JP2008279707A - Manufacturing method for nozzle substrate, liquid droplet ejection head and liquid droplet ejector - Google Patents

Manufacturing method for nozzle substrate, liquid droplet ejection head and liquid droplet ejector Download PDF

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JP2008279707A
JP2008279707A JP2007127649A JP2007127649A JP2008279707A JP 2008279707 A JP2008279707 A JP 2008279707A JP 2007127649 A JP2007127649 A JP 2007127649A JP 2007127649 A JP2007127649 A JP 2007127649A JP 2008279707 A JP2008279707 A JP 2008279707A
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Yoichi Kurokochi
陽一 黒河内
Kazufumi Otani
和史 大谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a manufacturing method or the like for a nozzle substrate which can form a desired nozzle shape. <P>SOLUTION: The manufacturing method includes the process of opening a nozzle supply port 31B-1 from one surface side of a silicon substrate 51 and forming a recess to be a nozzle 31, the process of applying a liquid substance and forming a coating film 54 which covers a surface which has the recess to be the nozzle 31, and the process of forming a nozzle ejection port 31A-1 by performing anisotropic wet etching and penetrating the recess from a surface of the opposite side to the surface which has the recess to be the nozzle 31. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、微細加工によってノズルが形成されるノズル基板、インク等の液滴の吐出を
行う液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a nozzle substrate on which nozzles are formed by microfabrication, a droplet discharge head that discharges droplets of ink or the like, and a method for manufacturing a droplet discharge device.

例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術(MEMS:Micro
Electro Mechanical Systems)が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成され
る微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録(印刷)装置
で用いられている液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)、マイクロポンプ、光可変フ
ィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。
For example, microfabrication technology (MEMS: Micro) that forms fine elements by processing silicon, etc.
Electro Mechanical Systems) has made rapid progress. Examples of microfabricated elements formed by microfabrication technology include, for example, a droplet discharge head (inkjet head), a micropump, and an optical variable filter used in a recording (printing) apparatus such as a droplet discharge type printer. There are electrostatic actuators such as motors, pressure sensors and the like.

ここで、微細加工素子の一例として液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の
記録(印刷)装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。
液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物(紙等)との間
で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等をするものである。この
方式は、液晶(Liquid Crystal)を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機
化合物等の電界発光(ElectroLuminescence )素子を用いた表示パネル(OLEDs)、
DNA、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。
Here, a droplet discharge head will be described as an example of a microfabricated element. A droplet discharge type recording (printing) apparatus is used for printing in various fields regardless of whether it is for home use or industrial use.
The droplet discharge method is, for example, a method in which a droplet discharge head having a plurality of nozzles is moved relative to an object (paper, etc.), and droplets are discharged to a predetermined position of the object for printing or the like. It is. This method includes color filters for producing a display device using liquid crystals, display panels (OLEDs) using electroluminescence elements such as organic compounds,
It is also used in the production of microarrays of biomolecules such as DNA and proteins.

液滴吐出ヘッドによりノズルから液滴を吐出させる方法については、例えば液体を加熱
し、発生した空気(気泡)の圧力で液滴を吐出させるものがある。また、液体をためてお
く吐出室を流路の一部に備え、吐出室の少なくとも一面の壁(ここでは、底部の壁とし、
以下、この壁のことを振動板ということにする)を撓ませて(動作させて)形状変化によ
り吐出室内の圧力を高め、連通するノズルから液滴を吐出させる方法がある。さらに振動
板を可動電極とし、振動板と距離を空けて対向する電極(固定電極)との間に電圧を印加
させ、発生する静電気力(静電引力を用いることが多いので、以下、静電引力とする)を
利用し、発生させた静電引力により振動板を変位させてその圧力により吐出させるものも
ある(例えば特許文献1参照)。
As a method of ejecting droplets from a nozzle by a droplet ejection head, for example, there is a method in which a liquid is heated and droplets are ejected by the pressure of generated air (bubbles). Also, a discharge chamber for storing liquid is provided in a part of the flow path, and the wall of at least one surface of the discharge chamber (here, the bottom wall)
Hereinafter, there is a method in which the wall is referred to as a diaphragm) and the pressure in the discharge chamber is increased by a shape change to discharge a droplet from a communicating nozzle. In addition, the diaphragm is a movable electrode, a voltage is applied between the electrode (fixed electrode) facing the diaphragm at a distance, and the generated electrostatic force (electrostatic attractive force is often used. In some cases, the diaphragm is displaced by the generated electrostatic attraction force and discharged by the pressure (see, for example, Patent Document 1).

特開2000−52551号公報JP 2000-52551 A

ここで、液体を液滴として吐出するためのノズルを有するノズル基板について考えてみ
る。ノズル基板は、ドライエッチング法(乾式エッチング。以下、ドライエッチングとい
う)、ウェットエッチング法(湿式エッチング。以下、ウェットエッチングという)によ
る異方性エッチングによる加工を基板に行って作製する。通常、一方の面側からドライエ
ッチングを行ってノズルの形状を形成しておき、他方の面からウェットエッチングを行っ
てノズルが貫通するまでエッチングを行うという工程が採られることが多い。ここで、吐
出性能を高めるため、ノズルの形状は、テーパ形状に近い、2段以上の段状に形成するこ
とが多い。
Here, consider a nozzle substrate having nozzles for ejecting liquid as droplets. The nozzle substrate is manufactured by performing anisotropic etching on a substrate by a dry etching method (dry etching, hereinafter referred to as dry etching) and a wet etching method (wet etching, hereinafter referred to as wet etching). In general, a process is often employed in which dry etching is performed from one surface side to form a nozzle shape, and wet etching is performed from the other surface until etching is performed through the nozzle. Here, in order to improve discharge performance, the shape of the nozzle is often formed in two or more steps that are close to a tapered shape.

例えばウェットエッチングを行う際、ウェットエッチングを行う部分以外の部分(特に
ドライエッチングにより形成したノズル部分)をエッチングしてしまわないように、ウェ
ットエッチングを行う部分以外の部分を耐エッチング保護膜(例えば酸化シリコン膜)で
保護する。
For example, when wet etching is performed, a portion other than the portion where wet etching is performed (particularly the nozzle portion formed by dry etching) is not etched, so that the portion other than the portion where wet etching is performed is protected against etching (for example, oxidation protection film). Protect with silicon film.

しかしながら、例えばドライエッチング等、各種デポジション工程を行った際の残され
たデポ膜(デポジション工程により生じた膜)、ゴミ等の異物(以下、パーティクルとい
う)が、ノズルとなる部分として形成された凹部の内側に付着することがある。また、そ
の凹部は基板に対して垂直方向に形成され、エッジ部分が存在するため、凹部側面を所望
の厚みで均一に成膜するのは非常に困難である。そのため、一部に耐エッチング保護膜が
形成されなかった場合、その部分からエッチャント(エッチング液)が浸入し(回り込み
)、形成されたノズル形状が崩れることがあった。
However, for example, a deposit film (film generated by the deposition process) left after performing various deposition processes such as dry etching, and foreign matters such as dust (hereinafter referred to as particles) are formed as a portion serving as a nozzle. May adhere to the inside of the recessed part. Further, since the concave portion is formed in a direction perpendicular to the substrate and there is an edge portion, it is very difficult to uniformly form the side surface of the concave portion with a desired thickness. For this reason, when an etching resistant protective film is not formed in part, an etchant (etching solution) may infiltrate (wrap around) from the part, and the formed nozzle shape may collapse.

これにより、ノズルから吐出された液滴の吐出性能が低くなる(例えば吐出方向が直進
しない(斜めになる)等)ことがあった。また、吐出性能が低すぎると、そのノズル基板
を用いることができないため、これにより歩留まりの低下を招いてしまうおそれがあった
As a result, the discharge performance of the liquid droplets discharged from the nozzles may be lowered (for example, the discharge direction does not go straight (becomes oblique)). Also, if the discharge performance is too low, the nozzle substrate cannot be used, which may lead to a decrease in yield.

