絶縁破壊やショートを防止し、また吐出室13やリザーバ14の内部の液滴によりキャビティ基板1がエッチングされるのを防止するためのものである。
In this
キャビティ基板2の振動板12側には、たとえばホウ珪酸ガラスからなる電極基板2が接合されている。電極基板2には、振動板12と対向する複数の個別電極17が形成されている。この個別電極17は、たとえばITO(Indium Tin Oxide)をスパッタすることにより形成する。また、電極基板2には、リザーバ14と連通するインク供給孔18が形成されている。このインク供給孔18は、リザーバ14の底壁に設けられた孔と繋がっており、リザーバ14にインク等の液滴を外部から供給するために設けられている。なお、キャビティ基板1が単結晶シリコンからなり、電極基板2がホウ珪酸ガラスからなる場合には、キャビティ基板1と電極基板2との接合を陽極接合によって行うことができる。また、キャビティ基板1と電極基板2とを接合した基板を接合基板60と称する(後に詳述する)。
An
ここで液滴吐出ヘッド100の動作について説明する。キャビティ基板1と個々の個別電極17とには駆動回路21が接続されている。駆動回路21によりキャビティ基板1と個別電極17との間にパルス電圧が印加されると、振動板12が個別電極17の側に撓み、リザーバ14の内部に溜まっていたインク等の液滴が吐出室13に流れ込む。そして、キャビティ基板1と個別電極17との間に印加されていた電圧がなくなると、振動板12が元の位置に戻って吐出室13の内部の圧力が高くなり、ノズル8からインク等の液滴が吐出される。なお、本実施の形態1では、液滴吐出ヘッド100の一例として静電駆動方式の液滴吐出ヘッドを示しているが、これに限定するものではない。たとえば、圧電駆動方式やバブルジェット(登録商標)方式等の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。
Here, the operation of the
図3は、ノズル基板3をインク吐出面10側から見た上面図である。図3に示すように、第1のノズル孔6がノズル基板3のインク吐出面10側に複数開口している。なお、第2のノズル孔7は、図3の個々のノズル孔6の紙面奥側に形成されている。また、キャビティ基板1の吐出室13は、個々の第1のノズル孔6(ノズル8)ごとに形成されており、A−A線方向に細長い形状となっているものとする。
FIG. 3 is a top view of the
この実施の形態1では、以下において主にノズル基板3を製造するためのシリコン基板の加工方法について説明する。なお、実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド100では、第1のノズル孔6と第2のノズル孔7との中心軸が高い精度で一致しているものとする。こうすることにより、ノズル8からインク等の液滴を吐出する際の液滴の直進性を向上させることができるようになっている。
In the first embodiment, a silicon substrate processing method for mainly manufacturing the
図4〜図11は、実施の形態1に係るシリコン基板の加工方法を用いて液滴吐出ヘッド100を製造する際の製造工程を示した縦断面図である。図4〜図9は、主にノズル基板3の製造工程を示している。また、図10及び図11は、キャビティ基板1及び電極基板2を接合した接合基板60の製造工程を示している。なお、図4〜図9は、図3に示したA−A線に沿った縦断面におけるノズル8の周辺部を示している。初めに、図4〜図9に基づいてシリコン基板3aからノズル基板3を作製する製造工程について説明する。そして、図10及び図11に基づいてキャビティ基板1と電極基板2とを接合して接合基板60を製造し、この接合基板60にノズル基板3を接合して液滴吐出ヘッド100を作製する製造工程について説明する。
4 to 11 are longitudinal sectional views showing manufacturing steps when manufacturing the
まず、たとえば厚さが525μmのシリコン基板3aを準備し、このシリコン基板3aの全面にシリコン酸化膜50を均一に成膜する(図4(A))。たとえば、このシリコン酸化膜50は、熱酸化装置により温度1075℃、酸素と水蒸気との混合雰囲気中で4時間熱酸化することにより形成するようになっている。次に、シリコン基板3aの片面にレジスト51をコーティングし、第2のノズル孔7となる凹部7aをパターニングして、その第2のノズル孔7となる凹部7aのレジスト51を除去する(図4(B))。なお、レジスト51のコーティングされた面は、後にノズル基板3の接合面11となる。
