JP2009220319A - Manufacturing method of liquid jet head, and manufacturing method of microdevice - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法及びマイクロデバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid jet head and a method for manufacturing a micro device.
液体噴射ヘッド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リザーバ形成基板と、リザーバ形成基板のリザーバ部を封止するためのコンプライアンス基板を具備するものがある。これらの基板を接合する場合、接着剤塗布後、位置決めピンを貫通孔に挿入して位置決めを行ってから接着剤を介して接合されていることが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As an ink jet recording head which is a typical example of 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 a piezoelectric element is formed on one surface side thereof. , A reservoir forming substrate in which a reservoir part that forms a part of the reservoir together with the communication part of the channel forming substrate is formed, and a compliance substrate for sealing the reservoir part of the reservoir forming substrate There are some that have. When these substrates are joined, it is known that after application of the adhesive, the positioning pins are inserted into the through holes for positioning, and then joined via the adhesive (for example, see Patent Document 1). .
ここで、例えば、リザーバ形成基板と、コンプライアンス基板とを接着剤により接合する場合について説明する。まず、画像認識装置により、結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板であるリザーバ形成基板に設けられた貫通孔を構成する(111)面の検出を行う。これは、この(111)面を基準として画像認識により正確にその位置を検出して、その後の接着剤塗布を正確に行うためである。次いで、この(111)面を基準としてリザーバ形成基板の設置位置を検出し、接着剤塗布装置により所定の領域に接着剤を塗布し、リザーバ形成基板とコンプライアンス基板とを貼り合わせる。最後に、接着剤が乾燥する前に貫通孔に位置決めピンを挿入して、高精度に位置決めを行い、両基板を正確な位置で完全に固着させる。 Here, for example, a case where the reservoir forming substrate and the compliance substrate are bonded with an adhesive will be described. First, the (111) plane constituting the through hole provided in the reservoir forming substrate which is a silicon single crystal substrate having a (110) crystal plane orientation is detected by the image recognition device. This is because the position is accurately detected by image recognition using the (111) plane as a reference, and the subsequent adhesive application is performed accurately. Next, the installation position of the reservoir forming substrate is detected using the (111) plane as a reference, an adhesive is applied to a predetermined region by an adhesive applying device, and the reservoir forming substrate and the compliance substrate are bonded together. Finally, before the adhesive dries, a positioning pin is inserted into the through hole to perform positioning with high accuracy, and both substrates are completely fixed at accurate positions.
このように位置決めピンを用いて基板同士を固着させる場合、位置決めピンに乾燥の接着剤が付着しないように、貫通孔の周囲には接着剤の逃げ溝を異方性エッチングにより形成している。具体的には、貫通孔が形成された基板に対し、逃げ溝を形成するための貫通孔より広い開口を有するマスクを、貫通孔に対向する位置にこの開口が配置されるように設け、このマスクを介して異方性エッチングして貫通孔の周囲に逃げ溝を形成している。 When the substrates are fixed using the positioning pins in this way, an escape groove for the adhesive is formed by anisotropic etching around the through hole so that the dry adhesive does not adhere to the positioning pins. Specifically, a mask having an opening wider than the through hole for forming the relief groove is provided on the substrate on which the through hole is formed so that the opening is disposed at a position facing the through hole. A relief groove is formed around the through hole by anisotropic etching through a mask.
しかしながら、逃げ溝形成時の異方性エッチングにより、逃げ溝の底部にある貫通孔の開口部分がだれてしまうことがある。この場合、貫通孔を構成する面のうち、接着剤塗布時の位置決めに用いた貫通孔の(111)面がだれてしまうと、画像認識によりその位置を検出できず、接着剤塗布が行えない場合があるという問題がある。 However, the opening portion of the through hole at the bottom of the escape groove may be bent due to anisotropic etching at the time of forming the escape groove. In this case, if the (111) surface of the through hole used for positioning at the time of application of the adhesive falls out of the surfaces constituting the through hole, the position cannot be detected by image recognition, and the adhesive cannot be applied. There is a problem that there are cases.
