JP2010115828A - Nozzle substrate, liquid droplet ejecting head, liquid droplet ejecting apparatus, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細加工によってノズルが形成されるノズル基板、インク等の液滴の吐出を行う液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びそれらの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a nozzle substrate on which nozzles are formed by microfabrication, a droplet discharge head that discharges droplets of ink or the like, a droplet discharge device, and a method for manufacturing the same.
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録(印刷)装置で用いられている液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。 For example, micro electro mechanical systems (MEMS) that process silicon or the like to form minute elements or the like have made rapid progress. Examples of microfabricated elements formed by microfabrication technology include, for example, a droplet discharge head (inkjet head), a micropump, and an optical variable filter used in a recording (printing) apparatus such as a droplet discharge type printer. There are electrostatic actuators such as motors, pressure sensors and the like.
ここで、微細加工素子の一例として液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録(印刷)装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物(紙等)との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等をするものである。この方式は、液晶(Liquid Crystal)を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光(ElectroLuminescence )素子を用いた表示パネル(OLEDs)、DNA、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。 Here, a droplet discharge head will be described as an example of a microfabricated element. A droplet discharge type recording (printing) apparatus is used for printing in various fields regardless of whether it is for home use or industrial use. The droplet discharge method is, for example, a method in which a droplet discharge head having a plurality of nozzles is moved relative to an object (paper, etc.), and droplets are discharged to a predetermined position of the object for printing or the like. It is. This system is a microarray of biomolecules such as color filters for producing display devices using liquid crystals, display panels (OLEDs) using electroluminescent devices such as organic compounds, DNA, proteins, etc. Etc. are also used in the manufacture of
液滴吐出ヘッドによりノズルから液滴を吐出させる方法については、例えば液体を加熱し、発生した空気(気泡)の圧力で液滴を吐出させるものがある。また、液体をためておく吐出室を流路の一部に備え、吐出室の少なくとも一面の壁(ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板ということにする)を撓ませて(動作させて)形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通するノズルから液滴を吐出させる方法がある。さらに振動板を可動電極とし、振動板と距離を空けて対向する電極(固定電極)との間に電圧を印加させ、発生する静電気力(静電引力を用いることが多いので、以下、静電引力とする)を利用し、発生させた静電引力により振動板を変位させてその圧力により吐出させるものもある。 As a method of ejecting droplets from a nozzle by a droplet ejection head, for example, there is a method in which a liquid is heated and droplets are ejected by the pressure of generated air (bubbles). Also, a discharge chamber for storing liquid is provided in a part of the flow path, and at least one wall of the discharge chamber (here, referred to as a bottom wall, hereinafter referred to as a diaphragm) is bent. There is a method in which (in operation) the pressure in the discharge chamber is increased by shape change, and droplets are discharged from the communicating nozzle. In addition, the diaphragm is a movable electrode, a voltage is applied between the electrode (fixed electrode) facing the diaphragm at a distance, and the generated electrostatic force (electrostatic attractive force is often used. In some cases, the diaphragm is displaced by the generated electrostatic attraction and discharged by the pressure.
ここで、液体を液滴として吐出するためのノズルを有するノズル基板について考えてみる。ノズル基板は、主に異方性エッチングによる加工をシリコン基板に行って製造する。異方性エッチングとして、ドライエッチング(乾式エッチング)、ウェットエッチング(湿式エッチング)がある。例えば、ドライエッチングによりノズルとなる孔を所望の深さ分だけ形成し、ノズルとなる孔を形成した面の反対側の面から、ウェットエッチングにより凹部を形成し、ノズルの長さを調整しつつ、凹部の底面にノズルの吐出口を開口する(例えば特許文献1参照)。ここで、吐出性能を高める(吐出特性を安定させる)ため、ノズルの形状は、テーパ形状に近い、2段以上の段状に形成することが多い。 Here, consider a nozzle substrate having nozzles for ejecting liquid as droplets. The nozzle substrate is manufactured mainly by performing anisotropic etching on a silicon substrate. As anisotropic etching, there are dry etching (dry etching) and wet etching (wet etching). For example, a hole to be a nozzle is formed to a desired depth by dry etching, a recess is formed by wet etching from the surface opposite to the surface on which the nozzle hole is formed, and the nozzle length is adjusted. The nozzle outlet is opened on the bottom of the recess (see, for example, Patent Document 1). Here, in order to improve discharge performance (stabilize discharge characteristics), the shape of the nozzle is often formed in two or more steps close to a tapered shape.
また、研削、研磨により、あらかじめ基板の厚さを調整した後に、基板の両面からドライエッチングを行ってノズルを形成する場合もある(例えば特許文献2参照)。
しかし、特許文献1のような手順でノズル基板の製造を行うと、ノズル基板の表面から一段深く下がった凹部の底面が、ノズルの吐出口が開口した吐出面となる。ウェットエッチングは、表面が粗くなることが多いため、吐出口開口部分のばらつきにより液滴の飛行曲がりが生じることがある。また、ノズル孔の目詰まりの原因となる紙粉、液体等を吐出面から排除するために、ゴム片又はフェルト片等で吐出面を払拭するワイピング作業を行う場合、吐出面が凹部底面にあると、作業が難しくなる。
However, when the nozzle substrate is manufactured according to the procedure described in
一方、液滴吐出ヘッドのノズルの高密度化が進むとノズル基板の厚さを更に薄くしなければならなくなる。このような場合に特許文献2のようなノズル基板の製造を行うと、製造工程中に基板が割れる可能性が高くなり、歩留まりが低下するため、その分、液滴吐出ヘッドの製造単価が高価になる可能性がある。さらに、ドライエッチングの際に、加工形状が安定するように基板裏面からヘリウム(He)ガス等で冷却を行うが、ノズル孔を貫通させたときにHeガスが漏れてエッチングが不可能になる場合があった。
On the other hand, as the density of the nozzles of the droplet discharge head increases, the thickness of the nozzle substrate must be further reduced. In such a case, if the nozzle substrate as in
そのため、あらかじめノズルとなる凹部を形成した後に、ノズルとなる孔を形成した面の反対側の面から、研削、研磨を行って薄板化し、ノズルの吐出口を開口してノズル基板を製造する方法も考えられている。しかし、薄板化工程により、液滴吐出面においてノズルの先端部分となる吐出口周辺が、液滴吐出面に対して凹み、ディッシング形状(ラウンド形状)となる場合があった。そのため、例えば、ノズル内壁の撥液層を除去するプラズマ処理を行う際、液滴吐出面の撥液層を保護する保護フィルムと吐出口周辺部分とが密着せず、撥液層がダメージを受けて、撥液性が低下し、吐出特性が安定しない場合があった。 Therefore, after forming a recess to be a nozzle in advance, a method of manufacturing a nozzle substrate by grinding and polishing from a surface opposite to the surface on which a hole to be a nozzle is formed, and opening a nozzle discharge port Is also considered. However, due to the thinning process, the periphery of the discharge port, which is the tip of the nozzle on the droplet discharge surface, may be recessed with respect to the droplet discharge surface, resulting in a dishing shape (round shape). Therefore, for example, when performing plasma treatment to remove the liquid repellent layer on the inner wall of the nozzle, the protective film that protects the liquid repellent layer on the droplet discharge surface is not in close contact with the periphery of the discharge port, and the liquid repellent layer is damaged. As a result, the liquid repellency is lowered and the ejection characteristics may not be stable.
