JP2014083824A - Method for manufacturing liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット方式に従って液体を吐出して記録媒体に記録を行う液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid ejection head that performs recording on a recording medium by ejecting a liquid according to an inkjet method.
インクジェット記録装置に搭載される液体吐出ヘッドは、種々の方式により吐出口から液滴を吐出して、記録紙などの被記録媒体に液滴を付着させることにより記録を行う。中でも、液体を吐出するためのエネルギーとして熱を利用する液体吐出ヘッドは、高密度のマルチノズル化を比較的容易に実現でき、高解像度、高画質であり、高速な記録が可能である。 A liquid discharge head mounted on an ink jet recording apparatus performs recording by discharging droplets from discharge ports by various methods and attaching the droplets to a recording medium such as recording paper. In particular, a liquid discharge head that uses heat as energy for discharging liquid can easily realize high-density multi-nozzle formation, high resolution, high image quality, and high-speed recording.
近年、液体吐出ヘッドの製造においては、基板の小型化、高密度化を図るために、液体供給口の開口幅を抑えたシリコン基板の加工が行われている。例えば特許文献1には、未貫通の先導孔を形成したシリコン基板を垂直方向の(100)面のエッチングレートが横方向(110)面のエッチングレートよりも速いエッチング液を用いて結晶異方性エッチングを行い、液体供給口を形成することが開示されている。これにより、横方向の幅の広がりを抑えて液体供給口を形成することができ、シリコン基板の液体供給口の開口を小さくすると共に、液体供給口を効率良く形成することができる。
In recent years, in the manufacture of a liquid discharge head, a silicon substrate is processed in which the opening width of a liquid supply port is suppressed in order to reduce the size and density of the substrate. For example,
しかしながら、特許文献1に記載の方法の場合、結晶異方性エッチング処理において、横方向(110)面へのエッチング時間を短縮するために、シリコン基板に対して未貫通の先導口を深く形成する必要があり、加工に時間がかかる。また、シリコン基板表面の開口幅が広い場合、結晶異方性エッチングの加工時間が延びるため、横方向(110)面へのエッチングが進み、シリコン基板内部の開口寸法がバラつく場合がある。この場合、開口寸法のバラツキを考慮して寸法を決めなくてはならないため、液体吐出ヘッドの更なる小型化を実現するのは困難である。
However, in the case of the method described in
本発明の目的は、液体吐出ヘッドの更なる小型化を実現することである。 An object of the present invention is to realize further downsizing of the liquid discharge head.
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体供給口を有するシリコン基板を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
(a)前記シリコン基板裏面の前記液体供給口の開口部外側を囲むように溝を形成する工程と、
(b)前記溝の少なくとも側面及び底面にエッチング保護壁を形成する工程と、
(c)前記シリコン基板裏面上に裏面保護膜を形成する工程と、
(d)前記裏面保護膜をエッチングマスクとして、前記シリコン基板に対して結晶異方性エッチング処理を行い、前記エッチング保護壁の内側に前記液体供給口を形成する工程と、を含み、
前記液体供給口の裏面開口幅をX3、前記シリコン基板の厚みをZ1、前記溝の深さをZ2と定義する場合、Z2が、Z2<Z1及びZ2≧Z1−(X3/2)×tan54.7°を満たす。
A method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a liquid discharge head including a silicon substrate having a liquid supply port,
(A) forming a groove so as to surround the outside of the opening of the liquid supply port on the back surface of the silicon substrate;
(B) forming an etching protection wall on at least a side surface and a bottom surface of the groove;
(C) forming a back surface protective film on the back surface of the silicon substrate;
(D) performing a crystal anisotropic etching process on the silicon substrate using the back surface protective film as an etching mask, and forming the liquid supply port inside the etching protective wall,
Wherein the back surface opening width X 3 of the liquid supply port, Z 1 the thickness of the silicon substrate, if the depth of the groove is defined as Z 2, Z 2 is, Z 2 <Z 1 and Z 2 ≧ Z 1 - (X 3 satisfy the /2)×tan54.7°.
本発明によれば、液体吐出ヘッドの更なる小型化を実現することができる。 According to the present invention, further downsizing of the liquid discharge head can be realized.
