JP2002086738A - Method of making liquid jet head - Google Patents
Method of making liquid jet headInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッドの製造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a droplet discharge head.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写
装置、プロッタ等の画像記録装置(画像形成装置を含
む。)に用いられるインクジェット記録装置における液
滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとして、イン
ク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する液室、(吐
出室、インク流路、インク室、圧力室、加圧室、加圧液
室などとも称される。)と、吐出室の壁面を形成する第
一電極を兼ねる振動板と、これに対向する電極(第二電
極)とを備え、振動板を静電力で変形変位させてノズル
からインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッド
がある。2. Description of the Related Art Generally, ink droplets are ejected as an ink jet head which is a liquid droplet ejection head in an ink jet recording apparatus used for an image recording apparatus (including an image forming apparatus) such as a printer, a facsimile, a copying machine, a plotter and the like. A nozzle and a liquid chamber with which the nozzle communicates (also referred to as a discharge chamber, an ink flow path, an ink chamber, a pressure chamber, a pressurized chamber, a pressurized liquid chamber, etc.) and a first wall forming a wall of the discharge chamber 2. Description of the Related Art There is an electrostatic inkjet head that includes a diaphragm serving also as an electrode and an electrode (second electrode) facing the diaphragm, and deforms and displaces the diaphragm with electrostatic force to discharge ink droplets from nozzles.
【0003】このような静電型インクジェットヘッドと
しては、例えば特開平6−71882号公報や特開平5
−50601号公報に開示されているように、吐出室及
び振動板を形成する基板にシリコン基板を用い、電極を
設ける基板に硼珪酸ガラス(パイレックス(登録商標)
ガラス)やシリコン基板を用いている。As such an electrostatic ink jet head, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-71882 and Japanese Patent Application Laid-Open
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 50601, a silicon substrate is used as a substrate for forming a discharge chamber and a diaphragm, and borosilicate glass (Pyrex (registered trademark)) is used for a substrate on which electrodes are provided.
Glass) or a silicon substrate.
【0004】そして、このようなインクジェットヘッド
によって高精細、高密度記録を行うためには微少なイン
ク滴を生成する必要があることから、吐出室も微少な容
積とすることが求められている。In order to perform high-definition and high-density recording with such an ink-jet head, it is necessary to generate minute ink droplets. Therefore, it is required that the ejection chamber has a small volume.
【0005】そこで、従来のインクジェットヘッドにお
いては、例えば、上記特開平6―71882号公報に開
示されているように吐出室高さを230μmに規定し、
さらに特開平11−993号公報に開示されているよう
に吐出室の高さを100〜160μmに規定し、吐出室
の加工精度を達成するために、シリコンウェハを利用し
て所定の吐出室高さになるまで研削、研磨することが提
案されている。Therefore, in the conventional ink jet head, for example, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-71882, the height of the discharge chamber is specified to be 230 μm.
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-993, the height of the discharge chamber is specified to be 100 to 160 μm, and in order to achieve the processing accuracy of the discharge chamber, a predetermined height of the discharge chamber is determined using a silicon wafer. It has been proposed to grind and polish to the point.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
シリコンウェハは、そのハンドリング性などを考慮し
て、現在もっとも良く使われている150mm径のシリ
コンウェハの場合、その厚さが400〜650μmであ
るため、上述した従来のインクジェットヘッドのように
規定された高さの吐出室を形成するためには、シリコン
ウエハのほとんどを削り取って無駄に捨てることにな
り、低コストのヘッドを得ることが困難になる。However, in consideration of handling properties, the thickness of a normal silicon wafer is 400 to 650 μm in the case of a 150 mm diameter silicon wafer which is currently most frequently used. Therefore, in order to form a discharge chamber having a prescribed height as in the above-described conventional inkjet head, most of the silicon wafer is scraped and wasted and discarded, making it difficult to obtain a low-cost head. Become.
【0007】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、液滴吐出ヘッドの低コスト化を図ることを目的
とする。The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to reduce the cost of a droplet discharge head.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、吐出室
及び振動板を形成する第一基板の両面に電極を設けた第
二基板を積層して接合した後、第一基板を積層方向に垂
直な面に沿って切断して分割するものである。In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is directed to a method of manufacturing a droplet discharge head in which electrodes are provided on both surfaces of a first substrate forming a discharge chamber and a diaphragm. After laminating and joining the substrates, the first substrate is cut and divided along a plane perpendicular to the laminating direction.
【0009】ここで、第一、第二基板がいずれもシリコ
ンウェハであり、両面に高濃度不純物層を形成した第一
基板と、接合面側に酸化膜を形成して、この酸化膜に凹
部を形成し、この凹部底面に電極を形成した第二基板と
を、シリコンの直接接合によって接合することが好まし
い。Here, the first and second substrates are both silicon wafers, a first substrate having a high-concentration impurity layer formed on both surfaces, an oxide film formed on the bonding surface side, and a concave portion formed in the oxide film. And the second substrate having an electrode formed on the bottom surface of the concave portion is preferably bonded by direct bonding of silicon.
【0010】また、第一基板がシリコンウエハであり、
第二基板が硼珪酸ガラスであり、両面に高濃度不純物層
を形成した第一基板と、接合面側に凹部を形成し、この
凹部底面に電極を形成した第二基板とを陽極接合によっ
て接合することが好ましい。Further, the first substrate is a silicon wafer,
The second substrate is made of borosilicate glass and has a high-concentration impurity layer formed on both surfaces, and a concave portion is formed on the bonding surface side, and a second substrate having an electrode formed on the bottom surface of the concave portion is bonded by anodic bonding. Is preferred.
【0011】これらの各本発明に係る液滴吐出ヘッドの
製造方法においては、分割した後の第一基板の切断面を
平面研削及び鏡面研磨して厚さ100μm以下に薄層化
することが好ましい。また、第一基板と第二基板とを接
合した後、第一基板の外径を第二基板の外形よりも小さ
く研削することが好ましい。この場合、第一基板の外周
に切断刃を案内するガイド溝を形成することが好まし
い。In each of the methods for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, it is preferable that the cut surface of the divided first substrate is ground to a thickness of 100 μm or less by plane grinding and mirror polishing. . Further, after the first substrate and the second substrate are joined, it is preferable to grind the outer diameter of the first substrate to be smaller than the outer diameter of the second substrate. In this case, it is preferable to form a guide groove for guiding the cutting blade on the outer periphery of the first substrate.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図1は本発明を適用した静電
型インクジェットヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘ
ッドの透過状態で示す上面説明図、図3は同ヘッドの振
動板長手方向の要部拡大断面図、図4は同ヘッドの振動
板短手方向の要部拡大断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of an electrostatic ink jet head to which the present invention is applied, FIG. 2 is a top view illustrating the head in a transparent state, FIG. FIG. 4 is an enlarged sectional view of a main part of the head in the lateral direction of the diaphragm.
【0013】このインクジェットヘッドは、後述する第
一基板から形成した流路基板1と、流路基板1の下側に
設けた後述する第二基板から形成した電極基板3と、流
路基板1の上側に設けたノズル板4とを重ねて接合した
積層構造体であり、これらにより、複数のノズル5、各
ノズル5が連通するインク流路である吐出室6、吐出室
6に流体抵抗部7を介して連通する共通液室8などを形
成している。This ink jet head includes a flow path substrate 1 formed from a first substrate described later, an electrode substrate 3 formed from a second substrate described below provided below the flow path substrate 1, This is a laminated structure in which a nozzle plate 4 provided on the upper side is overlapped and joined, whereby a plurality of nozzles 5, a discharge chamber 6 which is an ink flow path communicating with each nozzle 5, and a fluid resistance portion 7 To form a common liquid chamber 8 and the like that communicate with each other.