そこで、本発明においては、吐出口周辺においてディッシング形状を有さないようにし、安定した吐出特性を得ることができるノズル基板等を得ることを目的とする。また、それに適した製造方法等を得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain a nozzle substrate or the like that can obtain a stable discharge characteristic by avoiding the dishing shape around the discharge port. Moreover, it aims at obtaining the manufacturing method suitable for it.
本発明に係るノズル基板は、平板を貫通させて、液体を吐出するためのノズルを形成した、シリコンからなるノズル基板において、ノズルが基板表面よりも突出した吐出口を有するものである。
本発明によれば、ノズルの先端部分となる吐出口が基板表面よりも突出するようにしたので、ノズルの吐出口周辺部分における液体の引けがよくなり、液体がたまることなく、飛行曲がり等を生じず、吐出口から吐出する液滴の吐出特性が安定するノズル基板を得ることができる。
The nozzle substrate according to the present invention is a nozzle substrate made of silicon, in which a nozzle for discharging a liquid is formed by penetrating a flat plate, and the nozzle has a discharge port protruding from the substrate surface.
According to the present invention, since the discharge port serving as the tip portion of the nozzle protrudes from the surface of the substrate, the liquid near the discharge port of the nozzle is more easily drawn, so that the liquid does not accumulate, flight bending, etc. It is possible to obtain a nozzle substrate in which the discharge characteristics of droplets discharged from the discharge ports are stable.
また、本発明に係るノズル基板において、ノズルは、液滴を吐出させる方向に向かって孔径が小さくなる、テーパ形状又は複数段形状により形成されている。
本発明によれば、テーパ形状又は複数段にノズルを形成するようにしたので、吐出する液滴の直進性を高め、吐出性能の向上、安定等させることできる。
In the nozzle substrate according to the present invention, the nozzle is formed in a tapered shape or a multi-stage shape in which the hole diameter decreases in the direction in which the liquid droplets are ejected.
According to the present invention, since the nozzles are formed in a tapered shape or in a plurality of stages, it is possible to improve the straightness of the liquid droplets to be discharged, and to improve and stabilize the discharge performance.
また、本発明に係るノズル基板は、ノズルの吐出口が、基板の表面よりも0.1〜1.6μm突出している。
本発明によれば、ノズルの吐出口が、基板の表面よりも0.1〜1.6μm突出するようにしたので、吐出特性を安定させつつ、有効なワイピング作業を行って、紙粉等を払拭することができる。
In the nozzle substrate according to the present invention, the nozzle discharge port protrudes 0.1 to 1.6 μm from the surface of the substrate.
According to the present invention, since the discharge port of the nozzle protrudes 0.1 to 1.6 μm from the surface of the substrate, an effective wiping operation is performed while stabilizing discharge characteristics, and paper dust or the like is removed. Can be wiped off.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上述したノズル基板と、ノズル基板が有するノズルに液体を供給するための流路を有する流路基板と、流路基板内の液体を加圧するための加圧手段とを備える。
本発明によれば、上述したノズル基板を有し、加圧した液体を吐出させるようにしたので、安定した吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。
In addition, a liquid droplet ejection head according to the present invention includes the above-described nozzle substrate, a flow path substrate having a flow path for supplying liquid to the nozzles of the nozzle substrate, and a pressure for pressurizing the liquid in the flow path substrate. Pressure means.
According to the present invention, since the nozzle substrate described above is provided and the pressurized liquid is ejected, a droplet ejection head having stable ejection characteristics can be obtained.
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上述した液滴吐出ヘッドが搭載されている。
本発明によれば、上述した液滴吐出ヘッドを有し、液体の吐出を行うようにしたので、安定した吐出特性を有する液滴吐出装置を得ることができる。
Moreover, the droplet discharge apparatus according to the present invention is equipped with the above-described droplet discharge head.
According to the present invention, since the above-described droplet discharge head is provided and liquid is discharged, a droplet discharge device having stable discharge characteristics can be obtained.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板の一方の面側から異方性ドライエッチングを行って、ノズルとなる凹部を形成する工程と、少なくとも凹部内に酸化シリコンの膜を形成する工程と、凹部を形成した面を支持基板に対向させてシリコン基板を固定し、凹部を形成した面と反対側の面からシリコン基板を研削及び研磨を行い、凹部を貫通させて孔を形成し、また、基板表面よりもノズルの吐出口となる部分を突出させて、先端部分が円錐台形状のノズルを形成する工程とを有する。
本発明によれば、凹部内に酸化シリコンの膜を形成し、さらに、凹部を形成した面と反対側の面からシリコン基板を研削及び研磨することで、基板の表面よりもノズルの吐出口となる部分を突出させて先端部分が円錐台形状のノズルを形成するようにしたので、ノズルの吐出口周辺部分の液体の引けがよくなり、吐出特性を安定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 performing anisotropic dry etching from one surface side of a silicon substrate to form a recess to be a nozzle, and a silicon oxide film is formed at least in the recess. Fixing the silicon substrate with the surface where the recess is formed facing the support substrate, grinding and polishing the silicon substrate from the surface opposite to the surface where the recess is formed, and forming a hole through the recess And a step of forming a nozzle having a frustoconical shape with a tip portion protruding from the surface of the substrate to protrude from the surface of the substrate.
According to the present invention, the silicon oxide film is formed in the recess, and the silicon substrate is ground and polished from the surface opposite to the surface on which the recess is formed. As a result, the tip portion forms a frustoconical nozzle, so that the liquid around the discharge port of the nozzle is more easily drawn and the discharge characteristics can be stabilized.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルを形成したシリコン基板に対して撥水処理を行って撥水層を形成する工程と、吐出口を形成した面の撥水層を保護するための保護フィルムをシリコン基板に貼り付ける工程と、ノズル内壁の撥水層を除去するためのプラズマ処理を行う工程とをさらに有する。
本発明によれば、撥水処理により形成した撥水層を形成し、保護フィルムをノズルの吐出口に密着させて塞ぎ、十分に保護した上で、プラズマ処理を行ってノズル内壁の撥水層を除去するようにしたので、液滴を吐出する側の面の撥水層を損なうことなくノズル基板を形成することができる。そのため、撥水効果を十分に発揮してさらに吐出特性を安定させることができる。
The method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention also includes a step of forming a water-repellent layer by performing a water-repellent treatment on the silicon substrate on which the nozzle is formed, and protecting the water-repellent layer on the surface on which the discharge port is formed. And a step of performing a plasma treatment for removing the water-repellent layer on the inner wall of the nozzle.
