JP2006320121A - Manufacturing method of electrostatic actuator, droplet discharging head, device, and droplet discharging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及びデバイスの
製造方法並びに液滴吐出装置の製造方法に関し、特に薄膜化されたシリコン基板が割れる
のを防止することができる静電アクチュエータの製造方法及びこの静電アクチュエータの
製造方法を用いた液滴吐出ヘッドの製造方法、デバイスの製造方法並びに液滴吐出装置の
製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an electrostatic actuator, a method for manufacturing a droplet discharge head, a method for manufacturing a device, and a method for manufacturing a droplet discharge apparatus, and in particular, a static that can prevent the thinned silicon substrate from cracking. The present invention relates to a method for manufacturing an electric actuator, a method for manufacturing a droplet discharge head using the method for manufacturing an electrostatic actuator, a method for manufacturing a device, and a method for manufacturing a droplet discharge apparatus.
近年、静電駆動方式の液滴吐出ヘッドでは高印字性能を追求するために、液滴を吐出す
るためのノズル及び吐出室の高密度化が求められている。このような液滴吐出ヘッドでは
、いわゆるクロストークを防止するために、例えば厚みが200μm以下のシリコン基板
を使用する必要があり、製造中にシリコン基板が割れたり、欠けてしまったりして歩留ま
りが低下するという問題点があった。また、このような薄いシリコン基板では大口径化が
難しく、1枚のシリコン基板から取り出すことのできる液滴吐出ヘッドを増加させること
ができないという問題点があった。
In recent years, electrostatic drive type droplet discharge heads have been required to increase the density of nozzles and discharge chambers for discharging droplets in order to pursue high printing performance. In such a droplet discharge head, it is necessary to use, for example, a silicon substrate having a thickness of 200 μm or less in order to prevent so-called crosstalk, and the silicon substrate is cracked or chipped during manufacture, resulting in a high yield. There was a problem that it decreased. Further, it is difficult to increase the diameter of such a thin silicon substrate, and there is a problem that the number of droplet discharge heads that can be taken out from one silicon substrate cannot be increased.
このような問題点を解決するために、従来のインクジェットヘッドの製造方法では、シ
リコン基板を電極ガラス基板に陽極接合した後にシリコン基板を薄板化し、薄板化された
シリコン基板に吐出室となる凹部等をエッチングにより形成するようにしていた(例えば
、特許文献1参照)。
しかし従来のインクジェットヘッドの製造方法では(例えば、特許文献1参照)、シリ
コン基板を電極ガラス基板に陽極接合する際に酸素等の気体が発生し、シリコン基板と電
極ガラス基板の間のギャップ(電極と振動板の間の空間)に溜ってしまう。このため、シ
リコン基板をエッチングして吐出室となる凹部、リザーバとなる凹部及び電極取出し部を
薄膜化したときに、ギャップ内が加圧状態となっており、薄膜化された振動板(吐出室の
底面)や電極取出し部が割れてしまうことがあるという問題点があった。
However, in a conventional method of manufacturing an inkjet head (see, for example, Patent Document 1), a gas such as oxygen is generated when anodically bonding a silicon substrate to an electrode glass substrate, and a gap (electrode) between the silicon substrate and the electrode glass substrate is generated. In the space between the diaphragm and the diaphragm. For this reason, when the silicon substrate is etched to reduce the thickness of the concave portion serving as a discharge chamber, the concave portion serving as a reservoir, and the electrode lead-out portion, the gap is in a pressurized state, and the thinned diaphragm (discharge chamber) ) And the electrode lead-out part may be broken.
本発明は、製造中にシリコン基板に割れや欠けが生じることがなく、また薄膜化された
振動板や電極取出し部が割れることのない静電アクチュエータの製造方法及びこの静電ア
クチュエータの製造方法を用いた歩留まりの高い液滴吐出ヘッドの製造方法、デバイスの
製造方法並びに液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention relates to a method for manufacturing an electrostatic actuator and a method for manufacturing the electrostatic actuator in which a silicon substrate is not cracked or chipped during manufacturing, and a thinned diaphragm or electrode extraction portion is not cracked. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method of a droplet discharge head having a high yield, a device manufacturing method, and a droplet discharging apparatus manufacturing method.
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ガラス基板に電極を形成するための電
極用凹部を形成して、該電極用凹部内に電極を形成する工程と、ガラス基板に、電極用凹
部に連通し、該電極用凹部内の気体を吸着するゲッタ材を収容するためのゲッタ室となる
凹部を形成して、該ゲッタ室となる凹部内にゲッタ材を成膜する工程と、ガラス基板にシ
リコン基板を陽極接合した後に、該シリコン基板を薄板化する工程と、電極用凹部を封止
材を用いて封止することにより、電極用凹部とゲッタ室を封止材によって分離する工程と
を有するものである。
ガラス基板に電極用凹部に連通するゲッタ室となる凹部を形成し、その内部にゲッタ材
を成膜するため、陽極接合の際に発生した酸素等の気体を吸着することができ、シリコン
基板に吐出室となる凹部等を形成したときに薄膜化された部分(振動板等)が割れるのを
防止することができる。また電極用凹部とゲッタ室を封止材によって分離するため、静電
アクチュエータの駆動が繰り返されたときに、シリコン基板とガラス基板の間のギャップ
内の気体が過度に吸着されて、振動板と電極が貼り付いてしまうのを防止することができ
る。
さらに、ガラス基板にシリコン基板を陽極接合した後に、シリコン基板を薄板化するた
め、シリコン基板のハンドリングが容易となり、シリコン基板が割れたり欠けたりするの
を防止することができる。またこれにより、シリコン基板の大口径化が可能となり、1枚
のシリコン基板から多数の静電アクチュエータのチップを製造できるため、生産性を向上
させることができる。
The method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention includes a step of forming a recess for an electrode for forming an electrode on a glass substrate, and forming the electrode in the recess for the electrode. A step of forming a recess serving as a getter chamber for accommodating a getter material that adsorbs the gas in the electrode recess and depositing the getter material in the recess serving as the getter chamber; After anodically bonding the silicon substrate, a step of thinning the silicon substrate and a step of separating the electrode recess and the getter chamber with the sealing material by sealing the electrode recess with the sealing material I have it.
