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JP2009012398A - Nozzle substrate manufacturing method - Google Patents

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JP2009012398A
JP2009012398A JP2007178819A JP2007178819A JP2009012398A JP 2009012398 A JP2009012398 A JP 2009012398A JP 2007178819 A JP2007178819 A JP 2007178819A JP 2007178819 A JP2007178819 A JP 2007178819A JP 2009012398 A JP2009012398 A JP 2009012398A
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JP
Japan
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substrate
protective film
nozzle
hole
etching
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Application number
JP2007178819A
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Japanese (ja)
Inventor
賢太郎 ▲高▼▲柳▼
Kentaro Takayanagi
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】基板厚みが変化せず、底部径の制御が可能で、所望の傾斜面を有し、流路特性が最適化されたノズル基板の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基材41の表面に第1の保護膜42を形成する工程と、第1の保護膜42に積層して第1の保護膜42と材質が異なる第2の保護膜43を形成する工程と、第2の保護膜43に第2の開口孔43aを形成し、さらに第1の保護膜42に第1の開口孔42aを形成する工程と、第1、第2の開口孔42a、43aから異方性ドライエッチングを行って垂直孔部110を形成する工程と、第1の保護膜42をエッチングして第1の開口孔42aを拡径する工程と、第1、第2の開口孔42a、43aから等方性ドライエッチングを行って、第1、第2の開口孔42a、43a側に向かって断面積が漸増するテーパ状孔部を形成する工程とを有するものである。
【選択図】図7
There is provided a method for manufacturing a nozzle substrate in which a substrate thickness is not changed, a bottom diameter can be controlled, a desired inclined surface is provided, and a flow path characteristic is optimized.
A step of forming a first protective film on a surface of a silicon substrate, and a second protective film having a material different from that of the first protective film laminated on the first protective film are provided. Forming a second opening hole 43a in the second protective film 43, further forming a first opening hole 42a in the first protective film 42, and the first and second opening holes. A step of forming the vertical hole portion 110 by performing anisotropic dry etching from 42a, 43a, a step of etching the first protective film 42 to expand the diameter of the first opening hole 42a, and the first, second A step of performing isotropic dry etching from the opening holes 42a and 43a to form a tapered hole portion whose cross-sectional area gradually increases toward the first and second opening holes 42a and 43a. .
[Selection] Figure 7

Description

本発明は、ノズル基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a nozzle substrate.

液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることにより、インク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット(登録商標)方式等がある。   As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, an inkjet head mounted on an inkjet recording apparatus is known. Ink jet heads generally include a nozzle substrate in which a plurality of nozzle holes for ejecting ink droplets are formed, and ink such as a discharge chamber and a reservoir that are joined to the nozzle substrate and communicate with the nozzle holes. And a cavity substrate on which a flow path is formed. The drive unit applies pressure to the discharge chamber to discharge ink droplets from selected nozzle holes. As a driving means, there are a method using an electrostatic force, a piezoelectric method using a piezoelectric element, a bubble jet (registered trademark) method using a heating element, and the like.

近年、インクジェットヘッドに対して、印刷速度の高速化及びカラー化を目的としてノズル列を複数有する構造が求められており、さらに加えて、ノズルは高密度化するとともに、1列あたりのノズル数が増加して長尺化しており、インクジェットヘッド内のアクチュエータ数は益々増加している。このような背景から、ノズル密度が高く、長尺かつ多数のノズル列を有する、小型で吐出特性に優れたインクジェットヘッドが要求され、従来より様々な工夫、提案がなされている。   In recent years, ink jet heads have been required to have a structure having a plurality of nozzle rows for the purpose of increasing the printing speed and colorization. In addition, the nozzles have a higher density and the number of nozzles per row has increased. The number of actuators in an inkjet head is increasing more and more as the length increases. Against this background, there is a demand for a compact inkjet head having a high nozzle density, a long and numerous nozzle array, and excellent discharge characteristics, and various devices and proposals have been made.

従来のインクジェットヘッドに、シリコン基材に一方の側より等方性ドライエッチングと異方性ドライエッチングを繰り返してテーパ状のノズル孔を加工したノズル基板を備えたものがあった(例えば、特許文献1参照)。   Some conventional inkjet heads have a nozzle substrate in which a tapered nozzle hole is processed by repeating isotropic dry etching and anisotropic dry etching from one side on a silicon substrate (for example, Patent Documents) 1).

さらに、従来のインクジェットヘッドに、(100)面のシリコン基材にウェットエッチングで未貫通の傾斜したノズル孔部を形成し、反対側からドライエッチングで垂直のノズル孔部を貫通形成したノズル基板を備えたものがあった(例えば、特許文献2参照)。   Furthermore, in a conventional inkjet head, a nozzle substrate in which an inclined nozzle hole portion that is not penetrated by wet etching is formed in a silicon substrate of (100) surface and a vertical nozzle hole portion is penetrated by dry etching from the opposite side is provided. Some have been provided (see, for example, Patent Document 2).

特開2006−45656号公報(第15頁、図16)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-45656 (page 15, FIG. 16) 特開平10−315461号公報(第4頁−第5頁、図2)Japanese Patent Laid-Open No. 10-315461 (pages 4-5, FIG. 2)

特許文献1記載の技術によれば、等方性ドライエッチングによってノズル孔の側壁のアンダーカットが進むので、ノズル孔の底部径の制御が困難であった。   According to the technique described in Patent Document 1, since the undercut of the side wall of the nozzle hole proceeds by isotropic dry etching, it is difficult to control the bottom diameter of the nozzle hole.

特許文献2記載の技術によれば、傾斜面がシリコン単結晶基材の面方向に依存してしまい、ノズル密度を高めることには限界があった。   According to the technique described in Patent Document 2, the inclined surface depends on the surface direction of the silicon single crystal substrate, and there is a limit to increasing the nozzle density.

このため、ノズル孔の底部径の制御を可能とし、ノズル孔の傾斜面がシリコン単結晶基材の面方向に依存しないようにして、ノズル孔を基材の片面から形成していくことも考えられる。
しかしながらこの場合においても、ノズル孔の形成時に基材厚みが変化したり、ノズル孔がすぼまったり、ノズル孔に段差部が残ったりしてしまうという問題があった。
For this reason, it is possible to control the bottom diameter of the nozzle hole and to form the nozzle hole from one side of the substrate so that the inclined surface of the nozzle hole does not depend on the surface direction of the silicon single crystal substrate. It is done.
However, even in this case, there are problems that the thickness of the base material is changed at the time of forming the nozzle hole, the nozzle hole is squeezed, or a stepped portion remains in the nozzle hole.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、基板厚みが変化することなくノズル孔を形成することができ、この際にノズル孔の底部径の制御が可能で、所望の傾斜面を有し、ノズル基板の流路特性が最適化されたノズル基板の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The nozzle hole can be formed without changing the substrate thickness, and the bottom diameter of the nozzle hole can be controlled at this time. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nozzle substrate having an inclined surface and having optimized flow path characteristics of the nozzle substrate.

