JP2009137133A - Manufacturing method of liquid jetting head, and etching method of crystal substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法及び結晶基板のエッチング方法に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及び結晶基板のエッチング方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle opening and a method for etching a crystal substrate, and more particularly to an ink jet recording head that ejects ink as a liquid and a method for etching a crystal substrate.
液体噴射ヘッドなどのマイクロデバイスの代表的な例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室に連通する連通部が形成されると共に、その一方面側に圧電素子が設けられた流路形成基板と、流路形成基板の連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成された封止基板とを具備するものがある。そして、流路形成基板及び封止基板としては、例えば、結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板が用いられ、これらの基板は、平行四辺形に開口する開口部を有するマスクを介して異方性エッチング（ウェットエッチング）することによって形成されていた（例えば、特許文献１参照）。 As an ink jet recording head which is a typical example of a microdevice such as a liquid ejecting head, for example, a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a communicating portion communicating with the pressure generating chamber are formed, and one surface thereof Some include a flow path forming substrate provided with a piezoelectric element on the side, and a sealing substrate on which a reservoir portion that forms a part of the reservoir is formed together with a communication portion of the flow path forming substrate. As the flow path forming substrate and the sealing substrate, for example, a silicon single crystal substrate having a crystal plane orientation of (110) plane is used, and these substrates are interposed through a mask having an opening that opens in a parallelogram. It was formed by anisotropic etching (wet etching) (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、流路形成基板のような結晶基板を異方性エッチングして液体流路を形成した際に、液体流路の形状によっては、マスクを庇状に残すことがあり、残った庇状のマスクが屈曲したり破損することにより、異物としてエッチング面に付着し、異物によるノズル詰まりや、他部材の接合不良、液体流路を保護する保護膜のカバレッジ不良等が発生するという問題がある。 However, when a liquid channel is formed by anisotropic etching of a crystal substrate such as a channel forming substrate, the mask may be left in a bowl shape depending on the shape of the liquid channel. When the mask is bent or broken, there is a problem in that it adheres to the etching surface as foreign matter, and nozzle clogging due to foreign matter, poor bonding of other members, poor coverage of the protective film protecting the liquid flow path, and the like occur.
これは、異方性エッチングを行った流路形成基板を洗浄液によって洗浄後、乾燥させた際に、洗浄液の蒸発により庇状に残留したマスクが内壁側に折り曲がり、乾燥が終了した段階で庇状のマスクが元に戻ることにより、庇状に残留したマスクの一部が異物となることがあるからである。 This is because when the flow path forming substrate subjected to anisotropic etching is washed with a cleaning liquid and then dried, the mask remaining in a bowl shape by evaporation of the cleaning liquid is bent toward the inner wall side, and drying is completed. This is because a part of the mask remaining in the bowl shape may become a foreign substance when the mask is restored.
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに限定されず、他のデバイスに用いられる結晶基板のエッチング方法においても同様に存在する。 Such a problem is not limited to a liquid jet head such as an ink jet recording head, and similarly exists in a method for etching a crystal substrate used in other devices.
本発明はこのような事情に鑑み、異物の発生を確実に防止して信頼性を向上することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び結晶基板のエッチング方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a liquid jet head and a method for etching a crystal substrate that can reliably prevent generation of foreign matters and improve reliability.
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する液体流路がその幅方向に複数並設されていると共に、表面の結晶面方位が（１１０）面からなる流路形成基板を具備し、前記液体流路が、第１の流路と、該第１の流路に連通して当該第１の流路よりも幅狭の第２の流路とを有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の表面に、開口部を有すると共に、前記第１の流路の前記第２の流路側の端部を覆う被覆部を有するマスクを形成する工程と、前記流路形成基板を前記マスクを介して異方性エッチングすることで、前記被覆部の下に前記第１の流路の端部が形成された前記液体流路を形成する工程と、前記マスクを除去する工程とを具備し、前記マスクを形成する工程では、前記被覆部から前記流路形成基板の結晶面方位の（１１１）面方向とは交差する方向に前記液体流路の並設方向に亘って前記開口部を横断する補強マスク部を設けることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、流路形成基板を異方性エッチングして被覆部の下に第１の流路の端部を形成することで、被覆部を庇状に残留させても、補強マスク部によって被覆部が補強されて、被覆部が屈曲したり破損するのを防止して、異物の発生を防止できる。これにより、異物によるノズル詰まりや、他部材との接着不良、液体流路を保護する体液耐性を有する保護膜のカバレッジ不良による流路形成基板の液体による浸食などを防止して、信頼性を向上することができる。
According to an aspect of the present invention for solving the above-described problem, a plurality of liquid flow paths communicating with nozzle openings for injecting liquid are arranged in parallel in the width direction, and a flow path whose surface crystal plane orientation is a (110) plane A liquid jet comprising a forming substrate, wherein the liquid channel has a first channel and a second channel that is in communication with the first channel and is narrower than the first channel. A method for manufacturing a head, the method comprising: forming a mask having an opening on the surface of the flow path forming substrate and a covering portion covering an end of the first flow path on the second flow path side. And forming the liquid flow path in which an end of the first flow path is formed under the covering by anisotropically etching the flow path forming substrate through the mask; Removing the mask, and in the step of forming the mask, the flow from the covering portion. A liquid jet head manufacturing method comprising: a reinforcing mask section that crosses the opening section in a direction parallel to the liquid flow path in a direction intersecting a (111) plane direction of a crystal plane orientation of a formation substrate. Is in the way.
In such an embodiment, the flow path forming substrate is anisotropically etched to form the end portion of the first flow path under the covering portion, so that the covering portion is covered with the reinforcing mask portion even if it remains in a bowl shape. The portion is reinforced, and the covering portion is prevented from being bent or broken, thereby preventing the generation of foreign matter. This improves reliability by preventing nozzle clogging due to foreign substances, poor adhesion to other members, and erosion of the flow path forming substrate by liquid due to poor coverage of the protective film that protects the liquid flow path. can do.
ここで、前記マスクを形成する工程では、前記開口部の前記液体流路の幅方向両側の側面に対応する開口縁部を前記流路形成基板の結晶面方位の（１１１）面に沿って形成することが好ましい。これによれば、液体流路を高精度に且つ高密度に形成することができる。 Here, in the step of forming the mask, the opening edge corresponding to the side surfaces on both sides in the width direction of the liquid channel of the opening is formed along the (111) plane of the crystal plane orientation of the channel forming substrate. It is preferable to do. According to this, the liquid flow path can be formed with high accuracy and high density.
