JP2001277522A - Method for manufacturing ink jet head - Google Patents

Method for manufacturing ink jet head

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JP2001277522A
JP2001277522A JP2000095713A JP2000095713A JP2001277522A JP 2001277522 A JP2001277522 A JP 2001277522A JP 2000095713 A JP2000095713 A JP 2000095713A JP 2000095713 A JP2000095713 A JP 2000095713A JP 2001277522 A JP2001277522 A JP 2001277522A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To execute good patterning at an overall etching face by suppressing a surface roughness of the overall etching face and generation of micropyramids in a method for manufacturing ink jet heads of an electrostatic driving form. SOLUTION: A first substrate 1 to which a second substrate 2 is joined is uniformly etched by an 80 deg. and 38 wt.% potassium hydroxide aqueous solution until an Si substrate 31 of an initial thickness 400 μm becomes 160 μm thick. Then the substrate is uniformly etched by an 80 deg. and 32 wt.% potassium hydroxide aqueous solution until the Si substrate 31 becomes a desired thickness of 140 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、記録を必要とする
時にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるイ
ンクジェットヘッド記録装置の主要部であるインクジェ
ットヘッドの製造方法の関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an ink-jet head, which is a main part of an ink-jet head recording apparatus for ejecting ink droplets only when recording is necessary and attaching the ink droplets to a recording sheet.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由が高く安価な普通紙を使用できることなど多
くの利点を有する。この中でも記録が必要な時にのみイ
ンク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド
方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としない
ため、現在主流となってきている。
2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus has many advantages, such as extremely low noise during recording, high-speed printing, and the use of inexpensive plain paper with high ink freedom. Among them, the so-called ink-on-demand method, in which ink droplets are ejected only when recording is necessary, has become mainstream at present because it does not require collection of ink droplets unnecessary for recording.

【0003】このインク・オン・デマンド方式の記録に
インクジェットヘッド記録装置には、インクを吐出させ
る方法として、駆動手段に静電気力を利用したインクジ
ェットヘッド記録装置(特開平6−71882号公報)
があり、この方式は小型高密度・高印字品質及び長寿命
とあるという利点を有している。一方、インクジェット
ヘッドが高密度化されると、吐出室を隔てる隔壁の厚さ
が薄くなり、隔壁の剛性が低下してしまう。そのため、
インク吐出時に振動板の変形によって吐出室内に発生す
る圧力で隔壁が変形し、この変形量は、隣接する非駆動
吐出室内のインクをノズルから押し出すのに充分な量で
ある。この隔壁の変形を防ぐためには、隔壁の高さを低
くし、隔壁の剛性を向上させる必要が生じ、隔壁の高さ
を低くするため薄いSi基板を用いるようになった。
[0003] In the ink-on-demand type recording, an ink-jet head recording apparatus uses an electrostatic force as a driving means as a method of ejecting ink (Japanese Patent Laid-Open No. 6-71882).
This method has the advantages of small size, high density, high printing quality and long life. On the other hand, when the density of the ink jet head is increased, the thickness of the partition wall separating the discharge chamber becomes thin, and the rigidity of the partition wall decreases. for that reason,
The partition wall is deformed by the pressure generated in the ejection chamber due to the deformation of the vibration plate during ink ejection, and the amount of this deformation is sufficient to push out the ink in the adjacent non-drive ejection chamber from the nozzle. In order to prevent the deformation of the partition, it is necessary to reduce the height of the partition and improve the rigidity of the partition, and a thin Si substrate has been used to reduce the height of the partition.

【0004】しかし、そのような薄いSi基板は高価で
あるだけでなく、取扱いが困難で生産性が低いため、特
開平9−94445号公報にあるように安価で取扱いの
容易な厚いSi基板をガラス基板に接合し、その状態で
Si基板部をエッチングし、Si基板部を所望の厚さに
する方法が取られるようになった。
However, such a thin Si substrate is not only expensive but also difficult to handle and has low productivity. Therefore, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-94445, a low-cost and easy-to-handle thick Si substrate is used. A method of joining a glass substrate and etching the Si substrate in that state to obtain a desired thickness of the Si substrate has come to be used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、湿式エッチン
グ、特に水酸化カリウム水溶液でエッチングしたときに
発生する表面荒れについては考慮されておらず、表面荒
れによる吐出室パターニング精度の悪化を招いていた。
また、表面荒れが大きいと、それによりパターニング時
のレジストの厚みに局所的なばらつきが生じ、レジスト
の厚いところが十分に露光されず、エッチングマスクと
なる酸化膜がその部分に残り、それが吐出室形成部に発
生すると吐出室が形成されないと言う課題があった。ま
た、一般にエッチング液である水酸化カリウム水溶液濃
度が高い場合、エッチング面には10数ミクロンの微小
な突起(以降マイクロピラミッドと記す)が発生し、マイ
クロピラミッドは、パターニング不良及び第1の基板と
第3の基板との接着工程における接着不良の原因となる
と言う課題があった。
However, no consideration has been given to the surface roughness that occurs when wet etching, particularly etching with an aqueous solution of potassium hydroxide, leading to a deterioration in the patterning accuracy of the discharge chamber due to the surface roughness.
In addition, when the surface roughness is large, the thickness of the resist at the time of patterning locally varies, so that a thick portion of the resist is not sufficiently exposed, and an oxide film serving as an etching mask remains in that portion, which is a discharge chamber. There is a problem that the discharge chamber is not formed when it is generated in the forming portion. In general, when the concentration of an aqueous solution of potassium hydroxide, which is an etching solution, is high, minute protrusions (hereinafter, referred to as micropyramids) of about 10 μm are generated on the etched surface, and the micropyramids have poor patterning and may have a problem with the first substrate. There has been a problem that this may cause poor bonding in the bonding process with the third substrate.