【0014】流路基板1には、単結晶シリコン基板を用
いて、吐出室(液室)6及び吐出室6の底面を形成する
振動板10並びに吐出室6間の隔壁11を形成する凹
部、共通液室8を形成する凹部を形成している。この流
路基板1は、シリコン基板に振動板となる厚み(深さ)
に高濃度P型不純物であるボロンを拡散し、この高濃度
ボロン拡散層をエッチングストップ層として異方性エッ
チングを行うことにより吐出室6となる凹部等を形成す
るときに高濃度ボロン拡散層を残して所定の処理を施す
ことにより所望厚さの振動板5を得たものである。The flow path substrate 1 is made of a single crystal silicon substrate, and includes a discharge chamber (liquid chamber) 6, a vibration plate 10 that forms the bottom surface of the discharge chamber 6, and a recess that forms a partition 11 between the discharge chambers 6. A recess forming the common liquid chamber 8 is formed. The flow path substrate 1 has a thickness (depth) that becomes a diaphragm on a silicon substrate.
Then, anisotropic etching is performed using the high-concentration boron diffusion layer as an etching stop layer to form a high-concentration boron diffusion layer when forming a recess or the like serving as the discharge chamber 6. The diaphragm 5 having a desired thickness is obtained by performing a predetermined process while leaving it.
【0015】電極基板3には、単結晶シリコン基板を用
いて、ウエット或いはドライの熱酸化法などで酸化膜3
aを形成し、この酸化膜3aに電極形成溝(凹部)14
を形成して、この凹部14底面に振動板10に対向する
電極15を設け、振動板10と電極15との間にギャッ
プ16を形成し、これらの振動板10と電極15とによ
ってアクチュエータ部(エネルギー発生手段)を構成し
ている。As the electrode substrate 3, a single crystal silicon substrate is used, and an oxide film 3 is formed by wet or dry thermal oxidation.
a, and an electrode forming groove (recess) 14 is formed in the oxide film 3a.
Is formed on the bottom surface of the concave portion 14, an electrode 15 facing the diaphragm 10 is provided, a gap 16 is formed between the diaphragm 10 and the electrode 15, and the actuator portion ( Energy generating means).
【0016】この電極基板3の電極15上には振動板1
0との接触によって電極15が破損するのを防止するた
めのシリコン酸化膜(SiO2)などの絶縁層17を成
膜している。なお、電極15を電極基板3の端部付近ま
で延設して外部駆動回路と接続手段を介して接続するた
めの電極パッド部15aを形成している。The diaphragm 1 is provided on the electrode 15 of the electrode substrate 3.
An insulating layer 17 such as a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed to prevent the electrode 15 from being damaged by contact with zero. The electrode 15 extends to near the end of the electrode substrate 3 to form an electrode pad portion 15a for connecting to an external drive circuit via a connection means.
【0017】電極基板3の電極15としては、金、或い
は、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられ
るAl、Cr、Ni等の金属材料や、Ti、TiN、W
等の高融点金属などを用いることができる。そして、こ
の電極基板3と流路基板1とはシリコンの直接接合で接
合している。The electrode 15 of the electrode substrate 3 may be made of gold, a metal material such as Al, Cr, Ni or the like generally used in a process of forming a semiconductor element, Ti, TiN, W
And the like can be used. The electrode substrate 3 and the flow path substrate 1 are joined by direct joining of silicon.
【0018】ノズル板4にはシリコン基板を用いて、多
数のノズル5を形成するとともに、共通液室8と吐出室
6を連通するための流体抵抗部7を形成する溝部を形成
している。流路基板1このノズル板4と流路基板1とは
ぞれぞれの内面側に成膜した耐接インク性を有する保護
膜1a、4aを介して直接接合で接合している。A large number of nozzles 5 are formed in the nozzle plate 4 using a silicon substrate, and a groove for forming a fluid resistance portion 7 for communicating the common liquid chamber 8 and the discharge chamber 6 is formed. The flow path substrate 1 The nozzle plate 4 and the flow path substrate 1 are directly bonded to each other via protective films 1a and 4a having an ink contact resistance formed on inner surfaces of the respective nozzle surfaces.
【0019】このように構成したインクジェットヘッド
においては、振動板10を共通電極とし、電極15を個
別電極として、振動板10と電極15との間に駆動波形
を印加することにより、振動板10と電極15との間に
静電力(静電吸引力)が発生して、振動板10が電極1
5側に変形変位する。これにより、吐出室6の内容積が
拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部7を介して共
通液室8から吐出室6にインクが充填される。In the ink jet head configured as described above, the diaphragm 10 is used as a common electrode, and the electrode 15 is used as an individual electrode. An electrostatic force (electrostatic attraction force) is generated between the electrode 15 and the electrode 15, and the diaphragm 10
Deforms and displaces to the 5th side As a result, the internal volume of the discharge chamber 6 is expanded and the internal pressure is reduced, so that the ink is filled from the common liquid chamber 8 into the discharge chamber 6 via the fluid resistance portion 7.
【0020】次いで、電極15への電圧印加を断つと、
静電力が作用しなくなり、振動板10はそれ自身のもつ
弾性によって復元する。この動作に伴い吐出室6の内圧
が上昇し、ノズル5からインク滴が吐出される。再び電
極15に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振
動板10は電極15側に引き込まれる。Next, when the voltage application to the electrode 15 is stopped,
The electrostatic force stops working, and the diaphragm 10 is restored by its own elasticity. With this operation, the internal pressure of the ejection chamber 6 increases, and ink droplets are ejected from the nozzles 5. When a voltage is applied to the electrode 15 again, the diaphragm 10 is drawn toward the electrode 15 again by the electrostatic attraction force.
【0021】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の製造方法の第1実施形態について図5乃至図11をも
参照して説明する。なお、図5乃至図7は同製造工程を
説明する振動板短手方向での模式的説明図、図8乃至図
10は同じく振動板長手方向での模式的説明図、図11
は基板切断工程を説明する説明図である。Next, a first embodiment of the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 5 to 7 are schematic explanatory views in the transverse direction of the diaphragm for explaining the manufacturing process, FIGS. 8 to 10 are schematic explanatory views in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIGS.
FIG. 4 is an explanatory view illustrating a substrate cutting step.
【0022】先ず、図5(a)及び図8(a)に示すよ
うに、電極基板3を形成する第二基板23として、低抵
抗品として市販されているp型の単結晶シリコンで、結
晶面方位が(110)又は(100)であるシリコンウ
エハを用いて、この第二基板23にウェット或いはドラ
イの熱酸化法によって保護膜となるシリコン酸化膜23
aを約2μmの厚さに形成する。First, as shown in FIGS. 5A and 8A, the second substrate 23 for forming the electrode substrate 3 is made of p-type single crystal silicon which is commercially available as a low-resistance product. Using a silicon wafer having a plane orientation of (110) or (100), a silicon oxide film 23 serving as a protective film is formed on the second substrate 23 by a wet or dry thermal oxidation method.
a is formed to a thickness of about 2 μm.
