JP2007307735A - Method for manufacturing liquid droplet delivering head and method for manufacturing liquid droplet delivering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法及び滴吐出装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a droplet discharge head and a method for manufacturing a droplet discharge device.
静電駆動方式のインクジェットヘッドは、静電アクチュエータを有し、振動板と電極間に静電気力を発生させることにより、アクチュエータの容積を変動させて、液滴吐出を実現している。かかるインクジェットヘッドの製造方法は、2種類に分類される。第1の製造方法は、振動板を備えたシリコン基板と、電極を備えたガラス基板を個別に製造し、それらを陽極接合した後に、アクチュエータを封止する方法である。第2の製造方法は、振動板となるシリコン基板と電極を備えたガラス基板を陽極接合した後に、振動板の加工を行い、その後、アクチュエータの封止を行う方法である。 The electrostatic drive type ink jet head has an electrostatic actuator, and by generating an electrostatic force between the diaphragm and the electrode, the volume of the actuator is changed to realize droplet discharge. Such an inkjet head manufacturing method is classified into two types. The first manufacturing method is a method in which a silicon substrate provided with a diaphragm and a glass substrate provided with an electrode are individually manufactured, and after anodic bonding thereof, the actuator is sealed. The second manufacturing method is a method in which, after anodically bonding a silicon substrate serving as a vibration plate and a glass substrate having electrodes, the vibration plate is processed, and then the actuator is sealed.
上記の第2の製造方法を用いたインクジェットヘッドの製造工程においては、電極取出部の貫通孔の形成をドライエッチングにより行う場合、電極及び基板へのダメージを防止するため、事前に、少なくとも電極上に絶縁性が高くエッチング耐性が強固なエッチングカバー膜を成膜しておき、これによって電極及び基板へのダメージを防止していた(例えば、特許文献1参照)。 In the manufacturing process of the ink jet head using the second manufacturing method, when the through hole of the electrode extraction portion is formed by dry etching, in order to prevent damage to the electrode and the substrate, at least on the electrode in advance. An etching cover film having high insulating properties and strong etching resistance is formed in advance, thereby preventing damage to the electrodes and the substrate (see, for example, Patent Document 1).
上記の製造方法において、アクチュエータ内部の水分を完全に除去した後にアクチュエータの封止を行い、アクチュエータを密閉状態にする必要がある。また、アクチュエータの密閉後は、外部からアクチュエータ内に水分が浸入するのを確実に防ぐ必要がある。このため、電極取出部の貫通孔を形成した後に、電極取出部を無機膜によって封止することが行われている。有機材料を用いる場合と異なり、熱硬化の必要がなく、材料からのアウトガスが発生するのを防ぐことができる(例えば、特許文献2参照)。 In the above manufacturing method, it is necessary to seal the actuator after completely removing the moisture inside the actuator, so that the actuator is sealed. In addition, after sealing the actuator, it is necessary to reliably prevent moisture from entering the actuator from the outside. For this reason, after forming the through-hole of an electrode extraction part, sealing an electrode extraction part with an inorganic film is performed. Unlike the case of using an organic material, there is no need for thermosetting, and outgassing from the material can be prevented (see, for example, Patent Document 2).
特許文献1に記載のインクジェットヘッドの製造方法では、電極取出部を形成する際に、絶縁膜であるエッチングカバー膜を事前に成膜しておくが、後工程においてかかる絶縁膜を除去しなければならない。絶縁膜を除去しなければ個別電極の対面に不要なシリコン薄膜部分が残ってしまい、個別電極を取り出すことができないからである。この除去工程にはウェットエッチングを行うことができないため、ドライエッチング加工が必要となるが、この方法を用いると、シリコン薄膜のみならずガラス表面までもエッチングし、ガラス表面に微細な凹凸形状が形成されて表面荒れの原因となる。
In the method of manufacturing an ink jet head described in
特許文献2に記載のインクジェットヘッドでは、封止材料を有機材料から無機材料に変更したが、単に材料を変更するのみでは、静電アクチュエータの気密性を確保することは容易ではない。例えば、ドライエッチング後、ガラス表面に微細な凹凸形状が形成され表面荒れが生じた場合は、たとえ無機膜を用いて封止しても、無機膜による密着性が不十分となり、結果的にアクチュエータの気密性を確保できないからである。
In the ink jet head described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電極取出部の封止孔部の封止に、熱硬化の必要がなくアウトガスの発生がない無機膜を用い、かつ、かかる無機膜の封止が良好でアクチュエータの完全密着が可能な信頼性の高い液滴吐出ヘッドの製造方法及び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 has been made in order to solve the above-described problems. An inorganic film that does not require thermosetting and does not generate outgas is used for sealing the sealing hole portion of the electrode extraction portion, and the inorganic An object of the present invention is to provide a highly reliable droplet discharge head manufacturing method and a droplet discharge device manufacturing method in which film sealing is satisfactory and actuators can be completely adhered.