【0006】本発明は、上記のような課題を解決するも
ので、その目的とするところは、全面エッチング面の表
面粗さを抑えることによりパターニング不良を無くし、
生産性の高いインクジェットヘッドの製造方法を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems. It is an object of the present invention to eliminate patterning defects by suppressing the surface roughness of the entire etched surface.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an ink jet head having high productivity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドの製造方法は、振動板が形成されてなる第1の基
板と、電極が形成されてなる第2の基板とを有するイン
クジェットヘッドの製造方法において、第1の基板と第
2の基板を接合する工程と、第1の基板を第1の水酸化
カリウム酸水溶液により湿式エッチングする工程と、前
記第1の基板を前記第1の水酸化カリウム酸水溶液の濃
度とは異なる第2の水酸化カリウム酸水溶液によりエッ
チングする工程と、を有することを特徴とする。また、
本発明のインクジェットの製造方法は、前記第1の水酸
化カリウム酸水溶液の濃度が前記第2の水酸化カリウム
酸水溶液の濃度より高いことを特徴する。特に、前記第
1の水酸化カリウム酸水溶液の濃度が37wt%以上で
あり、前記第2の水酸化カリウム酸水溶液の濃度が32
wt%未満であることを特徴とする。このような製法方
法とすることにより、エッチング面の表面粗さを良好な
パターニング可能なレベルに抑え、エッチング面に発生
するマイクロピラミッドを減少させることができる。ま
た、第1の基板の表面を硫酸・過酸化水素混合液、アン
モニア・過酸化水素混合あるいは硝酸等で洗浄し、第1
の基板の表面を親水性にすることによって、さらにエッ
チング面のマイクロピラミッドの発生を抑えることがで
きる。なお、第1の基板の表面に紫外線照射することに
よっても、Si基板表面を酸化することが可能であり、
同様なSi基板表面の親水化の効果が得られる。
SUMMARY OF THE INVENTION A method of manufacturing an ink jet head according to the present invention is a method of manufacturing an ink jet head having a first substrate on which a vibration plate is formed and a second substrate on which electrodes are formed. A step of joining a first substrate and a second substrate; a step of wet-etching the first substrate with a first aqueous solution of potassium hydroxide; and a step of etching the first substrate with the first potassium hydroxide. Etching with a second aqueous potassium hydroxide solution having a concentration different from that of the acid aqueous solution. Also,
The inkjet manufacturing method of the present invention is characterized in that the concentration of the first aqueous solution of potassium hydroxide is higher than the concentration of the second aqueous solution of potassium hydroxide. In particular, the concentration of the first aqueous solution of potassium hydroxide is 37% by weight or more, and the concentration of the second aqueous solution of potassium hydroxide is 32% by weight.
less than wt%. By adopting such a manufacturing method, the surface roughness of the etched surface can be suppressed to a level at which good patterning can be performed, and the micropyramid generated on the etched surface can be reduced. Further, the surface of the first substrate is washed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide, or nitric acid.
By making the surface of the substrate hydrophilic, the occurrence of micro pyramids on the etched surface can be further suppressed. Note that it is also possible to oxidize the surface of the Si substrate by irradiating the surface of the first substrate with ultraviolet light,
A similar effect of hydrophilizing the surface of the Si substrate can be obtained.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1は、本発明の第
1の実施例に関わるインクジェットヘッドの分解斜視図
で、一部断面図で示してある。本実施例はインク液滴を
インクジェットヘッドの上部平面部に設けたノズル孔か
ら吐出させるフェイスインクジェットヘッドの例を示す
ものである。図2は組み立てられた全体装置の側面の断
面図である。本実施例のインクジェットヘッドは、下記
に詳記する構造を持つ3枚の基板1・2・3を重ねて接
合した積層構造となっている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head according to a first embodiment of the present invention, which is partially shown in a sectional view. This embodiment shows an example of a face ink jet head that discharges ink droplets from nozzle holes provided in the upper flat portion of the ink jet head. FIG. 2 is a side sectional view of the assembled overall device. The ink jet head of this embodiment has a laminated structure in which three substrates 1, 2, and 3 having a structure described in detail below are overlapped and joined.

