JP2009119699A - Mask substrate, its manufacturing method, liquid droplet ejection head, and manufacturing method of liquid droplet ejection device - Google Patents

Mask substrate, its manufacturing method, liquid droplet ejection head, and manufacturing method of liquid droplet ejection device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mask substrate and its manufacturing method which can control a surface defect caused by the contact of the surface to be worked, suppress the deformation of the mask substrate, form a micro pattern with high precision, and make productivity excellent. <P>SOLUTION: The mask substrate 1 is formed of silicon for protecting parts other than the worked part of the substrate. The surface side touching the substrate to be worked has a contact surface side orifice 2 which is formed in a configuration corresponded to a worked part configuration by an anisotropy dry etching, and a recess 4 which is formed independently of the contact surface side orifice and formed so as not to contact with the predetermined parts other than the worked part. In the surface side opposite to the surface contacting the substrate to be worked, a wall surface is formed of the silicon which is left behind along a predetermined crystal face bearing by anisotropy wet etching, and an exterior surface side orifice 3 communicating with the contact surface side orifice is for, and the sidewall thickness a of the contact surface side orifice 2 is made thicker than the depth b of the recess 4. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、微細加工素子を製造する際に、所定の部分以外の部分を保護するためのマスクの製造方法及びそれによって得られるマスクに関するものである。また、そのマスク基板を用いて製造される液滴吐出ヘッド、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 method of manufacturing a mask for protecting a portion other than a predetermined portion when manufacturing a microfabricated element, and a mask obtained thereby. The present invention also relates to a method for manufacturing a droplet discharge head and a droplet discharge device manufactured using the mask substrate.

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, micro electro mechanical systems (MEMS) that process silicon or the like to form minute elements or the like have 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静電アクチュエータである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(OLED)、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 that is an electrostatic actuator will be described as an example of a microfabricated element. A droplet discharge type recording (printing) apparatus is used for printing in all fields regardless of household 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 uses a color filter for manufacturing a display device using liquid crystal, a display panel using an electroluminescence element such as an organic compound (OLED), a microarray of biomolecules such as DNA and protein, etc. Etc. are also used in the manufacture of

液滴吐出ヘッドの中で、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。可動電極となる振動板を変位させる力として、例えば、振動板と距離を空けて対向する、電極(固定電極)との間に発生する静電気力(静電引力を用いることが多い)を利用している。そして上記のような静電力を利用した静電アクチュエータを形成する際、エッチング等、様々な工程中の加工において、加工しようとする部分以外の部分を保護するためのマスクが用いられる(例えば特許文献1、特許文献2参照)。マスクには成膜により形成されるマスクもあるが、ここではマスク用の基板(以下、マスク基板という)を指すものとする。   In the droplet discharge head, a discharge chamber for storing a liquid is provided in a part of the flow path, and at least one wall of the discharge chamber (here, referred to as a bottom wall, hereinafter referred to as a diaphragm) There is a method in which the pressure in the discharge chamber is increased by changing the shape by bending (being operated), and droplets are discharged from the communicating nozzle. As a force for displacing the diaphragm that becomes the movable electrode, for example, an electrostatic force (often using an electrostatic attractive force) generated between the electrode (fixed electrode) facing the diaphragm at a distance is used. ing. When forming an electrostatic actuator using the electrostatic force as described above, a mask for protecting a portion other than the portion to be processed is used in processing in various processes such as etching (for example, Patent Documents). 1, see Patent Document 2). Although there is a mask formed by film formation, a mask substrate (hereinafter referred to as a mask substrate) is used here.

特開2002−305079号公報JP 2002-305079 A 特開2007−190730号公報JP 2007-190730 A

しかし、特許文献1に示されるように、シリコンからなるマスクを用いて薄膜パターンを形成する場合、開口部以外の部分は直接加工対象の基板の表面に接触しているため、加工対象の基板との間に異物等を挟み込む可能性があり、そのような場合にはマスクからの接触ダメージを受けてしまい、加工対象の基板に表面欠陥が残るといった課題があった。   However, as shown in Patent Document 1, when a thin film pattern is formed using a mask made of silicon, the portion other than the opening is in direct contact with the surface of the substrate to be processed. In such a case, there is a problem that contact damage from the mask is received and surface defects remain on the substrate to be processed.

一方、特許文献2に示されるマスクでは、加工対象の基板に接する面側には、異方性ドライエッチングにより、接面側開口部と、加工部分以外の既加工部(加工済みの有効パターンをいう)を保護するための凹部とを設け、外面側には異方性ウェットエッチングにより接面側開口部に連通するテーパ形状の貫通穴からなる外面側開口部を設けるものであるが、異方性ウェットエッチングを行う面側の保護膜パターニングは1回のみであるため、異方性ウェットエッチングにより開口する部分(接面側開口部)と上記凹部とは同じエッチング深さとならざるを得ない。したがって、凹部の面積が増えるに従い、面内のエッチングレートは低下し、深掘りする際には加工時間が長くなって生産性が低くなるといった問題が生じる。逆に、異方性ドライエッチングの深さを浅くすれば、外面側開口部での異方性ウェットエッチングに要する時間が長くなる上に、接面側開口部の側壁厚さ(ここでは、いわゆる庇部の厚さをいう)が薄くなるため、例えばスパッタ法により加工対象の基板を加工した場合、スパッタ膜の応力によって庇部がたわみ、スパッタ回り込み量が増えるといった問題が生じる。   On the other hand, in the mask shown in Patent Document 2, on the surface side in contact with the substrate to be processed, the contact surface side opening and the processed portion other than the processed portion (the processed effective pattern is formed by anisotropic dry etching). A concave portion for protecting the outer surface side, and an outer surface side opening portion comprising a tapered through hole communicating with the contact surface side opening portion by anisotropic wet etching is provided on the outer surface side. Since the protective film patterning on the surface side where the wet etching is performed is performed only once, a portion opened by the anisotropic wet etching (opening portion on the contact surface side) and the concave portion have to have the same etching depth. Therefore, as the area of the recess increases, the in-plane etching rate decreases, and when deep digging, a problem arises that the processing time becomes longer and the productivity becomes lower. Conversely, if the depth of anisotropic dry etching is reduced, the time required for anisotropic wet etching at the outer surface side opening becomes longer, and the side wall thickness of the contact surface side opening (here, so-called For example, when a substrate to be processed is processed by a sputtering method, there arises a problem that the flange is deflected by the stress of the sputtered film and the amount of spattering increases.

本発明は、このような課題に鑑み、被加工面の接触による表面欠陥を抑制できるようにするとともに、マスク基板の変形を抑え、微細パターンを高精度に加工することができ、かつ生産性の良いマスク基板の製造方法を得ることを目的とし、さらに、その方法により得られたマスク、そのマスクにより製造された液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置の製造方法を得ることを目的とする。   In view of such a problem, the present invention makes it possible to suppress surface defects due to contact with the surface to be processed, suppress deformation of the mask substrate, process a fine pattern with high accuracy, and improve productivity. It is an object of the present invention to obtain a good mask substrate manufacturing method, and further to obtain a mask obtained by the method, a droplet discharge head manufactured using the mask, and a method of manufacturing a droplet discharge device.

本発明に係るマスク基板は、加工対象の基板の加工部分以外の部分を保護するためのシリコンを材料とするマスク基板であって、加工対象の基板と接する面側には、異方性ドライエッチングにより、加工部分の形状に対応させた形状に形成された接面側開口部と、この接面側開口部と独立に設けられ、加工部分以外の所定の部位と接触させないように形成された凹部とを備え、加工対象の基板と接する面と反対側の面側には、異方性ウェットエッチングにより所定の結晶面方位に沿って残されたシリコンにより壁面が形成され、接面側開口部と連通する外面側開口部を備え、接面側開口部の側壁厚さを凹部の深さよりも厚く形成したものである。   A mask substrate according to the present invention is a mask substrate made of silicon for protecting a portion other than a processed portion of a substrate to be processed, and anisotropic dry etching is performed on a side in contact with the substrate to be processed. The contact surface side opening formed in a shape corresponding to the shape of the processing portion, and the recess formed independently from the contact surface side opening and not in contact with a predetermined portion other than the processing portion A wall surface is formed by silicon left along a predetermined crystal plane orientation by anisotropic wet etching on the surface side opposite to the surface in contact with the substrate to be processed. The outer surface side opening part which communicates is provided, and the side wall thickness of the contact surface side opening part is formed thicker than the depth of the recess.

本発明によれば、接面側開口部の側壁厚さを凹部の深さよりも厚く形成したので、接面側開口部の反りなどの変形を抑制できるため、スパッタ等の加工材料の回り込みを抑制でき、精度の高い加工を行うことができる。また、凹部は加工部分以外の部分すなわち有効パターンに接触させないよう有効パターンをカバーしているため、異物の挟み込みなど、接触による表面欠陥を抑制することができる。   According to the present invention, since the side wall thickness of the contact surface side opening is formed to be thicker than the depth of the recess, deformation such as warpage of the contact surface side opening can be suppressed, so that wraparound of processing materials such as sputtering is suppressed. Can be performed with high accuracy. Further, since the concave portion covers the effective pattern so as not to be in contact with the portion other than the processed portion, that is, the effective pattern, surface defects due to contact such as foreign object pinching can be suppressed.

本発明に係るマスク基板は、表面が(100)面方位の単結晶シリコンを材料とし、外面側開口部の壁面は(111)面方位が残されて形成される。
本発明によれば、表面が(100)面方位の単結晶シリコンを材料として外面側開口部の壁面は(111)を残すようにしたので、テーパ状に形成することができ、例えば蒸着する材料等が開口部に入り込みやすくすることができる。
The mask substrate according to the present invention is formed using single crystal silicon whose surface is a (100) orientation and the wall surface of the opening on the outer surface is left with the (111) orientation.
According to the present invention, since the surface of the (100) orientation single crystal silicon is used as a material and the wall surface of the outer surface side opening portion is left (111), it can be formed into a tapered shape, for example, a material to be deposited Etc. can easily enter the opening.