First, for example, a
そして、たとえばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を1対6で混合した緩衝フッ酸水溶液でシリコン酸化膜50をハーフエッチングし、第2のノズル孔7となる凹部7aのシリコン酸化膜50を薄膜化する(図4(C))。なお、このときレジスト51の形成されていない面のシリコン酸化膜50も同様に薄くなる。それから、シリコン酸化膜50の片面に形成されたレジスト51を剥離する(図4(D))。
Then, for example, the
その後、接合面11となる面に再度レジスト51aをコーティングし、第1のノズル孔6となる凹部6aをパターニングして、その第1のノズル孔6となる凹部6aのレジスト51aを除去する(図4(E))。そして、たとえばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を1対6で混合した緩衝フッ酸水溶液でシリコン酸化膜50をハーフエッチングし、第1のノズル孔6となる凹部6aのシリコン酸化膜50を除去する(図5(F))。なお、このときレジスト51aの形成されていない面のシリコン酸化膜50もすべて除去される。それから、接合面11に残っているレジスト51aを剥離する(図5(G))。
After that, the resist 51a is coated again on the surface to be the
次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)放電によるドライエッチングによって第1のノズル孔6となる凹部6aから異方性エッチングを行い、たとえば深さ25μmの第1のノズル孔6となる凹部6bを形成する(図5(H))。なお、この第1のノズル孔6となる凹部6bは、第1のノズル孔6となる凹部6cの元となるものである(図5(J)参照)。この異方性ドライエッチングのエッチングガスとして、C4F8、SF6 を交互に使用することができる。このとき、C4F8は凹部6bの側面方向にエッチングが進行しないように凹部6bの側面を保護するために使用し、SF6 は凹部6bの垂直方向のエッチングを促進するために使用する。
Next, anisotropic etching is performed from the
その後、シリコン酸化膜50をハーフエッチングして、第2のノズル孔7となる凹部7aのシリコン酸化膜50を除去する(図5(I))。このとき、シリコン酸化膜50のその他の部分も薄くなる。そして、再度ICP放電によるドライエッチングによって第2のノズル孔7となる凹部7a(第1のノズル孔6となる凹部6bを含む)から異方性ドライエッチングを行い、たとえば深さ40μmの第2のノズル孔7となる凹部7bを形成する(図6(J))。なお、第1のノズル孔となる凹部6bも、同時にエッチングされて第1のノズル孔とある凹部6cが形成される。
After that, the
それから、たとえばフッ酸水溶液を使用して、シリコン基板3aに残ったシリコン酸化膜50をすべて除去した後、シリコン基板3aの全面に厚さ0.1μmのシリコン酸化膜50aを均一に成膜する(図6(K))。このシリコン酸化膜50aは、たとえば熱酸化装置により温度1000℃、酸素雰囲気中で2時間熱酸化することにより形成する。なお、図6(K)では熱酸化によりシリコン酸化膜50aを成膜するため、第1のノズル孔となる凹部6c及び第1のノズル孔となる凹部7bの内壁にも均一にシリコン酸化膜50aが成膜される。
Then, after removing all the
次に、たとえばガラス等の透明材料からなる支持基板40の片面に剥離層41をスピンコートし、その上に樹脂からなる樹脂層42をスピンコートする。そして、剥離層41及び樹脂層42をスピンコートした面と、シリコン基板3aの第2のノズル孔となる凹部7b等が形成されている面を向かい合わせて樹脂層42を硬化させることにより、支持基板40とシリコン基板3aとを貼り合わせる(図6(L))。なお、図6(L)以降の工程では、シリコン基板3aの向きが図4(A)から図6(K)までとは上下逆になっている。
Next, a