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通して液体流路の一部を構成する吐出室と、該吐出室に液を供給する液体供給部と、前記吐出室の壁面の一部に形成された振動板と、該振動板と対向配置された個別電極と、該個別電極を取り出す電極取出部とを少なくとも備え、複数の基板を積層してなる液滴吐出ヘッドの製造方法であって、ガラス基板にギャップ段差部を形成した後に該ガラス基板の表面にエッチング耐性を有する保護膜を形成し、該保護膜の表面にさらにITO膜を成膜して前記個別電極となる複数の電極を形成する工程と、前記個別電極となる複数の電極が形成された前記ガラス基板と、前記吐出室となる複数の凹部が少なくとも形成されるシリコン基板とを、前記電極と前記吐出室の振動板となる部分をギャップを介して対向させて陽極接合する工程と、前記ガラス基板と接合された前記シリコン基板に、少なくとも凹部を含む液体流路及び電極取出部となる部分をウエットエッチングを利用してエッチングした後、前記電極取出部となる部分をさらにドライエッチングして貫通させる工程と、前記シリコン基板の前記貫通孔を利用して前記ギャップの封止孔部を封止する工程とを含むものである。 A method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle hole that discharges a droplet, a discharge chamber that communicates with the nozzle hole and forms a part of a liquid channel, and supplies the liquid to the discharge chamber. A liquid supply unit; a diaphragm formed on a part of the wall surface of the discharge chamber; an individual electrode disposed opposite to the diaphragm; and an electrode extraction unit for taking out the individual electrode; and a plurality of substrates. A method of manufacturing a laminated droplet discharge head, wherein after forming a gap step portion on a glass substrate, a protective film having etching resistance is formed on the surface of the glass substrate, and an ITO film is further formed on the surface of the protective film Forming a plurality of electrodes to be the individual electrodes, forming the glass substrate on which the plurality of electrodes to be the individual electrodes are formed, and silicon having at least a plurality of recesses to be the discharge chambers A substrate, the electrode and the A step of anodic bonding the portion of the exit chamber that is to be a vibration plate facing through a gap, and a portion of the silicon substrate that is bonded to the glass substrate that is to be a liquid flow path including at least a recess and an electrode extraction portion. After etching using etching, a step of further dry-etching the portion that becomes the electrode extraction portion, and a step of sealing the gap sealing hole portion using the through hole of the silicon substrate Is included.
ITO膜の形成前に電極基板の表面にエッチング耐性を有する保護膜を形成したので、電極取出部の貫通孔の貫通時においてガラス表面がエッチングによる表面荒れを起こすことがなく、ガラス表面を保護することができる。また、エチング終了後に保護膜を除去する必要がなく、そのままの状態にて、封止、実装工程等の後工程を行うことが可能となる。このため、振動板と個別電極とから構成される静電アクチュエータは、経時的に安定な気密性を確保することができるとともに、振動板と個別電極との短絡を防止することができる。 Since the protective film having etching resistance is formed on the surface of the electrode substrate before the ITO film is formed, the glass surface is protected from being roughened by etching during the penetration of the through hole of the electrode extraction portion, thereby protecting the glass surface. be able to. Further, it is not necessary to remove the protective film after the etching is completed, and it is possible to perform post-processes such as sealing and mounting processes as they are. For this reason, the electrostatic actuator composed of the diaphragm and the individual electrodes can ensure stable airtightness over time and can prevent a short circuit between the diaphragm and the individual electrodes.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記電極基板の表面全体にエッチング耐性を有する保護膜を形成するものである。
電極基板の表面全体にエッチング耐性を有する保護膜を形成したので、電極取出部の貫通孔の貫通時においてガラス表面がエッチングによる表面荒れを起こすことがない。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, a protective film having etching resistance is formed on the entire surface of the electrode substrate.
Since the protective film having etching resistance is formed on the entire surface of the electrode substrate, the surface of the glass is not roughened by etching when the through hole of the electrode extraction portion is penetrated.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板の表面の封止孔部となる部分の近傍にのみエッチング耐性を有する保護膜を形成するものである。
電極基板の表面の封止孔部となる部分の近傍にのみエッチング耐性を有する保護膜を形成したので、電極取出部の貫通孔の貫通時において封止孔部近傍のガラス表面がエッチングによる表面荒れを起こすことがない。さらに、電極基板の封止孔部の近傍にのみ保護膜を選択的に成膜するので、ガラス基板とシリコン基板を陽極接合する際に接合強度が低下するのを防ぐことができる。
In the method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, a protective film having etching resistance is formed only in the vicinity of a portion to be a sealing hole portion on the surface of the electrode substrate.