本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基材の表面に第1の保護膜を形成する工程と、第1の保護膜に積層して該第1の保護膜と材質が異なる第2の保護膜を形成する工程と、第2の保護膜に第2の開口孔を形成し、さらに第1の保護膜に第1の開口孔を形成する工程と、第1、第2の開口孔から異方性ドライエッチングを行って垂直孔部を形成する工程と、第1の保護膜をエッチングして第1の開口孔を拡径する工程と、第1、第2の開口孔から等方性ドライエッチングを行って、第1、第2の開口孔側に向かって断面積が漸増するテーパ状孔部を形成する工程と、を有するものである。   The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention includes a step of forming a first protective film on a surface of a silicon base material, and a second layer formed on the first protective film and having a material different from that of the first protective film. A step of forming a protective film; a step of forming a second opening hole in the second protective film; and a step of forming the first opening hole in the first protective film; and a step from the first and second opening holes; Performing anisotropic dry etching to form a vertical hole, etching the first protective film to expand the first opening, and isotropic from the first and second openings And performing a dry etching to form a tapered hole having a cross-sectional area gradually increasing toward the first and second opening holes.

ノズル孔のテーパ状孔部の形成時に第1の保護膜によってシリコン基材の表面が保護されているので、エッチング時にシリコン基材の厚みが変化することはない。また、第1の保護膜の拡径量を制御することで、所望の底部径と傾斜面を持つテーパ状孔部を形成することができる。
こうして形成されたテーパ状孔部は、シリコン単結晶基材の面方向に依存せず所望の傾斜面を有するため、ノズルを高密度化させることができる。そして、ノズル孔はテーパ状であるため、漸次縮小管による圧力損失防止効果があり、最適な流路抵抗及び整流作用を得ることができる。また、垂直孔部とテーパ状孔部とが一体的に構成されているため、液滴のメニスカスを安定維持することができる。
Since the surface of the silicon substrate is protected by the first protective film when forming the tapered hole portion of the nozzle hole, the thickness of the silicon substrate does not change during etching. Moreover, the taper-shaped hole part with a desired bottom part diameter and an inclined surface can be formed by controlling the diameter expansion amount of a 1st protective film.
Since the tapered hole formed in this way has a desired inclined surface without depending on the surface direction of the silicon single crystal substrate, the nozzle can be densified. Since the nozzle hole is tapered, there is an effect of preventing pressure loss due to the gradually reducing tube, and an optimum flow path resistance and rectifying action can be obtained. Further, since the vertical hole portion and the tapered hole portion are integrally formed, the meniscus of the droplet can be stably maintained.

本発明に係るノズル基板の製造方法においては、第1の保護膜は酸化膜であり、第2の保護膜は窒化膜である。   In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the first protective film is an oxide film, and the second protective film is a nitride film.

保護膜は種類の異なる膜の積層によって構成されているので、第1の保護膜である酸化膜をエッチングして第1の開口孔を所望の径に拡径する際に、第2の保護膜である窒化膜がエッチングされることはない。   Since the protective film is formed by stacking different types of films, the second protective film is formed when the oxide film as the first protective film is etched to expand the first opening hole to a desired diameter. The nitride film is not etched.

本発明に係るノズル基板の製造方法は、酸化膜のエッチングは、緩衝フッ酸水溶液を用いて行うものである。   In the method of manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the oxide film is etched using a buffered hydrofluoric acid aqueous solution.

保護膜は種類の異なる膜の積層によって構成されているので、第1の保護膜である酸化膜を緩衝フッ酸水溶液でエッチングして第1の開口孔を所望の径に拡径する際に、第2の保護膜である窒化膜が緩衝フッ酸水溶液でエッチングされることはない。   Since the protective film is composed of a stack of different types of films, when the oxide film as the first protective film is etched with a buffered hydrofluoric acid solution to expand the first opening hole to a desired diameter, The nitride film as the second protective film is not etched with the buffered hydrofluoric acid aqueous solution.

本発明に係るノズル基板の製造方法は、等方性ドライエッチングは、エッチングを促進する第1のガスと、垂直孔部の側壁に保護膜を形成してサイドエッチング量を調整する第2のガスとにより行うものである。   In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the isotropic dry etching includes a first gas for promoting etching and a second gas for adjusting a side etching amount by forming a protective film on the side wall of the vertical hole. This is what is done.

第1のガスによってエッチングを促進し、第2のガスによってノズルの垂直孔部の側壁に保護膜を形成してサイドエッチング量を制御するようにしたので、所望の傾斜面を持ちノズル断面積が漸増して拡がるノズル孔を形成することができる。   Etching is promoted by the first gas, and a protective film is formed on the side wall of the vertical hole portion of the nozzle by the second gas to control the side etching amount. A nozzle hole that gradually increases and expands can be formed.

本発明に係るノズル基板の製造方法においては、前記第1のガスがSF6 であり、前記第2のガスがO2 である。 In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the first gas is SF 6 and the second gas is O 2 .

SF6 である第1のガスによってエッチングを促進し、O2 である第2のガスによってノズルの垂直孔部の側壁に保護膜を形成してサイドエッチング量を制御するようにしたので、所望の傾斜面を持ちノズル断面積が漸増して拡がるノズル孔を形成することができる。 Promote etched by the first gas is SF 6, since by forming a protective on the side wall of the vertical hole portion of the nozzle by a second gas is O 2 film so as to control the side etching amount, the desired It is possible to form a nozzle hole having an inclined surface and the nozzle cross-sectional area gradually increasing and expanding.

実施の形態1.
図1は本実施の形態1に係るインクジェットヘッド(液滴吐出ヘッドの一例)の一部を断面で示した分解斜視図、図2は図1を組立てた状態の要部を示す縦断面図、図3は図2のノズル孔の近傍を拡大して示した断面図である。
インクジェットヘッド10は、図1および図2に示すように、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板2と、キャビティ基板2の振動板22に対峙して個別電極31が配設された電極基板3とを貼り合わせることにより構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a section of an ink jet head (an example of a droplet discharge head) according to the first embodiment, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a main part in a state where FIG. 1 is assembled. FIG. 3 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the nozzle hole of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the inkjet head 10 includes a nozzle substrate 1 in which a plurality of nozzle holes 11 are provided at a predetermined pitch, and a cavity in which an ink supply path is provided independently for each nozzle hole 11. The substrate 2 and the electrode substrate 3 on which the individual electrodes 31 are disposed are opposed to the diaphragm 22 of the cavity substrate 2.

ノズル基板1は、シリコン単結晶基材(単にシリコン基材ともいう)から作製されている。ノズル基板1にはインク滴を吐出するためのテーパ状のノズル孔11が設けられており、シリコンの結晶方位に拘束されない所望の傾斜面を有している。そして、図3に示すように、各ノズル孔11は、一端が吐出方向の先端側の面1aに開口しており、この開口部より吐出方向の後端側の面1bに向けてノズル断面積が漸増し、他端が後端の面1bで最も拡径して開口している。そして、吐出方向の後端側の面1bにおいては、ノズル孔11の底部径(後端側の面1bに位置するノズル孔11の開口部の径)が所望の径dで開口されている。   The nozzle substrate 1 is made of a silicon single crystal base material (also simply referred to as a silicon base material). The nozzle substrate 1 is provided with a tapered nozzle hole 11 for ejecting ink droplets, and has a desired inclined surface that is not constrained by the crystal orientation of silicon. As shown in FIG. 3, each nozzle hole 11 has one end opened on the surface 1 a on the front end side in the discharge direction, and the nozzle cross-sectional area from the opening toward the surface 1 b on the rear end side in the discharge direction. Gradually increases, and the other end is opened with the largest diameter on the rear end surface 1b. Then, on the surface 1b on the rear end side in the ejection direction, the bottom diameter of the nozzle hole 11 (the diameter of the opening of the nozzle hole 11 located on the surface 1b on the rear end side) is opened with a desired diameter d.

