JP2005114431A - 液体吐出ヘッド及び該ヘッドを備えた液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定、かつ継続して液体の吐出を行えるようにする。
【解決手段】 液体吐出ヘッドは、液体が供給される液体供給口１０８と、液体が吐出される液体吐出口１０６と、液体供給口と液体吐出口とを接続して液体が通過する流路１０７と、流路内に設けられて流路内の液体に吐出エネルギを与えて吐出口から液体を吐出させるヒータ１０２と、を備え、液体供給口は、多角形に形成されて、多角形の１つの角１０８ａが液体吐出口の近傍に位置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、例えば、複数の液体吐出口とそれぞれの液体吐出口に対応する液体供給口とを備えて、各液体吐出口に供給された液体を吐出する液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置とに関する。

液体を吐出する方式には、ヒータの熱により液体を吐出するサーマル液体吐出方式と、ピエゾ素子に電圧を印加して生じるピエゾ素子の変形を利用して液体を吐出するピエゾ液体吐出方式等がある。サーマル液体吐出方式はピエゾ液体吐出方式と比較して構造が簡単であるため、液体吐出ヘッドの小型化に適して、多ノズル化に向いている。

例えば、プローブアレイを作る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルの数が多いことが望まれている。なお、プローブとは、特定の標的物質に対して特異的に結合可能なものである。例えば、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸の場合は、標的核酸の有する塩基配列と相補的な配列をプローブが有することで、これらのハイブリッド体を形成し得るものである。プローブとしては、オリゴヌクレオチド、その他の核酸（ｃＤＮＡなど）、ペプチド核酸（ＰＮＡ）などの核酸アナログ、オリゴペプチド、タンパク質などが用いられる。ガラス基板等の固相担体表面に、該プローブをアレイ状に固定化したものをプローブアレイといい、該プローブアレイは、例えば、プローブを含む溶液(プローブ溶液)を担体上に付与し、プローブを担体に固定化させることにより製造される。

また、液体吐出ヘッドによって、異なったプローブを配置したプローブアレイを作る場合、各ノズルから異なったプローブ溶液を吐出するが、１枚のプローブアレイを作るに、各ノズルからは１回しかプローブ溶液の吐出が行われない。さらに、各プローブ溶液が吐出される位置も決まっている。

つまり、プローブアレイを作る液体吐出ヘッドは、ガラス基板上にプローブ溶液を所定の位置に単に吐出するだけであるので、インクを紙面に吐出して紙面に画像を形成する印刷とは異なって、必ずしも複雑な吐出制御を行う必要がなく、簡単な構造でよいことになっている。

したがって、プローブアレイを作る液体吐出ヘッドとしては、より構造が簡単で、かつ低コストで歩留まりの高い液体吐出ヘッドであることが望まれている。

そのような液体吐出ヘッドとして、図１３に示すサーマル液体吐出方式の液体吐出ヘッドが最適である。

図１３は、従来の液体吐出ヘッドを構成する半導体チップの表面（下面）の模式図である。半導体チップには、後述する液体吐出口、流路部である流路等を形成してある。なお、図１３は、実際には異なる平面状に形成してある各構成要素を同一平面上にあるかのように描いてある模式図である。図１４は、図１３中、符号Ａで指示した丸で囲んだ液体吐出口近傍部分の拡大図である。

図１５は、図１４中、Ｂ―Ｂ矢視断面図である。なお、図１５は、図１３、図１４との関係上、液体吐出口６を上向きに図示して、液体供給口８を下向きに図示してあるが、実際には、天地逆になって、液体吐出口６が下向きになり、液体供給口８が上向きになって、液体供給口８にプローブ溶液が矢印Ｃ方向から供給されるようになっている。

図１６は、図１３に示した半導体チップの裏面（上面）の模式図である。また、図１６は、半導体チップをプローブ溶液が供給される側から見た図でもある。

液体吐出ヘッドは、半導体チップ２２を、例えば、図１１、図１２に示すように、複数枚配列して形成されている。以下、「プローブ溶液」を「液体」と称する。

図１３、図１４に示すように、半導体チップ２２は、ノズル板１２とシリコン基板１とを重ねて形成してある。シリコン基板１には、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＡｌ等から成るヒータ２を設けてある。また、シリコン基板１には、裏面から表面に液体を供給するための液体供給口８等を形成してある。ノズル板１２とシリコン基板１との間には、ヒータ２に接続してあるアルミニウムや銅等からなる第１の配線３及び第２の配線４を設けてある。第１、第２の配線３，４の一端は、パッド５に接続してある。パッド５は、半導体チップ２２と外部とを電気的に接触するようになっている。ノズル板１２には、液体が吐出される液体吐出口６と、この液体吐出口６に液体を案内して、一時的に溜めておく流路部である流路７とを形成してある。

図１５において、液体供給口８、流路７、及び液体吐出口６は、ノズル１３を形成している。

半導体チップ２２は、図１６において横方向に液体供給口８を間隔約１．２７ｍｍ（２０ｄｐｉ相当）で８個配列し、横方向で８個１組のノズル群を図１６において縦方向に５組、約１００ｄｐｉオフセットして配列してある。また、隣接するノズル群の間隔も約２０ｄｐｉに設定してある。半導体チップ２２の長辺方向の長さは約１２ｍｍ、短辺方向の長さは約７ｍｍである。１つの半導体チップ２２の液体吐出口６及び液体供給口８の数は４０個である。