A recess serving as a getter chamber communicating with the electrode recess is formed in the glass substrate, and a getter material is formed in the recess so that a gas such as oxygen generated during anodic bonding can be adsorbed to the silicon substrate. It is possible to prevent the thinned portion (vibration plate or the like) from cracking when a recess or the like serving as a discharge chamber is formed. In addition, since the electrode recess and the getter chamber are separated by the sealing material, the gas in the gap between the silicon substrate and the glass substrate is excessively adsorbed when the driving of the electrostatic actuator is repeated, and the diaphragm and It is possible to prevent the electrodes from sticking.
Furthermore, since the silicon substrate is thinned after anodically bonding the silicon substrate to the glass substrate, handling of the silicon substrate is facilitated, and the silicon substrate can be prevented from being cracked or chipped. This also makes it possible to increase the diameter of the silicon substrate, and a number of electrostatic actuator chips can be manufactured from a single silicon substrate, thereby improving productivity.
また本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、上記のゲッタ室を、静電アクチュ
エータのチップごとに設けるものである。
ゲッタ室を静電アクチュエータのチップごとに設けることにより、シリコン基板の薄膜
化された部分が割れるのを効果的に防止することができる。
In the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention, the getter chamber is provided for each chip of the electrostatic actuator.
By providing the getter chamber for each chip of the electrostatic actuator, it is possible to effectively prevent the thinned portion of the silicon substrate from being broken.
また本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、電極用凹部とゲッタ室を封止材に
よって分離する工程の後に、ゲッタ室を静電アクチュエータのチップとなる部分からダイ
シングにより切断するものである。
電極用凹部とゲッタ室を封止材によって分離する工程の後に、ゲッタ室を静電アクチュ
エータのチップとなる部分からダイシングにより切断することにより、静電アクチュエー
タのチップを小型化することができる。
In the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention, after the step of separating the electrode recess and the getter chamber by the sealing material, the getter chamber is cut from the portion that becomes the chip of the electrostatic actuator by dicing.
After the step of separating the electrode recess and the getter chamber with the sealing material, the chip of the electrostatic actuator can be reduced in size by cutting the getter chamber from the portion that becomes the chip of the electrostatic actuator by dicing.
また本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板を薄板化する工程の
後に、シリコン基板をエッチング加工するものである。
シリコン基板を薄板化する工程の後にシリコン基板をエッチング加工することにより、
シリコン基板の加工の際にシリコン基板が割れたり欠けたりするのを効果的に防止するこ
とができる。
Moreover, the manufacturing method of the electrostatic actuator which concerns on this invention etches a silicon substrate after the process of thinning a silicon substrate.
By etching the silicon substrate after the step of thinning the silicon substrate,
It is possible to effectively prevent the silicon substrate from being cracked or chipped during the processing of the silicon substrate.
また本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、電極用凹部内に電極を形成する工
程において、電極と電気的に繋がり、シリコン基板と電気的に接続される等電位接点を形
成するものである。
電極とシリコン基板を等電位にする等電位接点を形成することにより、陽極接合の際に
放電が起こるのを防止することができる。
The method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention forms an equipotential contact that is electrically connected to the electrode and electrically connected to the silicon substrate in the step of forming the electrode in the recess for the electrode. .
By forming an equipotential contact that makes the electrode and the silicon substrate equipotential, discharge can be prevented from occurring during anodic bonding.
また本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板に絶縁膜を形成する
工程と、該絶縁膜に開口部を設ける工程とを有し、該開口部に等電位接点を設けるもので
ある。
絶縁膜に開口部を設けて、この開口部に等電位接点を設けるため、後の製造工程で用い
られるエッチング液がギャップ内に浸入することがなく、振動板が駆動不能になるのを防
止することができる。
The method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention includes a step of forming an insulating film on a silicon substrate and a step of providing an opening in the insulating film, and providing an equipotential contact at the opening. .
Since an opening is provided in the insulating film, and an equipotential contact is provided in the opening, an etching solution used in a subsequent manufacturing process does not enter the gap, thereby preventing the diaphragm from becoming inoperable. be able to.
また本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、電極用凹部とゲッタ室を封止材に
よって分離する工程の後に、ガラス基板とシリコン基板からなる接合基板をダイシングす
ることにより、複数の静電アクチュエータのチップを製造するものである。
ガラス基板とシリコン基板からなる接合基板をダイシングすることにより、複数の静電
アクチュエータのチップを製造するため、1枚のシリコン基板から多数の静電アクチュエ
ータのチップを製造でき、生産性を向上させることが可能となる。
In addition, the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention includes a plurality of electrostatic actuators by dicing a bonding substrate made of a glass substrate and a silicon substrate after the step of separating the electrode recess and the getter chamber with a sealing material. The chip is manufactured.
By dicing a bonded substrate consisting of a glass substrate and a silicon substrate, a plurality of electrostatic actuator chips can be manufactured, so that a large number of electrostatic actuator chips can be manufactured from a single silicon substrate, thereby improving productivity. Is possible.
また本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、上記のダイシングの際に、等電位
接点と電極の電気的接続を断つものである。
ダイシングの際に等電位接点と電極の電気的接続を断つことにより、振動板等のアクチ
ュエータ部を個別に駆動させることが可能となる。
Moreover, the manufacturing method of the electrostatic actuator which concerns on this invention cuts | releases the electrical connection of an equipotential contact and an electrode in the case of said dicing.
