JP2009154347A - Method for manufacturing nozzle substrate, nozzle substrate, liquid droplet discharge head, method for manufacturing liquid droplet discharge head, and liquid droplet discharge apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル基板の製造方法、ノズル基板、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a nozzle substrate manufacturing method, a nozzle substrate, a droplet discharge head, a droplet discharge head manufacturing method, and a droplet discharge apparatus.
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。従来の一般的なインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する圧力室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により圧力室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている(例えば、特許文献1参照)。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用する方式等がある。 As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, an inkjet head mounted on an inkjet recording apparatus is known. A conventional general inkjet head includes a nozzle substrate in which a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets are formed, and a pressure chamber and a reservoir that are bonded to the nozzle substrate and communicate with the nozzle holes. And a cavity substrate on which an ink flow path is formed, and is configured to eject ink droplets from selected nozzle holes by applying pressure to the pressure chamber by a driving unit (see, for example, Patent Document 1). ). As the driving means, there are a method using an electrostatic force, a piezoelectric method using a piezoelectric element, a method using a heating element, and the like.
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化の要求が強まり、高密度化並びに吐出性能の向上が要求されている。このため、インクジェットヘッドのノズル部に関して、様々な工夫、提案がなされている。 In recent years, there has been an increasing demand for ink jet heads with higher quality such as printing and image quality, and higher density and improved ejection performance have been demanded. For this reason, various devices and proposals have been made for the nozzle portion of the inkjet head.
インクジェットヘッドにおいて、インク吐出特性を改善するためには、ノズル部の流路抵抗を調整し、最適なノズル長さになるように、ノズル基板の厚さを調整することが望ましい。従来のノズル基板の製造方法では、ノズル基板となるシリコン基板を予め所望の厚みに研削した後、ドライエッチングによりノズル孔を形成する方法があった(例えば、特許文献1参照)。 In the ink jet head, in order to improve the ink ejection characteristics, it is desirable to adjust the flow path resistance of the nozzle portion and adjust the thickness of the nozzle substrate so that the optimum nozzle length is obtained. In a conventional nozzle substrate manufacturing method, there is a method in which a silicon substrate to be a nozzle substrate is ground in advance to a desired thickness and then nozzle holes are formed by dry etching (see, for example, Patent Document 1).
また、従来、予めシリコン基板にノズル孔となる凹部を形成し、その凹部形成面側に支持基板を貼り合わせ、シリコン基板の凹部形成面と反対面側から所望の厚さになるまで研削を行い、薄板化と同時にノズル孔を貫通させる方法があった(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, a concave portion to be a nozzle hole is previously formed in a silicon substrate, a support substrate is bonded to the concave surface of the concave surface, and grinding is performed from the surface opposite to the concave surface of the silicon substrate to a desired thickness. There is a method of penetrating the nozzle hole simultaneously with the thinning (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1及び特許文献2のように、基板の厚さを調整するために研削加工を用いると、面内厚みや基板間の厚みにばらつきが発生する。この場合、ノズル長にばらつきが生じ、引いては吐出性能にばらつきが生じるという問題があった。
However, as in
また、近年、シリコンウエハを大口径化し、1枚のシリコンウエハから取得できるヘッドチップ個数を増やして低コスト化を図ることが行われているが、例えば8インチウエハのような大きなウエハになると、強度を維持するためにウエハ厚みを厚くする必要がある。この場合、ノズル基板基材として必要な厚さに研削するに際し、研削時間を要し、また、面積が大きくなると面内均一に削るのがより一層難しくなり、基板厚みにばらつきが生じるという問題があった。 In recent years, a silicon wafer has been increased in diameter to increase the number of head chips that can be obtained from a single silicon wafer to reduce the cost. For example, when a large wafer such as an 8-inch wafer is obtained, In order to maintain the strength, it is necessary to increase the wafer thickness. In this case, when grinding to the necessary thickness as the nozzle substrate substrate, it takes time to grind, and when the area becomes large, it becomes more difficult to cut uniformly in the surface, resulting in variations in the substrate thickness. there were.
本発明は、このような点を鑑みなされたもので、ノズル基板を研削等の薄板化加工で形成するのではなく、成膜によって形成することで、板厚・ノズル長さの精度向上が可能なノズル基板の製造方法、ノズル基板、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and it is possible to improve the accuracy of the plate thickness and the nozzle length by forming the nozzle substrate not by thinning such as grinding but by forming a film. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nozzle substrate, a nozzle substrate, a droplet discharge head, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、成膜基板上に犠牲層を成膜する工程と、犠牲層の上に、リンをドープしたドープドポリシリコン層をノズル基板基材として成膜するノズル基板基材形成工程と、ノズル基板基材にノズル孔をドライエッチングにより形成するノズル孔形成工程と、犠牲層をエッチングにより除去してノズル基板基材を成膜基板から剥離する剥離工程とを有することを特徴とするものである。
このように、ノズル基板基材を成膜により形成するので、必要な厚みだけ成膜すればよく、研削で板厚を制御する場合に比べて板厚・ノズル長さの精度を向上させることができる。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention includes a step of forming a sacrificial layer on a film forming substrate, and a nozzle for forming a doped polysilicon layer doped with phosphorus on the sacrificial layer as a nozzle substrate base material. A substrate base material forming step, a nozzle hole forming step for forming nozzle holes in the nozzle substrate base material by dry etching, and a peeling step for removing the sacrificial layer by etching to separate the nozzle substrate base material from the film formation substrate. It is characterized by this.