【0009】中間の第1の基板1は、Si基板であり、
底壁を振動板5とする吐出室6を構成することになる凹
部7と、凹部7の後部に設けられたオリフィス8を構成
することになるインク流入口のための細溝9と、各々の
吐出室6にインクを供給するための共通のインクキャビ
ティ10を構成することになる凹部11を有する。そし
て、第3の基板3は、Si基板であり、吐出室6のイン
ク流入口のための細溝9に対向する側にノズル孔12
と、インクキャビティ10にインクを供給するためのイ
ンク供給口13を有する。第1の基板1の第2の基板と
対向する面には、熱酸化により酸化膜を0.1ミクロン
形成し絶縁膜としている。これは、インクジェット駆動
時の絶縁破壊、ショートを防止するためである。
The intermediate first substrate 1 is a Si substrate,
A concave portion 7 that forms a discharge chamber 6 having a bottom wall as a vibration plate 5, a narrow groove 9 for an ink inlet that forms an orifice 8 provided at a rear portion of the concave portion 7, It has a concave portion 11 that constitutes a common ink cavity 10 for supplying ink to the ejection chamber 6. The third substrate 3 is a Si substrate, and the nozzle hole 12 is formed on the side of the discharge chamber 6 facing the narrow groove 9 for the ink inlet.
And an ink supply port 13 for supplying ink to the ink cavity 10. On the surface of the first substrate 1 facing the second substrate, an oxide film is formed to a thickness of 0.1 μm by thermal oxidation to form an insulating film. This is to prevent dielectric breakdown and short circuit during ink jet driving.

【0010】第1の基板1の下面に接合される第2の基
板2は、ホウケイ酸ガラスを使用し、この第一の基板1
に電極15を装着するための凹部14を0.3ミクロン
エッチングすることにより、振動板5とこれに対向して
配置させる電極15との対向間隔、すなわちギャップG
を形成している。この凹部14はその内部に電極15、
リード部16及び端子17を装着できるように電極部形
状に類似したやや大きめの形状にパターン形成してい
る。電極15は凹部14内にITOを0.1ミクロンス
パッタし、ITOパターンを形成することで作製する。
したがって、本実施例における第1の基板1と第2の基
板2を陽極接合した後のギャップGは、0.2ミクロン
となっている。上記のように構成されたインクジェット
ヘッドの動作を説明する。電極15に発信回路23によ
り0Vから35Vのパルス電極を印加し、電極15の表
面がプラスに帯電すると、対応する振動板5の下面はマ
イナス電位に帯電する。したがって、振動板5は静電気
の吸引作用により下方へたわむ。次に、電極15をOFF
にすると、振動板5は復元する。そのため、吐出室6内
の圧力が急激に上昇し、ノズル孔12よりインク液滴2
1を記録紙22に向けて吐出する。
The second substrate 2 bonded to the lower surface of the first substrate 1 uses borosilicate glass.
The concave portion 14 for mounting the electrode 15 is etched by 0.3 μm, so that the gap between the diaphragm 5 and the electrode 15 arranged opposite thereto, that is, the gap G
Is formed. The recess 14 has an electrode 15 therein.
The pattern is formed in a slightly larger shape similar to the shape of the electrode portion so that the lead portion 16 and the terminal 17 can be mounted. The electrode 15 is manufactured by sputtering ITO into the recess 14 by 0.1 μm to form an ITO pattern.
Therefore, the gap G after the first substrate 1 and the second substrate 2 are anodically bonded in this embodiment is 0.2 μm. The operation of the inkjet head configured as described above will be described. When a pulse electrode of 0 V to 35 V is applied to the electrode 15 by the transmission circuit 23 and the surface of the electrode 15 is positively charged, the corresponding lower surface of the diaphragm 5 is charged to a negative potential. Therefore, the diaphragm 5 bends downward due to the electrostatic attraction. Next, the electrode 15 is turned off.
Then, the diaphragm 5 is restored. As a result, the pressure in the ejection chamber 6 rapidly rises, and the ink droplet 2
1 is ejected toward the recording paper 22.