By disconnecting the electrical connection between the equipotential contact and the electrode at the time of dicing, it becomes possible to individually drive an actuator unit such as a diaphragm.
また本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、上記のゲッタ材が、チタン、ジル
コニウム、チタンを含む合金又はジルコニウムを含む合金からなるものである。
ゲッタ材を、チタン、ジルコニウム、チタンを含む合金又はジルコニウムを含む合金か
ら構成することにより、ギャップ内の酸素等の気体を効果的に吸着することができる。
In the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention, the getter material is made of titanium, zirconium, an alloy containing titanium, or an alloy containing zirconium.
By constituting the getter material from titanium, zirconium, an alloy containing titanium, or an alloy containing zirconium, a gas such as oxygen in the gap can be effectively adsorbed.
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかの静電アクチュエータの製
造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造するものである。
上記のいずれかの静電アクチュエータの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造するこ
とにより、割れや欠けのない高精度の液滴吐出ヘッドを得ることができる。
A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge head using any one of the above-described electrostatic actuator manufacturing methods.
By manufacturing a droplet discharge head using any one of the above-described electrostatic actuator manufacturing methods, a highly accurate droplet discharge head free from cracks and chips can be obtained.
本発明に係るデバイスの製造方法は、上記のいずれかの静電アクチュエータの製造方法
を用いてデバイスを製造するものである。
上記のいずれかの静電アクチュエータの製造方法を用いてデバイスを製造することによ
り、割れや欠けのない高精度のデバイスを得ることができる。
A device manufacturing method according to the present invention manufactures a device using any one of the above-described electrostatic actuator manufacturing methods.
By manufacturing a device using any one of the above-described electrostatic actuator manufacturing methods, it is possible to obtain a highly accurate device free from cracks and chips.
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して
液滴吐出装置を製造するものである。
上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することにより、印字
性能等の高い液滴吐出装置を得ることができる。
A method for manufacturing a droplet discharge device according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge device by applying the method for manufacturing a droplet discharge head described above.
By manufacturing the droplet discharge device by applying the manufacturing method of the droplet discharge head described above, a droplet discharge device having high printing performance or the like can be obtained.
実施形態1.
図1は、本発明の実施形態1に係る液滴吐出ヘッドを示した分解斜視図である。本実施
形態1に係る液滴吐出ヘッドは、静電駆動方式のものであり、ノズル基板3に対して垂直
方向に液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものであるとする。なお吐出方式は、
ノズル基板3に平行に液滴を吐出するサイドイジェクトタイプのものであってもよい。ま
た図1では、ノズル基板3にノズル20が2列設けられており、吐出室5及び電極11も
2列設けられているものを示しているが、これらは1列だけ設けるようにしてもよい。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a droplet discharge head according to
A side eject type of ejecting droplets in parallel with the
本実施形態1の液滴吐出ヘッドは、主にキャビティ基板1、電極基板2及びノズル基板
3が接合されることにより構成されている。キャビティ基板1は、例えば厚さが50μm
の単結晶シリコンからなり、以下に示す所定の加工が施されている。なお図1では、キャ
ビティ基板1として(110)面方位の単結晶シリコンを使用している。キャビティ基板
1には、単結晶シリコンを異方性ウェットエッチングすることにより、底壁が振動板4と
なっている複数の吐出室5及び各ノズル20から吐出する液滴を溜めておくためのリザー
バ7が形成されている。
またキャビティ基板1の電極基板2側には、振動板4と電極11の短絡及び絶縁膜破壊
を防止するための絶縁膜が形成されている(図1において図示せず)。この絶縁膜は、例
えばTEOS(Tetraethylorthosilicate Tetraetho
xysilane、珪酸エチル)膜をCVD(Chemical Vapor Depo
sition)によって、厚さ0.1μmで形成されている。
The droplet discharge head according to the first embodiment is mainly configured by bonding a
Made of single crystal silicon and subjected to the following predetermined processing. In FIG. 1, single crystal silicon having (110) plane orientation is used as the
In addition, an insulating film is formed on the
xysilane (ethyl silicate) film by CVD (Chemical Vapor Depo)
and a thickness of 0.1 μm.
電極基板2は、例えば厚さが1mmのホウ珪酸ガラスからなり、キャビティ基板1の振
動板4側に接合されている。この電極基板2には、キャビティ基板1の振動板4及び吐出
室5の位置に合わせて、例えば深さが0.2μmの電極用凹部10aがエッチングにより
形成されている。この電極用凹部10aの内部には電極11が形成されており、リード部
12及び端子部13に繋がっている。なお電極用凹部10aは、少なくともリード部12
の部分まで形成されているものとする。電極11、リード部12及び端子部13は、酸化
錫をドープしたITO(Indium Tin Oxide、インジウム錫酸化物)等か
らなり、電極用凹部10aの内部に例えばスパッタにより厚さ0.1μmで形成されてい
る。
The
It is assumed that the part up to is formed. The
複数の電極11はその長手方向がほぼ平行になるように設けられており、電極基板2の
電極11の長手方向に垂直な方向にずらした位置に等電位接点15が設けられている。こ
の等電位接点15は、例えば電極11と同じITO等から形成されており、キャビティ基
板1に形成された接点用凹部10bから伸びた状態で形成されている。なお等電位接点1
5については、後に詳述する。
また電極基板2には、リザーバ7に液滴を供給するためのインク供給口17が設けられ
ている。
The plurality of
5 will be described in detail later.
