JP2007210176A - Method for processing silicon substrate and method for manufacturing liquid jet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウェットエッチングによりシリコン基板に幅狭部を有する細溝を形成するシリコン基板の加工方法及びこのシリコン基板の加工方法を用いた液体噴射ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon substrate processing method for forming a narrow groove having a narrow portion on a silicon substrate by wet etching, and a method for manufacturing a liquid jet head using the silicon substrate processing method.
シリコン基板に細溝等を形成する場合には、例えば、アルカリ性溶液に対するエッチングレートの違いを利用した異方性エッチング加工技術が用いられることが知られている。例えば、面方位(110)のシリコン基板を異方性エッチングした場合、(110)面に垂直な第1の(111)面と、この第1(111)面と所定角度をなす第2の(111)面のエッチングレートが極めて遅い。このため、面方位(110)のシリコン基板を異方性エッチングすることによって細溝を形成すると、細溝の内面は、基本的にこれら第1の(111)面及び第2の(111)面で形成される。このため、異方性エッチング技術を用いることで細溝を極めて高精度に形成することができる。 In the case where a narrow groove or the like is formed on a silicon substrate, for example, it is known that an anisotropic etching processing technique using a difference in etching rate with respect to an alkaline solution is used. For example, when a silicon substrate having a plane orientation (110) is anisotropically etched, a first (111) plane perpendicular to the (110) plane and a second (110) plane forming a predetermined angle with the first (111) plane. The etching rate of the (111) plane is very slow. For this reason, when a narrow groove is formed by anisotropically etching a silicon substrate having a plane orientation (110), the inner surface of the narrow groove is basically the first (111) plane and the second (111) plane. Formed with. For this reason, the narrow groove can be formed with extremely high accuracy by using the anisotropic etching technique.
このように異方性エッチングを用いてシリコン基板に細溝を形成したものとしては、例えば、インクジェット式記録ヘッドのインク流路を、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなる流路形成基板に異方性エッチングにより形成するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 For example, a thin groove is formed in a silicon substrate by using anisotropic etching. For example, an ink flow path of an ink jet recording head is used as a flow path forming substrate made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110). In some cases, it is formed by anisotropic etching (see, for example, Patent Document 1).
ここで、例えば、特許文献1に記載の構造では、シリコン基板である流路形成基板に所定幅の圧力発生室(溝部)とこの圧力発生室よりも幅の狭いインク供給路(幅狭部)とを含むインク流路(細溝)が形成されている。そして、これらは、流路形成基板を異方性エッチングすることにより同時に形成されている。 Here, for example, in the structure described in Patent Document 1, a pressure generating chamber (groove portion) having a predetermined width is formed on a flow path forming substrate which is a silicon substrate, and an ink supply path (narrow portion) having a narrower width than the pressure generating chamber. An ink flow path (thin groove) is formed. These are simultaneously formed by anisotropically etching the flow path forming substrate.
上述したように異方性エッチング技術を用いることで、シリコン基板に細溝を高精度に形成することができる。しかしながら、例えば、特許文献1のように、面方位(110)のシリコン基板に、圧力発生室と、圧力発生室よりも幅の狭いインク供給路とを異方性エッチングによって同時に形成すると、インク供給路の長さの寸法精度が低く、また寸法にばらつきが生じ易いという問題がある。上記のように圧力発生室とインク供給路とを同時に形成すると、圧力発生室とインク供給路との境界部分に上記第1及び第2の(111)面以外の面が形成される。面方位(110)のシリコン単結晶基板を異方性エッチングする場合、第1及び第2の(111)面以外の面のエッチングレートは比較的速いため、インク供給路の長さの寸法精度が低くなり、また寸法にばらつきが生じ易いという問題がある。 As described above, by using the anisotropic etching technique, the narrow groove can be formed in the silicon substrate with high accuracy. However, for example, as in Patent Document 1, if a pressure generation chamber and an ink supply path narrower than the pressure generation chamber are simultaneously formed on a silicon substrate having a plane orientation (110) by anisotropic etching, ink supply There are problems that the dimensional accuracy of the length of the road is low and that the dimensions are likely to vary. When the pressure generation chamber and the ink supply path are formed simultaneously as described above, a surface other than the first and second (111) surfaces is formed at the boundary between the pressure generation chamber and the ink supply path. When anisotropically etching a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), the etching rate of the surfaces other than the first and second (111) planes is relatively fast, so that the dimensional accuracy of the length of the ink supply path is high. There is a problem that it becomes low and the size is likely to vary.