本発明はこのような事情に鑑み、貫通孔を構成する(111)面を保護しながら逃げ溝を異方性エッチングにより形成することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このような異方性エッチングを実現することができるマイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a method of manufacturing a liquid jet head in which a relief groove can be formed by anisotropic etching while protecting a (111) surface constituting a through hole. . Another object of the present invention is to provide a microdevice manufacturing method capable of realizing such anisotropic etching.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、液体が流通する流路が形成された流路形成基板を含む複数の基板を積層し接合して液体噴射ヘッドを製造するに際し、前記基板のうち、表面の結晶面方位が(110)面であるシリコン単結晶基板からなる対象基板に設けられた基準孔の周縁部を構成する(111)面を基準として位置決めを行い、接着剤を介して他の基板と接合して前記液体噴射ヘッドを製造する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記対象基板に、前記基準孔に対向する位置に前記基準孔よりも広い開口部を有するマスク部と、前記マスク部の前記開口部内の前記(111)面に対向する位置に、島状の補正マスク部とを形成するマスク形成工程と、前記対象基板を異方性エッチングすることにより、前記開口部に対向する前記対象基板の領域を除去すると共に、前記補正マスク部をエッチングし、前記対象基板の前記補正マスク部に対向していた領域を除去して、前記基準孔の外周に接着剤の逃げ溝を形成する逃げ溝形成工程を備えることを特徴とする。 The method of manufacturing a liquid jet head according to the present invention includes a step of laminating and bonding a plurality of substrates including a flow path forming substrate in which a flow path through which a liquid flows is formed to manufacture a liquid jet head. Positioning with reference to the (111) plane constituting the peripheral portion of the reference hole provided in the target substrate made of a silicon single crystal substrate whose crystal plane orientation is the (110) plane, and another substrate via an adhesive A liquid ejecting head manufacturing method for manufacturing the liquid ejecting head by bonding to a mask, the mask portion having an opening wider than the reference hole at a position facing the reference hole in the target substrate, and the mask A mask forming step of forming an island-shaped correction mask portion at a position facing the (111) plane in the opening portion of the portion, and anisotropically etching the target substrate to face the opening portion Above In addition to removing the region of the elephant substrate, the correction mask portion is etched, the region of the target substrate facing the correction mask portion is removed, and an adhesive relief groove is formed on the outer periphery of the reference hole. An escape groove forming step is provided.
本発明においては、前記マスク形成工程では、前記マスクの前記開口部内の前記(111)面に対向する位置に、島状の補正マスク部を設けることで、基準孔を構成する(111)面を保護し、だれを防止している。即ち、補正マスク部が設けられていることで、対象基板の補正マスク部に面する領域は、補正マスク部が異方性エッチングされないとエッチングが始まらない。従って、エッチング開始が遅くなるので、対象基板に対する異方性エッチングが終了して逃げ溝の形成が終わった時点でも、この(111)面のエッチングがすすみ過ぎてだれることを防止している。従って、(111)面を画像認識でき、この面基準として正確に接着剤の塗布を行うことが可能である。 In the present invention, in the mask forming step, an island-shaped correction mask portion is provided at a position facing the (111) surface in the opening of the mask, thereby forming a (111) surface constituting the reference hole. Protect and prevent anyone. In other words, since the correction mask portion is provided, the region facing the correction mask portion of the target substrate does not start etching unless the correction mask portion is anisotropically etched. Accordingly, since the etching start is delayed, it is possible to prevent the etching of the (111) plane from proceeding excessively even when the anisotropic etching for the target substrate is completed and the formation of the relief groove is completed. Therefore, the (111) plane can be recognized and the adhesive can be accurately applied as the plane reference.