本発明に係るマスク基板の凹部は、所定の部位よりも大きな範囲で形成されている。
したがって、有効パターンの保護がより確実なものとなる。
The concave portion of the mask substrate according to the present invention is formed in a range larger than a predetermined portion.
Therefore, the effective pattern can be protected more reliably.

本発明に係るマスク基板の製造方法は、単結晶シリコン基板の一方の面に、加工対象の基板と接する面側の接面側開口部となる部分の少なくとも周縁部分をパターニングする第1の工程と、単結晶シリコン基板の一方の面に、加工対象の基板の加工部分以外の所定の部位と接触させないための凹部となる部分をパターニングする第2の工程と、第1の工程の後に、保護膜をエッチングにより除去してシリコンを露出させる工程と、第2の工程の後に、シリコンを露出させないように保護膜をエッチングにより薄くする工程と、シリコンを露出させた接面側開口部となる部分を異方性ドライエッチングにより所定の深さにエッチングして、接面側開口部を形成する工程と、薄くした保護膜を異方性ドライエッチングにより除去した後、凹部となる部分を異方性ドライエッチングにより所定の深さにエッチングして、凹部を形成する工程と、一方の面と反対の面側にパターニングを行い、異方性ウェットエッチングを行って、外面側開口部を形成し、接面側開口部と外面側開口部とを連通させる工程とを有するものである。   The mask substrate manufacturing method according to the present invention includes a first step of patterning at least a peripheral portion of a portion serving as a contact surface side opening on a surface side in contact with a substrate to be processed on one surface of a single crystal silicon substrate. A second step of patterning a concave portion for preventing contact with a predetermined portion other than a processed portion of the substrate to be processed on one surface of the single crystal silicon substrate; and a protective film after the first step. Removing the silicon by etching to expose the silicon, after the second step, a step of thinning the protective film by etching so as not to expose the silicon, and a portion to be the contact surface side opening where the silicon is exposed Etching to a predetermined depth by anisotropic dry etching to form a contact surface side opening, and removing the thinned protective film by anisotropic dry etching to form a recess Etching the part to a predetermined depth by anisotropic dry etching, forming a recess, patterning on the side opposite to one side, performing anisotropic wet etching, and opening on the outer side And forming the contact surface side opening and the outer surface side opening in communication with each other.

本発明によれば、接面側開口部となる部分のパターニングと凹部となる部分のパターニングとを別個に少なくとも2回にわたって行うようにしたので、接面側開口部の側壁厚さを凹部の深さよりも厚く形成することができる。また、凹部の深さは必要最小限度の深さで良いため、エッチング時間の短縮が可能となり、マスク基板の生産性が向上する。
また、接面側開口部となる部分の少なくとも周縁部分をパターニングするようにしたので、中心部分が抜け落ちる形態で接面側開口部が形成されることになる。したがって、異方性ドライエッチング時間の短縮が可能となり、生産性が向上する。
According to the present invention, since the patterning of the portion serving as the contact surface side opening and the patterning of the portion serving as the recess are performed separately at least twice, the side wall thickness of the contact surface side opening is set to the depth of the recess. It can be formed thicker. Further, since the depth of the concave portion may be the minimum necessary depth, the etching time can be shortened and the productivity of the mask substrate is improved.
Further, since at least the peripheral portion of the portion that becomes the contact surface side opening is patterned, the contact surface side opening is formed in a form in which the central portion falls off. Therefore, the anisotropic dry etching time can be shortened, and the productivity is improved.

本発明に係るマスク基板の製造方法は、水酸化カリウム水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて異方性ウェットエッチングを行う。
本発明によれば、異方性ウェットエッチングに水酸化カリウム水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いるようにしたので、エッチングのばらつきが少なく、平面方向に均一な寸法精度が高いマスク基板を製造することができる。
The mask substrate manufacturing method according to the present invention performs anisotropic wet etching using an aqueous potassium hydroxide solution or an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution.
According to the present invention, since an aqueous potassium hydroxide solution or an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution is used for anisotropic wet etching, a mask substrate with little variation in etching and high dimensional accuracy in the planar direction is manufactured. be able to.

本発明に係るマスク基板の製造方法は、第1の工程及び第2の工程では、互いに異なる保護膜厚を有するように、独立した階層でパターニングを行うことが望ましい。
本発明によれば、接面側開口部と凹部とをそれぞれ独立に任意のエッチング深さで設定することが可能となり、上述の接面側開口部の側壁厚さと凹部の深さとの関係を加工対象に応じて最適に調整することができる。
In the mask substrate manufacturing method according to the present invention, it is desirable to perform patterning in independent layers so that the first and second steps have different protective film thicknesses.
According to the present invention, it is possible to set the contact surface side opening and the recess independently at an arbitrary etching depth, and process the relationship between the side wall thickness of the contact surface side opening and the depth of the recess. It can be optimally adjusted according to the target.

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のマスク基板を用いて、ノズルから吐出させる液体の流路が形成される基板を加工する工程を少なくとも有する。
本発明によれば、上記のマスク基板を用いるようにしたので、所定の位置に所定の形状で高精度の加工を行うことができる液滴吐出ヘッドを製造することができる。
A manufacturing method of a droplet discharge head according to the present invention includes at least a step of processing a substrate on which a flow path of liquid discharged from a nozzle is formed using the mask substrate.
According to the present invention, since the above-described mask substrate is used, it is possible to manufacture a droplet discharge head that can perform high-precision processing in a predetermined shape at a predetermined position.

実施の形態1.
図1(a)は本発明の実施の形態1に係るマスク断面の一部を表す図で、(b)はその平面図である。
本実施の形態はマスク基板1で構成され、シリコン基板をエッチングすることで形成される(なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図3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)。特に限定するものではないが、本実施の形態ではシリコン基板として表面が(100)面方位の単結晶シリコン基板を用いるものとする。マスク基板1は、接面側開口部2、外面側開口部3及び凹部4を有している。ここで、接面側開口部2及び凹部4は異方性ドライエッチング(プラズマ放電による乾式のエッチング)による方法(以下、ドライエッチングという)で形成され、外面側開口部3はウェットエッチング(液体を用いた湿式のエッチング)による方法(以下、ウェットエッチングという)で形成される。そして、接面側開口部2の側壁厚さaは、凹部4の深さbよりも厚く形成される(a>b)。なお、接面側開口部2、外面側開口部3及び凹部4の数については特に制限はない。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1A is a view showing a part of a mask cross section according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view thereof.
This embodiment is composed of a mask substrate 1 and is formed by etching a silicon substrate (note that components are illustrated 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). Although not particularly limited, in this embodiment mode, a single crystal silicon substrate having a (100) plane orientation is used as the silicon substrate. The mask substrate 1 has a contact surface side opening 2, an outer surface side opening 3, and a recess 4. Here, the contact surface side opening 2 and the recess 4 are formed by a method by anisotropic dry etching (dry etching by plasma discharge) (hereinafter referred to as dry etching), and the outer surface side opening 3 is wet etched (liquid is removed). It is formed by a method (hereinafter referred to as wet etching) using wet etching. And the side wall thickness a of the contact surface side opening part 2 is formed thicker than the depth b of the recessed part 4 (a> b). In addition, there is no restriction | limiting in particular about the number of the contact surface side opening part 2, the outer surface side opening part 3, and the recessed part 4. FIG.

接面側開口部2と外面側開口部3とは連通しており、マスク基板1の両面が貫通している。接面側開口部2の形状は、加工対象となる基板の加工部分の形状に合わせて形成される。凹部4は、マスク基板1を用いて加工を行う加工対象の表面に形成された任意の所定の部位(以下、有効パターンという)とマスク基板1とを接触させずに保護するため、加工対象との接面側に設けるカバー部である。これは、例えば加工対象となる基板の洗浄時に、洗浄しきれなかった異物(例えばパーティクル等)が加工対象の表面に存在した場合、マスク基板1との接触で異物を挟み込んでしまい、有効パターンを傷つけないようにするためである。凹部4は、例えば異物の大きさ、マスク基板1の厚さ等にもよるが、少なくとも10μm、より好ましくは数十μm(20〜30μm)の深さがあることが望ましい。ここで、接面側開口部2(外面側開口部3)と凹部4とは独立して設けられている(連通していない)ものとする。ここで、凹部4を有効パターンよりも大きく形成しておけば、より確実な保護を図ることができる。   The contact surface side opening 2 and the outer surface side opening 3 communicate with each other, and both surfaces of the mask substrate 1 pass therethrough. The shape of the contact surface side opening 2 is formed in accordance with the shape of the processed portion of the substrate to be processed. The recess 4 protects the mask substrate 1 without contacting any predetermined portion (hereinafter referred to as an effective pattern) formed on the surface of the processing target to be processed using the mask substrate 1. It is a cover part provided in the contact surface side. This is because, for example, when a foreign object (for example, a particle) that cannot be completely cleaned is present on the surface of the processing target when the substrate to be processed is cleaned, the foreign object is sandwiched by contact with the mask substrate 1 and an effective pattern is formed. This is to prevent damage. The recess 4 has a depth of at least 10 μm, more preferably several tens of μm (20 to 30 μm), depending on, for example, the size of foreign matter and the thickness of the mask substrate 1. Here, it is assumed that the contact surface side opening 2 (outer surface side opening 3) and the recess 4 are provided independently (not communicated). Here, if the recess 4 is formed larger than the effective pattern, more reliable protection can be achieved.

図2は本実施の形態におけるマスクの製造工程を表す図である。次にマスクの製造方法について説明する。   FIG. 2 is a diagram showing a mask manufacturing process in the present embodiment. Next, a mask manufacturing method will be described.