本発明は上述した事情に鑑み、シリコン基板に溝部と溝部よりも幅の狭い幅狭部を有する細溝を形成する際に、細溝の寸法精度、特に幅狭部の長さの寸法精度を向上することができるシリコン基板の加工方法を提供することを課題とする。また、細溝であるインク流路の寸法精度を向上することで吐出特性を向上するができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。 In view of the circumstances described above, the present invention provides a dimensional accuracy of the narrow groove, particularly a dimensional accuracy of the length of the narrow portion, when forming a groove having a narrow portion narrower than the groove portion on the silicon substrate. It is an object to provide a silicon substrate processing method that can be improved. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head that can improve ejection characteristics by improving the dimensional accuracy of an ink flow path that is a narrow groove.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、所定幅の溝部とこの溝部の長手方向の一部に設けられて当該溝部よりも幅の狭い所定長さの幅狭部を有する細溝を異方性エッチングによってシリコン基板に形成するシリコン基板の加工方法であって、前記シリコン基板上に所定形状の保護膜を形成しこの保護膜をマスクとして当該シリコン基板を異方性エッチングすることにより前記幅狭部の長さが前記所定長さよりも長くなるように前記細溝を形成する第1のエッチング工程と、前記溝部の側面よりも前記細溝の内側に張り出して設けられて前記幅狭部を形成する張り出し部に対応する領域の前記保護膜に、前記張り出し部の少なくとも前記幅狭部側の端面の一部が露出するように切り欠き部を形成するマスク加工工程と、この切り欠き部を有する保護膜をマスクとして前記シリコン基板を異方性エッチングすることにより前記幅狭部を前記所定長さとする第2のエッチング工程とを有することを特徴とするシリコン基板の加工方法にある。
かかる第1の態様では、第2のエッチング工程において切り欠き部を介してシリコン基板のエッチングが進行することで、第1のエッチング工程で形成された張り出し部の長さに関係なく最終的な張り出し部の長さが決まる。このため、例えば、第1のエッチング工程において、張り出し部の長さにばらつきが生じていた場合でも、最終的な張り出し部を均一な長さで形成することができる。すなわち、本発明の製造方法によれば、細溝の寸法精度、特に、幅狭部の長さの寸法精度を大幅に向上することができる。
A first aspect of the present invention that solves the above-described problems is a narrow groove having a groove portion having a predetermined width and a narrow portion having a predetermined length that is provided in a part of the groove portion in the longitudinal direction and is narrower than the groove portion. A method of processing a silicon substrate formed on a silicon substrate by anisotropic etching, wherein a protective film having a predetermined shape is formed on the silicon substrate, and the silicon substrate is anisotropically etched using the protective film as a mask. A first etching step of forming the narrow groove so that a length of the narrow portion is longer than the predetermined length; and the narrow portion provided to protrude from the side surface of the groove portion to the inside of the narrow groove. A mask processing step of forming a notch portion in the protective film in a region corresponding to the overhang forming portion so as to expose at least a part of the end surface on the narrow portion side of the overhang portion, and the notch portion. Have In the processing method of a silicon substrate and having a the narrow portion by anisotropically etching the silicon substrate as a mask protective film and the second etching step of the predetermined length that.
In the first aspect, the etching of the silicon substrate proceeds through the notch portion in the second etching step, so that the final overhanging is performed regardless of the length of the overhanging portion formed in the first etching step. The length of the part is determined. For this reason, for example, even when the length of the overhang portion varies in the first etching step, the final overhang portion can be formed with a uniform length. That is, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to greatly improve the dimensional accuracy of the narrow groove, particularly the dimensional accuracy of the length of the narrow portion.
本発明の第2の態様は、前記マスク加工工程では、前記溝部側の前記張り出し部の端面の少なくとも一部が露出するように前記切り欠き部を形成することを特徴とする第1の態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第2の態様では、第2のエッチング工程で、切り欠き部を介して張り出し部を良好にエッチングすることができるため、張り出し部の寸法精度がより確実に向上する。
According to a second aspect of the present invention, in the mask processing step, the notch portion is formed so that at least a part of an end surface of the protruding portion on the groove portion side is exposed. The method is for processing a silicon substrate.
