JP5612819B2 - Nozzle substrate, droplet discharge head, and manufacturing method of droplet discharge apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、微細加工によってノズルが形成されるノズル基板、インク等の液滴の吐出を行う液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a nozzle substrate on which nozzles are formed by microfabrication, a droplet discharge head that discharges droplets of ink or the like, and a method for manufacturing a droplet discharge device.
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録(印刷)装置で用いられている液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。 For example, micro electro mechanical systems (MEMS) that process silicon or the like to form minute elements or the like have made rapid progress. Examples of microfabricated elements formed by microfabrication technology include, for example, a droplet discharge head (inkjet head), a micropump, and an optical variable filter used in a recording (printing) apparatus such as a droplet discharge type printer. There are electrostatic actuators such as motors, pressure sensors and the like.
ここで、微細加工素子の一例として液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録(印刷)装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物(紙等)との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等をするものである。この方式は、液晶(Liquid Crystal)を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光(ElectroLuminescence )素子を用いた表示パネル(OLEDs)、DNA、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。 Here, a droplet discharge head will be described as an example of a microfabricated element. A droplet discharge type recording (printing) apparatus is used for printing in various fields regardless of whether it is for home use or industrial use. The droplet discharge method is, for example, a method in which a droplet discharge head having a plurality of nozzles is moved relative to an object (paper, etc.), and droplets are discharged to a predetermined position of the object for printing or the like. It is. This system is a microarray of biomolecules such as color filters for producing display devices using liquid crystals, display panels (OLEDs) using electroluminescent devices such as organic compounds, DNA, proteins, etc. Etc. are also used in the manufacture of
ここで、液滴吐出ヘッドは、通常、加工を行った複数の基板を積層して製造する。このうち、ノズルを形成したノズル基板については、シリコン基板(シリコンウェハ)に対して、主に異方性エッチングによる加工を行い、複数のノズル基板を一括して製造(作製)した後、ダイシング等により各ノズル基板に分割する。加工の際の異方性エッチング方法として、ドライエッチング(乾式エッチング)、ウェットエッチング(湿式エッチング)がある。通常、一方の面側からドライエッチングを行ってノズルの形状を形成しておき、他方の面からウェットエッチングを行ってノズルが貫通するまでエッチングを行うという工程が採られることが多い。ここで、吐出性能を高めるため、ノズルの形状は、テーパ形状に近い、2段以上の段状に形成することが多い。 Here, the droplet discharge head is usually manufactured by laminating a plurality of processed substrates. Among these, for the nozzle substrate on which the nozzles are formed, the silicon substrate (silicon wafer) is mainly processed by anisotropic etching, and a plurality of nozzle substrates are manufactured (manufactured) in a batch, followed by dicing, etc. To divide each nozzle substrate. As an anisotropic etching method at the time of processing, there are dry etching (dry etching) and wet etching (wet etching). In general, a process is often employed in which dry etching is performed from one surface side to form a nozzle shape, and wet etching is performed from the other surface until etching is performed through the nozzle. Here, in order to improve discharge performance, the shape of the nozzle is often formed in two or more steps that are close to a tapered shape.
このとき、所望するノズル基板の厚さに合わせてシリコンウェハを切削等してしまうと、製造工程の際に搬送し難い。そこで、ノズル基板となる部分以外の部分にリブ(補強部)を形成する方法がある(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、シリコン基板にリブを形成すると、リブを形成した部分はノズル基板として用いられない。また、リブを形成し、ノズル基板を所望の厚さにするために異方性ウェットエッチングを用いるが、エッチングされずに残る面方位により、ノズル基板の形状に合わせてエッチングを行うことができない。そのため、1枚のシリコンウェハから製造することができるノズル基板の数(取り個数)が減少することになる。また、異方性ウェットエッチングによってノズル基板を所望の厚さに制御することはたいへん難しい。 However, when ribs are formed on the silicon substrate, the portion where the ribs are formed is not used as a nozzle substrate. Further, anisotropic wet etching is used to form ribs and make the nozzle substrate have a desired thickness. However, etching cannot be performed in accordance with the shape of the nozzle substrate due to the plane orientation remaining without being etched. Therefore, the number of nozzle substrates that can be manufactured from one silicon wafer (the number to be obtained) is reduced. Also, it is very difficult to control the nozzle substrate to a desired thickness by anisotropic wet etching.