(a)まず、所望の厚さのシリコン基板11に、エッチングを行う際、シリコン基板11を保護するための膜(レジスト)となる酸化シリコン膜12を例えば約1.2μm成膜する(図2(a))。成膜方法については特に限定しないが、ここでは、高温(約1075℃)で酸素及び水蒸気雰囲気中にシリコン基板11を晒して成膜する熱酸化による方法を用いる。 (A) First, a silicon oxide film 12 serving as a film (resist) for protecting the silicon substrate 11 when etching is performed on the silicon substrate 11 having a desired thickness, for example, about 1.2 μm (FIG. 2). (A)). The film formation method is not particularly limited, but here, a method by thermal oxidation in which the silicon substrate 11 is exposed to an oxygen and water vapor atmosphere at a high temperature (about 1075 ° C.) is used.

(b)次に、酸化シリコン膜12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、接面側開口部2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)、希釈フッ酸水溶液等に浸積し、接面側開口部2となる部分2aの酸化シリコン膜12をエッチングにより除去する(図2(b))。ここで、接面側開口部2について、形成する開口部分の面積が大きい場合、接面側開口部2の開口部分と壁面との境界部分(周縁部分)だけのシリコンを露出させ、ドライエッチングをするようにしておけば、その後の工程でウェットエッチングが行われて基板が貫通した際に中心部分も抜けるので、エッチング時間の短縮を図る上で都合がよい。 (B) Next, in order to perform patterning by selectively etching the silicon oxide film 12, a photosensitizing agent is applied using a photolithography method, and exposure and development are performed to form the contact surface side opening 2. The resist film in the part to be removed is removed. Then, for example, 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), a diluted hydrofluoric acid aqueous solution, or the like, the contact surface side opening 2 Then, the silicon oxide film 12 in the portion 2a is removed by etching (FIG. 2B). Here, when the area of the opening portion to be formed is large for the contact surface side opening portion 2, only the boundary portion (peripheral portion) between the opening portion and the wall surface of the contact surface side opening portion 2 is exposed, and dry etching is performed. By doing so, when the substrate is penetrated through wet etching in the subsequent process, the central portion is also removed, which is convenient for shortening the etching time.

(c)次に、凹部4となる部分4aに対して、フォトリソグラフィ法を用い、2回目のパターニングを行う(図2(c))。すなわち、上記(b)の1回目のパターニングでは接面側開口部2となる部分2aのシリコンを露出させるが、この2回目のパターニングでは、後に行われるエッチングにおいて、接面側開口部2及び凹部4のエッチングの深さを異ならせ、凹部4の深さを接面側開口部2よりも浅くするため、凹部4となる部分4aの酸化シリコン膜12を薄く残しておき、シリコンを露出させないハーフエッチングを行う。ここで凹部4となる部分4aは、有効パターンよりも広い範囲で形成されるようにしておく。 (C) Next, a second patterning is performed on the portion 4a to be the concave portion 4 by using a photolithography method (FIG. 2C). That is, in the first patterning of (b), the silicon in the portion 2a that becomes the contact surface side opening 2 is exposed, but in this second patterning, the contact surface side opening 2 and the recess are formed in the etching performed later. In order to make the depth of etching 4 different from that of the recess 4 and to make the depth of the recess 4 shallower than the opening 2 on the contact surface side, the silicon oxide film 12 of the portion 4a that becomes the recess 4 is left thin, and the half does not expose silicon. Etching is performed. Here, the portion 4a to be the recess 4 is formed in a wider range than the effective pattern.

(d)次に、凹部4となる部分4aの酸化シリコン膜12をドライエッチングにより除去し、シリコンを露出させる(図2(d))。また、接面側開口部2となる部分2aは凹部4となる部分4aよりもエッチングが先に進行して掘り下げられることになる。ここで、ドライエッチングの種類については特に限定するものではないが、本実施の形態では、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)放電等を利用したドライエッチングを行うものとする。ドライエッチングの場合は、結晶面方位による制限を受けないため、例えば壁面を基板に対して垂直方向に形成することができる。そのため、接面側開口部2の幅等をシリコン基板11の厚さに関係なく規定することができる。 (D) Next, the silicon oxide film 12 in the portion 4a to be the recess 4 is removed by dry etching to expose the silicon (FIG. 2D). In addition, the portion 2 a that becomes the contact surface side opening 2 is etched deeper than the portion 4 a that becomes the recess 4. Here, the type of dry etching is not particularly limited, but in this embodiment, for example, dry etching using ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge or the like is performed. In the case of dry etching, since it is not restricted by the crystal plane orientation, for example, the wall surface can be formed in a direction perpendicular to the substrate. Therefore, the width and the like of the contact surface side opening 2 can be defined regardless of the thickness of the silicon substrate 11.

(e)引き続き、ドライエッチングを行い、接面側開口部2及び凹部4を所定の深さ分だけエッチングする(図2(e))。ここでエッチングの深さについては、シリコン基板11の幅、後に行われるウェットエッチングの範囲等により異なり、任意の深さにすればよいため特に限定しない。ここで、例えば、ドライエッチングの深さが深くなるほど、外面側開口部3からのウェットエッチングが浅くなり、シリコン基板11の外面側開口部3を有する面における開口幅を狭くすることができる。したがって、外面側開口部3同士の間隔が狭い場合にはドライエッチングの深さは深くなる傾向になる。 (E) Subsequently, dry etching is performed to etch the contact surface side opening 2 and the concave portion 4 by a predetermined depth (FIG. 2E). Here, the etching depth is not particularly limited because it varies depending on the width of the silicon substrate 11, the range of wet etching to be performed later, and the like, and may be any depth. Here, for example, as the depth of dry etching increases, wet etching from the outer surface side opening 3 becomes shallower, and the opening width of the surface of the silicon substrate 11 having the outer surface side opening 3 can be reduced. Therefore, when the distance between the outer surface side openings 3 is narrow, the depth of dry etching tends to be deep.

(f)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12を除去する(図2(f))。
(g)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13を全面に成膜する(図2(g))。成膜の方法については特に限定しないが、ここでは、凹凸に関係なく成膜することができる熱酸化法を用いる。
(h)酸化シリコン膜13の成膜後、再度、フォトリソグラフィ法を用いて外面側開口部3となる部分3aをパターニングして、外面側開口部3となる部分3aの酸化シリコン膜13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2(h))。
(F) When dry etching is completed, the silicon oxide film 12 formed as a protective film is removed (FIG. 2F).
(G) Then, a silicon oxide film 13 is formed on the entire surface as a protective film for further wet etching (FIG. 2G). There is no particular limitation on the method for forming the film, but here, a thermal oxidation method capable of forming a film regardless of unevenness is used.
(H) After the formation of the silicon oxide film 13, the portion 3 a that becomes the outer surface side opening 3 is patterned again by photolithography, and the silicon oxide film 13 of the portion 3 a that becomes the outer surface side opening 3 is wetted. The silicon is removed by etching (FIG. 2 (h)).

(i)そして、エッチング液に浸積し、接面側開口部2と外面側開口部3とが連通するまでウェットエッチングを行う(図2(i))。ここで、ウェットエッチングに用いる液体(エッチャント)について、特に限定するものではないが、本実施の形態では例えば水酸化カリウム(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)を用いるものとする。KOH水溶液、TMAH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。特にTMAH水溶液は現像液として用いられているものである。ここで、エッチングされにくい(111)の結晶面に沿ってシリコンが残っていき、基板に対して、約55°の角度で開口部分の壁面が形成される。これにより、開口部分がテーパ状に形成されるため、例えば膜、層等の形成の材料、ガス等が開口部分に入りやすくなる。 (I) Then, the substrate is immersed in an etching solution, and wet etching is performed until the contact surface side opening 2 and the outer surface side opening 3 communicate with each other (FIG. 2 (i)). Here, the liquid (etchant) used for the wet etching is not particularly limited, but in this embodiment, for example, a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution, a 25 weight percent tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution (organic) Alkaline solution) shall be used. The KOH aqueous solution and the TMAH aqueous solution have a good selection ratio relationship with the silicon oxide film, there are few variations in etching, and the dimensional accuracy with respect to the plane is good. In particular, the TMAH aqueous solution is used as a developer. Here, silicon remains along the (111) crystal plane which is difficult to etch, and the wall surface of the opening is formed at an angle of about 55 ° with respect to the substrate. Thereby, since the opening portion is formed in a tapered shape, for example, a material for forming a film, a layer, or the like, gas, or the like easily enters the opening portion.

(j)そして、保護膜として成膜していた酸化シリコン膜13を除去し、マスクが完成する(図2(j))。例えば、用いる用途によっては、マスク基板1(シリコン)を液体、ガス等から保護するための絶縁保護膜等を成膜してもよい。
以上により、接面側開口部2の側壁厚さaを凹部4の深さbよりも厚く形成することができる。
(J) Then, the silicon oxide film 13 formed as a protective film is removed to complete the mask (FIG. 2 (j)). For example, an insulating protective film for protecting the mask substrate 1 (silicon) from liquid, gas, or the like may be formed depending on the application to be used.
As described above, the side wall thickness a of the contact surface side opening 2 can be formed thicker than the depth b of the recess 4.

以上のように実施の形態1によれば、少なくとも前後2回にわたって接面側開口部2となる部分2aと凹部4となる部分4aとを順次パターニングするようにしたので、異方性ドライエッチングにより接面側開口部2と凹部4とを所望のエッチング深さに形成した際には、接面側開口部2の側壁厚さaを凹部4の深さbよりも厚く形成することができる。
したがって、接面側開口部2の側壁厚さaを凹部4の深さbに依存することなく任意に設定することが可能になり、かつ接面側開口部2の庇部の厚み増加により、反り等の変形を抑制できるため、マスク基板1の加工対象の基板との密着性が向上する。その結果、このマスク基板1を使用して、加工対象の基板に例えばスパッタにより所望の微細パターンの成膜をしようとする場合、スパッタの回り込みを防止することができるため、精度の高いパターン形成が可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the portion 2a that becomes the contact surface side opening 2 and the portion 4a that becomes the recess 4 are sequentially patterned at least twice in the front and rear directions. When the contact surface side opening 2 and the recess 4 are formed at a desired etching depth, the side wall thickness a of the contact surface side opening 2 can be made thicker than the depth b of the recess 4.
Therefore, it becomes possible to arbitrarily set the side wall thickness a of the contact surface side opening 2 without depending on the depth b of the concave portion 4, and by increasing the thickness of the flange portion of the contact surface side opening 2, Since deformation such as warpage can be suppressed, the adhesion of the mask substrate 1 to the substrate to be processed is improved. As a result, when this mask substrate 1 is used to form a desired fine pattern on the substrate to be processed, for example, by sputtering, it is possible to prevent spattering, so that highly accurate pattern formation is possible. It becomes possible.

