JP2011083899A - Method for manufacturing passage forming substrate of ink-jet recording head, passage forming substrate, and ink-jet recording head - Google Patents
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Abstract
【課題】インクジェット式記録ヘッドの高密度化のための、ノズル連通孔の開口部を小さくできるエッチング方法が望まれていた。
【解決手段】シリコン単結晶基板にエッチングによりノズル連通孔とリザーバとインク供給口とを備える流路形成基板の製造方法であって、前記ノズル連通孔の形成領域内の前記ノズル連通孔の連通方向に、レーザー照射により前記シリコン単結晶基板の改質部を連続的に積層する改質相形成工程と、前記ノズル連通孔の形成範囲及び前記リザーバの形成範囲をエッチングにより穿孔する第1エッチング工程と、前記インク供給口の形成範囲をエッチングにより前記インク供給口を形成する第2エッチング工程とを含む流路形成基板の製造方法。
【選択図】図1There has been a demand for an etching method capable of reducing the opening of a nozzle communication hole for increasing the density of an ink jet recording head.
A method of manufacturing a flow path forming substrate comprising a nozzle communication hole, a reservoir, and an ink supply port by etching in a silicon single crystal substrate, the communication direction of the nozzle communication hole in the nozzle communication hole forming region. And a modified phase forming step of continuously laminating the modified portion of the silicon single crystal substrate by laser irradiation, and a first etching step of drilling a formation range of the nozzle communication hole and a formation range of the reservoir by etching. And a second etching step of forming the ink supply port by etching the formation range of the ink supply port.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の製造方法、流路形成基板およびインクジェット式記録ヘッドに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a flow path forming substrate of an ink jet recording head, a flow path forming substrate, and an ink jet recording head.
インクジェット式記録ヘッドは、外部のインクタンクからリザーバにインクの供給を受け、圧力発生装置を備える圧力発生室の膨張によりリザーバから吸引されたインクを、圧力発生室を収縮させて、ノズル連通孔を経てインクをノズル開口よりインク滴として吐出させるように構成されている。 The ink jet recording head is supplied with ink from an external ink tank to the reservoir, and the ink sucked from the reservoir by the expansion of the pressure generating chamber provided with the pressure generating device is contracted to open the nozzle communication hole. Then, the ink is ejected as ink droplets from the nozzle openings.
このインクジェット式記録ヘッドは、吐出するインク滴のインク量を少なくしドットサイズを小さく、なおかつ記録密度を高めるために、シリコン単結晶基板をフォトリソグラフィーと異方性エッチングにより、圧力発生室を小さく、且つ高密度に配列する流路形成基板の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In order to reduce the ink amount of ejected ink droplets, reduce the dot size, and increase the recording density, this ink jet recording head reduces the pressure generation chamber by photolithography and anisotropic etching on a silicon single crystal substrate, In addition, a manufacturing method of a flow path forming substrate arranged in high density is known (for example, see Patent Document 1).
しかし、シリコン単結晶基板の結晶軸に対するエッチングレートの差によって、上述の方法でもノズル連通孔の開口部が大きくなってしまい、高密度化に限界があった。このような問題を解決するために、ノズル連通孔の開口領域に予め微小な貫通孔を穿孔し、この貫通孔をエッチング誘導孔としてノズル連通孔開口を小さくすることが知られている(例えば、特許文献2参照)。 However, due to the difference in the etching rate with respect to the crystal axis of the silicon single crystal substrate, the nozzle communication hole opening becomes large even in the above-described method, and there is a limit to increasing the density. In order to solve such a problem, it is known that a minute through hole is previously drilled in an opening region of the nozzle communication hole, and the nozzle communication hole opening is made small by using the through hole as an etching guide hole (for example, Patent Document 2).
この方法によるノズル連通孔形成にあっては、加工するシリコン単結晶基板が硬くて脆い素材であることから、貫通孔の加工は時間を掛けて行う必要があり、生産性の低い方法であった。そこで、エッチング誘導孔を貫通孔ではなく非貫通孔として貫通孔形成作業を簡素化する方法が提案されていた(例えば、特許文献3参照)。 In the formation of nozzle communication holes by this method, since the silicon single crystal substrate to be processed is a hard and brittle material, it is necessary to perform processing of the through holes over time, which is a low productivity method. . Thus, a method has been proposed in which the etching induction hole is not a through-hole but a non-through-hole, thereby simplifying the through-hole forming operation (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、上述の従来技術であっても、エッチング誘導孔(貫通孔もしくは非貫通孔)形成がレーザーによる孔明け加工のために、ノズル連通孔の開口部はレーザー照射領域を加味したエッチング領域をエッチング保護膜に形成した。そのために、エッチング領域、すなわちノズル連通孔開口部が小さくできるエッチング誘導部の形成方法が望まれていた。 However, even in the above-described conventional technology, the etching induction hole (through hole or non-through hole) is formed by laser drilling, and the opening of the nozzle communication hole is etched in the etching area with the laser irradiation area taken into account. It formed in the protective film. Therefore, there has been a demand for a method for forming an etching guiding portion that can reduce the etching region, that is, the nozzle communication hole opening.