そこで、本発明はこのような問題を解決するため、搬送が容易で厚さ制御を有効に行うことができるノズル基板の製造方法を得ることを目的とする。また、そのノズル基板に基づく液滴吐出ヘッド等の製造方法を得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain a method for manufacturing a nozzle substrate that can be easily transported and can effectively control the thickness in order to solve such problems. Another object of the present invention is to obtain a method for manufacturing a droplet discharge head or the like based on the nozzle substrate.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコンウェハの周縁部分を残して薄板化する工程と、薄板化した部分に加工を行って、少なくともノズルとなる穴を形成し、複数のノズル基板を形成する工程と、シリコンウェハの複数のノズル基板を分離して個片化する工程とを有するものである。
本発明によれば、シリコンウェハの周縁部分を残して薄板化した部分に複数のノズル基板を作製するようにしたので、薄板化した部分の面積を多くすることができ、ノズル基板の取り個数を多くすることができる。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention includes a step of thinning the peripheral portion of a silicon wafer, and processing the thinned portion to form at least nozzle holes, thereby forming a plurality of nozzle substrates. And a step of separating the plurality of nozzle substrates of the silicon wafer into individual pieces.
According to the present invention, since the plurality of nozzle substrates are produced in the thinned portion while leaving the peripheral portion of the silicon wafer, the area of the thinned portion can be increased, and the number of nozzle substrates taken can be reduced. Can do a lot.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコンウェハを研削して薄板化する。
本発明によれば、研削により薄板化しているため、ウェットエッチングに比べて基板の厚さについて、高精度に制御することができる。これにより、吐出における性能が高いノズル基板を製造することができる。
In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, a silicon wafer is ground and thinned.
According to the present invention, since the thickness is reduced by grinding, the thickness of the substrate can be controlled with higher accuracy than in wet etching. Thereby, a nozzle substrate with high performance in ejection can be manufactured.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法においては、周縁部分の縁幅を2〜3mmとする。
本発明によれば、2〜3mmの縁幅により周縁部分を残すようにしたので、ノズル基板製造の際、支持基板を用いなくても基板搬送を行うことができる。また、支持基板を用いないため、両面において、熱酸化法等を用いた加工を行うことができる。
Moreover, in the manufacturing method of the nozzle substrate which concerns on this invention, the edge width of a peripheral part shall be 2-3 mm.
According to the present invention, since the peripheral portion is left with an edge width of 2 to 3 mm, the substrate can be transported without using a support substrate when manufacturing the nozzle substrate. In addition, since a support substrate is not used, processing using a thermal oxidation method or the like can be performed on both surfaces.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルとなる穴を形成する工程と同じ工程で、複数のノズル基板を個片化するための割断溝及び/又は貫通穴を形成する。
本発明によれば、ノズルとなる穴を形成する工程と同じ工程で割断溝及び/又は貫通穴を形成するようにしたので、切断だけでなく、割断により、容易に複数のノズル基板に分離することができる。
Moreover, the manufacturing method of the nozzle substrate which concerns on this invention forms the cleaving groove | channel and / or a through-hole for dividing a several nozzle substrate into the same process as the process of forming the hole used as a nozzle.
According to the present invention, since the cleaving groove and / or the through hole is formed in the same process as the process of forming the hole to be the nozzle, it is easily separated into a plurality of nozzle substrates not only by cutting but also by cleaving. be able to.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の方法で製造したノズル基板と、ノズル基板が有するノズルに液体を供給するための流路と、流路の一部に液体を加圧する加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有するものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造したノズル基板を用いて液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、ノズル基板の取り個数を多くして、効率よく製造を行うことができる。
In addition, the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle substrate manufactured by the above method, a channel for supplying liquid to the nozzles of the nozzle substrate, and a liquid added to a part of the channel. And a step of bonding a substrate provided with a pressing means for pressing.
According to the present invention, since the droplet discharge head is manufactured using the nozzle substrate manufactured by the above-described manufacturing method, the number of nozzle substrates can be increased and manufacturing can be performed efficiently.
また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記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ものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造した液滴吐出ヘッドを用いて液滴吐出装置を製造するようにしたので、ノズル基板の取り個数を多くして、効率よく製造を行うことができる。
In addition, a method for manufacturing a droplet discharge device according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge device by applying the method for manufacturing a droplet discharge head described above.
According to the present invention, since the droplet discharge device is manufactured using the droplet discharge head manufactured by the above-described manufacturing method, the number of nozzle substrates can be increased and the manufacturing can be performed efficiently. .
実施の形態1.