そこで、本発明はこのような問題を解決するため、所望のノズル形状を形成することが
できるノズル基板の製造方法を得ることを目的とする。また、そのノズル基板に基づく液
滴吐出ヘッド等の製造方法を得ることを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to obtain a nozzle substrate manufacturing method capable of forming a desired nozzle shape in order to solve such a problem. Another object of the present invention is to obtain a method for manufacturing a droplet discharge head or the like based on the nozzle substrate.

本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板の一方の面側からノズルの供給口
を開口するとともに、ノズルとなる凹部を形成する工程と、液状物質を塗布し、ノズルと
なる凹部を形成した面を覆う膜を形成する工程と、異方性ウェットエッチングを行って、
ノズルとなる凹部を形成した面と反対側の面から凹部を貫通させてノズルの吐出口を形成
する工程とを有する。
本発明によれば、凹部を形成した面に液状物質を塗布して膜を形成してからウェットエ
ッチングを行うようにしたので、例えば、ウェットエッチング前にパーティクル等が残っ
ていたとしても、保護膜で覆うことにより、ノズルとなる凹部へのエッチャントの浸入を
確実に防ぎ、ノズルを精密に形成することができる。そのため、吐出性能が高いノズル基
板を製造することができ、さらには歩留まりも高くすることができる。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention includes a step of opening a nozzle supply port from one surface side of a silicon substrate, forming a recess serving as a nozzle, and applying a liquid substance to form a recess serving as a nozzle. Performing a process of forming a film covering the surface and anisotropic wet etching,
And a step of forming a discharge port of the nozzle by penetrating the recess from a surface opposite to the surface where the recess serving as the nozzle is formed.
According to the present invention, since a liquid material is applied to the surface on which the concave portion is formed to form a film and wet etching is performed, for example, even if particles remain before the wet etching, the protective film By covering with, it is possible to reliably prevent the etchant from entering the concave portion serving as the nozzle and to accurately form the nozzle. Therefore, a nozzle substrate with high discharge performance can be manufactured, and further, the yield can be increased.

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、凹部を形成した面に液状物質を塗布する
前に、シリコン基板にシリコン酸化膜を形成する。
本発明によれば、あらかじめシリコン酸化膜を形成してから液状物質を塗布するように
したので、シリコン基板全面を保護した後に、さらに保護を行うことができる。
In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, a silicon oxide film is formed on a silicon substrate before applying a liquid material to the surface on which the recess is formed.
According to the present invention, since the liquid substance is applied after the silicon oxide film is formed in advance, further protection can be performed after the entire surface of the silicon substrate is protected.

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、液状物質を、SOG又はアモルファスフ
ッ素樹脂とする。
本発明によれば、液状物質をSOG、アモルファスフッ素樹脂としたので、エッチャン
トに対して、シリコン基板を確実に保護することができる。特に、SOGについては、シ
リコン酸化膜と同様の工程で除去することができる。
In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the liquid material is SOG or amorphous fluororesin.
According to the present invention, since the liquid material is SOG or amorphous fluororesin, the silicon substrate can be reliably protected against the etchant. In particular, SOG can be removed in the same process as the silicon oxide film.

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、有機アルカリ溶液を用いてシリコン基板
の異方性ウェットエッチングを行う。
本発明によれば、水酸化カリウム(KOH)、水酸化テトラメチルアンモニウム(TM
AH)等のアルカリ水溶液を用いて異方性ウェットエッチングを行うようにしたので、シ
リコンの異方性ウェットエッチングを精度よく行うことができる。
Moreover, the manufacturing method of the nozzle substrate which concerns on this invention performs anisotropic wet etching of a silicon substrate using an organic alkaline solution.
According to the present invention, potassium hydroxide (KOH), tetramethylammonium hydroxide (TM
Since anisotropic wet etching is performed using an alkaline aqueous solution such as AH), anisotropic wet etching of silicon can be performed with high accuracy.

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、吐出口が供給口よりも小さな口径となる
ような、テーパ状又は階段状のノズルを形成するものである。
本発明によれば、ノズルの形状がテーパ状又は階段状になるように形成するようにした
ので、より確実に吐出した液滴を直進させることができる等、吐出性能の高いノズル基板
を製造することができる。
Moreover, the nozzle substrate manufacturing method according to the present invention forms a tapered or stepped nozzle such that the discharge port has a smaller diameter than the supply port.
According to the present invention, since the nozzle is formed so as to have a tapered shape or a stepped shape, a nozzle substrate with high ejection performance can be manufactured, for example, the ejected liquid droplet can be straightened more reliably. be able to.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の方法で製造したノズル基板と
、ノズル基板が有するノズルに液体を供給するための流路と、流路の一部に液体を加圧す
る加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有するものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造したノズル基板を用いて液滴吐出ヘッドを製造
するようにしたので、吐出性能が高い液滴吐出ヘッドを製造することができる。また、歩
留まりも高くすることができる。
In addition, the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle substrate manufactured by the above method, a channel for supplying liquid to the nozzles of the nozzle substrate, and a liquid added to a part of the channel. And a step of bonding a substrate provided with a pressing means for pressing.
According to the present invention, since the droplet discharge head is manufactured using the nozzle substrate manufactured by the above manufacturing method, it is possible to manufacture a droplet discharge head with high discharge performance. In addition, the yield can be increased.

また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適
用して液滴吐出装置を製造するものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造した液滴吐出ヘッドを用いて液滴吐出装置を製
造するようにしたので、吐出性能が高い装置を製造することができる。また、歩留まりも
高くすることができる。
In addition, a method for manufacturing a droplet discharge device according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge device by applying the method for manufacturing a droplet discharge head described above.
According to the present invention, since the droplet discharge device is manufactured using the droplet discharge head manufactured by the above manufacturing method, a device having high discharge performance can be manufactured. In addition, the yield can be increased.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の製造方法で製造されたものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造することにより、吐出性能が高い液滴吐出ヘッ
ドを得ることができる。
The droplet discharge head according to the present invention is manufactured by the above manufacturing method.
According to the present invention, a droplet discharge head with high discharge performance can be obtained by manufacturing with the above manufacturing method.

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドが搭載されている。
本発明によれば、上記の製造方法で製造することにより、吐出性能が高い液滴吐出装置
を得ることができる。
In addition, a droplet discharge apparatus according to the present invention is equipped with the above-described droplet discharge head.
According to the present invention, a droplet discharge device with high discharge performance can be obtained by manufacturing with the above manufacturing method.