Since the protective film having etching resistance is formed only in the vicinity of the portion to be the sealing hole portion on the surface of the electrode substrate, the glass surface in the vicinity of the sealing hole portion is roughened by etching when the through hole of the electrode extraction portion is penetrated. Will not cause. Furthermore, since the protective film is selectively formed only in the vicinity of the sealing hole portion of the electrode substrate, it is possible to prevent the bonding strength from being lowered when the glass substrate and the silicon substrate are anodic bonded.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記保護膜を成膜する前に前記保護膜の膜厚に相当する深さの溝部を前記電極基板に形成しておき、前記保護膜を前記電極基板の溝部内に該電極基板の表面と同じ高さになるように成膜するものである。
保護膜の選択成膜にあたって、電極基板側に保護膜の膜厚に相当する深さの溝部を事前に形成しておくので、この保護膜によって膜厚分の段差が新たに形成されるのを防止することができる。
Further, in the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, a groove having a depth corresponding to the thickness of the protective film is formed in the electrode substrate before forming the protective film, and the protective film Is formed in the groove portion of the electrode substrate so as to have the same height as the surface of the electrode substrate.
In the selective film formation of the protective film, a groove having a depth corresponding to the film thickness of the protective film is formed in advance on the electrode substrate side, so that a step corresponding to the film thickness is newly formed by this protective film. Can be prevented.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記保護膜が絶縁体であって前記ドライエッチングの際に使用するエッチングガスに耐性を有するものである。
電極基板の表面に絶縁体であってドライエッチングの際に使用するエッチングガスに耐性を有する保護膜を形成したので、この保護膜によって、電極取出部の貫通孔の貫通時において封止孔部近傍のガラス表面がエッチングガスによって表面荒れを起こすことがない。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the protective film is an insulator and has resistance to an etching gas used in the dry etching.
Since a protective film that is an insulator and is resistant to the etching gas used during dry etching is formed on the surface of the electrode substrate, this protective film allows the vicinity of the sealing hole portion to pass through the through hole of the electrode extraction portion. The glass surface is not roughened by the etching gas.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記ドライエッチングの際に使用するエッチングガスがCF4またはSF6よりなるものである。
前記電極基板の表面に絶縁体であってドライエッチングの際に使用するCF4またはSF6よりなるエッチングガスに耐性を有する保護膜を形成したので、この保護膜によって、電極取出部の貫通孔の貫通時において封止孔部近傍のガラス表面がエッチングガスによって表面荒れを起こすことがない。
In the manufacturing method of the droplet discharge head according to the present invention, the etching gas used in the dry etching is made of CF 4 or SF 6 .
Since a protective film which is an insulator and is resistant to an etching gas made of CF 4 or SF 6 used for dry etching is formed on the surface of the electrode substrate, the protective film allows the through hole of the electrode extraction portion to be formed. During penetration, the glass surface near the sealing hole is not roughened by the etching gas.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記保護膜が絶縁体であってITO膜のエッチングの際に使用するエッチング液に耐性を有するものである。
電極基板の表面にエッチング耐性を有する保護膜を形成したので、この保護膜によって、ITO膜のエッチング時にガラス表面がエッチングされて表面荒れを起こすことがない。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the protective film is an insulator and has resistance to an etching solution used for etching the ITO film.
Since the protective film having etching resistance is formed on the surface of the electrode substrate, the glass surface is not etched by the protective film when the ITO film is etched, and the surface is not roughened.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記保護膜がAl2O3よりなるものである。
電極基板の表面にAl2O3よりなる保護膜を形成したので、この保護膜によって、ITO膜のエッチング時に、また電極取出部の貫通孔の貫通時に、封止孔部近傍のガラス表面がエッチングによって表面荒れを起こすことがない。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the protective film is made of Al 2 O 3 .
Since a protective film made of Al 2 O 3 is formed on the surface of the electrode substrate, this protective film etches the glass surface in the vicinity of the sealing hole when etching the ITO film or when penetrating the through hole of the electrode extraction part. Does not cause surface roughness.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記ギャップの封止孔部を無機膜によって封止するものである。
封止用の無機膜とガラス基板との密着界面が平坦であるため、無機膜とガラス基板との密着性の低下を防止することができ、封止後のアクチュエータにリーク箇所がなくなり、アクチュエータの完全密封が可能となる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the sealing hole of the gap is sealed with an inorganic film.
Since the adhesion interface between the inorganic film for sealing and the glass substrate is flat, it is possible to prevent a decrease in the adhesion between the inorganic film and the glass substrate. Full sealing is possible.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記無機膜がTEOS−SiO2 膜である。
封止用のTEOS−SiO2 よりなる無機膜とガラス基板との密着界面が平坦であるため、TEOS−SiO2 よりなる無機膜の密着性の低下を防止することができる。
In the method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the inorganic film is a TEOS-SiO 2 film.
Since the adhesion interface between the inorganic film made of TEOS-SiO 2 for sealing and the glass substrate is flat, it is possible to prevent the adhesion of the inorganic film made of TEOS-SiO 2 from being lowered.
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記のいずれかに記載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。
アクチュエータの気密性がよい液滴吐出ヘッドを備えた高性能の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 any one of the above-described methods for manufacturing a droplet discharge head.