図1は本発明の第1の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図1は静電アクチュエータの代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドを表している(なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する)。図1において、電極基板10は厚さ約1mmであり、図1では、キャビティ基板20の下面に、振動板22と対向して接合される。本実施の形態では、電極基板10を構成する基板として硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを材料とする。電極基板10には、キャビティ基板20に形成される各吐出室21に合わせ、例えば深さ約0.25μmの溝部11を設け、その内側(特に底部)に各吐出室22と対向する個別電極12A、リード部12B及び端子部12C(以下、特に区別しないときはこれらを合わせて電極部12という)を設けている。本実施の形態では、電極部12の材料として、酸化錫を不純物としてインジウムにドープしたITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)を用い、例えばスパッタ等により溝部11の底面に例えば0.1μmの厚さで成膜する。液体供給口13は、外部のタンク(図示せず)から液滴吐出ヘッドにインク等の液体を供給するための取り入れ口となる。
FIG. 1 is an exploded view of a droplet discharge head according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a face eject type liquid droplet ejection head as a representative of an electrostatic actuator. (For the sake of clarity, the components are shown in the following drawings including FIG. May be different from the actual relationship, and the upper side of the figure is the upper side and the lower side is the lower side). In FIG. 1, the
キャビティ基板20は、例えば表面が(110)面方位のシリコン単結晶基板(この基板を含め、以下、単にシリコン基板という)を材料としている。キャビティ基板20には、吐出室21となる凹部(底壁が被駆動部となる振動板22となる)及び各ノズル共通に吐出する液体を貯めておくためのリザーバ23となる凹部を形成している。凹部の形成には、例えば異方性ウェットエッチング法(以下、ウェットエッチングという)を用いる。リザーバ23は液体供給口13を介して供給される液体を一旦貯め、各吐出室22に液体を供給する。また、キャビティ基板1上に設けられた共通電極端子24は、電極部12に供給される電荷とは反対の電荷をキャビティ基板20に供給するためのものである。また、個別電極12Aと振動板22とを絶縁させるため、振動板22の下面には絶縁膜25が成膜されている。
The
ノズル基板30は、電極基板10とは反対の面(図1の場合には上面)でキャビティ基板20と接合されている。本実施の形態のノズル基板30は、吐出室21と連通する、2段で形成されたノズル31を複数有しているものとする。ノズル基板30の外側(図1の場合には上面)の面で円形になるように開口した、液体の吐出側となる小さい方の口径(約20μm)の口を有する円柱状のノズルを第1ノズル31Aとする。また、内側(キャビティ基板20と対向する面、図1の場合には下面)の面で円形になるように開口した、液体の供給側になる大きい方の口径(約50μm)の口を有する円柱状のノズルを第2ノズル31Bとする。ここで第1ノズル31Aと第2ノズル31Bにより形成される円の中心は同じ(同心円)であるとする。また、内側の面にはオリフィス32となる細溝を設け、吐出室21とリザーバ23とを連通させ、リザーバ23に溜めた液体を吐出室21に供給するための連通溝とする。ここでは、特に図示していないが、例えば、振動板22の加圧により、リザーバ23に溜められた液体に伝播する力を緩衝するためのダイヤフラムを設けるようにしてもよい。図1ではノズル基板30が上面となり、電極基板20を下面としているが、実際に用いられる場合には、通常、ノズル基板30の方が電極基板20よりも下面となる。
The
図2は液滴吐出ヘッドの断面図である。端子部12Cは電極取出し口26において、外部に露出している。そして、発振回路41は、直接又はワイヤ、FPC(Flexible Print Circuit)等の配線42を介して電気的に端子部12C、共通電極端子24と接続され、個別電極12A、キャビティ基板20(振動板22)に電荷(電力)の供給及び停止を制御する回路である。発振回路41は、発振することで、個別電極12Aに例えばパルス電圧を印加して電荷供給を行う。発振回路41が発振駆動し、各個別電極12Aに選択的に電荷を供給して正又は負に帯電させ、また、振動板22を相対的に逆相負に帯電させる。このとき、静電気力により振動板22は個別電極12Aに引き寄せられて撓む。これにより吐出室21の容積は広がる。電荷供給を止めると振動板22は元に戻るが、そのとき吐出室21の容積も元に戻り、その圧力により液滴が吐出する。この液滴が例えば吐出対象物に着弾して印刷等が行われる。端子部12Cを外部に露出させることで、個別電極12Aと振動板22との間の空間(ギャップ)が外気と連通するのを防ぐために、封止材27により封止及び外気の遮断をしている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the droplet discharge head. The terminal portion 12 </ b> C is exposed to the outside at the
本実施の形態では、ノズル基板30を製造する際のシリコン基板(シリコンウェハ)に対して、シリコン基板の周縁部分を残して、周縁の内側部分(内周部分)をグラインダ(研削機)によって研削を行う。研削により薄板化した部分に対して、複数のノズル基板30を製造し、切り離すようにする。シリコン基板の周縁部分だけを残すことにより、シリコン基板からの取り個数を多くすることができる。また、グラインダ等による研削を行って薄板化することができ、支持基板等によりシリコン基板を支持しなくても、例えばロボット等がハンドリング(搬送)しやすくなる。
In this embodiment, with respect to the silicon substrate (silicon wafer) when the