凹部4についても、凹部4の深さbを任意に設定することが可能になり、異物の挟み込みなどによる有効パターン領域の接触ダメージの発生を抑制することができる。また、凹部4の深さbを任意に設定できることから、接面側開口部2のエッチング深さに依存することなく、凹部4は必要最小限の深さでよいため、ドライエッチングの時間の短縮が可能となり生産性が向上する。   Also for the recess 4, the depth b of the recess 4 can be arbitrarily set, and the occurrence of contact damage in the effective pattern area due to foreign object pinching or the like can be suppressed. In addition, since the depth b of the recess 4 can be arbitrarily set, the recess 4 can have the minimum necessary depth without depending on the etching depth of the contact surface side opening 2, so that the dry etching time can be shortened. Can improve productivity.

また、接面側開口部2となる部分2aと凹部4となる部分4aとを、互いに異なる酸化シリコン膜12、13の膜厚を有するように、独立した階層でパターニングを行ってもよい。このように、複数回のパターニングを繰り返すことで、接面側開口部2と凹部4とをそれぞれ独立に任意のエッチング深さで設定することが可能となり、接面側開口部2の側壁厚さaと凹部4の深さbとの関係(a>b)を加工対象に応じて最適に調整することができる。   Further, the portion 2a to be the contact surface side opening 2 and the portion 4a to be the recess 4 may be patterned in independent layers so as to have different thicknesses of the silicon oxide films 12 and 13. In this way, by repeating the patterning a plurality of times, the contact surface side opening 2 and the recess 4 can be independently set at arbitrary etching depths, and the side wall thickness of the contact surface side opening 2 is increased. The relationship (a> b) between a and the depth b of the recess 4 can be optimally adjusted according to the object to be processed.

また、接面側開口部2となる部分の開口形状形成をドライエッチングにより行うようにしたので、ドライエッチングにおいては、結晶面方位によりエッチング形状が制限されることがないため、開口部分の形状の自由度を高くすることができ、これにより設計された形状の接面側開口部2を有するマスク基板1により、任意の形状による加工対象の加工を行うことができる。一方で、外面側開口部3をウェットエッチングにより形成するので、複数の基板を一括して処理することができる等、製造時における時間短縮を図ることができる。また、異方性ウェットエッチングに水酸化カリウム水溶液又は水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いるようにしたので、エッチングのばらつきが少なく、平面方向により均一したマスク基板1を得ることができる。   Further, since the opening shape of the portion that becomes the contact surface side opening 2 is formed by dry etching, the etching shape is not limited by the crystal plane orientation in the dry etching. The degree of freedom can be increased, and the processing of a processing target having an arbitrary shape can be performed by the mask substrate 1 having the contact surface side opening 2 having a shape designed thereby. On the other hand, since the outer surface side opening 3 is formed by wet etching, a plurality of substrates can be processed at a time, and the time during manufacturing can be reduced. In addition, since an aqueous potassium hydroxide solution or an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution is used for anisotropic wet etching, it is possible to obtain a mask substrate 1 with less variation in etching and more uniform in the planar direction.

実施の形態2.
図3は本発明の実施の形態2に係る液滴吐出ヘッドを分解して示す斜視図である。本実施の形態では、実施の形態1で製造したマスク基板1を用いて加工する加工対象の基板を、例えば静電方式で駆動する静電アクチュエータを用いるデバイスである液滴吐出ヘッドのキャビティ基板30とした場合について説明する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a droplet discharge head according to Embodiment 2 of the present invention. In the present embodiment, the substrate to be processed using the mask substrate 1 manufactured in the first embodiment, for example, a cavity substrate 30 of a droplet discharge head which is a device using an electrostatic actuator that is driven by an electrostatic method. The case will be described.

図3に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板20、キャビティ基板30、リザーバ基板40及びノズル基板50の4つの基板が下から順に積層されて構成される。ここで本実施の形態では、電極基板20とキャビティ基板30とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板30とリザーバ基板40、リザーバ基板40とノズル基板50とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。   As shown in FIG. 3, the droplet discharge head according to the present embodiment is configured by stacking four substrates in order from the bottom: an electrode substrate 20, a cavity substrate 30, a reservoir substrate 40, and a nozzle substrate 50. Here, in the present embodiment, the electrode substrate 20 and the cavity substrate 30 are bonded by anodic bonding. The cavity substrate 30 and the reservoir substrate 40, and the reservoir substrate 40 and the nozzle substrate 50 are bonded using an adhesive such as an epoxy resin.

電極基板20は、厚さ約1mmの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板20の表面には、後述するキャビティ基板30の吐出室31となる凹部に合わせて例えば深さ約0.3μmで複数の凹部41が形成されている。そして、凹部41の内側(特に底部)に、キャビティ基板30の各吐出室31(振動板32)と対向するように固定電極となる個別電極22が設けられ、個別電極22の一方の端部(電極基板20の中央部に延びる側の端部)はドライバIC60と実装するためのIC出力実装部23となっている。さらに、電極基板20の中央部には、ドライバIC60および図示しないFPC(Flexible Print Circuit)に接続するためのリード部24がITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)パターンにより形成されている。リード部24は、複数本のリード(配線)から構成されている。なお、本実施の形態においてリード部24とは、1つのドライバIC60に接続される複数のリードをいうものとする。また、ドライバIC60の実装数及び実装方法は特に制限されない。リード部24は、電極基板20の端部にてFPCのIC入力配線(図示せず)と接続されるFPC実装部24aとなっており、ドライバIC60の入力端子に2箇所で接続されるIC入力実装部24b、24cと、ドライバIC60の下に配線されるIC入力信号配線24dとから構成されている。ドライバIC60の出力端子は各列の個別電極22に接続されている。このようにリード部24の配線が電極基板20とドライバIC60に挟まれた状態で形成されているため、液滴吐出ヘッドの面積を増やす(横方向に大きくする)ことなくコンパクトに配線することができる。
振動板32と個別電極22との間には、振動板32が撓む(変位する)ことができる一定のギャップ(空隙)が凹部41により形成されている。個別電極22は、例えばスパッタ法により、ITOを0.1μmの厚さで凹部41の内側に成膜することで形成される。電極基板20には、他にも外部のタンク(図示せず)から供給された液体を取り入れる流路となる液体取り入れ口25となる貫通穴が設けられている。
The electrode substrate 20 is mainly made of a substrate such as borosilicate heat-resistant hard glass having a thickness of about 1 mm. In the present embodiment, the glass substrate is used, but single crystal silicon may be used as the substrate, for example. On the surface of the electrode substrate 20, a plurality of recesses 41 having a depth of, for example, about 0.3 μm are formed in accordance with a recess that becomes a discharge chamber 31 of the cavity substrate 30 described later. An individual electrode 22 serving as a fixed electrode is provided inside the recess 41 (particularly at the bottom) so as to face each discharge chamber 31 (vibrating plate 32) of the cavity substrate 30, and one end of the individual electrode 22 ( The end portion on the side extending to the center of the electrode substrate 20) is an IC output mounting portion 23 for mounting with the driver IC 60. Furthermore, a lead portion 24 for connection to a driver IC 60 and an FPC (Flexible Print Circuit) (not shown) is formed in the center portion of the electrode substrate 20 with an ITO (Indium Tin Oxide) pattern. The lead part 24 is composed of a plurality of leads (wirings). In the present embodiment, the lead part 24 refers to a plurality of leads connected to one driver IC 60. Further, the number and method of mounting the driver IC 60 are not particularly limited. The lead portion 24 is an FPC mounting portion 24a connected to an FPC IC input wiring (not shown) at the end portion of the electrode substrate 20, and an IC input connected to the input terminal of the driver IC 60 at two locations. The mounting parts 24b and 24c and the IC input signal wiring 24d wired under the driver IC 60 are configured. The output terminal of the driver IC 60 is connected to the individual electrode 22 in each column. Thus, since the wiring of the lead part 24 is formed in a state sandwiched between the electrode substrate 20 and the driver IC 60, it is possible to perform compact wiring without increasing the area of the droplet discharge head (increasing in the lateral direction). it can.
Between the diaphragm 32 and the individual electrode 22, a certain gap (gap) in which the diaphragm 32 can be bent (displaced) is formed by the concave portion 41. The individual electrode 22 is formed by depositing ITO with a thickness of 0.1 μm inside the recess 41 by, for example, sputtering. In addition, the electrode substrate 20 is provided with a through-hole serving as a liquid intake 25 serving as a flow path for taking in liquid supplied from an external tank (not shown).

キャビティ基板30は、シリコン単結晶基板(以下、シリコン基板という)を主要な材料としている。キャビティ基板30には、吐出室31となる凹部(底壁が可動電極となる振動板32となっている)及びドライバIC60を電極基板20上のリード部24と各個別電極22のIC出力実装部23上に実装するための貫通溝穴からなるIC実装用開口部34、ならびに後述するように封止材35をIC出力実装部23の直上部分に堆積し、封止部35aを形成するための貫通溝穴からなる封止用開口部36が形成されている。封止用開口部36の幅を狭くするほど小型化に寄与するが、ここでは封止材35をうまく堆積させるため10μm〜20μmとする。ただし、これに限定するものではない。また、堆積した封止材35の厚さは例えば、少ない部分でもギャップの幅(約0.18μm)以上有するようにする。リザーバ基板40との接合に影響しない範囲で、約2〜3μm又はそれ以上あることが望ましい。   The cavity substrate 30 is mainly composed of a silicon single crystal substrate (hereinafter referred to as a silicon substrate). The cavity substrate 30 has a recess (the bottom wall is a vibrating plate 32 serving as a movable electrode) and a driver IC 60 serving as a discharge chamber 31 and an IC output mounting portion of each lead electrode 24 on the electrode substrate 20 and each individual electrode 22. IC mounting opening 34 composed of a through-groove hole for mounting on 23, and sealing material 35 as described later are deposited immediately above IC output mounting portion 23 to form sealing portion 35a. A sealing opening 36 made of a through groove is formed. The narrower the width of the opening 36 for sealing, the smaller the contribution, but here, in order to deposit the sealing material 35 well, the thickness is set to 10 μm to 20 μm. However, the present invention is not limited to this. Further, the deposited sealing material 35 has a thickness equal to or larger than the gap width (about 0.18 μm) even in a small portion. It is desirable that the thickness be about 2 to 3 μm or more as long as the bonding with the reservoir substrate 40 is not affected.