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体供給口を有するシリコン基板を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
(a)前記シリコン基板裏面の前記液体供給口の開口部外側を囲むように溝を形成する工程と、
(b)前記溝の少なくとも側面及び底面にエッチング保護壁を形成する工程と、
(c)前記シリコン基板裏面上に裏面保護膜を形成する工程と、
(d)前記裏面保護膜をエッチングマスクとして、前記シリコン基板に対して結晶異方性エッチング処理を行い、前記エッチング保護壁の内側に前記液体供給口を形成する工程と、を含み、
前記液体供給口の裏面開口幅をX3、前記シリコン基板の厚みをZ1、前記溝の深さをZ2と定義する場合、Z2が、Z2<Z1及びZ2≧Z1−(X3/2)×tan54.7°を満たす。
A method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a liquid discharge head including a silicon substrate having a liquid supply port,
(A) forming a groove so as to surround the outside of the opening of the liquid supply port on the back surface of the silicon substrate;
(B) forming an etching protection wall on at least a side surface and a bottom surface of the groove;
(C) forming a back surface protective film on the back surface of the silicon substrate;
(D) performing a crystal anisotropic etching process on the silicon substrate using the back surface protective film as an etching mask, and forming the liquid supply port inside the etching protective wall,
Wherein the back surface opening width X 3 of the liquid supply port, Z 1 the thickness of the silicon substrate, if the depth of the groove is defined as Z 2, Z 2 is, Z 2 <Z 1 and Z 2 ≧ Z 1 - (X 3 satisfy the /2)×tan54.7°.
本発明によれば、液体供給口裏面の開口寸法及びシリコン基板内部の開口寸法を規定でき、横方向(110)面へのエッチングを抑えることで、液体吐出ヘッド用基板の更なる小型化を実現し得る。 According to the present invention, the opening size of the back surface of the liquid supply port and the opening size inside the silicon substrate can be defined, and further reduction in the size of the substrate for the liquid discharge head is realized by suppressing etching in the lateral (110) plane. Can do.
本発明に係る方法により製造される液体吐出ヘッドの一例として、インクジェットヘッドを図1に示す。なお、本発明に係る方法により製造される液体吐出ヘッドは、該インクジェットヘッドに限定されない。図1(a)はインクジェットヘッドの斜視図を示す。図1(b)は図1(a)のインクジェットヘッドのA−A’断面図を示す。図1(c)は図1(a)のインクジェットヘッドの下面図を示す。 As an example of a liquid discharge head manufactured by the method according to the present invention, an ink jet head is shown in FIG. The liquid discharge head manufactured by the method according to the present invention is not limited to the inkjet head. FIG. 1A is a perspective view of an ink jet head. FIG. 1B is a cross-sectional view of the inkjet head of FIG. FIG. 1C is a bottom view of the ink jet head of FIG.
図1(b)に示すように、本発明に係る方法により製造されるインクジェットヘッドは、シリコン基板1の表面に表面保護膜5と、インク流路14と、吐出口15とを備える。シリコン基板1の内部には、インク流路14及び吐出口15にインクを供給するためのインク供給口4が形成されている。インク供給口4の内壁にはエッチング保護壁2が形成されている。シリコン基板1の裏面には裏面保護膜3が形成されている。
As shown in FIG. 1B, the ink jet head manufactured by the method according to the present invention includes a surface
また、図1(c)に示すように、本発明に係る方法により製造されるインクジェットヘッドには、インク供給口4の開口部外周を囲むように、シリコン基板1内部にエッチング保護壁2が形成されている。エッチング保護壁2は、インク供給口4の開口部外側を囲むように、シリコン基板1裏面からシリコン基板1表面に向けて、シリコン基板1裏面に対して垂直に形成されている。
Further, as shown in FIG. 1C, in the inkjet head manufactured by the method according to the present invention, an
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体供給口の裏面開口幅をX3、シリコン基板の厚みをZ1、溝の深さをZ2と定義する場合、Z2が、Z2<Z1及びZ2≧Z1−(X3/2)×tan54.7°を満たすことを特徴とする。以下、液体供給口形成前の段階における、シリコン基板裏面開口幅に対する結晶異方性エッチング処理について図を用いて説明する。図2に、液体供給口形成に関する寸法規定を示す液体吐出ヘッドの断面図を示す。 In the method of manufacturing a liquid discharge head according to the present invention, when the back surface opening width of the liquid supply port is defined as X 3 , the thickness of the silicon substrate is defined as Z 1 , and the depth of the groove is defined as Z 2 , Z 2 is Z 2 < Z 1 and Z 2 ≧ Z 1 - (X 3 and satisfies the /2)×Tan54.7. Hereinafter, the crystal anisotropic etching process for the opening width of the back surface of the silicon substrate in the stage before the liquid supply port is formed will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid discharge head showing the stipulations relating to the formation of the liquid supply port.