It is possible to obtain a high-performance liquid droplet ejection apparatus including a liquid droplet ejection head with good airtightness of the actuator.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図2は図1の要部の縦断面図である。なお、上記の液滴吐出ヘッドは、静電気力により駆動される静電駆動方式の静電アクチュエータの代表として、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドである。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a droplet discharge head according to
図1に示すように、液滴吐出ヘッド100は、キャビティ基板2を電極基板1とノズル基板3とによって上下から挟む構造になっており、電極基板1、キャビティ基板2、ノズル基板3の順に積層して接合されている。
ノズル基板3はシリコンから形成されており、複数のノズル孔32が設けられ、このノズル孔32は2段に形成されて液滴を吐出する際の直進性を向上させるようにしてある。また、ノズル基板3には、細溝状のオリフィス31が各吐出室(後述)に対して1つずつ形成されている。
As shown in FIG. 1, a
The
キャビティ基板2は、(110)面方位のシリコン単結晶基板(以下、単にシリコン基板という)から形成されている。このキャビティ基板2には、紙面手前側から奥側にかけて平行に並んで複数の吐出室13が形成され、この各吐出室13にはインク等の液滴を供給するための単一の凹部よりなるリザーバ14が形成されている。
キャビティ基板2の吐出室13の底壁には振動板12が設けられており、高濃度のボロン拡散層によって形成されている。ボロン拡散層を形成するのは、このボロン拡散層をエッチングストップ層とし、ウェットエッチングを用いて振動板12を所望の厚さに形成することができるからである。
キャビティ基板2の電極基板1が接合される側の面には、例えばアルミナ(Al2O3)によって絶縁膜16が形成されている。この絶縁膜16は、液滴吐出ヘッド100が駆動時に絶縁破壊やショートが発生するのを防止する。
The
A
An insulating
電極基板1はホウ珪酸ガラスよりなるガラス基板から形成されており、キャビティ基板2の振動板12側に接合されている。電極基板1には、個別電極(後述)を装着できるように、これらの形状にあわせてこれらの形状よりもやや大きめのギャップ段差部21aが、各振動板12に対向する位置に細長い一定の深さを有するようにしてパターン形成されている。なお、これらのギャップ段差部21aは、キャビティ基板2の振動板12との間に空間部21を形成する。
ギャップ段差部21aを含む電極基板1の表面(電極基板1がキャビティ基板2と接合する側の面)の全体には、エッチングマスクとして、エッチング耐性が強固な例えばAl2O3よりなる薄い保護膜18が形成されてる。
The
On the entire surface of the
電極基板1のギャップ段差部21aには、保護膜18の上に複数の個別電極17が形成されている。この個別電極17は、ITO(Indium Tin Oxide)をECRスパッタ装置で作製したもので、一定の間隔の隙間をもって振動板12に対向して配置されており、電極基板1の末端側にはリード部170を形成している。
電極基板1にはリザーバ14と連通するインク供給孔19が形成されており、このインク供給孔19を通して外部よりリザーバ14にインク等の液滴を供給するようにしてある。
A plurality of
An
個別電極17のリード部170の端部近傍には電極取出部27が開口されており、この開口部において、キャビティ基板2と電極基板1との間に形成されている空間部21の封止孔部71が無機膜よりなる封止膜70によって封止され、アクチュエータを密閉している。
An
液滴吐出ヘッド100にはドライバIC等の集積回路で構成された駆動回路(図示せず)が設けられており、その一端が電極基板1に設けられた個別電極17のリード部170に接続され、他端がキャビティ基板2に接続されており、この駆動回路から駆動信号が供給される。
The
次に、液滴吐出ヘッド100の動作について説明する。液滴吐出ヘッド100に接続された駆動回路により、キャビティ基板2と個別電極17との間にパルス電圧が印加される。そうすると、キャビティ基板2と個別電極17との間に電位差が生じ、静電気力が発生する。こうして振動板12が個別電極17側に撓み、リザーバ14の内部に溜まっていたインク等の液滴が吐出室13に流れ込む。その後、キャビティ基板2と個別電極17との間に印加されていたパルス電圧がなくなると、振動板12が元の状態位置に復元して吐出室13の内部の圧力が高くなり、ノズル孔32からインク液滴が吐出される。
Next, the operation of the
上記のように構成した液滴吐出ヘッド100の製造方法について、図3〜図11を用いて説明する。図3はシリコン基板に絶縁膜を成膜するまでの製造工程を示す断面工程図、図4はガラス基板の製造工程を示す断面工程図、図5は図4に続くガラス基板の製造工程を示す断面工程図、図6はガラス基板の電極取出部近傍を拡大した平面図及びそのイ−イ断面図、図7はシリコン基板とガラス基板の接合製造工程を示す断面工程図、図8は図7に続くシリコン基板とガラス基板の接合製造工程を示す断面工程図、図9は図8に続くシリコン基板とガラス基板の接合製造工程を示す断面工程図、図10は図1の対応部分のロ−ロ断面図及びハ−ハ断面図、図11はキャビティ基板とガラス基板の接合体にノズル基板を接合する接合製造工程を示す断面工程図である。
A method of manufacturing the
まず、シリコン基板2aに絶縁膜16を成膜するまでの製造工程を、図3を用いて説明する。
(a) キャビティ基板2となる一面が研磨されたシリコン基板2aを用意する。そして、図3(a)に示すように、シリコン基板2aの研磨された側の面にボロンを高濃度に拡散する。そうすると、シリコン基板2aの表面に、ボロン拡散層12aと、ボロンの熱拡散によるSiB6 層40が生ずる。
(b) 図3(b)に示すように、SiB6 層40を酸化させ、B2O3層41を形成する。
(c) 図3(c)に示すように、B2O3層41をウェットエッチングによって剥離する。
(d) 図3(d)に示すように、ボロン拡散層12aの上にプラズマCVD装置により、アルミナ(Al2O3)からなる絶縁膜16を形成する。
First, a manufacturing process until the insulating
(A) A
(B) As shown in FIG. 3B, the SiB 6 layer 40 is oxidized to form a B 2 O 3 layer 41.