キャビティ基板2は、シリコン単結晶基材(単にシリコン基材ともいう)から作製されている。シリコン基材に異方性ウェットエッチングを施し、インク流路の吐出室24、リザーバ25をそれぞれ構成するための凹部240、250、及びオリフィス23を構成するための段差部230が形成される。凹部240はノズル孔11に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、ノズル基板1とキャビティ基板2とを接合した際、各凹部240は吐出室24を構成し、それぞれがノズル孔11に連通し、またインク供給口であるオリフィス23ともそれぞれ連通している。そして、吐出室24(凹部240)の底壁が振動板22となっている。   The cavity substrate 2 is made of a silicon single crystal base material (also simply referred to as a silicon base material). The silicon substrate is subjected to anisotropic wet etching to form recesses 240 and 250 for forming the discharge chamber 24 and the reservoir 25 of the ink flow path, and a stepped portion 230 for forming the orifice 23, respectively. A plurality of recesses 240 are independently formed at positions corresponding to the nozzle holes 11. Therefore, when the nozzle substrate 1 and the cavity substrate 2 are joined, each recess 240 constitutes the discharge chamber 24, and each recess communicates with the nozzle hole 11 and also with the orifice 23 that is an ink supply port. The bottom wall of the discharge chamber 24 (recess 240) serves as the diaphragm 22.

他方の凹部250は、液状のインクを貯留するためのものであり、各吐出室24に共通の共通インク室であるリザーバ25を構成する。そして、リザーバ25は、それぞれオリフィス23を介して全ての吐出室24に連通している。また、リザーバ25の底部には後述する電極基板3を貫通する孔が設けられ、この孔で形成されたインク供給孔34を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
また、キャビティ基板2の全面、もしくは少なくとも電極基板3との対向面には、SiO2 膜等からなる絶縁膜26が形成されている。この絶縁膜26は、インクジェットヘッド10を駆動させたときに、絶縁破壊や短絡が発生することを防止する。
The other concave portion 250 is for storing liquid ink, and constitutes a reservoir 25 that is a common ink chamber common to the ejection chambers 24. The reservoirs 25 communicate with all the discharge chambers 24 through the orifices 23, respectively. Further, a hole penetrating the electrode substrate 3 described later is provided at the bottom of the reservoir 25, and ink is supplied from an ink cartridge (not shown) through an ink supply hole 34 formed by this hole.
Further, an insulating film 26 made of a SiO 2 film or the like is formed on the entire surface of the cavity substrate 2 or at least the surface facing the electrode substrate 3. This insulating film 26 prevents dielectric breakdown or short circuit from occurring when the inkjet head 10 is driven.

電極基板3は、ガラス基材から作製されている。このガラス基材は、キャビティ基板2のシリコン基材と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが好ましい。これは、電極基板3とキャビティ基板2とを陽極接合する際、両基板3、2の熱膨張係数が近いため、電極基板3とキャビティ基板2との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく電極基板3とキャビティ基板2とを強固に接合することができるからである。   The electrode substrate 3 is made from a glass substrate. As the glass substrate, it is preferable to use a borosilicate heat-resistant hard glass having a thermal expansion coefficient close to that of the silicon substrate of the cavity substrate 2. This is because when the electrode substrate 3 and the cavity substrate 2 are anodically bonded, the thermal expansion coefficients of both the substrates 3 and 2 are close, so the stress generated between the electrode substrate 3 and the cavity substrate 2 can be reduced. As a result, the electrode substrate 3 and the cavity substrate 2 can be firmly bonded without causing problems such as peeling.

電極基板3のキャビティ基板2と対向する側の面には、キャビティ基板2の各振動板22に対向する位置にそれぞれ凹部32が設けられている。そして、各凹部32内には、一般に、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)からなる個別電極31が形成されている。この、振動板22と個別電極31との間に形成されるギャップ(空隙)Gは、インクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。なお、個別電極31の材料にはクロム等の金属等を用いてもよいが、ITOは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすいため、一般にITOが用いられている。   On the surface of the electrode substrate 3 facing the cavity substrate 2, a recess 32 is provided at a position facing each diaphragm 22 of the cavity substrate 2. In each recess 32, an individual electrode 31 made of ITO (Indium Tin Oxide) is generally formed. This gap (gap) G formed between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 greatly affects the ejection characteristics of the inkjet head. In addition, although the metal of chromium etc. may be used for the material of the individual electrode 31, since ITO is transparent and it is easy to confirm whether it discharged or not, ITO is generally used.

個別電極31は、リード部31aと、フレキシブル配線基板(図示せず)に接続される端子部31bとを有する。これらの端子部31bは、図2に示すように、配線のためにキャビティ基板2の末端部が開口された電極取り出し部29内に露出している。   The individual electrode 31 has a lead part 31a and a terminal part 31b connected to a flexible wiring board (not shown). As shown in FIG. 2, these terminal portions 31b are exposed in an electrode extraction portion 29 in which the end portion of the cavity substrate 2 is opened for wiring.

上述したノズル基板1、キャビティ基板2、および電極基板3は、一般に個別に作製され、これらを図2に示すように貼り合わせることにより、インクジェットヘッド10の本体部が作製される。すなわち、キャビティ基板2と電極基板3とは例えば陽極接合により接合され、そのキャビティ基板2の上面(図2の上面)にはノズル基板1が接着剤等により接合されている。さらに、振動板22と個別電極31との間に形成されるギャップGの開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材27で封止されている。これにより、湿気や塵埃等がギャップGへ侵入するのを防止することができる。   The nozzle substrate 1, the cavity substrate 2, and the electrode substrate 3 described above are generally manufactured individually, and are bonded together as shown in FIG. 2 to manufacture the main body of the inkjet head 10. That is, the cavity substrate 2 and the electrode substrate 3 are bonded by, for example, anodic bonding, and the nozzle substrate 1 is bonded to the upper surface of the cavity substrate 2 (the upper surface in FIG. 2) with an adhesive or the like. Furthermore, the open end of the gap G formed between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 is sealed with a sealing material 27 made of a resin such as epoxy. Thereby, it is possible to prevent moisture, dust and the like from entering the gap G.

そして、図2に示すように、ICドライバ等の駆動制御回路4が、各個別電極31の端子部31bと、キャビティ基板2上に設けられた共通電極28とに、前記フレキシブル配線基板(図示せず)を介して接続されている。   As shown in FIG. 2, the drive control circuit 4 such as an IC driver is connected to the flexible wiring substrate (not shown) on the terminal portion 31 b of each individual electrode 31 and the common electrode 28 provided on the cavity substrate 2. Z)).