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現される。 The present invention is realized as the following forms or application examples so as to solve at least one of the above-described problems.
〔適用例1〕本適用例の流路形成基板の製造方法は、シリコン単結晶基板にエッチングによりノズル連通孔、リザーバ、インク供給口とを備える流路形成基板の製造方法であって、前記ノズル連通孔の形成領域内の前記ノズル連通孔の連通方向に、レーザー照射により前記シリコン単結晶基板の改質部を連続的に積層する改質部形成工程と、前記ノズル連通孔の形成範囲及び前記リザーバの形成範囲をエッチングにより穿孔する第1エッチング工程と、前記インク供給口の形成範囲をエッチングにより前記インク供給口を形成する第2エッチング工程とを含むことを特徴とする。 Application Example 1 A manufacturing method of a flow path forming substrate of this application example is a manufacturing method of a flow path forming substrate provided with a nozzle communication hole, a reservoir, and an ink supply port by etching on a silicon single crystal substrate. A modified portion forming step of continuously laminating the modified portion of the silicon single crystal substrate by laser irradiation in the communication direction of the nozzle communication hole in the formation region of the communication hole, the formation range of the nozzle communication hole, and the The method includes a first etching step of perforating a reservoir formation range by etching, and a second etching step of forming the ink supply port by etching the formation range of the ink supply port.
この適用例によれば、ノズル連通孔の穿孔のエッチング工程の前にレーザー照射によって、ノズル連通孔の連通方向にシリコンの改質部が形成される。この改質部は、シリコン単結晶が持つエッチングの異方性を持っていない。この改質部を、連通孔形成範囲のシリコン単結晶基板の厚さ方向、すなわち連通孔の連通方向に連続して形成することで、連通孔エッチング工程において、改質部が先にエッチングされ、微小径の貫通孔が形成される。形成された微小径の貫通孔は、連通孔のエッチング誘導孔として貫通孔の中にエッチング液が導入さる。このことにより、貫通孔(エッチング誘導孔)内周面の全域に対してエッチングが開始され、小径のノズル連通孔を形成することができる。 According to this application example, the modified portion of silicon is formed in the communication direction of the nozzle communication hole by laser irradiation before the etching process for drilling the nozzle communication hole. This modified portion does not have the etching anisotropy of the silicon single crystal. By forming the modified portion continuously in the thickness direction of the silicon single crystal substrate in the communication hole forming range, that is, the communication direction of the communication hole, the modified portion is etched first in the communication hole etching step, A through hole having a minute diameter is formed. The formed minute through-hole is introduced into the through-hole as an etching guide hole for the communication hole. Thus, etching is started on the entire inner peripheral surface of the through hole (etching induction hole), and a small diameter nozzle communication hole can be formed.
〔適用例2〕上述の適用例において、前記改質部形成工程において、前記レーザー照射は前記シリコン単結晶基板表面からの深さDから前記改質部が形成され、
前記深さDは、
0≦D≦0.7W
但し
W:ノズル連通孔開口部最小径
であることを特徴とする。
[Application Example 2] In the application example described above, in the modified portion forming step, the modified portion is formed from the depth D from the surface of the silicon single crystal substrate in the laser irradiation.
The depth D is
0 ≦ D ≦ 0.7W
However, W: Nozzle communication hole opening minimum diameter.
上述の適用例によれば、レーザー照射の焦点(集光部)位置がシリコン単結晶基板の表面に設定されないため、シリコン単結晶基板表面に施された連通孔形成用のエッチングマスク(酸化膜パターン)を損なうことがない。さらに、シリコン単結晶基板の内部に改質を形成するだけのエネルギー量のレーザー照射であることから、エッチングマスクにおける連通孔形成部の開口部は、最小形状で形成することができる。 According to the above application example, the focus (condensing part) position of the laser irradiation is not set on the surface of the silicon single crystal substrate, so that the etching mask (oxide film pattern) for forming the communication holes formed on the surface of the silicon single crystal substrate is used. ) Is not impaired. Furthermore, since the laser irradiation is performed with an energy amount sufficient to form the modification inside the silicon single crystal substrate, the opening of the communication hole forming portion in the etching mask can be formed with a minimum shape.
〔適用例3〕上述の適用例において、酸化ケイ素をエッチング保護膜として前記シリコン単結晶板に形成するエッチング保護膜形成工程が、前記改質部形成工程前であることを特徴とする。 Application Example 3 In the application example described above, the etching protective film forming step of forming silicon oxide as an etching protective film on the silicon single crystal plate is before the modified portion forming step.