The
ノズル基板3は、例えば厚さ180μmのシリコン基板からなり、キャビティ基板1の
電極基板2が接合された面の反対側の面に接合されている。ノズル基板3には、吐出室5
と連通するノズル20が形成されており、キャビティ基板1の接合された面の反対側の面
から液滴を吐出するようになっている。またノズル基板3のキャビティ基板1の接合され
た面には、吐出室5とリザーバ7を連通するためのオリフィス21が設けられている。な
おオリフィス21は、キャビティ基板1に設けるようにしてもよい。
The
A
図2は、図1に示す液滴吐出ヘッドの縦断面図である。なお図2(a)は吐出室5の長
手方向の縦断面図であり、図2(b)は接点用凹部10b(等電位接点15)の長手方向
の縦断面図である。また図2では、図1の液滴吐出ヘッドの右半分のみを示している。
まず、図2(a)を用いて本実施形態1の液滴吐出ヘッドの動作について説明する。吐
出室5は、ノズル20から吐出するための液滴を溜めており、吐出室5の底壁である振動
板4を撓ませることにより吐出室5内の圧力を高め、ノズル20から液滴を吐出させる。
なお、振動板4を撓ませるために、電極11と繋がった端子部13と、キャビティ基板
1に発振回路23(図2(a)において模式的に図示)を接続し、電極11と振動板4の
間に電位差を生じさせるようにしている。また振動板4と電極11の間のギャップは、封
止材22によって封止されている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the droplet discharge head shown in FIG. 2A is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of the
First, the operation of the droplet discharge head according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The
In order to bend the
本実施形態1の液滴吐出ヘッドの振動板4は、ボロン・ドープ層4aと絶縁膜4bとか
ら構成されている。このボロン・ドープ層4aは、ボロンを高濃度(約5×1019ato
ms/cm3以上)にドープして形成されており、例えばアルカリ性水溶液で単結晶シリ
コンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端に遅くなるいわゆるエッチングスト
ップ層となっている。ボロン・ドープ層4aがエッチングストップ層として機能するため
、振動板4の厚み及び吐出室5の容積を高精度で形成することができる。なお絶縁膜4b
は、上述のようにTEOS膜等から構成されている。
The
ms / cm 3 or higher) are formed by doping, for example a single crystal silicon with an aqueous alkaline solution upon etching, a so-called etching stop layer etching rate becomes extremely slow. Since the boron-doped
Is composed of a TEOS film or the like as described above.
また図2(b)に示すように、絶縁膜4bの等電位接点15に対応する部分は除去され
ており、この部分は開口部となっている。この開口部には、ITO等からなる等電位接点
15が形成されており、キャビティ基板1のボロン・ドープ層4aと接続されている。な
お、上記のように等電位接点15の延長線上にも接点用凹部10bが形成されており、そ
の内部にはITO等からなる配線が形成されている。また等電位接点15は、例えばこの
接点用凹部10bの先端からキャビティ基板1に乗り上げる形で形成されている(図1参
照)。
なお本実施形態1では、図1に示すように等電位接点15の形状を線状にしているが、
等電位接点15の形状はこれ以外の形状でもよい。
Further, as shown in FIG. 2B, a portion corresponding to the
In the first embodiment, the shape of the
The shape of the
図3は、電極基板2となるガラス基板2aをシリコン基板1a(キャビティ基板1とな
る基板)の接合される側から見た図である。図3は、ウェハ状のガラス基板2aがダイシ
ング(後述)によって切断される前の、個々の液滴吐出ヘッドとなる部分の周辺を示して
いる。なお本実施形態1に係る液滴吐出ヘッドの製造方法については後に詳述する。
図3に示すように本実施形態1では、ゲッタ室となる凹部30及び等電位接点15が個
々の液滴吐出ヘッドとなる部分(チップ)ごとに設けられている。ゲッタ室となる凹部3
0の内部には、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、チタンを含む合金、ジルコニウ
ムを含む合金等からなるゲッタ材31が成膜されており、ゲッタ材31は陽極接合(後述
)の際に発生してギャップ内に溜まった酸素等の気体を吸着する。なおこのゲッタ室とな
る凹部30は、凹部32を介してすべての電極用凹部10aと連通している。
また等電位接点15は、陽極接合のときにキャビティ基板1と電極11を等電位にする
機能を有する。この等電位接点15と複数の電極11は、図3に示すように凹部32の内
部に設けられたITO等の配線33を介して電気的に接続されている。なお、等電位接点
15は、1つの液滴吐出ヘッドとなる部分に2つ以上設けてもよい。
FIG. 3 is a view of a
As shown in FIG. 3, in the first embodiment, a
A
The
ここで上述のように、等電位接点15の部分には接点用凹部10bを形成しないように
する。そして、例えば接点用凹部10bの先端部からガラス基板2aの表面に乗り上げる
形でITO等からなる等電位接点15を形成する。なお等電位接点15は、電極11と同
時に形成するのが望ましく、この場合、等電位接点15は0.1μm(電極11と同じ厚
さ)だけガラス基板2aから突出した状態となる。この等電位接点15は、キャビティ基
板1に形成された絶縁膜4bの開口部の部分でボロン・ドープ層4aと接続される(図2
(b)参照)。
なお図3に示すダイシングライン1及びダイシングライン2は、シリコン基板1aとガ
ラス基板2aを接合した接合基板(後述)から液滴吐出ヘッドのチップを切り出す際に切
断される部分である。このダイシイングライン1に沿って接合基板を切断することにより
、ゲッタ室30を液滴吐出ヘッドのチップから切り落とす。これにより、液滴吐出ヘッド
の小型化が可能となる。またダイシイングライン2に沿って接合基板を切断することによ
り、等電位接点15と電極11を接続する配線33を切り落とし、キャビティ基板1と電
極11の電気的接続を断つようにする。これにより、ダイシングによって個々の液滴吐出
ヘッドが切り出された後に、液滴吐出ヘッドの駆動が可能となる。
Here, as described above, the
(See (b)).