この場合に、前記逃げ溝形成工程において異方性エッチングにより前記開口部に対向する前記対象基板の領域を所定の深さとなるように除去する間に、前記補正マスク部が当該異方性エッチングされると共に、前記対象基板の補正マスク部がエッチングされた領域が、前記異方性エッチングの終了時に前記所定の深さとなるように、前記補正マスク部が設けられたことが好ましい。このように前記対象基板の補正マスク部が除去された領域が、前記異方性エッチングの終了時に前記所定の深さとなることで、深さが一定の好適な逃げ溝を形成することができる。 In this case, the correction mask portion is subjected to the anisotropic etching while the region of the target substrate facing the opening is removed to a predetermined depth by anisotropic etching in the clearance groove forming step. In addition, it is preferable that the correction mask portion is provided so that a region where the correction mask portion of the target substrate is etched becomes the predetermined depth at the end of the anisotropic etching. In this way, the region where the correction mask portion of the target substrate is removed becomes the predetermined depth at the end of the anisotropic etching, so that a suitable relief groove having a constant depth can be formed.
このような逃げ溝を形成する補正マスク部の好適な形状としては、前記補正マスク部が、長手方向が前記(111)面に沿って設けられた長方形状となるように設けられ、かつ、前記(111)面と面一になるように設けられたものが挙げられる。 As a preferred shape of the correction mask part for forming such a relief groove, the correction mask part is provided so that the longitudinal direction is a rectangular shape provided along the (111) plane, and Examples thereof include those provided so as to be flush with the (111) plane.
前記液体噴射ヘッドの製造方法の好適な実施としては、前記基準孔が、前記対象基板と前記他の基板とを接合する場合に位置決めを行うための位置決めピンを挿入する貫通孔であることがあげられる。貫通孔を基準として用いれば、新たに基準孔を設ける必要が無いからである。 In a preferred implementation of the method of manufacturing the liquid jet head, the reference hole is a through hole into which a positioning pin for positioning is inserted when the target substrate is bonded to the other substrate. It is done. This is because if the through hole is used as a reference, there is no need to newly provide a reference hole.
また、前記液体噴射ヘッドの製造方法の好適な実施としては、前記液体噴射ヘッドが、前記基板として、前記流路形成基板の一方面側に積層され、かつ前記ノズル開口が形成されるノズルプレートと、前記流路形成基板の他方面側に積層されると共にリザーバが形成され、かつ、前記圧力発生手段としての圧力発生素子を保護するための保護基板と、前記リザーバを封止するためのコンプライアンス基板とを有し、前記対象基板が前記保護基板であり、この前記保護基板のコンプライアンス基板との接合面に前記基準孔が設けられていることがあげられる。 Further, as a preferred implementation of the method of manufacturing the liquid ejecting head, the liquid ejecting head may be stacked as the substrate on one surface side of the flow path forming substrate, and the nozzle plate may be formed with the nozzle opening. A protective substrate for protecting the pressure generating element as the pressure generating means, and a compliance substrate for sealing the reservoir. And the target substrate is the protective substrate, and the reference hole is provided on the bonding surface of the protective substrate with the compliance substrate.
この場合、前記マスク部が、SiO2膜からなり、前記対象基板がシリコン単結晶基板であれば、上記のような好適な態様での実施を行うことができるので好ましい。 In this case, it is preferable that the mask portion is made of a SiO 2 film and the target substrate is a silicon single crystal substrate because the above-described preferred embodiment can be performed.
本発明のマイクロデバイスの製造方法は、表面の結晶面方位が(110)面の結晶基板に、前記結晶基板に設けられた基準孔より広い開口部を有するマスクを前記開口部が前記基準孔に対向するように設けるマスク形成工程と、前記結晶基板を異方性エッチングして、前記基準孔の外周に段差部を形成するエッチング工程とを備えたマイクロデバイスの製造方法であって、前記マスク形成工程では、前記マスクの開口部内の前記基準孔の周縁部を構成する(111)面に対向する位置に島状の補正マスク部を形成すると共に、前記エッチング工程で当該補正マスク部が、前記対象基板の異方性エッチングによりエッチングされて、前記基準孔の外周に段差部を形成することを特徴とする。この本発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、補正マスク部がエッチングにより除去されるまで時間がかかるので、エッチング終了時に、結晶基板の補正マスクに面する領域、即ち基準孔を構成する(111)面のエッチングが進行しすぎて、この面がだれることを防止できる。 In the method for manufacturing a microdevice of the present invention, a mask having an opening wider than a reference hole provided in the crystal substrate is formed on a crystal substrate having a (110) crystal surface orientation on the surface, and the opening serves as the reference hole. A method of manufacturing a microdevice, comprising: a mask forming step provided so as to face each other; and an etching step of anisotropically etching the crystal substrate to form a stepped portion on an outer periphery of the reference hole. In the step, an island-shaped correction mask portion is formed at a position facing the (111) plane constituting the peripheral portion of the reference hole in the opening portion of the mask, and the correction mask portion is the target in the etching step. Etching is performed by anisotropic etching of the substrate to form a step portion on the outer periphery of the reference hole. According to the microdevice manufacturing method of the present invention, since it takes time until the correction mask portion is removed by etching, a region facing the correction mask of the crystal substrate, that is, a reference hole is formed at the end of etching (111). ) It can be prevented that the etching of the surface proceeds excessively and the surface is dripped.