上述の適用例によれば、エッチング保護膜が透明な酸化ケイ素であることで、エッチング保護膜を透過してレーザー照射が可能となる。しかも、改質部形成工程におけるレーザー照射がシリコン単結晶基板の表面より内部に焦点が設定されているため、レーザー照射によるエッチング保護膜へのダメージも発生しない。また、酸化ケイ素膜の形成を上述の適用例における製造工程の初期段階で行われるため、取扱時におけるシリコン単結晶基板表面への傷付き防止膜としての効果も有する。 According to the application example described above, the etching protective film is transparent silicon oxide, so that laser irradiation can be performed through the etching protective film. In addition, since the laser irradiation in the modified portion forming step is focused on the inside of the surface of the silicon single crystal substrate, damage to the etching protective film due to the laser irradiation does not occur. Further, since the formation of the silicon oxide film is performed at the initial stage of the manufacturing process in the application example described above, it also has an effect as a film for preventing damage to the surface of the silicon single crystal substrate during handling.
〔適用例4〕上述の適用例において、窒化ケイ素をエッチング保護膜として前記シリコン単結晶板に形成する前記エッチング保護膜形成工程が、前記改質部形成工程と前記第1エッチング工程の間であることを特徴とする。
上述の適用例によれば、エッチング保護膜として優れた特性を有する窒化ケイ素を適用しても、開口部の小さなノズル連通孔が形成できる。
Application Example 4 In the above application example, the etching protective film forming step of forming silicon nitride as an etching protective film on the silicon single crystal plate is between the modified portion forming step and the first etching step. It is characterized by that.
According to the application example described above, a nozzle communication hole having a small opening can be formed even when silicon nitride having excellent characteristics as an etching protective film is applied.
〔適用例5〕上述の適用例に記載の製造方法により製造された流路形成基板。 Application Example 5 A flow path forming substrate manufactured by the manufacturing method described in the above application example.
〔適用例6〕上述の流路形成基板を用いたインクジェット式記録ヘッド。 Application Example 6 An ink jet recording head using the above-described flow path forming substrate.
上述の適用例によれば、吐出される液滴の粒径をさらに小さくする流路形成基板を実現することができる。この流路形成基板を用いたインクジェット式記録ヘッドを使ったインクジェット式記録装置により高密度、高精細の印刷物を出力することができる。 According to the application example described above, it is possible to realize a flow path forming substrate that further reduces the particle size of the discharged droplets. A high-density, high-definition printed matter can be output by an ink jet recording apparatus using an ink jet recording head using the flow path forming substrate.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
流路形成基板の製造方法の一実施形態について、以下に説明する。図1にインクジェット式記録ヘッドの流路ユニットの概略断面図を示す。流路ユニット100は、流路形成基板10と、流路形成基板10の一方の面を封止する弾性板20と、流路形成基板10の他方の面を封止するノズル開口31を備えたノズルプレート30とから構成されている。流路形成基板10は、外部のタンクからインクの供給を受けるリザーバ11、外部からの加圧力を受ける圧力発生室12、リザーバ11と圧力発生室12とを接続するインク供給口13、圧力発生室12とノズルプレート30のノズル開口31とを接続するノズル連通孔14とを備える。
(First embodiment)
One embodiment of a method for manufacturing a flow path forming substrate will be described below. FIG. 1 is a schematic sectional view of a flow path unit of an ink jet recording head. The
流路ユニット100の弾性板20に圧電振動子40を当接させ、圧電振動子40が変位(振動)することにより、弾性板20が変位し、圧力発生室12の容積を膨張させてリザーバ11のインクをインク供給口13を経由して圧力発生室12に吸引し、圧力発生室12の容積を収縮させて圧力発生室12のインクを加圧してノズルプレート30のノズル開口31からインク滴として吐出するように構成している。
When the
図2は、図1における流路形成基板10のA−A’断面の概略平面を示す。図2に示すように、流路形成基板10は一つのリザーバ11に複数の圧力発生室12とインク供給口13とノズル連通孔14とを備え、それぞれのノズル連通孔14にはノズルプレート30のノズル開口31が対応している。さらに、流路形成基板10の構成を分り易くするため、図3に流路形成基板10の斜視図を示す。