In the second aspect, since the overhanging portion can be satisfactorily etched through the notch portion in the second etching step, the dimensional accuracy of the overhanging portion is more reliably improved.
本発明の第3の態様は、前記マスク加工工程では、レーザ加工により前記保護膜に前記切り欠き部を形成することを特徴とする第1又は2の態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第3の態様では、切り欠き部を高精度に形成することができる。また、これに伴って張り出し部の寸法精度もより確実に向上する。
A third aspect of the present invention is the silicon substrate processing method according to the first or second aspect, wherein, in the mask processing step, the notch is formed in the protective film by laser processing.
In the third aspect, the notch can be formed with high accuracy. Along with this, the dimensional accuracy of the overhanging portion is also improved more reliably.
本発明の第4の態様は、前記保護膜が窒化シリコン(SiN)からなることを特徴とする第1〜3の何れかの態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第4の態様では、保護膜を所定の材料で形成することで、保護膜を所定パターンに高精度に形成することができ、また、切り欠き部も良好に形成することができる。よって、張り出し部の寸法精度がより確実に向上する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the silicon substrate processing method according to any one of the first to third aspects, wherein the protective film is made of silicon nitride (SiN).
In the fourth aspect, by forming the protective film with a predetermined material, the protective film can be formed in a predetermined pattern with high accuracy, and the notch can be formed well. Therefore, the dimensional accuracy of the overhanging portion is more reliably improved.
本発明の第5の態様は、前記シリコン基板が、表面が(110)面であるシリコン単結晶基板からなることを特徴とする第1〜4の何れかの態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第5の態様では、所定の面方位のシリコン基板を用いることで、細溝をより高精度に形成することができ、且つ張り出し部の寸法精度がより確実に向上する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the silicon substrate processing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the silicon substrate is formed of a silicon single crystal substrate having a (110) surface. .
In the fifth aspect, by using a silicon substrate having a predetermined plane orientation, the narrow groove can be formed with higher accuracy, and the dimensional accuracy of the overhanging portion is more reliably improved.
本発明の第6の態様は、前記細溝を、(110)面に垂直な(111)面に沿って形成することを特徴とする第1〜5の何れかの態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第6の態様では、細溝をより高精度に形成することができ、且つ張り出し部の寸法精度がより確実に向上する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for processing a silicon substrate according to any one of the first to fifth aspects, the narrow groove is formed along a (111) plane perpendicular to the (110) plane. It is in.
In the sixth aspect, the narrow groove can be formed with higher accuracy, and the dimensional accuracy of the overhanging portion is more reliably improved.
本発明の第7の態様は、シリコン基板からなりノズルに連通する圧力発生室と該圧力発生室よりも狭い幅を有する供給路とを含む流路を有する流路形成基板と、前記圧力発生室内に液滴を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段とを有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板に前記流路を形成する工程として、前記流路形成基板上に所定形状の保護膜を形成しこの保護膜をマスクとして当該流路形成基板を異方性エッチングすることにより前記供給路の長さが前記所定長さよりも長くなるように前記流路を形成する第1のエッチング工程と、前記圧力発生室の側面よりも前記流路の内側に張り出して設けられて前記供給路を形成する張り出し部に対応する領域の前記保護膜に、前記張り出し部の少なくとも前記供給路側の端面の一部が露出するように切り欠き部を形成するマスク加工工程と、この切り欠き部を有する保護膜をマスクとして前記流路形成基板を異方性エッチングすることにより前記供給路を前記所定長さとする第2のエッチング工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第7の態様では、第2のエッチング工程において切り欠き部を介して流路形成基板のエッチングが進行することで、第1のエッチング工程で形成された張り出し部の長さに関係なく最終的な張り出し部の長さが決まる。このため、例えば、第1のエッチング工程において、張り出し部の長さにばらつきが生じていた場合でも、最終的な張り出し部を均一な長さで形成することができる。すなわち、本発明の製造方法によれば、流路の寸法精度、特に、供給路の長さの寸法精度を大幅に向上することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate having a flow path including a pressure generation chamber made of a silicon substrate and communicating with a nozzle and a supply path having a narrower width than the pressure generation chamber, and the pressure generation chamber And a pressure generating means for generating a pressure for ejecting liquid droplets on the flow path forming substrate as a step of forming the flow path on the flow path forming substrate. A flow path is formed so that the length of the supply path is longer than the predetermined length by forming a protective film of a predetermined shape and anisotropically etching the flow path forming substrate using the protective film as a mask. And at least the supply of the overhanging portion in the protective film in a region corresponding to the overhanging portion that is provided to protrude from the side surface of the pressure generating chamber to the inside of the flow path and forms the supply path. A mask processing step of forming a notch so that a part of the end face on the side is exposed, and anisotropically etching the flow path forming substrate using the protective film having the notch as a mask to And a second etching step having the predetermined length.