Thus, since the nozzle substrate base material is formed by film formation, it is only necessary to form a film with a necessary thickness, and the accuracy of the plate thickness and nozzle length can be improved compared to the case where the plate thickness is controlled by grinding. it can.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズル基板基材形成工程が、ドープドポリシリコン層をアニールする工程を有するものである。
これにより、内部応力を緩和することができ、ノズル基板基材の反りを防止することができる。
In the nozzle substrate manufacturing method according to the present invention, the nozzle substrate base material forming step includes a step of annealing the doped polysilicon layer.
Thereby, internal stress can be relieved and the curvature of a nozzle substrate base material can be prevented.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、成膜基板が、1000℃以上の温度に対する耐熱性を有する材質で形成されているものである。
これにより、アニール工程を行うことが可能となる。
In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the film formation substrate is formed of a material having heat resistance against a temperature of 1000 ° C. or higher.
Thereby, an annealing process can be performed.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、成膜基板が石英、シリコン及び炭化ケイ素の何れかで構成されているものである。
このように、成膜基板として、石英、シリコン及び炭化ケイ素の何れかを用いることができる。
In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the deposition substrate is made of quartz, silicon, or silicon carbide.
As described above, any of quartz, silicon, and silicon carbide can be used as the deposition substrate.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズル基板基材形成工程において、シラン系のガスにホスフィンを添加してCVDを用いてドープドポリシリコン層を成膜するものである。
これにより、応力を緩和しながらドープドポリシリコン層を形成することができる。
In the nozzle substrate manufacturing method according to the present invention, in the nozzle substrate base material forming step, phosphine is added to a silane-based gas and a doped polysilicon layer is formed using CVD.
Thereby, a doped polysilicon layer can be formed while relaxing the stress.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、成膜基板上に、リンをドープしたアモルファスシリコン層をノズル基板基材として成膜するノズル基板基材形成工程と、ノズル基板基材にノズル孔をドライエッチングにより形成するノズル孔形成工程と、ノズル基板基材を成膜基板から剥離する剥離工程と、を有するものである。
このように、ノズル基板基材を成膜により形成するので、必要な厚みだけ成膜すればよく、研削で板厚を制御する場合に比べて板厚・ノズル長さの精度を向上させることができる。
The nozzle substrate manufacturing method according to the present invention includes a nozzle substrate base material forming step of forming an amorphous silicon layer doped with phosphorus on a film forming substrate as a nozzle substrate base material, and a nozzle hole in the nozzle substrate base material. A nozzle hole forming step for forming the substrate by dry etching, and a peeling step for peeling the nozzle substrate base material from the film formation substrate.
Thus, since the nozzle substrate base material is formed by film formation, it is only necessary to form a film with a necessary thickness, and the accuracy of the plate thickness and nozzle length can be improved compared to the case where the plate thickness is controlled by grinding. it can.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、剥離工程が、ノズル基板基材に成膜基板側からレーザーを照射する工程であるものである。
このように、単にレーザー照射するだけで成膜基板からノズル基板基材を剥離することができるので、犠牲層エッチングによる剥離方法に比べて処理時間を短縮でき、大面積基板の剥離も可能である。
In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the peeling step is a step of irradiating the nozzle substrate base material with a laser from the film formation substrate side.
In this way, the nozzle substrate substrate can be peeled off from the deposition substrate simply by laser irradiation, so that the processing time can be shortened compared to the peeling method by sacrificial layer etching, and a large area substrate can also be peeled off. .
また、本発明に係る特徴とするノズル基板の製造方法は、成膜基板がホウ珪酸ガラスで構成されているものである。
成膜基板として、一般的に安価なホウ珪酸ガラスを使用することにより、製造コスト低減を図ることが可能となる。
In the nozzle substrate manufacturing method according to the present invention, the film formation substrate is made of borosilicate glass.
By using generally inexpensive borosilicate glass as the film formation substrate, it is possible to reduce the manufacturing cost.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズル基板基材形成工程において、シラン系のガスにホスフィンを添加してCVDを用いてアモルファスシリコン層を成膜するものである。
これにより、応力を緩和しながらアモルファスシリコン層を形成することができる。
In addition, the nozzle substrate manufacturing method according to the present invention is a method of forming an amorphous silicon layer using CVD by adding phosphine to a silane-based gas in a nozzle substrate base material forming step.
Thereby, an amorphous silicon layer can be formed while relaxing the stress.
また、本発明に係るノズル基板は、上記の何れかのノズル基板の製造方法から製造されたものである。
これにより、板厚・ノズル長さの精度が高く、良好な吐出特性を発揮することが可能なノズル基板を得ることができる。
The nozzle substrate according to the present invention is manufactured from any one of the above-described nozzle substrate manufacturing methods.
Thereby, it is possible to obtain a nozzle substrate that has high accuracy in plate thickness and nozzle length and can exhibit good discharge characteristics.
また、本発明に係るノズル基板は、ノズル基板基材において、ノズル孔の吐出口を有する吐出面、吐出面と反対側の面及びノズル孔の内壁に吐出液保護膜を有するものである。
吐出液が触れる面全てに吐出液保護膜が形成されているため、吐出液に対する耐久性を向上することができる。
The nozzle substrate according to the present invention has a discharge liquid protective film on the discharge surface having the discharge port of the nozzle hole, the surface opposite to the discharge surface, and the inner wall of the nozzle hole in the nozzle substrate base material.
