JP2008168552A - Method for manufacturing micro-device and method for manufacturing liquid jetting head - Google Patents

Method for manufacturing micro-device and method for manufacturing liquid jetting head Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a micro-device which can perform a desired fine processing by carrying out anisotropic etching to a substrate, and to provide a method for manufacturing a liquid jetting head. <P>SOLUTION: At the time of forming recessed parts 12, 14 and 15 with a partition wall 11 whose surface becomes a face (111) to a region corresponding to an opening part 201 of the substrate by setting a mask 200 with the opening part 201 to a surface of the substrate formed of a crystal silicon comprised of a face (100) or a face (110) of the crystal face orientation, and by carrying out the anisotropic etching to the substrate via the mask 200, a plurality of correction patterns 210 are prepared which are extended from a region to be the partition wall 11 of the mask 200, expanding an open area of the opening part 201 by being gradually etched from a starting part 211 together with the substrate, and whose region other than the starting part 211 of the outer periphery is surrounded by a face along the face (111) of the crystal face orient at ion orientation of the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコン基板を異方性エッチングすることによりマイクロデバイスを形成するマイクロデバイスの製造方法に関し、特に、マイクロデバイスの製造方法によって、液体を噴射する液体噴射ヘッドを構成する基板を製造する液体噴射ヘッドの製造方法に関する。   The present invention relates to a microdevice manufacturing method for forming a microdevice by anisotropically etching a silicon substrate, and more particularly, a liquid for manufacturing a substrate constituting a liquid ejecting head that ejects liquid by the microdevice manufacturing method. The present invention relates to a method for manufacturing an ejection head.

液体噴射ヘッドなどのマイクロデバイスの代表的な例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室に連通する連通部が形成されると共に、その一方面側に圧電素子が設けられた流路形成基板と、流路形成基板の連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成された封止基板とを具備するものがある。そして、流路形成基板及び封止基板としては、例えば、結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板が用いられ、これらの基板は、平行四辺形に開口する開口部を有するマスクを介して異方性エッチング(ウェットエッチング)することによって形成されていた(例えば、特許文献1参照)。   As an ink jet recording head which is a typical example of a microdevice such as a liquid ejecting head, for example, a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a communicating portion communicating with the pressure generating chamber are formed, and one surface thereof Some include a flow path forming substrate provided with a piezoelectric element on the side, and a sealing substrate on which a reservoir portion that forms a part of the reservoir is formed together with a communication portion of the flow path forming substrate. As the flow path forming substrate and the sealing substrate, for example, a silicon single crystal substrate having a crystal plane orientation of (110) plane is used, and these substrates are interposed through a mask having an opening that opens in a parallelogram. It was formed by anisotropic etching (wet etching) (see, for example, Patent Document 1).

国際公開2004/007206号公報(第12図、第24〜25頁等)International Publication No. 2004/007206 (FIG. 12, pages 24-25, etc.)

しかしながら、複数の圧力発生室を画成する隔壁を形成するマスクに欠陥が生じると、この欠陥を起点として隔壁がエッチングされてしまい、所望の隔壁を得ることができないという問題がある。特に、流路形成基板の圧力発生室を画成する隔壁がエッチングされてしまうと、振動板の変位特性に悪影響を与え、圧電素子の変位特性が劣化してしまうという問題がある。   However, when a defect occurs in the mask that forms the partition walls defining the plurality of pressure generation chambers, the partition wall is etched starting from the defect, and a desired partition wall cannot be obtained. In particular, if the partition wall defining the pressure generating chamber of the flow path forming substrate is etched, there is a problem that the displacement characteristic of the diaphragm is adversely affected and the displacement characteristic of the piezoelectric element is deteriorated.

なお、このような問題はインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に代表されるマイクロデバイスの製造方法においても同様に存在する。   Such a problem exists not only in a method of manufacturing an ink jet recording head that discharges ink, but also in a method of manufacturing a microdevice represented by a method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink. .

本発明はこのような事情に鑑み、基板を異方性エッチングすることによって、所望の微細加工を行うことができるマイクロデバイスの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a micro device and a method for manufacturing a liquid jet head that can perform desired fine processing by anisotropic etching of a substrate.

上記課題を解決する本発明の態様は、結晶面方位が(100)面又は(110)面からなる結晶シリコンからなる基板の表面に開口部を有するマスクを設け、前記基板を前記マスクを介して異方性エッチングすることにより、前記基板の前記開口部に対応する領域に表面が(111)面となる隔壁を有する凹部を形成する際に、前記マスクの前記隔壁となる領域から延設されて、前記基板と共に1つの開始部から徐々にエッチングされて前記開口部の開口面積を広げると共に、外周の前記開始部以外の領域が前記基板の結晶面方位の(111)面に沿った面で囲まれた補正パターンを複数設けることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法にある。
かかる態様では、エッチングにより除去される補正パターンを設けることによって、マスクに欠陥が生じても、欠陥を起点とした隔壁のエッチングを補正パターンで停止させることができる。これにより隔壁が大きくエッチングされるのを規制して隔壁を高精度に形成することができる。
According to an embodiment of the present invention for solving the above-described problem, a mask having an opening is provided on the surface of a substrate made of crystalline silicon having a crystal plane orientation of (100) plane or (110) plane, and the substrate is interposed through the mask. When forming a recess having a partition whose surface is a (111) plane in a region corresponding to the opening of the substrate by anisotropic etching, the mask is extended from the region to be the partition. The substrate is gradually etched from one starting portion with the substrate to widen the opening area of the opening, and the region other than the starting portion on the outer periphery is surrounded by a plane along the (111) plane of the crystal plane orientation of the substrate A microdevice manufacturing method is characterized in that a plurality of corrected patterns are provided.
In this aspect, by providing a correction pattern that is removed by etching, even if a defect occurs in the mask, the etching of the partition wall starting from the defect can be stopped at the correction pattern. Accordingly, the partition wall can be formed with high accuracy by restricting the partition wall from being greatly etched.