図3及び図4は実施の形態1のノズル基板30の作製方法を表す図である。次に図3及び図4に基づいて、本発明におけるノズル基板30の作製方法の手順について説明する。前述したように、シリコン基板から複数個分の液滴吐出ヘッドのノズル基板30を同時形成するが、図3及び図4では、特徴部分がわかるようにするため、シリコン基板周縁部分とノズル31となる部分とを中心とする一部分だけを示しているものとする。ここで、以下では具体的な数値を挙げて説明するが、これらの数値は一例を表すものであり、これらの値に限定するものではない。
3 and 4 are diagrams illustrating a method for manufacturing the
まず、本実施の形態では8インチの大きさのシリコン基板51を用いるものとし、平板のシリコン基板51の片面を鏡面研磨する(図3(a))。ここで鏡面研磨は、薄板化を行うためのグラインダによる研削を行わない面に対して行うものとする。そして、グラインダにより、シリコン基板51のもう一方の面を、周縁部分を残して研削する(図3(b))。ここで、周縁部分の縁幅については特に限定するものではない。ただ、ノズル基板30の取り個数をできるだけ多くし、かつ、ハンドリングを有効に行えるようにするため、本実施の形態では、約2〜3mmの縁幅を残しておくようにするものとする。
First, in this embodiment, it is assumed that a silicon substrate 51 having a size of 8 inches is used, and one surface of the flat silicon substrate 51 is mirror-polished (FIG. 3A). Here, the mirror polishing is performed on a surface that is not ground by a grinder for thinning. Then, the other surface of the silicon substrate 51 is ground by the grinder leaving the peripheral portion (FIG. 3B). Here, the edge width of the peripheral portion is not particularly limited. However, in order to increase the number of
グラインダによる研削が終了すると、エッチングを行う際に、シリコン基板51を保護するための膜(レジスト、マスク)となる酸化シリコン膜52を例えば約1.2μm成膜する(図3(c))。成膜方法については特に限定しないが、ここでは、例えば、高温(約1075℃)で酸素及び水蒸気雰囲気中にシリコン基板51を晒して成膜する熱酸化による方法を用いる。 When the grinding by the grinder is completed, a silicon oxide film 52 that becomes a film (resist, mask) for protecting the silicon substrate 51 is formed to about 1.2 μm, for example, when etching is performed (FIG. 3C). The film forming method is not particularly limited, but here, for example, a method by thermal oxidation in which the silicon substrate 51 is exposed to an oxygen and water vapor atmosphere at a high temperature (about 1075 ° C.) is used.
そして、酸化シリコン膜52を選択的にエッチングしてパターニングを行うため、フォトリソグラフィ法を用い、レジスト膜(フォトレジスト)53となる感光剤を、例えばスプレーコート法により吹き付けて塗布する。そして、露光、現像により、第2ノズル31Bとなる部分及びオリフィス32となる部分のレジスト膜を除去し、パターニングを行う(図3(d))。さらに、異方性ドライエッチング(以下、ドライエッチングという)法を用い、第2ノズル31Bとなる部分及びオリフィス32となる部分の酸化シリコン膜52を除去してシリコンを露出させる(図3(e))。 Then, in order to perform patterning by selectively etching the silicon oxide film 52, a photolithography method is used, and a photosensitive agent that becomes a resist film (photoresist) 53 is sprayed and applied by, for example, a spray coating method. Then, by exposure and development, the resist film in the portion that becomes the second nozzle 31B and the portion that becomes the orifice 32 is removed, and patterning is performed (FIG. 3D). Further, by using an anisotropic dry etching (hereinafter referred to as dry etching) method, the silicon oxide film 52 is removed from the portion to be the second nozzle 31B and the portion to be the orifice 32 to expose the silicon (FIG. 3E). ).
そして、再度、感光剤を塗布してレジスト膜54を付す。そして、露光、現像により、第1ノズル31Aとなる部分のレジスト膜を除去し、パターニングを行って、シリコンを露出させるようにする(図4(f))。 Then, again, a photosensitive agent is applied and a resist film 54 is applied. Then, by exposure and development, the resist film in the portion that becomes the first nozzle 31A is removed, and patterning is performed to expose silicon (FIG. 4F).