According to the present invention, the water-repellent layer formed by the water-repellent treatment is formed, and the protective film is closely adhered to the nozzle outlet and closed and sufficiently protected, and then the plasma treatment is performed to perform the water-repellent layer on the inner wall of the nozzle. Thus, the nozzle substrate can be formed without damaging the water-repellent layer on the surface on which the droplets are ejected. Therefore, it is possible to sufficiently exhibit the water repellent effect and further stabilize the ejection characteristics.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、液体が吐出する方向に向かって孔径が小さくなる複数段状になるように、ノズルとなる凹部を形成する。
本発明によれば、テーパ形状又は複数段にノズルを形成するようにしたので、吐出する液滴の直進性を高め、吐出特性を向上させることできる。
Further, in the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the concave portions to be the nozzles are formed so as to have a plurality of steps in which the hole diameter decreases in the direction in which the liquid is discharged.
According to the present invention, since the nozzles are formed in a tapered shape or in a plurality of stages, it is possible to improve the straightness of the droplets to be discharged and improve the discharge characteristics.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン研磨用のスラリーのみを用いて、CMPによる研磨を行ってノズルを形成する。
本発明によれば、シリコン研磨用のスラリーのみを用いた研磨をおこなうようにしたので、特に、酸化シリコンとの研磨速度(レート)の違いに基づいて、先端部分が円錐台形状のノズルを形成することができる。
In the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, the nozzle is formed by polishing by CMP using only the slurry for silicon polishing.
According to the present invention, since polishing is performed using only a slurry for polishing silicon, a tip having a truncated cone shape is formed particularly on the basis of the difference in polishing rate (rate) with silicon oxide. can do.
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、研磨を行う際に、研磨パッドの種類及び/又は加重を調整して、吐出口となる部分が突出する高さを調整する。
本発明によれば、研磨パッドの種類及び/又は加重を調整して、吐出口となる部分が突出する高さを調整するようにしたので、ノズルが突出する高さを所望の高さに制御することができる。
Further, in the method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention, when polishing, the type and / or weight of the polishing pad is adjusted to adjust the height at which the portion serving as the discharge port protrudes.
According to the present invention, the height at which the portion that becomes the discharge port protrudes is adjusted by adjusting the type and / or weight of the polishing pad, so the height at which the nozzle protrudes is controlled to a desired height. can do.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の方法で製造したノズル基板と、ノズル基板が有するノズルに液体を供給するための流路と、流路の一部に液体を加圧する加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有するものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造したノズル基板を用いて液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、吐出特性を安定させた液滴吐出ヘッドを製造することができる。
In addition, the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle substrate manufactured by the above method, a channel for supplying liquid to the nozzles of the nozzle substrate, and a liquid added to a part of the channel. And a step of bonding a substrate provided with a pressing means for pressing.
According to the present invention, since the droplet discharge head is manufactured using the nozzle substrate manufactured by the above-described manufacturing method, a droplet discharge head with stable discharge characteristics can be manufactured.
また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造するものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造した液滴吐出ヘッドを用いて液滴吐出装置を製造するようにしたので、吐出特性を安定させた装置を製造することができる。
In addition, a method for manufacturing a droplet discharge device according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge device by applying the method for manufacturing a droplet discharge head described above.
According to the present invention, since the droplet discharge device is manufactured using the droplet discharge head manufactured by the above-described manufacturing method, a device with stable discharge characteristics can be manufactured.
実施の形態1.
図1は本発明の第1の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図1は静電アクチュエータの代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドを表している(なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する)。図1において、電極基板10は厚さ約1mmであり、図1では、キャビティ基板20の下面に、振動板22と対向して接合される。本実施の形態では、電極基板10を構成する基板として硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを材料とする。電極基板10には、キャビティ基板20に形成される各吐出室21に合わせ、例えば深さ約0.25μmの溝部11を設け、その内側(特に底部)に各吐出室22と対向する個別電極12A、リード部12B及び端子部12C(以下、特に区別しないときはこれらを合わせて電極部12という)を設けている。本実施の形態では、電極部12の材料として、酸化錫を不純物としてインジウムにドープしたITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)を用い、例えばスパッタ等により溝部11の底面に例えば0.1μmの厚さで成膜する。液体供給口13は、外部のタンク(図示せず)から液滴吐出ヘッドにインク等の液体を供給するための取り入れ口となる。