実施の形態1.
図1は本発明の第1の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図
1は静電アクチュエータの代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドを表して
いる(なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図1を含め、以下の図面では各構成
部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を
下として説明する)。図1において、電極基板10は厚さ約1mmであり、図1では、キ
ャビティ基板20の下面に、振動板22と対向して接合される。本実施の形態では、電極
基板10を構成する基板として硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを材料とする。電極基板10に
は、キャビティ基板20に形成される各吐出室21に合わせ、例えば深さ約0.25μm
の溝部11を設け、その内側(特に底部)に各吐出室21と対向する個別電極12A、リ
ード部12B及び端子部12C(以下、特に区別しないときはこれらを合わせて電極部1
2という)を設けている。本実施の形態では、電極部12の材料として、酸化錫を不純物
としてインジウムにドープしたITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)を用い
、例えばスパッタ等により溝部11の底面に例えば約0.1μmの厚さで成膜する。液体
供給口13は、外部のタンク(図示せず)から液滴吐出ヘッドにインク等の液体を供給す
るための取り入れ口となる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an exploded view of a droplet discharge head according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a face eject type liquid droplet ejection head as a representative of an electrostatic actuator. (For the sake of clarity, the components are shown in the following drawings including FIG. May be different from the actual relationship, and the upper side of the figure is the upper side and the lower side is the lower side). In FIG. 1, the electrode substrate 10 has a thickness of about 1 mm. In FIG. 1, the electrode substrate 10 is bonded to the lower surface of the cavity substrate 20 so as to face the diaphragm 22. In the present embodiment, a borosilicate heat-resistant hard glass is used as a material for the substrate constituting the electrode substrate 10. The electrode substrate 10 has a depth of about 0.25 μm, for example, in accordance with each discharge chamber 21 formed in the cavity substrate 20.
The groove portion 11 is provided on the inner side (particularly the bottom portion) of the individual electrode 12A, the lead portion 12B, and the terminal portion 12C facing the discharge chambers 21 (hereinafter referred to as “electrode portion 1” unless otherwise specified).
2). In the present embodiment, ITO (Indium Tin Oxide) doped with indium with tin oxide as an impurity is used as the material of the electrode portion 12, and the bottom surface of the groove portion 11 is, for example, about 0.1 μm by sputtering or the like. The film is formed with a thickness of. The liquid supply port 13 serves as an intake port for supplying liquid such as ink from an external tank (not shown) to the droplet discharge head.

キャビティ基板20は、例えば表面が(110)面方位のシリコン単結晶基板(この基
板を含め、以下、単にシリコン基板という)を材料としている。キャビティ基板20には
、吐出室21となる凹部(底壁が被駆動部となる振動板22となる)及び各ノズル共通に
吐出する液体を貯めておくためのリザーバ24となる凹部を形成している。凹部の形成に
は、例えば異方性ウェットエッチングを用いる。リザーバ24は液体供給口13を介して
供給される液体を一旦貯め、各吐出室21に液体を供給する。また、キャビティ基板20
上に設けられた共通電極端子27は、電極部12に供給される電荷とは反対の電荷をキャ
ビティ基板20に供給するためのものである。また、個別電極12Aと振動板22とを絶
縁させるため、振動板22の下面には絶縁膜23が成膜されている。
The cavity substrate 20 is made of, for example, a silicon single crystal substrate whose surface has a (110) plane orientation (including this substrate, hereinafter, simply referred to as a silicon substrate). The cavity substrate 20 is formed with a concave portion that becomes the discharge chamber 21 (the bottom wall becomes the vibration plate 22 that becomes the driven portion) and a concave portion that becomes the reservoir 24 for storing the liquid discharged common to each nozzle. Yes. For example, anisotropic wet etching is used to form the recess. The reservoir 24 temporarily stores the liquid supplied via the liquid supply port 13 and supplies the liquid to each discharge chamber 21. Also, the cavity substrate 20
The common electrode terminal 27 provided on the top is for supplying the cavity substrate 20 with a charge opposite to the charge supplied to the electrode portion 12. Further, in order to insulate the individual electrode 12 </ b> A from the diaphragm 22, an insulating film 23 is formed on the lower surface of the diaphragm 22.

ノズル基板30は、本実施の形態では、例えば厚さ約200μmのシリコン基板を用い
られ、電極基板10とは反対の面(図1の場合には上面)でキャビティ基板20と接合さ
れている。本実施の形態のノズル基板30は、吐出室21と連通する、2段で形成された
ノズル31を複数有しているものとする。ノズル基板30の外側(図1の場合には上面)
の面で円形になるように開口した、液体の吐出側となる小さい方の口径(約20μm)の
口(ノズル吐出口31A−1とする)を有する円柱状のノズルを第1ノズル31Aとする
。また、内側(キャビティ基板20と対向する面、図1の場合には下面)の面で円形にな
るように開口した、液体の供給側になる大きい方の口径(約50μm)の口(ノズル供給
口31B−1とする)を有する円柱状のノズルを第2ノズル31Bとする。ここで第1ノ
ズル31Aと第2ノズル31Bにより形成される円の中心は同じ(同心円)であるとする
。ダイヤフラム32は、振動板22の加圧により、リザーバ24に溜められた液体に伝播
する力を緩衝するために設けられている。また、内側の面にはオリフィス33となる細溝
を設け、吐出室21とリザーバ24とを連通させ、リザーバ24に溜めた液体を吐出室2
1に供給するための連通溝とする。また、ノズル吐出口31A−1を底面に有する凹部3
4を有している。なお、図1ではノズル基板30が上面となり、電極基板20を下面とし
ているが、実際に用いられる場合には、通常、ノズル基板30の方が電極基板20よりも
下面となる。
In the present embodiment, for example, a silicon substrate having a thickness of about 200 μm is used as the nozzle substrate 30, and the nozzle substrate 30 is bonded to the cavity substrate 20 on the surface opposite to the electrode substrate 10 (upper surface in the case of FIG. 1). The nozzle substrate 30 of the present embodiment is assumed to have a plurality of nozzles 31 formed in two stages that communicate with the discharge chamber 21. Outside of nozzle substrate 30 (upper surface in the case of FIG. 1)
A cylindrical nozzle having a small diameter (about 20 μm) on the liquid discharge side (referred to as nozzle discharge port 31A-1) that is opened in a circular shape on the surface of the nozzle is referred to as a first nozzle 31A. . In addition, an opening (nozzle supply) having a larger diameter (approximately 50 μm) on the liquid supply side, opened to be circular on the inner surface (the surface facing the cavity substrate 20, the lower surface in FIG. 1). A cylindrical nozzle having a mouth 31B-1 is referred to as a second nozzle 31B. Here, it is assumed that the centers of the circles formed by the first nozzle 31A and the second nozzle 31B are the same (concentric circles). The diaphragm 32 is provided in order to buffer the force propagating to the liquid stored in the reservoir 24 by pressurizing the diaphragm 22. Further, a narrow groove serving as an orifice 33 is provided on the inner surface so that the discharge chamber 21 and the reservoir 24 are communicated with each other, and the liquid stored in the reservoir 24 is discharged into the discharge chamber 2.
1 is a communication groove for supplying to No.1. Moreover, the recessed part 3 which has nozzle discharge port 31A-1 in a bottom face
4. In FIG. 1, the nozzle substrate 30 is the upper surface and the electrode substrate 20 is the lower surface. However, in actual use, the nozzle substrate 30 is usually the lower surface than the electrode substrate 20.

図2は液滴吐出ヘッドの断面図である。端子部12Cは電極取出し口26において、外
部に露出している。そして、例えばドライバIC等からなる発振回路41は、直接又はワ
イヤ、FPC(Flexible Print Circuit)等の配線42を介して電気的に端子部12C、
共通電極端子27と接続され、個別電極12A、キャビティ基板20(振動板22)に電
荷(電力)の供給及び停止を制御する回路である。発振回路41は、例えば所定の周波数
で発振し、個別電極12Aに例えばパルス電圧を印加して電荷供給を行う。発振回路41
が発振駆動し、例えば各個別電極12Aに選択的に電荷を供給して正に帯電させ、また、
振動板22を相対的に負に帯電させる。このとき、静電気力により振動板22は個別電極
12Aに引き寄せられて撓む。これにより吐出室21の容積は広がる。電荷供給を止める
と振動板22は元に戻るが、そのとき吐出室21の容積も元に戻り、その圧力により液滴
が吐出する。この液滴が例えば吐出対象物に着弾して印刷等が行われる。端子部12Cを
外部に露出させることで、個別電極12Aと振動板22との間の空間(ギャップ)が外気
と連通するのを防ぐため、封止材25により封止及び外気の遮断をしている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the droplet discharge head. The terminal portion 12 </ b> C is exposed to the outside at the electrode outlet 26. The oscillation circuit 41 including, for example, a driver IC or the like is electrically connected to the terminal portion 12C, directly or via a wire 42 such as a wire or FPC (Flexible Print Circuit).
This circuit is connected to the common electrode terminal 27, and controls the supply and stop of electric charges (power) to the individual electrodes 12A and the cavity substrate 20 (the diaphragm 22). The oscillation circuit 41 oscillates at a predetermined frequency, for example, and supplies a charge by applying, for example, a pulse voltage to the individual electrode 12A. Oscillation circuit 41
Is driven to oscillate, for example, by selectively supplying a charge to each individual electrode 12A to be positively charged,
The diaphragm 22 is relatively negatively charged. At this time, the diaphragm 22 is attracted to the individual electrode 12A by the electrostatic force and bent. This increases the volume of the discharge chamber 21. When the charge supply is stopped, the diaphragm 22 returns to its original state, but at that time, the volume of the discharge chamber 21 also returns to its original state, and droplets are discharged by the pressure. For example, printing is performed by the droplets landing on an ejection target. In order to prevent the space (gap) between the individual electrode 12A and the diaphragm 22 from communicating with the outside air by exposing the terminal portion 12C to the outside, the sealing material 25 is sealed and the outside air is blocked. Yes.