Since the discharge liquid protective film is formed on all surfaces that come into contact with the discharge liquid, durability against the discharge liquid can be improved.
また、本発明に係るノズル基板は、ノズル基板基材において吐出液保護膜上の吐出面全面には撥液膜が形成され、ノズル孔の吐出口縁部を境界にしてノズル孔内壁及び前記反対側の面には撥液膜が形成されていないものである。
ノズル孔内壁は親水性であり、吐出面はノズル孔の吐出口縁部まで撥水性なので、吐出面への液滴残留がなく飛行曲がりのない良好な吐出特性を提供できるノズル基板を得ることができる。
In the nozzle substrate according to the present invention, a liquid repellent film is formed on the entire surface of the discharge liquid protective film on the nozzle substrate base material, and the inner wall of the nozzle hole and the opposite side with the discharge port edge of the nozzle hole as a boundary. The liquid repellent film is not formed on the side surface.
Since the inner wall of the nozzle hole is hydrophilic and the discharge surface is water-repellent up to the discharge port edge of the nozzle hole, it is possible to obtain a nozzle substrate that can provide good discharge characteristics with no droplets remaining on the discharge surface and no flight deflection. it can.
また、本発明に係るノズル基板は、撥液膜がフッ素含有有機ケイ素化合物を主成分とするものである。
これにより、撥液性の良いノズル基板とすることができる。
In the nozzle substrate according to the present invention, the liquid repellent film is mainly composed of a fluorine-containing organosilicon compound.
Thereby, it can be set as a nozzle substrate with good liquid repellency.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の何れかのノズル基板を備えたものである。
これにより、良好な吐出特性を実現できる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
In addition, a droplet discharge head according to the present invention includes any one of the nozzle substrates described above.
Thereby, it is possible to obtain a droplet discharge head capable of realizing good discharge characteristics.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するための複数のノズル孔と、各ノズル孔に連通して設けられて液滴に圧力を加えるための圧力室と、圧力室に液滴を供給する液滴供給路と、液滴を吐出するための吐出圧力を圧力室に発生させる圧力発生手段とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、複数のノズル孔を有するノズル基板を、上記の何れかのノズル基板の製造方法により製造するものである。
これにより、良好な吐出特性を実現できる液滴吐出ヘッドを製造することができる。
Further, the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a plurality of nozzle holes for discharging droplets, a pressure chamber provided in communication with each nozzle hole and for applying pressure to the droplets, A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising: a droplet supply path for supplying droplets to a pressure chamber; and pressure generating means for generating a discharge pressure for discharging the droplets in the pressure chamber. The nozzle substrate having the above is manufactured by any one of the above-described nozzle substrate manufacturing methods.
Thereby, a droplet discharge head capable of realizing good discharge characteristics can be manufactured.
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
これにより、良好な吐出特性を実現できる液滴吐出装置を得ることができる。
A droplet discharge device according to the present invention is equipped with the above-described droplet discharge head.
Thereby, it is possible to obtain a droplet discharge device that can realize good discharge characteristics.
以下、本発明のノズル基板を備えた液滴吐出ヘッドの一実施の形態について、図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図1〜図3を参照して説明する。なお、本発明は、ノズル形状を除き、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、また、フェース吐出型に限らずエッジ吐出型にも適用することができる。さらには、圧力発生手段の駆動方式についても他の異なる駆動方式により液滴を吐出する液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置にも適用できるものである。 Hereinafter, an embodiment of a droplet discharge head including a nozzle substrate of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, as an example of a droplet discharge head, an electrostatic drive type inkjet head will be described with reference to FIGS. The present invention is not limited to the structure and shape shown in the following drawings except for the nozzle shape, and can be applied not only to the face discharge type but also to the edge discharge type. Furthermore, the driving method of the pressure generating means can also be applied to a droplet discharging head and a droplet discharging device that discharge droplets by other different driving methods.
図1は本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図2は組立状態における図1の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図、図3は図2のインクジェットヘッドの上面図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view showing an exploded schematic configuration of an ink jet head according to the present embodiment, and a part thereof is shown in cross section. 2 is a cross-sectional view of the ink jet head showing a schematic configuration of the right half of FIG. 1 in the assembled state, and FIG. 3 is a top view of the ink jet head of FIG.