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。流路形成基板10は、表面の結晶面方位が(110)面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厚さ0.5〜2μmの弾性膜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. The flow
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、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、インク供給路14と連通路15とが隔壁11によって区画されている。また、連通路15の一端には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバ100の一部を構成する連通部13が形成されている。
In the flow
インク供給路14は、圧力発生室12の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室12より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路14は、リザーバ100と各圧力発生室12との間の圧力発生室12側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室12の幅より小さ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。
The
すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12と、圧力発生室12の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると共にインク供給路14の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路15とからなる液体流路が複数の隔壁11により区画されて設けられている。
In other words, the flow
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。
The
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。ノズルプレート20としてシリコン単結晶基板を用いた場合には、ノズル開口21は、上述した流路形成基板10と同様に、異方性エッチングにより形成することができる。すなわち、ノズルプレート20としてシリコン単結晶基板を用いた場合には、ノズルプレート20も結晶基板となる。
Further, on the opening surface side of the flow
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、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜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、絶縁体膜55及び下電極膜60が振動板として作用するが、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す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, as described above, the
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
さらに、流路形成基板10の圧電素子300側の面には、保護基板30が接着剤等の接着層を介して接合されている。保護基板30には、連通部13に対向する領域に連通部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を構成するリザーバ部31が設けられている。
Further, the
リザーバ部31は、圧力発生室12の並設方向に沿って形成され、その長手方向両端部には、それぞれ外側に向かって幅が漸小する漸小部が設けられている。これにより、本実施形態に係るリザーバ部31の開口は、略台形形状となっている。
The
なお、リザーバ部31の漸小部は、各圧力発生室12の流路抵抗が一定となるようにし、ノズル開口21から吐出されるインク滴の吐出特性を均一化するために設けられている。
The gradually decreasing portion of the
このようなリザーバ部31を有する保護基板30は、流路形成基板10と同一材料である表面の結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板からなり、リザーバ部31は、保護基板30をその両面から異方性エッチングすることによって形成されている。
The
また、保護基板30には、保護基板30と、流路形成基板10及び後述するコンプライアンス基板40とを接合する際に位置決めとして用いられる位置決め用ピンを挿入する貫通孔32が設けられている。貫通孔32は、後述するようにその周縁部の一部、即ちその周縁部が2つの第1の(111)面及び2つの第2の(111)面により構成されており、これら4つの(111)面が接着剤塗布時における画像認識での位置検出に用いられる。貫通孔32の外周には、接着剤の逃げ溝33が、両開口側に一定の深さで設けられている。
Further, the
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35が設けられている。なお、圧電素子保持部35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。
In addition, the
なお、本実施形態では、流路形成基板10の連通部13と保護基板30のリザーバ部31とがリザーバ100を構成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、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。また、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材(例えば、弾性膜50、絶縁体膜55等)にリザーバと各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