(C) As shown in FIG. 3C, the B 2 O 3 layer 41 is removed by wet etching.
(D) As shown in FIG. 3D, an insulating
次に、ガラス基板1aの製造工程を図4〜図6を用いて説明する。
(a) 図4(a)に示すように、液滴吐出ヘッド100の電極基板1となる硼珪酸ガラス製のガラス基板1aの上面(表側表面)に、Cr/Au膜(クロム・金合金膜)51をECRスパッタ装置により形成する。
(b) フォトリソグラフィー(ステッパーやマスクアライナー等)により、ギャップ段差部21aに対応する形状にCr/Au膜51をパターニングし、そののち、エッチングにより、図4(b)に示すように、Cr/Au膜51のギャップ段差部21aに対応する部分を除去する。
Next, the manufacturing process of the
(A) As shown in FIG. 4 (a), a Cr / Au film (chromium / gold alloy film) is formed on the upper surface (front surface) of a
(B) The Cr /
(c) Cr/Au膜51をエッチングマスクとして、フッ酸水溶液でガラス基板1aをエッチングして、図4(c)に示すように、ギャップ段差部21aを形成する。
(d) 図4(d)に示すように、Cr/Au膜51をエッチングにより除去する。
図6(d1),(d2)は、このときのガラス基板1aの電極取出部27近傍(図1のA部)を拡大した平面図及びそのイ−イ断面図である。
(C) Using the Cr /
(D) As shown in FIG. 4D, the Cr /
FIGS. 6D1 and 6D2 are an enlarged plan view and an II cross-sectional view of the vicinity of the electrode extraction portion 27 (A portion in FIG. 1) of the
(e) 図5(e)に示すように、ガラス基板1aの上面全体に、エッチングマスクとして、エッチング耐性が強固な例えばAl2O3よりなる保護膜18をスパッタ法により成膜する。
図6(e1),(e2)は、このときのガラス基板1aの電極取出部27近傍(図1のA部)を拡大した平面図及びそのイ−イ断面図である。
保護膜18の材料としては、電極取出部27に封止用貫通孔(後述)を形成するときに使用するCF4やSF6などのエッチングガスに対して耐性があり、かつ絶縁体であるものを用いる。さらに、この保護膜18は、個別電極17となるITO膜のエッチング時(後述)に、ITOエッチング液(水:塩酸:硝酸=1.3:1.3:0.12)に対する耐性を有することが望ましい。なお、ITO膜とのエッチング選択比が取れる材料であれば、成膜膜厚によって調整することも可能である。
このように、保護膜18の材料として、Al2O3のような絶縁材料を用いることによって、電極取出部27の貫通ドライエッチング時に、ガラス基板1aのガラス表面がエッチングされて表面荒れを起こすことがなく、ガラス表面全体を保護することができる。さらに、振動板12とITOなどの電極材料によって形成されている個別電極17との短絡を防止することができる。
(E) As shown in FIG. 5E, a
6 (e1) and 6 (e2) are an enlarged plan view and an II cross-sectional view of the vicinity of the electrode extraction portion 27 (A portion in FIG. 1) of the
The material of the
As described above, by using an insulating material such as Al 2 O 3 as the material of the
(f) 上記のようにして保護膜18を形成した後に、図5(f)に示すように、保護膜18の上面全体に電極材料であるITO膜17aをECRスパッタ装置により成膜する。
図6(f1),(f2)は、このときのガラス基板1aの電極取出部27近傍(図1のA部)を拡大した平面図及びそのイ−イ断面図である。
なお、ITO膜17aの下にはエッチングマスクとしての保護膜18が成膜されているが、この保護膜18は除去する必要がなく、そのままの状態にて、後工程(封止、実装工程)を行うことができる。
(F) After forming the
6 (f1) and 6 (f2) are an enlarged plan view and an II cross-sectional view of the vicinity of the electrode extraction portion 27 (A portion in FIG. 1) of the
A
(g) ついで、ITO膜17aを個別電極17に対応する形状にパターニングし、個別電極17となる部分以外のITO膜17aをエッチングにより除去する。具体的には、ITO膜17aを液滴吐出ヘッド100の配線パターンに沿ってパターニングし、ITOエッチング液(水:塩酸:硝酸=1.3:1.3:0.12)により不要箇所のITO膜17aを除去する。こうして、図5(g)に示すように、個別電極17を形成する。
図6(g1),(g2)は、このときのガラス基板1aの電極取出部27近傍(図1のA部)を拡大した平面図及びそのイ−イ断面図である。
(h) 最後に、図5(h)に示すように、インク供給口19をサンドブラスト法によって加工する。
(G) Next, the
6 (g1) and 6 (g2) are an enlarged plan view of the vicinity of the electrode extraction portion 27 (portion A in FIG. 1) of the