A dicing
図4及び図5は、本発明の実施形態1に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面図
である。なお図4及び図5は、図1及び図2に示す液滴吐出ヘッドを製造する工程を示し
ており、特に図3に示すガラス基板2aを製造する工程を示している。また図4及び図5
は、図3に示す電極基板2となるガラス基板2aのA−A断面を示している。
以下、図4から図7を用いて本発明の静電アクチュエータの製造方法を用いた液滴吐出
ヘッドの製造方法について説明する。
4 and 5 are longitudinal sectional views showing manufacturing steps of the droplet discharge head according to
These show the AA cross section of the
A method for manufacturing a droplet discharge head using the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、例えばホウ珪酸ガラスからなるガラス基板2aを両面研磨して厚さを1mmにし
てから(図4(a))、ガラス基板2aの片面にスパッタによって例えば厚さ0.1μm
のクロム膜40を成膜する(図4(b))。
次に、クロム膜40の表面に電極用凹部10a、接点用凹部10b、凹部32を作り込
むためのレジストパターニングを施し(図3参照)、硝酸第2セリウムアンモニウム水溶
液と過塩素酸水溶液の混合液を用いて電極用凹部10a、接点用凹部10b、凹部32の
部分のクロム膜40を除去する(図3(c))。なお図3(c)では、電極用凹部10a
となる部分のクロム膜40が除去された状態を示している。また図3(c)の工程では、
ゲッタ室となる凹部30は形成しないものとする。
First, a
The
Next, resist patterning is performed on the surface of the
This shows a state where the portion of the
The
そして、クロム膜40をエッチングマスクとしてフッ化アンモニウム水溶液を用いてガ
ラス基板2aをエッチングし、電極用凹部10a、接点用凹部10b、凹部32を形成す
る(図4(d))。その後、例えば有機剥離液を用いて図3(c)の工程で形成したレジ
ストを剥離する。
それから、硝酸第2セリウムアンモニウム水溶液と過塩素酸水溶液の混合液を用いてガ
ラス基板2aの表面に形成されたクロム膜40をすべて除去する(図4(e))。
次に、ガラス基板2aの電極用凹部10a等が形成されている面の全体に酸化錫をドー
プしたITOを例えば厚さ0.1μmでスパッタし、ITO膜41を成膜する(図5(f
))。
その後、ITO膜41の表面にレジストを電極11(リード部12及び端子部13を含
む)、配線33、等電位電極15の形状(図3参照)にパターニングした後、ITO膜4
1を硝酸と塩酸の混合液を用いてエッチングして電極11(リード部12及び端子部13
を含む)、配線33、等電位電極15を形成する(図5(g))。この際、上記のように
電極11は電極用凹部10a内に、配線33は凹部32内に形成する。また等電位接点1
5はガラス基板2aに乗り上げる形に形成する。
Then, the
Then, all of the
Next, ITO doped with tin oxide is sputtered to a thickness of, for example, 0.1 μm over the entire surface of the
)).
Thereafter, a resist is patterned on the surface of the
1 is etched using a mixed solution of nitric acid and hydrochloric acid to form an electrode 11 (
),
5 is formed on the
そして、ガラス基板2aの電極用凹部10a等が形成された面にゲッタ室となる凹部3
0を、例えばサンドブラスト加工によって深さ5μmで形成する。またガラス基板2aに
サンドブラスト加工等によってインク供給口17となる貫通孔を形成する(図5(h))
。なおゲッタ室となる凹部30は、図3に示すように凹部32を介して電極用凹部10a
と連通するようにする。
それから、例えばメタルマスクを用いてゲッタ室30となる凹部内にゲッタ材31を厚
さ3μmで成膜する(図5(i))。なお上記のように、ゲッタ材31の材料としてチタ
ン、ジルコニウム、チタンを含む合金、ジルコニウムを含む合金等を用いることができる
。これにより、図3に示すようなガラス基板2aが完成する。
And the recessed
0 is formed at a depth of 5 μm, for example, by sandblasting. Further, a through-hole serving as the
. The
To communicate with.
Then, for example, a
図6及び図7は、本発明の実施形態1に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面図
である。なお図6及び図7は、図1及び図2に示す液滴吐出ヘッドを製造する工程を示し
ており、特にキャビティ基板1となるシリコン基板1aを製造する工程及びシリコン基板
1aとガラス基板2aを接合してから液滴吐出ヘッドを製造する工程を示している。また
図6及び図7は、主に吐出室5の長手方向の縦断面(図2(a)の断面)を示しているが
、接点用凹部10bの長手方向の縦断面(図2(b)の断面)を示す場合はそれを明示す
る。さらに図6及び図7は、個々の液滴吐出ヘッドのチップとなる部分の周辺部を示して
いる。
6 and 7 are longitudinal sectional views showing the manufacturing process of the droplet discharge head according to
まず、例えば面方位が(110)で酸素濃度の低いシリコン基板1aの片面を鏡面研磨
し、厚さが220μmのシリコン基板1aを作製し、吐出室5等が形成される面の反対面
にボロンドープ層4aを形成する(図6(a))。具体的には、シリコン基板1aをB2
O3を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットし、この石英ボートを
例えば縦型炉に入れる。そして縦型炉の内部を、温度が1050℃の窒素雰囲気にして7
時間保持し、シリコン基板1aにボロンを拡散させて、ボロンドープ層50を形成する。
このとき、シリコン基板1aの投入温度を800℃とし、温度を1050℃まで上げた後
に、シリコン基板1aの取出し時の温度も800℃とする。これにより、シリコン基板1
aの酸素欠陥の成長速度が早い600℃から800℃の領域を素早く通過させることがで
き、酸素欠陥の成長を抑制することができる。
First, for example, one surface of a silicon substrate 1a having a surface orientation of (110) and a low oxygen concentration is mirror-polished to produce a silicon substrate 1a having a thickness of 220 μm, and boron-doped on the surface opposite to the surface on which the
The quartz boat is set in a quartz boat so as to face a solid diffusion source mainly composed of O 3 , and this quartz boat is placed in, for example, a vertical furnace. Then, the inside of the vertical furnace is set to a nitrogen atmosphere having a temperature of 1050 ° C.