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
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が接着剤層44を介して接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)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(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)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。
On the
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
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について簡単に説明する。まず、流路形成基板10の表面に弾性膜50を形成し、この弾性膜50の圧電素子形成面側に、絶縁体膜55を形成する。次に、下電極膜60、圧電体層70、及び上電極膜80を順次積層し、これらを同時にパターニングして圧電素子300を形成する。次いでリード電極90を流路形成基板10の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子300毎にパターニングする。
A method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be briefly described. First, the
その後、予めリザーバ部31、貫通孔32及び逃げ溝33等が形成された保護基板30を、上記膜形成プロセス終了後の流路形成基板10上に接着する。次いで、流路形成基板10を所望の厚さにし、その後、シリコン単結晶基板である流路形成基板10の異方性エッチングを行い、圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14を形成する。
Thereafter, the
流路形成基板10の保護基板30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。そして、保護基板30の貫通孔32を構成する(111)面を画像認識により検出し、この検出された(111)面を基準として保護基板30の所定の位置に接着剤を塗布し、保護基板30上にコンプライアンス基板40を接合する。最後に、流路形成基板10、保護基板30等の各基板をチップサイズに分割することにより、図1に示すような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
A
ここで、上述したような貫通孔32を構成する(111)面を画像認識により検出する場合に、逃げ溝33の形成時に(111)面がだれてしまっては、正確に画像認識できないのでこれを防止する必要がある。そこで、接着剤の逃げ溝33を形成する場合、以下に示した接着剤の逃げ溝形成工程により、貫通孔32を構成する(111)面を保護しながら接着剤の逃げ溝を形成する。
Here, when the (111) plane constituting the through-
以下、逃げ溝形成工程を図3〜図4を参照して詳細に説明する。図3は、本発明のインクジェット式記録ヘッド1の製造方法において、保護基板30の製造工程を示す模式的要部平面図である。また、図4は、保護基板30の製造工程を示すものであり、図3におけるX―X′線における模式的要部断面図である。
Hereinafter, the clearance groove forming step will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic plan view of an essential part showing a manufacturing process of the
図3(a)によれば、保護基板30には、貫通孔32が設けられている。この貫通孔32は、例えば、保護基板30にリザーバ部31を形成する場合の両面エッチング時に同時に形成される。このような保護基板30の表面の全面に、マスクとなる二酸化シリコン膜130を形成する。
According to FIG. 3A, the
本実施形態では、保護基板30を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に二酸化シリコン膜130を形成した。なお、マスクの材料は二酸化シリコンに限定されず、窒化シリコン等の他の材料であってもよい。また、マスクの形成方法は特に限定されず、蒸着やスパッタリング法等であってもよい。
In this embodiment, the
次に、図3(b)及び図4(b)に示すように、二酸化シリコン膜130を、レジスト膜等を介してエッチングすることによりパターニングすることで、逃げ溝33を形成するためのマスク140を形成する(マスク形成工程)。
Next, as shown in FIGS. 3B and 4B, the
この形成されたマスク140は、開口部141を備えている。開口部141は、所望の逃げ溝33の開口形状に合わせてその形状が設定されているものであり、図中では、略六角形形状である。この開口部141を介して逃げ溝33が形成される。開口部141内には、4つの補正マスク部142a〜142dが設けられている。各補正マスク部142a〜142dは、貫通孔32を構成する結晶面方位の第1の(111)面及び第2の(111)面に対向する位置、島状に、かつ細長い長方形状で、第1の(111)面及び第2の(111)面と面一になるように(図4(b)参照)形成されている。この補正マスク部142a〜142dを備えることで、後述するように、後のエッチング工程で保護基板30を異方性エッチングする場合に、(111)面を保護して、この面のだれを防止することができる。
The formed
保護基板30に開口部141及び補正マスク部142a〜142dを有するマスク140を形成した後、開口部141を介して、保護基板30の両面から異方性エッチングを行って逃げ溝33を形成する(エッチング工程又は逃げ溝形成工程)。本実施形態では、保護基板30を水酸化カリウム(KOH)水溶液等のアルカリ溶液に浸漬することで、保護基板30の両面から異方性エッチングする。
