JP2009166449A - Manufacturing method of nozzle substrate, nozzle substrate, liquid-droplet ejecting head, manufacturing method of liquid-droplet ejecting head and liquid-droplet ejecting device - 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。インクジェットヘッドは、一般に、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プレートと、このノズルプレートに接合されノズルプレートとの間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティプレートとを備え、駆動部により吐出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。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バブルジェット(登録商標)方式等がある。
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一段と強まり、そのため高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。このような背景から、インクジェットヘッドのノズル部に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, an inkjet head mounted on an inkjet recording apparatus is known. Ink jet heads generally include a nozzle plate in which a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets are formed, and an ink in a discharge chamber, a reservoir, or the like that is joined to the nozzle plate and communicates with the nozzle holes. And a cavity plate in which a flow path is formed, and an ink droplet is ejected from a selected nozzle hole by applying pressure to the ejection chamber by a driving unit. As a driving means, there are a method using an electrostatic force, a piezoelectric method using a piezoelectric element, a bubble jet (registered trademark) method using a heating element, and the like.
In recent years, there has been an increasing demand for high quality printing, image quality, and the like for inkjet heads, and thus there is a strong demand for higher density and improved ejection performance. Against this background, various devices and proposals have been made for the nozzle portion of an inkjet head.
インク吐出特性を改善するためには、ノズル孔部での流路抵抗を調整し、ノズル長さが最適な長さになるように基板の厚みを調整することが望ましい。また、ノズル形状を、全体として円筒状のノズル孔とするのではなく、多段構造(径が異なる複数の孔を同一軸上に有し、複数の段差を有する構造(例えば、径を異ならせた第1のノズル部と第2のノズル部とからなる2段ノズル形状))とし、ノズルに加わるインク圧力の方向をノズル軸線方向に揃えることで吐出特性を改善する方法もある。 In order to improve the ink ejection characteristics, it is desirable to adjust the flow path resistance at the nozzle hole and adjust the thickness of the substrate so that the nozzle length becomes the optimum length. Also, the nozzle shape is not a cylindrical nozzle hole as a whole, but a multistage structure (a structure having a plurality of holes with different diameters on the same axis and having a plurality of steps (for example, different diameters). There is also a method of improving the ejection characteristics by aligning the direction of the ink pressure applied to the nozzle in the nozzle axis direction with a two-stage nozzle shape comprising a first nozzle portion and a second nozzle portion)).
このように、ノズル形状を多段構造としたり、ノズル長の調整を図るようにしたノズルプレートの製造方法として、Si基板の一方の面側からICP放電を用いた異方性ドライエッチングを行い、内径の異なる第1のノズル部と第2のノズル部とを形成してノズル孔を2段に形成した後、前記一方の面とは反対側の面より一部分を異方性ウェットエッチングして掘下げ、ノズル長を調整するようにした方法(例えば、特許文献1参照)や、予めSi基板を所望の厚みに研磨した後、Si基板の両面にそれぞれドライエッチング加工を施して第1のノズル部及び第2のノズル部を形成する方法がある(例えば、特許文献2参照)。 As described above, as a nozzle plate manufacturing method in which the nozzle shape is a multistage structure or the nozzle length is adjusted, anisotropic dry etching using ICP discharge is performed from one side of the Si substrate, After forming the first nozzle portion and the second nozzle portion different from each other to form the nozzle holes in two stages, a part of the surface opposite to the one surface is anisotropically etched and dug down, A method in which the nozzle length is adjusted (see, for example, Patent Document 1), or after the Si substrate is polished in advance to a desired thickness, dry etching is performed on both sides of the Si substrate, respectively, There is a method of forming two nozzle portions (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1,2のように、上記ノズル長の調整を、研削やエッチングなど基板に薄板化加工を施すことにより行った場合、ウェハ面内厚みばらつきやウェハ間の厚みばらつきが発生するため、すなわちノズル長のばらつきが発生するため、吐出性能にばらつきが生じ、ひいては歩留まりを低下させてしまうという課題があった。
However, as described 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難しくなる。その結果、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 thickness required as the nozzle substrate base material, it takes a grinding time, and when the area becomes large, it becomes difficult to cut uniformly in the surface. As a result, there has been a problem that the substrate thickness varies.