また、前記補強マスク部の幅が、前記流路形成基板の結晶面方位の（１１１）面方向における幅よりも幅狭となるように形成することが好ましい。これによれば、補強マスク部の下で（１１１）面が出現することによるエッチングの停止を確実に防止することができ、所望の形状の液体流路を形成することができる。 Moreover, it is preferable that the width of the reinforcing mask portion is formed to be narrower than the width in the (111) plane direction of the crystal plane orientation of the flow path forming substrate. According to this, it is possible to reliably prevent the etching from being stopped due to the appearance of the (111) plane under the reinforcing mask portion, and a liquid channel having a desired shape can be formed.
また、前記流路形成基板を異方性エッチングする工程では、前記流路形成基板に前記液体流路を形成した後、当該流路形成基板を洗浄液で洗浄する工程をさらに具備することが好ましい。これによれば、洗浄液の蒸発途中に庇状に残留した被覆部に応力が印加されて被覆部が屈曲するのを防止することができるため、洗浄液が完全に蒸発した際に応力が解法されて被覆部が元に戻ることによる被覆部の一部が破損するのを防止することができる。 The step of anisotropically etching the flow path forming substrate preferably further includes a step of cleaning the flow path forming substrate with a cleaning liquid after forming the liquid flow path on the flow path forming substrate. According to this, since stress can be prevented from being applied to the covering portion that remains in a bowl shape during the evaporation of the cleaning liquid and the covering portion is bent, the stress is solved when the cleaning liquid is completely evaporated. It is possible to prevent a part of the covering portion from being damaged due to the return of the covering portion.
さらに、本発明の他の態様は、表面の結晶面方位が（１１０）面からなる結晶基板に第１の溝部と、該第１の溝部に連通して、当該第１の溝部よりも幅狭の第２の溝部とからなる溝部を幅方向に複数並設する結晶基板のエッチング方法であって、前記結晶基板の表面に、開口部を有すると共に、前記第１の溝部の前記第２の溝部側の端部を覆う被覆部を有するマスクを形成する工程と、前記結晶基板を前記マスクを介して異方性エッチングすることで、前記被覆部の下に前記第１の溝部の端部が形成された前記溝部を形成する工程と、前記マスクを除去する工程とを具備し、前記マスクを形成する工程では、前記被覆部から前記結晶基板の結晶面方位の（１１１）面方向とは交差する方向に前記溝部の並設方向に亘って前記開口部を横断する補強マスク部を設けることを特徴とする結晶基板のエッチング方法にある。
かかる態様では、結晶基板を異方性エッチングして被覆部の下に第１の溝部の端部を形成することで、被覆部を庇状に残留させても、補強マスク部によって被覆部が補強されて、被覆部が屈曲したり破損するのを防止して、異物の発生を防止できる。
Furthermore, in another aspect of the present invention, a crystal substrate having a (110) plane crystal plane orientation is connected to the first groove portion and the first groove portion, and is narrower than the first groove portion. A method of etching a crystal substrate, wherein a plurality of groove portions each including a second groove portion are arranged side by side in the width direction, the surface of the crystal substrate having an opening, and the second groove portion of the first groove portion Forming a mask having a covering portion covering an end portion on the side, and anisotropically etching the crystal substrate through the mask, thereby forming an end portion of the first groove portion under the covering portion Forming the groove and removing the mask, and in the step of forming the mask, the (111) plane direction of the crystal plane orientation of the crystal substrate intersects with the covering portion. Across the opening across the direction of parallel placement of the grooves in the direction In the etching method of the crystal substrate and providing a strong mask portion.
In this aspect, the crystal substrate is anisotropically etched to form the end of the first groove portion under the covering portion, so that the covering portion is reinforced by the reinforcing mask portion even if the covering portion remains in a bowl shape. Thus, the covering portion can be prevented from being bent or broken, and the generation of foreign matters can be prevented.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。図示するように、本実施形態の結晶基板である流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of FIG. As shown in the figure, a flow path forming substrate 10 which is a crystal substrate of the present embodiment is a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment, and one surface thereof is preliminarily made of silicon dioxide by thermal oxidation. An elastic film 50 is formed.
流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。本実施形態では、インク供給路１４は、圧力発生室１２及び連通路１５の一方の幅を狭めることで形成されているが、特にこれに限定されず、例えば圧力発生室１２及び連通路１５の両側の幅を狭めることでインク供給路１４を形成するようにしてもよい。 In the flow path forming substrate 10, pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction (short direction) by anisotropic etching from the other surface side. In addition, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chambers 12 in each row, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. The communication path 15 communicates with each other. The communication portion 13 communicates with a reservoir portion 31 of the protective substrate 30 described later and constitutes a part of a reservoir that becomes a common ink chamber for each row of the pressure generating chambers 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13. In the present embodiment, the ink supply path 14 is formed by narrowing one of the widths of the pressure generation chamber 12 and the communication path 15, but is not particularly limited to this, for example, the pressure generation chamber 12 and the communication path 15. The ink supply path 14 may be formed by narrowing the width on both sides.
すなわち、流路形成基板１０には、第１の流路として圧力発生室１２及び連通路１５が設けられ、第２の流路として第１の流路（圧力発生室１２及び連通路１５）よりも並設方向（短手方向）の幅が幅狭の液体供給路であるインク供給路１４が設けられている。そして、本実施形態では、これら圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が、隔壁１１により区画されてその幅方向（短手方向）に複数並設されている。 That is, the flow path forming substrate 10 is provided with the pressure generation chamber 12 and the communication path 15 as the first flow path, and from the first flow path (the pressure generation chamber 12 and the communication path 15) as the second flow path. In addition, an ink supply path 14 which is a liquid supply path having a narrow width in the juxtaposed direction (short direction) is provided. In the present embodiment, a plurality of liquid flow paths including the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, and the communication path 15 are partitioned by the partition wall 11 and arranged in parallel in the width direction (short direction).