そして、キャビティ基板30の下面(電極基板20と対向する面)には、振動板32と個別電極22との間を電気的に絶縁するためのTEOS(ここでは、Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン(珪酸エチル)を用いてできるSiO2 膜をいう)である絶縁膜33をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition :TEOS−pCVDともいう)法を用いて、0.1μm成膜している。ここでは絶縁膜33をTEOS膜としているが、例えばAl23(酸化アルミニウム(アルミナ))を用いてもよい。ここで、キャビティ基板30にも液体取り入れ口25と連通する貫通穴38が設けられている。さらに、外部の電力供給手段(図示せず)からキャビティ基板30(振動板32)に個別電極22と反対の極性の電荷を供給する際の端子となる共通電極端子37を備えている。 A TEOS (here, Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane) is used on the lower surface of the cavity substrate 30 (the surface facing the electrode substrate 20) to electrically insulate between the diaphragm 32 and the individual electrodes 22. The insulating film 33, which is an SiO 2 film made of ethyl), is formed to a thickness of 0.1 μm using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition: TEOS-pCVD) method. Although the insulating film 33 is a TEOS film here, for example, Al 2 O 3 (aluminum oxide (alumina)) may be used. Here, the cavity substrate 30 is also provided with a through hole 38 communicating with the liquid intake 25. Furthermore, a common electrode terminal 37 is provided which serves as a terminal for supplying a charge having a polarity opposite to that of the individual electrode 22 from an external power supply means (not shown) to the cavity substrate 30 (the diaphragm 32).

リザーバ基板40は例えばシリコン基板を主要な材料とする。リザーバ基板40には、各吐出室31に液体を供給するリザーバ(共通液室)41となる凹部が形成されている。凹部の底面にも上記の貫通穴38を介して液体取り入れ口25と連通する貫通穴44が設けられている。また、リザーバ41から各吐出室31に液体を供給するための供給口42が各吐出室31の位置に合わせて形成されている。さらに、各吐出室31とノズル基板50に設けられたノズル孔51との間の流路となり、吐出室31で加圧された液体がノズル孔51に移送する流路となる複数のノズル連通孔43が各ノズル孔51(各吐出室31)に合わせて設けられている。また、リザーバ基板40の中央部には、IC実装用開口部34と対応してほぼ同形状の貫通溝穴45が形成されている。   The reservoir substrate 40 is mainly made of a silicon substrate, for example. The reservoir substrate 40 is formed with a recess serving as a reservoir (common liquid chamber) 41 for supplying a liquid to each discharge chamber 31. A through hole 44 that communicates with the liquid intake 25 through the through hole 38 is also provided on the bottom surface of the recess. A supply port 42 for supplying a liquid from the reservoir 41 to each discharge chamber 31 is formed in accordance with the position of each discharge chamber 31. Furthermore, a plurality of nozzle communication holes that serve as flow paths between the discharge chambers 31 and the nozzle holes 51 provided in the nozzle substrate 50 and serve as flow paths for transferring the liquid pressurized in the discharge chambers 31 to the nozzle holes 51. 43 is provided according to each nozzle hole 51 (each discharge chamber 31). A through-groove 45 having substantially the same shape is formed in the central portion of the reservoir substrate 40 so as to correspond to the IC mounting opening 34.

ノズル基板50についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板50には、複数のノズル孔51が形成されている。各ノズル孔51は、各ノズル連通孔43から移送された液体を液滴として外部に吐出する。ノズル孔51を複数段で形成すると、液滴を吐出する際の直進性向上が期待できる。本実施の形態ではノズル孔51を2段で形成する。ここで、振動板32によりリザーバ41側の液体に加わる圧力を緩衝するためのダイヤフラムを設けるようにしてもよい。   For the nozzle substrate 50, for example, a silicon substrate is used as a main material. A plurality of nozzle holes 51 are formed in the nozzle substrate 50. Each nozzle hole 51 discharges the liquid transferred from each nozzle communication hole 43 to the outside as a droplet. If the nozzle holes 51 are formed in a plurality of stages, an improvement in straightness when discharging droplets can be expected. In the present embodiment, the nozzle holes 51 are formed in two stages. Here, a diaphragm for buffering the pressure applied to the liquid on the reservoir 41 side by the diaphragm 32 may be provided.

図4は組立状態を示す液滴吐出ヘッドの部分断面図である。ただし、ノズル孔51の片列についての断面図である。キャビティ基板30と接合した電極基板20の各個別電極22の端子部であるIC出力実装部23にドライバIC60を実装するため、キャビティ基板30の一部を開口等して、電極基板20とキャビティ基板30との間で空間を形成する(この空間を以下、IC実装用開口部34という)。そして、個別電極22に対する電力(電荷)供給手段となるドライバIC60は、IC実装用開口部34においてリード部24及び各個別電極22のIC出力実装部23と電気的に接続し、選択した個別電極22に電荷を供給する。   FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the droplet discharge head showing the assembled state. However, it is a cross-sectional view of one row of nozzle holes 51. In order to mount the driver IC 60 on the IC output mounting portion 23 that is the terminal portion of each individual electrode 22 of the electrode substrate 20 bonded to the cavity substrate 30, the electrode substrate 20 and the cavity substrate are opened by opening a part of the cavity substrate 30. 30 to form a space (hereinafter, this space is referred to as an IC mounting opening 34). The driver IC 60 serving as power (charge) supply means for the individual electrode 22 is electrically connected to the lead portion 24 and the IC output mounting portion 23 of each individual electrode 22 in the IC mounting opening 34, and the selected individual electrode is selected. A charge is supplied to 22.

ドライバIC60により選択された個別電極22には約40Vの電圧が印加され、正に帯電する。このとき、振動板32は相対的に負に帯電する(ここでは、FPC(Flexible Print Circuit)等、共通電極端子37を介してキャビティ基板30には負の極性を有する電荷が供給される)。そのため、選択された個別電極22と振動板32との間では静電気力が発生し、振動板32は個別電極22に引き寄せられて撓む。これにより吐出室31の容積は広がる。そして電荷供給を止めると振動板32は元に戻るが、そのときの吐出室31の容積も元に戻り、その圧力で加圧された液体がノズル孔51から液滴として吐出する。この液滴が例えば記録紙に着弾することによって印刷等が行われる。   A voltage of about 40 V is applied to the individual electrode 22 selected by the driver IC 60 and is positively charged. At this time, the diaphragm 32 is relatively negatively charged (here, charge having a negative polarity is supplied to the cavity substrate 30 via the common electrode terminal 37 such as FPC (Flexible Print Circuit)). Therefore, an electrostatic force is generated between the selected individual electrode 22 and the diaphragm 32, and the diaphragm 32 is attracted to the individual electrode 22 and bent. As a result, the volume of the discharge chamber 31 increases. When the charge supply is stopped, the vibration plate 32 returns to the original state, but the volume of the discharge chamber 31 at that time also returns to the original state, and the liquid pressurized by the pressure is discharged from the nozzle hole 51 as a droplet. Printing or the like is performed when the droplets land on a recording sheet, for example.

図5は、キャビティ基板30にIC実装用開口部34と封止用開口部36とを同時に加工するために使用するマスク基板1の外観図、図6はその使用状態を示す断面図である。
図5及び図6に示すように、本実施の形態では、ドライバIC60を電極基板20上に実装するためのIC実装用開口部34と、静電アクチュエータを構成する個別電極22と振動板32との間のギャップの開放端部を封止材35で封止するための封止用開口部36とをキャビティ基板30に同時に加工する。したがって、このマスク基板1には、IC実装用開口部34を加工するための当該IC実装用開口部34の輪郭形状に対応する形状に形成された接面側開口部2Aと、封止用開口部36を加工するための当該封止用開口部36の輪郭形状に対応する形状に形成された接面側開口部2Bと、有効パターンすなわちキャビティ基板30に形成された吐出室31となる凹部の全体を保護するように有効パターンよりも多少広い領域をカバーする凹部4と、接面側開口部2A、2Bのそれぞれに連通するテーパ状の貫通穴が形成された外面側開口部3A、3Bとが設けられている。そしてさらに、接面側開口部2A、2Bの側壁厚さは凹部4の深さよりも厚く形成されている。
FIG. 5 is an external view of the mask substrate 1 used for simultaneously processing the IC mounting opening 34 and the sealing opening 36 in the cavity substrate 30, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing the usage state.
As shown in FIGS. 5 and 6, in the present embodiment, an IC mounting opening 34 for mounting the driver IC 60 on the electrode substrate 20, the individual electrode 22 and the diaphragm 32 constituting the electrostatic actuator, The opening 36 for sealing for sealing the open end part of the gap between them with the sealing material 35 is processed into the cavity substrate 30 simultaneously. Therefore, the mask substrate 1 includes a contact surface side opening 2A formed in a shape corresponding to the contour shape of the IC mounting opening 34 for processing the IC mounting opening 34, and a sealing opening. The contact surface side opening 2B formed in a shape corresponding to the contour shape of the sealing opening 36 for processing the portion 36, and the concave portion that becomes the effective pattern, that is, the discharge chamber 31 formed in the cavity substrate 30. A recess 4 that covers an area slightly wider than the effective pattern so as to protect the whole, and outer surface side openings 3A, 3B in which tapered through holes communicating with the respective contact surface side openings 2A, 2B are formed; Is provided. Furthermore, the side wall thickness of the contact surface side openings 2A and 2B is formed to be thicker than the depth of the recess 4.