(H) Finally, as shown in FIG. 5 (h), the
次に、シリコン基板2aとガラス基板1aの接合製造工程を、図7〜図10を用いて説明する。
(a) 図7(a)に示すように、ボロン拡散層12aと絶縁膜16を形成したシリコン基板2a(図3参照)と、インク供給孔19を形成したガラス基板1a(図5参照)を準備する。
(b) 図7(b)に示すように、シリコン基板2aとガラス基板1aとの間に電圧をかけてこれらを陽極接合し、接合基板61を製造する。
Next, the bonding manufacturing process of the
(A) As shown in FIG. 7A, a
(B) As shown in FIG. 7B, a voltage is applied between the
(c) 図7(c)に示すように、シリコン基板2aの上面(表側表面)をグラインダーで研削加工して薄板化する。このとき、基板の表面には中心から放物線を描く研削跡が残る。続いて、32重量%、80℃の水酸化カリウム水溶液でシリコン基板2aの上面全体をエッチングし、グラインダーで研削で発生した加工変質層を除去する。このエッチングによってシリコン基板2a表面は荒れてしまうが、後工程のノズル基板3の接着(後述)に問題はない。
(d) 図7(d)に示すように、接合基板61のシリコン基板2aの表面に、CVD装置によってSiO2 膜(酸化シリコン膜)62を形成する。
(C) As shown in FIG. 7C, the upper surface (front surface) of the
(D) As shown in FIG. 7D, an SiO 2 film (silicon oxide film) 62 is formed on the surface of the
(e) 図8(e)に示すように、SiO2 膜62の吐出室13に対応する部分13a、リザーバ14に対応する部分14a及び電極取出部27に対応する部分27aをフォトリソグラフィー(ステッパーやマスクアライナー等)によりパターニングし、これらの部分のSiO2 膜62をエッチングにより除去する。なお、リザーバ14となる部分14aのSiO2 膜62は完全に除去しないように、ハーフエッチングする。
(E) As shown in FIG. 8E, a portion 13a of the SiO 2 film 62 corresponding to the
(f) 図8(f)に示すように、接合基板61を35重量%、80℃の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室13、電極取出部27を途中までエッチングする。そして、リザーバ14に残したフッ酸水溶液でSiO2 膜62を除去し、35重量%、80℃の水酸化カリウム水溶液でエッチングを継続する。こうして、ボロン拡散層12aがエッチングされずに残り、吐出室13の底面のボロン拡散層12aは振動板12となる。
一方、エッチングのスタートを遅らせたリザーバ14は、ボロン拡散層12aまでエッチングが進行せずに、底部となるシリコンを厚く残すことができる。
(F) As shown in FIG. 8F, the
On the other hand, the
(g) 接合基板61をフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板2aの表面に残っていたSiO2 膜62を、図8(g)に示すように、すべて除去する。
ここまでの工程では、キャビティ基板2と電極基板1との間に形成された空間部21は完全に密閉されているため、途中工程において処理液が空間部21内に入り込むということはない。
(G) The
In the steps so far, the
(h) メタルマスク(図示せず)の開口部をシリコン基板2aの電極取出部27の貫通孔となる部分に重ねて、貫通孔となる部分に残る振動板(ボロン拡散層)12と絶縁膜16(図8(g)参照)を、反応ガスCF4又はSF6を使用したドライエッチングによって除去し、図8(h)に示すように、電極取出部27を貫通させる。すなわち、封止された空間部21及び個別電極17のリード部170を、電極取出部27の貫通孔と封止孔部71を介して連通させる。このとき、個別電極17となるITO膜17aの形成前にガラス基板1aの全表面にAl2O3よりなる保護膜18を成膜しておいたため(図5(e)参照)、電極取出部27の貫通孔を形成するドライエチング時に、電極取出部27の封止孔部71近傍のガラス表面が表面荒れを起こすということがない。
(H) The opening portion of the metal mask (not shown) is overlapped with the portion to be the through hole of the
(i) 電極取出部27の貫通孔から、シリコン基板2aとガラス基板1aとの間に形成されている空間部21の封止孔部71を塞ぐように封止膜70を塗布して、図9(i)に示すようにアクチュエータを封止する。封止孔部71の封止に際しては、電極取出部27の貫通後(図8(h)参照)、封止用シリコンマスク(図示せず)を位置決めピンによってアライメントし、TEOS−CVD装置を用いて、電極取出部27の貫通孔を利用して封止膜であるTEOS−SiO2膜を封止孔部71に成膜し、封止膜70を形成する。
図10はこのときの接合基板61の縦断面図であって、図10(i1)は図1の対応部分のロ−ロ断面図であり、図10(i2)は図1の対応部分のハ−ハ断面図である。
(I) A sealing
10 is a longitudinal sectional view of the
このように、個別電極17となるITO膜17aの形成前にガラス基板1aの表面全面にAl2O3よりなる保護膜18を成膜し、これによって電極取出部27の貫通エッチング時の表面荒れを防止することができるため、封止膜70とガラス基板1aとの密着界面が平坦であり、このため封止膜70によって封止孔部71を封止した後のアクチュエータリーク箇所がなくなり、アクチュエータの気密性を確保することが可能となる。