本発明は、このような点を鑑みなされたもので、多段構造のノズル孔を有する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 the above points, and by forming a nozzle substrate having a nozzle hole having a multi-stage structure not by thinning processing such as grinding, but by forming a film, the thickness / nozzle It is an object of the present invention 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 capable of improving the accuracy of length.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、吐出方向の先端側から後端側に向けて開口断面が段階的に大きくなるn段(nは2以上の自然数)の多段構造のノズル孔を有するノズル基板の製造方法であって、成膜基板上に犠牲層を成膜する犠牲層成膜工程と、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成膜した後、ドープドポリシリコン層上にストップ層を成膜する工程をn−1回繰り返し行い、その後、その表面に、リンをドープしたn番目のドープドポリシリコン層を成膜してノズル基板基材を形成するノズル基板基材形成工程と、ノズル基板基材上に、表面側からノズル基板基材側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなるn段の階段状の開口を有するマスク層を形成するマスク層形成工程と、ノズル基板基材においてマスク層の開口から露出した部分のドープドポリシリコン層を、そのドープドポリシリコン層の直下に形成されたストップ層でエッチングがストップするまでノズル基板基材をドライエッチングし、その後、エッチングをストップさせたストップ層において、その直上に形成されたドープドポリシリコン層から露出した部分に対してエッチングを施してエッチング除去すると同時に、マスク層の開口を次の段まで広げるエッチング工程をn−1回繰り返し、最後にノズル基板基材を犠牲層でエッチングがストップするまでドライエッチングしてノズル孔を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。また、ノズル孔の段差となる部分にストップ層を設け、エッチングがストップするようにしたので、ノズル孔の多段構造を高精度且つ容易に形成することができる。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention includes a nozzle having n-stage (n is a natural number of 2 or more) multi-stage nozzle holes whose opening cross section gradually increases from the front end side to the rear end side in the ejection direction. A method for manufacturing a substrate, comprising: a sacrificial layer forming step for forming a sacrificial layer on a film forming substrate; and forming a doped polysilicon layer doped with phosphorus on the sacrificial layer; A nozzle that forms a nozzle substrate substrate by repeatedly forming a stop layer on a silicon layer n-1 times, and then forming an n-th doped polysilicon layer doped with phosphorus on the surface. Substrate base material forming step, and mask layer for forming a mask layer having n stepped openings on the nozzle substrate base material, the opening cross-sectional area of which gradually decreases from the surface side to the nozzle substrate base material side Forming process and nozzle substrate base material The nozzle substrate substrate is dry-etched on the portion of the doped polysilicon layer exposed from the opening of the mask layer until the etching stops at the stop layer formed immediately below the doped polysilicon layer. In the stopped stop layer, an etching process is performed to etch and remove the exposed portion of the doped polysilicon layer formed immediately above the stop polysilicon layer, and simultaneously expand the opening of the mask layer to the next stage. A nozzle hole forming step of forming a nozzle hole by dry etching until the nozzle substrate base material is etched with the sacrificial layer, and removing the sacrificial layer by etching to remove the nozzle substrate base material from the film forming substrate. And a peeling step for peeling.
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. In addition, since the stop layer is provided in the portion of the nozzle hole where the step is to be etched, the multi-stage structure of the nozzle hole can be easily formed with high accuracy.
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成膜する度に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、ノズル基板基材をドーブドポリシリコンの積層構造として形成していくにあたり、反りを防止することができる。
Moreover, the manufacturing method of the nozzle substrate according to the present invention includes a step of annealing each time the nozzle substrate base material forming step forms a doped polysilicon layer.
Thereby, internal stress can be relieved and warpage can be prevented when the nozzle substrate base material is formed as a laminated structure of doped polysilicon.
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、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。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention is to add a phosphine to a silane-based gas and form a doped polysilicon layer using CVD.
Thereby, a doped polysilicon layer can be formed while relaxing the stress.