【0023】この酸化膜23aの厚さは、電極15とシ
リコンウェハとの電気的絶縁性が確保される厚さであれ
ば良く、1〜3μm程度が適当である。ここで、第二基
板23は、安価に市場に出ているp型の単結晶シリコン
基板を用いたが、n型のシリコン基板であっても良い。The thickness of the oxide film 23a may be any thickness as long as electrical insulation between the electrode 15 and the silicon wafer is ensured, and is suitably about 1 to 3 μm. Here, as the second substrate 23, a p-type single crystal silicon substrate commercially available at low cost is used, but an n-type silicon substrate may be used.
【0024】続いて、第二基板23上にフォトレジスト
を塗布し、電極15を形成するためのパターニングを行
い、このフォトレジストパターンをマスクとして、弗化
アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液(例え
ば、ダイキン工業製(商品名):BHF-63Uなど)を用い
てエッチング(掘り込み)を行って、図5(b)及び図
8(b)に示すように、シリコン酸化膜23aに凹部1
4を形成する。Subsequently, a photoresist is applied on the second substrate 23, and patterning is performed to form the electrode 15. Using this photoresist pattern as a mask, a hydrogen fluoride solution containing a buffer component such as ammonium fluoride is used. (For example, BHF-63U manufactured by Daikin Industries, Ltd.), etching (digging) is performed, and as shown in FIGS. 5B and 8B, a recess is formed in the silicon oxide film 23a. 1
4 is formed.
【0025】このときの凹部14の掘り込み量は電極材
料の厚さと、電極15(実際には絶縁層17)と振動板
10との間に必要な空間量(ギャップ長)を足した分だ
け掘り込むことになる。ここでの掘り込み量は約1μm
程度以下と少ないので、弗化水素溶液を用いたウェット
エッチングによる掘り込みにおいても、ウェハ面内の掘
り込み量のばらつきを極めて小さくすることができる。At this time, the depth of the recess 14 is determined by adding the thickness of the electrode material and the amount of space (gap length) required between the electrode 15 (actually, the insulating layer 17) and the diaphragm 10. You will dig into it. The digging amount here is about 1μm
Since it is as small as not more than the extent, even when digging by wet etching using a hydrogen fluoride solution, variation in the digging amount in the wafer surface can be extremely reduced.
【0026】さらに、電極材料となる多結晶シリコン膜
を約300nmの厚さに堆積し、図5(c)及び図8
(c)に示すように、フォトエッチングの手法を用いて
所望の電極形状に加工することで電極15を形成する。
ここでは、不純物がドーピングされたポリシリコンを電
極15に使用したが、高融点金属を利用しても良いし、
窒化チタンのような導電性のセラミックスを電極15と
しても良い。その後、図5(d)及び図8(d)に示す
ように、電極15を保護するための絶縁膜を成膜した
後、これをパターニングして電極15表面に絶縁層17
を形成する。Further, a polycrystalline silicon film serving as an electrode material is deposited to a thickness of about 300 nm,
As shown in (c), the electrode 15 is formed by processing it into a desired electrode shape using a photoetching technique.
Here, polysilicon doped with impurities is used for the electrode 15, but a high melting point metal may be used.
A conductive ceramic such as titanium nitride may be used as the electrode 15. Thereafter, as shown in FIG. 5D and FIG. 8D, an insulating film for protecting the electrode 15 is formed and then patterned to form an insulating layer 17 on the surface of the electrode 15.
To form
【0027】次に、図7(a)及び図9(a)に示すよ
うに、吐出室6及び振動板10を形成する流路基板1と
なる第一基板21として、p型の極性を持ち、(11
0)の結晶面方位を持つ両面研磨したシリコンウエハを
用いて、この第一基板21の接合面となる両面には高濃
度ボロン拡散層25を形成した。ここでは、第一基板2
1に高濃度(5×1019原子/cm3以上の濃度)のホ
ウ素を注入した後、これを活性化し、振動板10の厚さ
となる深さまで拡散させている。Next, as shown in FIGS. 7A and 9A, the first substrate 21 serving as the flow path substrate 1 for forming the discharge chamber 6 and the diaphragm 10 has p-type polarity. , (11
Using a silicon wafer polished on both sides having a crystal plane orientation of 0), a high-concentration boron diffusion layer 25 was formed on both surfaces of the first substrate 21 which are to be bonded. Here, the first substrate 2
After implanting high-concentration boron (concentration of 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more) into 1, it is activated and diffused to the depth of the diaphragm 10.
【0028】なお、不純物であるボロンの注入方法とし
ては、ボロンガラスを用いた固体拡散法を用いたが、イ
オン注入法や、不純物ガラスの塗布法などで硼素を注入
して拡散させても良い。また、高濃度不純物基板(高濃
度ボロン拡散層)上にシリコンをエピ成長させた基板を
利用しても良い。As a method for implanting boron as an impurity, a solid diffusion method using boron glass is used, but boron may be implanted and diffused by an ion implantation method, an impurity glass coating method, or the like. . Alternatively, a substrate obtained by epitaxially growing silicon on a high-concentration impurity substrate (high-concentration boron diffusion layer) may be used.
【0029】次に、不純物を拡散した第一基板21の両
面をCMP(chemical-mechanical-polishing)などの
方法で鏡面研磨し、その表面粗さをRa値0.2nm以
下に加工する。これは、シリコンウェハの表面が不純物
の注入拡散によって荒れてしまうことを補正するための
もので、その研磨量は0.01μm程度で良い。この研
磨量は、シリコンウェハの最終研磨仕上げの工法と全く
同じであり、非常に精度良く仕上げることができる。Next, both surfaces of the first substrate 21 in which the impurities are diffused are mirror-polished by a method such as CMP (chemical-mechanical-polishing), and the surface roughness is processed to an Ra value of 0.2 nm or less. This is to correct that the surface of the silicon wafer is roughened by impurity implantation diffusion, and the polishing amount may be about 0.01 μm. This polishing amount is exactly the same as that of the final polishing and finishing method of the silicon wafer, and the polishing can be performed with very high precision.
【0030】続いて、電極15などを形成した2枚の第
二基板23、23と第一基板21をそれぞれRCA洗浄
などの基板洗浄法を用いて洗浄した後、硫酸と過酸化水
素水の熱混合液に浸漬し、接合面を親水化させることで
直接接合をし易い表面状態とする。そして、第一基板2
1の両面にそれぞれ電極15などを形成した第二基板2
3、23を接合する。このとき、これらの第二基板2
3、23及び第一基板23にはオリエンテーションフラ
ット部分を利用し、或いは、あらかじめアライメントマ
ークを準備しておくことで位置決めして接合する。Subsequently, the two second substrates 23, 23 on which the electrodes 15 and the like are formed, and the first substrate 21 are each cleaned by a substrate cleaning method such as RCA cleaning, and then the sulfuric acid and the hydrogen peroxide solution are heated. The surface is immersed in the mixed solution to make the bonding surface hydrophilic so that the surface can be directly bonded. And the first substrate 2
A second substrate 2 having electrodes 15 and the like formed on both surfaces of the substrate 1
3 and 23 are joined. At this time, these second substrates 2
Positioning and joining are performed by using an orientation flat portion on the third and third substrates 23 and the first substrate 23 or by preparing an alignment mark in advance.