FIG. 2 shows a schematic plane of the A-A ′ cross section of the flow
次に流路形成基板10の製造方法について説明する。流路形成基板10は、材料にシリコン単結晶基板を使用し、図4に示すフローチャートにより形成される。
〔保護膜形成工程〕
保護膜形成工程(S101)は、図5(a)に示すようにシリコン単結晶基板50(以下、基板50という)の表面全体に酸化ケイ素膜を熱酸化法により成膜し、エッチング保護膜60として形成する。エッチング保護膜60の膜厚としては、約1μm程度が好ましい。
Next, a method for manufacturing the flow
[Protective film formation process]
In the protective film forming step (S101), as shown in FIG. 5A, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the silicon single crystal substrate 50 (hereinafter referred to as the substrate 50) by a thermal oxidation method, and the etching
〔第1エッチングパターン形成工程〕
上記のエッチング保護膜60をフォトリソグラフィーにより、後述する第1エッチングのためのマスク形状に形成する第1エッチングパターン形成工程(S102)に移行する。図5(b)に示すように、この第1エッチングパターン形成工程(S102)では、保護膜形成工程(S101)で成膜されたエッチング保護膜60にレジスト剤をスピンコートなどの方法により塗布し、リザーバ11及びノズル連通孔14の形成範囲に相当する範囲のレジスト剤を露光し、露光部のレジスト剤を除去する。次に緩衝フッ酸溶液に浸漬し、エッチング保護膜60が除去されたリザーバ形成用開口部61及びノズル連通孔形成用開口部62を備える、基板50をエッチングする第1エッチングマスク63を形成する。
[First etching pattern forming step]
The process proceeds to a first etching pattern forming step (S102) in which the
なお、この第1エッチングパターン形成工程(S102)において、図示しないが、インク供給口13及び圧力発生室12が形成される範囲は、エッチング保護膜60をハーフエッチングしたハーフエッチング部64を形成しておく。
In the first etching pattern forming step (S102), although not shown, the area where the
〔改質部形成工程〕
次に、改質部形成工程(S103)に移行する。改質部形成工程(S103)では、図5(c)に示すように、上述の第1エッチングマスク63を備える基板50に対して、レーザー70をノズル連通孔形成用開口部62のいずれか一方の面側、もしくは両側から照射する。この時、レーザー70の焦点71部分には、シリコン単結晶の改質部51が形成される。改質部51はレーザー70の照射方向に縦長となる略紡錘形に形成され、レーザー70の焦点71を照射方向に移動させることで、改質部51を基板50の内部に積層させる。
[Modified part forming process]
Next, the process proceeds to the reforming part forming step (S103). In the modified portion forming step (S103), as shown in FIG. 5C, the
照射するレーザー70は、基板50の材料である単結晶シリコン内部を透過する波長域である、1000〜1200nmの波長とすることが好ましい。1000nmより短い波長のレーザーでは単結晶シリコン内の透過率は急激に悪くなり、また1200nmを超える波長のレーザーでは完全に透過してしまい、焦点71での改質部51の形成ができない。またレーザーとしては特に限定されず、YAGレーザー、YLFレーザー、YVO4レーザーなどが使用できる。
The
本実施形態の基板50は、図示しないが一般的に多数個の流路形成基板10が形成できるウエハー基板の形態となっている。このウエハー状の基板50に対して改質部形成工程(S103)では、次のようにレーザー70を照射している。例えば、基板50の一方の面側だけからのレーザー70の照射をする場合、最初にレーザー照射側の反対面側に最も近い改質部51を、ウエハー状の基板50に形成される全ての流路形成基板10のノズル連通孔14の形成位置相当部位に形成するように焦点71を合わせてレーザー70を照射する。
Although not shown, the
次に、上記で形成された改質部51のレーザー70の照射側の直近の改質部51を、ウエハー状の基板50に形成される全ての流路形成基板10のノズル連通孔14の形成位置相当部位に形成するように焦点71を合わせてレーザー70を照射する。これを所定回数繰り返すことにより、レーザー70の照射側面に最も近い改質部51まで形成する。これにより、改質部51が積層された基板50を高い生産性で形成することができる。
Next, the nozzle communication holes 14 of all the flow
なお、改質部51の形成方法は上記に限定されるものではなく、例えばウエハー状の基板50に形成されるノズル連通孔14の形成位置において、個々のノズル連通孔14に相当する部位に改質部51を積層し、これを繰り返して改質部51が積層された基板50を複数含むウエハーを形成しても良い。
The method for forming the reforming
改質部形成工程(S103)における改質部51の形成は、貫通孔であるノズル連通孔14を後述のエッチングにより形成する際、先にエッチングされる貫通孔として形成される。すなわち改質部51は、シリコン単結晶の基板50の結晶性が崩れ、エッチング異方性がなくエッチングレートの高い部位となっているためである。この改質部51から形成される貫通孔がパイロット孔となって、ノズル連通孔14の形成のためのエッチングが行われる。
The modified
図5(c)のノズル連通孔形成用開口部62近傍であるA部の詳細を図7に示す。図7に示すように、改質部51の形成は基板50の表面から深さD位置から形成されることが好ましい。
0≦D≦0.7W
W:ノズル連通孔開口部最小径
すなわち、最も基板50の表面に近い改質部51を形成するレーザー70の焦点71の位置が、基板50の表面より基板50の内部側になるように設定される。
FIG. 7 shows details of the A portion in the vicinity of the nozzle communication
0 ≦ D ≦ 0.7W
W: Nozzle communication hole opening minimum diameter In other words, the position of the