封止用開口部36は、片側の個別電極22と振動板32との間のギャップを一度に封止できるように細長い溝穴で形成されており、その短辺方向の幅が狭いほど小型化に寄与することができる。ただ、幅が狭すぎると封止材35がうまく堆積しない可能性があるため、10μm〜20μmであることが望ましい。場合によっては、キャビティ基板30の厚さによって加工時に制限を受けることがあるため、10μm〜20μmに特に限定するものではない。確実な封止ができるのであれば、例えば300μm(0.3mm)等の幅があってもよい。また、堆積する封止材35として、ここでは絶縁性、気密封止能力が高く、洗浄等に用いる酸性、アルカリ性溶液に対して耐性を有する酸化シリコン(無機化合物)を用いるものとする。堆積した封止材35の厚さは、例えば、少ない部分でもギャップの幅(約0.18μm)以上有するようにする。リザーバ基板40との接合に影響しない範囲で、約2〜3μm又はそれ以上あることが望ましい。   The sealing opening 36 is formed as an elongated slot so that the gap between the individual electrode 22 and the diaphragm 32 on one side can be sealed at a time. The smaller the width in the short side direction, the smaller the opening. Can contribute. However, since the sealing material 35 may not be deposited well if the width is too narrow, it is preferably 10 μm to 20 μm. In some cases, the thickness of the cavity substrate 30 may be limited during processing, and thus is not particularly limited to 10 μm to 20 μm. If reliable sealing is possible, the width may be 300 μm (0.3 mm), for example. Further, as the sealing material 35 to be deposited, here, silicon oxide (inorganic compound) having high insulation and hermetic sealing ability and having resistance to acidic and alkaline solutions used for cleaning and the like is used. The deposited sealing material 35 has a thickness equal to or larger than the gap width (about 0.18 μm) even in a small portion, for example. It is desirable that the thickness be about 2 to 3 μm or more as long as the bonding with the reservoir substrate 40 is not affected.

そして、封止用開口部36の開口部分から、CVD(Chemical Vapor Deposition :化学的気相法)、(ECR)スパッタ、真空蒸着等の方法により、電極基板20上の個別電極22のIC出力実装部23部分からキャビティ基板30に至る空間(ギャップの一部)に、封止材35である酸化シリコン(SiO2 )を堆積させ、封止部35aを形成し、ギャップを外気と遮断して、水分、異物等の侵入を防ぐ。ここで、封止材35は酸化シリコンに限らず、例えばAl23(酸化アルミニウム(アルミナ))、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、Ta25(五酸化タンタル)、DLC(Diamond Like Carbon )、ポリパラキシリレン(polypalaxylylene)、PDMS(polydimethylsiloxane:シリコーンゴムの一種)、エポキシ樹脂等であってもよい。また、1種類に限らず、複数種の封止材を積層するようにしてもよい。 Then, IC output mounting of the individual electrodes 22 on the electrode substrate 20 is performed from the opening portion of the sealing opening 36 by a method such as CVD (Chemical Vapor Deposition), (ECR) sputtering, or vacuum deposition. In a space (part of the gap) from the portion 23 portion to the cavity substrate 30, silicon oxide (SiO 2 ) as the sealing material 35 is deposited to form a sealing portion 35a, and the gap is blocked from outside air, Prevent intrusion of moisture and foreign matter. Here, the sealing material 35 is not limited to silicon oxide. For example, Al 2 O 3 (aluminum oxide (alumina)), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), Ta 2 O 5 (tantalum pentoxide), It may be DLC (Diamond Like Carbon), polypalaxylylene, PDMS (polydimethylsiloxane: a kind of silicone rubber), epoxy resin or the like. Moreover, you may make it laminate | stack not only one type but multiple types of sealing materials.

次に、第1の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法について、図7及び図8を用いて説明する。図7及び図8は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。なお、実際には、ウェハ単位で複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図7及び図8ではその一部分だけを示している。   Next, a method for manufacturing the droplet discharge head according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8 are diagrams showing a manufacturing process of the droplet discharge head. Actually, a plurality of droplet discharge head members are simultaneously formed for each wafer, but only a part thereof is shown in FIGS.

(a)シリコン基板71の片面(電極基板20との接合面側となる)を鏡面研磨し、例えば220μmの厚みの基板(キャビティ基板30となる)を作製する。次に、シリコン基板71のボロンドープ層72を形成する面を、B23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、温度を1050℃に上昇させて7時間保持することで、ボロンをシリコン基板71中に拡散させ、ボロンドープ層72を形成する。取り出したボロンドープ層72の表面にはボロン化合物(SiB6 :ケイ化6ホウ素)が形成されているが(図示せず)、酸素及び水蒸気雰囲気中、600℃の条件で1時間30分酸化させると、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なB23+SiO2 に化学変化させることができる。B23+SiO2 に化学変化させた状態で、B23+SiO2 をふっ酸水溶液にてエッチング除去する(図7(a))。 (A) One side of the silicon substrate 71 (becomes the bonding surface side with the electrode substrate 20) is mirror-polished to produce, for example, a 220 μm thick substrate (becomes the cavity substrate 30). Next, the surface on which the boron doped layer 72 of the silicon substrate 71 is formed 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, the inside of the furnace is put into a nitrogen atmosphere, the temperature is raised to 1050 ° C. and held for 7 hours, so that boron is diffused into the silicon substrate 71 and a boron doped layer 72 is formed. . A boron compound (SiB 6 : 6 boron silicide) is formed on the surface of the boron doped layer 72 taken out (not shown), but when oxidized in an oxygen and water vapor atmosphere at 600 ° C. for 1 hour and 30 minutes. Further, it can be chemically changed to B 2 O 3 + SiO 2 which can be etched with a hydrofluoric acid aqueous solution. B 2 O 3 + SiO 2 is removed by etching with a hydrofluoric acid aqueous solution in a state where it is chemically changed to B 2 O 3 + SiO 2 (FIG. 7A).

(b)ボロンドープ層72を形成した面に、プラズマCVD法により、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は250W、圧力は66.7Pa(0.5Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で絶縁膜33を0.1μm成膜する(図7(b))。 (B) On the surface on which the boron-doped layer 72 is formed, a plasma CVD method is used, the processing temperature during film formation is 360 ° C., the high-frequency output is 250 W, the pressure is 66.7 Pa (0.5 Torr), and the gas flow rate is TEOS flow rate 100 cm 3. The insulating film 33 is formed to a thickness of 0.1 μm under the conditions of / min (100 sccm) and an oxygen flow rate of 1000 cm 3 / min (1000 sccm) (FIG. 7B).

(c)電極基板20については、上記図7(a)、(b)とは別工程で作製する。約1mmのガラスの基板の一方の面に対し、約0.3μmの深さの凹部41を形成する。凹部41の形成後、例えばスパッタリング法を用いて、0.1μmの厚さの個別電極22を同時に形成する。最後に液体取り入れ口25となる穴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20を作製する。そして、シリコン基板71と電極基板20を360℃に加熱した後、電極基板20に負極、シリコン基板71に正極を接続して、800Vの電圧を印加して陽極接合を行う(図7(c))。 (C) The electrode substrate 20 is fabricated in a separate process from the above-described FIGS. 7 (a) and (b). A recess 41 having a depth of about 0.3 μm is formed on one surface of a glass substrate of about 1 mm. After the formation of the recess 41, the individual electrodes 22 having a thickness of 0.1 μm are simultaneously formed by using, for example, a sputtering method. Finally, a hole to be the liquid intake port 25 is formed by a sandblast method or a cutting process. Thereby, the electrode substrate 20 is produced. Then, after heating the silicon substrate 71 and the electrode substrate 20 to 360 ° C., a negative electrode is connected to the electrode substrate 20 and a positive electrode is connected to the silicon substrate 71, and a voltage of 800 V is applied to perform anodic bonding (FIG. 7C). ).

(d)陽極接合後の接合済み基板に対し、シリコン基板71の厚みが約60μmになるまでシリコン基板71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、32wt%の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板71を約10μm異方性ウェットエッチング(以下、ウェットエッチングという)を行う。これによりシリコン基板71の厚みを約50μmにする(図7(d))。 (D) The surface of the silicon substrate 71 is ground until the thickness of the silicon substrate 71 reaches about 60 μm with respect to the bonded substrate after anodic bonding. Thereafter, in order to remove the work-affected layer, the silicon substrate 71 is subjected to about 10 μm anisotropic wet etching (hereinafter referred to as wet etching) with a potassium hydroxide solution having a concentration of 32 wt%. As a result, the thickness of the silicon substrate 71 is reduced to about 50 μm (FIG. 7D).

(e)次に、ウェットエッチングを行った面に対し、TEOSによる酸化シリコンのハードマスク(以下、TEOSハードマスクという)73をプラズマCVD法により成膜する。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33.3Pa(0.25Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で1.5μm成膜する(図7(e))。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点で都合がよい。 (E) Next, a silicon oxide hard mask (hereinafter referred to as TEOS hard mask) 73 by TEOS is formed on the wet-etched surface by plasma CVD. As film formation conditions, for example, the processing temperature during film formation is 360 ° C., the high-frequency output is 700 W, the pressure is 33.3 Pa (0.25 Torr), the gas flow rate is TEOS flow rate 100 cm 3 / min (100 sccm), and the oxygen flow rate is 1000 cm. A film having a thickness of 1.5 μm is formed under the condition of 3 / min (1000 sccm) (FIG. 7E). Film formation using TEOS can be performed at a relatively low temperature, which is advantageous in that heating of the substrate can be suppressed as much as possible.