Boron is diffused in the silicon substrate 1a while maintaining the time, and the boron doped
At this time, the charging temperature of the silicon substrate 1a is set to 800 ° C., and after the temperature is raised to 1050 ° C., the temperature when the silicon substrate 1a is taken out is also set to 800 ° C. Thereby, the
It is possible to quickly pass through the region of 600 ° C. to 800 ° C. where the growth rate of oxygen defects of a is fast, and the growth of oxygen defects can be suppressed.
なお上記のボロン拡散の工程において、ボロンドープ層4aの表面にSiB6膜(図示
せず)が形成されるが、温度が600℃の酸素及び水蒸気雰囲気中で1時間30分程度酸
化することで、フッ酸水溶液でエッチング可能なB2O3とSiO2に化学変化させること
ができる。このようにSiB6膜をB2O3とSiO2に化学変化させた後に、緩衝フッ酸溶
液によってB2O3とSiO2をエッチングして除去する。
In the above boron diffusion step, a SiB 6 film (not shown) is formed on the surface of the boron doped
そして、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Depositio
n)によって厚さ0.1μmのTEOSからなる絶縁膜4bをシリコン基板1aのボロン
ドープ層4a側の面に形成する(図6(b))。このときの絶縁膜4bの成膜条件は、例
えば、温度360℃、高周波出力250W、圧力66.7Pa(0.5Torr)、TE
OS流量100cm3/分(100sccm)、酸素流量1000cm3/分(1000s
ccm)である。
それから、ボロンドープ層4aの形成された側の面に、等電位接点15を形成するため
の開口部50の形状にレジストをパターニングする。そしてシリコン基板1aをエッチン
グすることにより開口部50の部分の絶縁膜4bを除去する(図6(b’))。なお図6
(b’)は、接点用凹部10bの長手方向の縦断面(図2(b)の断面)を示している。
And, for example, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition)
n), an insulating
ccm).
Then, a resist is patterned in the shape of the
(B ') has shown the longitudinal cross-section (cross section of FIG.2 (b)) of the recessed
次に、図6(b’)に示されるシリコン基板1aと図5(i)までの加工が施されたガ
ラス基板2aを陽極接合により接合して接合基板を形成する(図6(c)、図6(c’)
)。この陽極接合は、例えばシリコン基板1aとガラス基板2aを360℃に加熱した後
に、シリコン基板1aとガラス基板2aの間に800Vの電圧を印加して行う。なお、陽
極接合の際にITO等の損傷を防止するため例えば10mA以上の電流が流れないように
するのが望ましい。この陽極接合の際に、開口部50において等電位接点15がキャビテ
ィ基板1のボロンドープ層4aと接続されるようにする(図6(c’)参照)。なお図6
(c’)は、接点用凹部10bの長手方向の縦断面(図2(b)の断面)を示している。
図6(c)、図6(c’)に示す陽極接合の際には、シリコン基板1aとガラス基板2
aの界面でガラスが電気分解されて酸素が発生したり、加熱によってシリコン基板1a及
びガラス基板2aの表面から気体が発生するが、ギャップ内に溜まったこれらの気体はゲ
ッタ材31によって吸着される。このため、ギャップ内の圧力が高くなるのを防止するこ
とができる(図3参照)。
なおこの陽極接合の際に、電極用凹部10a、凹部32、ゲッタ室等は連通した状態で
密閉されることとなる。
Next, the silicon substrate 1a shown in FIG. 6 (b ′) and the
). This anodic bonding is performed, for example, by heating the silicon substrate 1a and the
(C ') has shown the longitudinal cross-section (cross section of FIG.2 (b)) of the recessed
In the anodic bonding shown in FIGS. 6C and 6C ′, the silicon substrate 1a and the
The glass is electrolyzed at the interface a to generate oxygen, or gas is generated from the surfaces of the silicon substrate 1a and the
During the anodic bonding, the
シリコン基板1aとガラス基板2aを陽極接合した後に、例えば研削加工によってシリ
コン基板1aを厚さが60μmになるまで薄板化する。そして、例えば32重量%の水酸
化カリウム水溶液を用いてシリコン基板1aを10μmエッチングし、研削加工の際に発
生した加工変質層を除去する(図6(d))。これにより、シリコン基板1aの厚さは5
0μmとなる。なお図6(d)のシリコン基板1aの薄板化の工程は、すべてエッチング
によって行うようにしてもよい。
それから、シリコン基板1aの表面全体にプラズマCVDによって厚さ1.5μmのT
EOS膜51を形成する。このプラズマCVDによるTEOS膜51の成膜条件は、例え
ば、温度360℃、高周波出力700W、圧力33.3Pa(0.25Torr)、TE
OS流量100cm3/分(100sccm)、酸素流量1000cm3/分(1000s
ccm)である。このTEOS膜51は、後の水酸化カリウム水溶液によるエッチングの
際のエッチングマスクとなる。
After anodic bonding of the silicon substrate 1a and the
0 μm. Note that all the steps of thinning the silicon substrate 1a in FIG. 6D may be performed by etching.
Then, a 1.5 μm thick T is formed on the entire surface of the silicon substrate 1a by plasma CVD.