図2(a)に示すように、シリコン基板裏面6の裏面開口幅X2に対して結晶異方性エッチング処理を行うと、シリコン基板1表面に対して54.7°の角度でエッチングが進み、異方性に開口が形成される。すなわち、シリコン基板裏面6からエッチングを行う場合、シリコン基板1の表面に向けてエッチングが進むにつれて、徐々に開口幅は狭くなる。したがって、シリコン基板裏面6の裏面開口幅X2によって、エッチングできる深さが決まる。例えば、シリコン基板裏面6の裏面開口幅をX2、シリコン基板1の厚みをZ1とすると、エッチングによりシリコン基板1を貫通させるのに必要なシリコン基板裏面6の裏面開口幅X2は、以下の式(1)で表すことができる。
As shown in FIG. 2A, when the crystal anisotropic etching process is performed on the back surface opening width X 2 of the silicon
X2≧2×(Z1/tan54.7°) (1)
例えば、Z1=700μmの場合、前記式(1)からX2≧991μmと求めることができる。
X 2 ≧ 2 × (Z 1 / tan 54.7 °) (1)
For example, when Z 1 = 700 μm, X 2 ≧ 991 μm can be obtained from the above equation (1).
一方、本発明では図2(b)に示すように、シリコン基板裏面6に裏面開口幅X3を定義し、その外側に溝8を形成する。溝8は、液体供給口の開口部外側を囲むように、シリコン基板裏面6に対して垂直に形成される。裏面開口幅X3の幅でエッチングするには、シリコン基板1の表面まで開口可能な深さまで、溝8を形成する必要がある。溝の深さをZ2とすると、必要なZ2は以下の式(2)で表すことができる。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 2B, a back surface opening width X 3 is defined on the
Z2≧Z1−(X3/2)×tan54.7° (2)
例えば、X3=500μm、Z1=700μmの場合、前記式(2)からZ2≧347μmと求めることができる。なお、Z2<Z1である。また、X3≦2×(Z1/tan54.7°)であることが好ましい。また、X3は液体吐出口の開口の最大幅を示す。このように、裏面開口幅X3及びシリコン基板1の厚みZ1を定義することで、横方向へのエッチングを防ぐのに最低限必要な溝8の深さを規定することができる。
Z 2 ≧ Z 1 - (X 3 /2)×tan54.7° (2)
For example, when X 3 = 500 μm and Z 1 = 700 μm, Z 2 ≧ 347 μm can be determined from the equation (2). Note that Z 2 <Z 1 . Further, X 3 ≦ 2 × (Z 1 / tan 54.7 °) is preferable. X 3 represents the maximum width of the opening of the liquid discharge port. Thus, by defining the back surface opening width X 3 and the thickness Z 1 of the
また、本発明では、前記工程(d)の前に、(e)前記シリコン基板表面上にエッチング犠牲層を形成する工程を含むことが好ましい。この場合、図2(c)に示すように、シリコン基板1の表面に裏面開口幅X3より幅の狭いエッチング犠牲層幅X1を有するエッチング犠牲層を形成する。裏面開口幅X3に対してエッチング犠牲層幅X1が規定されることで、溝8の深さZ2が変わる。この場合に必要なZ2は以下の式(3)で表すことができる。
Moreover, in this invention, it is preferable to include the process of forming an etching sacrificial layer on the said silicon substrate surface before the said process (d). In this case, as shown in FIG. 2C, an etching sacrificial layer having an etching sacrificial layer width X 1 narrower than the back surface opening width X 3 is formed on the surface of the
Z2≧Z1−{(X3−X1)/2}×tan54.7° (3)
例えば、X1=100μm、X3=500μm、Z1=700μmの場合、前記式(3)からZ2≧418μmと求めることができる。なお、X1<X3、Z2<Z1である。また、X1はエッチング犠牲層の最大幅を示す。また、前記式(3)が満たされれば、前記式(2)は満たされる。
Z 2 ≧ Z 1 − {(X 3 −X 1 ) / 2} × tan 54.7 ° (3)
For example, when X 1 = 100 μm, X 3 = 500 μm, and Z 1 = 700 μm, Z 2 ≧ 418 μm can be obtained from the above equation (3). Note that X 1 <X 3 and Z 2 <Z 1 . X 1 represents the maximum width of the etching sacrificial layer. Further, if the expression (3) is satisfied, the expression (2) is satisfied.