開口幅Wと深さDにより定義される角錐部Mは、後述の第1エッチング工程(S104)において、エッチングにより最初に食刻される領域であり、シリコン単結晶の結晶面(111)52が露出し、食刻が止まってしまう。このエッチング可能範囲の角錐部Mの範囲、すなわち「0≦D≦0.7W」に改質部51を形成することが好ましい。また、最も基板50の表面に近い改質部51を形成するレーザー70の焦点71の位置が、基板50の表面より基板50の内部側、すなわち基板50の表面部にレーザー70の焦点71が当たらないことで、表面加工時に発生する飛散物がなくなりレーザー装置の対物レンズ表面に被加工物が付着しない。したがって該レンズの表面損傷、透過率低下を防ぐことができ、好ましい。
The pyramid portion M defined by the opening width W and the depth D is a region etched first by etching in the first etching step (S104) described later, and the crystal plane (111) 52 of the silicon single crystal is formed. It is exposed and the etching stops. Preferably, the modified
〔第1エッチング工程〕
次に第1エッチング工程(S104)に移行する。第1エッチング工程(S104)では、貫通孔であるリザーバ11とノズル連通孔14をエッチングにより形成する。エッチング液には20質量%KOHの水溶液を使用し、このKOH水溶液を80°Cに加熱して、第1エッチングマスク63を備える基板50を約2時間浸漬させ、貫通孔が形成される。
[First etching step]
Next, the process proceeds to the first etching step (S104). In the first etching step (S104), the
第1エッチング工程(S104)は、図5(d)に示す模式図のように、はじめは改質部形成工程(S103)により形成された改質部51と、リザーバ形成用開口部61とがエッチングされる。この時、改質部51の形成部分のエッチングレートが高いため、貫通孔14aが形成される。改質部15は断面径で約1μm程度ときわめて細く形成されるため、改質部15をエッチングし形成される貫通孔14aもきわめて細い貫通孔が可能となる。また、リザーバ形成用開口部61からのエッチングはシリコン単結晶の基板50を結晶面に沿ってエッチングされる。さらにエッチングを進行させ、図5(e)に示すように、貫通孔としてリザーバ11とノズル連通孔14が形成される。
In the first etching step (S104), as shown in the schematic diagram of FIG. 5D, first, the modified
〔第2エッチングパターン形成工程〕
次に第2エッチングパターン形成工程(S105)に移行する。この第2エッチングパターン形成工程(S105)では、第1エッチングパターン形成工程(S102)において図5(b)に示すハーフエッチング部64をフォトリソグラフィーにより除去し、図6(a)に示す第2エッチングマスク65を形成する。
[Second etching pattern forming step]
Next, the process proceeds to the second etching pattern forming step (S105). In the second etching pattern forming step (S105), the
〔第2エッチング工程〕
次に第2エッチング工程(S106)に移行する。エッチング液は第1エッチング工程(S104)と同じエッチング液を用い、浸漬時間を短くして図6(b)に示す圧力発生室12を形成する凹部16とインク供給口13を形成する凹部17とを形成する。
[Second etching step]
Next, the process proceeds to the second etching step (S106). As the etching solution, the same etching solution as that used in the first etching step (S104) is used, and the dipping time is shortened to form the
〔保護膜除去工程〕
最後に保護膜除去工程(S107)において、第2エッチングマスク65を除去し、流路形成基板10が形成される。
[Protective film removal process]
Finally, in the protective film removing step (S107), the
本実施形態におけるノズル連通孔14の形成において、予めレーザー照射により改質部15を基板50の内部に形成したことにより、エッチングレートが高く、且つ断面径が約1μmときわめて小径の改質部15から先にエッチングが進行し、ノズル連通孔14を形成する。従って、改質部15から形成されたエッチングのパイロット孔も微小径の貫通孔となり、開口面積の小さいノズル連通孔14の形成を容易に形成することができる。
In the formation of the
さらに、改質部15を形成するレーザーは長波長で、しかも低出力であっても改質部15を形成できることから、従来のレーザーによる貫通孔(エッチングパイロット孔)加工における短波長、高出力レーザーに比較して、基板50に対する損傷の虞も無い。
Further, since the laser for forming the modified portion 15 has a long wavelength and can form the modified portion 15 even at a low output, a short wavelength, high output laser in a through hole (etching pilot hole) processing by a conventional laser. Compared to the above, there is no risk of damage to the
また、従来のレーザーによる貫通孔形成では、基板50の表面からレーザー加工が開始され、しかも貫通孔とするために、その開口部では30〜40μmの孔となってしまう。このため、ノズル連通孔形成用開口部62はレーザー照射による損傷を回避するために更に大きな開口面積で形成しなければならず、ノズル連通孔14の開口部は少なくとも30μmを下回ることができなかった。これに対して、上述の通り約1ミクロンの断面径で改質部15から貫通孔のエッチングパイロット孔を形成する本実施形態では、数μmの開口部の大きさでノズル連通孔14の形成が可能である。しかし、実用上の観点で、従来技術に対しては70%以上のダウンサイズする10μ程度の開口部をもつノズル連通孔が好ましい。
Moreover, in the conventional through-hole formation by laser, laser processing is started from the surface of the
(第2実施形態)
次に、流路形成基板10の他の製造方法について説明する。本実施形態ではエッチング保護膜として窒化ケイ素膜を形成し、流路形成基板10が製造される。図8に本実施形態のフローチャートを示す。
(Second Embodiment)
Next, another manufacturing method of the flow
(改質部形成工程)