FIG. 1 is an exploded view of a droplet discharge head according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a face eject type liquid droplet ejection head as a representative of an electrostatic actuator. (For the sake of clarity, the components are shown in the following drawings including FIG. May be different from the actual relationship, and the upper side of the figure is the upper side and the lower side is the lower side). In FIG. 1, the
流路基板となるキャビティ基板20は、例えば表面が(110)面方位のシリコン単結晶基板(この基板を含め、以下、単にシリコン基板という)を材料としている。キャビティ基板20には、加圧して吐出するための液体を一時的にためる吐出室21となる凹部(底壁が被駆動部となる振動板22となる)及び各ノズル共通に吐出する液体をためておくためのリザーバ23となる凹部を形成している。凹部の形成には、例えば異方性ウェットエッチング法(以下、ウェットエッチングという)を用いる。リザーバ23は液体供給口13を介して供給される液体を一旦ため、各吐出室22に液体を供給する。また、キャビティ基板1上に設けられた共通電極端子24は、電極部12に供給される電荷とは反対の電荷をキャビティ基板20に供給するためのものである。また、個別電極12Aと振動板22とを絶縁させるため、振動板22の下面には酸化シリコン等からなる絶縁膜25が成膜されている。また、特に図示していないが、吐出室21となる凹部等を設けている側にも、キャビティ基板20を吐出液体等から保護する液体保護膜を成膜するようにしてもよい。
The
ノズル基板30は、電極基板10とは反対の面(図1の場合には上面)でキャビティ基板20と接合されている。本実施の形態のノズル基板30は、吐出室21と連通する、2段で形成されたノズル31を複数有しているものとする。ノズル基板30の外側(図1の場合には上面)の面で円形になるように開口した、液体の吐出側となる小さい方の口径(約20μm)の吐出口を有する円柱状のノズルを第1ノズル31Aとする。また、内側(キャビティ基板20と対向する面、図1の場合には下面)の面で円形になるように開口した、液体の供給側になる大きい方の口径(約50μm)の口を有する円柱状のノズルを第2ノズル31Bとする。ここで第1ノズル31Aと第2ノズル31Bにより形成される円の中心は同じ(同心円)であるとする。また、内側の面にはオリフィス32となる細溝を設け、吐出室21とリザーバ23とを連通させ、リザーバ23に溜めた液体を吐出室21に供給するための連通溝とする。ここでは、特に図示していないが、例えば、振動板22の加圧により、リザーバ23に溜められた液体に伝播する力を緩衝するためのダイヤフラムを設けるようにしてもよい。図1ではノズル基板30が上面となり、電極基板20を下面としているが、実際に用いられる場合には、通常、ノズル基板30の方が電極基板20よりも下面となる。
The
図2は液滴吐出ヘッドの断面図である。端子部12Cは電極取出し口26において、外部に露出している。そして、発振回路41は、直接又はワイヤ、FPC(Flexible Print Circuit)等の配線42を介して電気的に端子部12C、共通電極端子24と接続され、個別電極12A、キャビティ基板20(振動板22)に電荷(電力)の供給及び停止を制御する回路である。発振回路41は、発振することで、個別電極12Aに例えばパルス電圧を印加して電荷供給を行う。発振回路41が発振駆動し、各個別電極12Aに選択的に電荷を供給して正又は負に帯電させ、また、振動板22を相対的に逆相負に帯電させる。このとき、静電気力により振動板22は個別電極12Aに引き寄せられて撓む。これにより吐出室21の容積は広がる。電荷供給を止めると振動板22は元に戻るが、そのとき吐出室21の容積も元に戻り、その圧力により液滴が吐出する。この液滴が例えば吐出対象物に着弾して印刷等が行われる。端子部12Cを外部に露出させることで、個別電極12Aと振動板22との間の空間(ギャップ)が外気と連通するのを防ぐために、封止材27により封止及び外気の遮断をしている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the droplet discharge head. The terminal portion 12 </ b> C is exposed to the outside at the electrode outlet 26. The oscillation circuit 41 is electrically connected to the terminal portion 12C and the
本実施の形態は、ノズル基板30の液滴吐出側の面において、第1ノズル31Aによる液滴の吐出口が設けられた部分が、液滴を吐出する面の表面部分(液滴吐出ヘッドの)よりも低く凹むディッシング形状(ラウンド形状)とならないようにする。そのため、少なくともノズル31Aの側壁部分にあらかじめ酸化シリコンを形成しておく。そして、例えばノズル31の長さ調整等を行うために基板を研削し、最終調整として研磨を行う際、シリコン研磨用のスラリーで研磨を行うようにする。シリコンと酸化シリコンとで研磨される程度が異なることで、酸化シリコンが吐出口周辺のシリコンが過度に研磨されるのを防ぎ、ディッシング形状が形成されるのを防止することができる。また、それだけでなく、研磨が遅れる酸化シリコン周辺には連なる形でシリコンが残るため、ノズル31のエッジ部分(先端部分)が円錐台形状(逆ディッシング形状)となるように形成することができる。これにより、吐出口の部分を基板表面より突出させることができ、液体の引けがよく、吐出特性を安定させることができるノズル基板30(液滴吐出ヘッド)を得ることができる。
In the present embodiment, on the surface of the
図3〜図6は実施の形態1のノズル基板30の作製方法を表す図である。次に図3〜図6に基づいて、本発明におけるノズル基板30の作製方法の手順について説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドのノズル基板30を同時形成するが、図3〜図6ではその一部分となるノズル31を形成する部分だけを示すものとする。ここで、以下では具体的な数値を挙げて説明するが、これらの数値は一例を表すものであり、これらの値に限定するものではない。
3 to 6 are diagrams illustrating a method for manufacturing the
まず、厚さ約280μmのシリコン基板51に、エッチングを行う際、シリコン基板51を保護するための膜(レジスト)となる酸化シリコン膜52を例えば約1μm全面成膜する(図3(a))。成膜方法については特に限定しないが、ここでは、例えば、高温(約1075℃)で酸素及び水蒸気雰囲気中にシリコン基板51を晒して成膜する熱酸化法を用いる。
First, when etching is performed on a
そして、酸化シリコン膜52を選択的にエッチングしてパターニングを行うため、フォトリソグラフィ法を用い、フォトレジスト膜53となる感光剤を塗布する。そして、露光、現像により、第2ノズル31Bとなる部分のフォトレジスト膜53を除去し、パターン形成(パターニング)を行う(図3(b))。そして、例えばフッ酸水溶液、緩衝フッ酸水溶液(BHF:例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液とを1:6で混合した液体)等に浸積し、第2ノズル31Bとなる部分の酸化シリコン膜52を、ハーフエッチングにより除去する(図3(c))。ハーフエッチングにより、第2ノズル31Bとなる部分の酸化シリコン膜52を除去せず、シリコンは露出させないようにする。そして、このとき、第2ノズル31Bとなる部分の形成した側の裏面についてもハーフエッチングを行う。そして、硫酸洗浄等によりフォトレジスト膜53を除去する(図3(d))。 Then, in order to selectively etch the silicon oxide film 52 and perform patterning, a photosensitizing agent that becomes the photoresist film 53 is applied using a photolithography method. Then, a portion of the photoresist film 53 that becomes the second nozzle 31B is removed by exposure and development, and pattern formation (patterning) is performed (FIG. 3B). Then, for example, a silicon oxide film in a portion to be the second nozzle 31B is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, a buffered hydrofluoric acid aqueous solution (BHF: for example, a liquid in which a hydrofluoric acid aqueous solution and an ammonium fluoride aqueous solution are mixed at 1: 6) or the like. 52 is removed by half etching (FIG. 3C). The silicon oxide film 52 in the portion that becomes the second nozzle 31B is not removed by half etching, and silicon is not exposed. At this time, half etching is also performed on the back surface on the side where the portion to be the second nozzle 31B is formed. Then, the photoresist film 53 is removed by washing with sulfuric acid or the like (FIG. 3D).