このような圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５は、弾性膜５０とは反対側の面から流路形成基板１０を異方性エッチングすることによって形成されている。異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。本実施形態では、流路形成基板１０が面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなるため、シリコン単結晶基板の（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。すなわち、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と７０．５３度の角度をなし且つ上記（１１０）面に垂直な第２の（１１１）面とが出現する。かかる異方性エッチングにより、二つの平行する面である第１の（１１１）面と二つの平行する面である第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状を基本として精密加工を行うことができ、液体流路を高密度に配列することができる。すなわち、本実施形態の流路を画成する隔壁１１は、その短手方向の表面が第１の（１１１）面となるように形成されている。 The pressure generating chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, and the communication path 15 are formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 from the surface opposite to the elastic film 50. Anisotropic etching is performed using the difference in etching rate of the silicon single crystal substrate. In the present embodiment, since the flow path forming substrate 10 is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), the etching rate of the (111) plane is approximately compared to the etching rate of the (110) plane of the silicon single crystal substrate. This is performed using the property of 1/180. That is, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded and the first (111) plane is 70.53 degrees. And a second (111) plane perpendicular to the (110) plane appears. By this anisotropic etching, precision processing is performed based on a parallelogram formed by two first parallel surfaces (111) and two second parallel surfaces (111). The liquid flow paths can be arranged with high density. That is, the partition wall 11 defining the flow path of the present embodiment is formed such that the surface in the short direction is the first (111) plane.
また、第１の流路である流路形成基板１０の圧力発生室１２及び連通路１５の第２の流路であるインク供給路１４側の端面は、詳しくは後述するが、流路形成基板１０の結晶面方位の（１１１）面とは交差する方向に沿って形成されている。この圧力発生室１２及び連通路１５のインク供給路１４側の端面の位置は、エッチング時間により調整されている。 Further, the end surface of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10 that is the first flow path and the side of the ink supply path 14 that is the second flow path of the communication path 15 will be described in detail later. It is formed along the direction intersecting with the (111) plane of 10 crystal plane orientations. The positions of the end surfaces of the pressure generation chamber 12 and the communication path 15 on the ink supply path 14 side are adjusted by the etching time.
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。 Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive. Or a heat-welded film or the like. The nozzle plate 20 is made of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like.
一方、このような流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面には、上述したように、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５が形成されている。勿論、絶縁体膜５５は、酸化ジルコニウムに限定されず、例えば、窒化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化タンタルの少なくとも１種を主成分とする材料から形成してもよい。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とが後述するプロセスで積層形成されて圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０及び絶縁体膜５５、またはこれらに下電極膜６０を加えて振動板として作用させるがが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用させるようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。 On the other hand, the elastic film 50 is formed on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the nozzle plate 20 as described above, and an insulating film made of, for example, zirconium oxide is formed on the elastic film 50. A body film 55 is formed. Of course, the insulator film 55 is not limited to zirconium oxide. For example, silicon nitride, titanium nitride, aluminum nitride, boron nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, zirconium nitride, titanium oxide, aluminum oxide, silicon carbide, titanium carbide, You may form from the material which has at least 1 sort (s) of tungsten carbide and tantalum carbide as a main component. Further, the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80 are laminated on the insulator film 55 by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In this case, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active part 320 is formed for each pressure generating chamber 12. In addition, here, the piezoelectric element 300 and the diaphragm that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as an actuator device. In the above-described example, the elastic film 50 and the insulator film 55, or the lower electrode film 60 are added to the elastic film 50 and act as a diaphragm. However, the present invention is not limited to this. Only the lower electrode film 60 may act as a diaphragm without providing the insulator film 55. Further, the piezoelectric element 300 itself may substantially serve as a diaphragm.
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、流路形成基板１０のインク供給路１４とは反対側の端部近傍まで延設された金（Ａｕ）等のリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加される。 In addition, the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300 has a lead electrode 90 such as gold (Au) extending to the vicinity of the end of the flow path forming substrate 10 opposite to the ink supply path 14. Each is connected. A voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90.
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられた保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、上述したように、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。 Further, on the flow path forming substrate 10 on which the piezoelectric element 300 is formed, a protective substrate 30 provided with a reservoir portion 31 in a region facing the communication portion 13 is bonded via an adhesive 35. As described above, the reservoir unit 31 communicates with the communication unit 13 of the flow path forming substrate 10 and constitutes the reservoir 100 serving as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12.
また、保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。すなわち、流路形成基板１０に圧力発生室１２とインク供給路１４のみを形成してもよい。 Further, the protective substrate 30 is provided with a piezoelectric element holding portion 32 having a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 in a region facing the piezoelectric element 300. In addition, the piezoelectric element holding part 32 should just have a space of the grade which does not inhibit the motion of the piezoelectric element 300, and the said space may be sealed or may not be sealed. Alternatively, the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 may be divided into a plurality of pressure generation chambers 12 and only the reservoir portion 31 may be used as the reservoir. That is, only the pressure generation chamber 12 and the ink supply path 14 may be formed on the flow path forming substrate 10.
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。 A drive circuit 120 for driving the piezoelectric element 300 is mounted on the protective substrate 30. For example, a circuit board or a semiconductor integrated circuit (IC) can be used as the drive circuit 120. The drive circuit 120 and the lead electrode 90 are electrically connected via a connection wiring 121 made of a conductive wire such as a bonding wire.
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。 As the protective substrate 30, it is preferable to use a material substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10, for example, glass, a ceramic material, etc. In this embodiment, the surface orientation of the same material as the flow path forming substrate 10 is used. It was formed using a (110) silicon single crystal substrate.
また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する有機絶縁材料からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。 A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of an organic insulating material having low rigidity and flexibility, and one surface of the reservoir portion 31 is sealed by the sealing film 41. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal. Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。 In such an ink jet recording head 1 of the present embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then in accordance with a recording signal from the drive circuit 120. Then, a voltage is applied between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 to bend and deform the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70. As a result, the pressure in each pressure generating chamber 12 increases and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.
以下、このようなインクジェット式記録ヘッド１の製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the ink jet recording head.
まず、図３（ａ）に示すように、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。 First, as shown in FIG. 3A, a silicon dioxide film 51 constituting an elastic film 50 is formed on the surface of a flow path forming substrate wafer 110 which is a silicon wafer made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110). To do.