本実施形態では、後述するようにエッチング保護膜として窒化ケイ素膜を形成、流路形成基板10を製造する。また、本実施形態では最初にレーザー照射による改質部形成工程(S201)が行われる。
(Modified part forming process)
In this embodiment, as will be described later, a silicon nitride film is formed as an etching protective film, and the flow
図9(a)に示すように、基板50(シリコン単結晶基板)にノズル連通孔14形成位置にレーザー70を照射し、改質部51を形成する。改質部形成のための条件、方法は第1実施形態と同じであるので、説明は省略する。
As shown in FIG. 9A, the modified
(保護膜形成工程)
保護膜形成工程(S202)では、図9(b)に示すように、改質部51が形成された基板50の表面全体にエッチング保護膜80が形成される。このエッチング保護膜80は窒化ケイ素膜であり、熱酸化法により基板50の全体に被覆される。
(Protective film formation process)
In the protective film forming step (S202), as shown in FIG. 9B, an etching
(第1エッチングパターン形成工程)
第1エッチングパターン形成工程(S203)は、第1実施形態同様の方法により、図9(c)に示すように、エッチング保護膜80をフォトリソグラフィーによりリザーバ形成用開口部81とノズル連通孔形成用開口部82とハーフエッチング部84とを備えるマスク83を形成する。
(First etching pattern forming step)
In the first etching pattern forming step (S203), as shown in FIG. 9C, the etching
以降、第1エッチング工程(S204)、第2エッチングパターン形成工程(S205)、第2エッチング工程(S206)、保護膜除去工程(S207)は第1実施例と同じであり説明は省略する。 Thereafter, the first etching step (S204), the second etching pattern forming step (S205), the second etching step (S206), and the protective film removing step (S207) are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
本実施例に示すように、エッチング保護膜80を窒化ケイ素膜とすることにより、エッチング液に対する耐性が向上し、微小なノズル連通孔形成用開口部82となるエッチング保護膜80の端部の侵食を最小限に留めることができ、ノズル連通孔形成用開口部82の形状を忠実にノズル連通孔14の開口形状に実現することができる。また、これにより隣合うリザーバ11、圧力発生室12、インク供給口13、ノズル連通孔14のそれぞれの間の壁が薄くなり過ぎることを防止することもできる。
As shown in the present embodiment, the
(第3実施形態)
上述の実施形態により得られる流路形成基板10を用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図10はインクジェット式記録ヘッドの主要部断面を示す。インクジェット式記録ヘッド1000(以下、記録ヘッド1000という)は、ケース200、流路ユニット100、及びアクチュエーターユニット300等を主な構成としている。流路ユニット100には、上述の実施形態の製造方法によって得られた流路形成基板を用いている。ケース200は合成樹脂性の中空箱状部材であり、先端部には流路ユニット100を接合し、内部に形成された収容空間部201内にはアクチュエーターユニット300を収容している。また、流路ユニット100の接合部とは反対側の基端面には、印刷装置本体側からの駆動信号をアクチュエーターユニット300に供給するための回路基板(図示せず)を取り付けている。
(Third embodiment)
An ink jet recording head using the flow
アクチュエーターユニット300は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子301と、圧電振動子301を固定する固定板302と、回路基板からの駆動信号を圧電振動子301に供給するためのTCP(テープキャリアパッケージ)等の配線部材303とを含む構成となっている。各圧電振動子301は、固定板302に接合固定される固定端部と固定板302の端部から突出している自由端部を有する、いわゆる片持ち梁の状態で固定板302に取り付けられている。このアクチュエーターユニット300は、固定板302の圧電振動子301の固定面とは反対の面を、収容空間部201を区画するケース200の内壁面202に接着固定され、ケース200内に収納されている。
The
流路ユニット100は、弾性板20、流路形成基板10、及びノズルプレート30を積層、接着し一体化され、リザーバ11からインク供給口13及び圧力発生室12を通りノズル連通孔14よりノズル開口31に至る、一連のインク流路を形成する部材である。圧力発生室12は、ノズル開口31の列設方向(ノズル列方向)に対して直交する方向に細長い室として形成されている。また、リザーバ11は、インクカートリッジ等のインク供給源からインクが導入される室である。リザーバ11に導入されたインクは、インク供給口13を通じて各圧力発生室12に分配供給される。
The
ノズルプレート30は、図11に示すように、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口31を、記録紙等の記録媒体の送り方向に対して列状に金属プレートに備えたものである。各ノズル列はインク種別に対応し、図11に示すノズルプレート30では、例えば8種類のインクを吐出可能となる構成である。
As shown in FIG. 11, the
インクジェット式印刷装置における解像度は、ドット形成密度いわゆる「dpi(Dots Per Inchi)」で表示される。これは1インチ当たり何個のインクドット(液滴)が記録媒体に載せることができるか、を示すものである。図11に示すノズル開口31の配列で示すと、ノズル開口31の配置ピッチPの逆数となる。解像度を上げるためにはピッチPをより小さくする必要がある。このピッチPを決定している一要素として、ノズル連通孔14の開口部の大きさにある。
The resolution in the ink jet printing apparatus is indicated by a dot formation density so-called “dpi (Dots Per Inchi)”. This indicates how many ink dots (droplets) per inch can be placed on the recording medium. In the arrangement of the
第1実施形態及び第2実施形態で得られる、流路形成基板10はノズル連通孔14を従来よりも小さい開口面積で実現するものであり、実用領域であっても従来技術に対して70%ものダウンサイズが可能となっている。したがって、この流路形成基板10に対応してノズルプレート30のノズル開口31は従来ピッチPが35μm程度であったが、本実施形態ではピッチPは20μmまで小さくすることが可能となった。