【0011】次に、振動板5が再び下方へたわむことに
より、インクがインクキャビティ10よりオリフィス8
を通じて吐出室6内に補給される。なお、基板1と発信
回路23との接続は、ドライエッチングにより基板1の
1部に開けた酸化膜の窓(図示せず)において行う。ま
た、インクジェットヘッドへのインクの供給は、インク
キャビティ10の上部のインク供給口13により行う。
Next, when the diaphragm 5 bends downward again, the ink is moved from the ink cavity 10 into the orifice 8.
Is supplied to the inside of the discharge chamber 6. The connection between the substrate 1 and the transmission circuit 23 is made in a window (not shown) of an oxide film opened in a part of the substrate 1 by dry etching. Further, the supply of the ink to the inkjet head is performed through the ink supply port 13 above the ink cavity 10.

【0012】本実施例のインクジェットヘッドにおける
振動板は、高濃度にP型不純物を拡散したSi薄膜であ
る。このSi薄膜は、アルカリ水溶液によるSiエッチ
ングにおけるエッチングレートが、ドーパントがボロン
の場合、高濃度(約5×10 19cm-3以上)の領域にお
いて、エッチングレートが非常に小さくなることを利用
して作製される。すなわち、振動板形成領域を高濃度ボ
ロンドープ層とし、アルカリ異方性エッチングにより、
吐出室、インクキャビティを形成する際に、ボロンドー
プ層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さく
なる、いわゆるエッチストップ技術によって、振動板は
所望の板厚に作製される。
In the ink jet head of this embodiment,
The diaphragm is a Si thin film in which P-type impurities are diffused at a high concentration.
You. This Si thin film is etched by an alkaline aqueous solution.
Etching rate in the case of dopant is boron
In the case of high concentration (about 5 × 10 19cm-3Above)
And the fact that the etching rate becomes very small
It is produced. In other words, the diaphragm formation area is
Ron doped layer, and alkali anisotropic etching,
When forming the discharge chamber and ink cavity,
The etching rate is extremely small when the layer is exposed.
The so-called etch stop technology, the diaphragm is
It is manufactured to a desired thickness.

【0013】本実施例におけるインクジェットヘッドの
製造方法を、図3の拡散工程図、図4の第1の基板の全
面エッチング工程図及び図5の振動板エッチング工程図
において、厚さ1ミクロンの振動板を形成する場合につ
いて詳細に説明する。
The manufacturing method of the ink jet head according to the present embodiment will be described with reference to the diffusion process diagram of FIG. 3, the overall etching process diagram of the first substrate of FIG. 4, and the diaphragm etching process diagram of FIG. The case of forming a plate will be described in detail.

【0014】先ず、(110)を面方位とするSi基板
31の片面を鏡面研磨し、400ミクロンの厚みの基板
を作製する(図3(a))。次に、Si基板31にボロ
ン拡散板を対向させ、摂氏1100度の温度で2時間加
熱処理し、Si基板31の表面にボロンを拡散し、ボロ
ンドープ層32を形成する(図3(b))。他の高濃度
のドープ層を形成する手段として、Si基板表面にボロ
ンドープ剤を塗布し、熱拡散を行う方法もある。
First, one surface of a Si substrate 31 having a plane orientation of (110) is mirror-polished to produce a substrate having a thickness of 400 microns (FIG. 3A). Next, a boron diffusion plate is opposed to the Si substrate 31, and heat treatment is performed at a temperature of 1100 degrees Celsius for 2 hours to diffuse boron on the surface of the Si substrate 31 to form a boron doped layer 32 (FIG. 3B). . As another means for forming a high-concentration doped layer, there is a method in which a boron dopant is applied to the surface of a Si substrate and thermal diffusion is performed.