本実施形態のインクジェットヘッド10は、図1及び図2に示すように、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板2と、キャビティ基板2の振動板22に対峙して個別電極31が配設された電極基板3とを貼り合わせることにより構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ノズル基板1は、ドープドポリシリコン又はアモルファスシリコンから作製されている。ここで、インク滴を吐出するためのノズル孔11は、第1のノズル部11aと、第2のノズル部11bとから構成されている。第1のノズル部11aはノズル基板1の表面(インク吐出面)1aに対して垂直に小径の円筒状に形成されており、第2のノズル部11bは第1のノズル部11aと同軸上に設けられ、第1のノズル部11aよりも断面積が大きく、断面形状が円筒状に形成されている。このようにノズル孔11を2段の孔を持つ構造とすることにより、インク液滴の吐出方向をノズル孔11の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク液滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク液滴の飛び散りがなく、インク液滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。なお、ここでは、ノズル孔11を、2段の孔を持つ構造とした例を示したが、更に多段でもよく、また、ノズル孔の断面積が吐出方向に向かって連続的に減少する形状としても良い。
The
キャビティ基板2は、例えば面方位が(110)の単結晶シリコン基板から作製されている。シリコン基板に異方性ウェットエッチングを施し、インク流路の圧力室21及びリザーバ23を構成するための凹部24、25が区画形成される。このキャビティ基板2上に上記のノズル基板1が接着接合され、図2に示すようにノズル基板1とキャビティ基板2との間に各ノズル孔11に連通するインク流路が区画形成される。そして、圧力室21(凹部24)の底壁が振動板22として機能するようになっている。
The
他方の凹部25は、液状材料のインクを貯留するためのものであり、各圧力室21に共通に連通するリザーバ(共通インク室)23を構成する。そして、リザーバ23(凹部25)はそれぞれ細溝状のオリフィス26を介して各圧力室21に連通している。また、リザーバ23の底部には後述する電極基板3を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔34を通じて図示しないインクタンクからインクが供給されるようになっている。なお、オリフィス26はノズル基板1の裏面、すなわちキャビティ基板2と接合する接合面1b側に形成しても良い。
The other
また、キャビティ基板2の全面もしくは少なくとも電極基板3との対向面には熱酸化法やTEOS(Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン、珪酸エチル)を原料ガスとするプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、SiO2膜やいわゆるHigh−k材(高誘電率ゲート絶縁膜)等からなる絶縁膜27が形成されている。この絶縁膜27は、インクジェットヘッド駆動時における絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
Further, the entire surface of the
キャビティ基板2の下側に接合される電極基板3は、例えば厚さ約1mmのガラス基板から作製される。電極基板3には、キャビティ基板2の各振動板22に対向する位置に所望の深さの凹部32がエッチングで形成されている。さらに、各凹部32内には、一般に、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)からなる個別電極31が、例えば0.1μmの厚さでスパッタにより形成される。したがって、振動板22と個別電極31との間に所定の間隔をもつギャップ(空隙)が形成される。
The
個別電極31は、リード部31aと、フレキシブル配線基板(図示せず)に接続される端子部31bとを有する。端子部31bは、配線のためにキャビティ基板2の末端部が開口された電極取り出し部35内に露出している。
The
上述のように作製された、ノズル基板1、キャビティ基板2、及び電極基板3を、図2に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド10の本体部が作製される。すなわち、キャビティ基板2と電極基板3は陽極接合により接合され、そのキャビティ基板2の上面にノズル基板1が接着により接合される。さらに、振動板22と個別電極31との間に形成されるギャップの開放端部はエポキシ系樹脂等による封止材36で気密に封止される。これにより、湿気や塵埃等がギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド10の信頼性を高く保持することができる。
The
そして最後に、図2、図3に簡略化して示すように、ドライバIC等の駆動制御回路40を搭載した前記フレキシブル配線基板(図示せず)が各個別電極31の端子部31bとキャビティ基板2上に設けられた共通電極28とに導電性接着剤等を用いて接続される。
以上により、インクジェットヘッド10が完成する。
Finally, as shown in a simplified manner in FIGS. 2 and 3, the flexible wiring board (not shown) on which the
Thus, the
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド10の動作を説明する。
インクは、リザーバ23からノズル基板1のノズル孔11の先端に至るまで、各インク流路内に気泡を生じることなく満たされている。
印刷を行う際には、ドライバIC等の駆動制御回路40によりノズル選択し、振動板22と個別電極31との間に所定のパルス電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板22は個別電極31側へ引き寄せられて撓み、個別電極31に当接して、圧力室21内に負圧を発生させる。これにより、リザーバ23内のインクがオリフィス26を通じて圧力室21内に吸引され、インクの振動(メニスカス振動)を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板22は個別電極31から離脱して、その時の振動板22の復元力によりインクをノズル孔11から押し出し、インク滴を記録紙(図示せず)に向けて吐出する。
Next, the operation of the
The ink is filled from the
When performing printing, when a nozzle is selected by a
次に、このインクジェットヘッド10の製造方法について、ここでは主にノズル基板1の製造方法について、図4〜図10を参照して説明する。
ノズル基板の製造方法として、ここでは2通りの製造方法を説明する。
Next, a manufacturing method of the
As a method for manufacturing the nozzle substrate, two manufacturing methods will be described here.