また、ガラス表面を保護する保護膜18の材料としてAl2O3のような絶縁材料を使用しているのでITO配線の短絡を防止することができ、また、保護膜18を除去する必要もない。
As described above, the
Further, since an insulating material such as Al 2 O 3 is used as the material of the
次に、シリコン基板2aとガラス基板1aとの接合体61にノズル基板3を接合する接合製造工程を、図11を用いて説明する。
(a) シリコン基板2aとガラス基板1aよりなる接合体61のシリコン基板2aの上面(表側表面)に、図11(a)に示すように、ノズル基板3を接合剤で接合する。
(b) ダイシングして不要な部分を除去し、図11(b)に示すように、液滴吐出ヘッド100が完成する。
Next, a bonding manufacturing process for bonding the
(A) As shown in FIG. 11A, the
(B) Unnecessary portions are removed by dicing, and the
実施の形態2
図12は実施の形態2に係る液滴吐出ヘッド100の製造工程をしたもので、ガラス基板1aの電極取出部27近傍(図1のA部)を拡大した平面図、図13は液滴吐出ヘッド100の製造工程を示した斜視図、図14は図1の対応部分のロ−ロ断面図及びハ−ハ断面図である。
実施の形態1では、液滴吐出ヘッド100の製造を行うにあたって、Al2O3を材料とする保護膜18をガラス基板1aの全面に成膜したが、実施の形態2では、図12に示すように、保護膜18をガラス基板1aの一部にのみ選択的に成膜したものであり、詳しくは、電極取出部27の封止孔部71の近傍にのみ選択的に成膜する。
成膜する手段としては、エッチングマスクによる成膜方法、または材料によって様々であるが、例えば、スパッタ法、CVD法によってAl2O3膜を成膜する場合は、図13に示すようなシリコンマスク80を成膜前にガラス基板1aに取り付けることによって行うことができる。
その製造工程は、Al2O3を材料とする保護膜18をガラス基板1aの電極取出部27の封止孔部71となる近傍の位置に成膜する場合、図12(d)に示すように、シリコンマスク80の開口部81(図13参照)がガラス基板1aの電極取出部27の封止孔部71となる近傍の位置に来るように、成膜前にシリコンマスク80をガラス基板1aに取り付ける。
FIG. 12 shows a manufacturing process of the
In the first embodiment, when the
The means for forming the film varies depending on the film forming method using the etching mask or the material. For example, when forming the Al 2 O 3 film by sputtering or CVD, a silicon mask as shown in FIG. 80 can be performed by attaching to the
In the manufacturing process, when the
次に、図12(e)に示すように、シリコンマスク80の開口部81より電極取出部27の封止孔部71となる近傍の位置に、スパッタ法により、エッチングカバー膜となるAl2O3を材料とする絶縁性の保護膜18を選択的に成膜する。なお、選択成膜にあたっては、保護膜18の膜厚分だけ段差が形成されてしまうので、その膜厚分の段差が形成されるのを防止するため、成膜する膜厚に相当する深さの段差部(溝部)180を、ガラス基板1a側に事前に形成しておく。
Next, as shown in FIG. 12 (e), Al 2 O serving as an etching cover film is formed by sputtering at a position in the vicinity of the
次に、シリコンマスク80を除去し、図12(f)に示すように、保護膜18を含めたガラス基板1aの上面全体に、電極材料であるITO膜17aをECRスパッタ装置により成膜する。
Next, the
次に、図12(g)に示すように、ITO膜17aに個別電極17に対応する形状をパターニングし、個別電極17となる部分以外のITO膜17aをエッチングにより除去する。
その他の製造工程は、実施の形態1に示した場合と実質的に同様なので説明を省略する。
図14は、上記のような製造工程を経て製造した接合基板61を、異なる位置により切断した状態の縦断面図であって、図14(a)は図1の対応部分のイ−イ断面図であり、図14(b)は図1の対応部分のロ−ロ断面図である。
Next, as shown in FIG. 12G, a shape corresponding to the
The other manufacturing steps are substantially the same as those shown in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the bonded
実施の形態2によれば、実施の形態1で示した効果に加えて、封止孔部17の近傍のみに選択的にAl2O3よりなる保護膜18を成膜するので、陽極接合の際、陽極接合の強度低下が防止される。すなわち、ガラス基板1aの全面にエッチングマスクを成膜することによる陽極接合強度の低下が懸念される場合、封止孔部71の近傍にのみ保護膜18を選択的に成膜することによって、陽極接合強度低下を回避することができる。
According to the second embodiment, in addition to the effects shown in the first embodiment, since the
実施の形態3.