【0015】次にSi基板31に対して酸化温度100
0℃、酸化時間2時間15分の条件で乾燥酸素による酸
化を行い、絶縁膜となる酸化膜33を0.12μm形成
する(図3(c))。ボロンドープ層32側の面の酸化
膜33をレジストで保護した後、ふっ酸水溶液に浸し、
ボロンドープ層32を形成した反対面の酸化膜33を除
去し、最後にレジストを剥離する(図3(d))。電極
15が形成された第2の基板1の電極形成面と第1の基
板1のボロンドープ層を重ね合せるようにして(図4
(a))、2つの基板を陽極接合する(図4(b))。
第2の基板2が接合された第1の基板1を液温摂氏80
度の38wt%水酸化カリウム水溶液で初期厚み400ミ
クロンのSi基板31を厚みが160ミクロンになるま
で均一にエッチングする。次に液温摂氏80度の32wt
%水酸化カリウム水溶液でSi基板31を厚みが所望の
140ミクロンになるまで均一にエッチングする(図4
(c))。続けて、CVD装置により酸化膜51を1ミクロ
ンの厚みで成膜し(図5(a))、酸化膜51側に吐出
室、インクキャビティを作り込むためのレジストパター
ニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングし酸化膜51
をパターニングした後、レジストを剥離する(図5
(b))。
Next, an oxidation temperature of 100 is applied to the Si substrate 31.
Oxidation with dry oxygen is performed under the conditions of 0 ° C. and an oxidation time of 2 hours and 15 minutes to form an oxide film 33 serving as an insulating film of 0.12 μm (FIG. 3C). After protecting the oxide film 33 on the surface on the boron dope layer 32 side with a resist, it is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution,
The oxide film 33 on the opposite surface on which the boron doped layer 32 is formed is removed, and the resist is finally stripped (FIG. 3D). The electrode forming surface of the second substrate 1 on which the electrodes 15 are formed and the boron-doped layer of the first substrate 1 are overlapped (FIG. 4).
(A)) The two substrates are anodically bonded (FIG. 4 (b)).
The first substrate 1 to which the second substrate 2 is bonded is heated to a liquid temperature of 80 degrees Celsius.
The Si substrate 31 having an initial thickness of 400 μm is uniformly etched with a 38 wt% aqueous solution of potassium hydroxide until the thickness becomes 160 μm. Next, 32wt of liquid temperature 80 degrees Celsius
The Si substrate 31 is uniformly etched with a 100% aqueous solution of potassium hydroxide until the thickness becomes a desired 140 μm (FIG. 4).
(C)). Subsequently, an oxide film 51 is formed to a thickness of 1 micron by a CVD apparatus (FIG. 5A), and a resist pattern is formed on the oxide film 51 side to form a discharge chamber and an ink cavity. Etched oxide film 51
After patterning the resist, the resist is removed (FIG. 5).
(B)).

【0016】次に、エッチングによる振動板の作製方法
を説明する。
Next, a method of manufacturing a diaphragm by etching will be described.

【0017】ボロンドープ層32が形成され、酸化膜5
1をパターニングされているSi基板31を35wt%
水酸化カリウム水溶液で、エッチングがボロンドープ層
に達する直前(残り10ミクロン程度)まで行う(図5
(c))。続いて、3wt%水酸化カリウム水溶液で所
定の厚み1ミクロンになるまでエッチングを行う。酸化
膜51をふっ酸でエッチング除去した後、電極取出し部
に対応する部分を穴開け加工したSi基板ないしSUS基
板をエッチングマスクとして第1の基板に重ね、ドライ
エッチングにより電極取出し部52のSiをエッチング
除去し、電極取出し部を開口する。(図5(e))以上
の方法により、エッチング表面での良好なパターニング
を行うことができ、吐出室のエッチング不良を無くすこ
とにより、ヘッドの生産性を上げることができた。
A boron doped layer 32 is formed, and an oxide film 5 is formed.
35% by weight of a patterned Si substrate 31
The etching is performed with a potassium hydroxide aqueous solution until the etching reaches the boron doped layer (about 10 microns remaining) (FIG. 5).
(C)). Subsequently, etching is performed with a 3 wt% aqueous solution of potassium hydroxide until a predetermined thickness of 1 μm is obtained. After the oxide film 51 is removed by etching with hydrofluoric acid, the Si substrate or the SUS substrate in which a portion corresponding to the electrode extraction portion is punched is superimposed on the first substrate using an etching mask, and the Si of the electrode extraction portion 52 is removed by dry etching. Etching is removed, and an electrode extraction portion is opened. (FIG. 5 (e)) By the method described above, good patterning on the etched surface could be performed, and the productivity of the head could be increased by eliminating defective etching of the discharge chamber.

【0018】(実施例2)前記実施例の全面エッチング
工程におけるである水酸化カリウム水溶液濃度の選定に
ついて詳細に説明する。先ず、第1の基板の全面エッチ
ング後の表面粗さが2μm以上において、パターニング
不良を原因とするエッチング不良が発生するため、エッ
チング不良が発生しない表面荒れを2μm以下とする必
要がある。さらに、一般にエッチング液である水酸化カ
リウム水溶液濃度が高い場合、エッチング面にはマイク
ロピラミッドが発生し、マイクロピラミッドは、パター
ニング不良及び第1の基板と第3の基板との接着工程に
おける接着不良の原因となることから、マイクロピラミ
ッドの発生を無くすことも必要である。
(Embodiment 2) The selection of the concentration of the aqueous potassium hydroxide solution in the overall etching step of the above embodiment will be described in detail. First, when the surface roughness of the first substrate after the entire surface is etched is 2 μm or more, etching failure due to patterning failure occurs. Therefore, the surface roughness at which no etching failure occurs needs to be 2 μm or less. Furthermore, when the concentration of an aqueous solution of potassium hydroxide, which is generally an etching solution, is high, micro-pyramids are generated on the etched surface, and the micro-pyramids cause poor patterning and poor bonding in the bonding process between the first and third substrates. Therefore, it is necessary to eliminate the occurrence of micropyramids.