本実施の形態は、ノズル基板30の作製を行う際のウェットエッチングを行う工程の前
に、基板全体に行った耐ウェットエッチングの保護膜形成に加え、さらに少なくともノズ
ル31となる部分として形成された凹部(以下、ノズル31となる凹部という)に対して
、液状物質を注入して形成した耐ウェットエッチングの保護膜により覆っておくようにす
るものである。このため、例えば基板全体に行った保護膜による保護が、パーティクル等
により完全に行われていなかったとしても、ノズル31となる凹部をエッチャントから保
護することができるようにする。このような工程を行って吐出性能が高いノズル基板30
、ノズル基板30を有する液滴吐出ヘッドを製造する。
In the present embodiment, in addition to the wet etching-resistant protective film formed on the entire substrate before the step of performing wet etching when the nozzle substrate 30 is manufactured, the substrate is further formed as at least a portion that becomes the nozzle 31. A recess (hereinafter referred to as a recess that becomes the nozzle 31) is covered with a wet etching resistant protective film formed by injecting a liquid material. For this reason, for example, even if the protection by the protective film applied to the entire substrate is not completely performed by particles or the like, the concave portion that becomes the nozzle 31 can be protected from the etchant. The nozzle substrate 30 having high discharge performance by performing such a process.
Then, a droplet discharge head having the nozzle substrate 30 is manufactured.

図3及び図4はノズル基板30の作製方法を表す図である。次に図3及び図4に基づい
て、本発明におけるノズル基板30の作製方法の手順について説明する。なお、実際には
、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドのノズル基板30を同時形成するが、図
3及び図4ではその一部分だけを示している。
3 and 4 are diagrams illustrating a method for manufacturing the nozzle substrate 30. FIG. Next, based on FIG.3 and FIG.4, the procedure of the manufacturing method of the nozzle substrate 30 in this invention is demonstrated. Actually, a plurality of nozzle substrates 30 of droplet discharge heads are simultaneously formed from a silicon wafer, but only a part of them is shown in FIGS.

まず、厚さ約200μmのシリコン基板51に、エッチングを行う際、シリコン基板5
1を保護するための膜(レジスト)となる酸化シリコン膜52を例えば約1.2μm成膜
する(図3(a))。成膜方法については特に限定しないが、ここでは、例えば、高温(
約1075℃)で酸素及び水蒸気雰囲気中にシリコン基板51を晒して成膜する熱酸化に
よる方法を用いる。ここでシリコン基板51として、表面が(100)面方位のシリコン
基板を用いるものとする。
First, when etching a silicon substrate 51 having a thickness of about 200 μm, the silicon substrate 5
A silicon oxide film 52 to be a film (resist) for protecting 1 is formed to a thickness of, for example, about 1.2 μm (FIG. 3A). The film forming method is not particularly limited, but here, for example, a high temperature (
A thermal oxidation method is used in which the silicon substrate 51 is exposed to an oxygen and water vapor atmosphere at about 1075 ° C.). Here, as the silicon substrate 51, a silicon substrate having a (100) plane orientation is used.

そして、酸化シリコン膜52を選択的にエッチングしてパターニングを行うため、フォ
トリソグラフィ法を用い、レジスト膜となる感光剤を塗布し、露光、現像により、第1ノ
ズル31Aとなる部分のレジスト膜を除去する。そして、例えばフッ酸水溶液、緩衝フッ
酸水溶液(BHF:例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液とを1:6で混合し
た液体)等に浸積し、第1ノズル31Aとなる部分の酸化シリコン膜52をエッチングに
より除去してシリコンを露出させる(図3(b))。
Then, in order to perform patterning by selectively etching the silicon oxide film 52, a photolithography method is used to apply a photosensitive agent to be a resist film, and a portion of the resist film to be the first nozzle 31A is formed by exposure and development. Remove. Then, for example, a silicon oxide film in a portion to be the first nozzle 31A is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, a buffered hydrofluoric acid aqueous solution (BHF: for example, a liquid in which a hydrofluoric acid aqueous solution and an ammonium fluoride aqueous solution are mixed at 1: 6) or the like. 52 is removed by etching to expose the silicon (FIG. 3B).

さらに、第2ノズル31B(ノズル供給口31B−1)となる部分及びオリフィス33
となる部分の酸化シリコン膜52について、ハーフエッチングによる除去を行う。除去方
法については第1ノズル31Aとなる部分の場合と同様であるが、第2ノズル31Bとな
る部分及びオリフィス33となる部分については、少し酸化シリコン膜52を残すため、
シリコンが露出していない(図3(c))。このようなハーフエッチングによる除去をノ
ズル31の段数分繰り返す(本実施の形態では2段としている)。
Furthermore, a portion to become the second nozzle 31B (nozzle supply port 31B-1) and the orifice 33
The portion of the silicon oxide film 52 that is to be removed is removed by half etching. The removal method is the same as in the case of the portion that becomes the first nozzle 31A, but the silicon oxide film 52 is left slightly for the portion that becomes the second nozzle 31B and the portion that becomes the orifice 33.
Silicon is not exposed (FIG. 3C). Such removal by half etching is repeated by the number of stages of the nozzles 31 (in this embodiment, two stages are used).

次に、ドライエッチングを行い、第1ノズル31Aの部分に対して、例えば口径約20
μm、深さ約50μmの凹部(孔)を形成する(図3(d))。ドライエッチングの種類
等については特に限定しないが、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)放電によ
るドライエッチングを行うようにしてもよい。この場合、エッチングに用いるガスとして
、例えばフッ素系のC4 8 (クタフルオロシクロブタン)により側壁面の保護を行いつ
つ、SF6 (六フッ化硫黄)で深さ方向へのエッチングを交互に繰り返し、ドライエッチ
ングを行う。そして、フォトリソグラフィ法等により、ハーフエッチングにより残されて
いた第2ノズル31Bとなる部分及びオリフィス33となる部分の酸化シリコン膜52を
除去する(図3(e))。
Next, dry etching is performed, and the diameter of the first nozzle 31A is about 20 for example.
A recess (hole) having a thickness of about 50 μm and a depth of about 50 μm is formed (FIG. 3D). The type of dry etching or the like is not particularly limited. For example, dry etching by ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge may be performed. In this case, the etching is alternately repeated in the depth direction with SF 6 (sulfur hexafluoride) while protecting the side wall surface with, for example, fluorine-based C 4 F 8 (Kutafluorocyclobutane) as a gas used for etching. Then, dry etching is performed. Then, the silicon oxide film 52 in the portion that becomes the second nozzle 31B and the portion that becomes the orifice 33 left by the half etching is removed by photolithography or the like (FIG. 3E).