液体供給口８は、図１５に示したように、シリコン基板１の表面１ａに対して、約５４．７度の角度に傾いた４つの側壁８ｃによって四角錐台に開口して、液体を受け入れやすい形状に形成してある。

図１５に示す例では、シリコン基板１の表面１ａでの液体供給口８の四角の１辺の長さは約１００μｍに設定してあり、シリコン基板１の厚みを約６２５μｍに設定してある。したがって、シリコン基板１の裏面１ｂ（図１６参照）における液体供給口８の四角の１辺の長さは約１ｍｍになる。

この寸法関係の液体供給口８では、容積が約０．２３μｌ（マイクロリットル）であり、ノズル１３からの吐出量を約２４ｐｌ（ピコリットル）とすると、この容積は、約９６００枚のプローブアレイを作製できる量に相当する。

従来の液体吐出ヘッドの他の例として、インクジェットヘッドがある。このインクジェットヘッドも、シリコン基板１の裏面側に設けた不図示のインクタンクからヒータ２へ液体であるインクを導くための液体供給口８を形成してある。しかし、プローブアレイ調整用ヘッドは、インクジェットヘッドと異なって、液体の吐出量の総量が少ないため、液体供給口８を液体のリザーバとしても使用することができるようになっている。なお、リザーバとは、一般に、液体供給口８の容積を多くするため、液体供給口８の開口部の周囲を取り囲んだ枠のような物であるが、液体の吐出量の総量が少ない場合、液体が液体供給口８の側壁８ｃに溜まることなく、或いは側壁８ｃの途中にまで溜まるので、液体供給口８の側壁８ｃ全体が、あるいは側壁８ｃの残りの部分がリザーバの役目をすることになる。

以上説明したように、従来の液体吐出ヘッドは、例えば、プローブアレイを作るのに使用した場合、多数の液体供給口にそれぞれ異なった多種の液体を不図示のマイクロディスペンサー等によって注入されて、その後、その液体を加圧もしくは吸引して液体吐出ヘッドで通常行われるような液体の充填、回復動作を行って、流路及び液体吐出口に液体を充填し、液体吐出口から液体を吐出するようになっている。

しかし、液体供給口及びリザーバに注入された液体の容積は極わずかである。このため、液体吐出ヘッドは、液体を液体吐出ヘッドの一例である通常のインクジェットヘッドにおけるインクの充填、回復と同様な動作で使用した場合、液体供給口及びリザーバの液体が直ぐになくなってしまい、液体の吐出ができなくなるという問題点があった。

そこで、流路及び液体吐出口への液体の充填には、極微量の液体しか使用することのできない従来の形状の液体吐口、流路等を使用することになるが、液体供給口に対する液体吐出口の位置関係が最適とは言えず、極微量の液体を加圧したり、吸引したりする動作時に、完全に流路内から不用な泡を排出して液体を充填することは不可能であった。

このため、従来の液体吐出ヘッドは、リザーバの容積を大きくしたり、頻繁に液体を供給しなければならなかったりして、流路内の泡により、液体の吐出が不安定であるという問題を抱えていた。

本発明は、極少量の液体の加圧、吸引においても、ノズル内の泡を確実に除去することができて、安定、かつ継続して液体の吐出を行う、安価、小型、簡単な構造の液体吐出ヘッドを提供することを目的としている。

より具体的には、本発明は、それぞれ異なる多種の液体を、間隔を狭めて高密度に吐出する必要のある、例えば、プローブアレイの作成時に、その液体の吐出を、より高い再現性をもって、しかも、多数枚の基板である例えばガラス基板に対して簡便に行うことのできる液体吐出ヘッドを提供することを目的としている。

本発明は、上記の液体吐出ヘッドを装備して、液体を高密度に、かつ確実に吐出する液体吐出装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体が供給される液体供給口と、前記液体が吐出される液体吐出口と、前記液体供給口と前記液体吐出口とを接続して前記液体が通過する流路部と、前記流路部内に設けられて前記流路部内の液体に吐出エネルギを与えて前記液体吐出口から前記液体を吐出させる吐出手段と、を備え、前記液体供給口は、多角形に形成されて、前記多角形の１つの角が前記液体吐出口の近傍に位置している。

本発明の液体吐出ヘッドにおける前記液体吐出口は、前記液体供給口の中心を通る前記液体供給口の対角線の延長線上に位置している。

本発明の液体吐出ヘッドにおける前記液体吐出口は、複数備えられ、前記液体吐出口毎に、前記流路部、発熱素子、及び前記液体供給口を備えている。

本発明の液体吐出ヘッドにおける前記液体吐出口は、四角形である。

本発明の液体吐出ヘッドにおける前記流路部の内周壁は、前記液体供給口の角を形成する辺に沿った前記液体吐出口側の２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する反対側の側壁とで形成されている。