次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。 Next, as shown in FIG. 3B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51).
次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次に、図４（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成した後、図４（ｂ）に示すように、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。 Next, as shown in FIG. 3C, for example, the lower electrode film 60 is formed by laminating platinum (Pt) and iridium (Ir) on the insulator film 55, and then the lower electrode film 60 is formed. Pattern into a predetermined shape. Next, as shown in FIG. 4A, for example, a piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) or the like and an upper electrode film 80 made of iridium, for example, are formed on the wafer 110 for flow path forming substrate. After that, as shown in FIG. 4B, the piezoelectric layer 300 and the upper electrode film 80 are patterned in a region facing each pressure generating chamber 12 to form the piezoelectric element 300.
なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。勿論、圧電体層７０の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されるものではなく、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法等を用いてもよい。 The material of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300 includes, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), and a metal such as niobium, nickel, magnesium, bismuth, or yttrium. A relaxor ferroelectric or the like to which is added is used. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics, usage, etc. of the piezoelectric element 300. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited. For example, in this embodiment, a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature. The piezoelectric layer 70 was formed by using a so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric layer 70 made of an oxide. Of course, the method of forming the piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method, and for example, a MOD method or a sputtering method may be used.
次に、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。 Next, as shown in FIG. 4C, after forming the lead electrode 90 made of gold (Au) over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, patterning is performed for each piezoelectric element 300.
次に、図５（ａ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。 Next, as shown in FIG. 5A, the protective substrate wafer 130 is bonded onto the flow path forming substrate wafer 110 with an adhesive 35. Here, the reservoir portion 31 and the piezoelectric element holding portion 32 are formed in advance on the protective substrate wafer 130. Since the protective substrate wafer 130 has a thickness of, for example, about 400 μm, the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is remarkably improved by bonding the protective substrate wafer 130.
次いで、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。 Next, as shown in FIG. 5B, the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a predetermined thickness.
次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク２００を新たに形成し、所定形状にパターニングして開口部２０１を形成する。そして、図６に示すように、このマスク２００を介して流路形成基板用ウェハ１１０をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、流路形成基板用ウェハ１１０の開口部２０１に対応する領域に圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５及び連通部１３を形成する。 Next, as shown in FIG. 5C, a mask 200 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape to form the opening 201. Form. Then, as shown in FIG. 6, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) using an alkaline solution such as KOH through the mask 200. The pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, the communication path 15, and the communication section 13 are formed in a region corresponding to the opening 201.
ここで、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングする製造工程について図７〜図１１を参照して詳細に説明する。なお、図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す平面図であり、図８は、図７の要部を拡大した図であり、図９は、概略斜視図であり、図１０及び図１１は、断面図である。 A manufacturing process for anisotropically etching the flow path forming substrate wafer 110 will be described in detail with reference to FIGS. 7 is a plan view showing the manufacturing process of the ink jet recording head, FIG. 8 is an enlarged view of the main part of FIG. 7, FIG. 9 is a schematic perspective view, and FIGS. 11 is a cross-sectional view.
まず、図７に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００とは反対側の全面に亘ってマスク２００を形成し、マスク２００を例えば、レジストを介してパターニングすることで開口部２０１を形成する。 First, as shown in FIG. 7, a mask 200 is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the piezoelectric element 300, and the mask 200 is patterned through, for example, a resist to form openings. 201 is formed.
開口部２０１は、流路形成基板用ウェハ１１０の圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が形成されるように形成する。本実施形態では、開口部２０１として、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５の両側の隔壁１１の並設方向の側面が、流路形成基板用ウェハ１１０の結晶面方位の（１１１）面となるように、開口部２０１の隔壁１１の側面に対応する開口縁部２０２を流路形成基板用ウェハ１１０の結晶面方位の（１１１）面に沿った方向となるように形成した。 The opening 201 is formed so that a liquid flow path including the pressure generation chamber 12, the communication part 13, the ink supply path 14, and the communication path 15 of the flow path forming substrate wafer 110 is formed. In this embodiment, as the opening 201, the side surfaces in the juxtaposition direction of the partition walls 11 on both sides of the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, and the communication path 15 are (111) of the crystal plane orientation of the flow path forming substrate wafer 110. The opening edge 202 corresponding to the side surface of the partition wall 11 of the opening 201 is formed so as to be in the direction along the (111) plane of the crystal plane orientation of the flow path forming substrate wafer 110.
また、マスク２００には、第１の流路である圧力発生室１２及び連通路１５の第２の流路であるインク供給路１４側の端部を覆う被覆部２０３が設けられている。そして、この被覆部２０３の液体流路の並設方向とは交差する方向の開口縁部２０４、すなわち、開口部２０１の圧力発生室１２及び連通路１５のインク供給路１４側の端部を形成する開口縁部２０４は、（１１１）面方向とは交差する方向に設けられている。これは、詳しくは後述するが、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングした際に、異方性エッチングはマスク２００の被覆部２０３の開口縁部２０４で止まることなく、被覆部２０３の下が徐々にエッチングされて、圧力発生室１２及び連通路１５のインク供給路１４側の端面を形成するからである。すなわち、マスク２００は、被覆部２０３によってエッチング時間に応じて圧力発生室１２及び連通路１５の長さが徐々に長くなると共に、インク供給路１４の長さが短くなるように形成されている。そして、被覆部２０３は、流路形成基板用ウェハ１１０が異方性エッチングされた際に、図９に示すように庇状に残留する。 In addition, the mask 200 is provided with a covering portion 203 that covers an end portion of the pressure generation chamber 12 that is the first flow path and the ink supply path 14 side that is the second flow path of the communication path 15. Then, the opening edge portion 204 in the direction intersecting the direction in which the liquid passages of the covering portion 203 are arranged, that is, the end portion of the opening portion 201 on the ink supply passage 14 side of the pressure generation chamber 12 and the communication passage 15 is formed. The opening edge portion 204 is provided in a direction intersecting the (111) plane direction. Although this will be described in detail later, when the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched, the anisotropic etching does not stop at the opening edge portion 204 of the covering portion 203 of the mask 200, and This is because the bottom is gradually etched to form the end surfaces of the pressure generation chamber 12 and the communication path 15 on the ink supply path 14 side. That is, the mask 200 is formed so that the length of the pressure generation chamber 12 and the communication path 15 is gradually increased and the length of the ink supply path 14 is shortened by the covering portion 203 according to the etching time. Then, when the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched, the covering portion 203 remains in a bowl shape as shown in FIG.