本発明に係るノズル基板の製造方法は、吐出方向の先端側から後端側に向けて開口断面が段階的に大きくなるn段(nは2以上の自然数)の多段構造のノズル孔を有するノズル基板の製造方法であって、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成膜した後、アモルファスシリコン層上にストップ層を成膜する工程をn−1回繰り返し行い、その後、その表面に、リンをドープしたn番目のアモルファスシリコン層を成膜してノズル基板基材を形成するノズル基板基材形成工程と、ノズル基板基材上に、表面側からノズル基板基材側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなるn段の階段状の開口を有するマスク層を形成するマスク層形成工程と、ノズル基板基材においてマスク層の開口から露出した部分のアモルファスシリコン層を、そのアモルファスシリコン層の直下に形成されたストップ層でエッチングがストップするまでノズル基板基材をドライエッチングし、その後、エッチングをストップさせたストップ層において、その直上に形成されたアモルファスシリコン層から露出した部分に対してエッチングを施してエッチング除去すると同時に、マスク層の開口を次の段まで広げるエッチング工程をn−1回繰り返し、最後にノズル基板基材を犠牲層でエッチングがストップするまでドライエッチングしてノズル孔を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。また、ノズル孔の段差となる部分にストップ層を設け、エッチングがストップするようにしたので、ノズル孔の多段構造を高精度且つ容易に形成することができる。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention includes a nozzle having n-stage (n is a natural number of 2 or more) multi-stage nozzle holes whose opening cross section gradually increases from the front end side to the rear end side in the ejection direction. A method of manufacturing a substrate, wherein after forming an amorphous silicon layer doped with phosphorus on a deposition substrate, a step of forming a stop layer on the amorphous silicon layer is repeated n-1 times, and then the surface thereof In addition, a nozzle substrate base material forming step of forming an nth amorphous silicon layer doped with phosphorus to form a nozzle substrate base material, and on the nozzle substrate base material, from the surface side to the nozzle substrate base material side A mask layer forming step of forming a mask layer having an n-step staircase opening having a reduced opening cross-sectional area, and an amorphous portion of the nozzle substrate substrate exposed from the opening of the mask layer The nozzle substrate substrate is dry-etched until the etching is stopped at the stop layer formed immediately below the amorphous silicon layer, and then the amorphous silicon formed immediately above the stop layer where the etching is stopped. Etching is performed on the portion exposed from the layer to remove it, and at the same time, the etching process for expanding the opening of the mask layer to the next stage is repeated n-1 times, and finally the etching is stopped at the sacrificial layer on the nozzle substrate base material. A nozzle hole forming step for forming a nozzle hole by dry etching until a nozzle substrate base material is peeled off 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. In addition, since the stop layer is provided in the portion of the nozzle hole where the step is to be etched, the multi-stage structure of the nozzle hole can be easily formed with high accuracy.
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、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。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention is to add an phosphine to a silane-based gas and form an amorphous silicon layer using CVD.
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の製造方法は、犠牲層をSiNで構成するものである。
SiNは、容易に成膜・剥離が可能である。
In the nozzle substrate manufacturing method according to the present invention, the sacrificial layer is made of SiN.
SiN can be easily formed and peeled off.
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 liquid 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、インク吐出方向の先端側から後側方向に行くに従って開口断面が段階的に大きくなるn段(nは2以上の自然数)の多段構造を有している。この例では、開口径が異なる2つの円筒状のノズル孔から形成された2段の多段構造を例示しており、以下、吐出方向の先端側から順に第1のノズル部11a、第2のノズル部11bという。このようにノズル孔11を多段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。
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 reservoir 23 to the tip of 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からノズル基板を形成するようにした製造方法である。
<
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。なお、ここでは、図1に示した2段構造のノズル孔を有するノズル基板の製造方法について説明する。
4-7 is a figure which shows the
(A)まず、成膜基板100上に、犠牲層(例えばSiN膜)101を例えば1μmの厚みでスパッタやCVDを用いて成膜する。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、ここでは、成膜・剥離が容易なSiNとしたが、SiNの他に例えば、SiO2、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)を使用してもよい。
(A) First, a sacrificial layer (for example, SiN film) 101 is formed on the
(B)次に、犠牲層101の上に、ノズル基板基材となる、リンをドープした第1のドープドポリシリコン層102を減圧CVDを用いて例えば40μmの厚みで成膜する。この第1のドープドポリシリコン層102は、第1のノズル部11aを形成するための層となるものである。第1の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、第1の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。
(B) Next, on the
(C)第1のドープドポリシリコン層102上に、ストップ層103を成膜する。このストップ層103は、後述する第2のドープドポリシリコン層104にノズル孔加工を行なう際、加工を停止させる目的で形成される層である。ストップ層103は、ここではSiO2 で構成されており、厚さは例えば数百nm〜1μm程度とする。
以上の(B)のドープドポリシリコン層の成膜と(C)のストップ層の成膜は、ノズル孔11の段数をnとしたとき、n−1回繰り返す。なお、ここでは、n=2であるため、(B)と(C)の工程を1回だけ行う。
(C) A
The formation of the doped polysilicon layer (B) and the stop layer (C) are repeated n-1 times, where n is the number of stages of the nozzle holes 11. Here, since n = 2, the steps (B) and (C) are performed only once.