そして、再度フォトレジスト膜54を成膜し、第1ノズル31Aとなる部分及びオリフィス32となる部分のフォトレジスト膜54を除去し、パターン形成(パターニング)を行う(図3(e))。第2ノズル31Bとなる部分の酸化シリコン膜52を除去した場合と同様に、第1ノズル31Aとなる部分の酸化シリコン膜52を、ハーフエッチングにより除去する(図3(f))。このとき、第1ノズル31Aとなる部分のシリコンが露出する。また、裏面についても酸化シリコン膜52がすべて除去してシリコンが露出する。そして、硫酸洗浄等によりフォトレジスト膜54を除去する(図4(g))。 Then, a photoresist film 54 is formed again, and the photoresist film 54 in the portion that becomes the first nozzle 31A and the portion that becomes the orifice 32 is removed, and pattern formation (patterning) is performed (FIG. 3E). Similarly to the case where the silicon oxide film 52 in the portion serving as the second nozzle 31B is removed, the silicon oxide film 52 in the portion serving as the first nozzle 31A is removed by half etching (FIG. 3F). At this time, a portion of silicon that becomes the first nozzle 31A is exposed. Also, the silicon oxide film 52 is completely removed from the back surface to expose silicon. Then, the photoresist film 54 is removed by washing with sulfuric acid or the like (FIG. 4G).
次に、ドライエッチングを行い、第1ノズル31Aの部分に対して、例えば口径約20μm、深さ約25μmの凹部(孔)を形成する(図4(h))。ドライエッチングの種類等については特に限定しないが、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)放電によるドライエッチングを行うようにしてもよい。この場合、エッチングに用いるガスとして、例えばフッ素系のC4 F8 (クタフルオロシクロブタン)で側壁面の保護を行いつつ、SF6 (6フッ化硫黄)で深さ方向へのエッチングを交互に繰り返し、ドライエッチングを行う。そして、フォトリソグラフィ法等により、ハーフエッチングにより残されていた第2ノズル31Bとなる部分及びオリフィス32となる部分の酸化シリコン膜52を除去する(図4(i))。 Next, dry etching is performed to form, for example, a recess (hole) having a diameter of about 20 μm and a depth of about 25 μm in the first nozzle 31A (FIG. 4H). The type of dry etching or the like is not particularly limited. For example, dry etching by ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge may be performed. In this case, the etching is alternately repeated in the depth direction with SF 6 (sulfur hexafluoride) while protecting the side wall surface with, for example, fluorine-based C 4 F 8 (Kutafluorocyclobutane) as a gas used for etching. Then, dry etching is performed. Then, the silicon oxide film 52 in the portion that becomes the second nozzle 31B and the portion that becomes the orifice 32 left by the half etching is removed by photolithography or the like (FIG. 4I).
さらに、ドライエッチングを行い、第2ノズル31Bの部分に対して口径約50μm、深さ40μmの凹部(孔)を形成する。第1ノズル31Aの部分についてはさらに40μm深い部分まで凹部が形成されることになる。また、ドライエッチングによりオリフィス32も同時に形成する(図4(j))。ここでもドライエッチングの種類等については特に限定しない。ドライエッチングが終了すると、保護膜として成膜していた酸化シリコン膜52を除去する。酸化シリコン膜52の除去は、例えば前述したフッ酸水溶液等で全面をウェットエッチングすることで行う。 Further, dry etching is performed to form a recess (hole) having a diameter of about 50 μm and a depth of 40 μm with respect to the second nozzle 31B. About the part of the 1st nozzle 31A, a recessed part will be formed to a 40-micrometer deep part. Further, the orifice 32 is simultaneously formed by dry etching (FIG. 4 (j)). Again, the type of dry etching is not particularly limited. When dry etching is completed, the silicon oxide film 52 formed as a protective film is removed. The removal of the silicon oxide film 52 is performed, for example, by wet etching the entire surface with the above-described hydrofluoric acid aqueous solution or the like.
そして、酸化シリコン膜55を全面に成膜する(図4(k))。ここでは、例えば、約1000℃の酸素雰囲気中にシリコン基板51を2時間晒して成膜するドライ熱酸化法を用いて0.1μmの膜を全面に成膜する。
Then, a silicon oxide film 55 is formed on the entire surface (FIG. 4K). Here, for example, a 0.1 μm film is formed on the entire surface by using a dry thermal oxidation method in which the
そして、シリコン基板51のエッチングを行った面51Aと支持基板61とを例えば両面テープ62で接着して固定する(図5(l))。この両面テープ62については特に限定するものでないが、例えば、熱、紫外線等により接着強度(粘着強度)が低下する、自己剥離層を有するテープとしてもよい。本実施の形態では、例えば、紫外線照射により接着強度が弱まるUV硬化型接着層63を両面に備えた両面テープ62を用いる。ここで、接着界面に気泡が含まれると、研磨時に板厚がばらつく可能性があるため、支持基板61に貼り合わせた両面テープ62のUV硬化型接着層63と支持基板61とを向かい合わせて真空中で貼り合わせ、接着界面に気泡が残らないようにしてきれいな接着を行うようにする。
Then, the etched surface 51A of the
両面テープ62により支持基板61と接着した面と反対の面から、所望の板厚より若干広い厚さになるまで、バックグラインダ(図示せず)によりシリコン基板51を研削する。ここでは、板厚が約71μmとなるまで研削するものとする。そして、さらにポリッシャー、CMP(Chemichal Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)装置により所定の板厚(約65μm)まで研磨を行う(図5(m))。ここでは、ドライポリッシャーによる研磨を行わず、シリコン研磨用のスラリーを用いて研磨を行う。この研磨工程については後述する。
The
シリコン基板51の液滴吐出面51Bに、耐インク保護膜、かつ、撥液層の下地となる酸化物系金属膜を成膜する。本実施の形態では、スパッタ法により0.1μmの厚さの酸化シリコン膜56を成膜する(図5(n))。ここでは、スパッタ法により酸化シリコン膜56(酸化物系金属膜)を成膜しているが、UV硬化型接着層63が劣化せず、シリコン基板51との密着性を確保できるような温度(100℃程度)以下で成膜できるのであればスパッタ法に限るものではない。また、例えば、酸化ハフニウム膜、酸化タンタル、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化ジルコニウム等も酸化物系金属膜の材料とすることができる。
On the droplet discharge surface 51B of the