さらに、マスク２００の被覆部２０３には、補強マスク部２１０が設けられている。補強マスク部２１０は、被覆部２０３から液体流路の並設方向（幅方向）に亘って開口部２０１を横断するように設けられている。すなわち、補強マスク部２１０は、第１の流路である圧力発生室１２及び連通路１５が形成される領域を跨って、被覆部２０３から相対向する（１１１）面方向に沿った開口縁部２０２まで開口部２０１を横断して形成されている。 Further, a reinforcing mask portion 210 is provided on the covering portion 203 of the mask 200. The reinforcing mask portion 210 is provided so as to cross the opening portion 201 from the covering portion 203 in the juxtaposed direction (width direction) of the liquid flow path. That is, the reinforcing mask part 210 has an opening edge along the (111) plane direction facing the covering part 203 across the region where the pressure generation chamber 12 and the communication path 15 as the first flow path are formed. It is formed across the opening 201 up to 202.
このような補強マスク部２１０は、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングした際に、庇状に残留した被覆部２０３を、相対向する隔壁１１上のマスク２００によって補強させて、被覆部２０３の庇状態を維持させるためのものである。このため、補強マスク部２１０は、被覆部２０３の先端側、すなわち、被覆部２０３の圧力発生室１２及び連通路１５側に設けるのが好ましい。また、補強マスク部２１０は、所定の間隔で複数設けることで、庇状になった被覆部２０３をさらに確実に補強することができる。本実施形態では、各被覆部２０３に、３つの補強マスク部２１０を所定間隔で設けるようにした。 Such a reinforcing mask portion 210 is formed by reinforcing the covering portion 203 remaining in a bowl shape by the mask 200 on the opposing partition wall 11 when the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched. This is for maintaining the saddle state of the section 203. For this reason, the reinforcing mask part 210 is preferably provided on the tip side of the covering part 203, that is, on the pressure generating chamber 12 and communication path 15 side of the covering part 203. In addition, by providing a plurality of reinforcing mask portions 210 at a predetermined interval, it is possible to more reliably reinforce the cover portion 203 having a hook shape. In the present embodiment, the three reinforcing mask portions 210 are provided at predetermined intervals on each covering portion 203.
また、補強マスク部２１０は、流路形成基板用ウェハ１１０の結晶面方位の（１１１）面方向とは交差する方向に設けられている。ここで、補強マスク部２１０が結晶面方位（１１１）面方向とは交差する方向に設けられているとは、補強マスク部２１０によって画成された開口の開口縁部が（１１１）面方向とは交差する方向に設けられていることを言う。 The reinforcing mask portion 210 is provided in a direction intersecting the (111) plane direction of the crystal plane orientation of the flow path forming substrate wafer 110. Here, the reinforcing mask portion 210 is provided in a direction intersecting with the crystal plane orientation (111) plane direction. The opening edge portion of the opening defined by the reinforcing mask portion 210 is in the (111) plane direction. Means that it is provided in the crossing direction.
このように、補強マスク部２１０を流路形成基板用ウェハ１１０の結晶面方位の（１１１）面方向とは交差する方向に設けることで、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングした際に、補強マスク部２１０によってエッチングが停止することがなく、補強マスク部２１０の下に液体流路を形成することができる。 As described above, when the reinforcing mask portion 210 is provided in a direction crossing the (111) plane direction of the crystal plane orientation of the flow path forming substrate wafer 110, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched. Further, the etching is not stopped by the reinforcing mask part 210, and a liquid channel can be formed under the reinforcing mask part 210.
また、このような補強マスク部２１０は、図８（ａ）に示すように、その幅Ｗ１が流路形成基板用ウェハ１１０の結晶面方位の（１１１）面方向における幅Ｗｍａｘよりも幅狭となるように設けられている。 Further, as shown in FIG. 8A, such a reinforcing mask portion 210 has a width W 1 wider than a width W max in the (111) plane direction of the crystal plane orientation of the flow path forming substrate wafer 110. It is provided to be narrow.
すなわち、図８（ｂ）に示すように、補強マスク部２１０Ａの幅Ｗ２が、結晶面方位の（１１１）面方向における幅Ｗｍａｘよりも幅広に設けられていると、異方性エッチングした際に、補強マスク部２１０Ａの下に補強マスク部２１０Ａの両側から（１１１）面を出現させながらエッチングされるが、この２つの（１１１）面が補強マスク部２１０Ａの下で一致することなく、離れた状態で停止してしまうため、補強マスク部２１０Ａの下に流路形成基板用ウェハ１１０がエッチングされない領域ができてしまうからである。 That is, as shown in FIG. 8 (b), the width W 2 of the reinforcement mask portion 210A is the provided wider than the width W max of (111) plane direction of the crystal plane orientation, and anisotropically etched In this case, the etching is performed while the (111) planes appear from both sides of the reinforcement mask portion 210A under the reinforcement mask portion 210A, but the two (111) surfaces do not coincide with each other under the reinforcement mask portion 210A. This is because the process stops in a separated state, so that a region where the flow path forming substrate wafer 110 is not etched is formed under the reinforcing mask portion 210A.
したがって、補強マスク部２１０の幅は、補強マスク部２１０を形成する方向や、インク供給路１４の幅などに応じて、（１１１）面方向の幅Ｗｍａｘよりも幅狭となるように適宜決定すればよい。なお、図８には、１つの補強マスク部２１０、２１０Ａを図示して説明してあるが、実際には３本の補強マスク部２１０が設けられているものである。 Therefore, the width of the reinforcing mask portion 210 is appropriately determined so as to be narrower than the width W max in the (111) plane direction according to the direction in which the reinforcing mask portion 210 is formed, the width of the ink supply path 14, and the like. do it. In FIG. 8, one reinforcing mask portion 210, 210A is illustrated and described, but actually, three reinforcing mask portions 210 are provided.