そして、ドライエッチングを行い、第2ノズル31Bの部分に対して口径約50μm、
深さ50μmの凹部(孔)を形成する。第1ノズル31Aの部分についてはさらに50μ
m深い部分まで凹部が形成される。また、ドライエッチングによりオリフィス33も同時
に形成する(図3(f))。ここでもドライエッチングの種類等については特に限定しな
い。ドライエッチングが終了すると、保護膜として成膜していた酸化シリコン膜52を除
去する(図3(g))。酸化シリコン膜52の除去は、例えば前述したフッ酸水溶液等で
全面をウェットエッチングすることで行う。そして、さらにウェットエッチングを行うた
めの保護膜として酸化シリコン膜53を全面に成膜する(図4(h))。ここで、成膜の
方法については特に限定しないが、例えば、凹凸に関係なく成膜することができる熱酸化
法を用いてもよい。
Then, dry etching is performed, and the diameter of the second nozzle 31B is about 50 μm,
A recess (hole) having a depth of 50 μm is formed. 50 μm for the first nozzle 31A
Recesses are formed up to m deep portions. Further, the orifice 33 is simultaneously formed by dry etching (FIG. 3F). Again, the type of dry etching is not particularly limited. When the dry etching is completed, the silicon oxide film 52 formed as a protective film is removed (FIG. 3G). The removal of the silicon oxide film 52 is performed, for example, by wet etching the entire surface with the above-described hydrofluoric acid aqueous solution or the like. Then, a silicon oxide film 53 is formed on the entire surface as a protective film for further wet etching (FIG. 4H). Here, the film forming method is not particularly limited, but for example, a thermal oxidation method capable of forming a film regardless of unevenness may be used.

ここで、例えばパーティクル等により、酸素及び水蒸気雰囲気中に晒されず、ノズル3
1となる凹部において酸化シリコン膜53が成膜されず、ウェットエッチングが行われて
しまうことがある。そこで、本実施の形態では、ノズル31となる凹部を形成した面(特
にノズル31となる凹部)に対し、液状物質を塗布することにより塗布膜54を成膜(形
成)して覆うようにする(図4(i))。例えば、塗布膜54は液状物質を固化させて形
成する。液状物質としては、例えばSOG(Spin On Glass )、アモルファスフッ素樹脂
等を用いる。特にSOGは酸化シリコン膜と同様の材料構成であるため、酸化シリコン膜
53と同じ工程で除去することもできる。また、液状物質を塗布する方法としては特に限
定しないが、例えばスピンコート、ポッティング等の方法がある。塗布膜54の成膜後、
フォトリソグラフィ法を用い、酸化シリコン膜53において、ノズル31を貫通形成する
ための凹部34となる部分及びダイヤフラム32となる部分をウェットエッチングにより
除去してシリコンを露出させる(図4(j))。
Here, the nozzle 3 is not exposed to an oxygen and water vapor atmosphere due to particles or the like, for example.
In some cases, the silicon oxide film 53 is not formed in the recess that becomes 1, and wet etching may be performed. Therefore, in the present embodiment, the coating film 54 is formed (formed) and covered by applying a liquid material to the surface (particularly, the recess serving as the nozzle 31) where the recess serving as the nozzle 31 is formed. (FIG. 4 (i)). For example, the coating film 54 is formed by solidifying a liquid material. As the liquid substance, for example, SOG (Spin On Glass), amorphous fluororesin, or the like is used. In particular, since SOG has the same material structure as the silicon oxide film, it can be removed in the same process as the silicon oxide film 53. Further, the method for applying the liquid substance is not particularly limited, and examples thereof include spin coating and potting. After forming the coating film 54,
Using the photolithography method, the silicon oxide film 53 is removed by wet etching to remove the portion that becomes the recess 34 for penetrating the nozzle 31 and the portion that becomes the diaphragm 32 (FIG. 4J).

次にシリコン基板をエッチング液に浸積し、凹部34となる部分及びダイヤフラム32
となる部分をウェットエッチングし、ノズル31を貫通形成し、ダイヤフラム32を形成
する(図4(k))。シリコンのウェットエッチングには、例えば32重量パーセントの
濃度の水酸化カリウム(KOH)水溶液、25重量パーセントの水酸化テトラメチルアン
モニウム(TMAH)水溶液(有機アルカリ溶液)等を用いる。特にKOH水溶液、TM
AH水溶液は酸化シリコン膜との選択比の関係がよく、エッチングのばらつきが少なく、
平面に対する寸法精度がよい。TMAH水溶液は現像液として用いられているものである
Next, the silicon substrate is immersed in an etching solution to form a recess 34 and a diaphragm 32.
The portion to be formed is wet-etched, penetrating the nozzle 31 and forming the diaphragm 32 (FIG. 4 (k)). For wet etching of silicon, for example, an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) having a concentration of 32 weight percent, an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) (organic alkali solution) of 25 weight percent, or the like is used. Especially KOH aqueous solution, TM
The AH aqueous solution has a good selection ratio relationship with the silicon oxide film, and there is little variation in etching.
Good dimensional accuracy with respect to the plane. The TMAH aqueous solution is used as a developer.

そして、保護膜として成膜していた酸化シリコン膜53及び塗布膜54を除去する(図
4(l))。さらに、耐インク保護及び絶縁のための酸化シリコン膜55を全面に成膜す
る(図4(m))。ここでは、熱酸化法により酸化シリコン膜55を成膜するようにする
が、例えばTEOS(ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane:テトラ
エトキシシラン(珪酸エチル))を用いてプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition
:TEOS−pCVDともいう)法により成膜するようにしてもよい。また、絶縁膜とし
て例えばAl23(酸化アルミニウム(アルミナ))のような別の材料を用いてもよい。
Then, the silicon oxide film 53 and the coating film 54 formed as a protective film are removed (FIG. 4L). Further, a silicon oxide film 55 for ink resistance protection and insulation is formed on the entire surface (FIG. 4 (m)). Here, the silicon oxide film 55 is formed by a thermal oxidation method. For example, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) using TEOS (here, Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane) is used.
: Also referred to as TEOS-pCVD). Further, another material such as Al 2 O 3 (aluminum oxide (alumina)) may be used as the insulating film.

図5は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図5に基づいて他の基板の作製をは
じめとする液滴吐出ヘッド製造工程について説明する。なお、実際には、シリコンウェハ
から複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図5ではその一部分だけを示し
ている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a manufacturing process of the droplet discharge head. Based on FIG. 5, a manufacturing process of a droplet discharge head including manufacturing of another substrate will be described. In practice, a plurality of droplet discharge head members are simultaneously formed from a silicon wafer, but only a part thereof is shown in FIG.

電極基板10となる約1mmのガラスの基板の一方の面に対し、電極部12の形状パタ
ーンに合わせて0.2μmの深さの溝部11を形成する。そして、例えばスパッタ等の方
法を用いて、0.1μmの厚さのITOを溝部11の内側(特に底壁)に成膜し、電極部
12を形成する。さらに液体供給口13をサンドブラスト法または切削加工により形成す
る。これにより、電極基板10が作製される(図5(a))。
A groove 11 having a depth of 0.2 μm is formed in accordance with the shape pattern of the electrode portion 12 on one surface of a glass substrate of about 1 mm to be the electrode substrate 10. Then, using a method such as sputtering, ITO having a thickness of 0.1 μm is formed on the inner side (particularly the bottom wall) of the groove 11 to form the electrode 12. Further, the liquid supply port 13 is formed by a sandblasting method or a cutting process. Thereby, the electrode substrate 10 is produced (FIG. 5A).