After forming the
これにより、図4(c)に示すように、保護基板30は、マスク140が形成されていない部分(開口部141に面した領域)から徐々にエッチングされる。このエッチングと同時に、図3(c)に示すように、結晶方位面の(111)面に対して29°の角度をつけて補正マスク部142a〜142dが徐々にエッチングされる。即ち、細長い四角形状である補正マスク部142a〜142dは、その四隅から徐々にエッチングされる。そしてエッチングにより除去された補正マスク部142a〜142d下の領域から順に、保護基板30がエッチングされる。補正マスク部142a〜142dのエッチングが進行すると、図3(d)及び図4(d)に示すように補正マスク部142a〜142dは全て除去される。
As a result, as shown in FIG. 4C, the
所定時間経過後、図3(e)及び図4(e)に示すように、マスク140が形成されていない部分の保護基板30の深さ方向のエッチングが終了して所定の深さの逃げ溝33が形成される。ここで、補正マスク部142a〜142dに面した保護基板30の領域も、前記所定の深さがエッチングが終了し、逃げ溝の深さは略均一となる。これは、補正マスク部142a〜142dが十分に細かったため、保護基板30のこれらに面する領域はエッチングが進行しやすく、この領域のエッチング深さは、逃げ溝33のエッチング深さはほぼ同一となるものである。このように、逃げ溝33の深さは、略均一となることが好ましい。これは、エッチングにより補正マスク部142a〜142dに面した保護基板30の領域のうち、(111)面に除去できない部分が多量に残ると、位置決めピンを挿入した場合に接触し、折れてしまう虞もあるからである。従って、補正マスク部142a〜142dは、逃げ溝33のエッチング終了時に、補正マスク部142a〜142dに面した領域のエッチング深さが、他の部分のエッチング深さと同一、又は略同一となるように、予め設けることが好ましい。なお、位置決めピンを挿入した場合に折れない程度の長さが残った場合には、接着剤塗布時に基準とされる貫通孔32の(111)面はだれずに残り、かつ、得られた逃げ溝33は逃げ溝としては十分に機能する。
After elapse of a predetermined time, as shown in FIGS. 3E and 4E, the etching in the depth direction of the
このように、本実施形態においては、逃げ溝33を形成した場合、補正マスク部142a〜142dがあることで、貫通孔32を構成する結晶方位が(111)面である部分のエッチングが遅れて開始されるので、この部分のだれを防止できる。即ち、本実施形態においては、補正マスク部142a〜142dによって、貫通孔32の縁の結晶方位が(111)面である部分を保護して、この面がだれないように構成している。
As described above, in the present embodiment, when the
以上のようにして得られた保護基板30では、接着剤塗布時の基準となる貫通孔32を構成する(111)面がだれていないので、その後の接着剤塗布工程において、画像認識で正確に位置を検出することができる。
In the
上記マスク形成工程及びエッチング工程(又は逃げ溝形成工程)後、基準孔を構成する(111)面を基準として基板の位置を検出した後、対象基板に接着剤を塗布して、他の部材を接着し、次いで、接着剤が完全に固着する前に、位置決めピンを前記貫通孔に挿入して、位置決めをして、対象基板と他の部材とを完全に固着させる。 After the mask formation step and the etching step (or escape groove formation step), after detecting the position of the substrate with reference to the (111) plane constituting the reference hole, an adhesive is applied to the target substrate, and other members are attached. Then, before the adhesive is completely fixed, a positioning pin is inserted into the through hole to perform positioning so that the target substrate and the other member are completely fixed.
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態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、貫通孔32の両側に接着剤の逃げ溝として機能する逃げ溝33を形成したが、貫通孔32の一側にのみ逃げ溝33を形成してもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above of course. For example, in the first embodiment described above, the
また、上述した実施形態1では、結晶基板(保護基板30)として、シリコン単結晶基板を用いた例を示したが、特にこれに限定されず、表面の結晶面方位が(110)面である結晶性を有する基板であれば、特にこれに限定されるものではない。 In Embodiment 1 described above, an example in which a silicon single crystal substrate is used as the crystal substrate (protective substrate 30) has been described. However, the present invention is not particularly limited thereto, and the crystal plane orientation of the surface is the (110) plane. The substrate is not particularly limited as long as the substrate has crystallinity.