この実施の形態1では、図6(L)の支持基板40とシリコン基板3aとの貼り合わせを真空中で行い、樹脂層42を構成する樹脂が第1のノズル孔となる凹部6c及び第2のノズル孔となる凹部7bに充填されるようにする。このように、支持基板40とシリコン基板3aとの貼り合わせを真空中で行うことにより、第1のノズル孔となる凹部6c及び第2のノズル孔となる凹部7bに気泡等が溜まることを防止することができるのである。なお、図6(L)の工程における剥離層41及び樹脂層42については後に詳述する。
In the first embodiment, the
シリコン基板3aと支持基板40とを接合した後に、シリコン基板3aの支持基板40が接合された面の反対面からバックグラインダーやポリッシャー、CMP(Chemical Mechamical Polishing)等によって研磨加工を行い、第1のノズル孔となる凹部6cの先端のシリコン酸化膜50aが除去されるまでシリコン基板3aを薄板化する(図6(M))。このとき、バックグラインダーで第1のノズル孔となる凹部6cの先端のシリコン酸化膜50aの付近までシリコン基板3aを薄板化し、薄板化の仕上げをポリッシャー又はCMPによって行うようにすれば、シリコン基板3aの表面を鏡面状に仕上げることができる。
After the
次に、シリコン基板3aをドライエッチング装置にセットし、O2 プラズマ処理によってノズル8先端部(第1のノズル孔となる凹部6c内)の樹脂層42を除去する(図7(N))。このプラズマ処理は、第2のノズル孔7となる凹部7bに達するまで行う。それから、このシリコン基板3aのインク吐出面10に対して、スパッタ装置によりシリコン酸化膜50bを、たとえば0.1μmの厚みで成膜する(図7(O))。
Next, the
なお、このシリコン酸化膜50bの成膜は、樹脂層42が劣化しない温度(たとえば、200℃程度)以下で実施することができれば良く、スパッタリング法に限定するものではない。ただし、耐インク性等を考慮すると緻密な膜を形成する必要があり、ECR(Electorn Cyclotron Resonance)スパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが望ましい。このとき、第1のノズル部6の内壁及びレジン(樹脂層42)表面にもシリコン酸化膜50bが成膜されることになる。しかしながら、第1のノズル孔6が庇(ひさし)のようになり、ノズル内壁とレジン表面との接線部分にシリコン酸化膜50bが成膜されることは無い。
The
シリコン酸化膜50bを成膜した後に、シリコン基板3aのインク吐出面10の表面に撥インク処理を施す(図7(P))。この撥インク処理とは、F(フッ素)原子を含む撥インク性の材料を蒸着やディッピング等によって成膜し、たとえば厚さ0.1μmの撥水膜34を形成することである。このとき、第1のノズル孔6の内壁にも、撥水膜34が形成される。すなわち、撥水膜34は、撥インク性の材料を蒸着やディッピングによって形成されるために、第1のノズル孔6が庇のようになっていても、ノズル内壁全体に成膜されるのである。
After the
そして、撥水膜34が形成されたインク吐出面10にテープ35(ダイシングテープ等)を貼り、支持基板40を剥離する(図8(Q))。つまり、インク吐出面10にテープ35を貼り付けた後、インク吐出面10を吸着ステージ等に真空吸着固定し、支持基板40側からレーザを照射して剥離層41の部分から支持基板40を剥離するのである。なお、インク吐出面10のテープ35を貼り付ける場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、マスク等のような基板を接合してもよい。
Then, a tape 35 (dicing tape or the like) is attached to the
それから、樹脂層42を外周部からゆっくり剥がし取る(図8(R))。このとき、第1のノズル孔6の内壁に成膜されていたシリコン酸化膜50bは、撥水膜34に保護されているために、樹脂層42を引き抜いてもインク吐出面10にシリコン酸化膜50bのバリが残らないようになっている。従来は、インク吐出面にテープ等を貼り付けることなく樹脂層を引き抜いていたので、きれいにシリコン酸化膜を除去することができなかった。つまり、ノズルの開口部分にシリコン酸化膜がバリとして残ってしまい、バリが残ることにより樹脂層の残渣もノズル内に残ってしまっていたのである。
Then, the
しかしながら、ここでは、テープ35等を貼り付けて撥水膜34を固定してから、樹脂層42を引き抜くために、インク吐出面10にシリコン酸化膜50bのバリを残留させることなく、樹脂層42を完全に引き抜きことができるのである。また、第2のノズル孔7の内壁と樹脂層42とが接する面積が少なくなっているため、樹脂層42を更に引き抜き易くなっている。それは、第1のノズル孔6の内部にあった樹脂層42は、テープ35を貼り付ける前にO2 プラズマ処理で予め除去されているからである。