The flow
上述の通り、本実施形態の記録ヘッド1000を使ったインクジェット式記録装置では、従来技術に対して解像度を約75%以上向上させることができ、より高画質印刷を可能とするものである。
As described above, the ink jet recording apparatus using the
(実施例)
厚さ220μmのシリコン単結晶ウエハー表面に、酸化ケイ素膜を2μm被膜した。フォトリソグラフィーにより酸化ケイ素膜に、リザーバとノズル連通孔とを形成するための開口部と、圧力発生室とインク供給口とを形成するためのハーフエッチング部とを形成し、第1エッチング用マスクを形成した。この時、ノズル連通孔形成のマスク開口は1辺が7μm、ピッチを20μmとした。
(Example)
A silicon oxide film of 2 μm was coated on the surface of a 220 μm thick silicon single crystal wafer. An opening for forming the reservoir and the nozzle communication hole, and a half etching part for forming the pressure generating chamber and the ink supply port are formed in the silicon oxide film by photolithography, and the first etching mask is formed. Formed. At this time, the mask opening for forming the nozzle communication hole had a side of 7 μm and a pitch of 20 μm.
次に、YAGレーザー(波長:1064nm)を出力エネルギー:3μJで、ノズル連通孔形成部位に、ウエハーの一方の面より他方の面に向けてレーザーの焦点を1mm/秒の移動速度で移動、照射し、ウエハーの厚さ方向に連続する改質部を形成した。レーザー照射に際しては、最初の照射のレーザー焦点と最後のレーザー照射は、ウエハー表面から4μmの深さになるように調整した。 Next, a YAG laser (wavelength: 1064 nm) is output at an energy of 3 μJ, and the focal point of the laser is moved from one surface of the wafer to the other surface at a nozzle communication hole forming site at a moving speed of 1 mm / sec. Then, a modified portion continuous in the thickness direction of the wafer was formed. During the laser irradiation, the laser focus of the first irradiation and the last laser irradiation were adjusted to a depth of 4 μm from the wafer surface.
改質部が形成されたウエハーを、80°Cに加熱した19.7質量%のKOH溶液中に2時間浸漬し、リザーバとノズル連通孔の形成部をエッチングし、貫通孔に形成した。 The wafer on which the modified portion was formed was immersed in a 19.7 mass% KOH solution heated to 80 ° C. for 2 hours, and the reservoir and nozzle communication hole forming portions were etched to form through holes.
次に、第1エッチング用マスクを更にフォトリソグラフィーにより、ハーフエッチング部の酸化ケイ素膜を除去し、80°Cに加熱したKOH(19.7質量%)の水溶液中に2時間浸漬し、インク供給口と圧力発生口とになる凹部を形成し、流路形成基板を得た。 Next, the first etching mask is further removed by photolithography to remove the silicon oxide film in the half-etched portion and immersed in an aqueous solution of KOH (19.7% by mass) heated to 80 ° C. for 2 hours to supply ink. A concave portion that becomes the mouth and the pressure generating mouth was formed to obtain a flow path forming substrate.
得られた流路形成基板は、ノズル連通孔開口の1辺が11μm、ピッチが20μmであった。また、隣り合うノズル連通孔の隔壁は5.1μmで形成できた。 The obtained flow path forming substrate had a side of the nozzle communication hole opening of 11 μm and a pitch of 20 μm. Moreover, the partition of the adjacent nozzle communicating hole was able to be formed by 5.1 micrometers.
(比較例)
厚さ220μmのシリコン単結晶ウエハー表面に、酸化ケイ素膜を2μm被膜した。フォトリソグラフィーにより酸化ケイ素膜に、リザーバ、ノズル連通孔の形成のための開口部と、圧力発生室、インク供給口の形成のためのハーフエッチング部を形成し、第1エッチング用マスクを形成した。この時、ノズル連通孔形成のマスク開口は1辺が90μm、ピッチを141μmとした。
(Comparative example)
A silicon oxide film of 2 μm was coated on the surface of a 220 μm thick silicon single crystal wafer. An opening for forming a reservoir, nozzle communication holes, a half-etching portion for forming a pressure generating chamber, and an ink supply port were formed in the silicon oxide film by photolithography, and a first etching mask was formed. At this time, the mask opening for forming the nozzle communication hole had a side of 90 μm and a pitch of 141 μm.