ここで、前記補正パターンの前記開始部から前記マスクの前記隔壁となる領域までの長さが、前記凹部のエッチング時間に基づいて規定されていることが好ましい。これによれば、エッチング時間よりも早く補正パターンが消失すると、欠陥を起点とするエッチングが補正パターンによって停止されることがないため、補正パターンの長さを規定することで、欠陥を起点とするエッチングを確実に停止することができる。   Here, it is preferable that a length from the start portion of the correction pattern to a region serving as the partition of the mask is defined based on an etching time of the concave portion. According to this, if the correction pattern disappears earlier than the etching time, the etching starting from the defect will not be stopped by the correction pattern. Therefore, by defining the length of the correction pattern, the defect is the starting point. Etching can be stopped reliably.

また、前記補正パターンが、前記基板の面内で屈曲されて設けられていることが好ましい。これによれば、補正パターンを省スペースに設けることができるため、補正パターンによってエッチング調整を容易に行うことができる。   Further, it is preferable that the correction pattern is provided by being bent in the plane of the substrate. According to this, since the correction pattern can be provided in a space-saving manner, the etching adjustment can be easily performed using the correction pattern.

また、前記補正パターンが、前記隔壁となる領域から延設された直線状の第1直線部と、該第1直線部から前記基板の面内で屈曲されて設けられた第2直線部とで構成されていることが好ましい。これによれば、補正パターンを省スペースに設けることができると共に、補正パターンが複雑化することなく、補正パターンを容易に且つ高精度に形成することができる。   In addition, the correction pattern includes a linear first linear portion extending from the region to be the partition wall, and a second linear portion provided by being bent in the plane of the substrate from the first linear portion. It is preferable to be configured. According to this, the correction pattern can be provided in a space-saving manner, and the correction pattern can be formed easily and with high accuracy without complicating the correction pattern.

また、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する液体流路が隔壁によって区画されて形成された流路形成基板を上記態様のマイクロデバイスの製造方法によって製造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。
かかる態様では、隔壁を高精度に形成することができると共に、欠陥を起点とするエッチングによって隔壁が振動板に達するまで余計にエッチングされることがなく、振動板の振動特性が変化するのを防止して、圧電素子の変位特性を均一化することができる。
According to another aspect of the present invention, a flow path forming substrate in which a liquid flow path communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is defined by a partition is formed by the method for manufacturing a microdevice according to the above aspect. And a manufacturing method of the liquid jet head.
In this aspect, the partition wall can be formed with high accuracy, and the etching is not excessively etched until the partition wall reaches the diaphragm by etching starting from the defect, thereby preventing the vibration characteristics of the diaphragm from changing. Thus, the displacement characteristics of the piezoelectric element can be made uniform.

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、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びそのA−A′断面図である。図示するように、本実施形態のマイクロデバイスである流路形成基板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、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ0.5〜2μmの弾性膜50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 of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. As shown in the drawing, a flow path forming substrate 10 which is a micro device of the present embodiment is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment, and one surface thereof is preliminarily made of silicon dioxide by thermal oxidation. An elastic film 50 having a thickness of 0.5 to 2 μm is formed.

流路形成基板10には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、インク供給路14と連通路15とが隔壁11によって区画されている。また、連通路15の一端には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバ100の一部を構成する連通部13が形成されている。   In the flow path forming substrate 10, pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction (short direction) by anisotropic etching from the other surface side. In addition, an ink supply path 14 and a communication path 15 are partitioned by a partition wall 11 on one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10. In addition, a communication portion 13 constituting a part of the reservoir 100 serving as an ink chamber (liquid chamber) common to the pressure generation chambers 12 is formed at one end of the communication passage 15.

インク供給路14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より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路14は、リザーバ100と各圧力発生室12との間の圧力発生室12側の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おり、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。   The ink supply path 14 communicates with one end side in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 and has a smaller cross-sectional area than the pressure generation chamber 12. For example, in the present embodiment, the ink supply path 14 has a width smaller than the width of the pressure generation chamber 12 by narrowing the flow path on the pressure generation chamber 12 side between the reservoir 100 and each pressure generation chamber 12 in the width direction. The flow path resistance of the ink flowing into the pressure generating chamber 12 from the communication portion 13 is kept constant.

すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12と、圧力発生室12の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると共にインク供給路14の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路15とからなる液体流路が複数の隔壁11により区画されて設けられている。   In other words, the flow path forming substrate 10 is connected to the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14 having a smaller cross-sectional area in the short direction of the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, and the ink supply. A liquid flow path including a communication path 15 having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area in the short direction of the path 14 is provided by being partitioned by a plurality of partition walls 11.

このような圧力発生室12、インク供給路14及び連通部13は、弾性膜50とは反対側の面から流路形成基板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。異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。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、シリコン単結晶基板の(110)面のエッチングレートと比較して(111)面のエッチングレートが約1/180であるという性質を利用して行われる。すなわち、シリコン単結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面と、この第1の(111)面と70.53度の角度をなし且つ上記(110)面に垂直な第2の(111)面とが出現する。かかる異方性エッチングにより、二つの平行する面である第1の(111)面と二つの平行する面である第2の(111)面とで形成される平行四辺形状を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室12を高密度に配列することができる。すなわち、本実施形態の流路を画成する隔壁11は、その表面が第1の(111)面となるように形成されている。   The pressure generating chamber 12, the ink supply path 14, and the communication portion 13 are formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 from the surface opposite to the elastic film 50. Anisotropic etching is performed using the difference in etching rate of the silicon single crystal substrate. In the present embodiment, since the flow path forming substrate 10 is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), the etching rate of the (111) plane is approximately compared to the etching rate of the (110) plane of the silicon single crystal substrate. This is performed using the property of 1/180. That is, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded and the first (111) plane is 70.53 degrees. And a second (111) plane perpendicular to the (110) plane appears. By this anisotropic etching, precision processing is performed based on a parallelogram formed by two first parallel surfaces (111) and two second parallel surfaces (111). The pressure generating chambers 12 can be arranged with high density. That is, the partition wall 11 defining the flow path of the present embodiment is formed so that the surface thereof becomes the first (111) plane.