本発明の液体吐出ヘッドにおける前記反対側の側壁は、前記２つの側壁から延びて円弧状に形成されている。

本発明の液体吐出ヘッドにおける前記流路部の内周壁は、前記液体供給口の辺に沿った複数の側壁で形成されている。

本発明の液体吐出ヘッドにおける前記側壁の交差部は、円弧状に形成されている。

本発明の液体吐出ヘッドにおける前記流路部の内周壁は、前記液体供給口の周囲に形成された円形状の側壁である。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出装置は、被吐出体に液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給手段と、を備え、前記液体吐出ヘッドは、上記いずれか１つの液体吐出ヘッドである。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体供給口が多角形に形成されて、多角形の１つの角が液体吐出口の近傍に位置しているので、簡単な構成で、極微量の液体の流れにともなって流路部内の泡を除去することができて、液体吐出口からの液体吐出が不吐出になったり、吐出方向が乱れたり、吐出量が変化したりするという、不安定な液体の吐出の発生を防止できて、安定した状態で連続して液体の吐出を行うことができる。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体供給口が多角形に形成されて、多角形の１つの角が液体吐出口の近傍に位置していることによって、それぞれ異なる多種の液体を、間隔を狭めて高密度に吐出する必要のある、例えば、プローブアレイの作成時に、その液体の吐出を、より高い再現性をもって、しかも、多数枚数の被吐出体である例えばガラス基板に対して簡便に行うことができる。

本発明の液体吐出ヘッドにおいて、液体供給口を液体供給口の対角線の延長線上に位置するようにすると、液体が対角線を中心にして両側から略均等に液体吐出口に流れるので、液体を安定した状態で吐出することができる。

本発明の液体吐出ヘッドにおいて、側壁を円弧状に形成すると、泡の発生、泡だまりを抑制することができて、液体吐出口からの液体吐出が不吐出になったり、吐出方向が乱れたり、吐出量が変化したりするという、不安定な液体の吐出の発生を防止して、安定した状態で連続して液体の吐出を行うことができる。

本発明の液体吐出ヘッドにおいて、側壁の角を円弧状に形成すると、泡の発生、泡だまりを抑制することができて、液体吐出口からの液体吐出が不吐出になったり、吐出方向が乱れたり、吐出量が変化したりするという、不安定な液体の吐出の発生を防止して、安定した状態で連続して液体の吐出を行うことができる。

本発明の液体吐出ヘッドにおいて、内周を円形状の側壁にすると、泡の発生、泡だまりを抑制することができて、液体吐出口からの液体吐出が不吐出になったり、吐出方向が乱れたり、吐出量が変化したりするという、不安定な液体の吐出の発生を防止して、安定した状態で連続して液体の吐出を行うことができる。

上記目的を達成するため、本発明の液体供給装置は、上記の液体吐出ヘッドを装備しているので、液体を高密度に、かつ確実に吐出することができる。

以下、本発明の実施形態の液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドを装備した液体吐出装置の一例であるプローブアレイ製造装置とを図に基づいて説明する。なお、本実施形態では、液体吐出装置の一例としてプローブアレイ製造装置を取り上げているため、液体の一例としてプローブを取り上げているが、液体はプローブに限定されるものではない。また、本実施形態における数値は、あくまでも参考数値であって、本発明を限定する数値ではない。

（プローブアレイ製造装置）
図９は、本発明の実施形態の液体吐出ヘッドを装備したプローブアレイ製造装置の全体斜視図である。図１０は、プローブアレイ製造装置の動作説明用の平面図である。図１１は、液体吐出ヘッドの下面図である。図１２は、複数の半導体チップを基板の取り付け孔に挿入して液体吐出ヘッドを製作するときの斜視図である。

プローブアレイ製造装置１３１は、装置ベ−ス１３２、被吐出体である例えば担体１４２を支持する担体支持台１３３、液体吐出ユニット１４０を支持する液体吐出ユニット支持台１３４、及び、液体供給手段の一例であるプローブ溶液供給ユニット１３５等を備えている。担体１４２は、具体的には、プローブ溶液を吐出される方形状のガラス基板である。

担体支持台１３３は、装置ベース１３２上の案内ガイド１５１に案内されて矢印Ｘ方向に往復移動するようになっている。液体吐出ユニット支持台１３４は、装置ベース１３２上の案内ガイド１５２に案内されて矢印Ｙ方向に移動する移動体１５３に支持されて移動体１５３とともに矢印Ｙ方向に往復移動するようになっている。液体吐出ユニット支持台１３４は、本発明の実施形態の液体吐出ヘッド１２１，２２１，３２１の内、いずれか１つの液体吐出ヘッドを備えた液体吐出ユニット１４０を支持している。したがって、液体吐出ヘッドは矢印Ｙ方向に往復移動するようになっている。なお、矢印Ｘと矢印Ｙは、互いに交差する方向、好ましくは直交する方向に向いている。