さらに、酸化シリコン膜56を成膜した液滴吐出面51Bの表面に撥液処理を施す。フッ素(F)原子を含む撥液性を持った材料を、蒸着、ディッピング等で成膜し、撥液層57を形成する(図5(o))。この撥液処理により、本来、形成しなくてもよいノズル31の内壁にも撥液層57が形成されることになる。
Further, a liquid repellent treatment is performed on the surface of the droplet discharge surface 51B on which the silicon oxide film 56 is formed. A liquid repellent material containing fluorine (F) atoms is deposited by vapor deposition, dipping, etc., to form a liquid repellent layer 57 (FIG. 5 (o)). By this liquid repellent treatment, the liquid repellent layer 57 is also formed on the inner wall of the
シリコン基板51の液滴吐出面51Bに、保護フィルム64を貼り付ける(図5(p))。ここで、図5(p)以降の図においては基板の上下を逆転している。そして、支持基板61側から紫外線光を照射し(図6(q))、両面テープ62のUV硬化型接着層63を硬化させ、支持基板61とシリコン基板51とを分離させる(図6(r))。
A
そして、Arプラズマ処理又は02 プラズマ処理によって、エッチングを行った面51Aから、余分に形成されたノズル31の内壁面の撥液層57を除去(アッシング)する。本実施の形態では、Arプラズマ処理を行うものとする(図6(s))。その後、ノズル基板30としてキャビティ基板20と接着させる際、接着強度を上げるため、プライマー処理液に1時間浸漬した後、純水でリンスして80℃、1時間の条件でベーキングして乾燥させる。ここで、プライマー処理液として、例えばシランカップリング剤を用いる。
Then, the Ar plasma treatment or 0 2 plasma treatment to the surface 51A subjected to etching, extra-formed removed liquid-repellent layer 57 of the inner wall surface of the nozzle 31 (ashing). In this embodiment, Ar plasma treatment is performed (FIG. 6 (s)). Thereafter, when the
シリコン基板51に貼り付けた保護フィルム64を剥す(図6(t))。そして、カッター等を用いて切断(ダイシング)等を行うことにより、シリコン基板51から各ノズル基板30に分割して個片(チップ)化し、ノズル基板30を作製する(図6(u))。
The
図7は液滴吐出面51Bを研磨することにより形成されるノズル31のノズルエッジ(吐出口)部分の形状を表す図である。ここでは、図5(m)で示したCMPによる研磨工程について詳述する。シリコン基板51を薄板化する工程においては、通常、ドライポリッシャーを用いて研磨を行うことが多い。この場合、図7(a)に示すように、液滴吐出面51Bにおいて、ノズル31の吐出口の周辺部分がディッシング形状(凹み形状)になり、ノズル31の吐出口として開口している部分が液滴吐出面51Bより0.3〜1.4μm入り込んだ位置(凹んだ位置)になっていた。
FIG. 7 is a diagram showing the shape of the nozzle edge (discharge port) portion of the
図8は保護フィルム64とシリコン基板51との密着具合を示すための図である。上述したように、ディッシング形状により吐出口の液滴吐出面51Bからの入り込み量(以降、ディッシング量)が大きい(凹みが大きい)と、吐出口周辺部分における液滴吐出面51Bと保護フィルム64の粘着層64Aとが密着しなくなる。そのため、図6(s)において、ノズル31内壁面の撥液層57を除去するプラズマ処理工程を行う際、保護フィルム64が吐出口を塞ぐことができず、吐出口周辺の部分における液滴吐出面51Bを有効に保護することができず、Arが回り込み、液滴吐出面51Bにおける撥液層57にダメージを与えてしまう。そのため、吐出口周辺の撥液層57が除去されてしまい、撥液効果が発揮できなくなる。
FIG. 8 is a view for showing the close contact between the
そこで、本実施の形態では、図5(m)に示すCMPによる研磨において、シリコン研磨用のスラリーのみを用いるようにする。また、このとき、研磨パッドに柔軟性のあるものを選択し、研磨時の加重をコントロールする。スラリーはシリコン研磨用であるため、シリコンに比べて酸化シリコンの方が研磨に係る速度が遅くなる。このため、ノズル31の内壁面に成膜された酸化シリコン膜55が研磨が遅れる。また、酸化シリコン膜55に連なって、酸化シリコン膜55近傍のそして、酸化シリコン膜55の近傍となる吐出口周辺部分のシリコンも研磨されにくくなる。これにより、液滴吐出面51Bにおいて吐出口周辺部分が過度に研磨されるのを防ぐだけでなく、図7(b)に示すように、ノズル31の吐出口を中心とした高さ(逆ディッシング量)0.1〜1.6μmの凸形状(円錐台形状、山形状)となって、ノズル31のエッジ部分となる吐出口を液滴吐出面51Bよりも突出させることができる。ノズル31の先端部分が微小な凸形状となったことで、吐出口から吐出する液体の引けがよくなり、吐出特性を安定させることができるという効果が得られる。
Therefore, in the present embodiment, only the polishing slurry for silicon is used in the polishing by CMP shown in FIG. At this time, a flexible polishing pad is selected to control the weight during polishing. Since the slurry is for polishing silicon, silicon oxide is slower in polishing than silicon. For this reason, the polishing of the silicon oxide film 55 formed on the inner wall surface of the
ここで、研磨工程において、前述したように用いる研磨パッドの種類、加重等を変化させ、酸化シリコン膜55の研磨具合が異ならせることで、形成する凸形状の高さを異ならせることができる。研磨パッドの種類、加重等については、とくに限定するものではないが、本実施の形態では、Wf加圧が11.5kPaとなる研磨パッド、加重となるように調整し、CMPによる研磨量を5.8μmとする。このとき、研磨速度(レート)を0.5μm/minとする。 Here, in the polishing step, the height of the convex shape to be formed can be made different by changing the type and weight of the polishing pad used as described above and making the polishing condition of the silicon oxide film 55 different. The type and weight of the polishing pad are not particularly limited, but in this embodiment, the polishing pad is adjusted so that the Wf pressure is 11.5 kPa, the weight is increased, and the polishing amount by CMP is 5 .8 μm. At this time, the polishing rate (rate) is set to 0.5 μm / min.
また、保護フィルム64との密着に関しても、図8(b)で示すように、保護フィルム64の粘着層64Aが突出した吐出口を塞ぎ、さらに液滴吐出面51Bの吐出口周辺部分と保護フィルム64の粘着層64Aとが密着し、プラズマ処理を行っても液滴吐出面51Bの吐出口周辺部分における撥液層57の撥液性が損なわれることはなくなった。
Further, regarding the close contact with the
図9は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図9に基づいて他の基板の作製をはじめとする液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図9ではその一部分だけを示している。 FIG. 9 is a diagram illustrating a manufacturing process of the droplet discharge head. Based on FIG. 9, the manufacturing process of the liquid droplet ejection head including the production of another substrate will be described. Actually, a plurality of droplet discharge head members are simultaneously formed from a silicon wafer, but only a part thereof is shown in FIG.