上記のように構成されたインクジェットヘッド10において、駆動制御回路4によりキャビティ基板2と個別電極31との間にパルス電圧が印加されると、振動板22と個別電極31との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板22が個別電極31側に引き寄せられて撓み、吐出室24の容積が拡大する。これにより、リザーバ25の内部に溜まっているインクがオリフィス23を通じて吐出室24に流れ込む。次に、個別電極31への電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板22が復元し、吐出室24の容積が急激に収縮する。これにより、吐出室24内の圧力が急激に上昇し、この吐出室24に連通しているノズル孔11からインク液滴が吐出される。   In the inkjet head 10 configured as described above, when a pulse voltage is applied between the cavity substrate 2 and the individual electrode 31 by the drive control circuit 4, an electrostatic force is generated between the diaphragm 22 and the individual electrode 31. The diaphragm 22 is attracted to the individual electrode 31 side and bent due to the suction action, and the volume of the discharge chamber 24 is increased. As a result, the ink accumulated in the reservoir 25 flows into the discharge chamber 24 through the orifice 23. Next, when the application of voltage to the individual electrode 31 is stopped, the electrostatic attraction force disappears, the diaphragm 22 is restored, and the volume of the discharge chamber 24 contracts rapidly. As a result, the pressure in the discharge chamber 24 increases rapidly, and ink droplets are discharged from the nozzle holes 11 communicating with the discharge chamber 24.

次に、インクジェットヘッド10の製造方法について、図4〜図13を用いて説明する。図4は本発明の実施の形態1に係るノズル基板1を示す上面図、図5〜図11はノズル基板1の製造工程を示す断面図(図4をA−A線で切断した断面図)である。図12、図13はキャビティ基板2と電極基板3との接合工程を示す断面図であり、ここでは、主に、電極基板3にシリコン基材(キャビテイ基材)200を接合した後に、キャビティ基板2を製造する方法を示す。
まず最初に、ノズル基板1の製造方法を説明する。
なお、以下に記載の数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
Next, the manufacturing method of the inkjet head 10 is demonstrated using FIGS. 4 is a top view showing the nozzle substrate 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 5 to 11 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the nozzle substrate 1 (cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4) It is. FIG. 12 and FIG. 13 are cross-sectional views showing the bonding process between the cavity substrate 2 and the electrode substrate 3. Here, after the silicon substrate (cavity substrate) 200 is bonded to the electrode substrate 3 mainly, 2 shows a method of manufacturing 2.
First, a method for manufacturing the nozzle substrate 1 will be described.
In addition, the numerical value described below shows an example, and is not limited to this.

(a) 図5(a)に示すように、厚さが例えば280μmのシリコン基材(ノズル基材)41を用意する。 (A) As shown to Fig.5 (a), the silicon base material (nozzle base material) 41 whose thickness is 280 micrometers, for example is prepared.

(b) シリコン基材41を熱酸化装置にセットし、例えば酸化温度1075℃、酸化時間4時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、図5(b)に示すように、シリコン基材41の表面41a、41bに例えば膜厚1μmの酸化膜42を均一に成膜する。 (B) The silicon substrate 41 is set in a thermal oxidizer, and is subjected to a thermal oxidation treatment under conditions of, for example, an oxidation temperature of 1075 ° C., an oxidation time of 4 hours, and a mixed atmosphere of oxygen and water vapor, as shown in FIG. Then, an oxide film 42 having a thickness of 1 μm, for example, is uniformly formed on the surfaces 41 a and 41 b of the silicon substrate 41.

(c) プラズマCVDにより、図5(c)に示すように、酸化膜42の上に例えば膜厚1μmの窒化膜43を積層して成膜する。 (C) As shown in FIG. 5C, a nitride film 43 having a thickness of, for example, 1 μm is stacked on the oxide film 42 by plasma CVD.

(d) 図6(d)に示すように、窒化膜43の上にレジスト44をコーティングし、垂直孔部110(図7(h)参照)となる部分に対応する部分44aのパターニングを行う。 (D) As shown in FIG. 6D, a resist 44 is coated on the nitride film 43, and a portion 44a corresponding to a portion that becomes the vertical hole portion 110 (see FIG. 7H) is patterned.

(e) 図6(e)に示すように、例えば150℃のリン酸水溶液でエッチングし、パターニングされた部分44aによって窒化膜43を開口し、第2の開口孔43aを形成する。この開口孔43aは、CF4 による異方性ドライエッチングによって開口してもよい。 (E) As shown in FIG. 6E, the nitride film 43 is opened by the patterned portion 44a by etching with a phosphoric acid aqueous solution at 150 ° C., for example, and a second opening hole 43a is formed. The opening hole 43a may be opened by anisotropic dry etching with CF 4 .

(f) 図6(f)に示すように、緩衝フッ酸水溶液(フッ酸水溶液:フッ化アンモニウム水溶液=1:6)でエッチングし、窒化膜43に設けた第2の開口孔43aによって酸化膜42を開口し、第2の開口孔43aとほぼ同径の第1の開口孔42aを形成する。この第1の開口孔42aは、CHF3 による異方性ドライエッチングで開口してもよい。 (F) As shown in FIG. 6 (f), the oxide film is etched by the second opening hole 43 a provided in the nitride film 43 by etching with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution (hydrofluoric acid aqueous solution: ammonium fluoride aqueous solution = 1: 6). 42 is opened to form a first opening hole 42a having substantially the same diameter as the second opening hole 43a. The first opening hole 42a may be opened by anisotropic dry etching with CHF 3 .

(g) 図6(g)に示すように、レジスト44を硫酸洗浄などによって剥離する。 (G) As shown in FIG. 6G, the resist 44 is removed by washing with sulfuric acid or the like.

(h) 図7(h)に示すように、ICPドライエッチング装置により、窒化膜43及び酸化膜42の第2、第1の開口孔43a、42aを介して垂直方向(図の上下方向)に異方性ドライエッチングを行い、例えば深さ70μmの垂直孔部110を形成する。この場合のエッチングガスは、例えば、C48、SF6 を使用し、これらのガスを交互に使用する。ここで、C4 8 は形成される孔の側面にエッチングが進行しないように孔側面を保護し、SF6 は垂直方向のエッチングを促進させる。 (H) As shown in FIG. 7 (h), the ICP dry etching apparatus is used to vertically (in the drawing, the vertical direction) through the second and first opening holes 43a and 42a of the nitride film 43 and the oxide film 42. Anisotropic dry etching is performed to form a vertical hole 110 having a depth of 70 μm, for example. In this case, for example, C 4 F 8 and SF 6 are used as the etching gas, and these gases are used alternately. Here, C 4 F 8 protects the side surface of the hole so that etching does not proceed to the side surface of the hole to be formed, and SF 6 promotes etching in the vertical direction.

(i) 図7(i)に示すように、シリコン基材41の酸化膜42を緩衝フッ酸水溶液でエッチングし、第1の開口孔42aを幅方向(図の左右方向)に拡げる。すなわち、酸化膜42の拡径によってオーバ−ハングを形成する。
この第1の開口孔42aの幅d1 は、後述のように垂直孔部110をエッチングしてテーパ状のノズル孔11を形成したときに、ノズル孔11の底部径、すなわちシリコン基材41の接合面41a側に位置するノズル孔11の開口部の径d(図3参照)に対応する。
(I) As shown in FIG. 7 (i), the oxide film 42 of the silicon substrate 41 is etched with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution to widen the first opening hole 42a in the width direction (left-right direction in the figure). That is, an overhang is formed by the expansion of the oxide film 42.
The width d 1 of the first opening hole 42a is such that the diameter of the bottom of the nozzle hole 11, that is, the silicon base material 41 of the silicon substrate 41 is formed when the vertical hole 110 is etched to form the tapered nozzle hole 11 as will be described later. This corresponds to the diameter d (see FIG. 3) of the opening of the nozzle hole 11 located on the bonding surface 41a side.