【0019】エッチング量が180ミクロン及び260
ミクロンの時のエッチング液濃度による表面粗さの変化
を図6に、エッチング液濃度によるマイクロピラミッド
発生数の変化を図7に示す。
The etching amount is 180 microns and 260
FIG. 6 shows a change in the surface roughness depending on the concentration of the etching solution at the time of micron, and FIG. 7 shows a change in the number of generated micropyramids according to the concentration of the etching solution.

【0020】エッチング液濃度による表面荒れとマイク
ロピラミッドの発生状況の関係をみると、表面荒れが2
ミクロン以下となるエッチング液濃度は37wt%以上
であり、マイクロピラミッド発生数が0となるのはエッ
チング液濃度32wt%以下である。すなわち、単一の
エッチング液で全面エッチングを行う場合、マイクロピ
ラミッドを発生させず、表面粗さを2ミクロン以下に抑
えることができる最適なエッチング液濃度は無い。 し
たがって、エッチング濃度2種のエッチング液を用い、
37wt%以上のエッチング液で表面粗さを抑えながら
目標板厚の近くまでエッチングし、表面粗さが増加する
ことを許容してマイクロピラミッドの発生がない32w
t%以下のエッチング液でエッチングすれば良いことに
なる。
Looking at the relationship between the surface roughness due to the concentration of the etching solution and the state of occurrence of the micropyramid, the surface roughness is 2%.
The concentration of the etchant at or below the micron is 37 wt% or more, and the number of occurrences of the micropyramid becomes 0 at the concentration of 32 wt% or less. That is, when the entire surface is etched with a single etching solution, there is no optimum concentration of the etching solution that does not generate micro pyramids and can suppress the surface roughness to 2 μm or less. Therefore, using two kinds of etching solutions of etching concentration,
Etching is performed to near the target plate thickness while suppressing the surface roughness with an etching solution of 37 wt% or more, allowing the surface roughness to increase and generating no micro pyramid 32 w
It suffices to perform etching with an etching solution of t% or less.

【0021】1例として38wt%水酸化カリウム水溶
液で1回目の全面エッチングを行い、32wt%水酸化
カリウム水溶液で2回目の全面エッチングを行う場合に
ついて説明する。38wt%水酸化カリウム水溶液でS
i基板表面を260ミクロンのエッチング量でエッチン
グした後、32wt%水酸化カリウム水溶液でさらにエ
ッチングしたときの、エッチング時間による表面粗さの
変化を図8に、エッチング時間によるマイクロピラミッ
ドの発生数の変化を図9に示す。
As an example, a description will be given of a case where the first overall etching is performed with a 38 wt% aqueous solution of potassium hydroxide and the second overall etching is performed with a 32 wt% aqueous solution of potassium hydroxide. S with 38wt% potassium hydroxide aqueous solution
FIG. 8 shows the change in the surface roughness according to the etching time when the i-substrate surface was etched with an etching amount of 260 μm and then further etching with a 32 wt% aqueous solution of potassium hydroxide. Is shown in FIG.

【0022】32wt%水酸化カリウム水溶液でのエッ
チング時間が長くなるほど、マイクロピラミッドは減少
し、エッチング時間10分以上ではマイクロピラミッド
発生は低く抑えられる。一方、エッチング時間が長くな
るほど、表面粗さは増加するものの15分以内であれ
ば、表面粗さは2ミクロン以内に抑えることは可能であ
る。38wt%水酸化カリウム水溶液で1回目の全面エ
ッチングを行い、32wt%水酸化カリウム水溶液で続
く全面エッチングをエッチング時間10〜15分で行う
ことよって、表面粗さを2ミクロン以下に抑え、かつマ
イクロピラミッドの発生を抑えた全面エッチングが可能
となる。
As the etching time in a 32 wt% aqueous potassium hydroxide solution becomes longer, the number of micropyramids decreases. When the etching time is 10 minutes or more, the generation of micropyramids is suppressed to a low level. On the other hand, the longer the etching time, the higher the surface roughness, but within 15 minutes, the surface roughness can be suppressed to within 2 microns. The first whole surface etching is performed with a 38 wt% aqueous solution of potassium hydroxide, and the subsequent whole surface etching is performed with a 32 wt% aqueous solution of potassium hydroxide in an etching time of 10 to 15 minutes. The entire surface can be etched while suppressing the occurrence of the occurrence.