また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。   Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive. Or a heat-welded film or the like. The nozzle plate 20 is made of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like.

一方、このような流路形成基板10のノズルプレート20とは反対側の面には、上述したように、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜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とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部320という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室12毎に圧電体能動部320が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜50、絶縁体膜55及び下電極膜60が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜50及び絶縁体膜55を設けずに、下電極膜60のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子300自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。   On the other hand, as described above, the elastic film 50 having a thickness of, for example, about 1.0 μm is formed on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the nozzle plate 20, and the elastic film 50 is formed on the elastic film 50. An insulator film 55 having a thickness of, for example, about 0.4 μm is formed. Further, on the insulator film 55, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, and a thickness of, for example, about 0 The upper electrode film 80 having a thickness of 0.05 μm is laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In this case, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active part 320 is formed for each pressure generating chamber 12. In addition, here, the piezoelectric element 300 and the diaphragm that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as an actuator device. In the above-described example, the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode film 60 function as a diaphragm. However, the present invention is not limited to this, and for example, the elastic film 50 and the insulator film 55 are provided. Instead, only the lower electrode film 60 may act as a diaphragm. Further, the piezoelectric element 300 itself may substantially serve as a diaphragm.

また、このような各圧電素子300の上電極膜80には、流路形成基板10のインク供給路14とは反対側の端部近傍まで延設された金(Au)等のリード電極90がそれぞれ接続されている。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。   In addition, the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300 has a lead electrode 90 such as gold (Au) extending to the vicinity of the end of the flow path forming substrate 10 opposite to the ink supply path 14. Each is connected. A voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90.

さらに、圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、連通部13に対向する領域にリザーバ部31が設けられた保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このリザーバ部31は、上述したように、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100を構成している。   Further, on the flow path forming substrate 10 on which the piezoelectric element 300 is formed, a protective substrate 30 provided with a reservoir portion 31 in a region facing the communication portion 13 is bonded via an adhesive 35. As described above, the reservoir unit 31 communicates with the communication unit 13 of the flow path forming substrate 10 and constitutes the reservoir 100 serving as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12.

また、保護基板30には、圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部32が設けられている。なお、圧電素子保持部32は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。また、流路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバ部31のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材(例えば、弾性膜50、絶縁体膜55等)にリザーバと各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。   Further, the protective substrate 30 is provided with a piezoelectric element holding portion 32 having a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 in a region facing the piezoelectric element 300. In addition, the piezoelectric element holding part 32 should just have a space of the grade which does not inhibit the motion of the piezoelectric element 300, and the said space may be sealed or may not be sealed. Alternatively, the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 may be divided into a plurality of pressure generation chambers 12 and only the reservoir portion 31 may be used as the reservoir. Further, for example, only the pressure generation chamber 12 is provided in the flow path forming substrate 10, and a reservoir and a member interposed between the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30 (for example, the elastic film 50, the insulator film 55, etc.) An ink supply path 14 that communicates with each pressure generating chamber 12 may be provided.

また、保護基板30上には、圧電素子300を駆動するための駆動回路120が実装されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。   A drive circuit 120 for driving the piezoelectric element 300 is mounted on the protective substrate 30. For example, a circuit board or a semiconductor integrated circuit (IC) can be used as the drive circuit 120. The drive circuit 120 and the lead electrode 90 are electrically connected via a connection wiring 121 made of a conductive wire such as a bonding wire.

保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料の面方位(110)のシリコン単結晶基板を用いて形成した。   As the protective substrate 30, it is preferable to use a material substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10, for example, glass, a ceramic material, etc. In this embodiment, the surface orientation of the same material as the flow path forming substrate 10 is used. It was formed using a (110) silicon single crystal substrate.

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が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ100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となっているため、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。   A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and the sealing film 41 seals one surface of the reservoir portion 31. It has been stopped. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1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、駆動回路120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、弾性膜50、絶縁体膜55、下電極膜60及び圧電体層70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からインク滴が吐出する。   In such an ink jet recording head 1 of the present embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then in accordance with a recording signal from the drive circuit 120. Then, a voltage is applied between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 to bend and deform the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70. As a result, the pressure in each pressure generating chamber 12 increases and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

以下、このようなインクジェット式記録ヘッド1の製造方法について、図3〜図5を参照して説明する。なお、図3〜図5は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。   Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the ink jet recording head.

まず、図3(a)に示すように、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110の表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜51を形成する。   First, as shown in FIG. 3A, a silicon dioxide film 51 constituting an elastic film 50 is formed on the surface of a flow path forming substrate wafer 110 which is a silicon wafer made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110). To do.

次に、図3(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜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。   Next, as shown in FIG. 3B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51).