【0031】そして、アライメントが完了した第一基板
21及び第二基板23,23を真空チャンバー中に導入
し、1×10-3mbar以下の真空度になるまで減圧す
る。続いて、第一基板21及び第二基板23,23のア
ライメントがずれない様な状態で、第一基板21及び第
二基板23,23を押さえつけることでプリ接合を完了
した。このとき、位置ずれしないように押さえると共
に、押圧力は基板に歪みを与えたり、位置ずれを起こさ
ない限り強く押さえることが重要である。Then, the first substrate 21 and the second substrates 23, 23 after the completion of the alignment are introduced into a vacuum chamber, and the pressure is reduced until the degree of vacuum becomes 1 × 10 −3 mbar or less. Subsequently, the pre-joining was completed by pressing down the first substrate 21 and the second substrates 23, 23 in a state where the alignment of the first substrate 21 and the second substrates 23, 23 did not shift. At this time, it is important that the substrate be pressed so as not to be displaced, and that the pressing force be strongly suppressed unless the substrate is distorted or displaced.
【0032】次いで、貼り合わせた第一基板21及び第
二基板23,23を窒素ガス雰囲気下で、900℃、2
時間焼成することで、図11(a)に示すように、第一
基板21及び第二基板23,23とを強固に接合した接
合部材26が得られる。このときの焼成温度は、800
〜1230℃の温度範囲であれば、後の切断研磨工程に
耐えうるだけの十分な強度を得ることができる。この温
度範囲では、電極材料の種類や、不純物の再拡散の発生
しない温度で選択して実施することができる。Next, the bonded first substrate 21 and the second substrates 23, 23 are heated at 900.degree.
By sintering for a time, as shown in FIG. 11A, a joining member 26 in which the first substrate 21 and the second substrates 23 are firmly joined is obtained. The firing temperature at this time is 800
Within a temperature range of 温度 1230 ° C., it is possible to obtain sufficient strength to withstand the subsequent cutting and polishing step. In this temperature range, it is possible to select and carry out the type of electrode material and the temperature at which re-diffusion of impurities does not occur.
【0033】次に、接合部材26を冷却した後、図11
(a)に示すような断面楔状のダイヤモンド工具28を
使用して、同図(b)に示すように第一基板21の外周
面に切断刃を案内するためのガイド溝29を形成した
後、同図(c)に示すような切断刃であるダイヤモンド
刃ホイール30を使用して、第一基板21の厚さ方向に
垂直な面に沿う方向、つまり、接合面に平行な方向に第
一基板21を切断する(切断後の第一基板21を「第一
基板半体31」という。)。Next, after cooling the joining member 26, FIG.
A guide groove 29 for guiding the cutting blade is formed on the outer peripheral surface of the first substrate 21 using a diamond tool 28 having a wedge-shaped cross section as shown in FIG. Using a diamond blade wheel 30, which is a cutting blade as shown in FIG. 3C, the first substrate 21 is moved in a direction along a plane perpendicular to the thickness direction of the first substrate 21, that is, in a direction parallel to the bonding surface. 21 is cut (the first substrate 21 after cutting is referred to as “first substrate half 31”).
【0034】これにより、同図(d)に示すように、同
時に、第二基板23に第一基板半体31が接合された部
材27が2枚得られる。なお、第一基板21の切断には
ダイヤモンド内周刃ホイール30を利用したが、ワイヤ
ーソウのような切断手段を用いることができる。As a result, as shown in FIG. 3D, two members 27 in which the first substrate half 31 is joined to the second substrate 23 are obtained at the same time. In addition, although the diamond inner peripheral blade wheel 30 was used for cutting the first substrate 21, a cutting means such as a wire saw can be used.
【0035】このように、吐出室6及び振動板10を形
成する第一基板21の両面に電極を設けた第二基板23
を積層して接合した後、第一基板21を積層方向に垂直
な面に沿って切断して分割することで、第一基板21の
厚みが半分になり、後の研削・研磨工程での削り代を少
なくすることができ、低コスト化を図れる。As described above, the second substrate 23 provided with electrodes on both surfaces of the first substrate 21 forming the discharge chamber 6 and the diaphragm 10
After laminating and joining, the first substrate 21 is cut along the plane perpendicular to the laminating direction and divided, whereby the thickness of the first substrate 21 is halved, and the first substrate 21 is cut in a later grinding / polishing process. Cost can be reduced and cost can be reduced.
【0036】また、第一基板21をダイヤモンド刃ホイ
ール30などの切断刃で切断する前に、予めダイヤモン
ド工具28などを使用して第一基板21の外周を第二基
板23の外径よりも小さく研削することで、切断時の切
断刃のぶれによる切断精度の低下を防止できる。しか
も、この場合、第一基板21の外周を第二基板23の外
径よりも小さくして、ダイヤモンド刃ホイール30を案
内するガイド溝29を形成することによって、ダイヤモ
ンド刃ホイール30を使用する際のぶれが更に低減して
切削精度が向上する。Before cutting the first substrate 21 with a cutting blade such as a diamond blade wheel 30, the outer periphery of the first substrate 21 is made smaller than the outer diameter of the second substrate 23 using a diamond tool 28 or the like in advance. By grinding, it is possible to prevent a decrease in cutting accuracy due to the movement of the cutting blade during cutting. Moreover, in this case, the outer circumference of the first substrate 21 is made smaller than the outer diameter of the second substrate 23, and the guide groove 29 for guiding the diamond blade wheel 30 is formed. Runout is further reduced and cutting accuracy is improved.
【0037】図6(b)及び図9(b)に戻って、上述
のようにして得られた第二基板23に第一基板半体31
を接合した部材27に対し、第一基板半体31の切断面
から研削、研磨、CMP等を行って第一基板半体31の
厚さを約100μmにまで薄くする。なお、このような
機械的、物理的或いは化学的手法によってウェハの厚さ
を薄くしても、直接接合した界面が剥離したり破壊され
ることはない。Referring back to FIGS. 6B and 9B, the first substrate half 31 is placed on the second substrate 23 obtained as described above.
Is cut from the cut surface of the first substrate half 31 to reduce the thickness of the first substrate half 31 to about 100 μm. Even if the thickness of the wafer is reduced by such a mechanical, physical or chemical method, the directly bonded interface is not separated or broken.
【0038】具体的には、第一基板半体31に対して液
室高さ95±5μmを狙って研磨した後、吐出室6の加
工を施しても何ら問題は生じなかった。このときの液室
高さは、液室が小さくなったことによる流体抵抗として
働く分と、隣り合うビット間のクロストークの影響を考
慮して決められる。これには、使用するインクの粘度
や、噴射するインク滴の滴量等から決まるため、一義的
には決めることができない。染料インクを用いた実験で
液室高さ50〜100μmの間、特に90μm付近で良
い特性を得ることができた。Specifically, there was no problem even if the discharge chamber 6 was processed after the first substrate half 31 was polished with a liquid chamber height of 95 ± 5 μm. The height of the liquid chamber at this time is determined in consideration of the amount acting as the fluid resistance due to the reduced liquid chamber and the influence of crosstalk between adjacent bits. Since this is determined by the viscosity of the ink to be used, the amount of ink droplets to be ejected, and the like, it cannot be uniquely determined. In an experiment using a dye ink, good characteristics could be obtained at a liquid chamber height of 50 to 100 μm, particularly around 90 μm.