However, here, in order to pull out the
樹脂層42を引き抜いた後、シリコン基板3aをドライエッチング装置にセットし、02 プラズマ処理またはArプラズマ処理により第1のノズル孔6及び第2のノズル孔7の内壁に付着している撥水膜34を除去する(図9(S))。このときも、インク吐出面10に形成してある撥水膜34は、テープ35で保護されるようになっている。そして、シリコン基板3aの接合面11側を真空吸着固定し、テープ35を剥離することによってノズル基板3が完成する(図9(T))。
After withdrawal of the
それから、シリコン基板3a(ノズル基板3)の第2のノズル孔7が形成されている面に接着剤等を転写して接着剤層を形成し、電極基板2が接合されたキャビティ基板1(接合基板60)と、シリコン基板3aとを接合する。最後に、たとえばキャビティ基板1、電極基板2、及びノズル基板3接合された接合基板をダイシング(切断)により分離して、液滴吐出ヘッド100が完成する。
Then, an adhesive layer is formed by transferring an adhesive or the like to the surface of the
ここで、実施の形態1の特徴部分である剥離層41及び樹脂層42について、図6(L)の工程を参照しながら説明する。剥離層41は、図8(Q)の工程において、シリコン基板3aから支持基板40を剥離させるためのものである。この剥離層41は、レーザー光等の光が当てられることにより剥離層41内部やシリコン基板3aとの界面において剥離(層内剥離又は界面剥離という)を起こすものである(図8(Q)参照)。
Here, the
すなわち、剥離層41は、所定の強度の光を受けることにより剥離層41を構成する材料の原子又は分子間の結合力が消失若しくは減少することにより、アブレーション(ablation、切除又は除去)を生じて剥離し易くするためのものである。たとえば、剥離層41が一定の強度の光を受けることにより、剥離層41の構成材料中の成分が気体となって放出され分離に至る場合と、剥離層41が光を吸収して気体になり、その蒸気が放出されて分離に至る場合とがある。
That is, the
これにより、図8(Q)の工程において薄板化されたシリコン基板3a(ノズル基板3)から支持基板40を容易に取り外すことができる。なお、支持基板40は、光を透過するガラス等からなるものを用いるのが望ましい。それは、シリコン基板3aから支持基板40を剥離するときに、支持基板40の裏面(シリコン基板3aが接合された面の反対面)から照射される光の有する剥離エネルギーを剥離層41に確実に到達させるためである。つまり、支持基板41が光を透過する材料で構成されていれば、剥離層41に十分な剥離エネルギーが与えられることになるのである。
Thereby, the
剥離層41を構成する材料は、上記のような機能を有するものであればよく、特に限定するものでない。たとえば、非晶質シリコン(a−Si、アモルファスシリコン)や酸化ケイ素、ケイ酸化合物や、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化セラミックス等を材料とするとよい。また、光の照射によって原子間結合が切断される有機高分子材料等を材料としてもよい。さらに、アルミニウム、リチウム、チタン、マンガン、インジウム、錫、イットリウム、ランタン、セリウム、ネオジウム、プラセオジム、ガドリニウム、サマリウム等の金属や、それらの金属を少なくとも1種以上含んだ合金等を材料としてもよい。
The material which comprises the
これらの材料の中でも特に、剥離層41の構成材料として非晶質シリコンを用いるのが好ましい。また、この非晶質シリコンの中に水素が含まれているのがさらに好ましい。それは、剥離層41が光を受けた場合に水素が放出されて剥離層41に内圧が発生し、剥離を促進させることができるからである。この場合の剥離層41の水素の含有量は、2重量%以上であることが好ましく、2〜20重量%であることがさらに好ましい。また、剥離層41の水素の含有量は、剥離層41の成膜条件、たとえば、CVD法を用いる場合には、そのガス組成やガス圧力、ガス雰囲気、ガス流量、ガス温度、基板温度、投入するパワー等の諸条件を適宜設定することによって調整することができるようになっている。