次に、ドライエッチングを行い、第1ノズル31Aの部分に対して、例えば口径約20μm、深さ約50μmの凹部(孔)を形成する(図4(g))。ドライエッチングの種類等については特に限定しないが、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)放電によるドライエッチングを行うようにしてもよい。この場合には、例えばフッ素系のC4 F8 (オクタフルオロシクロブタン)で側壁面の保護を行いつつ、SF6 (6フッ化硫黄)で深さ方向へのエッチングを交互に繰り返すボッシュプロセスによりドライエッチングを行うことができる。ドライエッチングを終了すると、レジスト膜54を除去する。 Next, dry etching is performed to form, for example, a recess (hole) having a diameter of about 20 μm and a depth of about 50 μm in the first nozzle 31A (FIG. 4G). The type of dry etching or the like is not particularly limited. For example, dry etching by ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge may be performed. In this case, for example, the side wall surface is protected with fluorine-based C 4 F 8 (octafluorocyclobutane), and dry etching is performed by a Bosch process in which etching in the depth direction is alternately repeated with SF 6 (sulfur hexafluoride). Etching can be performed. When the dry etching is finished, the resist film 54 is removed.
そして、さらにドライエッチングを行い、第2ノズル31Bの部分に対して口径約50μm、深さ50μmの凹部(孔)を形成する(図4(h))。このときには、酸化シリコン膜52がマスクとして機能する。第1ノズル31Aの部分についてはさらに深い部分までエッチングが行われる。そして、ドライエッチングを行っている面とは反対側の面の酸化シリコン膜52により、エッチングストップされることになる。また、図4では図示していないが、ドライエッチングによりオリフィス32も同時に形成する。ここでもドライエッチングの種類等については特に限定しない。ドライエッチングが終了すると、マスクとして成膜していた酸化シリコン膜52をウェットエッチングにより除去する(図4(i))。ウェットエッチングによりノズル31が貫通する。ここでウェットエッチングについては、例えばフッ酸水溶液、緩衝フッ酸水溶液(BHF:例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液とを1:6で混合した液体)等に浸積することにより行う。その後、例えば、撥水処理、プライマー処理等を行って、耐インク保護膜等を成膜するようにしてもよい。そして、ダイヤモンドブレード等を用いて切断(ダイシング)等を行うことにより、シリコン基板51から各ノズル基板30に分割して個片(チップ)化し、ノズル基板30を作製する(図4(j))。
Then, dry etching is further performed to form a recess (hole) having a diameter of about 50 μm and a depth of 50 μm with respect to the second nozzle 31B (FIG. 4H). At this time, the silicon oxide film 52 functions as a mask. The first nozzle 31A is etched to a deeper portion. Then, the etching is stopped by the silicon oxide film 52 on the surface opposite to the surface where dry etching is performed. Although not shown in FIG. 4, the orifice 32 is simultaneously formed by dry etching. Again, the type of dry etching is not particularly limited. When dry etching is completed, the silicon oxide film 52 formed as a mask is removed by wet etching (FIG. 4I). The
図5はシリコン基板51と取り個数との関係を表す図である。図5では、1枚のシリコン基板51から102個のノズル基板30を製造することができる。図5に示すように、周縁部分だけを残すようにしたので、取り個数を多くすることができる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the silicon substrate 51 and the number of pieces taken. In FIG. 5, 102
図6は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図6に基づいて他の基板の作製をはじめとする液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。なお、実際には、シリコン基板から複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図6ではその一部分だけを示している。 FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the droplet discharge head. Based on FIG. 6, the manufacturing process of the droplet discharge head including the production of another substrate will be described. Actually, a plurality of droplet discharge head members are simultaneously formed from the silicon substrate, but only a part of them is shown in FIG.