In the seventh aspect, the etching of the flow path forming substrate proceeds through the notch portion in the second etching step, so that the final shape is obtained regardless of the length of the overhang portion formed in the first etching step. The length of the overhanging part is determined. For this reason, for example, even when the length of the overhang portion varies in the first etching step, the final overhang portion can be formed with a uniform length. That is, according to the manufacturing method of the present invention, the dimensional accuracy of the flow channel, particularly the dimensional accuracy of the length of the supply channel can be greatly improved.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッドの一例を示す分解斜視図であり、図2は、図1の概略平面図及びそのA−A’断面図であり、図3は、流路形成基板の平面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、この流路形成基板10には所定幅の溝部と、この溝部の長手方向の一部に設けられて溝部よりも幅の狭い所定長さの幅狭部を有する細溝を含むインク流路が形成されている。具体的には、流路形成基板10には、複数の隔壁11によって区画された溝部に相当する圧力発生室12が幅方向に並設され、且つその長手方向一端部側には、幅狭部に相当するインク供給路13が形成され、さらに本実施形態では、このインク供給路13によって圧力発生室12と連通する連通路14と、各圧力発生室12の共通のインク室であるリザーバの一部を構成する連通部15とが形成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of an ink jet recording head manufactured by the manufacturing method according to Embodiment 1, and FIG. 2 is a schematic plan view of FIG. FIG. 3 is a plan view of the flow path forming substrate. As shown in the figure, the flow
ここで、インク供給路13は、圧力発生室12の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室12より小さい幅を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路13は、その幅方向の一方の側面は、圧力発生室12の側面から連続する平面で構成され、他方の側面は、圧力発生室12の側面よりも内側に位置するように設けられている。例えば、隔壁11に圧力発生室12の側面よりも内側に張り出した張り出し部16が形成され、インク流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室12の幅より小さい幅で形成されている。なお、本実施形態では、インク流路の幅を片側から絞ることでインク供給路13を形成したが、インク流路の幅を両側から絞ることでインク供給路13を形成してもよい。
Here, the
また、各連通路14は、インク供給路13と圧力発生室12と連通部15との間に、圧力発生室12と略同一幅で形成されている。すなわち、各連通路14は、圧力発生室12の幅方向両側の隔壁11を連通部15側に延設してインク供給路13と連通部15との間の空間を区画することで形成されている。なお、これら圧力発生室12、インク供給路13、連通路14、連通部15等を含むインク流路は、流路形成基板10を異方性エッチングすることによって形成されている。
Further, each
ここで、インク供給路13は、連通部15から連通路14を介して圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。そして、インク供給路13の大きさ(幅及び長さ)、言い換えれば張り出し部16の大きさは、インク吐出特性に大きく影響するため高い寸法精度が要求される。
Here, the
例えば、本実施形態では、流路形成基板10が、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなるため、流路形成基板10を異方性ウェットエッチングすると、(110)面に垂直な第1の(111)面と、この第1の(111)面に対して70.53°の角度をなす第2の(111)面とが除去され難い。すなわち、これら第1及び第2の(111)面は、他の面よりもエッチングレートが遅い。このため、流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングすることによって形成される圧力発生室12等のインク流路の内面(側面)は、基本的にこれら第1の(111)面と第2の(111)面とを含む面で構成される。また、本実施形態では、圧力発生室12等のインク流路は、この第1の(111)面に沿って形成されている。このため、図3に示すように、インク供給路13を形成する張り出し部16は、第1の(111)面でありインク供給路13の側面を構成する第1面16aと、この第1面16aと、第1の(111)面である圧力発生室12の側面12a及び連通路14の側面14aとを繋ぐ第2面16bとで形成されている。
For example, in the present embodiment, the flow
インク供給路13の幅は、エッチングレートが遅い第1の(111)面である張り出し部16の第1面16aによって決まるため、エッチングにより比較的高精度に形成することができる。これに対し、張り出し部16の第2面16bのエッチングレートは比較的速いため、流路形成基板10をエッチングして圧力発生室12等のインク流路を形成すると、深さ方向にエッチング進行するのと同時に張り出し部16の第2面16bもエッチング(サイドエッチング)されてしまうため、所定長さL1の張り出し部16を高精度に形成するのが難しかった。
Since the width of the
しかしながら、本発明の製造方法によれば、インク供給路13(張り出し部16)の寸法精度、特に長さ方向の寸法精度を大幅に向上することができる。すなわち、所望の長さL1のインク供給路13(張り出し部16)を高精度に形成することができる。なお、本発明の製造方法については、詳しく後述する。 However, according to the manufacturing method of the present invention, the dimensional accuracy of the ink supply path 13 (the overhang portion 16), particularly the dimensional accuracy in the length direction, can be greatly improved. That is, the ink supply path 13 (projecting portion 16) having a desired length L1 can be formed with high accuracy. The production method of the present invention will be described in detail later.