(D)次に、ストップ層103の上に、リンをドープした第2のドープドポリシリコン層104を減圧CVDにより成膜する。この第2のドープドポリシリコン層104は、第2のノズル部11bを加工するための層となるものである。第2のドープドポリシリコン層104の厚みはノズル長を考慮して決定され、ここでは例えば20μmで形成される。また、第1のドープドポリシリコン層102と同様の成膜条件で形成される。
以上に形成した第1のドープドポリシリコン層102、ストップ層103及び第2のドープドポリシリコン層104によりノズル基板基材110が構成される。
(D) Next, a second doped
The first
(E)第2のドープドポリシリコン層104の上に、マスク層105を形成する。このマスク層105は、ノズル基板基材110にノズル孔11を加工するためのエッチングマスクとなるものであり、例えば1μmの厚みに成膜する。マスク層105は、ここではストップ層103と同じSiO2 膜で構成されている。なお、ノズル孔11の形成の際には、RIEなどのドライエッチング、BHFなどのウェットエッチングを用いるため、マスク層105としてはSiO2 膜で構成するのが望ましい。
(F)マスク層105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階段状の開口105aを形成する。すなわち、表面側からノズル基板基材110側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなるn段(ここではn=2)の階段状の開口105aを形成する。
(E) A
(F) A stepped
(G)ICP(Inductively Coupled Plasma)によるドライエッチングにより、マスク層105の開口部を垂直に異方性ドライエッチングし、第2のドープドポリシリコン層104に、ノズル孔11の第2のノズル部11aとなる開口104aを形成する。この際、ストップ層103でドライエッチングがストップする。
(H)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ウェットエッチングし、ストップ層103を開口する。すなわち、ストップ層103において、その直上の第2のドープドポリシリコン層104から露呈した部分に対してエッチングが施され、エッチング除去される。このとき、マスク層105も同様にエッチングされ、第2のドープドポリシリコン層104に達した時点でエッチングがストップする。これにより、マスク層105において、第2のドープドポリシリコン層104を露呈させている部分の開口が、次の段差部分、すなわち第2のノズル部11bに対応する部分105bまで広がった状態となる。なお、ここでのウェットエッチングを、RIEによるドライエッチングに代えて行っても良い。
以上の(G)のドープドポリシリコン層のドライエッチングと(H)のストップ層及びマスク層のエッチングは、ノズル孔11の段数をnとしたとき、n−1回繰り返す。なお、ここでは、n=2であるため、(G)と(H)の工程を1回だけ行う。
(G) The opening of the
(H) Wet etching is performed with a hydrofluoric acid (HF) -based etchant such as BHF (Buffered Hydrogen Fluoride), and the
The dry etching of the doped polysilicon layer (G) and the etching of the stop layer and the mask layer (H) are repeated n-1 times when the number of nozzle holes 11 is n. Here, since n = 2, the steps (G) and (H) are performed only once.