プローブ溶液供給ユニット１３５は、装置ベース１３２に立設した一対の支持板１５４に渡した一対のガイドシャフト１５５に案内されて矢印Ｘ方向に往復移動できるようになっている。プローブ溶液供給ユニット１３５は、プローブ貯留部１３９に貯留してあるプローブ溶液をエアチューブ１３７による加圧によって、あるいは、液体吐出ヘッド１２１に設けた不図示の吸引手段による減圧によって、滴下ニードル１３８から液体吐出ヘッド１２１に供給するようになっている。また、プローブ溶液供給ユニット１３５には、プローブ貯留部１３９に塵埃が侵入しないようにユニット蓋１３６を設けてある。

したがって、プローブアレイ製造装置１３１は、プローブ溶液供給ユニット１３５の矢印Ｘ方向への移動と、液体吐出ユニット１４０の矢印Ｙ方向への移動とによって、プローブ溶液供給ユニット１３５から液体吐出ヘッド１２１の後述する液体供給口１０８（図１参照）にプローブ溶液を供給し、液体吐出ユニット支持台１３４の矢印Ｙ方向への移動と担体支持台１３３の矢印Ｘ方向への移動とによって、液体吐出口１０６から担体１４２上にプローブ溶液を吐出することで、担体１４２にプローブ溶液を付与するようになっている。

プローブアレイ製造装置１３１の液体吐出ユニット１４０に組み込まれている液体吐出ヘッド１２１（２２１，３２１）は、図１１、図１２に示すように、窓枠状に取り付け孔１２５を形成したアルミナ、樹脂等からなる基板１２４の取り付け孔１２５に後述する半導体チップ１２２（２２２，３２２）を組み込んで形成されている。各半導体チップは、各半導体チップの後述するパッド１０５（図３、図４参照）を不図示のフレキシブル配線基板に接続して電気的に外部に接続してある。

本実施形態の液体吐出ノズル１２１（２２１，３２１）は、基板１２４に半導体チップ１２２（２２２，３２２）を５行５列に配置され、１つの半導体チップ１２２（２２１，３２１）に４０個の液体吐出口１０６を形成してあるので、都合１０００個の液体吐出口１０６を有している。

なお、液体を吐出する方式には、ヒータの熱により液体を吐出するサーマル液体吐出方式と、ピエゾ素子に電圧を印加して生じるピエゾ素子の変形を利用して液体を吐出するピエゾ液体吐出方式等がある。サーマル液体吐出方式はピエゾ液体吐出方式と比較して構造が簡単であるため、液体吐出ヘッドの小型化に適して、多ノズル化に向いている。

本実施形態のプローブアレイ製造装置１３１に使用されるプローブアレイを作る液体吐出ヘッドには、ノズルの数が多いことが望まれているため、サーマル液体吐出方式を採用している。この液体吐出ヘッドは、異なった液体が配置されているプローブアレイを作製する場合、各ノズルから異なった液体を吐出するが、１枚のプローブアレイを作るのにあたって、各ノズルからは１回しか吐出が行われず、また液体が配置される位置も決まっている。

つまり、プローブアレイ調整用の液体吐出ヘッドは、紙面への印刷と異なって、必ずしも複雑な吐出の制御を必要としない。

したがって、本実施形態のサーマル液体吐出方式の液体吐出ヘッドは、構造が簡単で、かつ低コストで歩留まりの高い液体吐出ヘッドである。なお、本実施形態の液体吐出ヘッドは、サーマル液体吐出方式に限定されるものではなく、ピエゾ液体吐出方式を採用してもよい。

なお、以下に説明する液体吐出口１０６、流路１０７，２０７，３０７、液体供給口１０８は、各実施形態の液体吐出ヘッド１２１，２２１，３２１の構成を理解しやすくするため、各半導体チップ１２２，２２２，３２２の大きさに対して大きめに図示してある。

なお、図９、図１０に示すプローブアレイ製造装置１３１は、液体吐出ヘッドと、プローブアレイとなるガラス基板である担体１４２との双方を移動させて、液体吐出ヘッドからガラス基板に液体を吐出するようになっているが、液体吐出ヘッドとガラス基板とのいずれか一方のみ、Ｘ方向とＹ方向との両方に移動できるようにして、プローブアレイを作るようにしてもよい。

また、複数個分の大きさのプローブアレイとなる大きなガラス基板に液体を吐出して、その大きな基板をプローブアレイ１個分の大きさに切断して、プローブアレイを得てもよい。

（第１実施形態の液体吐出ノズル）
図１は、本発明の第１実施形態の液体吐出ヘッドのノズル部分の概略図である。図１（ａ）は平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）中、Ｄ―Ｄ矢視断面図である。なお、図１（ｂ）は、後述する図２乃至図５との関係上、液体吐出口１０６を上向きに図示して、液体供給口１０８を下向きに図示してあるが、実際には、天地逆になって、液体吐出口１０６が下向きになり、液体供給口１０８が上向きになって、液体供給口１０８にプローブ溶液が供給されるようになっている。

図２は、半導体チップの裏面（上面）の模式図である。また、図２は、半導体チップをプローブ溶液が供給される側から見た図でもある。

図３は、サーマル液体吐出方式の液体吐出ヘッドを構成する半導体チップの表面（下面）の模式図である。半導体チップには、後述する液体吐出口、流路等を形成してある。なお、図３は、実際には異なる平面状に形成してある各構成要素を同一平面上にあるかのように描いてある模式図である。