次に、YAGレーザー(波長:532nm)を出力エネルギー:130μJで、ノズル連通孔形成部位に、ウエハーの一方の面より照射し、貫通孔を形成した。貫通孔が形成されたウエハーを、80°Cに加熱した19.7質量%のKOH溶液中に2時間浸漬し、リザーバとノズル連通孔の形成部をエッチングし、貫通孔に形成した。 Next, a YAG laser (wavelength: 532 nm) was applied at an output energy of 130 μJ to the nozzle communication hole forming portion from one surface of the wafer to form a through hole. The wafer in which the through hole was formed was immersed in a 19.7 mass% KOH solution heated to 80 ° C. for 2 hours, and the reservoir and the nozzle communication hole forming portion were etched to form a through hole.
次に、第1エッチング用マスクを更にフォトリソグラフィーにより、ハーフエッチング部の酸化ケイ素膜を除去し、80°Cに加熱したKOH(19.7質量%)の水溶液中に2時間浸漬し、インク供給口と圧力発生口とになる凹部を形成し、流路形成基板を得た。 Next, the first etching mask is further removed by photolithography to remove the silicon oxide film in the half-etched portion and immersed in an aqueous solution of KOH (19.7% by mass) heated to 80 ° C. for 2 hours to supply ink. A concave portion that becomes the mouth and the pressure generating mouth was formed to obtain a flow path forming substrate.
得られた流路形成基板は、ノズル連通孔開口の1辺が27.8μm、ピッチが30μmであった。また、隣り合うノズル連通孔の隔壁は7.5μmで形成できた。 In the obtained flow path forming substrate, one side of the nozzle communication hole opening was 27.8 μm, and the pitch was 30 μm. Moreover, the partition walls of adjacent nozzle communication holes could be formed with 7.5 μm.
(結果)
実施例は比較例に対して、ノズル連通孔の1辺の長さは約40%まで短くすることができた。また、ピッチは約67%まで縮めることができた。
(result)
In the example, the length of one side of the nozzle communication hole could be shortened to about 40% as compared with the comparative example. Also, the pitch could be reduced to about 67%.
10…流路形成基板、11…リザーバ、12…圧力発生室、13…インク供給口、14…ノズル連通孔、20…弾性板、30…ノズルプレート、31…ノズル開口、40…圧電振動子、100…流路ユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ノズル連通孔の形成領域内の前記ノズル連通孔の連通方向に、レーザー照射により前記シリコン単結晶基板の改質部を連続的に積層する改質部形成工程と、
前記ノズル連通孔の形成範囲及び前記リザーバの形成範囲をエッチングにより穿孔する第1エッチング工程と、
前記インク供給口の形成範囲をエッチングにより前記インク供給口を形成する第2エッチング工程と、
を含むことを特徴とする流路形成基板の製造方法。 A method of manufacturing a flow path forming substrate comprising a nozzle communication hole, a reservoir, and an ink supply port by etching in a silicon single crystal substrate,
A modified part forming step of continuously laminating the modified part of the silicon single crystal substrate by laser irradiation in the direction of communication of the nozzle communication hole in the nozzle communication hole forming region;
A first etching step of drilling a formation range of the nozzle communication hole and a formation range of the reservoir by etching;
A second etching step of forming the ink supply port by etching the formation range of the ink supply port;
The manufacturing method of the flow-path formation board | substrate characterized by including.
前記深さDは、
0≦D≦0.7W
但し
W:ノズル連通孔開口部最小部径
である、
ことを特徴とする請求項1に記載の流路形成基板の製造方法。 In the modified part forming step, the modified part is formed from the depth D from the surface of the silicon single crystal substrate in the laser irradiation.
The depth D is
0 ≦ D ≦ 0.7W
However, W: Nozzle communication hole opening minimum part diameter,
The manufacturing method of the flow-path formation board | substrate of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1及び2に記載の流路形成基板の製造方法。 An etching protective film forming step of forming silicon oxide as an etching protective film on the silicon single crystal plate is before the modified portion forming step.
The method for producing a flow path forming substrate according to claim 1 or 2, wherein:
ことを特徴とする請求項1及び2に記載の流路形成基板の製造方法。 The etching protective film forming step of forming silicon nitride as an etching protective film on the silicon single crystal plate is between the modified portion forming step and the first etching step.
The method for producing a flow path forming substrate according to claim 1 or 2, wherein:
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| JP2009236006A JP2011083899A (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Method for manufacturing passage forming substrate of ink-jet recording head, passage forming substrate, and ink-jet recording head |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2012171165A (en) * | 2011-02-21 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | Manufacturing method of channel formation substrate, channel formation substrate and ink-jet recording head |
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