電極基板10となる約1mmのガラスの基板の一方の面に対し、電極部12の形状パターンに合わせて0.2μmの深さの溝部11を形成する。そして、例えばスパッタ等の方法を用いて、0.1μmの厚さのITOを溝部11の内側(特に底壁)に成膜し、電極部12を形成する。さらに液体供給口13をサンドブラスト法または切削加工により形成する。これにより、ガラス基板10が作製される(図6(a))。
A groove 11 having a depth of 0.2 μm is formed in accordance with the shape pattern of the electrode portion 12 on one surface of a glass substrate of about 1 mm to be the
キャビティ基板20となる基板については、まず例えば表面が(110)面方位の酸素濃度の低いシリコン基板61の片面を鏡面研磨し、220μmの厚みにする。次に、シリコン基板61にボロンドープ層62を形成する面を、B2 O3 を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。さらに縦型炉に石英ボートをセットして、炉内を窒素雰囲気にし、例えば、温度を1050℃に上昇させて7時間保持してボロンをシリコン基板61中に拡散させ、ボロンドープ層62を形成する。このとき、ボロンドープ層62の表面にはボロン化合物が形成されているが(図示なし)、酸素及び水蒸気雰囲気中、600℃の条件で1時間30分酸化することで、フッ酸水溶液によるエッチングが可能なB2O3+SiO2 に化学変化させ、フッ酸水溶液にてウェットエッチングして除去する。そして、さらにボロンドープ層62を形成した面に、プラズマCVD法により絶縁膜25を成膜する(図6(b))。絶縁膜25は、例えばプラズマCVD法により、成膜時の処理温度を360℃、高周波出力を250W、圧力は66.7Pa(0.5Torr)、ガス流量におけるTEOS(Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン(珪酸エチル)の流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で0.1μm成膜する。
For the substrate to be the
次にシリコン基板61と電極基板10を360℃に加熱した後、電極基板10に負極、シリコン基板71に正極を接続して、800Vの電圧を印加して陽極接合を行う。そして、陽極接合後の接合済み基板において、シリコン基板61の厚みが約60μmになるまでシリコン基板61表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、例えば32w%の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板61を約10μmウェットエッチングする。これによりシリコン基板61の厚みを約50μmにする(図6(c))。
Next, after heating the silicon substrate 61 and the
ウェットエッチングを行った面に対し、例えばエッチングマスクとなる酸化シリコン膜63を、TEOSによるプラズマCVD法で成膜する。酸化シリコン膜63の成膜条件としては、例えば、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は700W、圧力は33.3Pa(0.25Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で1.5μm成膜する。TEOSを用いた成膜は比較的低温で行うことができ、基板の加熱をできる限り抑えられる。さらに、フォトリソグラフィ法を用い、酸化シリコン膜63において、吐出室21、リザーバ23及び電極取出し口26となる部分をエッチングにより除去する(図6(d))。ここで、例えば吐出室21及び電極取出し口26となる部分についてはシリコンを露出させ、リザーバ23についてはハーフエッチングにより酸化シリコン膜63を残す。これはリザーバ23となる部分についてはシリコンを残すことにより、剛性を持たせるようにするためである。
For example, a silicon oxide film 63 serving as an etching mask is formed on the wet etched surface by a plasma CVD method using TEOS. The deposition conditions of the silicon oxide film 63 include, for example, a processing temperature of 360 ° C., a high-frequency output of 700 W, a pressure of 33.3 Pa (0.25 Torr), and a gas flow rate of TEOS flow rate 100 cm 3 / min (100 sccm). ), And a film thickness of 1.5 μm is formed under the condition of an oxygen flow rate of 1000 cm 3 / min (1000 sccm). Film formation using TEOS can be performed at a relatively low temperature, and heating of the substrate can be suppressed as much as possible. Further, using the photolithography method, the portions that become the
次に、接合済み基板を35wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室21となる部分の厚みが約10μmになるまでウェットエッチングを行う。さらに、接合済み基板を3wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層62において、エッチングストップが十分効いたものと判断するまでエッチングを続ける。このように、前記2種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたウェットエッチングを行うことによって、形成される振動板22の面荒れを抑制し、所望する厚みにすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる(図6(e))。ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板を例えばフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板61表面の酸化シリコン膜63を除去する(図6(f))。
Next, the bonded substrate is immersed in a 35 wt% potassium hydroxide aqueous solution, and wet etching is performed until the thickness of the portion that becomes the
シリコン基板61の電極取出し口26となる部分のシリコン(ボロンドープ層62)を除去し、開口する。除去の方法については、特に限定しないが、例えばピン等で突いて壊すこともできる。また、ドライエッチングを行って開口することもできる。その後、電極取出し口26の端部にあるキャビティ基板20と各凹部11との間で形成されるギャップの開口部に沿って、例えばエポキシ樹脂を流し込んだり、酸化シリコンを堆積等させたりして封止材27を形成して封止し、ギャップを外気から遮断する(図6(g))。ここで、特に図示はしないが、例えば、キャビティ基板20の上面に、液体保護のための酸化シリコン膜を、例えばTEOSを用い、プラズマCVD法により形成するようにしてもよい。
A portion of silicon (boron doped layer 62) that becomes the
封止が完了すると、例えば、共通電極端子24となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板61側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ(Pt)をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子24を形成する。そして、別工程で作製した前述のノズル基板30を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板20側から接着し、接合する(図6(h))。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。
When the sealing is completed, for example, a mask having an opening at a portion to be the
以上のように実施の形態1によれば、シリコン基板51(シリコンウェハ)の周縁部分を残して薄板化し、薄板化した部分に複数のノズル基板30を作製するようにしたので、シリコン基板51における薄板化した部分の面積を多くすることができ、ノズル基板30の取り個数を多くすることができる。また、このとき、研削により薄板化しているため、ウェットエッチングに比べて基板の厚さについて、高精度に制御することができる。
As described above, according to the first embodiment, the silicon substrate 51 (silicon wafer) is thinned while leaving the peripheral portion, and the plurality of
さらに、2〜3mmの縁幅により周縁部分を残すようにしたので、製造の際、支持基板を用いることなく、基板搬送を行うことができる。また、支持基板を用いずに済むため、基板の両面に対して熱酸化等の処理を行うことができるため、液滴の吐出面だけでなく、ノズル31内壁に至って、連続して液体保護膜となる酸化シリコン膜の形成を行うことができる。
Furthermore, since the peripheral portion is left with an edge width of 2 to 3 mm, it is possible to carry the substrate without using a support substrate during manufacturing. In addition, since it is not necessary to use a support substrate, it is possible to perform a process such as thermal oxidation on both surfaces of the substrate, so that not only the droplet discharge surface but also the inner wall of the
実施の形態2.