図４は、サーマル液体吐出方式の液体吐出ヘッドを構成する半導体チップの表面図（下面図）である。

図５は、図３中、符号Ｅで指示した丸で囲んだ液体吐出口近傍部分の拡大図である。

（構成の説明）
本実施形態の液体吐出ヘッド１２１は、図１１、図１２に示すように複数の半導体チップ１２２を有してい、図９に示すプローブアレイ製造装置１３１の液体吐出ユニット１４０に組み込まれて使用されるようになっている。

液体吐出ヘッド１２１を構成する半導体チップ１２２は、ノズル板１１２とシリコン基板１０１とを重ねて形成してある。シリコン基板１０１には、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＡｌ等から成る吐出手段である例えばヒータ１０２を設けてある。また、シリコン基板１０１には、裏面１０１ｂから表面１０１ａに液体である例えば、プローブ溶液を供給するための液体供給口１０８等を形成してある。ノズル板１１２とシリコン基板１０１との間には、ヒータ１０２に接続してあるアルミニウムや銅等からなる第１の配線１０３及び第２の配線１０４を設けてある。第１、第２の配線１０３，１０４の一端には、半導体チップ１２２を外部に電気的に接触するパッド１０５を設けてある。ノズル板１１２には、液体が吐出される液体吐出口１０６と、この液体吐出口１０６に液体を案内して一時的に溜めておく流路部である例えば流路１０７とを形成してある。液体供給口１０８は、後述する、シリコンの異方性エッチングにより製造される。

図１において、液体供給口１０８、流路１０７、及び液体吐出口１０６は、ノズル１１３を形成している。

半導体チップ１２２には、図２において横方向に液体供給口１０８を間隔約１．２７ｍｍ（２０ｄｐｉ相当）で８個配列し、そして、横方向で８個１組のノズル群が、図２において縦方向に５組、１００ｄｐｉオフセットして配列してある。また、隣接するノズル群の間隔も２０ｄｐｉに設定してある。図３に示すように、液体吐出口１０６も液体供給口１０８と同様に縦横に配列してある。

１組の液体吐出口１０８に含まれる８個のヒータ１０２は、一対の、第１の配線１０３および第２の配線１０４によって接続されている。ヒータ１０２は、図５に示すように、その両端を第１および第２の配線１０３，１０４に接続されている。図２に示すように、半導体チップ１２２の長辺方向の長さは約１２ｍｍ、短辺方向の長さは約７ｍｍである。１つの半導体チップ１２２のノズル数は４０個である。そして、半導体チップ１２２は、図１１、図１２に基づいて前述したように、基板１２４の取り付け孔１２５に２５個設けられて、液体吐出ヘッド１２１を形成している。

半導体チップ１２２は、あらかじめ吐出口１０６、流路１０７を形成してあるノズル板１１２を半導体基板であるシリコン基板１０１に貼り付けて形成してもよいし、フォトリソグラフィー技術を用いて半導体プロセスの延長で形成してもよい。フォトリソグラフィー技術は、露光装置を利用してシリコン基板１０１に選択的に光を照射して、液体供給口１０８を形成する技術である。

特に、半導体チップ１２２をより大きな面積に製作する必要があるとき、液体吐出口１０６および流路１０７を形成してあるノズル板１１２をシリコン基板１０１に貼り付ける方法では、半導体チップ１２２の製作が困難であるため、フォトリソグラフィー技術を用いた製法で製作するのが好ましい。

液体供給口１０８は、ＴＭＡＨ溶液（シリコンのエッチング溶液）を用いたシリコンの異方性エッチングにより作製され、図１（ｂ）、図２に示したように、シリコン基板１０１の表面１０１ａに対して、約５４．７度の角度に傾いた４つ側壁１０８ｃによって四角錐台に開口して、液体を受け入れやすい形状に形成してある。

図１（ｂ）、図２に示すようにシリコン基板１０１の表面１０１ａでの液体供給口１０８の四角の１辺の長さは約１００μｍに設定してある。したがって、シリコン基板１０１の厚みが約６２５μｍであるので、シリコン基板１０１の裏面１０１ｂ（図２参照）における液体供給口１０８の四角の１辺の長さは約１ｍｍとなる。

本実施形態の液体吐出ヘッド１２２は、プローブアレイを作るためのヘッドであるので、液体の吐出量の総量が少ないため、液体供給口１０８を液体のリザーバとして使用することができるようになっている。なお、リザーバとは、一般に、液体供給口１０８の容積を多くするため、液体供給口１０８の開口部の周囲を取り囲んだ枠のような物であるが、液体の吐出量の総量が少ない場合、液体が液体供給口１０８の側壁１０８ｃに溜まることなく、或いは側壁１０８ｃの途中にまで溜まるので、液体供給口１０８の側壁１０８ｃ全体が、あるいは側壁１０８ｃの残りの部分がリザーバの役目をすることになる。