(f)TEOSハードマスク73を成膜した後、吐出室31、IC実装用開口部34、封止用開口部36となる部分のTEOSハードマスク73をエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、ふっ酸水溶液を用いてTEOSハードマスク73が無くなるまで、それらの部分をエッチングしてTEOSハードマスク73をパターニングし、それらの部分について、シリコンを露出させる。エッチングした後にレジストを剥離する(図7(f))。 (F) After the TEOS hard mask 73 is formed, resist patterning is performed in order to etch the TEOS hard mask 73 in the portions that become the discharge chamber 31, the IC mounting opening 34, and the sealing opening 36. Then, these portions are etched using a hydrofluoric acid solution until the TEOS hard mask 73 disappears, and the TEOS hard mask 73 is patterned to expose silicon in those portions. After the etching, the resist is peeled off (FIG. 7F).

(g)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31、封止用開口部36、IC実装用封止用開口部34となる部分の厚みが約10μmになるまで異方性ウェットエッチング(以下、ウェットエッチングという)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72が露出し、エッチングの進行が極度に遅くなるエッチングストップが十分効いたものと判断するまでウェットエッチングを続ける(図8(g))。このように、2種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、吐出室31となる部分に形成される振動板32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。 (G) Next, the bonded substrate is immersed in a 35 wt% potassium hydroxide aqueous solution, and the thickness of the portion that becomes the discharge chamber 31, the sealing opening 36, and the IC mounting sealing opening 34 is about 10 μm. Anisotropic wet etching (hereinafter referred to as wet etching) is performed until Further, the wet-etching is continued until it is determined that the bonded substrate is dipped in a 3 wt% potassium hydroxide aqueous solution, the boron-doped layer 72 is exposed, and the etching stop at which the progress of etching is extremely slow has been effective (see FIG. 8 (g)). In this way, by performing etching using two types of potassium hydroxide aqueous solutions having different concentrations, the surface roughness of the diaphragm 32 formed in the portion serving as the discharge chamber 31 is suppressed, and the thickness accuracy is 0.80 ±. It can be 0.05 μm or less. As a result, the discharge performance of the droplet discharge head can be stabilized.

(h)ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板71表面のTEOSハードマスク73を剥離する。次に、IC実装用開口部34及び封止用開口部36となる部分のボロンドープ層72を除去するため、図5及び図6に示したように、IC実装用開口部34及び封止用開口部36となる部分を開口させた実施の形態1で製造したマスク基板1を、接合済み基板のシリコン基板71の表面に取り付ける。そして、例えば、RFパワー200W、圧力40Pa(0.3Torr)、CF4 流量30cm3 /min(30sccm)の条件で、RIEドライエッチング(異方性ドライエッチング)を30分間行い、IC実装用開口部34、封止用開口部36となる部分のみにプラズマを当てて、開口する(図8(h))。ここで、例えば接合済み基板とマスク基板1とのアライメント精度を高めるため、マスク基板1の装着は、接合済み基板とマスク基板1とにピンを通すピンアライメントにより行うようにするとよい。また、ピンアライメント用の位置決め穴(図示せず)の側壁厚さについても、接面側開口部2A、2Bの側壁厚さと同等以上に厚く形成することができるため、位置決めピンのガイド性が良くなり、アライメント精度が向上する。なお、マスク基板1自体がエッチングされないようにマスク基板1表面に保護膜を成膜している。 (H) When wet etching is finished, the bonded substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, and the TEOS hard mask 73 on the surface of the silicon substrate 71 is peeled off. Next, in order to remove the boron-doped layer 72 in the portions to be the IC mounting opening 34 and the sealing opening 36, as shown in FIGS. 5 and 6, the IC mounting opening 34 and the sealing opening The mask substrate 1 manufactured in the first embodiment in which the portion that becomes the portion 36 is opened is attached to the surface of the silicon substrate 71 of the bonded substrate. Then, for example, RIE dry etching (anisotropic dry etching) is performed for 30 minutes under the conditions of RF power 200 W, pressure 40 Pa (0.3 Torr), CF 4 flow rate 30 cm 3 / min (30 sccm), and an IC mounting opening 34, plasma is applied only to the portion that becomes the sealing opening 36 to open the opening (FIG. 8H). Here, for example, in order to improve the alignment accuracy between the bonded substrate and the mask substrate 1, the mask substrate 1 may be mounted by pin alignment in which pins are passed between the bonded substrate and the mask substrate 1. Further, the side wall thickness of the positioning hole (not shown) for pin alignment can be formed to be equal to or greater than the side wall thickness of the contact surface side openings 2A and 2B, so that the positioning pin guide property is good. Thus, the alignment accuracy is improved. A protective film is formed on the surface of the mask substrate 1 so that the mask substrate 1 itself is not etched.

(i)さらに、封止用開口部36の部分に合わせて開口したマスク基板1Aを、接合済み基板のシリコン基板71側の表面に取り付ける。本工程においてもマスク基板1Aの装着は、ピンアライメントにより行うようにするとよい。ここで、アライメントの精度等を考慮し、封止材35がキャビティ基板30表面(リザーバ基板40との接合面)に付着しないように、マスク基板1Aの開口部分を、封止用開口部36の開口部分より小さくしておくことが望ましい。そして、例えば、TEOSを用いたプラズマCVD、蒸着、スパッタ等により、封止材35を封止用開口部36に堆積させ、封止部35aを形成する(図8(i))。堆積させる封止材35の厚さについては、上述したように特に限定しないが、ギャップの幅が約0.2μmであることから、最薄部分で約2〜3μm又はそれ以上、他の基板との接合に影響しない範囲で堆積できればよい。 (I) Furthermore, the mask substrate 1A opened in accordance with the sealing opening 36 is attached to the surface of the bonded substrate on the silicon substrate 71 side. Also in this step, the mask substrate 1A may be mounted by pin alignment. Here, in consideration of the alignment accuracy and the like, the opening portion of the mask substrate 1 </ b> A is formed on the sealing opening portion 36 so that the sealing material 35 does not adhere to the surface of the cavity substrate 30 (bonding surface with the reservoir substrate 40). It is desirable to make it smaller than the opening. Then, for example, the sealing material 35 is deposited on the sealing opening 36 by plasma CVD using TEOS, vapor deposition, sputtering, or the like to form the sealing portion 35a (FIG. 8 (i)). The thickness of the sealing material 35 to be deposited is not particularly limited as described above. However, since the gap width is about 0.2 μm, the thinnest portion has a thickness of about 2 to 3 μm or more. It suffices if it can be deposited in a range that does not affect the bonding of the film.

(j)封止が完了すると、例えば、さらに共通電極端子37となる部分を開口したマスク基板1Bを、接合済み基板のシリコン基板71側の表面に、例えばピンアライメントにより取り付ける。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37を形成する(図8(j))。 (J) When the sealing is completed, for example, the mask substrate 1B having an opening that becomes the common electrode terminal 37 is attached to the surface of the bonded substrate on the silicon substrate 71 side by, for example, pin alignment. Then, for example, sputtering is performed using platinum (Pt) as a target to form the common electrode terminal 37 (FIG. 8J).

(k)あらかじめ別工程で作製していたリザーバ基板40を、例えばエポキシ系接着剤により、接合済み基板のキャビティ基板30側から接着し、接合する。また、ドライバIC60を個別電極22のIC出力実装部23とリード部24とに接続する。さらに別工程で作製していたノズル基板50についても同様に、例えばエポキシ系接着剤により、接合したリザーバ基板40側から接着する。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(図8(k))。 (K) The reservoir substrate 40 prepared in a separate process in advance is bonded and bonded from the cavity substrate 30 side of the bonded substrate, for example, with an epoxy adhesive. In addition, the driver IC 60 is connected to the IC output mounting portion 23 and the lead portion 24 of the individual electrode 22. Further, the nozzle substrate 50 manufactured in a separate process is similarly bonded from the bonded reservoir substrate 40 side with, for example, an epoxy adhesive. Then, dicing is performed along the dicing line, and individual droplet discharge heads are cut to complete the droplet discharge heads (FIG. 8 (k)).

以上のように実施の形態2によれば、液滴吐出ヘッドの製造に際して実施の形態1のマスク基板1を用いるようにしたので、任意の形状に形成した接面側開口部2A、2Bにより、キャビティ基板30の所定の位置に精度の高い加工を行うことができる。また、凹部4によりキャビティ基板30の吐出室31となる凹部の部分とマスク基板1とを接触させずに保護することができ、マスク基板1の装着による欠損を生じることなく、品質を維持することができる。以上のように、加工精度が高く、吐出性能、耐久性のよい液滴吐出ヘッドを得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, since the mask substrate 1 of the first embodiment is used in manufacturing the droplet discharge head, the contact surface side openings 2A and 2B formed in an arbitrary shape High-precision processing can be performed on a predetermined position of the cavity substrate 30. Further, the concave portion 4 can protect the concave portion serving as the discharge chamber 31 of the cavity substrate 30 without contacting the mask substrate 1, and maintain quality without causing defects due to the mounting of the mask substrate 1. Can do. As described above, it is possible to obtain a liquid droplet ejection head with high processing accuracy and excellent ejection performance and durability.

実施の形態3.
上述の実施の形態では、電極基板20、キャビティ基板30、リザーバ基板40及びノズル基板50の4つの基板が積層されて構成された液滴吐出ヘッドについて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、吐出室とリザーバとを同一基板に形成した3層の基板で構成した液滴吐出ヘッドについても適用することができる。例えばこのような場合には、基板の形状に合わせたマスク基板を製造する。
Embodiment 3 FIG.
In the above-described embodiment, the droplet discharge head configured by stacking the four substrates of the electrode substrate 20, the cavity substrate 30, the reservoir substrate 40, and the nozzle substrate 50 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to a droplet discharge head configured with a three-layer substrate in which the discharge chamber and the reservoir are formed on the same substrate. For example, in such a case, a mask substrate that matches the shape of the substrate is manufactured.