さらに、本発明では、前記工程(d)の前に、(f)前記シリコン基板裏面に先導孔を形成する工程を含むことが好ましい。この場合、図2(d)に示すように、シリコン基板1に図2(b)で説明した裏面開口幅X3より幅の狭い距離X4を定義し、先導孔9を形成する。なお、図2(d)では、前記式(3)を満たす溝8に、エッチング保護壁2が形成されている。エッチング保護壁2が形成された状態で結晶異方性エッチング処理を行う場合、横方向(110)面のエッチングが抑えられるためエッチング時間がかかるが、先導孔9を形成することによりエッチング時間を短縮することができる。必要な先導孔9の深さZ3は以下の式(4)で表すことができる。
Furthermore, in this invention, it is preferable to include the process of forming a lead hole in the said silicon substrate back surface before the said process (d). In this case, as shown in FIG. 2D, a distance X 4 narrower than the back surface opening width X 3 described in FIG. 2B is defined in the
Z3≧Z1−(X4/2)×tan54.7° (4)
例えば、X4=300、Z1=700の場合、前記式(4)からZ3≧488μmと求めることができる。なお、X3>X4、Z1>Z3である。このように、裏面開口幅X3より狭い幅の先導孔間の距離X4を定義することで、液体供給口を開口するために最低限必要な先導孔9の深さを規定することができる。
Z 3 ≧ Z 1 - (X 4 /2)×tan54.7° (4)
For example, when X 4 = 300 and Z 1 = 700, Z 3 ≧ 488 μm can be obtained from the equation (4). Note that X 3 > X 4 and Z 1 > Z 3 . Thus, by defining the distance X 4 between the leading holes having a width narrower than the back surface opening width X 3 , the minimum depth of the leading
以上、本発明における溝の深さ、先導孔の深さ等について説明したが、溝及び先導孔の幅については形成方法等によって任意に選択することができる。また、後述するように、エッチング保護壁は結晶異方性エッチング処理を終えた段階で除去しても構わず、残したままでも構わない。 Although the depth of the groove and the depth of the leading hole in the present invention have been described above, the width of the groove and the leading hole can be arbitrarily selected depending on the forming method and the like. Further, as will be described later, the etching protection wall may be removed when the crystal anisotropic etching process is completed, or may be left as it is.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の実施形態を示す。なお、本発明に係る方法は、これらの実施形態に限定されない。 Next, an embodiment of a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention will be described. The method according to the present invention is not limited to these embodiments.
[第一の実施形態]
第一の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を、図3および図4を用いて説明する。図3および図4は、各工程における液体吐出ヘッドの断面図を示す。
[First embodiment]
A method for manufacturing the liquid ejection head according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are sectional views of the liquid ejection head in each step.
図3(a)に示すように、シリコン基板1の表面上にエッチング犠牲層16、表面保護膜5、エネルギー発生素子(不図示)及びロジック回路(不図示)を配置する。シリコン基板1の厚みZ1は、前記式(2)を満たせば特に限定されないが、例えば100μm以上、1000μm以下とすることができる。エッチング犠牲層16の材料としては、結晶異方性エッチング処理によりエッチングされる材料であれば特に限定されない。例えば、Al等を用いることができる。エッチング犠牲層16幅X1は前記式(3)を満たすことが好ましいが、例えば10μm以上、500μm以下とすることができる。エッチング犠牲層16の厚みは特に限定されないが、例えば0.01μm以上、1.0μm以下とすることができる。表面保護膜5の材料としては、結晶異方性エッチング処理に耐性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、SiO2、SiN、SiC等を用いることができる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。表面保護膜5の厚みは特に限定されないが、例えば0.01μm以上、1.0μm以下とすることができる。エネルギー発生素子は特に限定されないが、例えば電気熱変換素子や圧電素子等を用いることができる。ロジック回路は、回路として機能するものであれば特に限定されない。