この寸法関係の液体供給口１０８では、容積が約０．２３μｌ（マイクロリットル）であり、ノズル１１３からの吐出量を約２４ｐｌ（ピコリットル）とすると、この容積は、約９６００枚のプローブアレイを作製できる量に相当する。

液体は、シリコン基板１０１の裏面１０１ｂの開口部すなわち液体供給口１０８からシリコン基板１０１の表面１０１ａに導かれて、流路１０７を通って液体吐出口１０６に導かれる。

ヒータ１０２の両端に電圧が印加されると、ヒータ１０２近傍の液体が加熱される。液体は膜沸騰を起こして、液体吐出口１０６から吐出される。本実施形態の液体吐出ヘッド１２２の、液体吐出口１０６から吐出される液体の量は、約２４ｐｌ（ピコリットル）程度にしてある。ただし、液体の量はこれに限定されるものではなくプローブアレイの仕様に基づき自由に設定できる。

ところで、図１（ａ）に示すように、液体供給口１０８の１つの角部１０８ａは、他の角部よりも、液体吐出口１０６の近くに配設してある。また、液体吐出口１０６は、液体供給口１０８の中心１０８Ｚを通る液体供給口１０８の対角線の延長線Ｌ上に位置している。

流路７は、平面視、野球のホームベースのような五角形に形成してある。液体を液体吐出口１０６に案内する液体吐出口側の２つの側壁である第１の側壁１０７ａは、液体供給口１０８の角部１０８ａから伸びる２つの辺１０８ｂに沿って形成してある。第１の側壁１０７ａは、２つの側壁１０７ａを接続する反対側の側壁である平面視コの字状の第２の側壁１０７ｄによって接続されている。

以上説明したように、半導体チップ１２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド１２１は、液体供給口１０８を、多角形である四角形に形成して、その四角形の１つの角１０８ａを液体吐出口１０６の近傍に配設したので、簡単な構成で、極微量の液体の流れにともなってノズル１１３内の泡を除去できることになり、液体吐出口１０６からの液体吐出が不吐になったり、吐出方向が乱れたり、吐出量が変化したりするという、不安定な液体の吐出の発生を防止できて、安定した状態で連続して液体の吐出を行うことができる。

また、本実施形態の液体吐出ヘッド１２１は、液体吐出口１０６を、液体供給口１０８の対角線の延長線Ｌ上に配設してあるので、液体を、対角線を中心にして両側から略均等に液体吐出口１０６に流すことができて、液体を安定した状態で吐出することができる。

また、半導体チップ１２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド１２１は、吐出する液体が流路１０７と吐出口１０６に充填された場合、この充填された液体が液体供給口１０８から液体吐出口１０６に向かって効率よく、かつよどみを生じることなく円滑に流れるので、液体の量が極少であっても、液体供給口１０８から液体吐出口１０６まで液体が確実に充填されるようになっている。

また、半導体チップ１２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド１２１は、液体吐出口１０６から遠く離れた流路１０７の２つの角１０７ｂに泡だまりが発生するようなことがあっても、角１０７ｂと液体吐出口１０６から離れた位置に設けてあるので、液体吐出口１０６から吐出される液体の流れが泡だまりによって影響を受けないようになっている。

また、半導体チップ１２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド１２１は、液体吐出時、角１０７ｂには液体の流れがほとんど生じないようになっているので、泡がほとんど移動するようなことがない。このため、液体吐出ヘッド１２１は、液体の流れが泡によって支障を受けることがなく、液体の吐出を安定して行うことができる。

なお、図６（ａ），（ｂ）に示すように液体吐出口１０６から離れたコの字状の第２側壁１０７ｄの交差部である２つの角１０７ｃを円弧状にして丸みをつけると、泡の発生、泡だまりを抑制することができる。

また、このような液体吐出ヘッド１２１を備えたプローブアレイ製造装置１３１は、多数のプローブ担体を安定的に製作することができる。

（第２実施形態の液体吐出ヘッド）
図７（ａ）は、本発明の第２実施形態の液体吐出ヘッド２２１（図１１、図１２参照）を構成している半導体チップ２２２における液体吐出口１０６周辺の平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）中、Ｇ−Ｇ矢視断面である。

なお、本実施形態の液体吐出ヘッド２２１において、第１実施形態の液体吐出ヘッド１２１を構成している半導体チップ１２２と同一部分については同一符号を付して、その部分の説明を省略し、異なる部分を主に説明する。

本実施形態の液体吐出ヘッド２２１（図１１、図１２参照）を構成している半導体チップ２２２（図７参照）における、シリコンの異方性エッチングにより作成された液体供給口１０８の１つの角部１０８ａは、他の角部よりも、液体吐出口１０６の近くに配設してある。また、液体吐出口１０６は、液体供給口１０８の中心１０８Ｚを通る液体供給口１０８の対角線の延長線Ｌ上に位置している。