【0039】続いて、第一基板半体31を熱処理して表
面にバッファ酸化膜を約50nmの厚さに形成し、更
に、後工程でのエッチングバリア層となるシリコン窒化
膜をCVDなどの方法で約100nmの厚さに形成す
る。そして、このシリコン窒化膜上にフォトレジスト膜
を形成し、フォトエッチングの手法を用いて、吐出室6
などを形成するためのパターニングを行って、フォトレ
ジスト膜のマスクを形成した。なお、第二基板23上の
電極15のパターンに対し赤外線アライメント方法など
を用いてマスクとの位置決めした。Subsequently, the first substrate half body 31 is heat-treated to form a buffer oxide film on the surface to a thickness of about 50 nm, and a silicon nitride film to be an etching barrier layer in a later step is formed by a method such as CVD. To a thickness of about 100 nm. Then, a photoresist film is formed on the silicon nitride film, and the discharge chamber 6 is formed by using a photo-etching technique.
A mask for a photoresist film was formed by performing patterning for forming a film. The pattern of the electrode 15 on the second substrate 23 was positioned with respect to the mask using an infrared alignment method or the like.
【0040】次いで、この第一基板半体31上のフォト
レジスト膜のマスクを用いて、上述したシリコン窒化膜
及びシリコン酸化膜を順次エッチングし、シリコン窒化
膜及びシリコン酸化膜による吐出室6などを形成するマ
スクを形成する。なお、分割したウェハ(第一基板半体
31)は、その結晶方向の関係で、それぞれの結晶面方
位に適合したフォトマスクを準備する必要がある。しか
し、基本パターンを対象形に変換するだけで良く、新規
に設計する必要はない。また、マスクコストも生産量に
反映させると、殆どコストアップにはならない。Next, using the mask of the photoresist film on the first substrate half 31, the silicon nitride film and the silicon oxide film described above are sequentially etched to form the discharge chamber 6 formed of the silicon nitride film and the silicon oxide film. A mask to be formed is formed. It is necessary to prepare a photomask suitable for each crystal plane orientation of the divided wafer (first substrate half 31) in relation to the crystal direction. However, it is only necessary to convert the basic pattern into a target shape, and there is no need to newly design. Further, if the mask cost is also reflected in the production amount, the cost hardly increases.
【0041】次に、この第二基板23を接合した第一基
板半体31を高濃度の水酸化カリウム溶液(例えば、8
0℃に加熱した30%濃度KOH溶液)中に浸漬し、シ
リコンの異方性エッチングを行うことで、図7(a)及
び図10(a)に示すように、吐出室6、共通液室7及
び電極パッド部15a部分などを形成する。このときの
エッチング深さは、エッチング液が高濃度ボロン拡散層
25に到達した時、エッチングレートが著しく低下する
ことで、ほぼ自動的に停止した状態になり、振動板10
が形成される。Next, the first substrate half 31 to which the second substrate 23 is bonded is placed in a high-concentration potassium hydroxide solution (for example, 8
(30% KOH solution heated to 0 ° C.) and anisotropically etching the silicon, as shown in FIGS. 7A and 10A, the discharge chamber 6 and the common liquid chamber. 7 and the electrode pad portion 15a are formed. At this time, when the etching solution reaches the high-concentration boron diffusion layer 25, the etching rate is remarkably reduced, so that the etching is stopped almost automatically.
Is formed.
【0042】なお、高濃度のアルカリ金属の水溶液を用
いてエッチングしたが、TMAH(テトラ・メチル・ア
ンンモニウム・ヒドロキシド)を使ったウェットエッチ
ングでも良い。この後、超純水を使ってリンス(時間約
10分)した後、スピン乾燥等で乾燥させる。続いて、
第一基板半体31の表面に耐インク膜1aを堆積した。Although the etching is performed using a high-concentration aqueous solution of an alkali metal, wet etching using TMAH (tetramethylammonium hydroxide) may be used. Then, after rinsing (time about 10 minutes) using ultrapure water, it is dried by spin drying or the like. continue,
An ink-resistant film 1a was deposited on the surface of the first substrate half 31.
【0043】この後、図8(b)及び図10(b)に示
すように、第一基板半体31上にシリコン基板からなる
ノズル板4を接合し、ノズル板4の表面に撥水処理を施
して、各ヘッドサイズに切り出して所望のインクジェッ
トヘッドを得た。Thereafter, as shown in FIGS. 8 (b) and 10 (b), the nozzle plate 4 made of a silicon substrate is bonded on the first substrate half 31, and the surface of the nozzle plate 4 is subjected to a water-repellent treatment. To obtain a desired ink jet head by cutting out each head size.
【0044】このインクジェットヘッドは、第二基板2
3と第一基板21がいずれもシリコンウェハであり、こ
れをシリコンの直接接合によって接合しているので、第
二基板23と第一基板21との間の熱膨張差がなくな
り、ヘッド製造プロセスでの熱履歴による歪みの発生が
無く、使用上の温度変化による基板歪み等が発生しない
ため印字特性が安定し、信頼性の高いヘッドを得ること
ができ、ラインヘッドと呼ばれる長尺ヘッド(例えば、
A4サイズヘッド)を作ることも可能となる。This ink jet head has a second substrate 2
Since the third substrate 21 and the first substrate 21 are both silicon wafers and are bonded by direct bonding of silicon, there is no difference in thermal expansion between the second substrate 23 and the first substrate 21 and the head manufacturing process There is no distortion due to the thermal history of the substrate, and no substrate distortion or the like due to a temperature change in use is generated, so that the printing characteristics are stable and a highly reliable head can be obtained, and a long head called a line head (for example,
(A4 size head).
【0045】次に、この製造工程における第一基板切断
工程の他の例について図12を参照して説明する。この
例では、同図(a)に示すように先端部が断面半円状の
ダイヤモンド工具40を用いて、同図(b)に示すよう
に第一基板21の外周面に断面半円状のガイド溝41を
研削形成したものである。Next, another example of the first substrate cutting step in this manufacturing step will be described with reference to FIG. In this example, a diamond tool 40 having a semicircular cross section is used as a tip as shown in FIG. 7A, and a semicircular cross section is formed on the outer peripheral surface of the first substrate 21 as shown in FIG. The guide groove 41 is formed by grinding.
【0046】このように、ダイヤモンド内周刃ホイール
のような切断工具で第一基板21を切断する前に、第一
基板21の外径を第二基板23の外形よりも小さく研削
し、更にダイヤモンド内周刃ホイールを案内するガイド
溝を形成することで、ダイヤモンド内周刃ホイール30
を使用する際のぶれを低減して切削精度を向上できるこ
とは前述したとおりである。As described above, before cutting the first substrate 21 with a cutting tool such as a diamond inner peripheral blade wheel, the outer diameter of the first substrate 21 is ground to be smaller than the outer diameter of the second substrate 23, and the diamond is further cut. By forming a guide groove for guiding the inner peripheral wheel, the diamond inner peripheral wheel 30 is formed.
As described above, it is possible to improve the cutting accuracy by reducing the runout when using.