<ノズル基板1の製造方法1>
ノズル基板1の製造方法1は、成膜基板上にドープドポリシリコン層を成膜により形成し、そのドープドポリシリコン層にノズル孔を形成してノズル基板とする製造方法である。
<
The
図4〜図7は、ノズル基板の製造方法1を示す図である。以下、図4〜図7を参照してノズル基板の製造方法1について説明する。
4-7 is a figure which shows the
(A)まず、成膜基板100上に、犠牲層101(例えばSiN膜)をスパッタやCVDを用いて成膜する(膜厚は数百nm〜数μm)。なお、成膜基板100は、後述のアニール工程に耐えられる基板とし、ここでは、1000℃以上の温度に対する耐熱性を有する材質として例えば石英、Si、SiCが用いられる。また、犠牲層101は、SiNの他、SiO2、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)を使用してもよい。
(B)次に、犠牲層101の上に、ノズル基板基材となる、リンをドープしたドープドポリシリコン層102を例えば60μmの厚みで成膜により形成する。ドープドポリシリコン層102は、シラン系のガス(SiH4)にホスフィン(Ph3)を添加しながら減圧CVDを用いて形成する。成膜時のSiH4流量200cm3/min(sccm)、温度600℃〜650℃、チャンバー圧力1〜10Paの条件で成膜する。その後、900℃〜1000℃でアニールする。このように、アニールを行うことにより内部応力を緩和することができ、ドープドポリシリコン層102の反りを防止し、成膜基板100から剥離するのを防止することができる。
(A) First, a sacrificial layer 101 (for example, a SiN film) is formed on the
(B) Next, a doped
(C)ドープドポリシリコン層102上に、CVDやスパッタを用いてエッチングマスク(例えばSiO2 膜)103を例えば1μm形成し、フォトリソグラフィーを用いて、エッチングマスク103に、ノズル形状を形成するための2段形状を作成する。
(D)次に、Deep−RIEによるボッシュプロセスにより、エッチングマスク103の開口部を垂直に異方性ドライエッチングし、ドープドポリシリコン層102に、ノズル孔11の第1のノズル部11aを形成する。この際、犠牲層101でドライエッチングがストップする。これにより、ノズル形状を高精度に作製することが可能である。すなわち、従来の研削による薄板化では、吐出側ノズルエッジ部分にチッピングが発生する可能性があったが、ドライエッチングではこのような不都合は発生せず、精度良く作製することができる。
なお、ボッシュプロセスでは、エッチングガスとして、例えば、C4F8(フッ化炭素)、SF6 (フッ化硫黄)を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。ここで、C4F8は第1のノズル部11aの側面方向にエッチングが進行しないように第1のノズル部11aの側面を保護するために使用し、SF6 は第1のノズル部11aの垂直方向のエッチングを促進するために使用する。
(C) To form an etching mask (for example, SiO 2 film) 103 of 1 μm, for example, on the doped
(D) Next, the
In the Bosch process, for example, C 4 F 8 (fluorocarbon) and SF 6 (sulfur fluoride) are used as etching gases, and these etching gases are used alternately. Here, C 4 F 8 is used to protect the side surface of the
(E)次に、エッチングマスク103において、ノズル孔11の第2のノズル部11bとなる部分103aのみが無くなるように、例えばBHF(Buffered Hydrogen Fluoride: バッファードフッ化水素酸)等のフッ化水素酸(HF)系のエッチング液でハーフエッチングする。
(F)そして、再度Deep−RIEによりエッチングマスク103の開口部を、例えば20μmの深さまで垂直に異方性ドライエッチングし、第2のノズル部11bを形成する。
(G)BHFにて、最表面のエッチングマスク103をウェットエッチングにより除去する。
(E) Next, in the
(F) Then, the opening of the
(G) Using BHF, the
(H)ドープドポリシリコン層102上に、例えばSiO2 膜を耐インク膜(吐出液保護膜)104としてCVDやスパッタにより形成する。そして、ドープドポリシリコン層102の片面、すなわちキャビティ基板2と接合される側の面(接合面)102aに、両面接着シート50を介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板120を貼り付ける。この両面接着シート50は、UV発泡性自己剥離層51を備えたシート(自己剥離型シート)で、その両面には接着面を有し、その一方の面にはさらに自己剥離層51を備え、この自己剥離層51は紫外線または熱などの刺激によって接着力が低下するようになっている。
このように、両面接着シート50の接着面のみよりなる面50aを支持基板120の面と向かい合わせ、両面接着シート50の自己剥離層51を備えた側の面50bをドープドポリシリコン層102の接合面102aと向かい合わせ、これらの面を減圧環境下(10Pa以下)、例えば真空中で貼り合わせる。こうすることによって、接着界面に気泡が残らず、きれいな接着が可能になる。また、ドープドポリシリコン層102と支持基板120を両面接着シート50を介して貼り合わせるだけでよいので、ドープドポリシリコン層102から両面接着シート50を分離する際にドープドポリシリコン層102に割れや欠けが生じることがない。
(H) On the doped
In this way, the
なお、上記の説明では両面接着シート50の一方の面50bにのみ自己剥離層51を備えている場合を示したが、自己剥離層51は両面接着シート50の両方の面50a、50bに設けたものであってもよい。
In the above description, the case where the self-peeling
(I)次に、熱燐酸にて犠牲層101をウェットエッチングし、ドープドポリシリコン層102を成膜基板100から剥離する。
このようにドープドポリシリコン層102を成膜基板100から剥離するに際し、犠牲層101をウェットエッチングすれば良いため、すなわち、基板全体をエッチング液に浸漬すれば良いため、容易且つ低コスト(複数ウエハをまとめて処理できるため)で行うことができる。
(J)ドープドポリシリコン層102のインク吐出側の面(吐出面)102bに、スパッタ装置で例えばSiO2 膜を耐インク膜(吐出液保護膜)105として形成する。ここで、耐インク膜105の形成は、両面接着シート50が劣化しない温度(200℃程度)以下で実施できれば良く、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐インク性等を考慮すると緻密な膜を成膜する必要があり、ECRスパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが望ましい。