次いで、図3(c)に示すように、例えば、白金(Pt)とイリジウム(Ir)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(a)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の全面に形成した後、図4(b)に示すように、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。   Next, as shown in FIG. 3C, for example, the lower electrode film 60 is formed by laminating platinum (Pt) and iridium (Ir) on the insulator film 55, and then the lower electrode film 60 is formed. Pattern into a predetermined shape. Next, as shown in FIG. 4A, for example, a piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) or the like and an upper electrode film 80 made of iridium, for example, are formed on the wafer 110 for flow path forming substrate. After that, as shown in FIG. 4B, the piezoelectric layer 300 and the upper electrode film 80 are patterned in a region facing each pressure generating chamber 12 to form the piezoelectric element 300.

なお、圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子300の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。また、圧電体層70の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。勿論、圧電体層70の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されるものではなく、例えば、MOD法やスパッタリング法等を用いてもよい。   The material of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300 is, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), or niobium, nickel, magnesium, bismuth, yttrium, or the like. A relaxor ferroelectric or the like to which a metal is added is used. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics, usage, etc. of the piezoelectric element 300. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited. For example, in this embodiment, a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature. The piezoelectric layer 70 was formed by using a so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric layer 70 made of an oxide. Of course, the method of forming the piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method, and for example, a MOD method or a sputtering method may be used.

次に、図4(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って金(Au)からなるリード電極90を形成後、各圧電素子300毎にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 4C, after forming the lead electrode 90 made of gold (Au) over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, patterning is performed for each piezoelectric element 300.

次に、図5(a)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。ここで、この保護基板用ウェハ130には、リザーバ部31及び圧電素子保持部32が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ130を接合することによって流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。   Next, as shown in FIG. 5A, the protective substrate wafer 130 is bonded onto the flow path forming substrate wafer 110 with an adhesive 35. Here, the reservoir portion 31 and the piezoelectric element holding portion 32 are formed in advance on the protective substrate wafer 130. Since the protective substrate wafer 130 has a thickness of, for example, about 400 μm, the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is remarkably improved by bonding the protective substrate wafer 130.

次いで、図5(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みに薄くする。   Next, as shown in FIG. 5B, the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a predetermined thickness.

次に、図5(c)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)からなるマスク200を新たに形成し、所定形状にパターニングして開口部201を形成する。そして、図6に示すように、このマスク200を介して流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、流路形成基板用ウェハ110の開口部201に対応する領域に圧力発生室12、インク供給路14、連通路15及び連通部13を形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, a mask 200 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape to form the opening 201. Form. Then, as shown in FIG. 6, regions corresponding to the openings 201 of the flow path forming substrate wafer 110 are obtained by anisotropically etching (wet etching) the flow path forming substrate wafer 110 through the mask 200. The pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, the communication path 15, and the communication part 13 are formed.

ここで、流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングする製造工程について図7〜図12を参照して詳細に説明する。なお、図7〜図9、図11は、異方性エッチングによる製造工程を示す流路形成基板用ウェハの要部拡大平面図であり、図10及び図12は、異方性エッチングによる製造工程を示す流路形成基板用ウェハの要部拡大斜視図である。   Here, a manufacturing process for anisotropically etching the flow path forming substrate wafer 110 will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 9 and 11 are enlarged plan views of the main part of the flow path forming substrate wafer showing the manufacturing process by anisotropic etching, and FIGS. 10 and 12 show the manufacturing process by anisotropic etching. It is a principal part expansion perspective view of the wafer for flow path formation substrates which shows these.

まず、図7(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の圧電素子300とは反対側の全面に亘ってマスク200を形成し、マスク200を例えば、レジストを介してパターニングすることで、所定形状の開口部201を形成する。   First, as shown in FIG. 7A, a mask 200 is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the piezoelectric element 300, and the mask 200 is patterned through a resist, for example. Thus, an opening 201 having a predetermined shape is formed.

開口部201は、流路形成基板用ウェハ110の圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15が形成される領域が開口するように形成する。なお、開口部201は、当該開口部201を画成するマスク200の面が、流路形成基板用ウェハ110の第1の(111)面及び第2の(111)面に沿った方向となるように形成されている。これにより、流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングした際に、マスク200が流路形成基板用ウェハ110と共にエッチングされて開口部201の開口面積が広がるのを防止することができる。   The opening 201 is formed so as to open a region where the pressure generating chamber 12, the communication part 13, the ink supply path 14, and the communication path 15 of the flow path forming substrate wafer 110 are formed. In the opening 201, the surface of the mask 200 that defines the opening 201 is in a direction along the first (111) surface and the second (111) surface of the flow path forming substrate wafer 110. It is formed as follows. Accordingly, when the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched, it is possible to prevent the mask 200 from being etched together with the flow path forming substrate wafer 110 to increase the opening area of the opening 201.

また、開口部201に、隔壁11を形成するためのマスク200から延設された補正パターン210を複数設ける。補正パターン210は、流路形成基板用ウェハ110と共に開始部211から隔壁11を形成するマスク200となる終端部まで徐々にエッチングされて、開口部201の開口面積を広げるものである。このような補正パターン210は、隔壁11を形成するためのマスク200の長手方向に亘って所定の間隔で複数設けられている。   A plurality of correction patterns 210 extending from the mask 200 for forming the partition wall 11 are provided in the opening 201. The correction pattern 210 is gradually etched together with the flow path forming substrate wafer 110 from the start portion 211 to the end portion serving as the mask 200 for forming the partition wall 11 to widen the opening area of the opening 201. A plurality of such correction patterns 210 are provided at predetermined intervals along the longitudinal direction of the mask 200 for forming the partition wall 11.