【0023】(実施例3)前記実施例の方法において、
マイクロピラミッドが完全に0とならない場合があるこ
とや、及びエッチング表面に外観上の曇り(微小な荒
れ)が発生する場合があることから、2回目のエッチン
グ前の洗浄方法を変更することが望ましい。38wt%
水酸化カリウム水溶液及び32wt%水酸化カリウム水
溶液でのエッチング時間を78分及び10分に固定し、
32wt%水酸化カリウム水溶液でのエッチング前の洗
浄方法を変更して得られた表面状態の結果を表1に示
す。
(Embodiment 3) In the method of the above embodiment,
It is desirable to change the cleaning method before the second etching because the micropyramid may not be completely zero and the appearance of the etching surface may be fogged (slightly rough). . 38wt%
The etching time in an aqueous solution of potassium hydroxide and an aqueous solution of 32 wt% potassium hydroxide is fixed at 78 minutes and 10 minutes,
Table 1 shows the results of the surface state obtained by changing the cleaning method before etching with a 32 wt% aqueous potassium hydroxide solution.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】表1中の実施例1は液温摂氏70度のアン
モニア水+過酸化水素水混合液で10分間、実施例2は
液温摂氏90度の硫酸+過酸化水素水混合液で10分間
洗浄した場合であり、どちらも表面外観上の曇りは無く
なり、マイクロピラミッドの発生は無くなった。一方、
比較例1に示した洗浄を行わない場合、比較例2に示す
摂氏25度のふっ酸水溶液で洗浄した場合では、白曇
り、マイクロピラミッドが発生している。基板表面の濡
れ性を観察すると、硫酸・過酸化水素混合液、アンモニ
ア・過酸化水素混合液で洗浄したものは表面がよく濡
れ、親水性になっていることが解り、逆にふっ酸水溶液
での洗浄では表面は疎水性になっている。すなわち、こ
のことよりエッチング面の曇り、マイクロピラミッドの
発生をさらに抑えるためには、2回目のエッチング前に
アンモニア水+過酸化水素水混合液等による洗浄を行
い、基板表面を弱く酸化して表面を親水化することが必
要である。同様に、基板表面を酸化する方法として、硝
酸による洗浄、紫外線照射によるオゾン酸化も有効であ
る。
Example 1 in Table 1 is a mixture of ammonia water and hydrogen peroxide at 70 ° C. for 10 minutes, and Example 2 is a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide at 90 ° C. In this case, the surface appearance was not clouded and micropyramids were not generated. on the other hand,
When the cleaning shown in Comparative Example 1 was not performed, and when the substrate was washed with a hydrofluoric acid aqueous solution at 25 degrees Celsius shown in Comparative Example 2, cloudiness and micro pyramids were generated. Observation of the wettability of the substrate surface reveals that the surface washed well with the mixed solution of sulfuric acid / hydrogen peroxide and the mixed solution of ammonia / hydrogen peroxide is well wetted and hydrophilic. The surface is rendered hydrophobic in the washing of. That is, in order to further suppress the fogging of the etched surface and the occurrence of micro pyramids, cleaning with a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution is performed before the second etching, and the substrate surface is weakly oxidized to oxidize the surface. Need to be made hydrophilic. Similarly, as a method of oxidizing the substrate surface, washing with nitric acid and ozone oxidation by ultraviolet irradiation are also effective.

【0026】[0026]

【発明の効果】インクジェットヘッドの製造方法であっ
て、第1の基板と第2の基板を接合する工程と第1の基
板のSi基板の厚みを湿式エッチングで減ずる工程におい
て、湿式エッチングが濃度の異なる2種の水酸化カリウ
ム水溶液を用いた2段階のエッチングで行われることに
よって、エッチング面の表面粗さを良好なパターニング
可能なレベルに抑え、エッチング面に発生するマイクロ
ピラミッドを減少させることができる。
According to the method for manufacturing an ink jet head, in the step of joining the first substrate and the second substrate and the step of reducing the thickness of the Si substrate of the first substrate by wet etching, the wet etching has a low concentration. By performing the etching in two stages using two different types of potassium hydroxide aqueous solutions, the surface roughness of the etched surface can be suppressed to a level that allows good patterning, and the micropyramid generated on the etched surface can be reduced. .