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
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マイクロデバイスの製造方法に広く適用することができるものである。 The present invention is not limited to a method for manufacturing a liquid jet head, and can be widely applied to a method for manufacturing a microdevice that performs microfabrication 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、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板(結晶基板)、 31 リザーバ部、 32 貫通孔、 33 逃げ溝、 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、 120 駆動回路、 121 接続配線、 130 二酸化シリコン膜、 140 マスク、 141 開口部、 142a〜142d 補正マスク部、 300 圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet recording head (liquid ejecting head), 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 13 Communication part, 14 Ink supply path, 15 Communication path, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board (crystal substrate) , 31 reservoir, 32 through-hole, 33 relief groove, 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, 120 drive Circuit, 121 connection wiring, 130 silicon dioxide film, 140 mask, 141 opening, 142a to 142d correction mask, 300 piezoelectric element
Claims (7)
前記基板のうち、表面の結晶面方位が(110)面であるシリコン単結晶基板からなる対象基板に設けられた基準孔の周縁部を構成する(111)面を基準として位置決めを行い、接着剤を介して他の基板と接合して前記液体噴射ヘッドを製造する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記対象基板に、前記基準孔に対向する位置に前記基準孔よりも広い開口部を有するマスク部と、前記マスク部の前記開口部内の前記(111)面に対向する位置に、島状の補正マスク部とを形成するマスク形成工程と、
前記対象基板を異方性エッチングすることにより、前記開口部に対向する前記対象基板の領域を除去すると共に、前記補正マスク部をエッチングし、前記対象基板の前記補正マスク部に対向していた領域を除去して、前記基準孔の外周に接着剤の逃げ溝を形成する逃げ溝形成工程を備えることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 When manufacturing a liquid ejecting head by laminating and bonding a plurality of substrates including a channel forming substrate in which a channel through which a liquid flows is formed,
Among the substrates, positioning is performed with reference to the (111) plane that constitutes the peripheral portion of the reference hole provided in the target substrate made of a silicon single crystal substrate whose surface crystal plane orientation is the (110) plane, and an adhesive. A liquid ejecting head manufacturing method for manufacturing the liquid ejecting head by bonding to another substrate via
A mask portion having an opening wider than the reference hole at a position facing the reference hole on the target substrate, and an island-shaped correction at a position facing the (111) plane in the opening of the mask portion. A mask forming step of forming a mask portion;
The region of the target substrate facing the opening is removed by anisotropic etching of the target substrate, and the correction mask portion is etched to face the correction mask portion of the target substrate. And a relief groove forming step of forming an relief groove for the adhesive on the outer periphery of the reference hole.
前記対象基板が前記保護基板であり、この前記保護基板のコンプライアンス基板との接合面に前記基準孔が設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 The liquid ejecting head is stacked as the substrate on one side of the flow path forming substrate and the nozzle plate is formed with the nozzle opening, and is stacked on the other surface side of the flow path forming substrate and the reservoir. And a protective substrate for protecting the pressure generating element as the pressure generating means, and a compliance substrate for sealing the reservoir,
5. The liquid jet according to claim 1, wherein the target substrate is the protective substrate, and the reference hole is provided in a joint surface of the protective substrate with the compliance substrate. Manufacturing method of the head.
前記マスク形成工程では、前記マスクの開口部内の前記基準孔の周縁部を構成する(111)面に対向する位置に島状の補正マスク部を形成すると共に、前記エッチング工程で当該補正マスク部が、前記対象基板の異方性エッチングによりエッチングされて、前記基準孔の外周に段差部を形成することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。 A mask forming step of providing, on a crystal substrate having a surface crystal plane orientation of (110), a mask having an opening wider than a reference hole provided in the crystal substrate so that the opening faces the reference hole; An etching process for anisotropically etching the crystal substrate to form a stepped portion on the outer periphery of the reference hole,
In the mask forming step, an island-shaped correction mask portion is formed at a position facing the (111) plane that forms the peripheral portion of the reference hole in the opening of the mask, and the correction mask portion is formed in the etching step. A method of manufacturing a microdevice, comprising: etching the target substrate by anisotropic etching to form a step portion on an outer periphery of the reference hole.
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