このような補正パターン210は、流路形成基板用ウェハ110の異方性エッチングが開始される開始部211以外の領域が全て流路形成基板用ウェハ110の第1の(111)面及び第2の(111)面に沿った面で囲まれている。すなわち、補正パターン210は、基板(流路形成基板用ウェハ110)の結晶方位の(111)面に沿った面で囲まれている。これにより補正パターン210は、開始部211以外の領域からエッチングが開始されることなく、開始部211から徐々にエッチングされるようになっている。   In such a correction pattern 210, all the regions other than the start portion 211 where the anisotropic etching of the flow path forming substrate wafer 110 is started are all the first (111) surface and the second of the flow path forming substrate wafer 110. It is surrounded by a plane along the (111) plane. In other words, the correction pattern 210 is surrounded by a surface along the (111) plane of the crystal orientation of the substrate (channel-forming substrate wafer 110). As a result, the correction pattern 210 is gradually etched from the start portion 211 without starting etching from a region other than the start portion 211.

本実施形態では、補正パターン210として、隔壁11に相対向する領域に設けられたマスク200から第2の(111)面に沿って直線状に延設された第1直線部212と、第1直線部212から第1の(111)面に沿って屈曲されて先端に開始部211を有する第2直線部213とを設けた。すなわち、補正パターン210は、流路形成基板用ウェハ110の面内で1回屈曲されて設けられている。   In the present embodiment, as the correction pattern 210, a first straight portion 212 extending linearly along the second (111) plane from the mask 200 provided in a region opposite to the partition wall 11, and the first A second straight part 213 bent from the straight part 212 along the first (111) plane and having the start part 211 at the tip is provided. That is, the correction pattern 210 is provided by being bent once in the plane of the flow path forming substrate wafer 110.

なお、本実施形態では、補正パターン210を流路形成基板用ウェハ110の面内で1回屈曲するようにしたが、補正パターン210の形状等は特にこれに限定されず、例えば、配設する領域及び補正パターン210の長さに応じて、第2の(111)面に沿った直線状のみで形成してもよく、また、2回以上屈曲して形成するようにしてもよい。何れにしても、補正パターン210は、開始部211以外の領域が第1の(111)面及び第2の(111)面に沿って形成されていればよい。   In the present embodiment, the correction pattern 210 is bent once in the plane of the flow path forming substrate wafer 110. However, the shape of the correction pattern 210 is not particularly limited thereto, and is disposed, for example. Depending on the length of the region and the correction pattern 210, it may be formed only by a straight line along the second (111) plane, or may be formed by bending twice or more. In any case, the correction pattern 210 only needs to be formed along the first (111) plane and the second (111) plane except for the start portion 211.

また、補正パターン210の長さは、流路形成基板用ウェハ110がエッチングされるエッチングレートによって規定されるエッチング時間に応じて適宜決定すればよい。すなわち、流路形成基板用ウェハ110のエッチングが完了する際に、同時に補正パターン210が完全に除去される長さで形成するように形成されている。なお、流路形成基板用ウェハ110のエッチング時間よりも早く補正パターン210が消失すると、欠陥を起点とするエッチングが補正パターン210によって停止されなくなってしまうため、補正パターン210の長さは、欠陥を起点とするエッチングを確実に停止することができる程度に適宜決定するのが好ましい。   The length of the correction pattern 210 may be determined as appropriate according to the etching time defined by the etching rate at which the flow path forming substrate wafer 110 is etched. That is, when the etching of the flow path forming substrate wafer 110 is completed, the correction pattern 210 is formed to have a length that can be completely removed at the same time. If the correction pattern 210 disappears earlier than the etching time of the flow path forming substrate wafer 110, etching starting from the defect is not stopped by the correction pattern 210. It is preferable to determine appropriately to such an extent that etching as a starting point can be surely stopped.

さらに、各補正パターン210の間隔は、詳しくは後述するが、マスク200に設けられた欠陥によって隔壁11がエッチングされる幅に応じて適宜決定すればよい。   Further, as will be described in detail later, the interval between the correction patterns 210 may be appropriately determined according to the width of the partition wall 11 etched by the defect provided in the mask 200.

このような補正パターン210を有するマスク200を流路形成基板用ウェハ110に形成した後、マスク200の設けられた流路形成基板用ウェハ110を水酸化カリウム(KOH)水溶液等のアルカリ溶液に浸漬すると、マスク200の開口部201から流路形成基板用ウェハ110がエッチングされる。このとき、図7(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110は、補正パターン210の先端である開始部211から徐々にエッチングが開始される。ちなみに、補正パターン210によるエッチングでは、流路形成基板用ウェハ110の第1の(111)面に対して反時計方向をプラスとして、+29度の面と−29度の面とが現われる。また、流路形成基板用ウェハ110の第2の(111)面に対して反時計方向をプラスとして、+29度の面と−29度の面とが現われる。すなわち、補正パターン210からは、流路形成基板用ウェハ110の第1の(111)面を水平方向(0度)として、反時計方向をプラスとすると、+29度、−29度(+331度)、+99.53度及び+41.53度の4つの面がエッチングにより現われる。なお、このようなエッチングでは、現われる面のエッチングレートが異なることが知られている。すなわち、エッチングレートは大きい順に、−29度(+331度)、+99.53度、+41.53度、+29度となっている。このようなことから、補正パターン210は、開始部211からエッチングレートの早い面が現れながらエッチングされる。   After the mask 200 having such a correction pattern 210 is formed on the flow path forming substrate wafer 110, the flow path forming substrate wafer 110 provided with the mask 200 is immersed in an alkaline solution such as a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution. Then, the flow path forming substrate wafer 110 is etched from the opening 201 of the mask 200. At this time, as shown in FIG. 7B, the flow path forming substrate wafer 110 is gradually etched from the start portion 211 that is the tip of the correction pattern 210. Incidentally, in the etching using the correction pattern 210, a +29 degree plane and a −29 degree plane appear with the counterclockwise direction plus with respect to the first (111) plane of the flow path forming substrate wafer 110. Further, with respect to the second (111) plane of the flow path forming substrate wafer 110, a +29 degree plane and a −29 degree plane appear with the counterclockwise direction being plus. That is, from the correction pattern 210, if the first (111) plane of the flow path forming substrate wafer 110 is the horizontal direction (0 degree) and the counterclockwise direction is plus, it is +29 degrees, −29 degrees (+331 degrees). , +99.53 degrees and +41.53 degrees appear by etching. It is known that the etching rate of the appearing surface is different in such etching. That is, the etching rates are −29 degrees (+331 degrees), +99.53 degrees, +41.53 degrees, and +29 degrees in descending order. For this reason, the correction pattern 210 is etched while a surface having a high etching rate appears from the start portion 211.