このようなインク流路が形成された流路形成基板10の開口面側には、ノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接合されている。このようなノズルプレート20は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
A
また、流路形成基板10の表面の弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とからなる圧電素子300が形成されている。また、このような各圧電素子300の上電極膜80には、リード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。
An insulating
さらに、流路形成基板10の圧電素子300側の面には、圧電素子300に対向する領域に圧電素子保持部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部31は、空間が密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。保護基板30には、流路形成基板10の連通部15と連通してリザーバ100を構成するリザーバ部32が形成されている。
Further, a
また、この保護基板30上には、圧電素子300を駆動するための駆動IC200が実装されている。そして、各圧電素子300から圧電素子保持部31の外側まで引き出された各リード電極90の先端部と、駆動IC200とが駆動配線210を介して電気的に接続されている。
A driving
また、保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されてリザーバ部32が封止されている。なお、固定板42のリザーバ部32に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっており、リザーバ部32は、実際には可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
In addition, a
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動IC200からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、圧電素子300及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインクが吐出する。
In such an ink jet recording head according to the present embodiment, ink is taken in from an external ink supply unit (not shown), filled with ink from the
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図4〜図8を参照して説明する。なお、図4〜図6は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す圧力発生室の長手方向の断面図であり、図7及び図8は、インク流路を形成する工程を説明する概略斜視図である。 Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 4 to 6 are longitudinal sectional views of the pressure generating chamber showing the manufacturing process of the ink jet recording head, and FIGS. 7 and 8 are schematic perspective views for explaining the process of forming the ink flow path. It is.
まず、図4(a)に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する酸化シリコン膜51を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、厚さが約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。次に、図4(b)に示すように、弾性膜50(酸化シリコン膜51)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(酸化シリコン膜51)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成する。次いで、図4(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。次に、図4(d)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる上電極膜80とを流路形成基板用ウェハ110の全面に形成し、これら圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, a channel forming
次いで、図5(a)に示すように、リード電極90を形成する。具体的には、例えば、金(Au)等からなる配線層95を全面に形成し、この配線層95をパターニングすることにより各圧電素子300から引き出されるリード電極90を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すように、保護基板用ウェハ130を、流路形成基板用ウェハ110上に接着剤35によって接着する。このように保護基板用ウェハ130を流路形成基板用ウェハ110に接合した後は、図5(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さとなるまで研磨し、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより所定の厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次いで、図6(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなる保護膜52を新たに形成して所定形状にパターニングし、この保護膜52をマスクとして流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングすることで圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15等のインク流路を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, a
このとき本発明では、流路形成基板用ウェハ110を複数段階、例えば、2段階に分けてエッチングすることによりインク流路を形成している。具体的には、まず、図7(a)に示すように、各インク供給路13に対向する領域、すなわち、張り出し部16となる領域の長さL2が、最終形状における張り出し部16の長さL1よりも長くなるように保護膜52をパターニングし、図7(b)に示すように、このような所定パターンの保護膜52をマスクとして流路形成基板用ウェハ110を弾性膜50が露出するまで異方性エッチングすることにより圧力発生室12等のインク流路を形成する(第1のエッチング工程)。そして、この第1のエッチング工程では、張り出し部16の長さL3が、最終形状における長さL1よりも長くなるようにする。
At this time, in the present invention, the ink flow path is formed by etching the flow path forming
なお、上述したように流路形成基板用ウェハ110の第1の(111)面及び第2の(111)面が露出されながらエッチングが深さ方向に進行する。また第1の(111)面及び第2の(111)面以外が露出している部分では、エッチングが面方向(横方向)にも進行する。すなわち、張り出し部16の第2面16bは、横方向にエッチング(サイドエッチング)される。そして、第1のエッチング工程では、エッチング時間によりこのサイドエッチング量を調整することで、張り出し部16の長さL3を調整している。