電極基板10となる約1mmのガラスの基板の一方の面に対し、電極部12の形状パターンに合わせて0.2μmの深さの溝部11を形成する。そして、例えばスパッタ等の方法を用いて、0.1μmの厚さのITOを溝部11の内側(特に底壁)に成膜し、電極部12を形成する。さらに液体供給口13をサンドブラスト法または切削加工により形成する。これにより、ガラス基板10が作製される(図9(a))。
A groove 11 having a depth of 0.2 μm is formed in accordance with the shape pattern of the electrode portion 12 on one surface of a glass substrate of about 1 mm to be the
キャビティ基板20となる基板については、まず例えば表面が(110)面方位の酸素濃度の低いシリコン基板71の片面を鏡面研磨し、220μmの厚みにする。次に、シリコン基板71にボロンドープ層72を形成する面を、B2 O3 を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。さらに縦型炉に石英ボートをセットして、炉内を窒素雰囲気にし、例えば、温度を1050℃に上昇させて7時間保持してボロンをシリコン基板71中に拡散させ、ボロンドープ層72を形成する。このとき、ボロンドープ層72の表面にはボロン化合物が形成されているが(図示なし)、酸素及び水蒸気雰囲気中、600℃の条件で1時間30分酸化することで、フッ酸水溶液によるエッチングが可能なB2O3+SiO2 に化学変化させ、フッ酸水溶液にてウェットエッチングして除去する。そして、さらにボロンドープ層72を形成した面に、プラズマCVD法により絶縁膜25を成膜する(図9(b))。絶縁膜25は、例えばプラズマCVD法により、成膜時の処理温度を360℃、高周波出力を250W、圧力は66.7Pa(0.5Torr)、ガス流量をTEOS流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で0.1μm成膜する。
As for the substrate to be the
次にシリコン基板71と電極基板10を360℃に加熱した後、電極基板10に負極、シリコン基板71に正極を接続して、800Vの電圧を印加して陽極接合を行う。そして、陽極接合後の接合済み基板において、シリコン基板71の厚みが約60μmになるまでシリコン基板71表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、例えば32w%の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板71を約10μmウェットエッチングする。これによりシリコン基板71の厚みを約50μmにする(図9(c))。
Next, after heating the silicon substrate 71 and the
ウェットエッチングを行った面に対し、例えばエッチングマスクとなる酸化シリコン膜73を、TEOSによるプラズマCVD法で成膜する。酸化シリコン膜73の成膜条件としては、例えば、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は700W、圧力は33.3Pa(0.25Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で1.5μm成膜する。TEOSを用いた成膜は比較的低温で行うことができ、基板の加熱をできる限り抑えられる。さらに、フォトリソグラフィ法を用い、酸化シリコン膜73において、吐出室21、リザーバ23及び電極取出し口26となる部分をエッチングにより除去する(図9(d))。ここで、例えば吐出室21及び電極取出し口26となる部分についてはシリコンを露出させ、リザーバ23についてはハーフエッチングにより酸化シリコン膜73を残す。これはリザーバ23となる部分についてはシリコンを残すことにより、剛性を持たせるようにするためである。
For example, a silicon oxide film 73 serving as an etching mask is formed on the wet etched surface by a plasma CVD method using TEOS. The film formation conditions for the silicon oxide film 73 include, for example, a processing temperature of 360 ° C., a high frequency output of 700 W, a pressure of 33.3 Pa (0.25 Torr), and a gas flow rate of TEOS flow rate 100 cm 3 / min (100 sccm). ), And a film thickness of 1.5 μm is formed under the condition of oxygen flow rate of 1000 cm 3 / min (1000 sccm). Film formation using TEOS can be performed at a relatively low temperature, and heating of the substrate can be suppressed as much as possible. Further, using the photolithography method, portions of the silicon oxide film 73 which become the
次に、接合済み基板を35wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室21となる部分の厚みが約10μmになるまでウェットエッチングを行う。さらに、接合済み基板を3wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層72において、エッチングストップが十分効いたものと判断するまでエッチングを続ける。このように、前記2種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたウェットエッチングを行うことによって、形成される振動板22の面荒れを抑制し、厚み精度を0.80±0.05μm以下にすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる(図9(e))。ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板を例えばフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板71表面の酸化シリコン膜73を除去する(図9(f))。
Next, the bonded substrate is immersed in a 35 wt% potassium hydroxide aqueous solution, and wet etching is performed until the thickness of the portion that becomes the
シリコン基板71の電極取出し口26となる部分のシリコン(ボロンドープ層72)を除去し、開口する。除去の方法については、特に限定しないが、例えばピン等で突いて壊すこともできる。また、ドライエッチングを行って開口することもできる。その後、電極取出し口26の端部にあるキャビティ基板20と各凹部11との間で形成されるギャップの開口部に沿って、例えばエポキシ樹脂を流し込んだり、酸化シリコンを堆積等させたりして封止材27を形成して封止し、ギャップを外気から遮断する(図9(g))。ここで、特に図示はしないが、例えば、キャビティ基板20の上面に、液体保護のための酸化シリコン膜を、例えばTEOSを用い、プラズマCVD法により形成するようにしてもよい。
The silicon (boron doped layer 72) in the portion that becomes the electrode outlet 26 of the silicon substrate 71 is removed and opened. The removal method is not particularly limited. For example, it can be broken by a pin or the like. Moreover, it can also open by performing dry etching. Thereafter, sealing is performed by pouring, for example, epoxy resin or depositing silicon oxide along the opening of the gap formed between the
封止が完了すると、例えば、共通電極端子24となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板71側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ(Pt)をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子24を形成する。そして、別工程で作製した前述のノズル基板30を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板20側から接着し、接合する(図9(h))。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。
When the sealing is completed, for example, a mask having an opening at a portion to be the
以上のように実施の形態1によれば、ノズル基板30となるシリコン基板51を所定の厚さにするために行う研磨工程により、ノズル31の吐出口を液滴吐出面51Bの表面よりも0.1〜1.6μm突出させ、ノズル31の先端部分を凸形状にするようにしたので、ノズル31の吐出口周辺部分の液体の引けがよくなり、吐出特性を安定させることができる。また、プラズマ処理工程において液滴吐出面51Bの撥液層57を保護するための保護フィルム64を吐出口に密着させることができるため、プラズマ処理工程において液滴吐出面51Bの撥液層57が損なわれず、撥液性を維持することができ、さらに吐出特性を安定させることができる。そして、シリコン研磨用のスラリーのみを用いるようにしたので、酸化シリコン膜55の研磨をシリコン基板51のシリコンの研磨よりも遅らせて、吐出口部分(先端部分)を凸形状にしたノズル31を形成することができる。このとき、研磨パッドの種類、加重等を制御することにより、所望する凸形状のノズル31を形成することができる。
As described above, according to the first embodiment, the discharge port of the
実施の形態2.