そして、図8に示すように、補正パターン210が隔壁11を形成するマスク200に達するまでエッチングされると、隔壁11を形成するマスク200は(111)面に沿って形成されているため、補正パターン210が完全にエッチングされた状態でエッチングが停止される。   Then, as shown in FIG. 8, when the correction pattern 210 is etched until it reaches the mask 200 that forms the partition wall 11, the mask 200 that forms the partition wall 11 is formed along the (111) plane. Etching is stopped with the pattern 210 completely etched.

これにより、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15が形成される。   As a result, the pressure generation chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, and the communication path 15 are formed in the flow path forming substrate wafer 110.

なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110をエッチングすると、マスク200の隔壁11に相対向する領域の先端も徐々にエッチングされる。さらに、同時にマスク200のインク供給路14の長さを規定する領域も徐々にエッチングされる。すなわち、本実施形態では、マスク200の隔壁11に相対向する領域の先端と、マスク200のインク供給路14の長さを規定する領域とは、第1の(111)面及び第2の(111)面に沿った方向で形成されておらず、エッチングによって隔壁11の長さ及びインク供給路14の長さが変化されるように形成されている。   In the present embodiment, when the flow path forming substrate wafer 110 is etched, the tip of the region facing the partition wall 11 of the mask 200 is also gradually etched. Further, at the same time, the region defining the length of the ink supply path 14 of the mask 200 is gradually etched. In other words, in the present embodiment, the tip of the region facing the partition wall 11 of the mask 200 and the region defining the length of the ink supply path 14 of the mask 200 are the first (111) surface and the second ( 111), the length of the partition wall 11 and the length of the ink supply path 14 are changed by etching.

このように補正パターン210を設けることによって、マスク200に欠陥があった場合でも、互いに隣接する補正パターン210の間の隔壁11のみがエッチングされるだけで、隔壁11を形成することができる。   By providing the correction pattern 210 in this way, even when the mask 200 has a defect, the partition wall 11 can be formed only by etching the partition wall 11 between the correction patterns 210 adjacent to each other.

ここで、例えば、図9(a)に示すように、補正パターン210を形成していないマスク200Aを用いて流路形成基板用ウェハ110をエッチングすると、マスク200Aに欠陥220が存在した場合、図9(b)に示すように欠陥220を起点として隔壁11がエッチングされてしまう。このような隔壁11の欠陥220によるエッチングは、流路形成基板用ウェハ110をエッチングしている時間だけ進行し、図10に示すように、振動板(弾性膜50)に達するまで行われてしまう。そして、このような欠陥220により隔壁11がエッチングされると、隔壁11の剛性が低下してクロストークが発生してしまうと共に、振動板の変位特性にも影響を与えて圧電素子300の変位特性を均一化することができない。   Here, for example, as illustrated in FIG. 9A, when the flow path forming substrate wafer 110 is etched using the mask 200 </ b> A in which the correction pattern 210 is not formed, a defect 220 exists in the mask 200 </ b> A. As shown in FIG. 9B, the partition wall 11 is etched starting from the defect 220. Etching due to the defect 220 of the partition wall 11 proceeds only for the time during which the flow path forming substrate wafer 110 is etched, and is performed until the diaphragm (elastic film 50) is reached as shown in FIG. . When the partition wall 11 is etched by such a defect 220, the rigidity of the partition wall 11 is reduced and crosstalk is generated, and the displacement characteristic of the piezoelectric element 300 is also affected by affecting the displacement characteristic of the diaphragm. Cannot be made uniform.

これに対して、図11(a)に示すように、補正パターン210を有するマスク200を用いて流路形成基板用ウェハ110をエッチングすると、マスク200に欠陥220が存在した場合であっても、図11(b)に示すように欠陥220を起点として隔壁11がエッチングされるものの、このエッチングは隣接する補正パターン210の間でしか行われない。すなわち、欠陥220を起点として隔壁11のエッチングが行われても、補正パターン210の終端部側でエッチングが停止される。したがって、図12に示すように、隔壁11のエッチングは、互いに隣接する補正パターン210の間で停止されて、振動板(弾性膜50)に達することなく、隔壁11の剛性を低下させずにクロストークの発生を防止することができると共に、振動板の振動特性を変化させることなく圧電素子300の変位特性を均一化することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 11A, when the flow path forming substrate wafer 110 is etched using the mask 200 having the correction pattern 210, even if the defect 220 exists in the mask 200, Although the partition wall 11 is etched starting from the defect 220 as shown in FIG. 11B, this etching is performed only between the adjacent correction patterns 210. That is, even when the partition wall 11 is etched starting from the defect 220, the etching is stopped on the terminal end side of the correction pattern 210. Therefore, as shown in FIG. 12, the etching of the partition wall 11 is stopped between the correction patterns 210 adjacent to each other, and does not reach the diaphragm (elastic film 50), and crosses without decreasing the rigidity of the partition wall 11. The occurrence of talk can be prevented, and the displacement characteristics of the piezoelectric element 300 can be made uniform without changing the vibration characteristics of the diaphragm.