An
ccm). The
そしてこのTEOS膜51に、吐出室5となる凹部5a、リザーバ7となる凹部7a及
び電極取出し部を形成するためのレジストをシリコン基板1aにパターニングし、例えば
緩衝フッ酸溶液によって吐出室5となる凹部5aの部分、リザーバ7となる凹部7aの部
分及び電極取出し部の部分のTEOS膜51をエッチング除去する。なおここで電極取出
し部とは、端子部13が露出している部分をいうものとする(図2(b)参照)。
その後、シリコン基板1aを35重量%の水酸化カリウム水溶液で、吐出室5となる凹
部5aの部分及び電極取出し部を形成する部分の厚さが10μmになるまでエッチングし
て薄板化する。なおこのときリザーバ7となる凹部7aの部分は、TEOS膜51をハー
フエッチングすることによりエッチングを遅らせている。
さらに、シリコン基板1aを3重量%の水酸化カリウム水溶液でエッチングを行い、吐
出室5となる凹部5aとなる部分及び電極取出し部を形成する部分において、ボロンドー
プ層4aによるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける(図7(e))。
The
Thereafter, the silicon substrate 1a is etched and thinned with a 35% by weight aqueous potassium hydroxide solution until the thickness of the
Further, the silicon substrate 1a is etched with a 3% by weight aqueous potassium hydroxide solution until the etching stop by the boron-doped
ここでエッチングストップとは、エッチングされるシリコン基板1aの表面から気泡が
発生しなくなった状態をいうものとし、実際には気泡が発生しなくなるまでエッチングを
行う。これにより吐出室5となる凹部5a、リザーバ7となる凹部7a及び電極取出し部
の部分が形成されることとなる。
上記のように、2種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を使用してエッチングを行
うことにより、吐出室5の底壁である振動板4の面荒れを0.05μm以下に抑えること
ができ、液滴吐出ヘッド10の吐出性能を安定化することができる。なおここでは、振動
板4の厚さを0.8μmとしている。
Here, the term “etching stop” refers to a state in which bubbles are no longer generated from the surface of the silicon substrate 1a to be etched, and etching is performed until no bubbles are actually generated. As a result, the
As described above, by performing etching using two types of aqueous potassium hydroxide solutions having different concentrations, the surface roughness of the
それから、フッ酸水溶液を用いてシリコン基板1aに形成されているTEOS膜51を
すべて除去する。
その後、RIE(Reactive Ion Etching)によってシリコン基板
1aの電極取出し部の部分を除去する(図4(g))。このRIEはドライエッチングの
一種であり、例えば出力200W、圧力40Pa(0.3Torr)、CF4流量30c
m3/分(30sccm)の条件で、シリコンマスクを用いて30分行う。この際、ギャ
ップの内部が大気解放される。
Then, all the
Thereafter, the electrode extraction portion of the silicon substrate 1a is removed by RIE (Reactive Ion Etching) (FIG. 4G). This RIE is a kind of dry etching. For example, the output is 200 W, the pressure is 40 Pa (0.3 Torr), and the CF 4 flow rate is 30 c.
This is performed for 30 minutes using a silicon mask under the condition of m 3 / min (30 sccm). At this time, the inside of the gap is released to the atmosphere.
そして、エポキシ系樹脂等の封止材22を電極取出し部の端部に沿って流し込み、振動
板4と電極11の間のギャップ(電極用凹部10a)を封止する(図7(h))。これに
よって振動板4と電極11の間のギャップは、再び密封されることとなる。また封止材2
2の形成される位置は、図3におけるダイシングライン2の左側であるため、封止材22
によって振動板4と電極11の間のギャップ(電極用凹部10a)とゲッタ室は空間的に
分離されることとなる。
Then, a sealing
2 is formed on the left side of the
As a result, the gap (
それから、シリコン基板1aにエポキシ系接着剤等を用いてノズル基板3を接着する(
図7(i))。
最後に、図3に示すダイシングライン1及びダイシングライン2に沿ってダイシングを
行って個々のチップに分割することにより複数の液滴吐出ヘッドが完成する(図7(j)
)。この工程では、上記のようにダイシングライン1に沿ってダイシングを行うことによ
り、ゲッタ室は液滴吐出ヘッドのチップから切断される。またダイシングライン2に沿っ
てダイシングを行うことにより、等電位接点15と電極11の電気的接続が断たれる(図
3参照)。なおこのダイシングの工程において、等電位接点15も切断するようにしても
よい。
Then, the
FIG. 7 (i)).
Finally, dicing is performed along the dicing
). In this step, the getter chamber is cut from the chip of the droplet discharge head by performing dicing along the dicing
本実施形態1では、ガラス基板2aに電極用凹部10aに連通するゲッタ室となる凹部
30を形成し、その内部にゲッタ材31を成膜するため、陽極接合の際に発生した酸素等
の気体を吸着することができ、シリコン基板1aに吐出室5となる凹部5a等を形成した
ときに薄膜化された部分(振動板4等)が割れるのを防止することができる。また電極用
凹部10aとゲッタ室を封止材22によって分離するため、液滴吐出ヘッドの駆動が繰り
返されたときに、キャビティ基板1と電極基板2の間のギャップ内の気体が過度に吸着さ
れて、振動板4と電極11が貼り付いてしまうのを防止することができる。
さらに、ガラス基板2aにシリコン基板1aを陽極接合した後に、シリコン基板1aを
薄板化するため、シリコン基板1aのハンドリングが容易となり、シリコン基板1aが割
れたり欠けたりするのを防止することができる。またこれにより、シリコン基板1aの大
口径化が可能となり、1枚のシリコン基板1aから多数の液滴吐出ヘッドのチップを製造
できるため、生産性を向上させることができる。
また電極11とシリコン基板1aを等電位にする等電位接点15を形成するため、陽極
接合の際に放電が起こるのを防止することができる。
In the first embodiment, a
Furthermore, since the silicon substrate 1a is thinned after the silicon substrate 1a is anodically bonded to the
In addition, since the
実施形態2.