As shown in FIG. 3A, an etching
次に、図3(b)に示すように、シリコン基板裏面6上にレジストマスク7を形成する。レジストマスク7の材料としては、ポジ型レジストを用いることができる。ポジ型レジストとしては、市販品では例えば「IP5700」(商品名、東京応化工業(株)製)を用いることができる。レジストマスク7の形成方法としては特に限定されないが、例えば前記レジストマスク7の材料をスピンコート法により塗布し、その後選択的に露光、現像を行うことで形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist
次に、図3(c)に示すように、シリコン基板1に溝8を形成する。溝8は、シリコン基板裏面6の、後に形成される液体供給口4の開口部外側を囲むように形成される。溝8の深さZ2は前記式(2)を満たせば特に限定されないが、例えば20μm以上、960μm以下とすることができる。溝8の幅は特に限定されないが、例えば1.0μm以上、100μm以下とすることができる。液体供給口の裏面開口幅X3は前記式(2)を満たせば特に限定されないが、例えば100μm以上、1400μm以下とすることができる。溝8の形成方法は特に限定されないが、例えばドライエッチング、レーザー等により形成することができる。ドライエッチングとしては、RIE(リアクティブイオンエッチング)等のプラズマを用いたエッチング法を用いることができる。エッチングガスとしては、例えばSF6、CF4等を用いることができる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。溝8の側壁は、シリコン基板裏面6に対して垂直に形成されていることが、安定した開口寸法を得る観点から好ましい。
Next, as shown in FIG. 3C, grooves 8 are formed in the
次に、図3(d)に示すように、レジストマスク7を除去し、シリコン基板裏面6を露出させる。レジストマスク7の除去方法は特に限定されないが、レジストマスク7の材料としてポジ型レジストを用いた場合には、ポジレジスト除去液で除去を行うことができる。
Next, as shown in FIG. 3D, the resist
次に、図3(e)に示すように、溝8内にエッチング保護壁2を形成し、かつ、シリコン基板裏面6上に裏面保護膜3を形成する。後述する工程における結晶異方性エッチング処理において、十分な耐久性を有することが好ましい観点から、エッチング保護壁2及び裏面保護膜3は耐結晶異方性エッチングの膜であることが好ましい。エッチング保護壁2の材料としては、結晶異方性エッチングに耐性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、可溶性ポリイミド系フィラーを含む熱可塑性樹脂材料(市販品では、例えばHIMAL(商品名、日立化成工業(株)製))、エポキシ樹脂材料等が挙げられる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。裏面保護膜3の材料としては、エッチング保護壁2の材料と同様の材料を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3E, the
エッチング保護壁2の形成方法は、特に限定されないが、例えばスピンコート法、スリットコート法等によりエッチング保護壁2の材料を塗布した後、オーブンにてベークし硬化させることで形成できる。本実施形態のように、溝8内にエッチング保護壁2の材料を完全に充填させる方法としては、スピンコート法等によりエッチング保護壁2の材料を塗布した後、真空状態にする方法が挙げられる。溝8内にエッチング保護壁2を充満させることで、結晶異方性エッチング処理から基板を確実に保護することができる。なお、後述する実施形態のように、本発明では溝8内にエッチング保護壁2を完全に充填する必要はなく、溝8の少なくとも側面及び底面にエッチング保護壁2が形成されていればよい。裏面保護膜3の形成方法は、特に限定されないが、例えばスピンコート法、スリットコート法等により裏面保護膜3の材料を塗布した後、オーブンにてベークし硬化させることで形成できる。
The method for forming the
また、本実施形態のように、エッチング保護壁2の形成と、裏面保護膜3の形成とは同時に行われることが、工程数を増やさない観点から好ましい。したがって、エッチング保護壁2の材料と裏面保護膜3の材料とは同じであることが好ましい。エッチング保護壁2の膜厚は、結晶異方性エッチング処理によるエッチングを止めることができる膜厚であれば特に限定されないが、例えば1.0μm以上、100μm以下とすることができる。裏面保護膜3の膜厚は、結晶異方性エッチング処理によるエッチングを止めることができる膜厚であれば特に限定されないが、例えば1.0μm以上、100μm以下とすることができる。
In addition, as in the present embodiment, the formation of the