このように、流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングして圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15を形成した後は、マスク200を除去し、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する。そして、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を接合し、これら流路形成基板用ウェハ110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毎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1が製造される。   In this manner, after the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched to form the pressure generating chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, and the communication path 15, the mask 200 is removed to form the flow path. Unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. The ink jet recording head 1 having the above-described structure is manufactured by dividing the flow path forming substrate wafer 110 into flow paths forming substrates 10 having a single chip size as shown in FIG.

(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態1について説明したが、本発明は、もちろん上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1では、圧力発生室12、インク供給路14及び連通路15に相対向する領域に補正パターン210を設けるようにしたが、補正パターン210を設ける領域は、特にこれに限定されず、第1の(111)面又は第2の(111)面が表面に形成される隔壁となる領域から延設して設けるようにすればよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although Embodiment 1 of this invention was demonstrated, this invention is not limited to embodiment mentioned above of course. For example, in the first embodiment described above, the correction pattern 210 is provided in a region opposite to the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, and the communication path 15, but the region in which the correction pattern 210 is provided is particularly limited to this. Instead, the first (111) plane or the second (111) plane may be provided so as to extend from a region to be a partition formed on the surface.

また、上述した実施形態1では、流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングする際に補正パターン210を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、保護基板用ウェハ130にリザーバ部31を形成する異方性エッチングにおいても、同様の補正パターンを用いるようにすればよい。   In the first embodiment, the correction pattern 210 is used when anisotropically etching the flow path forming substrate wafer 110. However, the present invention is not limited to this. A similar correction pattern may be used also in anisotropic etching for forming the portion 31.

さらに、上述した実施形態1では、流路形成基板用ウェハ110を厚さ方向に貫通する圧力発生室12等を形成する際の補正パターン210を例示したが、基板に厚さ方向に貫通しない凹部を形成する際に補正パターン210を用いるようにしてもよい。   Further, in the first embodiment described above, the correction pattern 210 when forming the pressure generating chamber 12 and the like penetrating the flow path forming substrate wafer 110 in the thickness direction is illustrated, but the concave portion that does not penetrate the substrate in the thickness direction. The correction pattern 210 may be used when forming the pattern.

また、上述した実施形態1では、流路形成基板10として、表面の結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板10として、表面の結晶面方位が(100)面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよい。このような場合であっても補正パターン210は、開始部211以外の領域が(111)面で囲まれていればよい。   In the first embodiment described above, a silicon single crystal substrate whose surface crystal plane orientation is the (110) plane is exemplified as the flow path forming substrate 10, but is not particularly limited thereto. As another example, a silicon single crystal substrate having a (100) plane crystal plane orientation may be used. Even in such a case, the correction pattern 210 only needs to be surrounded by the (111) plane except for the start portion 211.

また、上述した実施形態1では、マスク200として、窒化シリコンを用いるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、シリコン単結晶基板からなる基板を熱酸化することにより形成した二酸化シリコン(SiO)をマスクとして使用するようにしてもよい。 In the first embodiment, silicon nitride is used as the mask 200. However, the present invention is not limited to this. For example, silicon dioxide (SiO 2) formed by thermally oxidizing a substrate made of a silicon single crystal substrate. 2 ) may be used as a mask.

また、上述した実施形態1では、補正パターン210として、基板(流路形成基板用ウェハ110)の結晶面方位の(111)面に沿って囲まれた第1直線部212と第2直線部213とを設け、第1直線部212と第2直線部213との間で外周に180度以下の角部が形成されたものを用いたため、実際には、補正パターン210は開始部211以外の180度以下の角部からもエッチングが開始される。しかしながら、補正パターン210の外周の180度以下の角部からのエッチングは、他の外周に比べてエッチングレートが遅く、特に影響が生じることはない。なお、補正パターンの開始部211以外の領域からのエッチングを確実に防止するためには、図13に示すように外周に180度以下の角部が存在しない補正パターン210Aを用いればよい。すなわち、補正パターン210Aは、マスク200から第2の(111)面に沿って直線状に延設された第1直線部212と、第1直線部212から第1の(111)面に沿って両側に屈曲されて両方の先端に開始部211Aを有する第2直線部213Aとで構成すればよい。   In the first embodiment described above, the first linear portion 212 and the second linear portion 213 surrounded as the correction pattern 210 along the (111) plane of the crystal plane orientation of the substrate (channel-forming substrate wafer 110). In practice, the correction pattern 210 is 180 except for the start portion 211 because the corner portion of 180 degrees or less is formed on the outer periphery between the first straight portion 212 and the second straight portion 213. Etching is also started from a corner portion of less than or equal to degrees. However, the etching from the corners of 180 degrees or less of the outer periphery of the correction pattern 210 has a slower etching rate than the other outer periphery and does not cause any particular influence. In order to reliably prevent etching from a region other than the correction pattern start portion 211, a correction pattern 210A having no corners of 180 degrees or less on the outer periphery may be used as shown in FIG. That is, the correction pattern 210 </ b> A includes a first straight portion 212 extending linearly from the mask 200 along the second (111) plane, and a first straight portion 212 extending from the first straight portion 212 along the first (111) surface. What is necessary is just to comprise by the 2nd linear part 213A which is bent by the both sides and has the start part 211A in both front-end | tips.