図7は本発明の実施の形態2に係るシリコン基板の各ノズル基板30の境界部分を表す図である。上述の実施の形態1では、切断することで各ノズル基板30を分離するようにした。本実施の形態では、図7のようにノズル基板30の境界部分に、貫通穴71と割断溝72とを形成しておくようにして割断できるようにする。したがって、シリコン基板51の複数のノズル基板30を割断して分離し、個片化しやすくなる。
FIG. 7 is a diagram showing a boundary portion of each
ここで、貫通穴71については第1ノズル31Aと同じように形成し、割断溝72については第2ノズル31Bと同じように形成すれば、貫通穴71を効率よく貫通させ、割断溝72の形成を行うことができる。 Here, if the through hole 71 is formed in the same manner as the first nozzle 31A and the cleaving groove 72 is formed in the same manner as the second nozzle 31B, the through hole 71 can be efficiently penetrated to form the cleaving groove 72. It can be performed.
実施の形態3.
上述の実施の形態における液滴吐出ヘッドは、電極基板10、キャビティ基板20及びノズル基板30の3つの基板を積層して構成したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、リザーバ23の容積を大きくするため、リザーバ23となる凹部を独立した基板に形成し、4つの基板を積層した構成の液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
The droplet discharge head in the above-described embodiment is configured by laminating three substrates of the
上述の実施の形態では、振動板22と個別電極12との間に発生する静電力により振動板22を変位させて液体を加圧し、ノズル31から液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドについて説明した。本発明はこれに限定するものではない。例えば、気体を発生させたり、圧電素子を用いる等、他の加圧方法による液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
In the above-described embodiment, the liquid droplet discharge head that pressurizes the liquid by displacing the
実施の形態4.
図8は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。また、図9は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図8及び図9の液滴吐出装置は液滴吐出方式(インクジェット方式)による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図9において、被印刷物であるプリント紙100が支持されるドラム101と、プリント紙100にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド102とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド102にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙110は、ドラム101の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ103により、ドラム101に圧着して保持される。そして、送りネジ104がドラム101の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド102が保持されている。送りネジ104が回転することによって液滴吐出ヘッド102がドラム101の軸方向に移動するようになっている。
FIG. 8 is an external view of a droplet discharge apparatus using the droplet discharge head manufactured in the above embodiment. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of main constituent means of the droplet discharge device. 8 and 9 is intended for printing by a droplet discharge method (inkjet method). Further, it is a so-called serial type device. In FIG. 9, a drum 101 on which a printing paper 100 that is a substrate to be printed is supported, and a
一方、ドラム101は、ベルト105等を介してモータ106により回転駆動される。また、プリント制御手段107は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ104、モータ106を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて振動板22を振動させ、制御をしながらプリント紙110に印刷を行わせる。
On the other hand, the drum 101 is rotationally driven by a motor 106 via a belt 105 or the like. Further, the print control unit 107 drives the
ここでは液体をインクとしてプリント紙110に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、OLED等の表示基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、DNA(Deoxyribo Nucleic Acids :デオキシリボ核酸)、他の核酸(例えば、Ribo Nucleic Acid:リボ核酸、Peptide Nucleic Acids:ペプチド核酸等)タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。 Here, the liquid is ejected onto the print paper 110 as ink, but the liquid ejected from the droplet ejection head is not limited to ink. For example, in an application to be discharged onto a substrate to be a color filter, a liquid containing a pigment for a color filter, an application to be discharged to a display substrate such as an OLED, an application to be wired on a substrate, a liquid containing a compound to be a light emitting element In this case, for example, a liquid containing a conductive metal may be discharged from a droplet discharge head provided in each device. In addition, when the droplet discharge head is used as a dispenser and used for discharging onto a substrate that is a microarray of biomolecules, DNA (Deoxyribo Nucleic Acids: deoxyribonucleic acid), other nucleic acids (for example, Ribo Nucleic Acid: ribonucleic acid, Peptide (Nucleic Acids: peptide nucleic acids, etc.) A liquid containing a probe such as a protein may be discharged. In addition, it can also be used for discharging dyes such as cloth.