(I)次に、上記(G)と同様にICPによるドライエッチングにより、マスク層105の開口部を垂直に異方性ドライエッチングし、第1のノズル部11a及び第2のノズル部11bを形成する。この際、第1のドープドポリシリコン層102は犠牲層101で、第2のドープドポリシリコン層104はストップ層103でエッチングがストップする。また、マスク層105も上記(G)又は(H)の工程と同様にエッチングされる。
(J)BHFにて、最表面のマスク層105をウェットエッチングにより除去する。
(I) Next, similarly to (G) above, the opening of the
(J) Using BHF, the
ここで、マスク層105は、上記(G)〜(I)の各工程で説明したように、ドライエッチングやウェットエッチングの際に、エッチングされて徐々に薄くなる。このため、マスクとして機能すべきときに第2のドープドポリシリコン層104の表面を露出してしまうことのないように、マスク層105の各段の厚みが設定されているものとする。
Here, as described in the steps (G) to (I), the
(K)ノズル基板基材110の表面に、例えばSiO2 膜を耐インク膜(吐出液保護膜)106としてCVDやスパッタにより形成する。
(L)そして、第2のドープドポリシリコン層104の表面、すなわちノズル基板基材110においてキャビティ基板2と接合される側の面(接合面)110a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を第2のドープドポリシリコン層104の表面と向かい合わせ、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、第2のドープドポリシリコン層104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、第2のドープドポリシリコン層104から両面接着シート50を分離する際に第2のドープドポリシリコン層104に割れや欠けが生じることがない。
(K) On the surface of the
(L) Then, the surface of the second 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
(M)次に、熱燐酸にて犠牲層101をウェットエッチングし、ノズル基板基材110を成膜基板100から剥離する。
このようにノズル基板基材110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。
(N)ノズル基板基材110のインク吐出側の面(吐出面)110b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)107として形成する。ここで、耐インク膜107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よく、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。
(O)次に、ノズル基板基材110の吐出面110b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)108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。
(M) Next, the
In this way, when the
(N) A SiO 2 film, for example, is formed as an ink resistant film (discharge liquid protective film) 107 on the surface (discharge surface) 110b on the ink discharge side of the
(O) Next, an ink repellent treatment is further performed on the
(P)次に、撥インク処理された吐出面110b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。
(Q)次に、支持基板120側からUV光を照射する。
(R)こうして、両面接着シート50の自己剥離層51をノズル基板基材110の接合面110aから剥離させ、支持基板120をノズル基板基材110から取り外す。
(S)次に、ArスパッタもしくはO2 プラズマ処理によって、ノズル基板基材110の接合面110a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108を除去する。
これにより、吐出面110b全面には撥インク膜108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108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110bはノズル孔11の吐出口縁部まで撥液性なので、吐出面110b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。
(P) Next, the dicing
(Q) Next, UV light is irradiated from the
(R) In this way, the self-peeling
(S) Next, an ink repellent film formed excessively on the
As a result, the
(T)次に、ノズル基板基材110の接合面110a(ダイシングテープ60が貼り付けられている吐出面110bと反対側に位置する面)を吸着治具70に吸着固定し、吐出面110b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。
(T) Next, the
(U)最後に、吸着治具70の吸着固定を解除して、ノズル基板基材110から構成されたノズル基板1を回収する。
(U) 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からノズル基板を形成するようにした製造方法である。
<
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。なお、ここでは、図1に示した2段構造のノズル孔を有するノズル基板の製造方法について説明する。
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、リンをドープした第1のアモルファスシリコン層201を減圧CVDを用いて例えば40μmの厚みで成膜する。なお、第1の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。第1の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。
(A) First, a first
(B)次に、第1のアモルファスシリコン層201の上に、ストップ層202を成膜する。このストップ層202は、後述する第2のアモルファスシリコン層203にノズル孔加工を行なう際、加工を停止させる目的で形成される層である。ストップ層202は、ここではSiO2 で構成されており、厚さは例えば数百nm〜1μm程度とする。
以上の(A)のドープドポリシリコン層の成膜と(B)のストップ層の成膜は、ノズル孔11の段数をnとしたとき、n−1回繰り返す。なお、ここでは、n=2であるため、(A)と(B)の工程を1回だけ行う。
(B) Next, a
The formation of the doped polysilicon layer (A) and the stop layer (B) are repeated n-1 times, where n is the number of stages of the nozzle holes 11. Here, since n = 2, the steps (A) and (B) are performed only once.