(j) 図7(j)に示すように、それぞれ第1、第2の開口孔42a、43aを設けた酸化膜42及び窒化膜43をマスクとして、ICPドライエッチング装置により、シリコン基材41の垂直孔部110を等方的なエッチング条件でドライエッチングする。エッチングガスとしては、例えば、第1のガスとしてSF6 、第2のガスとしてO2 を使用する。この場合、スイッチングなしで、ガスを連続して流した状態にして処理する。
ノズル孔11の底部径d(図の上部)は、酸化膜42に形成した第1の開口孔42aの径d1 によって規制される。また、ノズル孔11の傾斜面は、エッチングによる処理時間、及び垂直孔部110の深さによって制御される。
よって、垂直孔部110の傾斜面の形状は、時間の経過とともに図の上部に向かってノズル断面積が漸増して径方向に拡がっていく。一方、ノズル孔11の上部(図の下部)の径はそのまま維持される。
上記のエッチングは、エッチングを促進する第1のガスSF6 と、ノズル側壁に保護膜を形成することでサイドエッチング量を調整する第2のガスO2 とを、第2、第1の開口孔43a、42aから垂直孔部110に導入して行う。第2のガスであるO2 を導入することによってノズル側壁に酸化膜が形成され、サイドエッチング量の制御が可能となる。
(J) As shown in FIG. 7J, using the oxide film 42 and the nitride film 43 provided with the first and second opening holes 42a and 43a as a mask, the silicon substrate 41 is formed by an ICP dry etching apparatus. The vertical hole 110 is dry etched under isotropic etching conditions. As the etching gas, for example, SF 6 is used as the first gas, and O 2 is used as the second gas. In this case, processing is performed in a state where gas is continuously flowed without switching.
The bottom diameter d (upper part in the drawing) of the nozzle hole 11 is regulated by the diameter d 1 of the first opening hole 42 a formed in the oxide film 42. Further, the inclined surface of the nozzle hole 11 is controlled by the processing time by etching and the depth of the vertical hole portion 110.
Therefore, the shape of the inclined surface of the vertical hole portion 110 gradually increases in the radial direction with the nozzle cross-sectional area gradually increasing toward the upper portion of the drawing as time passes. On the other hand, the diameter of the upper part (lower part in the figure) of the nozzle hole 11 is maintained as it is.
In the etching described above, the first gas SF 6 for promoting the etching and the second gas O 2 for adjusting the side etching amount by forming a protective film on the side wall of the nozzle are used as the second and first opening holes. It introduce | transduces into the vertical hole part 110 from 43a and 42a. By introducing O 2 as the second gas, an oxide film is formed on the side wall of the nozzle, and the side etching amount can be controlled.

(k) ICPドライエッチング装置によりドライエッチングを続けて傾斜面を拡げていき、所定の時間経過させると、図7(k)に示すように、所望の傾斜面を持つテーパ状のノズル孔11が形成される。この場合、形成されたノズル孔11の底部径dは、酸化膜42の開口孔42aの径d1 と同じである。 (K) When the ICP dry etching apparatus continues the dry etching to widen the inclined surface and a predetermined time elapses, the tapered nozzle hole 11 having a desired inclined surface is formed as shown in FIG. It is formed. In this case, the bottom diameter d of the formed nozzle hole 11 is the same as the diameter d 1 of the opening hole 42 a of the oxide film 42.

(l) 図8(l)に示すように、例えば150℃のリン酸水溶液でシリコン基材41表面の窒化膜43を除去し、さらに、緩衝フッ酸水溶液により酸化膜42を除去する。
こうして、所望の底部径dと所望の傾斜面を有するテーパ状のノズル孔11が形成される。
(L) As shown in FIG. 8L, the nitride film 43 on the surface of the silicon substrate 41 is removed with a phosphoric acid aqueous solution at 150 ° C., for example, and the oxide film 42 is further removed with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution.
Thus, a tapered nozzle hole 11 having a desired bottom diameter d and a desired inclined surface is formed.

(m) シリコン基材41を熱酸化装置にセットし、例えば酸化温度1000℃、酸化時間2時間、酸素雰囲気中の条件で熱酸化処理し、ICPドライエッチング装置によって、図8(m)に示すように、加工したノズル孔11の側面、底面を含めたシリコン基材41の表面に、例えば膜厚0.1μmの酸化膜46を均一に成膜する。 (M) The silicon substrate 41 is set in a thermal oxidation apparatus, and is subjected to thermal oxidation treatment under conditions of, for example, an oxidation temperature of 1000 ° C. and an oxidation time of 2 hours in an oxygen atmosphere. As described above, an oxide film 46 having a thickness of, for example, 0.1 μm is uniformly formed on the surface of the silicon base 41 including the side and bottom surfaces of the processed nozzle hole 11.

(n) 図9(n)(図9(n)より図9(q)に至るまでは図8(m)の上下を逆転した図を示す)に示すように、ガラス等の透明材料からなる支持基板50に両面テープ60を貼り付ける。次に、両面テープ60の自己剥離層61の面とシリコン基材41の接合面41aとを向かい合わせ、支持基板50とシリコン基材41とを真空中で貼り合せる。こうすると、接着界面に気泡が残らず、接着がきれいに行われる。 (N) As shown in FIG. 9 (n) (from FIG. 9 (n) to FIG. 9 (q), a diagram obtained by reversing the top and bottom of FIG. 8 (m)) is made of a transparent material such as glass. A double-sided tape 60 is attached to the support substrate 50. Next, the surface of the self-peeling layer 61 of the double-sided tape 60 and the bonding surface 41a of the silicon base material 41 face each other, and the support substrate 50 and the silicon base material 41 are bonded together in a vacuum. In this way, no bubbles remain at the bonding interface, and the bonding is performed cleanly.

(o) シリコン基材41の吐出面41b側からバックグラインダーで研削加工を行い、図9(o)に示すように、ノズル孔11の先端が開口するまでシリコン基材41を薄くする。さらに、ポリッシャー、CMP装置によって吐出面41bを研磨して、ノズル孔11の先端を開口してもよい。あるいは、ノズル孔11の先端の開口をドライエッチングで行ってもよい。例えば、SF6 をエッチングガスとするドライエッチングで、ノズル孔11の先端までシリコン基材41を薄くし、表面に露出したノズル孔11の先端部11cの酸化膜46を、CF4 又はCHF3 等をエッチングガスとするドライエッチングによって除去してもよい。 (O) Grinding is performed by a back grinder from the discharge surface 41b side of the silicon base material 41, and the silicon base material 41 is thinned until the tip of the nozzle hole 11 is opened as shown in FIG. Further, the tip of the nozzle hole 11 may be opened by polishing the discharge surface 41b with a polisher or a CMP apparatus. Or you may open the front-end | tip of the nozzle hole 11 by dry etching. For example, by dry etching using SF 6 as an etching gas, the silicon substrate 41 is thinned to the tip of the nozzle hole 11, and the oxide film 46 at the tip 11c of the nozzle hole 11 exposed on the surface is replaced with CF 4 or CHF 3 or the like. May be removed by dry etching using an etching gas.