Among these materials, it is particularly preferable to use amorphous silicon as a constituent material of the
一方、樹脂層42は、シリコン基板3aの凹凸を吸収し、かつ、シリコン基板3aと支持基板40とを接合するためのものである。樹脂層42を構成する材料としては、シリコン基板3aと支持基板40とを接合する機能を有するものであればよく、特に限定するもものではない。たとえば、熱硬化性接着剤や光硬化性接着剤等の硬化性接着剤を樹脂層42として使用することができる。
On the other hand, the
なお、この樹脂層42は、耐ドライエッチング性の高い材料を主材料としているものが望ましい。それは、シリコン基板3aをエッチングしてノズル8を形成する際に、樹脂層42をエッチングの停止層とし、シリコン基板3aを完全に貫通させることができるからである。また、樹脂層42は、加工時において、シリコン基板3aの線膨張係数と支持基板40の線膨張係数との相違から生じる応力を緩和する機能も有している。
The
この実施の形態1では、剥離層41と樹脂層42とは別々の層として形成されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、これらの層を1つの層から構成するようにしてもよい。この場合、シリコン基板3aと支持基板40とを接着する機能を有し、かつ、光エネルギーや熱エネルギーによって剥離を引き起こす機能を持った材料を用いることで実現できる。
In the first embodiment, the case where the
最後に、図10及び図11に基づいて、キャビティ基板1と電極基板2とを接合させた接合基板60の製造工程について説明する。図10及び図11は、キャビティ基板1と電極基板2とを接合させた接合基板60の製造工程を示す縦断面図である。なお、接合基板60の製造工程の中で、電極基板2及びキャビティ基板1の製造工程についても簡単に説明するものとする。また、キャビティ基板1及び電極基板2の製造方法は、図10及び図11に示されるものに限定されるものではない。
Finally, a manufacturing process of the bonded
まず、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基板2aを、たとえば金・クロム等をエッチングマスクとしてフッ酸によってエッチングすることにより凹部19を形成する。この凹部19は、個別電極17の形状より少し大きい溝状のものであって複数形成するものとする。そして、凹部19の内部に、たとえばスパッタによってITO(Indium Tin Oxide)からなる個別電極17を形成する。その後、ドリル等によってインク供給孔18となる孔部18aを形成して電極基板2を作製する(図10(a))。
First, the
次に、たとえば厚さが525μmのシリコン基板1aの両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板1aの片面にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によってTEOS(TetraEthylOrthosilicate)からなる厚さ0.1μmのシリコン酸化膜22を形成する(図10(b))。なお、このシリコン酸化膜22を形成する前に、エッチングストップのためのボロンドープ層を形成するようにしてもよい。振動板12をボロンドープ層から形成することにより、厚み精度の高い振動板12を形成することができる。
Next, for example, after both surfaces of a
それから、図10(b)に示すシリコン基板1aと、図10(a)に示す電極基板2とを、たとえば360℃に加熱し、シリコン基板1aに陽極、電極基板2に陰極を接続して800V程度の電圧を印加して陽極接合を行う(図10(c))。シリコン基板1aと電極基板2とを陽極接合した後に、この接合基板60aを水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、シリコン基板1aの全体を、たとえば厚さ140μmになるまで薄板化する(図10(d))。
Then, the
それから、シリコン基板1aの上面(電極基板2が接合されている面の反対面)の全面にプラズマCVDによって、たとえば厚さ1.5μmのTEOS膜を形成する。そして、このTEOS膜に、吐出室13となる凹部13a、リザーバ14となる凹部14a及びオリフィスとなる凹部15aとなる部分を形成するためのレジストをパターニングし、この部分のTEOS膜をエッチング除去する。