(C)次に、ストップ層202の上に、リンをドープした第2のアモルファスシリコン層203を減圧CVDにより成膜する。この第2のアモルファスシリコン層203は、第2のノズル部11bを加工するための層となるものである。第2のアモルファスシリコン層203の厚みはノズル長を考慮して決定され、ここでは例えば20μmで形成される。また、第1のアモルファスシリコン層201と同様の成膜条件で形成される。
以上に形成した第1のアモルファスシリコン層201、ストップ層202及び第2のアモルファスシリコン層203によりノズル基板基材210が構成される。
(C) Next, a second
The
(D)第2のアモルファスシリコン層203の上に、マスク層204を形成する。このマスク層204は、ノズル基板基材210にノズル孔11を加工するためのエッチングマスクとなるものであり、例えば1μmの厚みに成膜する。マスク層204は、ここではストップ層103と同じSiO2 膜で構成されている。なお、ノズル孔11の形成の際には、RIEなどのドライエッチング、BHFなどのウェットエッチングを行うため、マスク層204はSiO2 膜で構成するのが望ましい。
(E)マスク層204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階段状の開口204aを形成する。すなわち、表面側からノズル基板基材210側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなるn段(ここではn=2)の階段状の開口204aを形成する。
(D) A
(E) A stepped
(F)ICP(Inductively Coupled Plasma)によるドライエッチングにより、マスク層204の開口部を垂直に異方性ドライエッチングし、第2のアモルファスシリコン層203に、ノズル孔11の第2のノズル部11aとなる開口203aを形成する。このとき、マスク層204も同様にエッチングされる。この際、ストップ層202でドライエッチングがストップする。
(G)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ウェットエッチングし、ストップ層202を開口する。すなわち、ストップ層202において、その上の第2のアモルファスシリコン層203から露呈した部分に対してエッチングが施され、エッチング除去される。このとき、マスク層204も同様にエッチングされ、第2のアモルファスシリコン層203に達した時点でエッチングがストップする。これにより、マスク層204において、第2のアモルファスシリコン層203を露呈させている部分の開口が、次の段差部分、すなわち第2のノズル部11bに対応する部分204bまで広がった状態となる。なお、ここでのウェットエッチングを、RIEによるドライエッチングで行っても良い。
以上の(F)のドープドポリシリコン層のドライエッチングと(G)のストップ層のエッチングは、ノズル孔11の段数をnとしたとき、n−1回繰り返す。なお、ここでは、n=2であるため、(F)と(G)の工程を1回だけ行う。
(F) The opening of the
(G) The
The dry etching of the doped polysilicon layer (F) and the etching of the stop layer (G) are repeated n-1 times when the number of nozzle holes 11 is n. Here, since n = 2, the steps (F) and (G) are performed only once.
(H)次に、上記(F)と同様にICPによるドライエッチングにより、マスク層204の開口部を垂直に異方性ドライエッチングし、第1のノズル部11a及び第2のノズル部11bを形成する。この際、第1のアモルファスシリコン層201は成膜基板200で、第2のアモルファスシリコン層203はストップ層202でエッチングがストップする。また、マスク層204も上記(F)又は(G)の工程と同様にエッチングされる。
(I)BHFにて、最表面のマスク層204をウェットエッチングにより除去する。
(H) Next, similarly to the above (F), the opening of the
(I) The
ここで、マスク層204は、上記(F)〜(H)の各工程で説明したように、ドライエッチングやウェットエッチングの際に、エッチングされて徐々に薄くなる。このため、マスクとして機能すべきときに第2のアモルファスシリコン層203の表面を露出してしまうことのないように、マスク層204の各段の厚みが設定されているものとする。
Here, as described in the above steps (F) to (H), the
(J)ノズル基板基材210の表面に、例えばSiO2 膜を耐インク膜(吐出液保護膜)205としてCVDやスパッタにより形成する。
(K)そして、第2のアモルファスシリコン層203の表面に、すなわちノズル基板基材210においてキャビティ基板2と接合される側の面(接合面)210a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を第2のアモルファスシリコン層203の表面と向かい合わせ、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、第2のアモルファスシリコン層203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、第2のアモルファスシリコン層203から両面接着シート50を分離する際に第2のアモルファスシリコン層203に割れや欠けが生じることがない。
(J) On the surface of the
(K) And, on the surface of the second
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、支持基板120側からノズル基板基材210に向けてレーザー光を照射する。(L)これにより、ノズル基板基材210の第1のアモルファスシリコン層201の一部がポリシリコン化し、ノズル基板基材210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210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106,107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106,107及び支持基板120)の材料選択自由度が向上する。
Then, laser light is irradiated from the
As described above, in the nozzle
支持基板120の剥離後は、上記の製造方法1の(N)〜(U)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)ノズル孔11の段差となる部分にストップ層103,202を設け、エッチングがストップするようにしたので、ノズル孔11の多段構造を高精度且つ容易に形成することができる。
(4)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。
(5)第1のノズル部11aを形成するに際し、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。
(6)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。
(7)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。
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) Since the stop layers 103 and 202 are provided in the step portions of the nozzle holes 11 to stop the etching, the multi-stage structure of the nozzle holes 11 can be easily formed with high accuracy.