【0047】しかも、第一基板21の外径を第二基板2
3の外形よりも小さく研削することにより、第一基板2
1と第二基板24との間の段差をなくすことができ、研
磨粉などの残留を防止することができるようになる。Further, the outer diameter of the first substrate 21 is
By grinding smaller than the outer shape of the first substrate 2, the first substrate 2
The step between the first substrate 24 and the second substrate 24 can be eliminated, and the residue of polishing powder and the like can be prevented.
【0048】すなわち、第13図(a)に第一基板21
及び第2基板23、23をなすシリコンウエハの端部を
拡大して示すように、これらの基板を接合した状態では
第一基板21と第2基板23、23との間に段差(凹
凸)が存在することになるが、同図(b)に示すように
第一基板21の外周を研削するときに第二基板23、2
3の一部をも研削することにより、第一基板21と第2
基板23、23との間に段差がなくなる。これにより、
段差に研磨粉などが残留することがなくなる。また、研
削面を1000番手程度の仕上げ研磨することにより、
再び半導体プロセスに戻すことも可能になる。That is, the first substrate 21 shown in FIG.
As shown in an enlarged manner, the ends of the silicon wafers forming the second substrates 23, 23 have a step (unevenness) between the first substrate 21 and the second substrates 23, 23 when these substrates are joined. However, when the outer periphery of the first substrate 21 is ground as shown in FIG.
The first substrate 21 and the second substrate 21 are also ground by partially grinding
There is no step between the substrates 23 and 23. This allows
Abrasive powder and the like do not remain on the step. Also, by finishing polishing the ground surface to about 1000 count,
It is also possible to return to the semiconductor process again.
【0049】次に、この製造工程における第一基板切断
工程の更に他の例について図14を参照して説明する。
ここでは、同図(a)に示すように、第一基板21と第
二基板23、23とを同一仕様で接合した3組の接合部
材26を積層し、マルチブレードの刃物42を用いて、
一度に3枚の第一基板21を切断することで、6組の部
材37を形成するようにしている。この場合、ウェハの
連接手段とオリエンテーションフラットなどの位置決め
精度が重要である。Next, still another example of the first substrate cutting step in this manufacturing step will be described with reference to FIG.
Here, as shown in FIG. 3A, three sets of joining members 26 in which the first substrate 21 and the second substrates 23, 23 are joined with the same specifications are stacked, and a multi-blade blade 42 is used to stack the joining members 26.
By cutting three first substrates 21 at a time, six sets of members 37 are formed. In this case, positioning accuracy of the wafer connecting means and the orientation flat is important.
【0050】このようにマルチブレードを用いて同時に
多数枚の第一基板を切断することによって、切断工程が
短縮し、ヘッドの更なる低コスト化を図れる。By simultaneously cutting a large number of first substrates by using the multi-blade, the cutting process can be shortened, and the cost of the head can be further reduced.
【0051】次に、本発明の第2実施形態に係るインク
ジェットヘッドの製造方法について説明する。なお、こ
の実施形態は第二基板として硼珪酸ガラスを用いたもの
である以外、工程は前記第1実施形態と同じであるの
で、図示を省略し、符号は第1実施形態と同様のものを
使用する。Next, a method for manufacturing an ink jet head according to a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is the same as the first embodiment except that borosilicate glass is used as the second substrate. Therefore, the illustration is omitted, and the reference numerals are the same as those in the first embodiment. use.
【0052】まず、市販の硼珪酸ガラス(たとえば、コ
ーニング社7740:商品名など)を第二基板23に用
いて、この第二基板23にフォトリリソグラフィーなど
の方法を用いて、フォトレジストを塗布し、電極15を
形成するためのパターニングを行い、このフォトレジス
トパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩
衝成分を含む弗化水素溶液(例えば、ダイキン工業製:
BHF-63U(商品名)など)を用いて、第二基板23に凹
部14を形成する。First, a commercially available borosilicate glass (for example, Corning 7740: trade name) is used for the second substrate 23, and a photoresist is applied to the second substrate 23 by a method such as photolithography. Patterning for forming the electrode 15, and using this photoresist pattern as a mask, a hydrogen fluoride solution containing a buffer component such as ammonium fluoride (for example, manufactured by Daikin Industries:
The recess 14 is formed in the second substrate 23 using BHF-63U (trade name).
【0053】このときの掘り込み量は電極材料の厚さ
と、電極15(実際には絶縁層17)と振動板10との
間に必要な空間量を足した分だけ掘り込むことになる。
このときの掘り込み量は約1μm程度以下と少ないの
で、等方性のエッチング特性をもつガラス基板であって
も、弗化水素溶液を用いたウェットエッチングによる掘
り込みにおいても、ウェハ面内の掘り込み量のばらつき
は極めて小さくできる。The digging amount at this time is digging by adding the thickness of the electrode material and the necessary space between the electrode 15 (actually, the insulating layer 17) and the diaphragm 10.
Since the digging amount at this time is as small as about 1 μm or less, the digging in the wafer surface can be performed even with a glass substrate having isotropic etching characteristics or with digging by wet etching using a hydrogen fluoride solution. The variation in the embedding amount can be extremely small.
【0054】次いで、電極材料となるニッケルをスパッ
タ法で第二基板23の全面に堆積させ、フォトレジスト
を成膜して、フォトエッチングの手法を用いて、電極を
形成するためのパターニングを行ってフォトレジストパ
ターンを形成し、これをマスクにして、ニッケルをエッ
チングすることで、所望の形状を有する電極15を形成
した。Next, nickel as an electrode material is deposited on the entire surface of the second substrate 23 by a sputtering method, a photoresist is formed, and patterning for forming an electrode is performed by using a photo-etching technique. An electrode 15 having a desired shape was formed by forming a photoresist pattern and using the mask as a mask to etch nickel.
【0055】次に、第一基板21の両面にガラス基板か
らなる第二基板23、23を陽極接合で接合した。具体
的には、各基板23、23をRCA洗浄で知られる基板
洗浄法を用いて洗浄し、接合面を親水化させることで陽
極接合をし易い表面状態とする。そして、電極15が形
成された第二基板23、23を、第一基板21のオリエ
ンテーションフラットなどを利用して、第一基板21の
両面に整合する。Next, second substrates 23, 23 made of a glass substrate were bonded to both surfaces of the first substrate 21 by anodic bonding. Specifically, each of the substrates 23, 23 is cleaned using a substrate cleaning method known as RCA cleaning, and the bonding surface is made hydrophilic so as to make the surface state easy for anodic bonding. Then, the second substrates 23 on which the electrodes 15 are formed are aligned on both surfaces of the first substrate 21 by utilizing the orientation flat of the first substrate 21 or the like.
【0056】そして、窒素ガス雰囲気下で、400℃程
度に加熱後、第一基板21のシリコンウェハを接地し、
第二基板23、23側に相対電位で350〜500Vの
電圧を印加し、陽極接合によって3枚の基板(1枚の第
一基板21と2枚の第二基板23、23)を同時に接合
して接合部材26を得る。この接合は、市販の陽極接合
装置(たとえば、エレクトリックビジョンズ社製EVシ
リーズ(商品名)など)を使って簡単に実施することが
できる。After heating to about 400 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, the silicon wafer of the first substrate 21 is grounded,
A voltage of 350 to 500 V as a relative potential is applied to the second substrates 23, 23, and three substrates (one first substrate 21 and two second substrates 23, 23) are simultaneously bonded by anodic bonding. Thus, the joining member 26 is obtained. This bonding can be easily performed using a commercially available anodic bonding apparatus (for example, EV Series (trade name) manufactured by Electric Visions Co., Ltd.).