次に、図3(f)に示すように、裏面保護膜3上にレジストマスク7を形成する。レジストマスク7の材料としては、ポジ型レジストを用いることができる。ポジ型レジストとしては、市販品では例えば「IP5700」(商品名、東京応化工業(株)製)を用いることができる。レジストマスク7の形成方法としては特に限定されないが、例えば前記レジストマスク7の材料をスピンコート法により塗布し、その後選択的に露光、現像を行うことで形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3F, a resist
次に、図3(g)に示すように、裏面保護膜3の一部を除去し、シリコン基板裏面6の一部を露出させる。例えば、レジストマスク7をエッチングマスクとして、ドライエッチングにより裏面保護膜3の一部を除去することができる。露出したシリコン基板裏面6の一部は、後述する工程において結晶異方性エッチング面となる。
Next, as shown in FIG. 3G, a part of the back surface
次に、図3(h)に示すように、レジストマスク7を除去する。レジストマスク7の除去方法は特に限定されないが、レジストマスク7の材料としてポジ型レジストを用いた場合には、ポジレジスト除去液で除去を行うことができる。これにより、シリコン基板裏面6の一部と裏面保護膜3とが露出する。
Next, as shown in FIG. 3H, the resist
次に、図4(a)に示すように、シリコン基板1の表面上に流路型材10、流路形成部材11及びエッチング保護膜12を形成する。流路型材10、流路形成部材11及びエッチング保護膜12の形成方法は、液体吐出ヘッドの製造方法において通常用いられる方法を用いることができる。また、シリコン基板裏面6に先導孔9を形成する。先導孔9の数は特に限定されない。先導孔9を2つ形成する場合、先導孔9の深さZ3は前記式(4)を満たすことが好ましい。先導孔9の深さZ3は例えば30μm以上、980μm以下とすることができる。また、先導孔9を2つ形成する場合、先導孔9間の距離X4は前記式(4)を満たすことが好ましい。先導孔9間の距離X4は例えば40μm以上、1340μm以下とすることができる。先導孔9の幅は特に限定されないが、例えば10μm以上、100μm以下とすることができる。先導孔9はレーザーを用いて形成することができる。
Next, as shown in FIG. 4A, a flow
次に、図4(b)に示すように、液体供給口4を形成し、エッチング犠牲層16を除去する。液体供給口4の形成及びエッチング犠牲層16の除去は、裏面保護膜3をエッチングマスクとして、シリコン基板1に対して結晶異方性エッチング処理を行うことで実施する。結晶異方性エッチング処理は、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)等を用いて実施することができる。本発明に係る方法では、結晶異方性エッチング処理において、エッチング保護壁2により横方向のエッチングが抑制されるため、エッチング保護壁2の内側のみがエッチングされる。これにより、エッチング保護壁2の内側に液体供給口4が形成され、表面保護膜5の一部及びエッチング保護壁2が露出する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、前記露出した表面保護膜5の一部を除去する。表面保護膜5の一部を除去する方法としては、例えばドライエッチングが挙げられる。エッチングガスとしては特に限定されないが、例えばCF4とO2との混合ガス等を用いることができる。なお、本実施形態ではエッチング保護の役割を終えたエッチング保護壁2及び裏面保護膜3を残しているが、後述する第二の実施形態のようにこれらを除去しても構わない。しかし、これらを除去しないことにより工程数を減らすことができ、また、エッチング保護壁2の形成されたSi面が露出しないため、インクの種類によるSiの溶解を防ぐことができる。一方、エッチング保護壁2及び裏面保護膜3を除去する場合には、例えばケミカルドライエッチングにより除去することができる。
Next, as shown in FIG. 4C, a part of the exposed surface
次に、図4(d)に示すように、流路型材10及びエッチング保護膜12を除去し、液体流路14及び吐出口15を形成する。これにより、液体吐出ヘッドが完成する。エッチング保護膜12の除去には、エッチング保護膜12の材料にもよるが、例えばキシレン等を用いることができる。流路型材10の除去には、流路型材10の材料にもよるが、例えば乳酸メチル等を用いることができる。流路型材10は、例えば40℃の乳酸メチルに浸漬し、超音波をかけることで、液体供給口4及び吐出口15から溶出させて除去することができる。
Next, as shown in FIG. 4D, the flow
[第二の実施形態]
第二の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を、図5および図6を用いて説明する。図5および図6は、各工程における液体吐出ヘッドの断面図を示す。
[Second Embodiment]
A method for manufacturing a liquid ejection head according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views of the liquid discharge head in each step.
図5(a)から(d)に示す工程は、第一の実施形態の図3(a)から(d)に示される工程と同様に行うことができる。 The steps shown in FIGS. 5A to 5D can be performed in the same manner as the steps shown in FIGS. 3A to 3D of the first embodiment.