上述の実施の形態における液滴吐出ヘッドは、電極基板10、キャビティ基板20及びノズル基板30の3つの基板を積層して構成したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、リザーバ23の容積を大きくするため、リザーバ23となる凹部を独立した基板に形成し、4つの基板を積層した構成の液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
The droplet discharge head in the above-described embodiment is configured by laminating three substrates of the
上述の実施の形態では、振動板22と個別電極12との間に発生する静電力により振動板22を変位させて液体を加圧し、ノズル31から液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドについて説明した。本発明はこれに限定するものではない。例えば、気体を発生させたり、圧電素子を用いる等、他の加圧方法による液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
In the above-described embodiment, the liquid droplet discharge head that pressurizes the liquid by displacing the
実施の形態3.
図10は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。また、図11は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図10及び図11の液滴吐出装置は液滴吐出方式(インクジェット方式)による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図11において、被印刷物であるプリント紙100が支持されるドラム101と、プリント紙100にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド102とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド102にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙110は、ドラム101の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ103により、ドラム101に圧着して保持される。そして、送りネジ104がドラム101の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド102が保持されている。送りネジ104が回転することによって液滴吐出ヘッド102がドラム101の軸方向に移動するようになっている。
FIG. 10 is an external view of a droplet discharge apparatus using the droplet discharge head manufactured in the above embodiment. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of main constituent means of the droplet discharge device. 10 and 11 is intended for printing by a droplet discharge method (inkjet method). Further, it is a so-called serial type device. In FIG. 11, a drum 101 that supports a printing paper 100 that is a substrate to be printed and a
一方、ドラム101は、ベルト105等を介してモータ106により回転駆動される。また、プリント制御手段107は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ104、モータ106を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて振動板22を振動させ、制御をしながらプリント紙110に印刷を行わせる。
On the other hand, the drum 101 is rotationally driven by a
ここでは液体をインクとしてプリント紙110に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、OLED等の表示基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、DNA(Deoxyribo Nucleic Acids :デオキシリボ核酸)、他の核酸(例えば、Ribo Nucleic Acid:リボ核酸、Peptide Nucleic Acids:ペプチド核酸等)タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
Here, the liquid is ejected onto the
10 電極基板、11 溝部、12 電極部、12A 個別電極、12B リード部、12C 端子部、13 液体供給口、20 キャビティ基板、21 吐出室、22 振動板、23 リザーバ、24 共通電極端子、25 絶縁膜、26 電極取出し口、27 封止材、30 ノズル基板、31 ノズル、31A 第1ノズル、31A−1 ノズル吐出口、31B 第2ノズル、31B−1 ノズル供給口、32 オリフィス、33 ダイヤフラム、34 凹部、41 発振回路、42 配線、51 シリコン基板、51A エッチングを行った面、51B 液滴吐出面、52,55,56 酸化シリコン膜、53,54 フォトレジスト膜、57 撥液層、61 支持基板、62 両面テープ、63 UV硬化型接着層、64 保護フィルム、64A 密着層、71 シリコン基板、72 ボロンドープ層、73 酸化シリコン膜、100 プリンタ、101 ドラム、102 液滴吐出ヘッド、103 紙圧着ローラ、104 送りネジ、105 ベルト、106 モータ、107 プリント制御手段、110 プリント紙。 10 electrode substrate, 11 groove portion, 12 electrode portion, 12A individual electrode, 12B lead portion, 12C terminal portion, 13 liquid supply port, 20 cavity substrate, 21 discharge chamber, 22 diaphragm, 23 reservoir, 24 common electrode terminal, 25 insulation Membrane, 26 Electrode outlet, 27 Sealing material, 30 Nozzle substrate, 31 Nozzle, 31A First nozzle, 31A-1 Nozzle outlet, 31B Second nozzle, 31B-1 Nozzle supply port, 32 Orifice, 33 Diaphragm, 34 Recess, 41 Oscillation circuit, 42 wiring, 51 silicon substrate, 51A etched surface, 51B droplet discharge surface, 52, 55, 56 silicon oxide film, 53, 54 photoresist film, 57 liquid repellent layer, 61 support substrate 62 double-sided tape, 63 UV curable adhesive layer, 64 protective film, 64A adhesive layer, 1 silicon substrate, 72 boron-doped layer, 73 silicon oxide film, 100 a printer, 101 a drum, 102 droplet discharge head, 103 paper press roller, 104 a feed screw, 105 belt, 106 motor, 107 print control means 110 print paper.
Claims (12)
前記ノズルは、基板端面よりも突出した吐出口を有することを特徴とするノズル基板。 In a nozzle substrate made of silicon, in which a nozzle for ejecting liquid is formed through a flat plate,
The nozzle substrate has a discharge port protruding from an end surface of the substrate.
該ノズル基板が有する前記ノズルに液体を供給するための流路を有する流路基板と、
該流路基板内の液体を加圧するための加圧手段と
を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The nozzle substrate according to any one of claims 1 to 3,
A flow path substrate having a flow path for supplying a liquid to the nozzle of the nozzle substrate;
A droplet discharge head comprising: a pressurizing unit for pressurizing the liquid in the flow path substrate.
少なくとも前記凹部内に酸化シリコンの膜を形成する工程と、
前記凹部を形成した面を支持基板に対向させて前記シリコン基板を固定し、前記凹部を形成した面と反対側の面から前記シリコン基板を研削及び研磨を行い、前記凹部を貫通させて孔を形成し、また、基板端面よりも前記ノズルの吐出口となる部分を突出させて、先端部分が円錐台形状の前記ノズルを形成する工程と
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。 Performing anisotropic dry etching from one side of the silicon substrate to form a recess to be a nozzle;
Forming a silicon oxide film at least in the recess;
The silicon substrate is fixed with the surface on which the recess is formed facing the support substrate, the silicon substrate is ground and polished from the surface opposite to the surface on which the recess is formed, and a hole is formed through the recess. And a step of forming a nozzle having a truncated cone shape by projecting a portion serving as a discharge port of the nozzle from the end face of the substrate, and a method of manufacturing the nozzle substrate.
前記吐出口を形成した面の撥水層を保護するための保護フィルムを前記シリコン基板に貼り付ける工程と、
前記ノズル内壁の撥水層を除去するためのプラズマ処理を行う工程と
をさらに有することを特徴とする請求項6記載のノズル基板の製造方法。 Performing a water repellent treatment on the silicon substrate on which the nozzle is formed to form a water repellent layer;
Attaching a protective film for protecting the water-repellent layer on the surface on which the discharge ports are formed to the silicon substrate;
The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 6, further comprising a plasma treatment for removing the water repellent layer on the inner wall of the nozzle.
該ノズル基板が有する前記ノズルに液体を供給するための流路と、該流路の一部に液体を加圧する加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A nozzle substrate manufactured by the method according to claim 6;
A liquid comprising: a step of bonding a flow path for supplying a liquid to the nozzle of the nozzle substrate and a substrate provided with a pressurizing means for pressurizing the liquid to a part of the flow path. A method for manufacturing a droplet discharge head.
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