また、上述した実施形態1では、ノズル開口21からインク滴を吐出する圧力発生手段として薄膜型の圧電素子300を有するアクチュエータ装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電素子を有するアクチュエータ装置や、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するアクチュエータ装置や、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータ装置などを使用することができる。   In the first embodiment described above, the actuator device having the thin film type piezoelectric element 300 as the pressure generating means for ejecting the ink droplets from the nozzle opening 21 has been described. However, the present invention is not particularly limited thereto. An actuator device having a thick film type piezoelectric element formed by a method such as affixing a heat generating element, or a heating element is arranged in a pressure generating chamber, and a droplet is discharged from a nozzle opening by a bubble generated by heat generation of the heating element. An actuator device or a so-called electrostatic actuator device that generates static electricity between a diaphragm and an electrode, deforms the diaphragm by electrostatic force, and discharges a droplet from a nozzle opening can be used.

さらに、上述した実施形態1では、液体噴射ヘッドの製造方法の一例としてインクジェット式記録ヘッド1の製造方法を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドの製造方法を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッド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(電界放出ディスプレー)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。   Furthermore, in the first embodiment described above, the method of manufacturing the ink jet recording head 1 is described as an example of the method of manufacturing the liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for the method of manufacturing the liquid ejecting head. Of course, the present invention can also be applied to a method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink. 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 (field emission 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、本発明は液体噴射ヘッドの製造方法に限定されず、結晶面方位が(110)面又は(100)面のシリコン単結晶基板からなる基板を異方性エッチングすることにより微細加工を行うマイクロデバイスの製造方法に広く適用することができるものである。   In addition, the present invention is not limited to the method of manufacturing the liquid jet head, and the microfabrication is performed by performing anisotropic etching on a substrate formed of a silicon single crystal substrate having a crystal plane orientation of (110) plane or (100) plane. The present invention can be widely applied to device manufacturing methods.

実施形態1に係る記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す要部拡大平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view of a main part illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す要部拡大平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view of a main part illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す要部拡大平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view of a main part illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す要部拡大斜視図である。FIG. 4 is an enlarged perspective view of a main part showing a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す要部拡大平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view of a main part illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す要部拡大斜視図である。FIG. 4 is an enlarged perspective view of a main part showing a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 他の実施形態に係る補正パターンの他の例を示す要部拡大平面図である。It is a principal part enlarged plan view which shows the other example of the correction pattern which concerns on other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 10 流路形成基板(マイクロデバイス)、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 リザーバ部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 110 流路形成基板用ウェハ、 120 駆動回路、 121 駆動配線、 130 保護基板用ウェハ、 200、200A マスク、 201 開口部、 210、210A 補正パターン、 211、211A 開始部、 212 第1直線部、 213、213A 第2直線部、 220 欠陥、 300 圧電素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet recording head (liquid jet head), 10 Flow path formation board | substrate (microdevice), 12 Pressure generation chamber, 13 Communication part, 14 Ink supply path, 15 Communication path, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board , 31 reservoir section, 40 compliance substrate, 50 elastic film, 55 insulator film, 60 lower electrode film, 70 piezoelectric layer, 80 upper electrode film, 90 lead electrode, 100 reservoir, 110 wafer for channel forming substrate, 120 drive Circuit, 121 drive wiring, 130 protective substrate wafer, 200, 200A mask, 201 opening, 210, 210A correction pattern, 211, 211A start part, 212 first straight part, 213, 213A second straight part, 220 defect, 300 Piezoelectric element

Claims (5)

結晶面方位が(100)面又は(110)面からなる結晶シリコンからなる基板の表面に開口部を有するマスクを設け、前記基板を前記マスクを介して異方性エッチングすることにより、前記基板の前記開口部に対応する領域に表面が(111)面となる隔壁を有する凹部を形成する際に、
前記マスクの前記隔壁となる領域から延設されて、前記基板と共に1つの開始部から徐々にエッチングされて前記開口部の開口面積を広げると共に、外周の前記開始部以外の領域が前記基板の結晶面方位の(111)面に沿った面で囲まれた補正パターンを複数設けることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
A mask having an opening is provided on the surface of a substrate made of crystalline silicon having a crystal plane orientation of (100) or (110), and the substrate is anisotropically etched through the mask. When forming a recess having a partition whose surface is a (111) surface in a region corresponding to the opening,
The mask extends from the region to be the partition and is gradually etched together with the substrate from one starting portion to widen the opening area of the opening, and the region other than the starting portion on the outer periphery is a crystal of the substrate. A method for manufacturing a microdevice, comprising providing a plurality of correction patterns surrounded by a plane along a (111) plane in a plane orientation.
前記補正パターンの前記開始部から前記マスクの前記隔壁となる領域までの長さが、前記凹部のエッチング時間に基づいて規定されていることを特徴とする請求項1記載のマイクロデバイスの製造方法。   2. The method of manufacturing a microdevice according to claim 1, wherein a length from the start portion of the correction pattern to a region to be the partition of the mask is defined based on an etching time of the concave portion. 前記補正パターンが、前記基板の面内で屈曲されて設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロデバイスの製造方法。   The method for manufacturing a micro device according to claim 1, wherein the correction pattern is provided by being bent in a plane of the substrate. 前記補正パターンが、前記隔壁となる領域から延設された直線状の第1直線部と、該第1直線部から前記基板の面内で屈曲されて設けられた第2直線部とで構成されていることを特徴とする請求項3記載のマイクロデバイスの製造方法。   The correction pattern includes a linear first straight line portion extending from a region serving as the partition wall, and a second straight line portion bent from the first straight line portion in the plane of the substrate. The method of manufacturing a microdevice according to claim 3, wherein: 液体を噴射するノズル開口に連通する液体流路が隔壁によって区画されて形成された流路形成基板を請求項1〜4の何れか一項に記載のマイクロデバイスの製造方法によって製造することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。   5. A microdevice manufacturing method according to claim 1, wherein a flow path forming substrate in which a liquid flow path communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is partitioned by a partition is formed. A method for manufacturing a liquid jet head.
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