As described above, etching proceeds in the depth direction while the first (111) surface and the second (111) surface of the flow path forming
次に、図8(a)に示すように、保護膜52に、張り出し部16の少なくともインク供給路13側の端面の少なくとも一部、すなわち、第1面16aの少なくとも一部が露出するように切り欠き部52aを形成する(マスク加工工程)。本実施形態では、張り出し部16の第1面16aの一部と共に第2面16bが完全に露出するように、保護膜52に切り欠き部52aを形成した。なお、このように保護膜52に切り欠き部52aを形成する方法は、特に限定されないが、例えば、レーザ加工によって保護膜52に切り欠き部52aを形成するのが好ましい。これにより、切り欠き部52aを比較的容易、且つ高精度に形成することができる。次いで、図8(b)に示すように、この切り欠き部52aを有する保護膜52をマスクとして流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングすることにより、張り出し部16を所定長さL1に形成する。すなわち、流路形成基板用ウェハ110の切り欠き部16に対向する部分を除去して、張り出し部16が所定長さL1となるようにする(第2のエッチング工程)。
Next, as shown in FIG. 8A, at least a part of the end surface of the
このとき、流路形成基板用ウェハ110(張り出し部16)は、切り欠き部52aの端面と張り出し部16の第1面16aとの交点P1,P2を起点としてエッチングが進行する(図8(a)参照)。したがって、張り出し部16の長さを極めて高精度に制御することができる。
At this time, the flow path forming substrate wafer 110 (the overhanging portion 16) is etched starting from intersections P1 and P2 between the end surface of the
例えば、第1のエッチング工程では、張り出し部16の長さL3にばらつきが生じ易いため、その後に、第1のエッチング工程で形成された張り出し部16の第2面16bをさらにエッチング(サイドエッチング)することで、張り出し部1を所定長さL1に形成しようとすると、第1のエッチング工程における長さのばらつきが影響して、最終的な張り出し部16の寸法精度が低下してしまう虞がある。しかしながら、本発明では、第1のエッチング工程後に、上述した第2のエッチング工程を実施するようにしているため、張り出し部16の寸法精度が大幅に向上する。すなわち、第2のエッチング工程では、交点P1,P2を起点としてエッチングが進行するため、第1のエッチング工程における張り出し部16の長さのばらつきに関係なく、張り出し部16を所定長さL1に高精度に形成することができる。具体的には、長さ100μmの張り出し部16を形成した場合で、寸法誤差は±10μm以内に抑えられる。
For example, in the first etching step, the length L3 of the
なお、本実施形態では、張り出し部16の第1面16aの一部と共に第2面16bが完全に露出する面積の比較的大きい切り欠き部52aを保護膜52に形成するようにしたので、第2のエッチング工程において、流路形成基板用ウェハ110(張り出し部16)を比較的短時間で良好に除去することができる。しかしながら、切り欠き部52aは、例えば、図9に示すように、張り出し部16のインク供給路13側の端面、すなわち、第1面16aの一部が露出されていればよい。この場合でも、第2のエッチング工程におけるエッチングの起点は交点P3,P4となるため、上述したように、張り出し部16を所定長さL1に高精度に形成することができる。
In the present embodiment, since the
なお、図示しないが、その後は、例えば、保護膜52を除去し、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合する。そして、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去し、これら流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
Although not shown, after that, for example, the
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。例えば、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を一例として本発明を説明したが、これに限定されず、本発明は、広く液体噴射ヘッドの製造方法全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to these embodiment. For example, the present invention has been described with reference to an example of a method for manufacturing an ink jet recording head, but the present invention is not limited to this, and the present invention is intended for a wide range of methods for manufacturing a liquid ejecting head. Of course, the present invention can also be applied to a method for manufacturing a jet. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (surface emitting displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
また、上述した液体噴射ヘッドの製造以外であっても、シリコン基板に溝部とこの溝部よりも幅の狭い幅狭部を有する細溝を異方性エッチングによって形成する場合には、本発明を採用することができる。 In addition to the manufacturing of the liquid jet head described above, the present invention is adopted when a groove and a narrow groove having a narrower width than the groove are formed in the silicon substrate by anisotropic etching. can do.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 インク供給路、 14 連通路、 15 連通部、 16 張り出し部、 16a 第1面、 16b 第2面、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 40 コンプライアンス基板、 52 保護膜、 52a 切り欠き部、 110 流路形成基板用ウェハ、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記シリコン基板上に所定形状の保護膜を形成しこの保護膜をマスクとして当該シリコン基板を異方性エッチングすることにより前記幅狭部の長さが前記所定長さよりも長くなるように前記細溝を形成する第1のエッチング工程と、前記溝部の側面よりも前記細溝の内側に張り出して設けられて前記幅狭部を形成する張り出し部に対応する領域の前記保護膜に、前記張り出し部の少なくとも前記幅狭部側の端面の一部が露出するように切り欠き部を形成するマスク加工工程と、この切り欠き部を有する保護膜をマスクとして前記シリコン基板を異方性エッチングすることにより前記幅狭部を前記所定長さとする第2のエッチング工程とを有することを特徴とするシリコン基板の加工方法。 Processing a silicon substrate in which a groove having a predetermined width and a narrow groove having a narrow portion having a predetermined length that is narrower than the groove and provided in a part of the groove in the longitudinal direction are formed on the silicon substrate by anisotropic etching A method,