キャビティ基板20となる基板については、まず例えば表面が(110)面方位の酸素
濃度の低いシリコン基板61の片面を鏡面研磨し、220μmの厚みにする。次に、シリ
コン基板61にボロンドープ層62を形成する面を、B2 3 を主成分とする固体の拡散
源に対向させて石英ボートにセットする。さらに縦型炉に石英ボートをセットして、炉内
を窒素雰囲気にし、例えば、温度を1050℃に上昇させて7時間保持してボロンをシリ
コン基板61中に拡散させ、ボロンドープ層62を形成する。このとき、ボロンドープ層
62の表面にはボロン化合物が形成されているが(図示なし)、酸素及び水蒸気雰囲気中
、600℃の条件で1時間30分酸化することで、フッ酸水溶液によるエッチングが可能
なB23+SiO2 に化学変化させ、フッ酸水溶液にてウェットエッチングして除去する
。そして、さらにボロンドープ層62を形成した面に、プラズマCVD法により絶縁膜2
3を成膜する(図5(b))。絶縁膜23は、例えばプラズマCVD法により、成膜時の
処理温度を360℃、高周波出力を250W、圧力は66.7Pa(0.5Torr)、
ガス流量をTEOS流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000c
3 /min(1000sccm)の条件で0.1μm成膜する。
For the substrate to be the cavity substrate 20, first, for example, one surface of the silicon substrate 61 having a low oxygen concentration with a (110) plane orientation is mirror-polished to a thickness of 220 μm. Next, the surface on which the boron-doped layer 62 is formed on the silicon substrate 61 is set on a quartz boat so as to face a solid diffusion source mainly composed of B 2 O 3 . Further, a quartz boat is set in a vertical furnace, and the inside of the furnace is made into a nitrogen atmosphere. For example, the temperature is raised to 1050 ° C. and held for 7 hours to diffuse boron into the silicon substrate 61 to form a boron doped layer 62. . At this time, a boron compound is formed on the surface of the boron dope layer 62 (not shown), but etching with a hydrofluoric acid aqueous solution is possible by oxidizing for 1 hour 30 minutes in an oxygen and water vapor atmosphere at 600 ° C. It is chemically changed to B 2 O 3 + SiO 2 and removed by wet etching with a hydrofluoric acid aqueous solution. Further, the insulating film 2 is formed on the surface on which the boron doped layer 62 is formed by plasma CVD.
3 is formed (FIG. 5B). The insulating film 23 is formed by a plasma CVD method, for example, at a processing temperature of 360 ° C., a high frequency output of 250 W, a pressure of 66.7 Pa (0.5 Torr),
The gas flow rate is TEOS flow rate 100 cm 3 / min (100 sccm), oxygen flow rate 1000 c
A 0.1 μm film is formed under the condition of m 3 / min (1000 sccm).

次にシリコン基板61と電極基板10を360℃に加熱した後、電極基板10に負極、
シリコン基板61に正極を接続して、800Vの電圧を印加して陽極接合を行う。そして
、陽極接合後の接合済み基板において、シリコン基板61の厚みが約60μmになるまで
シリコン基板61表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、例えば
32w%の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板61を約10μmウェットエッチン
グする。これによりシリコン基板61の厚みを約50μmにする(図5(c))。
Next, after heating the silicon substrate 61 and the electrode substrate 10 to 360 ° C., the electrode substrate 10 has a negative electrode,
A positive electrode is connected to the silicon substrate 61, and a voltage of 800V is applied to perform anodic bonding. Then, in the bonded substrate after anodic bonding, the surface of the silicon substrate 61 is ground until the thickness of the silicon substrate 61 becomes about 60 μm. Thereafter, in order to remove the work-affected layer, the silicon substrate 61 is wet-etched by about 10 μm with a potassium hydroxide solution having a concentration of 32 w%, for example. As a result, the thickness of the silicon substrate 61 is reduced to about 50 μm (FIG. 5C).

ウェットエッチングを行った面に対し、例えばエッチングマスクとなる酸化シリコン膜
63を、TEOSによるプラズマCVD法で成膜する。酸化シリコン膜63の成膜条件と
しては、例えば、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は700W、圧力は33.3
Pa(0.25Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3 /min(100sc
cm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で1.5μm成膜
する。TEOSを用いた成膜は比較的低温で行うことができ、基板の加熱をできる限り抑
えられる。さらに、フォトリソグラフィ法を用い、酸化シリコン膜63において、吐出室
21、リザーバ24及び電極取出し口26となる部分をエッチングにより除去する(図5
(d))。ここで、例えば吐出室21及び電極取出し口26となる部分についてはシリコ
ンを露出させ、リザーバ24についてはハーフエッチングにより酸化シリコン膜63を残
す。これはリザーバ24となる部分についてはシリコンを残すことにより、剛性を持たせ
るようにするためである。
For example, a silicon oxide film 63 serving as an etching mask is formed on the wet etched surface by a plasma CVD method using TEOS. As film formation conditions for the silicon oxide film 63, for example, the processing temperature during film formation is 360 ° C., the high frequency output is 700 W, and the pressure is 33.3.
Pa (0.25 Torr), gas flow rate is TEOS flow rate 100 cm 3 / min (100 sc
cm) and an oxygen flow rate of 1000 cm 3 / min (1000 sccm). Film formation using TEOS can be performed at a relatively low temperature, and heating of the substrate can be suppressed as much as possible. Further, using photolithography, portions of the silicon oxide film 63 that become the discharge chamber 21, the reservoir 24, and the electrode outlet 26 are removed by etching (FIG. 5).
(D)). Here, for example, silicon is exposed in the portions that become the discharge chamber 21 and the electrode outlet 26, and the silicon oxide film 63 is left in the reservoir 24 by half etching. This is because the portion that becomes the reservoir 24 is made rigid by leaving silicon.

次に、接合済み基板を35wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室21と
なる部分の厚みが約10μmになるまでウェットエッチングを行う。さらに、接合済み基
板を3wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層62において、エッ
チングストップが十分効いたものと判断するまでエッチングを続ける。このように、前記
2種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたウェットエッチングを行うことによ
って、形成される振動板22の面荒れを抑制し、厚み精度を0.80±0.05μm以下
にすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる(
図5(e))。ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板を例えばフッ酸水溶液に
浸し、シリコン基板61表面の酸化シリコン膜63を除去する(図5(f))。
Next, the bonded substrate is immersed in a 35 wt% potassium hydroxide aqueous solution, and wet etching is performed until the thickness of the portion that becomes the discharge chamber 21 becomes about 10 μm. Further, the bonded substrate is immersed in a 3 wt% potassium hydroxide aqueous solution, and etching is continued until it is determined that the etching stop is sufficiently effective in the boron doped layer 62. Thus, by performing wet etching using the two types of potassium hydroxide aqueous solutions having different concentrations, the surface roughness of the diaphragm 22 to be formed is suppressed, and the thickness accuracy is 0.80 ± 0.05 μm or less. can do. As a result, the discharge performance of the droplet discharge head can be stabilized (
FIG. 5 (e)). When the wet etching is finished, the bonded substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, for example, and the silicon oxide film 63 on the surface of the silicon substrate 61 is removed (FIG. 5F).