(p) 図9(p)に示すように、シリコン基材41の吐出面41bに、スパッタ装置で、酸化膜47を厚さが例えば0.1μmとなるように成膜する。ここで、酸化膜47の成膜は、両面テープ60が劣化しない温度(200℃程度)以下で実施できればよく、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐インク性等を考慮すると緻密な膜を成膜する必要があり、ECR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好ましい。 (P) As shown in FIG. 9 (p), an oxide film 47 is formed on the discharge surface 41b of the silicon substrate 41 by a sputtering apparatus so that the thickness becomes, for example, 0.1 μm. Here, the oxide film 47 may be formed at a temperature at which the double-sided tape 60 does not deteriorate (about 200 ° C.) or less, and is not limited to the sputtering method. However, in consideration of ink resistance and the like, it is necessary to form a dense film, and it is preferable to use an apparatus capable of forming a dense film at room temperature, such as an ECR sputtering apparatus.

(q) 図9(q)に示すように、シリコン基材41の吐出面41bに撥インク処理を施す。F原子を含む撥インク性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥インク膜48を形成する。 (Q) As shown in FIG. 9 (q), the ink repellent process is performed on the ejection surface 41b of the silicon base material 41. An ink repellent material containing F atoms is deposited by vapor deposition or dipping to form an ink repellent film 48.

(r) 図10(r)(図10(r)より図10(u)に至るまでは図9(q)の上下を逆転した図を示す)に示すように、吐出面41bにサポートテープとしてダイシングテープ70を貼り付ける。 (R) As shown in FIG. 10 (r) (from FIG. 10 (r) to FIG. 10 (u), a view in which the top and bottom of FIG. 9 (q) are reversed is shown), a support tape is provided on the discharge surface 41b. A dicing tape 70 is attached.

(s) 図10(s)に示すように、支持基板50側からUV光を照射する。 (S) As shown in FIG. 10 (s), UV light is irradiated from the support substrate 50 side.

(t) 図10(t)に示すように、両面テープ60の自己剥離層61をシリコン基材41の接合面41aから剥離する。 (T) As shown in FIG. 10 (t), the self-peeling layer 61 of the double-sided tape 60 is peeled from the bonding surface 41 a of the silicon substrate 41.

(u) 図10(u)に示すように、Arスパッタ、もしくは02 プラズマ処理によって、シリコン基材41のノズル孔11の内壁に余分に形成された撥インク膜48を除去する。 (U) as shown in FIG. 10 (u), by Ar sputtering or 0 2 plasma treatment, to remove the ink repellent layer 48 that is excessively formed on the inner wall of the nozzle hole 11 of the silicon substrate 41.

(v) 図11(v)(図11(v)より図11(w)に至るまでは図10(u)の上下を逆転した図を示す)に示すように、シリコン基材41のダイシングテープ70を貼り付けている面とは反対側に位置する接合面41aを、真空ポンプに連通した吸着冶具80で吸着固定し、その状態でダイシングテープ70を剥離する。 (V) As shown in FIG. 11 (v) (from FIG. 11 (v) to FIG. 11 (w) is a diagram in which the top and bottom of FIG. 10 (u) are reversed), as shown in FIG. The joining surface 41a located on the opposite side of the surface to which the 70 is attached is sucked and fixed by the suction jig 80 communicated with the vacuum pump, and the dicing tape 70 is peeled off in this state.

(w) 図11(w)に示すように、吸着冶具80の吸着固定を解除してシリコン基材41からノズル基板1を回収する。シリコン基板1にはノズル基板外輪溝が彫られているため、吸着冶具80からピックアップする段階でノズル基板1は個片に分割されている。 (W) As shown in FIG. 11 (w), the suction fixing of the suction jig 80 is released and the nozzle substrate 1 is recovered from the silicon base material 41. Since the nozzle substrate outer ring groove is carved in the silicon substrate 1, the nozzle substrate 1 is divided into individual pieces at the stage of picking up from the suction jig 80.

実施の形態1によれば、ノズル孔11をエッチングによって形成するときに、ノズル基材41の表面が酸化膜42によって保護されているので、ノズル基材41の厚みが変化することはない。また、酸化膜42の第1の開口孔42aの径d1 を所望の大きさに制御することで、所望の底部径dを持つノズル孔11を形成することができる。
こうして形成されたノズル孔11は、テーパ状であって傾斜面がシリコン単結晶基材の面方向に依存しないため、漸次縮小管による圧力損失防止効果があり、最適な流路抵抗及び整流作用を得ることができる。また、ノズル孔11を構成する垂直孔部110とテーパ状孔部とが一体的に構成されているため、インクのメニスカスを安定維持することができる。
According to the first embodiment, when the nozzle hole 11 is formed by etching, the surface of the nozzle base material 41 is protected by the oxide film 42, so that the thickness of the nozzle base material 41 does not change. Further, the diameter d 1 of the first opening hole 42a of the oxide film 42 by controlling to a desired size, it is possible to form the nozzle hole 11 having a desired bottom diameter d.
Since the nozzle hole 11 formed in this way is tapered and the inclined surface does not depend on the surface direction of the silicon single crystal substrate, there is an effect of preventing pressure loss due to the gradual reduction tube, and the optimum channel resistance and rectifying action are achieved. Obtainable. Further, since the vertical hole portion 110 and the tapered hole portion constituting the nozzle hole 11 are integrally formed, the ink meniscus can be stably maintained.

次に、キャビティ基板2および電極基板3の製造方法について説明する。
ここでは、電極基板3にシリコン基材(キャビティ基材)200を接合した後、そのシリコン基材200からキャビティ基板2を製造する方法について、図12、図13を用いて説明する。
Next, a method for manufacturing the cavity substrate 2 and the electrode substrate 3 will be described.
Here, a method of manufacturing the cavity substrate 2 from the silicon substrate 200 after bonding the silicon substrate (cavity substrate) 200 to the electrode substrate 3 will be described with reference to FIGS.

(a) 硼珪酸ガラス等からなる板厚が例えば約1mmのガラス基材300に、金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより、凹部32を形成する。なお、この凹部32は個別電極31の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極31ごとに複数形成される。
そして、凹部32の内部に、例えばスパッタによりITO(Indium Tin Oxide)からなる個別電極31を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔34となる孔部34aを形成することにより、図12(a)に示すように、ガラス基材300から電極基板3を作製する。
(A) A recess 32 is formed by etching a glass substrate 300 made of borosilicate glass or the like with hydrofluoric acid using a gold / chromium etching mask on a glass substrate 300 having a thickness of, for example, about 1 mm. Note that the recess 32 has a groove shape slightly larger than the shape of the individual electrode 31, and a plurality of the recesses 32 are formed for each individual electrode 31.
Then, an individual electrode 31 made of ITO (Indium Tin Oxide) is formed inside the recess 32 by sputtering, for example.
Thereafter, a hole 34a to be the ink supply hole 34 is formed by a drill or the like, thereby producing the electrode substrate 3 from the glass substrate 300 as shown in FIG.