(4) 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.
(5) Since the etching is stopped at the
(6) 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.
(7) 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.
(8)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。
(9)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。
(8) 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.
(9) 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 droplets remaining on the discharge surface and no flight deflection.
<製造方法1の特有の効果>
(1)アニール工程を行うことで、第1のドープドポリシリコン層102,第2のドープドポリシリコン層104における内部応力を緩和することができ、これらの各ドープドポリシリコン層102,104の反りを防止することができる。
(2)ノズル基板基材110を成膜基板100から剥離する際には、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。
(3)成膜基板100として用いられる石英は高価であるため、繰り返し再使用することが望まれているが、ノズル基板基材110との剥離に犠牲層101のウェットエッチングを用いているので、成膜基板100のダメージを抑えることができ、再使用に供することが可能となる。
<Special effects of
(1) By performing the annealing step, the internal stress in the first doped
(2) When the
(3) Since quartz used as the
<製造方法2の特有の効果>
(1)減圧CVDにより低温成膜が可能であるため、成膜基板に、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)ノズル基板基材210の第1の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101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100や耐インク膜108、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 low-temperature film formation is possible by low pressure CVD, inexpensive borosilicate glass can be used for the film formation substrate instead of expensive quartz.
(2) Since laser irradiation is used to peel the first
上記の実施形態では、マスク層とストップ層とを同じ素材(SiO2)で形成した例を示したが、これに限られたものではなく、マスク層をSiO2、ストップ層をSIN、そして、犠牲層を金属膜(例えばクロム)としても良い。 In the above embodiment, an example in which the mask layer and the stop layer are formed of the same material (SiO 2 ) is shown, but the present invention is not limited to this, and the mask layer is SiO 2 , the stop layer is SIN, and The sacrificial layer may be a metal film (for example, chromium).
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、2 キャビティ基板、10 インクジェットヘッド、11 ノズル孔、21 圧力室、22 振動板、23 リザーバ、28 共通電極、31 個別電極、100 成膜基板、101 犠牲層、102 第1のドープドポリシリコン層、103 ストップ層、104 第2のドープドポリシリコン層、105 マスク層、105a 開口、106 耐インク膜(吐出液保護膜)、107、耐インク膜(吐出液保護膜)、108 撥インク膜(撥液膜)、110 ノズル基板基材、110a 接合面、110b 吐出面、120 支持基板、200 成膜基板、201 第1のアモルファスシリコン層、202 ストップ層、203 第2のアモルファスシリコン層、204 マスク層、204a 開口、210 ノズル基板基材、300 インクジェットプリンタ。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
成膜基板上に犠牲層を成膜する犠牲層成膜工程と、
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成膜した後、前記ドープドポリシリコン層上にストップ層を成膜する工程をn−1回繰り返し行い、その後、その表面に、リンをドープしたn番目のドープドポリシリコン層を成膜してノズル基板基材を形成するノズル基板基材形成工程と、
前記ノズル基板基材上に、表面側から前記ノズル基板基材側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなるn段の階段状の開口を有するマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記ノズル基板基材において前記マスク層の前記開口から露出した部分のドープドポリシリコン層を、そのドープドポリシリコン層の直下に形成されたストップ層でエッチングがストップするまで前記ノズル基板基材をドライエッチングし、その後、エッチングをストップさせたストップ層において、その直上に形成されたドープドポリシリコン層から露出した部分に対してエッチングを施してエッチング除去すると同時に、前記マスク層の前記開口を次の段まで広げるエッチング工程をn−1回繰り返し、最後に前記ノズル基板基材を前記犠牲層でエッチングがストップするまでドライエッチングしてノズル孔を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。 A method of manufacturing a nozzle substrate having n-stage (n is a natural number of 2 or more) multi-stage nozzle holes whose opening cross section gradually increases from the front end side to the rear end side in the discharge direction,
A sacrificial layer film forming step of forming a sacrificial layer on the film formation substrate;
After forming a doped polysilicon layer doped with phosphorus on the sacrificial layer, a step of forming a stop layer on the doped polysilicon layer is repeated n-1 times, and then on the surface. A nozzle substrate base material forming step of forming a nozzle substrate base material by forming an nth doped polysilicon layer doped with phosphorus;