ノズル板２１２に形成してある流路部である例えば流路２０７は、平面視、四角形状の液体供給口１０８より、やや大き目の四角形に形成してある。すなわち、流路２０７を形成している内周壁は、液体供給口１０８の各辺に沿って形成した４辺の側壁２０７ａによって形成されている。側壁２０７ａの交差部である角２０７ｂは、円弧状に形成してある。なお、角２０７ｂは、必ずしも円弧状に形成する必要がない。角２０７ｂは、約９０度であってもよい。また、平面視四角状の側壁２０７ａの中心は、液体供給口１０８の中心１０８Ｚと一致しているのが好ましい。このようにすると、液体吐出ヘッド２２１は、液体の流れを均一にして、液体吐出口１０６から液体を円滑に吐出することができる。

図７において、液体供給口１０８、流路２０７、及び液体吐出口１０６は、ノズル２１３を形成している。

以上説明したように、半導体チップ２２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド２２１は、液体供給口１０８を、多角形である四角形に形成して、その四角形の１つの角１０８ａを液体吐出口１０６の近傍に配設したので、簡単な構成で、極微量の液体の流れにともなってノズル２１３内の泡を除去できることになり、液体吐出口１０６からの液体吐出が不吐になったり、吐出方向が乱れたり、吐出量が変化したりするという、不安定な液体の吐出の発生を防止できて、安定した状態で連続して液体の吐出を行うことができる。

また、本実施形態の液体吐出ヘッド２２１は、液体吐出口１０６を、液体供給口１０８の対角線の延長線Ｌ上に配設してあるので、液体を、対角線を中心にして両側から略均等に液体吐出口１０６に流すことができて、液体を安定した状態で吐出することができる。

また、半導体チップ２２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド２２１は、吐出する液体が流路２０７と吐出口１０６に充填された場合、この充填された液体が液体供給口１０８から液体吐出口１０６に向かって効率よく、かつよどみを生じることなく円滑に流れるので、液体の量が極少であっても、液体供給口１０８から液体吐出口１０６まで液体が確実に充填されるようになっている。

また、半導体チップ２２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド２２１は、液体吐出口１０６から遠く離れた流路２０７の３つの角２０７ｂに泡だまりが発生するようなことがあっても、角２０７ｂと液体吐出口１０６から離れた位置に設けてあるので、液体吐出口１０６から吐出される液体の流れが泡だまりによって影響を受けないようになっている。

また、半導体チップ２２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド２２１は、液体吐出時、角２０７ｂには液体の流れがほとんど生じないようになっているので、泡がほとんど移動するようなことがない。このため、液体吐出ヘッド２２１は、液体の流れが泡によって支障を受けることがなく、液体の吐出を安定して行うことができる。

なお、側壁２０７ａの交差部である３つの角２０７ｂを円弧状にして丸みをつけると、泡の発生、泡だまりを抑制することができる。

また、このような液体吐出ヘッド２２１を備えたプローブアレイ製造装置１３１は、多数のプローブ担体を安定的に製作することができる。

（第３実施形態の液体吐出ヘッド）
図８（ａ）は、本発明の第３実施形態の液体吐出ヘッド３２１（図１１、図１２参照）を構成している半導体チップ３２２における液体吐出口１０６周辺の平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）中、Ｈ−Ｈ矢視断面である。

なお、本実施形態の液体吐出ヘッド３２１において、第１実施形態の液体吐出ヘッド１２１を構成している半導体チップ１２２と同一部分については同一符号を付して、その部分の説明を省略し、異なる部分を主に説明する。

本実施形態の液体吐出ヘッド３２１（図１１、図１２参照）を構成している半導体チップ３２２（図８参照）における、シリコンの異方性エッチングにより作成された液体供給口１０８の１つの角部１０８ａは、他の角部よりも、液体吐出口１０６の近くに配設してある。また、液体吐出口１０６は、液体供給口１０８の中心１０８Ｚを通る液体供給口１０８の対角線の延長線Ｌ上に位置している。

ノズル板２１２に形成してある流路部である例えば流路３０７は、平面視、四角形状の液体供給口１０８を取り囲むように略真円に形成してある。すなわち、流路３０７を形成している内周壁は、円形状の側壁３０７ａによって形成されている。

なお、流路３０７は、対角線を中心にした対称の楕円形に形成してもよい。

また、円形状の側壁３０７ａの中心は、液体供給口１０８の中心１０８Ｚと一致しているのが好ましい。このようにすると、液体吐出ヘッド３２１は、液体の流れを均一にして、液体吐出口１０６から液体を円滑に吐出することができる。

図８において、液体供給口１０８、流路３０７、及び液体吐出口１０６は、ノズル３１３を形成している。

以上説明したように、半導体チップ３２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド３２１は、吐出する液体が流路３０７と吐出口１０６に充填された場合、この充填された液体が液体供給口１０８から液体吐出口１０６に向かって効率よく、かつよどみを生じることなく円滑に流れるので、液体の量が極少であっても、液体供給口１０８から液体吐出口１０６まで液体を確実に充填することができる。

また、半導体チップ３２２を備えた本実施形態の液体吐出ヘッド３２１は、側壁３０７ａを円形に形成してあるので、泡だまりがほとんど発生するようなことがなく、液体吐出口１０６から液体を安定した状態で吐出することができる。