(b) 厚さが例えば525μmのシリコン基材200の両面を鏡面研磨した後に、図12(b)に示すように、シリコン基材200の片面に、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって、例えば厚さ0.1μmのTEOS(TetraEthylorthosilicate)からなるシリコン酸化膜(絶縁膜)26を形成する。なお、シリコン基材200を形成する前に、エッチングストップ技術を用いて、振動板22の厚みを高精度に形成するためのボロンドープ層を形成するようにしてもよい。エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。 (B) After both surfaces of the silicon substrate 200 having a thickness of, for example, 525 μm are mirror-polished, as shown in FIG. 12B, the silicon substrate 200 is formed on one surface by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), for example, A silicon oxide film (insulating film) 26 made of TEOS (TetraEthylorthosilicate) having a thickness of 0.1 μm is formed. In addition, before forming the silicon base material 200, a boron dope layer for forming the thickness of the diaphragm 22 with high accuracy may be formed by using an etching stop technique. Etching stop is defined as a state in which bubbles generated from the etching surface are stopped, and in actual wet etching, it is determined that the etching is stopped when the generation of bubbles is stopped.

(c) このシリコン基材200と、図12(a)のようにして作製された電極基板3とを、例えば360℃に加熱し、シリコン基材200を陽極に、電極基板3を陰極に接続して800V程度の電圧を印加して、図12(c)に示すように、陽極接合により接合する。 (C) The silicon substrate 200 and the electrode substrate 3 manufactured as shown in FIG. 12A are heated to, for example, 360 ° C., and the silicon substrate 200 is connected to the anode and the electrode substrate 3 is connected to the cathode. Then, a voltage of about 800 V is applied, and bonding is performed by anodic bonding as shown in FIG.

(d) シリコン基材200と電極基板3とを陽極接合した後、図12(d)に示すように、水酸化カリウム水溶液等で接合状態のシリコン基材200をエッチングし、シリコン基材200を例えば140μmの厚さまで薄板化する。 (D) After anodic bonding of the silicon substrate 200 and the electrode substrate 3, as shown in FIG. 12D, the bonded silicon substrate 200 is etched with an aqueous potassium hydroxide solution or the like, and the silicon substrate 200 is removed. For example, it is thinned to a thickness of 140 μm.

(e) シリコン基材200の上面(電極基板3が接合されている面と反対側の面)の全面に、プラズマCVDによって、例えば厚さ1.5μmのTEOS膜260を形成する。
そして、このTEOS膜260に、吐出室24となる凹部240、オリフィス23となる段差部230およびリザーバ25となる凹部250を形成するためのレジストをパターニングし、これらの部分のTEOS膜260をエッチング除去する。
その後、シリコン基材200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、図13(e)に示すように、吐出室24となる凹部240、オリフィス23となる段差部230及びリザーバ25となる凹部250を形成する。このとき、配線のための電極取り出し部29となる部分もエッチングして薄板化しておく。なお、ウェットエッチングの工程では、例えば初めに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。これにより、振動板22の面荒れを抑制することができる。
(E) A TEOS film 260 having a thickness of, for example, 1.5 μm is formed by plasma CVD on the entire upper surface of the silicon base material 200 (the surface opposite to the surface to which the electrode substrate 3 is bonded).
Then, the TEOS film 260 is patterned with a resist for forming a concave portion 240 that becomes the discharge chamber 24, a step portion 230 that becomes the orifice 23, and a concave portion 250 that becomes the reservoir 25, and the TEOS film 260 in these portions is removed by etching. To do.
Thereafter, by etching the silicon substrate 200 with an aqueous potassium hydroxide solution or the like, as shown in FIG. 13 (e), a recess 240 serving as the discharge chamber 24, a stepped portion 230 serving as the orifice 23, and a recess 250 serving as the reservoir 25. Form. At this time, the portion that becomes the electrode extraction portion 29 for wiring is also etched and thinned. In the wet etching step, for example, a 35% by weight potassium hydroxide aqueous solution can be used first, and then a 3% by weight potassium hydroxide aqueous solution can be used. Thereby, surface roughness of the diaphragm 22 can be suppressed.

(f) シリコン基材200のエッチングが終了した後に、フッ酸水溶液でエッチングし、図13(f)に示すように、シリコン基材200の上面に形成されているTEOS膜260を除去する。 (F) After the etching of the silicon substrate 200 is completed, etching is performed with a hydrofluoric acid aqueous solution, and the TEOS film 260 formed on the upper surface of the silicon substrate 200 is removed as shown in FIG.

(g) シリコン基材200の吐出室24となる凹部240等が形成された面に、図13(g)に示すように、プラズマCVDによりTEOS膜(絶縁膜)26を、例えば厚さ0.1μmで形成する。 (G) As shown in FIG. 13G, a TEOS film (insulating film) 26 is formed on the surface of the silicon substrate 200 on which the recesses 240 and the like serving as the discharge chambers 24 are formed by plasma CVD. Formed at 1 μm.

(h) RIE(Reactive Ion Etching)等によって、図13(h)に示すように、電極取り出し部29を開放する。また、電極基板3のインク供給孔34となる孔部にレーザ加工を施して、シリコン基材200のリザーバ25となる凹部250の底部を貫通させ、インク供給孔34を形成する。さらに、振動板22と個別電極31との間のギャップGの開放端部に、エポキシ樹脂等の封止材27を充填して封止する。また、共通電極28をスパッタにより、シリコン基材200の端部に形成する。 (H) By RIE (Reactive Ion Etching) or the like, as shown in FIG. Further, laser processing is performed on the hole portion that becomes the ink supply hole 34 of the electrode substrate 3, and the bottom portion of the concave portion 250 that becomes the reservoir 25 of the silicon base material 200 is penetrated to form the ink supply hole 34. Further, the open end of the gap G between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 is filled with a sealing material 27 such as epoxy resin and sealed. Further, the common electrode 28 is formed on the end portion of the silicon substrate 200 by sputtering.

以上により、電極基板3に接合した状態のシリコン基材200からキャビティ基板2が作製される。
最後に、キャビティ基板2に、前述のようにして作製(図5〜図11)されたノズル基板1を接着等により接合することにより、図2に示したインクジェットヘッド10が完成する。
As described above, the cavity substrate 2 is manufactured from the silicon base material 200 bonded to the electrode substrate 3.
Finally, the nozzle substrate 1 manufactured as described above (FIGS. 5 to 11) is bonded to the cavity substrate 2 by bonding or the like, whereby the inkjet head 10 shown in FIG. 2 is completed.

本実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法によれば、キャビティ基板2を、予め作製された電極基板3に接合した状態のシリコン基材200から作製するので、電極基板3によってキャビティ基材200を支持した状態となり、キャビティ基材200を薄板化しても割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。したがって、キャビティ基板2を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。また、シリコンによってノズル基板1を形成しているので、SUSノズル基板で発生するキャビティ基板との熱膨張係数差に起因する接着位置ずれがない。   According to the method for manufacturing the inkjet head 10 according to the first embodiment, the cavity substrate 2 is produced from the silicon substrate 200 in a state of being bonded to the electrode substrate 3 produced in advance. 200 is supported, and even if the cavity base material 200 is thinned, it is not cracked or chipped, and handling becomes easy. Therefore, the yield is improved as compared with the case where the cavity substrate 2 is manufactured alone. In addition, since the nozzle substrate 1 is formed of silicon, there is no adhesion position shift due to a difference in thermal expansion coefficient from the cavity substrate generated in the SUS nozzle substrate.