図8は、本発明の実施形態2に係る液滴吐出装置の例を示した図である。図8に示され
る液滴吐出装置100は、一般的なインクジェットプリンタであり、実施形態1に示され
る液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッドを備えている。実施形態1に示さ
れる液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッドは、割れや欠けが少ない液滴吐
出ヘッドであるため、本実施形態2に係る液滴吐出装置100は、印字性能等の高いもの
である。なお図8に示すような液滴吐出装置100は、周知の製造方法を用いて製造する
ことができる。
FIG. 8 is a view showing an example of a droplet discharge device according to
本発明の実施形態1に示される液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッドは
、図8に示すようなインクジェットプリンタの他に、有機EL表示装置の製造や、液晶表
示装置のカラーフィルタの製造、DNAデバイスの製造等にも使用することができる。
また本発明の実施形態1に係る静電アクチュエータの製造方法は、液滴吐出ヘッドの製
造だけでなく、静電容量型圧力センサや光MEMSデバイスなどの他のデバイスの製造に
も用いることができる。このようなデバイスについては、例えば特開2004−2457
53号公報等を参照されたい。
The droplet discharge head obtained by the method of manufacturing a droplet discharge head shown in
In addition, the manufacturing method of the electrostatic actuator according to the first embodiment of the present invention can be used not only for manufacturing a droplet discharge head but also for manufacturing other devices such as a capacitive pressure sensor and an optical MEMS device. . For such a device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-2457.
See No. 53 publication.
なお本発明に係る静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及びデバ
イスの製造方法並びに液滴吐出装置の製造方法は、上記の実施形態に限定されるものでは
なく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。例えば、等電位接点15は
必ずしも設ける必要はない。
The manufacturing method of the electrostatic actuator, the manufacturing method of the droplet discharge head, the manufacturing method of the device, and the manufacturing method of the droplet discharge device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, but the idea of the present invention. It can be changed within the range. For example, the
1 キャビティ基板、2 電極基板、3 ノズル基板、4 振動板、5 吐出室、7
リザーバ、10a 電極用凹部、10b 接点用凹部、11 電極、12 リード部、1
3 端子部、15 等電位接点、17 インク供給口、20 ノズル、21 オリフィス
、22 封止材、23 発振回路、100 液滴吐出装置。
1 cavity substrate, 2 electrode substrate, 3 nozzle substrate, 4 diaphragm, 5 discharge chamber, 7
Reservoir, 10a electrode recess, 10b contact recess, 11 electrode, 12 lead, 1
3 terminal portion, 15 equipotential contact, 17 ink supply port, 20 nozzle, 21 orifice, 22 sealing material, 23 oscillation circuit, 100 droplet discharge device.
Claims (12)
成する工程と、
前記ガラス基板に、前記電極用凹部に連通し、該電極用凹部内の気体を吸着するゲッタ
材を収容するためのゲッタ室となる凹部を形成して、該ゲッタ室となる凹部内にゲッタ材
を成膜する工程と、
前記ガラス基板にシリコン基板を陽極接合した後に、該シリコン基板を薄板化する工程
と、
前記電極用凹部を封止材を用いて封止することにより、前記電極用凹部と前記ゲッタ室
を前記封止材によって分離する工程と
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。 Forming an electrode recess for forming an electrode on the glass substrate, and forming an electrode in the electrode recess;
A recess that serves as a getter chamber for accommodating a getter material that adsorbs gas in the electrode recess is formed in the glass substrate, and the getter material is formed in the recess that serves as the getter chamber. Forming a film;
A step of thinning the silicon substrate after anodically bonding the silicon substrate to the glass substrate;
A method of manufacturing an electrostatic actuator, comprising: sealing the electrode recess with a sealing material to separate the electrode recess and the getter chamber with the sealing material.
記載の静電アクチュエータの製造方法。 2. The getter chamber is provided for each chip of the electrostatic actuator.
The manufacturing method of the electrostatic actuator of description.
室を静電アクチュエータのチップとなる部分からダイシングにより切断することを特徴と
する請求項1又は2記載の静電アクチュエータの製造方法。 3. The static electricity according to claim 1, wherein after the step of separating the electrode recess and the getter chamber by the sealing material, the getter chamber is cut by dicing from a portion to be a chip of an electrostatic actuator. Manufacturing method of electric actuator.
とを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。 The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein the silicon substrate is etched after the step of thinning the silicon substrate.
リコン基板と電気的に接続される等電位接点を形成することを特徴とする請求項1〜4の
いずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。 5. The step of forming an electrode in the recess for an electrode forms an equipotential contact that is electrically connected to the electrode and electrically connected to the silicon substrate. A method for producing the electrostatic actuator according to 1.
、該開口部に等電位接点を設けることを特徴とする請求項5記載の静電アクチュエータの
製造方法。 6. The method of manufacturing an electrostatic actuator according to claim 5, further comprising: forming an insulating film on the silicon substrate; and providing an opening in the insulating film, and providing an equipotential contact in the opening. Method.
基板と前記シリコン基板からなる接合基板をダイシングすることにより、複数の静電アク
チュエータのチップを製造することを特徴とする請求項5又は6記載の静電アクチュエー
タの製造方法。 A plurality of electrostatic actuator chips are manufactured by dicing the bonding substrate made of the glass substrate and the silicon substrate after the step of separating the recess for the electrode and the getter chamber by the sealing material. A method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 5 or 6.
る請求項7記載の静電アクチュエータの製造方法。 8. The method of manufacturing an electrostatic actuator according to claim 7, wherein the equipotential contact and the electrode are disconnected from each other during the dicing.
金からなることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造
方法。 The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein the getter material is made of titanium, zirconium, an alloy containing titanium, or an alloy containing zirconium.
ドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A method for manufacturing a droplet discharge head, wherein the droplet discharge head is manufactured using the method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1.
造することを特徴とするデバイスの製造方法。 A device manufacturing method, wherein a device is manufactured using the electrostatic actuator manufacturing method according to claim 1.
特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
A method for manufacturing a droplet discharge device, wherein the droplet discharge device is manufactured by applying the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 10.
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---|---|---|---|
JP2005140733A JP2006320121A (en) | 2005-05-13 | 2005-05-13 | Manufacturing method of electrostatic actuator, droplet discharging head, device, and droplet discharging device |
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