また、このような液体吐出ヘッド３２１を備えたプローブアレイ製造装置１３１は、多数のプローブ担体を安定的に製造することができる。

以上説明したように、第１乃至第３実施形態の液体吐出ヘッド１２１，２２１，３２１は、非常に簡単な構成で極微量の液体の移動でノズル内の泡を除去できることにより吐出口からの液体吐出が不吐になったり、吐出方向が乱れたり、吐出量が変化したりといった不安定な吐出の発生を防止でき、安定的に連続して液体吐出を行なうことができるため多数のプローブ担体を安定的に製造することができる。

なお、第１乃至第３実施形態の液体吐出ヘッド１２１，２２１，３２１は、プローブ溶液を吐出する液体吐出口を縦横の２次元的に配列した構成になっているが、１つだけ備えていてもよい。すなわち、本実施形態の液体吐出ヘッドは、プローブアレイ製造装置の１つの液体供給口から１つの液体吐出口に液体を供給して吐出を行うあらゆるタイプの液体吐出ヘッドにも対応できるようになっている。

また、液体供給口は、多角形であればよく、四角形のみならず、三角形、五角形等であってもよい。この場合、正多角形であってもよい。

本発明の第１実施形態の液体吐出ヘッドのノズル部分の図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は（ａ）中、Ｄ―Ｄ矢視断面図である。 半導体チップの裏面（上面）の模式図である。 サーマル液体吐出方式の従来の液体吐出ヘッドを構成する、半導体チップの表面（下面）の模式図である。 サーマル液体吐出方式の従来の液体吐出ヘッドを構成する、半導体チップの表面図（下面図）である。 図３中、符号Ｅで指示した丸で囲んだ液体吐出口近傍部分の拡大図である。 本発明の第１実施形態の液体吐出ヘッドにおける他の形態のノズル部分の図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は（ａ）中、Ｆ―Ｆ矢視断面図である。 本発明の第２実施形態の液体吐出ヘッドを構成している半導体チップにおける液体吐出口周辺の図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は（ａ）中、Ｇ−Ｇ矢視断面図である。 本発明の第３実施形態の液体吐出ヘッドを構成している半導体チップにおける液体吐出口周辺の図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は（ａ）中、Ｈ−Ｈ矢視断面図である。 本発明の実施形態の液体吐出ヘッドを装備したプローブアレイ製造装置の全体斜視図である。 図９のプローブアレイ製造装置の動作説明用の平面図である。 図９のプローブアレイ製造装置の液体吐出ヘッドの下面図である。 複数の半導体チップを基板の取り付け孔に挿入して液体吐出ヘッドを製作するときの斜視図である。 サーマル液体吐出方式の従来の液体吐出ヘッドを構成する、半導体チップの表面（下面）の模式図である。 図１３中、符号Ａで指示した丸で囲んだ液体吐出口近傍部分の拡大図である。 図１４中、Ｂ―Ｂ矢視断面図である。 図１３に示した半導体チップの裏面（上面）の模式図である。

符号の説明

Ｌ 対角線の延長線
１０１ シリコン基板
１０２ ヒータ（吐出手段）
１０３ 第１の配線
１０４ 第２の配線
１０６ 液体吐出口
１０７ 流路（流路部）
１０７ａ 第１の側壁（液体吐出口側の２つの側壁）
１０７ｄ 第２の側壁（反対側の側壁）
１０８ 液体供給口
１０８ａ 角部
１０８Ｚ 中心
１１２，２１２，３１２ ノズル板
１１３、２１３，３１３ ノズル
１２１，２２１，３２１ 液体吐出ヘッド
１２２，２２２，３２２ 半導体チップ
１３１ プローブアレイ製造装置（液体吐出装置）
１３５ プローブ溶液供給ユニット（液体供給手段）
１３９ プローブ溶液貯留部
１４０ 液体吐出ユニット
１４２ 担体（被吐出体）
２０７ 流路（流路部）
２０７ｂ 角（交差部）
３０７ 流路（流路部）
３０７ａ 側壁

Claims (10)

1. 液体が供給される液体供給口と、
   前記液体が吐出される液体吐出口と、
   前記液体供給口と前記液体吐出口とを接続して前記液体が通過する流路部と、
   前記流路部内に設けられて前記流路部内の液体に吐出エネルギを与えて前記液体吐出口から前記液体を吐出させる吐出手段と、を備え、
   前記液体供給口は、多角形に形成されて、前記多角形の１つの角が前記液体吐出口の近傍に位置していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記液体吐出口は、前記液体供給口の中心を通る前記液体供給口の対角線の延長線上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記液体吐出口は、複数備えられ、前記液体吐出口毎に、前記流路部、発熱素子、及び前記液体供給口を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記液体吐出口は、四角形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記流路部の内周壁は、前記液体供給口の角を形成する辺に沿った前記液体吐出口側の２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する反対側の側壁とで形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記反対側の側壁は、前記２つの側壁から延びて円弧状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記流路部の内周壁は、前記液体供給口の辺に沿った複数の側壁で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記側壁の交差部は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記流路部の内周壁は、前記液体供給口の周囲に形成された円形状の側壁であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 被吐出体に液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給手段と、を備え、
    前記液体吐出ヘッドは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする液体吐出装置。
    

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