図15は、実施の形態1及び2で製造した液滴吐出ヘッド100を搭載した液滴吐出装置150の一例を示した斜視図である。この液滴吐出装置150は、一般的なインクジェットプリンタである。液滴吐出装置150に搭載される液滴吐出ヘッド100は、上述したように、封止膜70とガラス基板1aとの密着界面が平坦であり、このため封止膜70によって封止孔部71を封止した後のアクチュエータリーク箇所がなくなり、アクチュエータの気密性を確保することが可能となる。よって、信頼性の高い液滴吐出ヘッド100を搭載した液滴吐出装置150を得ることができる。
FIG. 15 is a perspective view showing an example of a
なお、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出装置は、図15に示したインクジェットプリンタの他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することが可能である。
また、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において変形可能である。たとえば、静電アクチュエータを用いたマイクロポンプやミラーデバイス等のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの製造にも応用することができる。さらに、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法で製造される液滴吐出ヘッド100が3層構造である場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、4層構造であってもよい。
In addition to the inkjet printer shown in FIG. 15, the droplet discharge apparatus obtained by the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention can manufacture color filters for liquid crystal displays by changing the droplets in various ways. Further, the present invention can be applied to formation of a light emitting portion of an organic EL display device, discharge of a biological liquid, and the like.
Further, the manufacturing method of the droplet discharge head according to the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified within the scope of the present invention. For example, the present invention can also be applied to the manufacture of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices such as micro pumps and mirror devices using electrostatic actuators. Furthermore, although the case where the
1 電極基板、1a ガラス基板、2 キャビティ基板、2a シリコン基板、3 ノズル基板、12 振動板、12a ボロン拡散層、13 吐出室、13a 吐出室に対応する部分、14 リザーバ、14a リザーバに対応する部分、16 絶縁膜、17 個別電極、17a ITO膜、18 保護膜、19 インク供給孔、21 空間部、21a ギャップ段差部、27 電極取出部、27a 電極取出部に対応する部分、31 オリフィス、32 ノズル孔、61 接合基板、70 封止膜、71 封止孔部、80 シリコンマスク、100 液滴吐出ヘッド、150 液滴吐出装置、170 個別電極のリード部。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
ガラス基板にギャップ段差部を形成した後に該ガラス基板の表面にエッチング耐性を有する保護膜を形成し、該保護膜の表面にさらにITO膜を成膜して前記個別電極となる複数の電極を形成する工程と、
前記個別電極となる複数の電極が形成された前記ガラス基板と、前記吐出室となる複数の凹部が少なくとも形成されるシリコン基板とを、前記電極と前記吐出室の振動板となる部分をギャップを介して対向させて陽極接合する工程と、
前記ガラス基板と接合された前記シリコン基板に、少なくとも凹部を含む液体流路及び電極取出部となる部分をウエットエッチングを利用してエッチングした後、前記電極取出部となる部分をさらにドライエッチングして貫通させる工程と、
前記シリコン基板の前記貫通孔を利用して前記ギャップの封止孔部を封止する工程とを含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A nozzle hole for discharging droplets, a discharge chamber communicating with the nozzle hole and forming a part of a liquid flow path, a liquid supply unit for supplying liquid to the discharge chamber, and a part of a wall surface of the discharge chamber A droplet discharge head comprising at least a diaphragm formed on the substrate, an individual electrode disposed opposite to the diaphragm, and an electrode extraction portion for taking out the individual electrode, and a plurality of substrates laminated. And
After forming a gap step on the glass substrate, a protective film having etching resistance is formed on the surface of the glass substrate, and an ITO film is further formed on the surface of the protective film to form a plurality of electrodes to be the individual electrodes And a process of
The glass substrate on which the plurality of electrodes to be the individual electrodes are formed and the silicon substrate on which at least the plurality of recesses to be the discharge chambers are formed are separated from each other by a gap between the electrodes and the portions to be the vibration plates of the discharge chambers. A process of anodic bonding facing each other,
Etching the liquid substrate including at least a recess and a portion to be an electrode extraction portion on the silicon substrate bonded to the glass substrate using wet etching, and further dry etching the portion to be the electrode extraction portion A step of penetrating;
And a step of sealing the gap sealing hole using the through hole of the silicon substrate.
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 1.
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2006
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