10 電極基板、11 溝部、12 電極部、12A 個別電極、12B リード部、12C 端子部、13 液体供給口、20 キャビティ基板、21 吐出室、22 振動板、23 リザーバ、24 共通電極端子、25 絶縁膜、26 電極取出し口、27 封止材、30 ノズル基板、31 ノズル、31A 第1ノズル、31B 第2ノズル、32 オリフィス、41 発振回路、42 配線、51 シリコン基板、52 酸化シリコン膜、53,54 レジスト膜、61 シリコン基板、62 ボロンドープ層、63 酸化シリコン膜、71 貫通穴、72 割断溝、100 プリンタ、101 ドラム、102 液滴吐出ヘッド、103 紙圧着ローラ、104 送りネジ、105 ベルト、106 モータ、107 プリント制御手段、110 プリント紙。 10 electrode substrate, 11 groove portion, 12 electrode portion, 12A individual electrode, 12B lead portion, 12C terminal portion, 13 liquid supply port, 20 cavity substrate, 21 discharge chamber, 22 diaphragm, 23 reservoir, 24 common electrode terminal, 25 insulation Membrane, 26 Electrode outlet, 27 Sealant, 30 Nozzle substrate, 31 Nozzle, 31A First nozzle, 31B Second nozzle, 32 Orifice, 41 Oscillator circuit, 42 Wiring, 51 Silicon substrate, 52 Silicon oxide film, 53, 54 resist film, 61 silicon substrate, 62 boron doped layer, 63 silicon oxide film, 71 through hole, 72 cleaving groove, 100 printer, 101 drum, 102 droplet discharge head, 103 paper pressure roller, 104 feed screw, 105 belt, 106 Motor, 107 Print control means, 110 print Paper.
Claims (5)
前記薄板部にノズルとなる貫通穴を形成する工程と、
前記薄板部の前記貫通穴とは異なる部分に、前記貫通穴とは異なる貫通部を形成する工程と、
前記シリコンウェハを前記貫通部に沿って切断して個片化する工程と、
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。 Removing a part of the silicon wafer by grinding leaving a peripheral edge of the silicon wafer, and forming a thin plate portion having a thickness of the silicon wafer thinner than before the removal; and
Forming a through-hole serving as a nozzle in the thin plate portion;
Forming a through part different from the through hole in a part of the thin plate part different from the through hole;
Cutting the silicon wafer along the penetrating part into individual pieces;
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising:
前記薄板部にノズルとなる貫通穴を形成する工程と、
前記薄板部の前記貫通穴とは異なる部分に、溝部を形成する工程と、
前記薄板部の前記貫通穴とは異なる部分に、前記貫通穴とは異なる貫通部を形成する工程と、
前記シリコンウェハを前記溝部及び前記貫通部に沿って切断して個片化する工程と、
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。 Removing a part of the silicon wafer by grinding leaving a peripheral edge of the silicon wafer, and forming a thin plate portion having a thickness of the silicon wafer thinner than before the removal; and
Forming a through-hole serving as a nozzle in the thin plate portion;
Forming a groove in a portion different from the through hole of the thin plate portion;
Forming a through part different from the through hole in a part of the thin plate part different from the through hole;
Cutting the silicon wafer along the groove and the penetrating part into individual pieces;
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising:
前記ノズル基板が有する前記貫通穴に液体を供給する流路及び前記流路の一部に液体を加圧する加圧手段を備えた基板と、を接合する工程を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A nozzle substrate manufactured by the method according to any one of claims 1 to 3 ,
Droplet ejection comprising: a step of bonding a flow path for supplying a liquid to the through hole of the nozzle substrate and a substrate having a pressurizing means for pressurizing the liquid to a part of the flow path. Manufacturing method of the head.
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