On the nozzle substrate base material, a mask layer forming step of forming a mask layer having an n-stage stepped opening in which the opening cross-sectional area gradually decreases from the surface side toward the nozzle substrate base material side;
In the nozzle substrate base material, the portion of the doped polysilicon layer exposed from the opening of the mask layer is etched until the etching stops at a stop layer formed directly under the doped polysilicon layer. In the stop layer where dry etching is performed and then the etching is stopped, a portion exposed from the doped polysilicon layer formed immediately above is etched and removed, and at the same time, the opening of the mask layer is formed next. A nozzle hole forming step of forming a nozzle hole by repeatedly etching the nozzle substrate base material until the etching is stopped at the sacrificial layer.
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.
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成膜した後、前記アモルファスシリコン層上にストップ層を成膜する工程をn−1回繰り返し行い、その後、その表面に、リンをドープしたn番目のアモルファスシリコン層を成膜してノズル基板基材を形成するノズル基板基材形成工程と、
前記ノズル基板基材上に、表面側から前記ノズル基板基材側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなるn段の階段状の開口を有するマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記ノズル基板基材において前記マスク層の前記開口から露出した部分のアモルファスシリコン層を、そのアモルファスシリコン層の直下に形成されたストップ層でエッチングがストップするまで前記ノズル基板基材をドライエッチングし、その後、エッチングをストップさせたストップ層において、その直上に形成されたアモルファスシリコン層から露出した部分に対してエッチングを施してエッチング除去すると同時に、前記マスク層の前記開口を次の段まで広げるエッチング工程をn−1回繰り返し、最後に前記ノズル基板基材を前記犠牲層でエッチングがストップするまでドライエッチングしてノズル孔を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 method for manufacturing a nozzle substrate having nozzle holes with an n-stage multi-stage structure in which the opening cross section gradually increases from the front end side to the rear end side in the discharge direction,
After forming an amorphous silicon layer doped with phosphorus on the deposition substrate, the step of forming a stop layer on the amorphous silicon layer is repeated n-1 times, and then the surface is doped with phosphorus. Forming a nozzle substrate substrate by forming a second amorphous silicon layer;
On the nozzle substrate base material, a mask layer forming step of forming a mask layer having an n-stage stepped opening in which the opening cross-sectional area gradually decreases from the surface side toward the nozzle substrate base material side;
Dry etching the nozzle substrate substrate until the etching stops at the stop layer formed immediately below the amorphous silicon layer of the amorphous silicon layer exposed from the opening of the mask layer in the nozzle substrate substrate, Thereafter, in the stop layer where the etching is stopped, etching is performed to remove the portion exposed from the amorphous silicon layer formed immediately above the etching layer, and at the same time, the etching step of expanding the opening of the mask layer to the next stage N-1 times, and finally, a nozzle hole forming step of forming a nozzle hole by dry etching until the nozzle substrate substrate is etched with the sacrificial layer, and
A method for producing a nozzle substrate, comprising: a separation step of separating the nozzle substrate base material from the film formation substrate.
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10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 10.
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