【0057】その後、接合部材26を冷却し、取り出し
た後、第1実施形態と同様の方法で第一基板21を切断
して、第二基板23に第一基板半体31を接合した部材
27を二組作製し、第一基板半体31をエッチングして
吐出室6及び振動板10などを形成する。Then, after the joining member 26 is cooled and taken out, the first substrate 21 is cut in the same manner as in the first embodiment, and the member 27 in which the first substrate half 31 is joined to the second substrate 23 is cut. Are formed, and the first substrate half 31 is etched to form the discharge chamber 6, the vibration plate 10, and the like.
【0058】このように第二基板にガラス基板を用いる
ことで低コスト化を図れる。By using a glass substrate as the second substrate in this manner, cost reduction can be achieved.
【0059】次に、本発明の第3実施形態について説明
する。この実施形態は第1実施形態と基板切断工程が異
なるのみであるので、図示を省略する。この実施形態で
は、第1実施形態のようなガイド溝28を形成すること
なく、直接第一基板21をダイアモンド内周刃ホイール
30で切断した。Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment only in the substrate cutting process, and is not shown. In this embodiment, the first substrate 21 is directly cut by the diamond inner peripheral blade wheel 30 without forming the guide groove 28 as in the first embodiment.
【0060】この場合、ダイアモンド内周刃ホイール3
0の刃厚さは、切断するウェハ(第一基板21)の直径
や切断時の切削速度によって規定されるが、ここでは、
直径150mm、厚さ625μmのウェハを用いて、切
削送り速度50mm/minとし、ブレードの厚さは3
00μmのものを使用した。In this case, the diamond inner peripheral wheel 3
The blade thickness of 0 is defined by the diameter of the wafer (first substrate 21) to be cut and the cutting speed at the time of cutting.
Using a wafer with a diameter of 150 mm and a thickness of 625 μm, the cutting feed rate is 50 mm / min, and the thickness of the blade is 3
The thing of 00 μm was used.
【0061】このとき、第一基板21の削られ代はホイ
ール30のぶれ等のため323μmほどになり、直径1
50mm、厚さ625μmの第一基板21は、切断後に
第1基板半体31の厚さが約150μmになった。この
切削面には、シリコンの歪が内在するが、その厚さは約
30μmであり、液室高さ約100μmの厚さに研磨す
るのは、ちょうど良い量の削り代(研磨鏡面仕上げ量)
が残ることになる。At this time, the shaving allowance of the first substrate 21 is about 323 μm due to the deviation of the wheel 30 and the like, and the diameter of the first substrate 21 is 1 mm.
In the first substrate 21 having a thickness of 50 mm and a thickness of 625 μm, the thickness of the first substrate half 31 became about 150 μm after cutting. Although the silicon surface has an inherent strain in the cut surface, its thickness is about 30 μm, and polishing to a thickness of about 100 μm with a liquid chamber height requires an appropriate amount of polishing allowance (polishing mirror surface finishing amount).
Will remain.
【0062】そこで、CMPの手法を用いて第一基板半
体31の切断面を研磨した。現在のCMPの技術では、
0.01μm程度の研磨量で、研磨ばらつき0.008
μm程度に仕上げることができ、第二基板では非常に良
い平面が得られる。また、その表面粗さはRa値で、
0.1〜0.2nmと極めて平滑な面が得られるのであ
る。これによって、吐出室6を形成するためのフォトリ
ソグラフィーの精度を高めることができ、その後の異方
性エッチングでも結晶のみだれによるエッチング不良な
ども発生しない。Therefore, the cut surface of the first substrate half 31 was polished by the CMP method. With current CMP technology,
Polishing variation of 0.008 with a polishing amount of about 0.01 μm
It can be finished to about μm, and a very good plane can be obtained on the second substrate. The surface roughness is Ra value,
An extremely smooth surface of 0.1 to 0.2 nm can be obtained. As a result, the accuracy of photolithography for forming the discharge chamber 6 can be improved, and the subsequent anisotropic etching does not cause poor etching due to dripping of crystals.
【0063】なお、上記各実施形態ではインクジェット
ヘッドの製造方法に本発明を適用したが、その他の液滴
吐出ヘッド、例えば液体レジストなどを吐出させるヘッ
ドの製造方法にも同様に適用できる。In the above embodiments, the present invention is applied to a method of manufacturing an ink jet head. However, the present invention can be similarly applied to a method of manufacturing another droplet discharge head, for example, a head for discharging a liquid resist or the like.
【0064】[0064]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、吐出室及び振動板を形成する第一
基板の両面に電極を設けた第二基板を積層して接合した
後、第一基板を積層方向に垂直な面に沿って切断して分
割することで、第一基板の削られ代を少なくすることが
でき、低コストで信頼性の高いヘッドを得ることができ
る。As described above, according to the droplet discharge head of the present invention, the second substrate provided with electrodes on both surfaces of the first substrate forming the discharge chamber and the diaphragm is laminated and joined. Thereafter, by cutting and dividing the first substrate along a plane perpendicular to the laminating direction, it is possible to reduce the amount of shaving of the first substrate and obtain a highly reliable head at low cost. .
【0065】ここで、第一、第二基板がいずれもシリコ
ンウェハであり、両面に高濃度不純物層を形成した第一
基板と、接合面側に酸化膜を形成して、この酸化膜に凹
部を形成し、この凹部底面に電極を形成した第二基板と
を、シリコンの直接接合によって接合することにより、
第一、第二基板間の熱膨張差がなくなり、ヘッド製造プ
ロセスでの熱履歴による歪みの発生が無く、高密度ライ
ンヘッド(長尺ヘッド)を造った場合においても、使用
上の温度変化による基板歪み等が発生しないため印字特
性が安定し、信頼性の高いヘッドを得ることができる。Here, the first and second substrates are both silicon wafers, a first substrate having a high-concentration impurity layer formed on both surfaces, an oxide film formed on the bonding surface side, and a concave portion formed in the oxide film. Is formed, and the second substrate having the electrode formed on the bottom surface of the concave portion is bonded by direct bonding of silicon,
There is no difference in thermal expansion between the first and second substrates, no distortion due to heat history in the head manufacturing process, and even when a high-density line head (long head) is manufactured, it is affected by temperature changes during use. Since the substrate distortion does not occur, the printing characteristics are stable, and a highly reliable head can be obtained.
【0066】また、第一基板がシリコンウエハであり、
第二基板が硼珪酸ガラスであり、両面に高濃度不純物層
を形成した第一基板と、接合面側に凹部を形成し、この
凹部底面に電極を形成した第二基板とを陽極接合によっ
て接合することにより、低コスト化を図れる。Further, the first substrate is a silicon wafer,
The second substrate is made of borosilicate glass and has a high-concentration impurity layer formed on both surfaces, and a concave portion is formed on the bonding surface side, and a second substrate having an electrode formed on the bottom surface of the concave portion is bonded by anodic bonding. By doing so, cost reduction can be achieved.