シリコン基板61の電極取出し口26となる部分のシリコン(ボロンドープ層62)を
除去し、開口する。除去の方法については、特に限定しないが、例えばピン等で突いて壊
すこともできる。また、ドライエッチングを行って開口することもできる。その後、電極
取出し口26の端部にあるキャビティ基板20と各溝部11との間で形成されるギャップ
の開口部に沿って、例えばエポキシ樹脂を流し込んだり、酸化シリコンを堆積等させたり
して封止材25を形成して封止し、ギャップを外気から遮断する(図5(g))。ここで
、特に図示はしないが、例えば、キャビティ基板20の上面に、液体保護のための酸化シ
リコン膜を、例えばTEOSを用い、プラズマCVD法により形成するようにしてもよい
A portion of silicon (boron doped layer 62) that becomes the electrode outlet 26 of the silicon substrate 61 is removed and opened. The removal method is not particularly limited. For example, it can be broken by a pin or the like. Moreover, it can also open by performing dry etching. Thereafter, sealing is performed by pouring, for example, epoxy resin or depositing silicon oxide along the opening of the gap formed between the cavity substrate 20 and each groove portion 11 at the end of the electrode outlet 26. A stopper 25 is formed and sealed, and the gap is blocked from the outside air (FIG. 5G). Here, although not particularly illustrated, for example, a silicon oxide film for protecting the liquid may be formed on the upper surface of the cavity substrate 20 by plasma CVD using TEOS, for example.

封止が完了すると、例えば、共通電極端子27となる部分を開口したマスクを、接合基
板のシリコン基板61側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ(Pt)をターゲ
ットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子27を形成する。そして、別工程で作製した
前述のノズル基板30を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板2
0側から接着し、接合する(図5(h))。そして、ダイシングラインに沿ってダイシン
グを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。
When the sealing is completed, for example, a mask having an opening at a portion to be the common electrode terminal 27 is attached to the surface of the bonding substrate on the silicon substrate 61 side. Then, for example, sputtering is performed using platinum (Pt) as a target to form the common electrode terminal 27. Then, the above-described nozzle substrate 30 manufactured in a separate process is bonded to the cavity substrate 2 of the bonded substrate by using, for example, an epoxy adhesive.
Bonding is performed from the 0 side and bonded (FIG. 5H). Then, dicing is performed along the dicing line, and cutting into individual droplet discharge heads is completed.

以上のように実施の形態1によれば、ノズル基板30を作製する際、ノズル31となる
凹部を形成した面に、SOG、アモルファスフッ素樹脂等の液状物質を塗布し、固化させ
て塗布膜54を形成してからウェットエッチングを行うようにしたので、例えば、ウェッ
トエッチング前にパーティクル等が残っていたとしても塗布膜54で覆うことにより、ノ
ズル31となる凹部へのエッチャントの浸入を確実に防ぎ、ノズル31を精密に形成する
ことができる。そのため、吐出性能が高いノズル基板30を得ることができ、さらには歩
留まりも高くすることができる。また、このとき、あらかじめシリコン酸化膜53をレジ
ストとして形成しておくようにしたので、基板全体について保護を行うことができる。ま
た、液状物質をSOG、アモルファスフッ素樹脂とすることで、確実にエッチャント(特
にKOH、TMAH等のアルカリ水溶液)から保護を行うことができる。
As described above, according to the first embodiment, when the nozzle substrate 30 is manufactured, a liquid material such as SOG or amorphous fluororesin is applied to the surface on which the concave portion to be the nozzle 31 is formed, and is solidified to be applied. Since the wet etching is performed after forming, for example, even if particles remain before the wet etching, by covering with the coating film 54, the intrusion of the etchant into the recess that becomes the nozzle 31 is surely prevented. The nozzle 31 can be formed precisely. Therefore, it is possible to obtain the nozzle substrate 30 with high discharge performance, and it is possible to increase the yield. At this time, since the silicon oxide film 53 is formed as a resist in advance, the entire substrate can be protected. Further, by using SOG or amorphous fluororesin as the liquid material, protection from an etchant (especially an alkaline aqueous solution such as KOH or TMAH) can be reliably performed.

実施の形態2.
上述の実施の形態では、酸化シリコン膜53を全面成膜し、さらに液状物質を塗布する
ことにより塗布膜54をノズル31となる凹部を形成した面に対して成膜するようにした
がこれに限定するものではない。ノズル31となる凹部を形成した面には、例えばCVD
等により酸化シリコン膜53を成膜し、ノズル31となる凹部を形成した面には、塗布膜
54を成膜するようにしてもよい。
Embodiment 2. FIG.
In the above-described embodiment, the silicon oxide film 53 is formed on the entire surface, and further, the liquid film is applied to form the coating film 54 on the surface on which the concave portion to be the nozzle 31 is formed. It is not limited. For example, CVD is provided on the surface on which the concave portion to be the nozzle 31 is formed.
A silicon oxide film 53 may be formed by, for example, and a coating film 54 may be formed on the surface where the concave portion to be the nozzle 31 is formed.

実施の形態3.
上述の実施の形態では、第1ノズル31A、第2ノズル31Bの2段構成のノズル31
としているが、これに限定するものではない。より、直進性をよくし、吐出性能を高める
ために3段以上のノズルを構成してもよいし、テーパ状にしてもよい。
Embodiment 3 FIG.
In the above-described embodiment, the nozzle 31 having a two-stage configuration including the first nozzle 31A and the second nozzle 31B.
However, it is not limited to this. In order to improve straightness and improve the discharge performance, three or more stages of nozzles may be configured or may be tapered.

また、上述の実施の形態における液滴吐出ヘッドは、電極基板10、キャビティ基板2
0及びノズル基板30の3つの基板を積層して構成したが、本発明はこれに限定するもの
ではない。例えば、リザーバ24の容積を大きくするため、リザーバ24となる凹部を独
立した基板に形成し、4つの基板を積層した構成の液滴吐出ヘッドについても適用するこ
とができる。
Further, the droplet discharge head in the above-described embodiment includes the electrode substrate 10 and the cavity substrate 2.
Although the three substrates 0 and the nozzle substrate 30 are laminated, the present invention is not limited to this. For example, in order to increase the volume of the reservoir 24, the present invention can also be applied to a droplet discharge head having a configuration in which a recess serving as the reservoir 24 is formed on an independent substrate and four substrates are stacked.

上述の実施の形態では、振動板22と個別電極12Aとの間に発生する静電力により振
動板22を変位させて液体を加圧し、ノズル31から液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドに
ついて説明した。本発明はこれに限定するものではない。例えば、気体を発生させたり、
圧電素子を用いる等、他の加圧方法による液滴吐出ヘッドについても適用することができ
る。
In the above-described embodiment, the liquid droplet ejection head that pressurizes the liquid by displacing the vibration plate 22 by the electrostatic force generated between the vibration plate 22 and the individual electrode 12A and ejects the liquid droplets from the nozzle 31 has been described. . The present invention is not limited to this. For example, generating gas
The present invention can also be applied to a droplet discharge head using another pressing method such as using a piezoelectric element.

実施の形態4.
図6は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図であ
る。また、図7は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図6及び図7の
液滴吐出装置は液滴吐出方式(インクジェット方式)による印刷を目的とする。また、い
わゆるシリアル型の装置である。図12において、被印刷物であるプリント紙110が支
持されるドラム101と、プリント紙110にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッ
ド102とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド102にインク
を供給するためのインク供給手段がある。プリント紙110は、ドラム101の軸方向に
平行に設けられた紙圧着ローラ103により、ドラム101に圧着して保持される。そし
て、送りネジ104がドラム101の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド102が
保持されている。送りネジ104が回転することによって液滴吐出ヘッド102がドラム
101の軸方向に移動するようになっている。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is an external view of a droplet discharge apparatus using the droplet discharge head manufactured in the above embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of main constituent means of the droplet discharge device. 6 and 7 is intended for printing by a droplet discharge method (inkjet method). Further, it is a so-called serial type device. In FIG. 12, a drum 101 that supports a print paper 110 that is a substrate to be printed and a droplet discharge head 102 that discharges ink to the print paper 110 and performs recording are mainly configured. Although not shown, there is an ink supply means for supplying ink to the droplet discharge head 102. The print paper 110 is held by being pressed against the drum 101 by a paper press roller 103 provided parallel to the axial direction of the drum 101. A feed screw 104 is provided parallel to the axial direction of the drum 101, and the droplet discharge head 102 is held. As the feed screw 104 rotates, the droplet discharge head 102 moves in the axial direction of the drum 101.