なお、本実施形態では、隔壁１１となる領域の上に設けられたマスク２００の先端、すなわち、連通部１３となる領域側の先端は、結晶面方位の（１１１）面とは交差する方向に設けられており、流路形成基板用ウェハ１１０をエッチングすると、隔壁１１の先端は、マスク２００の下に入り込むように徐々にエッチングされる。 In the present embodiment, the tip of the mask 200 provided on the region to be the partition wall 11, that is, the tip on the region side to be the communication portion 13 is in a direction intersecting the (111) plane of the crystal plane orientation. When the flow path forming substrate wafer 110 is etched, the tip of the partition wall 11 is gradually etched so as to enter under the mask 200.
このようなマスク２００を用いて流路形成基板用ウェハ１１０をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）を行うと、図７及び図９に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５が形成される。そして、上述したように、圧力発生室１２及び連通路１５のインク供給路１４側の端部は、マスク２００の下に形成され、被覆部２０３が庇状に残留する。 When anisotropic etching (wet etching) using an alkaline solution such as KOH is performed on the flow path forming substrate wafer 110 using such a mask 200, as shown in FIGS. A pressure generation chamber 12, a communication portion 13, an ink supply path 14, and a communication path 15 are formed in the wafer 110. As described above, the end portions of the pressure generation chamber 12 and the communication passage 15 on the ink supply path 14 side are formed under the mask 200, and the covering portion 203 remains in a bowl shape.
このとき、マスク２００の被覆部２０３は、補強マスク部２１０によって相対向する隔壁１１上のマスク２００に接続されているため、被覆部２０３は、補強マスク部２１０によって接続された相対向する隔壁１１上のマスク２００に補強されて、被覆部２０３が折れ曲がり、異物が発生することがない。そして、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングした後、異方性エッチングに用いたエッチング液を水等の洗浄液により洗浄した際に、被覆部２０３は、補強マスク部２１０によって庇状のままで維持されているため、折れ曲がりによる異物の発生を確実に防止することができる。 At this time, since the covering part 203 of the mask 200 is connected to the mask 200 on the opposing partition wall 11 by the reinforcing mask part 210, the covering part 203 is connected to the opposing partition wall 11 connected by the reinforcing mask part 210. Reinforced by the upper mask 200, the cover 203 is not bent and no foreign matter is generated. Then, after the channel forming substrate wafer 110 is anisotropically etched and the etching solution used for the anisotropic etching is washed with a cleaning solution such as water, the covering portion 203 is formed into a bowl-like shape by the reinforcing mask portion 210. Since it is maintained as it is, it is possible to reliably prevent the generation of foreign matters due to bending.
ここで、補強マスク部２１０を形成していないマスク２００Ａを用いて流路形成基板用ウェハ１１０を洗浄した場合について具体的に説明する。図１０（ａ）に示すように、圧力発生室１２等の液体流路が設けられた流路形成基板用ウェハ１１０（保護基板用ウェハ１１０が接合された状態）を水等の洗浄液４０１が充填された洗浄槽４００に浸漬する。このとき、洗浄液４０１は、液体流路内に充填されるため、被覆部２０３に応力が印加されることなく、折れ曲がりや異物が発生することはない。 Here, the case where the flow path forming substrate wafer 110 is cleaned using the mask 200A in which the reinforcing mask portion 210 is not formed will be specifically described. As shown in FIG. 10A, a cleaning liquid 401 such as water fills a flow path forming substrate wafer 110 (a state where the protective substrate wafer 110 is bonded) provided with a liquid flow path such as a pressure generation chamber 12. Immerse in the washed bath 400. At this time, since the cleaning liquid 401 is filled in the liquid flow path, no stress is applied to the covering portion 203, and no bending or foreign matter is generated.
次に、流路形成基板用ウェハ１１０を洗浄槽４００から取り出し乾燥させる。 Next, the flow path forming substrate wafer 110 is removed from the cleaning tank 400 and dried.
乾燥の初期段階では、図１０（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の液体流路はアスペクト比が高いため、液体流路内に洗浄液４０１が残る。この状態では、マスク２００の被覆部２０３に応力が印加されることなく、折れ曲がりや異物が発生することはない。 In the initial stage of drying, as shown in FIG. 10B, since the liquid flow path of the flow path forming substrate wafer 110 has a high aspect ratio, the cleaning liquid 401 remains in the liquid flow path. In this state, no stress is applied to the covering portion 203 of the mask 200, and no bending or foreign matter is generated.
そして、乾燥が進むと、図１０（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の液体流路内の洗浄液４０１は、隔壁１１に沿って残り、洗浄液４０１の表面張力によって被覆部２０３が隔壁１１側に引き寄せられ、被覆部２０３は隔壁１１側に屈曲された状態となる。その後、液体流路内の洗浄液４０１が完全に蒸発した際に、被覆部２０３に印加されていた応力が開放され、被覆部２０３が元に戻ることにより、被覆部２０３の一部が破損し、異物となる。 Then, as the drying progresses, as shown in FIG. 10C, the cleaning liquid 401 in the liquid flow path of the flow path forming substrate wafer 110 remains along the partition wall 11, and the covering portion 203 is caused by the surface tension of the cleaning liquid 401. Is drawn toward the partition wall 11 side, and the covering portion 203 is bent toward the partition wall 11 side. After that, when the cleaning liquid 401 in the liquid channel is completely evaporated, the stress applied to the covering portion 203 is released, and the covering portion 203 returns to its original state, so that a part of the covering portion 203 is damaged, It becomes a foreign object.
このように異物が発生すると、液体流路を保護するための保護膜等を形成した際のカバレッジ不良により流路形成基板１０が、インクによって浸食されたり、異物によるノズル詰まりや、ノズルプレート２０等の他部材の接合不良が発生する。 When foreign matter is generated in this way, the flow path forming substrate 10 is eroded by ink due to poor coverage when a protective film or the like for protecting the liquid flow path is formed, nozzle clogging due to foreign matter, the nozzle plate 20 or the like. Bonding failure of other members occurs.