【0067】さらに、分割した後の第一基板の切断面を
平面研削及び鏡面研磨して厚さ100μm以下に薄層化
することにより、微少な吐出室を形成することができる
とともに、異方性エッチングの時間を短縮することがで
き、更に吐出室高さが低いことで異方性エッチングの際
に面方位の関係で生じる斜面領域を小さくすることがで
きる。Further, by cutting the cut surface of the first substrate after the division into a layer having a thickness of 100 μm or less by surface grinding and mirror polishing, a minute discharge chamber can be formed, and The etching time can be shortened, and the slope area generated due to the plane orientation during anisotropic etching can be reduced due to the low discharge chamber height.
【0068】また、第一基板と第二基板とを接合した
後、第一基板の外径を第二基板の外形よりも小さく研削
することにより、ダイヤモンド内周刃ホイールなどの切
断具を使用する際のぶれを低減して切削精度を向上する
ことができる。After the first substrate and the second substrate are joined, the outer diameter of the first substrate is ground to be smaller than the outer diameter of the second substrate, thereby using a cutting tool such as a diamond inner peripheral wheel. It is possible to reduce runout and improve cutting accuracy.
【0069】さらに、第一基板の外周に切断刃を案内す
るガイド溝を形成することにより、切断具を使用する際
のぶれにより確実に低減することができて一層切削精度
が向上する。Further, by forming a guide groove for guiding the cutting blade on the outer periphery of the first substrate, it is possible to surely reduce the deviation caused by the use of the cutting tool, and the cutting precision is further improved.
【図1】本発明を適用した静電型インクジェットヘッド
の分解斜視説明図FIG. 1 is an exploded perspective view of an electrostatic inkjet head to which the present invention is applied.
【図2】同ヘッドの透過状態で示す上面説明図FIG. 2 is an explanatory top view showing the transmission state of the head.
【図3】同ヘッドの振動板長手方向の模式的断面説明図FIG. 3 is a schematic cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm.
【図4】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大模式的断
面説明図FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of a main part of the head in the transverse direction of the diaphragm.
【図5】本発明の第1実施形態に係る同ヘッドの製造工
程を説明する振動板短手方向の説明図FIG. 5 is an explanatory view in a lateral direction of a diaphragm for explaining a manufacturing process of the head according to the first embodiment of the present invention.
【図6】同製造工程を説明する振動板短手方向の説明図FIG. 6 is an explanatory view in the transverse direction of the diaphragm for explaining the manufacturing process.
【図7】同製造工程を説明する振動板短手方向の説明図FIG. 7 is an explanatory view in the lateral direction of the diaphragm for explaining the manufacturing process.
【図8】同製造工程を説明する振動板長手方向の説明図FIG. 8 is an explanatory view in the longitudinal direction of the diaphragm for explaining the manufacturing process.
【図9】同製造工程を説明する振動板長手方向の説明図FIG. 9 is an explanatory view in the longitudinal direction of the diaphragm for explaining the manufacturing process.
【図10】同製造工程を説明する振動板長手方向の説明
図FIG. 10 is an explanatory view in the longitudinal direction of the diaphragm for explaining the manufacturing process.
【図11】同製造工程の第一基板切断工程を説明する説
明図FIG. 11 is an explanatory view illustrating a first substrate cutting step of the manufacturing process.
【図12】同製造工程の第一基板切断工程の他の例を説
明する説明図FIG. 12 is an explanatory view illustrating another example of the first substrate cutting step of the manufacturing process.
【図13】同第一基板切断工程の作用説明に供する説明
図FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the operation of the first substrate cutting step;
【図14】同製造工程の第一基板切断工程の更に他の例
を説明する説明図FIG. 14 is an explanatory view illustrating still another example of the first substrate cutting step of the manufacturing process.
1…流路基板、2…電極基板、3…ノズル板、4…ノズ
ル、6…吐出室、7…流体抵抗部、8…共通吐出室、1
0…振動板、14…凹部、23…第二基板、23…第一
基板、25…高濃度ボロン拡散層、31…第一基板半
体、29、41…ガイド溝。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path board, 2 ... Electrode board, 3 ... Nozzle plate, 4 ... Nozzle, 6 ... Discharge chamber, 7 ... Fluid resistance part, 8 ... Common discharge chamber, 1
0: diaphragm, 14: recess, 23: second substrate, 23: first substrate, 25: high-concentration boron diffusion layer, 31: first substrate half, 29, 41: guide groove.
Claims (6)
する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で
変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法
において、前記吐出室及び振動板を形成する第一基板の
両面に前記電極を設けた第二基板を積層して接合した
後、前記第一基板を積層方向に垂直な面に沿って切断し
て分割することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方
法。A nozzle for discharging droplets, a discharge chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the discharge chamber, and an electrode opposed to the diaphragm; In the method of manufacturing a droplet discharge head that discharges droplets by deforming in the above, after laminating and joining the second substrate provided with the electrodes on both surfaces of the first substrate forming the discharge chamber and the diaphragm, A method of manufacturing a droplet discharge head, comprising cutting and dividing a first substrate along a plane perpendicular to a lamination direction.
方法において、前記第一、第二基板がいずれもシリコン
ウェハであり、両面に高濃度不純物層を形成した前記第
一基板と、接合面側に酸化膜を形成して、この酸化膜に
凹部を形成し、この凹部底面に前記電極を形成した第二
基板とを、シリコンの直接接合によって接合することを
特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。2. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein the first and second substrates are both silicon wafers, and the first substrate has a high concentration impurity layer formed on both surfaces thereof. A droplet discharge, wherein an oxide film is formed on the bonding surface side, a concave portion is formed in the oxide film, and the second substrate having the electrode formed on the bottom surface of the concave portion is bonded by direct bonding of silicon. Head manufacturing method.
方法において、前記第一基板がシリコンウエハであり、
前記第二基板が硼珪酸ガラスであり、両面に高濃度不純
物層を形成した前記第一基板と、接合面側に凹部を形成
し、この凹部底面に前記電極を形成した第二基板とを陽
極接合によって接合することを特徴とする液滴吐出ヘッ
ドの製造方法。3. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein the first substrate is a silicon wafer,
The second substrate is borosilicate glass, the first substrate having a high-concentration impurity layer formed on both surfaces thereof, a concave portion formed on the bonding surface side, and the second substrate having the electrode formed on the bottom surface of the concave portion is formed as an anode. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising joining by joining.
吐出ヘッドの製造方法において、前記分割した後の第一
基板の切断面を平面研削及び鏡面研磨して厚さ100μ
m以下に薄層化することを特徴とする液滴吐出ヘッドの
製造方法。4. The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein the cut surface of the divided first substrate is subjected to surface grinding and mirror polishing to a thickness of 100 μm.
m. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:
吐出ヘッドの製造方法において、前記第一基板と第二基
板とを接合した後、前記第一基板の外径を第二基板の外
形よりも小さく研削することを特徴とする液滴吐出ヘッ
ドの製造方法。5. The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein after the first substrate and the second substrate are joined, the outer diameter of the first substrate is changed to the second substrate. A method for manufacturing a droplet discharge head, characterized in that grinding is performed so as to be smaller than the outer shape of the droplet discharge head.
吐出ヘッドの製造方法において、前記第一基板の外周に
切断刃を案内するガイド溝を形成することを特徴とする
液滴吐出ヘッドの製造方法。6. The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein a guide groove for guiding a cutting blade is formed on an outer periphery of the first substrate. Head manufacturing method.
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- 2000-09-13 JP JP2000277612A patent/JP2002086738A/en active Pending
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