(K)次に、ドープドポリシリコン層102の吐出面102bにさらに撥インク処理を施す。この場合、フッ素含有有機ケイ素化合物を主成分とする撥インク性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥インク膜(撥液膜)106を形成する。このとき、第1のノズル部11a及び第2のノズル部11bの内壁も、撥インク処理される。フッ素含有有機ケイ素化合物を主成分とする材料は、撥インク性が良く、ディッピングで簡単に成膜可能な利点を有している。
(I) Next, the
In this way, when the doped
(J) An SiO 2 film, for example, is formed as an ink-resistant film (discharge liquid protective film) 105 on the ink discharge side surface (discharge surface) 102b of the doped
(K) Next, the ink-repellent treatment is further performed on the
(L)次に、撥インク処理された吐出面102bに、ダイシングテープ60をサポートテープとして貼り付ける。
(M)次に、支持基板120側からUV光を照射する。
(N)こうして、両面接着シート50の自己剥離層51をドープドポリシリコン層102の接合面102aから剥離させ、支持基板120をドープドポリシリコン層102から取り外す。
(O)次に、ArスパッタもしくはO2 プラズマ処理によって、ドープドポリシリコン層102の接合面102a側及び第1のノズル部11a、第2のノズル部11bの内壁に余分に形成された撥インク膜106を除去する。
これにより、吐出面102b全面には撥インク膜106が形成され、ノズル孔11の吐出口縁部を境界にしてノズル孔内壁には撥インク膜106が形成されていない状態となる。すなわち、ノズル孔内壁は親水性であり、吐出面102bはノズル孔11の吐出口縁部まで撥液性なので、吐出面102bへのインク残留が無く飛行曲がりのない良好な吐出特性を得ることが可能となる。
(L) Next, the dicing
(M) Next, UV light is irradiated from the
(N) Thus, the self-peeling
(O) Next, ink repellent formed excessively on the
As a result, the
(P)次に、ドープドポリシリコン層102の接合面102aを吸着治具70に吸着固定し、吐出面102bにサポートテープとして貼り付けられているダイシングテープ60を剥離する。
(P) Next, the
(Q)最後に、吸着治具70の吸着固定を解除して、ドープドポリシリコン層102から構成されたノズル基板1を回収する。
(Q) Finally, the suction fixing of the
<ノズル基板1の製造方法2>
ノズル基板1の製造方法2は、成膜基板上にアモルファスシリコン層を成膜により形成し、そのアモルファスシリコン層にノズル孔を形成してノズル基板とする製造方法である。
<
The
図8〜図10は、ノズル基板の製造方法2を示す図である。以下、図8〜図10を参照してノズル基板の製造方法2について説明する。
8-10 is a figure which shows the
(A)まず、成膜基板200上に、ノズル基板基材となるアモルファスシリコン層201を減圧CVDを用いて例えば60μmの厚みで成膜により形成する。なお、アモルファスシリコン層201は、低温(例えば500℃)での成膜が可能であるため、成膜基板200には、例えば安価なホウ珪酸ガラス(耐熱温度例えば700℃)を用いることができる。なお、石英等を用いても良い。アモルファスシリコン層201は、シラン系のガス(Si2H6)にホスフィンを添加しながら減圧CVDを用いて形成する。成膜時のSiH4流量300cm3/min(sccm)、温度500℃〜550℃、チャンバー圧力1〜10Paの条件で成膜する。
(B)次に、アモルファスシリコン層201の上に、CVDやスパッタを用いてエッチングマスク(例えばSiO2膜)202を例えば1μm形成し、このエッチングマスク202に、フォトリソグラフィーを用いてノズル形状を形成するための2段形状を作成する。
(C)次に、Deep−RIEによるボッシュプロセスにより、エッチングマスク202の開口部を垂直に異方性ドライエッチングし、アモルファスシリコン層201に、ノズル孔11の第1のノズル部11aを形成する。この際、成膜基板200でドライエッチングがストップする。これにより、ノズル形状を高精度に作製することが可能である。すなわち、従来の研削による薄板化では、吐出側ノズルエッジ部分にチッピングが発生する可能性があったが、ドライエッチングではこのような不都合は発生せず、精度良く作製することができる。
なお、ボッシュプロセスでは、エッチングガスとして、例えば、C4F8(フッ化炭素)、SF6 (フッ化硫黄)を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。ここで、C4F8は第1のノズル部11aの側面方向にエッチングが進行しないように第1のノズル部11aの側面を保護するために使用し、SF6 は第1のノズル部11aの垂直方向のエッチングを促進するために使用する。
(A) First, an
(B) Next, an etching mask (for example, SiO 2 film) 202 is formed on the
(C) Next, an opening of the
In the Bosch process, for example, C 4 F 8 (fluorocarbon) and SF 6 (sulfur fluoride) are used as etching gases, and these etching gases are used alternately. Here, C 4 F 8 is used to protect the side surface of the
(D)次に、エッチングマスク202において、ノズル孔11の第2のノズル部11bとなる部分202aのみが無くなるように、例えばBHF(Buffered Hydrogen Fluoride:バッファードフッ化水素酸)等のフッ化水素酸(HF)系のエッチング液でハーフエッチングする。
(E)そして、再度Deep−RIEによりエッチングマスク202の開口部を、例えば20μmの深さまで垂直に異方性ドライエッチングし、第2のノズル部11bを形成する。
(F)BHFにて、最表面のエッチングマスク202をウェットエッチングにより除去する。
(D) Next, in the
(E) Then, the opening of the
(F) Using BHF, the
(G)アモルファスシリコン層201上に、例えばSiO2 膜を耐インク膜(吐出液保護膜)203としてCVDやスパッタにより形成する。
(H)次に、アモルファスシリコン層201の片面、すなわちキャビティ基板2と接合される側の面(接合面)201aに、両面接着シート50を介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板120を貼り付ける。この両面接着シート50は、UV発泡性自己剥離層51を備えたシート(自己剥離型シート)で、その両面には接着面を有し、その一方の面にはさらに自己剥離層51を備え、この自己剥離層51は紫外線または熱などの刺激によって接着力が低下するようになっている。