これに対して、図１１に示すように、補強マスク部２１０を設けたマスク２００を用いた場合、洗浄液４０１の乾燥を行った際に洗浄液４０１が隔壁１１に沿って残り、洗浄液４０１の表面張力によって被覆部２０３が隔壁１１側に引き寄せられたとしても、被覆部２０３は補強マスク部２１０によって補強されているため、被覆部２０３が折れ曲がることがない。したがって、液体流路内の洗浄液４０１が完全に蒸発した際に、被覆部２０３に印加されていた応力が開放されることもなく、被覆部２０３が元に戻ることにより、被覆部２０３の一部が破損し、異物が発生するのを防止することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 11, when the mask 200 provided with the reinforcing mask part 210 is used, the cleaning liquid 401 remains along the partition wall 11 when the cleaning liquid 401 is dried, and the surface tension of the cleaning liquid 401 is increased. Even if the covering portion 203 is pulled toward the partition wall 11 by the above, the covering portion 203 is reinforced by the reinforcing mask portion 210, so that the covering portion 203 is not bent. Therefore, when the cleaning liquid 401 in the liquid channel completely evaporates, the stress applied to the covering portion 203 is not released, and the covering portion 203 returns to its original state, so that a part of the covering portion 203 is recovered. Can be prevented from being broken and foreign matter generated.
このように、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングして圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５を形成した後は、マスク２００を除去する。マスク２００の除去は、ウェットエッチング又はドライエッチングなどで行うことができる。 As described above, after the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched to form the pressure generation chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, and the communication path 15, the mask 200 is removed. The removal of the mask 200 can be performed by wet etching or dry etching.
ちなみに、補強マスク部２１０を設けていないマスク２００Ａの場合、マスク２００Ａの膜厚を厚くすることで、マスク２００Ａ（被覆部２０３）の折れや破損などの異物の発生や保護膜のカバレッジ不良を低減させることができるものの、マスク２００Ａを厚く形成するにはコストが高くなってしまう。また、マスク２００Ａを厚くすると、マスク２００Ａを除去するためのエッチング時間が長く必要となり、長時間のエッチングにより振動板を構成する他の膜などに影響を及ぼしてしまうため好ましくない。また、マスク２００を熱燐酸等のウェットエッチングにより除去することで、液体流路内に破断したマスクが付着した異物を同時に除去することも考えられるが、ウェットエッチングでは、接着剤等の有機物が破壊されてしまうため好ましくない。本実施形態では、上述のように、マスク２００に補強マスク部２１０を設けるだけで、接着剤等の有機物を破壊しないドライエッチングで、エッチング時間を長くすることなく、庇状に残留したマスク２００（被覆部２０３）が屈曲したり、破損するのを防止することができる。 By the way, in the case of the mask 200A not provided with the reinforcing mask portion 210, the thickness of the mask 200A is increased to reduce the occurrence of foreign matters such as folding or breakage of the mask 200A (covering portion 203) and the poor coverage of the protective film. Although it is possible to make the mask 200A thick, the cost becomes high. Further, if the mask 200A is made thick, it takes a long etching time to remove the mask 200A, and it is not preferable because the etching for a long time affects other films constituting the diaphragm. Moreover, it is conceivable to remove the mask 200 by wet etching such as hot phosphoric acid, thereby simultaneously removing the foreign matter attached to the broken mask in the liquid flow path. However, in wet etching, organic substances such as adhesive are destroyed. It is not preferable because it is done. In the present embodiment, as described above, the mask 200 remaining in the bowl shape without increasing the etching time by dry etching that does not destroy the organic material such as the adhesive simply by providing the mask 200 with the reinforcing mask portion 210. It is possible to prevent the covering portion 203) from being bent or damaged.
その後は、特に図示しないが、流路形成基板用ウェハ１１０の圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等の流路の内面に耐インク性（耐液体性）を有する保護膜を形成する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハ１１０を、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッド１が製造される。 Thereafter, although not particularly illustrated, the inner surface of the flow path such as the pressure generating chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, and the communication path 15 of the flow path forming substrate wafer 110 has ink resistance (liquid resistance). A protective film is formed. Then, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. The ink jet recording head 1 having the above-described structure is manufactured by dividing the flow path forming substrate wafer 110 into flow paths forming substrates 10 having a single chip size as shown in FIG.
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１について説明したが、本発明は、もちろん上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、第２の流路であるインク供給路１４を、第１の流路である圧力発生室１２及び連通路１５の一方の幅を狭めることで形成したが、特にこれに限定されず、例えば、インク供給路１４を圧力発生室１２及び連通路１５の両側の幅を狭めることで形成するようにしてもよい。この場合、マスク２００の一つの開口部２０１には、流路形成基板１０の面内で相対向する位置に２つの被覆部２０３が形成されるが、補強マスク部２１０は、相対向する被覆部２０３同士を接続するように設けてもよく、また、補強マスク部２１０を各被覆部２０３からそれぞれ開口部２０１を横断して隔壁１１となる領域上に設けられたマスク２００に接続するようにしてもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although Embodiment 1 of this invention was demonstrated, this invention is not limited to embodiment mentioned above of course. For example, in Embodiment 1 described above, the ink supply path 14 that is the second flow path is formed by narrowing one of the widths of the pressure generation chamber 12 and the communication path 15 that are the first flow path. For example, the ink supply path 14 may be formed by narrowing the widths on both sides of the pressure generation chamber 12 and the communication path 15. In this case, two covering portions 203 are formed in one opening 201 of the mask 200 at positions facing each other in the plane of the flow path forming substrate 10, but the reinforcing mask portion 210 is formed by facing the covering portions facing each other. 203 may be provided so as to connect each other, and the reinforcing mask part 210 is connected to the mask 200 provided on the region to be the partition wall 11 from each covering part 203 across the opening 201. Also good.
また、上述した実施形態１では、流路形成基板用ウェハ１１０を厚さ方向に貫通する圧力発生室１２等を形成する際のマスク２００及び補強マスク部２１０を例示したが、結晶基板に厚さ方向に貫通しない溝部を形成する際に補強マスク部２１０が設けられたマスク２００を用いるようにしてもよい。 In the first embodiment described above, the mask 200 and the reinforcing mask portion 210 when forming the pressure generating chamber 12 and the like penetrating the flow path forming substrate wafer 110 in the thickness direction are exemplified. The mask 200 provided with the reinforcing mask portion 210 may be used when forming the groove portion that does not penetrate in the direction.