Then, a TEOS film having a thickness of, for example, 1.5 μm is formed on the entire upper surface of the
その後、シリコン基板1aを水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、吐出室13となる凹部13a、リザーバ14となる凹部14a及びオリフィスとなる凹部15aを形成する(図11(e))。このとき、電極取出し部23となる部分もエッチングして薄板化しておく。なお、図11(e)のウェットエッチングの工程では、たとえば初めに35重量%の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、3重量%の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。こうすることで、振動板12の面荒れを抑制することができる。
Thereafter, the
シリコン基板1aのエッチングが終了した後に、接合基板60aをフッ酸水溶液でエッチングしてシリコン基板1aに形成されたTEOS膜を除去する。また、電極基板2のインク供給孔18となる孔部18aにレーザー加工を施し、インク供給孔18が電極基板2を貫通するようにする(図11(f))。次に、シリコン基板1aの吐出室13となる凹部13a等の形成された面に、たとえばCVDによってTEOS等からなる液滴保護膜24を、たとえば厚さ0.1μmで形成する(図11(g))。
After the etching of the
それから、RIE(Reactive Ion Etching)等によって電極取出し部23を開放する。また、シリコン基板1aに機械加工又はレーザー加工を行って、インク供給孔18をリザーバ14となる凹部14aまで貫通させる。これにより、キャビティ基板1と電極基板2とが接合された接合基板60が完成する。この接合基板60は、ノズル基板3と接合されることとなる。なお、電極取出し部23に、振動板12と個別電極17との間の空間を封止するための封止剤(図示せず)を塗布するとよい。
Then, the electrode take-out
この実施の形態1に係るインク吐出装置100は、インク吐出面10にシリコン酸化膜50bを形成する前に、第1のノズル孔6に残る樹脂層42を第2のノズル孔7に達する部分まで除去するようにしている。したがって、第1のノズル孔6が庇の様な役目を果たし、ノズル内壁とレジン(樹脂層42)表面との接線部分にシリコン酸化膜50bが形成されることが無い。
In the
すなわち、樹脂層42を引抜く際に、第1のノズル孔6の開口部分にシリコン酸化膜50bがバリとなって残る事が無く、第1のノズル孔6内部に樹脂層42の残渣も無くすことができる。また、インク吐出面10にテープ35を張って支持基板40を剥離することで、インク吐出面10の撥水膜34を保護し、第1のノズル孔6の内壁に付着した撥水膜34のみをプラズマ処理で除去でき、ノズル内壁の親水性を回復することができる。
That is, when the
また、実施の形態1では、シリコン基板3aの一方の面をエッチングすることにより第2のノズル孔7となる凹部7aを形成し、第2のノズル孔7となる凹部7aが形成されている面に支持基板40を貼り合わせて、支持基板40が貼り合わせられた面の反対面からシリコン基板3aを薄板化するため、第2のノズル孔7となる凹部7aを形成するときに厚いシリコン基板3aを使用することができ、シリコン基板3aが割れたり欠けたりするのを防止することができる。
In the first embodiment, one surface of the
さらに、薄板化したシリコン基板3aを加工する工程がないため、シリコン基板3aが割れたり欠けたりするのを効果的に防止することができる。さらに、シリコン基板3aに支持基板40を貼り合わせる工程において、樹脂が第1のノズル孔6となる凹部6c及び第2のノズル孔7となる凹部7bに充填されるようにするため、シリコン基板3aを薄板化する際にノズル8の先端部が欠けるのを防止することができる。またさらに、厚いシリコン基板3aに非貫通状態でノズル8となる凹部を形成するため、ヘリウムガス等が加工面側にリークしてエッチングができなくなるのを防止することができる。
Furthermore, since there is no process for processing the thinned
実施形態2.