このように、両面接着シート50の接着面のみよりなる面50aを支持基板120の面と向かい合わせ、両面接着シート50の自己剥離層51を備えた側の面50bをアモルファスシリコン層201の接合面102aと向かい合わせ、これらの面を減圧環境下(10Pa以下)、例えば真空中で貼り合わせる。こうすることによって、接着界面に気泡が残らず、きれいな接着が可能になる。また、アモルファスシリコン層201と支持基板120を両面接着シート50を介して貼り合わせるだけでよいので、アモルファスシリコン層201から両面接着シート50を分離する際にアモルファスシリコン層201に割れや欠けが生じることがない。
(G) On the
(H) Next, the
In this way, the
なお、上記の説明では両面接着シート50の一方の面50bにのみ自己剥離層51を備えている場合を示したが、自己剥離層51は両面接着シート50の両方の面50a、50bに設けたものであってもよい。
In the above description, the case where the self-peeling
そして、成膜基板200側からアモルファスシリコン層201に向けてレーザー光を照射する。
(I)これにより、アモルファスシリコン層201の一部がポリシリコン化し、アモルファスシリコン層201が成膜基板200から剥離される。
このように、ノズル基板の製造方法2では、ノズル基板基材であるアモルファスシリコン層201を成膜基板200から剥離する際、単にレーザーを照射するだけでよいため、上記の製造方法1に比べて次のような利点がある。すなわち、上記の製造方法1では、ウェットエッチングを用いているため、成膜基板100、耐インク膜104,105及び支持基板120に耐エッチング性を有する材質が求められ、また、エッチングに長時間を要するものであった。しかしながら、ノズル基板の製造方法2では、エッチング液を用いないため、上記各部材(成膜基板100、耐インク膜104,105及び支持基板120)の材料選択自由度が向上できる。
Then, laser light is irradiated from the
(I) Thereby, a part of the
As described above, in the
支持基板200の剥離後は、上記の製造方法1の(J)〜(Q)と同様の工程を行い、ノズル基板1を得る。
After the
次に、上記の製造方法1及び2の方法で製造したノズル基板1の接合面に、キャビティ基板2の接合面を貼り合せる(接合工程は図示せず)。
以上の工程を経ることにより、ノズル基板1とキャビティ基板2の接合体を形成する。
Next, the bonding surface of the
By passing through the above process, the bonded body of the
その後、ノズル基板1とキャビティ基板2からなる接合体において、キャビティ基板2の他の接合面に電極基板3の接合面を貼り付ける(接合工程は図示せず)。
以上の工程を経ることにより、ノズル基板1、キャビティ基板2及び電極基板3の接合体を形成し、インクジェットヘッド10を完成する。
Thereafter, in the joined body composed of the
By passing through the above process, the joined body of the
本実施の形態に係るノズル基板の製造方法によれば、以下のような効果がある。
<製造方法1及び製造方法2に共通の効果>
(1)ノズル基板を成膜により形成するので、必要な厚みだけ(例えば50μmから70μm)成膜すれば良い。
(2)ノズル基板の板厚が成膜による膜厚で決定するので、研削で板厚を制御する場合に比べて板厚・ノズル長さの精度が向上する。なお、研削による板厚精度はミクロンオーダであるのに対し、成膜の場合はサブミクロンオーダで可能であり、一桁、高精度に板厚制御が可能である。
(3)リンをドープすることで、応力を緩和しながらドープドポリシリコン又はアモルファスシリコンを成膜することができ、ノズル基板を構成するのに十分な膜厚に成膜することができる。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present embodiment has the following effects.
<Effect common to
(1) Since the nozzle substrate is formed by film formation, it is only necessary to form a film having a required thickness (for example, 50 μm to 70 μm).
(2) Since the plate thickness of the nozzle substrate is determined by the film thickness by film formation, the accuracy of the plate thickness and nozzle length is improved as compared with the case where the plate thickness is controlled by grinding. The plate thickness accuracy by grinding is on the order of microns, whereas in the case of film formation, sub-micron order is possible, and the plate thickness can be controlled with a single digit and high accuracy.
(3) By doping phosphorus, doped polysilicon or amorphous silicon can be formed while relaxing the stress, and the film can be formed to a film thickness sufficient to constitute a nozzle substrate.
(4)第1のノズル部11aを形成するのに際し、犠牲層101又は成膜基板200でエッチングがストップするので、従来の研削による薄板化で発生していた、吐出側ノズルエッジ部分のチッピング等が無く、ノズル形状及びノズル長を高精度に構成できる。
(5)研削工程が無いため、ノズル孔内への異物詰まりが無く、洗浄工程を省略することができる。また、異物による歩留まりの低下も防止できる。
(6)ノズル基板にドープドポリシリコン又はアモルファスシリコンを用いているため、単結晶シリコンを用いる場合に比べて安価に製造することができる。
(7)吐出液が触れる面全てに吐出液保護膜が形成されているため、吐出液に対する耐久性を向上することができる。
(8)ノズル孔内壁は親水性であり、吐出面はノズル孔の吐出口縁部まで撥水性なので、吐出面への液滴残留がなく飛行曲がりのない良好な吐出特性を得ることができる。
(4) Since the etching is stopped at the
(5) Since there is no grinding process, there is no clogging of foreign matter into the nozzle hole, and the cleaning process can be omitted. In addition, it is possible to prevent a decrease in yield due to foreign matter.