さらに、上述した実施形態１では、マスク２００として、窒化シリコンを用いるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板用ウェハ１１０（結晶基板）を熱酸化したり、ＣＶＤ法やスパッタリング法等で形成した二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの他材料をマスク２００として使用してもよい。 Furthermore, in Embodiment 1 described above, silicon nitride is used as the mask 200. However, the present invention is not particularly limited to this. For example, a flow path forming substrate wafer 110 (crystal substrate) made of a silicon single crystal substrate is heated. Other materials such as silicon dioxide (SiO 2 ) formed by oxidation or CVD or sputtering may be used as the mask 200.
また、上述した実施形態１では、ノズル開口２１からインク滴を吐出する圧力発生手段として薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエータ装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電素子を有するアクチュエータ装置や、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するアクチュエータ装置や、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータ装置などを使用することができる。 In the first embodiment described above, the actuator device having the thin film type piezoelectric element 300 as the pressure generating means for ejecting the ink droplets from the nozzle opening 21 has been described. However, the present invention is not particularly limited thereto. An actuator device having a thick film type piezoelectric element formed by a method such as affixing a heat generating element, or a heating element is arranged in a pressure generating chamber, and a droplet is discharged from a nozzle opening by a bubble generated by heat generation of the heating element. An actuator device or a so-called electrostatic actuator device that generates static electricity between a diaphragm and an electrode, deforms the diaphragm by electrostatic force, and discharges a droplet from a nozzle opening can be used.
さらに、上述した実施形態１では、液体噴射ヘッドの製造方法の一例としてインクジェット式記録ヘッド１の製造方法を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドの製造方法を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 Furthermore, in the first embodiment described above, the method of manufacturing the ink jet recording head 1 is described as an example of the method of manufacturing the liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for the method of manufacturing the liquid ejecting head. Of course, the present invention can also be applied to a method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
また、本発明は液体噴射ヘッドの製造方法に限定されず、結晶面方位が（１１０）面の結晶基板を異方性エッチングすることにより微細加工を行う結晶基板のエッチング方法に広く適用することができるものである。 Further, the present invention is not limited to the method of manufacturing the liquid jet head, and can be widely applied to a method of etching a crystal substrate in which fine processing is performed by anisotropically etching a crystal substrate having a (110) crystal plane orientation. It can be done.
１ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板（結晶基板）、 １２ 圧力発生室（第１の流路、第１の溝部）、 １３ 連通部（第１の流路、第１の溝部）、 １４ インク供給路（第２の流路、第２の溝部）、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバ部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 １１０ 流路形成基板用ウェハ、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 １３０ 保護基板用ウェハ、 ２００、２００Ａ マスク、 ２０１ 開口部、 ２０３ 被覆部、 ２１０ 補強マスク部、 ３００ 圧電素子、 ４００ 洗浄槽、 ４０１ 洗浄液 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet recording head (liquid jet head), 10 Flow path formation board | substrate (crystal substrate), 12 Pressure generation chamber (1st flow path, 1st groove part), 13 Communication part (1st flow path, 1st 14) ink supply path (second flow path, second groove), 15 communication path, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 protective substrate, 31 reservoir section, 40 compliance substrate, 50 elastic film, 55 Insulator film, 60 Lower electrode film, 70 Piezoelectric layer, 80 Upper electrode film, 90 Lead electrode, 100 Reservoir, 110 Flow path forming substrate wafer, 120 Drive circuit, 121 Connection wiring, 130 Protective substrate wafer, 200, 200A mask, 201 opening, 203 coating, 210 reinforcing mask, 300 piezoelectric element, 400 cleaning tank, 401 Cleaning solution
Claims (5)
前記流路形成基板の表面に、開口部を有すると共に、前記第１の流路の前記第２の流路側の端部を覆う被覆部を有するマスクを形成する工程と、
前記流路形成基板を前記マスクを介して異方性エッチングすることで、前記被覆部の下に前記第１の流路の端部が形成された前記液体流路を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程とを具備し、
前記マスクを形成する工程では、前記被覆部から前記流路形成基板の結晶面方位の（１１１）面方向とは交差する方向に前記液体流路の並設方向に亘って前記開口部を横断する補強マスク部を設けることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 A plurality of liquid flow paths communicating with nozzle openings for injecting liquid are arranged in parallel in the width direction, and a flow path forming substrate whose surface crystal plane orientation is a (110) plane is provided. A method of manufacturing a liquid jet head having a first flow path and a second flow path communicating with the first flow path and narrower than the first flow path,
Forming a mask having an opening on the surface of the flow path forming substrate and a covering portion that covers an end of the first flow path on the second flow path side;
Forming the liquid flow path in which an end of the first flow path is formed under the covering by anisotropically etching the flow path forming substrate through the mask;
Removing the mask,
In the step of forming the mask, the opening is traversed across the direction in which the liquid flow paths are arranged in a direction intersecting the (111) plane direction of the crystal plane orientation of the flow path forming substrate from the covering portion. A method of manufacturing a liquid jet head, comprising providing a reinforcing mask portion.
前記結晶基板の表面に、開口部を有すると共に、前記第１の溝部の前記第２の溝部側の端部を覆う被覆部を有するマスクを形成する工程と、
前記結晶基板を前記マスクを介して異方性エッチングすることで、前記被覆部の下に前記第１の溝部の端部が形成された前記溝部を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程とを具備し、
前記マスクを形成する工程では、前記被覆部から前記結晶基板の結晶面方位の（１１１）面方向とは交差する方向に前記溝部の並設方向に亘って前記開口部を横断する補強マスク部を設けることを特徴とする結晶基板のエッチング方法。 A groove portion comprising a first groove portion and a second groove portion having a width narrower than that of the first groove portion is connected to the crystal substrate having a crystal plane orientation of (110) plane on the surface. A method for etching a crystal substrate that is arranged in parallel in the width direction,
Forming a mask having an opening on the surface of the crystal substrate and a covering portion covering an end portion of the first groove portion on the second groove portion side;
Forming the groove part in which an end part of the first groove part is formed under the covering part by anisotropically etching the crystal substrate through the mask;
Removing the mask,
In the step of forming the mask, a reinforcing mask portion that crosses the opening portion in a direction intersecting the (111) plane direction of the crystal plane orientation of the crystal substrate from the covering portion across the parallel arrangement direction of the groove portions. A method for etching a crystal substrate, comprising: providing a crystal substrate.
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