実施の形態4.
図9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(プリンタ100)の外観図である。また、図10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9及び図10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10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. 9 is an external view of a droplet discharge apparatus (printer 100) using the droplet discharge head manufactured in the above embodiment. FIG. 10 is a diagram showing an example of main constituent means of the droplet discharge device. 9 and 10 is intended for printing by a droplet discharge method (inkjet method). Further, it is a so-called serial type device. In FIG. 10, 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32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. Further, the print control unit 107 drives the feed screw 104 and the motor 106 based on the print data and the control signal, and although not shown here, drives the oscillation drive circuit to vibrate the diaphragm 32, Printing is performed on the print paper 110 while controlling.

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、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル(OLED等)の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(Deoxyribo 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 light emitting element is used in an application to be discharged onto a substrate of a display panel (OLED or the like) using an electroluminescent element such as a liquid containing a color filter pigment or an organic compound. For example, a liquid containing a conductive metal and a liquid containing a conductive metal may be discharged from a droplet discharge head provided in each device. In addition, when the droplet discharge head is used as a dispenser and used for discharging onto a substrate that is a microarray of biomolecules, DNA (Deoxyribo Nucleic Acids: deoxyribonucleic acid), other nucleic acids (for example, Ribo Nucleic Acid: ribonucleic acid, Peptide (Nucleic Acids: peptide nucleic acids, etc.) A liquid containing a probe such as a protein may be discharged. In addition, it can also be used for discharging dyes such as cloth.

実施の形態5.
上述の実施の形態2では、液滴吐出ヘッドの製造を例にして説明したが、実施の形態1のマスク基板を用いることができる素子はこれに限定されない。例えば、モータ、センサ、SAWフィルタのような振動素子(レゾネータ)、波長可変光フィルタ、ミラーデバイス等、他の種類の微細加工のアクチュエータ、圧力センサ等のセンサ等にも上述のマスク基板を用いて、加工を行うことができる。また、半導体等の素子においても適用することができる。
Embodiment 5 FIG.
In the above-described second embodiment, the manufacturing of the droplet discharge head has been described as an example. However, an element that can use the mask substrate of the first embodiment is not limited to this. For example, the above-described mask substrate is also used for sensors, such as motors, sensors, vibrating elements (resonators) such as SAW filters, tunable optical filters, mirror devices, and other types of microfabricated actuators, pressure sensors, etc. Can be processed. It can also be applied to elements such as semiconductors.

(a)は本発明の実施の形態1に係るマスク断面の一部を表す図、(b)は平面図。(A) is a figure showing a part of mask cross section which concerns on Embodiment 1 of this invention, (b) is a top view. 本実施の形態におけるマスクの製造工程を表す図。The figure showing the manufacturing process of the mask in this Embodiment. 実施の形態2に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図。FIG. 4 is an exploded view of a droplet discharge head according to a second embodiment. 液滴吐出ヘッドの部分断面図。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a droplet discharge head. 実施の形態2において使用するマスク基板の外観図。FIG. 6 is an external view of a mask substrate used in Embodiment 2. マスク基板の使用状態を表す図。The figure showing the use condition of a mask board | substrate. 実施の形態2の液滴吐出ヘッドの製造工程(その1)を表す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing process (part 1) of the droplet discharge head according to the second embodiment. 実施の形態2の液滴吐出ヘッドの製造工程(その2)を表す図。FIG. 6 illustrates a manufacturing process (No. 2) of the droplet discharge head according to the second embodiment. 液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図。FIG. 3 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。The figure showing an example of the main structural means of a droplet discharge apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A、1B マスク基板、2、2A、2B 接面側開口部、3、3A、3B 外面側開口部、4 凹部、11 シリコン基板、12、13 酸化シリコン膜、20 電極基板、21 凹部、22 個別電極、23 IC出力実装部、24 リード部、25 液体取り入れ口、30 キャビティ基板、31 吐出室、32 振動板、33 絶縁膜、34 IC実装用開口部、35 封止材、35a 封止部、36 封止用開口部、37 共通電極端子、40 リザーバ基板、41 リザーバ、42 供給口、43 ノズル連通孔、44 貫通穴、45 貫通溝穴、50 ノズル基板、51 ノズル孔、60 ドライバIC、71 シリコン基板、72 ボロンドープ層、73 TEOSハードマスク、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。   1, 1A, 1B mask substrate, 2, 2A, 2B contact surface side opening, 3, 3A, 3B outer surface side opening, 4 recess, 11 silicon substrate, 12, 13 silicon oxide film, 20 electrode substrate, 21 recess, 22 Individual electrode, 23 IC output mounting part, 24 Lead part, 25 Liquid inlet, 30 Cavity substrate, 31 Discharge chamber, 32 Vibration plate, 33 Insulating film, 34 IC mounting opening, 35 Sealing material, 35a Sealing 36, opening for sealing, 37 common electrode terminal, 40 reservoir substrate, 41 reservoir, 42 supply port, 43 nozzle communication hole, 44 through hole, 45 through groove hole, 50 nozzle substrate, 51 nozzle hole, 60 driver IC 71 silicon substrate, 72 boron doped layer, 73 TEOS hard mask, 100 printer, 101 drum, 102 droplet discharge head, 03 paper pressure roller, 104 a feed screw, 105 belt, 106 motor, 107 print control means 110 print paper.

Claims (8)

加工対象の基板の加工部分以外の部分を保護するためのシリコンを材料とするマスク基板であって、
前記加工対象の基板と接する面側には、異方性ドライエッチングにより、前記加工部分の形状に対応させた形状に形成された接面側開口部と、この接面側開口部と独立に設けられ、前記加工部分以外の所定の部位と接触させないように形成された凹部とを備え、
前記加工対象の基板と接する面と反対側の面側には、異方性ウェットエッチングにより所定の結晶面方位に沿って残されたシリコンにより壁面が形成され、前記接面側開口部と連通する外面側開口部を備え、
前記接面側開口部の側壁厚さを前記凹部の深さよりも厚く形成したことを特徴とするマスク基板。
A mask substrate made of silicon for protecting a portion other than a processed portion of a substrate to be processed,
A contact surface side opening formed in a shape corresponding to the shape of the processed portion by anisotropic dry etching is provided on the surface side in contact with the substrate to be processed, and the contact surface side opening is provided independently. A recess formed so as not to contact a predetermined part other than the processed part,
On the surface opposite to the surface in contact with the substrate to be processed, a wall surface is formed by silicon left along a predetermined crystal plane orientation by anisotropic wet etching, and communicates with the opening on the contact surface side. With an opening on the outer surface,
A mask substrate, wherein a side wall thickness of the contact surface side opening is formed thicker than a depth of the recess.
表面が(100)面方位の単結晶シリコンを材料とし、前記外面側開口部の前記壁面は(111)面方位が残されて形成されることを特徴とする請求項1記載のマスク基板。   2. The mask substrate according to claim 1, wherein the surface is made of single crystal silicon having a (100) orientation, and the wall surface of the opening on the outer surface side is formed with the (111) orientation remaining. 前記凹部は、前記所定の部位よりも大きな範囲で形成されていることを特徴とする請求項1または2記載のマスク基板。   The mask substrate according to claim 1, wherein the recess is formed in a range larger than the predetermined portion. 単結晶シリコン基板の一方の面に、加工対象の基板と接する面側の接面側開口部となる部分の少なくとも周縁部分をパターニングする第1の工程と、
前記単結晶シリコン基板の一方の面に、前記加工対象の基板の加工部分以外の所定の部位と接触させないための凹部となる部分をパターニングする第2の工程と、
前記第1の工程の後に、保護膜をエッチングにより除去してシリコンを露出させる工程と、
前記第2の工程の後に、シリコンを露出させないように保護膜をエッチングにより薄くする工程と、
前記シリコンを露出させた前記接面側開口部となる部分を異方性ドライエッチングにより所定の深さにエッチングして、前記接面側開口部を形成する工程と、
前記薄くした保護膜を異方性ドライエッチングにより除去した後、前記凹部となる部分を異方性ドライエッチングにより所定の深さにエッチングして、前記凹部を形成する工程と、
前記一方の面と反対の面側にパターニングを行い、異方性ウェットエッチングを行って、外面側開口部を形成し、前記接面側開口部と前記外面側開口部とを連通させる工程と、
を有することを特徴とするマスク基板の製造方法。
A first step of patterning at least a peripheral portion of a portion serving as a contact surface side opening on a surface side in contact with the substrate to be processed on one surface of the single crystal silicon substrate;
A second step of patterning, on one surface of the single crystal silicon substrate, a portion to be a recess for preventing contact with a predetermined portion other than a processed portion of the substrate to be processed;
After the first step, removing the protective film by etching to expose the silicon;
After the second step, the step of thinning the protective film by etching so as not to expose the silicon,
Etching the portion that becomes the contact surface side opening where the silicon is exposed to a predetermined depth by anisotropic dry etching to form the contact surface side opening;
Removing the thinned protective film by anisotropic dry etching and then etching the portion to be the recess to a predetermined depth by anisotropic dry etching to form the recess; and
Patterning the surface opposite to the one surface, performing anisotropic wet etching, forming an outer surface side opening, and communicating the contact surface side opening and the outer surface side opening;
A method for manufacturing a mask substrate, comprising:
水酸化カリウム水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて前記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4記載のマスク基板の製造方法。   5. The method of manufacturing a mask substrate according to claim 4, wherein the anisotropic wet etching is performed using an aqueous potassium hydroxide solution or an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution. 前記第1の工程及び前記第2の工程では、互いに異なる保護膜厚を有するように、独立した階層でパターニングを行うことを特徴とする請求項4または5記載のマスク基板の製造方法。   6. The method of manufacturing a mask substrate according to claim 4, wherein in the first step and the second step, patterning is performed in an independent layer so as to have different protective film thicknesses. 請求項1〜3のいずれかに記載のマスク基板または請求項4〜6のいずれかに記載のマスク基板の製造方法により製造されたマスク基板を用いて、ノズルから吐出させる液体の流路が形成される基板を加工する工程を少なくとも有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。   The flow path of the liquid discharged from a nozzle is formed using the mask substrate according to any one of claims 1 to 3 or the mask substrate manufactured by the mask substrate manufacturing method according to any one of claims 4 to 6. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising at least a step of processing a substrate to be processed. 請求項7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 7.
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