図12は、実施の形態1の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド100を搭載した液滴吐出装置150の一例を示した斜視図である。図10に示す液滴吐出装置150は、一般的なインクジェットプリンタである。なお、この液滴吐出装置150は、周知の製造方法によって製造することができる。実施の形態1で得られた液滴吐出ヘッド100は、上記のように割れや欠けがなく、液滴吐出装置100は吐出性能が高いものである。
FIG. 12 is a perspective view showing an example of a
なお、実施の形態1の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド100は、図10に示す液滴吐出装置150の他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。また、実施の形態1の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド100は、圧電駆動方式の液滴吐出装置や、バブルジェット(登録商標)方式の液滴吐出装置にも使用できる。
In addition, the
なお、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法は、本発明の実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。たとえば、図6(L)の製造工程において、必ずしも剥離層41を形成する必要はなく、シリコン基板3aと支持基板40とが分離できるようになっていればよい。また、液滴吐出ヘッド100が3層構造である場合を例に説明したが、液滴吐出ヘッド100が4層構造であってもよい。
In addition, the manufacturing method of the droplet discharge head and the manufacturing method of the droplet discharge device of the present invention are not limited to the contents described in the embodiment of the present invention, and are changed within the scope of the idea of the present invention. be able to. For example, in the manufacturing process of FIG. 6L, it is not always necessary to form the
1 キャビティ基板、1a シリコン基板、2 電極基板、2a ガラス基板、3 ノズル基板、3a シリコン基板、6 第1のノズル孔、6a 第1のノズル孔となる凹部、6b 第1のノズル孔となる凹部、6c 第1のノズル孔となる凹部、7 第2のノズル孔、7a 第2のノズル孔となる凹部、7b 第2のノズル孔となる凹部、8 ノズル、10 インク吐出面、11 接合面、12 振動板、13 吐出室、13a 吐出室となる凹部、14 リザーバ、14a リザーバとなる凹部、15 オリフィス、15a オリフィスとなる凹部、16 絶縁膜、17 個別電極、18 インク供給孔、19 凹部、21 駆動回路、22 シリコン酸化膜、23 電極取出し部、24 液滴保護膜、34 撥水膜、35 テープ、40 支持基板、41 剥離層、42 樹脂層、50 シリコン酸化膜、50a シリコン酸化膜、50b シリコン酸化膜、51 レジスト、51a レジスト、60 接合基板、60a 接合基板、100 液滴吐出ヘッド、150 液滴吐出装置。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記第1のノズル孔及び前記第2のノズル孔をドライエッチングで形成する工程と、
樹脂を用いて前記シリコン基板の前記第2のノズル孔が形成されている面に支持基板を貼り合わせ、該樹脂を前記凹部の内部に充填する工程と、
前記シリコン基板の前記支持基板が貼り合わせられた面の反対面を薄板化し、薄板化された前記シリコン基板から前記第1のノズル孔を開口させる工程と、
前記第1のノズル孔が開口した部分から前記凹部に充填されている樹脂を除去する工程と、
前記シリコン基板の薄板化された面に酸化膜及び撥水膜を形成する工程と、
前記支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程とを有する
ことを特徴とするノズル基板の製造方法。 A nozzle substrate that forms a recess in the silicon substrate that is a first nozzle hole and a second nozzle hole that communicates with the first nozzle hole and has a diameter larger than the first nozzle hole. A manufacturing method comprising:
Forming the first nozzle hole and the second nozzle hole by dry etching;
Bonding a support substrate to a surface of the silicon substrate where the second nozzle holes are formed using a resin, and filling the resin into the recess;
Thinning the opposite surface of the silicon substrate to which the support substrate is bonded, and opening the first nozzle hole from the thinned silicon substrate;
Removing the resin filled in the concave portion from the portion where the first nozzle hole is opened;
Forming an oxide film and a water repellent film on the thinned surface of the silicon substrate;
And a step of peeling the support substrate from the silicon substrate. A method for manufacturing a nozzle substrate.