実施の形態2.
実施の形態1ではノズル孔11はほぼラッパ形状をなすが、本実施の形態2では、ほぼラッパ形状のノズル孔11の吐出方向先端側にさらに垂直部を導入したものである。
すなわち、図14に示すように、ノズル孔11は、実施の形態1で示したほぼラッパ形状のノズル孔(実施の形態2では、この部分に対応する部分を、以下、ラッパ部(第2のノズル孔部)11bという)の吐出方向の先端側に、さらに円筒状の垂直部(第1のノズル孔部)11aを設けたものである。そして、これらのラッパ部11bと垂直部11aによってノズル孔11を構成し、ラッパ部11bと垂直部11aの中心軸線が同一となるようにしてある。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the nozzle hole 11 has a substantially trumpet shape, but in the second embodiment, a vertical portion is further introduced on the front end side in the discharge direction of the substantially trumpet-shaped nozzle hole 11.
That is, as shown in FIG. 14, the nozzle hole 11 has a substantially trumpet-shaped nozzle hole shown in the first embodiment (in the second embodiment, a portion corresponding to this portion is hereinafter referred to as a trumpet portion (second Further, a cylindrical vertical portion (first nozzle hole portion) 11a is provided on the front end side in the discharge direction of the nozzle hole portion 11b). The trumpet portion 11b and the vertical portion 11a constitute the nozzle hole 11 so that the central axes of the trumpet portion 11b and the vertical portion 11a are the same.

ノズル孔11の垂直部11aは、実施の形態1のl工程(図8(l))ののちに、異方性ドライエッチングにより、ノズル孔11の吐出方向の先端側をさらに垂直にエッチングして形成したものである。この際のエッチングは異方性ドライエッチングであり、C4 8 とSF6 とからなるガスを交互に使用して行う。C4 8 は側面にエッチングが進行しないように側面を保護し、SF6 は垂直方向のエッチングを促進する。
そののちの工程は、実施の形態1に示したm工程(図8(m))以下と同様である。
The vertical portion 11a of the nozzle hole 11 is further etched vertically by the anisotropic dry etching after the l step of the first embodiment (FIG. 8L). Formed. The etching at this time is anisotropic dry etching, which is performed by alternately using a gas composed of C 4 F 8 and SF 6 . C 4 F 8 protects the side surface such that the etching on the side surface does not proceed, SF 6 facilitates etching of vertical.
Subsequent steps are the same as those after the m step (FIG. 8 (m)) shown in the first embodiment.

実施の形態2では、図14に示すように、実施の形態1に示したノズル孔11の吐出方向の先端側に垂直部11aを導入したので、インク滴の吐出方向をノズル孔11の中心軸方向にそろえることができ、このためノズル孔11の精度をさらに高めることができる。   In the second embodiment, as shown in FIG. 14, since the vertical portion 11 a is introduced on the front end side in the ejection direction of the nozzle hole 11 shown in the first embodiment, the ink droplet ejection direction is set to the central axis of the nozzle hole 11. Therefore, the accuracy of the nozzle hole 11 can be further increased.

本発明の実施の形態1に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。1 is an exploded perspective view of a droplet discharge head according to Embodiment 1 of the present invention. 図1の液滴吐出ヘッドを組立てた状態の要部の縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part in a state where the droplet discharge head of FIG. 1 is assembled. 図2のノズル孔部分を拡大した縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which expanded the nozzle hole part of FIG. 図1のノズル基板の上面図。The top view of the nozzle substrate of FIG. ノズル基板の製造方法を示す製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process which shows the manufacturing method of a nozzle substrate. 図5に続くノズル基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle substrate following FIG. 図6に続くノズル基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle substrate following FIG. 図7に続くノズル基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle substrate following FIG. 図8に続くノズル基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle substrate following FIG. 図9に続くノズル基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle substrate following FIG. 図10に続くノズル基板の製造工程の断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view of the nozzle substrate manufacturing process following FIG. 10. キャビティ基板および電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process which shows the manufacturing method of a cavity substrate and an electrode substrate. 図12に続く製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process following FIG. 本発明の実施の形態2に係るインクジェット記録装置を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view showing an ink jet recording apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズル基板、2 キャビティ基板、3 電極基板、4 駆動制御回路、10 インクジェットヘッド、11 ノズル孔、22 振動板、23 オリフィス、24 吐出室、25 リザーバ、28 共通電極、31 個別電極、32 凹部、34 インク供給孔、41 シリコン基材、42 酸化膜、42a 第1の開口孔、43 窒化膜、43a 第2の開口孔、44 レジスト、110 垂直孔部、400 インクジェット記録装置。   1 nozzle substrate, 2 cavity substrate, 3 electrode substrate, 4 drive control circuit, 10 ink jet head, 11 nozzle hole, 22 diaphragm, 23 orifice, 24 discharge chamber, 25 reservoir, 28 common electrode, 31 individual electrode, 32 recess, 34 Ink supply hole, 41 Silicon substrate, 42 Oxide film, 42a First opening hole, 43 Nitride film, 43a Second opening hole, 44 resist, 110 vertical hole part, 400 Inkjet recording apparatus.

Claims (5)

シリコン基材の表面に第1の保護膜を形成する工程と、
前記第1の保護膜に積層して該第1の保護膜と材質が異なる第2の保護膜を形成する工程と、
前記第2の保護膜に第2の開口孔を形成し、さらに前記第1の保護膜に第1の開口孔を形成する工程と、
前記第1、第2の開口孔から異方性ドライエッチングを行って垂直孔部を形成する工程と、
前記第1の保護膜をエッチングして前記第1の開口孔を拡径する工程と、
前記第1、第2の開口孔から等方性ドライエッチングを行って、前記第1、第2の開口孔側に向かって断面積が漸増するテーパ状孔部を形成する工程と、
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
Forming a first protective film on the surface of the silicon substrate;
Forming a second protective film that is laminated on the first protective film and made of a material different from that of the first protective film;
Forming a second opening hole in the second protective film, and further forming a first opening hole in the first protective film;
Performing anisotropic dry etching from the first and second opening holes to form vertical holes; and
Etching the first protective film to expand the diameter of the first opening hole;
Performing isotropic dry etching from the first and second opening holes to form a tapered hole portion whose cross-sectional area gradually increases toward the first and second opening holes;
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising:
前記第1の保護膜は酸化膜であり、前記第2の保護膜は窒化膜であることを特徴とする請求項1記載のノズル基板の製造方法。   2. The method of manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, wherein the first protective film is an oxide film, and the second protective film is a nitride film. 前記酸化膜のエッチングは、緩衝フッ酸水溶液を用いて行うことを特徴とする請求項2記載のノズル基板の製造方法。   3. The method of manufacturing a nozzle substrate according to claim 2, wherein the etching of the oxide film is performed using a buffered hydrofluoric acid aqueous solution. 前記等方性ドライエッチングは、エッチングを促進する第1のガスと、前記垂直孔部の側壁に保護膜を形成してサイドエッチング量を調整する第2のガスとにより行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。   The isotropic dry etching is performed by using a first gas for promoting etching and a second gas for adjusting a side etching amount by forming a protective film on a side wall of the vertical hole. Item 4. A method for producing a nozzle substrate according to any one of Items 1 to 3. 前記第1のガスがSF6 であり、前記第2のガスがO2 であることを特徴とする請求項4記載のノズル基板の製造方法。 It said first gas is SF 6, a manufacturing method of a nozzle plate according to claim 4, wherein said second gas is O 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109795977A (en) * 2017-11-16 2019-05-24 上海新微技术研发中心有限公司 Method for forming inclined plane in thin film

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