【0027】また、2段階のエッチングにおいて、2回
目のエッチングの前に、第1の基板の表面を硫酸・過酸
化水素混合液、アンモニア・過酸化水素混合液あるいは
硝酸等で洗浄し、第1の基板の表面を親水性にすること
によって、さらにエッチング面のマイクロピラミッドの
発生を抑えることができる。
In the two-stage etching, before the second etching, the surface of the first substrate is washed with a mixed solution of sulfuric acid / hydrogen peroxide, a mixed solution of ammonia / hydrogen peroxide, nitric acid, or the like. By making the surface of the substrate hydrophilic, the occurrence of micro pyramids on the etched surface can be further suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例におけるインクジェット
ヘッドの構造を分解して示す斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a structure of an inkjet head according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例のおけるインクジェット
ヘッドの断面側面図である。
FIG. 2 is a sectional side view of the ink jet head according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例のおける拡散工程のプロ
セス断面図である。
FIG. 3 is a process sectional view of a diffusion step in the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例における全面エッチング
工程のプロセス断面図である。
FIG. 4 is a process cross-sectional view of the entire surface etching step in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例における振動板形成工程
のプロセス断面図である。
FIG. 5 is a process sectional view of a diaphragm forming step according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例におけるエッチング液濃
度による表面粗さの変化を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a change in surface roughness depending on the concentration of an etching solution in a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施例におけるエッチング液濃
度によるマイクロピラミッド発生数の変化を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a change in the number of generated micropyramids depending on the concentration of an etching solution in a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施例における32%水酸化カ
リウム水溶液におけるエッチング時間による表面粗さの
変化を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a change in surface roughness according to an etching time in a 32% aqueous potassium hydroxide solution in a third example of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例における32%水酸化カ
リウム水溶液におけるエッチング時間によるマイクロピ
ラミッド発生数の変化を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a change in the number of generated micropyramids according to an etching time in a 32% aqueous potassium hydroxide solution in a third example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の基板 2 第2の基板 3 第3の基板 5 振動板 6 吐出室 7 凹部 8 オリフィス 9 細溝 10 インクキャビティ 11 凹部 12 ノズル孔 13 インク供給口 14 凹部 15 電極 16 リード部 17 端子 18 酸化膜 21 インク液滴 22 記録紙 23 発信回路 31 Si基板 32 ボロンドープ層 51 酸化膜 52 電極取出し部 G ギャップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st board | substrate 2 2nd board | substrate 3 3rd board | substrate 5 Vibration plate 6 Discharge chamber 7 Depression 8 Orifice 9 Narrow groove 10 Ink cavity 11 Depression 12 Nozzle hole 13 Ink supply port 14 Depression 15 Electrode 16 Lead part 17 Terminal 18 Oxide film 21 Ink droplet 22 Recording paper 23 Oscillation circuit 31 Si substrate 32 Boron-doped layer 51 Oxide film 52 Electrode take-out part G gap

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動板が形成されてなる第1の基板と、
電極が形成されてなる第2の基板とを有するインクジェ
ットヘッドの製造方法において、 第1の基板と第2の基板を接合する工程と、 第1の基板を第1の水酸化カリウム酸水溶液により湿式
エッチングする工程と、 前記第1の基板を前記第1の水酸化カリウム酸水溶液の
濃度とは異なる第2の水酸化カリウム酸水溶液によりエ
ッチングする工程と、を有することを特徴とするインク
ジェットヘッドの製造方法。
A first substrate on which a diaphragm is formed;
In a method for manufacturing an ink jet head having a second substrate on which electrodes are formed, a step of joining the first substrate and the second substrate; and a step of wet-treating the first substrate with a first aqueous solution of potassium hydroxide. Manufacturing an inkjet head, comprising: a step of etching; and a step of etching the first substrate with a second aqueous solution of potassium hydroxide having a concentration different from that of the first aqueous solution of potassium hydroxide. Method.
【請求項2】 前記第1の水酸化カリウム酸水溶液の濃
度が前記第2の水酸化カリウム酸水溶液の濃度より高い
ことを特徴する請求項1に記載のインクジェットの製造
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the concentration of the first aqueous solution of potassium hydroxide is higher than the concentration of the second aqueous solution of potassium hydroxide.
【請求項3】 前記第1の水酸化カリウム酸水溶液の濃
度が37wt%以上であることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the concentration of the first aqueous solution of potassium hydroxide is 37 wt% or more.
【請求項4】 前記第2の水酸化カリウム酸水溶液の濃
度が32wt%未満であることを特徴とする請求項1乃
至3のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方
法。
4. The method according to claim 1, wherein the concentration of the second aqueous solution of potassium hydroxide is less than 32% by weight.
【請求項5】 基板表面が親水性に処理された前記第1
の基板を前記第2の水酸化カリウム酸水溶液によりエッ
チングすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか
に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the surface of the substrate is treated to be hydrophilic.
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate is etched with the second aqueous solution of potassium hydroxide.
【請求項6】 硫酸・過酸化水素混合液、アンモニア・
過酸化水素混合液あるいは硝酸等の洗浄液により前記第
1の基板表面を親水性によりすることを特徴とする請求
項5に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. A mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide, ammonia
The method according to claim 5, wherein the surface of the first substrate is made hydrophilic by a cleaning liquid such as a mixed solution of hydrogen peroxide or nitric acid.
【請求項7】 紫外線照射によって発生したオゾンガス
により前記第1の基板の表面を親水性に処理することを
特徴とする請求項5に記載のインクジェットヘッドの製
造方法。
7. The method according to claim 5, wherein the surface of the first substrate is treated to be hydrophilic with ozone gas generated by ultraviolet irradiation.
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