(6) Since doped polysilicon or amorphous silicon is used for the nozzle substrate, it can be manufactured at a lower cost than when single crystal silicon is used.
(7) Since the discharge liquid protective film is formed on all surfaces that come into contact with the discharge liquid, durability against the discharge liquid can be improved.
(8) Since the inner wall of the nozzle hole is hydrophilic and the discharge surface is water-repellent up to the discharge port edge of the nozzle hole, it is possible to obtain good discharge characteristics with no droplet remaining on the discharge surface and no flight bending.
<製造方法1の特有の効果>
(1)アニール工程を行うことで、ドープドポリシリコン層102における内部応力を更に緩和することができ、ドープドポリシリコン層102の反りを防止することができる。
(2)ドープドポリシリコン層102を成膜基板100から剥離する際には、犠牲層102をウェットエッチングすれば良いため、すなわち、基板全体をエッチング液に浸漬すれば良いため、容易且つ低コスト(複数ウエハをまとめて処理できるため)で行うことができる。
<Special effects of
(1) By performing the annealing step, the internal stress in the doped
(2) When the doped
<製造方法2の特有の効果>
(1)アモルファスシリコン層201は、減圧CVDにより低温での成膜が可能であるため、成膜基板200として、高価な石英ではなく、安価なホウ珪酸ガラスを用いることができる。
(2)アモルファスシリコン層201を成膜基板200から剥離するのにレーザー照射を用いるので、製造方法1の犠牲層エッチングによる剥離方法に比べて処理時間を短縮でき、大面積基板の剥離も可能である。また、エッチング液を用いないので、成膜基板200や耐インク膜104、及び撥水処理工程での支持基板120の材料選択自由度が向上する。
<Specific effects of
(1) Since the
(2) Since laser irradiation is used to peel the
なお、本実施の形態では、ノズル形状を2段形状とした例を示したが、これに限られたものではなく、段差の無いストレート形状としても良い。 In the present embodiment, an example in which the nozzle shape is a two-stage shape is shown, but the present invention is not limited to this, and a straight shape without a step may be used.
上記の実施形態では、ノズル基板及びインクジェットヘッド、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、図11に示すインクジェットプリンタ300のほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)及び液滴吐出装置に、本実施の形態のノズル基板の製造方法で製造されたノズル基板を搭載することにより、良好な吐出特性を実現できる液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を得ることができる。
In the above embodiment, the nozzle substrate, the inkjet head, and the manufacturing method thereof have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention. it can. For example, by changing the liquid material discharged from the nozzle holes, in addition to the
1 ノズル基板、10 インクジェットヘッド、11 ノズル孔、21 圧力室、22 振動板、28 共通電極、31 個別電極、100 成膜基板、102 ドープドポリシリコン層、102a 接合面、102b 吐出面、104 耐インク膜(吐出液保護膜)、105 耐インク膜(吐出液保護膜)、106 撥インク膜(撥液膜)、200 成膜基板、201 アモルファスシリコン層、300 インクジェットプリンタ。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記犠牲層の上に、リンをドープしたドープドポリシリコン層をノズル基板基材として成膜するノズル基板基材形成工程と、
前記ノズル基板基材にノズル孔をドライエッチングにより形成するノズル孔形成工程と、
前記犠牲層をエッチングにより除去して前記ノズル基板基材を前記成膜基板から剥離する剥離工程と
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。 Forming a sacrificial layer on the deposition substrate;
A nozzle substrate base material forming step of forming a doped polysilicon layer doped with phosphorus as a nozzle substrate base material on the sacrificial layer;
A nozzle hole forming step of forming a nozzle hole in the nozzle substrate base material by dry etching;
A method for producing a nozzle substrate, comprising: a peeling step of removing the sacrificial layer by etching to peel the nozzle substrate base material from the film formation substrate.
前記ノズル基板基材にノズル孔をドライエッチングにより形成するノズル孔形成工程と、
前記ノズル基板基材を前記成膜基板から剥離する剥離工程と、
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。 A nozzle substrate base material forming step of forming an amorphous silicon layer doped with phosphorus as a nozzle substrate base material on the film formation substrate;
A nozzle hole forming step of forming a nozzle hole in the nozzle substrate base material by dry etching;
A peeling step of peeling the nozzle substrate base material from the film-forming substrate;
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising:
前記複数のノズル孔を有するノズル基板を、請求項1乃至請求項8の何れかに記載のノズル基板の製造方法により製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A plurality of nozzle holes for discharging droplets, a pressure chamber provided in communication with each nozzle hole to apply pressure to the droplets, a droplet supply path for supplying droplets to the pressure chambers, A method of manufacturing a droplet discharge head having pressure generating means for generating a discharge pressure in the pressure chamber for discharging a droplet,
A method for manufacturing a droplet discharge head, wherein the nozzle substrate having the plurality of nozzle holes is manufactured by the method for manufacturing a nozzle substrate according to any one of claims 1 to 8.
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