ことを特徴とする請求項1に記載のノズル基板の製造方法。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, wherein the silicon substrate and the support substrate are bonded together in a vacuum.
前記樹脂を前記支持基板にコーティングしてから、前記シリコン基板と前記支持基板とを貼り合わせて該樹脂を前記凹部の内部に充填する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のノズル基板の製造方法。 In the step of bonding a support substrate to the surface of the silicon substrate where the recess is formed using a resin, and filling the resin into the recess,
3. The nozzle substrate according to claim 1, wherein the resin substrate is coated on the support substrate, and then the silicon substrate and the support substrate are bonded together to fill the resin into the concave portion. Production method.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, wherein a release layer that is separated by light is formed between the silicon substrate and the support substrate.
ことを特徴とする請求項4に記載のノズル基板の製造方法。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 4, wherein the support substrate is made of a transparent material.
バックグラインダー、ポリッシャー、CMPのいずれか1つまたはそれらの組み合わせによって前記シリコン基板を研磨加工する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。 In the step of thinning the opposite surface of the silicon substrate to which the support substrate is bonded,
The method for manufacturing a nozzle substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein the silicon substrate is polished by any one of a back grinder, a polisher, and CMP, or a combination thereof.
前記凹部に充填されている樹脂をO2 プラズマ処理により除去する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。 In the step of removing the resin filled in the concave portion from the portion where the first nozzle hole is opened,
The method of manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, wherein the resin filled in the recess is removed by O 2 plasma treatment.
前記第1のノズル孔に充填されている樹脂の全部と、
前記第2のノズル孔に充填されている樹脂の一部または全部とを除去する
ことを特徴とする請求項7に記載のノズル基板の製造方法。 In the step of removing the resin filled in the concave portion from the portion where the first nozzle hole is opened,
All of the resin filled in the first nozzle hole;
The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 7, wherein a part or all of the resin filled in the second nozzle hole is removed.
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, wherein the first nozzle hole and the second nozzle hole are formed by dry etching using C 4 F 8 and SF 6. .
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, wherein after the support substrate is peeled from the silicon substrate, the resin is peeled off from the silicon substrate.
前記撥水膜を保護するための部材を前記シリコン基板の薄板化された面に取り付けてから、前記支持基板を前記シリコン基板から剥離する
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。 In the step of peeling the support substrate from the silicon substrate,
The member for protecting the water-repellent film is attached to the thinned surface of the silicon substrate, and then the support substrate is peeled off from the silicon substrate. Nozzle substrate manufacturing method.
ことを特徴とする請求項11に記載のノズル基板の製造方法。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 11, wherein the member for protecting the water repellent film is a tape.
ことを特徴とする請求項11に記載のノズル基板の製造方法。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 11, wherein the member for protecting the water repellent film is a mask.
前記シリコンの薄板化された面の反対面から前記凹部の内部をプラズマ処理する
ことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。 After peeling the support substrate from the silicon substrate,
The method of manufacturing a nozzle substrate according to any one of claims 1 to 13, wherein the inside of the recess is plasma-treated from the surface opposite to the thinned surface of the silicon.
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A method for manufacturing a droplet discharge head, wherein the droplet discharge head is manufactured using the method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1.
ことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
A method for manufacturing a droplet discharge device, wherein the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 15 is applied to manufacture a droplet discharge device.
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2005
- 2005-10-07 JP JP2005294854A patent/JP2007098888A/en not_active Withdrawn
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