一方、ドラム101は、ベルト105等を介してモータ106により回転駆動される。
また、プリント制御手段107は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ104、
モータ106を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて
振動板22を振動させ、制御をしながらプリント紙110に印刷を行わせる。
On the other hand, the drum 101 is rotationally driven by a motor 106 via a belt 105 or the like.
The print control means 107 also feeds the feed screw 104 based on the print data and the control signal.
The motor 106 is driven, and although not shown here, the oscillation drive circuit is driven to vibrate the vibration plate 22 to perform printing on the print paper 110 while performing control.

ここでは液体をインクとしてプリント紙110に吐出するようにしているが、液滴吐出
ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に
吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、OLED等の表示基板
に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途
においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐
出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、
生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、DNA(Deoxyr
ibo Nucleic Acids :デオキシリボ核酸)、他の核酸(例えば、Ribo Nucleic Acid:リ
ボ核酸、Peptide Nucleic Acids:ペプチド核酸等)タンパク質等のプローブを含む液体
を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる
Here, the liquid is ejected onto the print paper 110 as ink, but the liquid ejected from the droplet ejection head is not limited to ink. For example, in an application to be discharged onto a substrate to be a color filter, a liquid containing a pigment for a color filter, an application to be discharged to a display substrate such as an OLED, an application to be wired on a substrate, a liquid containing a compound to be a light emitting element In this case, for example, a liquid containing a conductive metal may be discharged from a droplet discharge head provided in each device. Moreover, let the droplet discharge head be a dispenser,
In the case of use for the discharge to a substrate that becomes a microarray of biomolecules, DNA (Deoxyr
A liquid containing a probe such as ibo Nucleic Acids: deoxyribonucleic acid) or other nucleic acids (for example, Ribo Nucleic Acid: ribonucleic acid, Peptide Nucleic Acids: peptide nucleic acid) may be discharged. In addition, it can also be used for discharging dyes such as cloth.

実施の形態1に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。2 is an exploded view of a droplet discharge head according to Embodiment 1. FIG. 液滴吐出ヘッドの断面図である。It is sectional drawing of a droplet discharge head. 実施の形態1に係るノズル基板の作製を表す工程図(その1)である。FIG. 6 is a process diagram (part 1) illustrating the production of the nozzle substrate according to the first embodiment. 実施の形態1に係るノズル基板の作製を表す工程図(その2)である。FIG. 6 is a process diagram (part 2) illustrating the production of the nozzle substrate according to the first embodiment. 液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a droplet discharge head. 液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。It is an external view of a droplet discharge device using a droplet discharge head. 液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the main structural means of a droplet discharge apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 電極基板、11 溝部、12 電極部、12A 個別電極、12B リード部、
12C 端子部、13 液体供給口、20 キャビティ基板、21 吐出室、22 振動
板、23 絶縁膜、24 リザーバ、25 封止材、26 電極取出し口、27 共通電
極端子、30 ノズル基板、31 ノズル、31A 第1ノズル、31A−1 ノズル吐
出口、31B 第2ノズル、31B−1 ノズル供給口、32 ダイヤフラム、33 オ
リフィス、34 凹部、41 発振回路、42 配線、51 シリコン基板、52、53
、55 酸化シリコン膜、54 塗布膜、61 シリコン基板、62 ボロンドープ層、
63 酸化シリコン膜、100 プリンタ、101 ドラム、102 液滴吐出ヘッド、
103 紙圧着ローラ、104 送りネジ、105 ベルト、106 モータ、107
プリント制御手段、110 プリント紙。
10 electrode substrate, 11 groove portion, 12 electrode portion, 12A individual electrode, 12B lead portion,
12C terminal portion, 13 liquid supply port, 20 cavity substrate, 21 discharge chamber, 22 diaphragm, 23 insulating film, 24 reservoir, 25 sealing material, 26 electrode outlet, 27 common electrode terminal, 30 nozzle substrate, 31 nozzle, 31A First nozzle, 31A-1 Nozzle outlet, 31B Second nozzle, 31B-1 Nozzle supply port, 32 Diaphragm, 33 Orifice, 34 Recess, 41 Oscillator circuit, 42 Wiring, 51 Silicon substrate, 52, 53
55, silicon oxide film, 54 coating film, 61 silicon substrate, 62 boron doped layer,
63 silicon oxide film, 100 printer, 101 drum, 102 droplet discharge head,
103 Paper pressure roller, 104 Feed screw, 105 Belt, 106 Motor, 107
Print control means, 110 print paper.

Claims (9)

シリコン基板の一方の面側からノズルの供給口を開口するとともに、ノズルとなる凹部
を形成する工程と、
液状物質を塗布し、前記ノズルとなる凹部を形成した面を覆う膜を形成する工程と、
異方性ウェットエッチングを行って、前記ノズルとなる凹部を形成した面と反対側の面
から前記凹部を貫通させて前記ノズルの吐出口を形成する工程と
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
Opening the nozzle supply port from one side of the silicon substrate and forming a recess to be a nozzle;
Applying a liquid material and forming a film covering a surface on which the concave portion to be the nozzle is formed;
A step of forming a discharge port of the nozzle by performing anisotropic wet etching and penetrating the recess from a surface opposite to the surface on which the recess serving as the nozzle is formed. Production method.
前記凹部を形成した面に前記液状物質を塗布する前に、前記シリコン基板にシリコン酸
化膜を形成することを特徴とする請求項1に記載のノズル基板の製造方法。
2. The method of manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, wherein a silicon oxide film is formed on the silicon substrate before the liquid material is applied to the surface on which the concave portion is formed.
前記液状物質を、SOG又はアモルファスフッ素樹脂とすることを特徴とする請求項1
又は2に記載のノズル基板の製造方法。
The liquid material is SOG or amorphous fluororesin.
Or the manufacturing method of the nozzle substrate of 2.
アルカリ水溶液を用いて前記シリコン基板の異方性ウェットエッチングを行うことを特
徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
The method of manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, wherein anisotropic wet etching of the silicon substrate is performed using an alkaline aqueous solution.
前記吐出口が前記供給口よりも小さな口径となるような、テーパ状又は階段状のノズル
を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
The nozzle substrate manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, wherein a nozzle having a tapered shape or a stepped shape is formed so that the discharge port has a smaller diameter than the supply port.
請求項1〜5のいずれかに記載の方法で製造したノズル基板と、
該ノズル基板が有する前記ノズルに液体を供給するための流路と、該流路の一部に液体
を加圧する加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有することを特徴とする液滴吐出
ヘッドの製造方法。
A nozzle substrate manufactured by the method according to claim 1;
A liquid comprising: a step of bonding a flow path for supplying a liquid to the nozzle of the nozzle substrate and a substrate provided with a pressurizing means for pressurizing the liquid to a part of the flow path. A method for manufacturing a droplet discharge head.
請求項6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ことを特
徴とする液滴吐出装置の製造方法。
A method for manufacturing a droplet discharge device, wherein the droplet discharge device is manufactured by applying the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 6.
請求項6記載の液滴吐出ヘッドの製造方法で製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッ
ド。
A droplet discharge head manufactured by the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 6.
請求項8記載の液滴吐出ヘッドが搭載されていることを特徴とする液滴吐出装置。   A liquid droplet ejection apparatus, comprising the liquid droplet ejection head according to claim 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010147658A (en) * 2008-12-17 2010-07-01 Seiko Epson Corp Ultrasonic sensor and method of manufacturing the same
US8623769B2 (en) 2011-03-02 2014-01-07 Seiko Epson Corporation Through hole forming method, nozzle plate and MEMS device

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