The narrow groove is formed such that a protective film having a predetermined shape is formed on the silicon substrate and the silicon substrate is anisotropically etched using the protective film as a mask so that the length of the narrow portion becomes longer than the predetermined length. A first etching step for forming the protrusion, and the protective film in a region corresponding to the protrusion that is provided to protrude from the side surface of the groove to the inside of the narrow groove to form the narrow portion. A mask processing step of forming a cutout portion so that at least a part of the end face on the narrow portion side is exposed, and the silicon substrate is anisotropically etched using the protective film having the cutout portion as a mask. And a second etching step in which the narrow portion has the predetermined length.
前記流路形成基板に前記流路を形成する工程として、前記流路形成基板上に所定形状の保護膜を形成しこの保護膜をマスクとして当該流路形成基板を異方性エッチングすることにより前記供給路の長さが前記所定長さよりも長くなるように前記流路を形成する第1のエッチング工程と、前記圧力発生室の側面よりも前記流路の内側に張り出して設けられて前記供給路を形成する張り出し部に対応する領域の前記保護膜に、前記張り出し部の少なくとも前記供給路側の端面の一部が露出するように切り欠き部を形成するマスク加工工程と、この切り欠き部を有する保護膜をマスクとして前記流路形成基板を異方性エッチングすることにより前記供給路を前記所定長さとする第2のエッチング工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 A flow path forming substrate having a flow path including a pressure generation chamber made of a silicon substrate and communicating with the nozzle and a supply path having a narrower width than the pressure generation chamber, and a pressure for discharging droplets into the pressure generation chamber A method of manufacturing a liquid ejecting head having pressure generating means for generating
As the step of forming the flow path on the flow path forming substrate, a protective film having a predetermined shape is formed on the flow path forming substrate, and the flow path forming substrate is anisotropically etched using the protective film as a mask. A first etching step for forming the flow path such that the length of the supply path is longer than the predetermined length; and the supply path is provided so as to protrude from the side surface of the pressure generation chamber to the inside of the flow path. A mask processing step of forming a cutout portion in the protective film in a region corresponding to the overhang portion forming the cutout so as to expose at least a part of the end surface on the supply path side of the overhang portion, and the cutout portion. And a second etching step of anisotropically etching the flow path forming substrate using a protective film as a mask to set the supply path to the predetermined length. Method.
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JP2006031693A JP2007210176A (en) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | Method for processing silicon substrate and method for manufacturing liquid jet head |
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JP2009137133A (en) * | 2007-12-05 | 2009-06-25 | Seiko Epson Corp | Manufacturing method of liquid jetting head, and etching method of crystal substrate |
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