次に、図5(e)に示すように、溝8の側面及び底面にエッチング保護壁2を形成し、かつ、シリコン基板裏面6上に裏面保護膜3を形成した。エッチング保護壁2及び裏面保護膜3の材料としては、SiO2、SiN等を用いることができる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。エッチング保護壁2及び裏面保護膜3の形成方法としては、特に限定されないが、例えばプラズマCVDを用いることができる。プラズマCVDを用いることで、第一の実施形態のように溝8内にエッチング保護壁2の材料を完全に充填させる方法よりも、容易にエッチング保護壁2及び裏面保護膜3を形成することができる。エッチング保護壁2及び裏面保護膜3の膜厚は、結晶異方性エッチング処理においてエッチングから保護することができる膜厚であれば、特に限定されないが、例えば0.1μm以上、5.0μm以下とすることができ、1.0μm以上、2.0μm以下が好ましい。エッチング保護壁2を形成した後の溝8の幅としては、0.1μm以上、100μm以下であることが好ましい。なお、本実施形態ではエッチング保護壁2と裏面保護膜3とを同時に形成しているが、エッチング保護壁2と裏面保護膜3とを別々に形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 5E, the
図5(f)から(h)、図6(a)に示す工程は、実施例1の図3(f)から(h)、図4(a)に示される工程と同様に行うことができる。 The processes shown in FIGS. 5 (f) to (h) and FIG. 6 (a) can be performed in the same manner as the processes shown in FIGS. 3 (f) to (h) and FIG. 4 (a) of the first embodiment. .
次に、図6(b)に示すように、液体供給口4を形成し、エッチング犠牲層16を除去する。液体供給口4の形成及びエッチング犠牲層16の除去は、裏面保護膜3をエッチングマスクとして、シリコン基板裏面6に対して結晶異方性エッチング処理を行うことで実施する。結晶異方性エッチング処理は、TMAH等を用いて実施することができる。これにより表面保護膜5の一部及びエッチング保護壁2が露出する。なお、エッチング保護壁2は液体供給口4を形成する際に横方向のエッチングを抑える働きがあるため、エッチング保護壁2の内側のみがエッチングされる。また、本実施形態ではエッチング保護壁2は溝8の側面及び底面に形成されているため、エッチング保護壁2は液体供給口4内にバリのような形で残る。このエッチング保護の役目を終えたエッチング保護壁2は、後の工程で除去を行うことができる。
Next, as shown in FIG. 6B, the
次に、図6(c)に示すように、前記露出した表面保護膜5の一部と、エッチング保護壁2及び裏面保護膜3を除去する。エッチング保護壁2及び裏面保護層3を最終的に除去することで、これらが薄膜状のゴミとして残存することを避けることができる。これらを除去する方法としては、例えばドライエッチングが挙げられる。ドライエッチングのエッチングガスとしては、例えばCF4とO2との混合ガスを用いることができる。これにより、シリコン基板裏面6及びエッチング保護壁跡13が露出する。
Next, as shown in FIG. 6C, a part of the exposed
図6(d)に示す工程は、実施例1の図4(d)に示される工程と同様に行うことができる。これにより、液体吐出ヘッドが完成する。 The step shown in FIG. 6D can be performed in the same manner as the step shown in FIG. Thereby, the liquid discharge head is completed.
以下、本発明に係る実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
実施例1に係る液体吐出ヘッドの製造方法を図3及び図4に示す。
Example 1
A method for manufacturing the liquid discharge head according to the first embodiment is shown in FIGS.
図3(a)に示すように、シリコン基板1の表面上にエッチング犠牲層16、表面保護膜5、エネルギー発生素子(不図示)及びロジック回路(不図示)を配置した。エッチング犠牲層16の材料にはAlを用いた。表面保護膜5の材料にはSiNを用いた。
As shown in FIG. 3A, an etching
次に、図3(b)に示すように、シリコン基板裏面6上にレジストマスク7を形成した。レジストマスク7は、ポジ型レジスト(商品名:IP5700、東京応化工業(株)製)をシリコン基板裏面6上にスピンコート法により塗布し、選択的に露光、現像を行うことで形成した。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist
次に、図3(c)に示すように、シリコン基板1に溝8を形成した。具体的には、レジストマスク7をエッチングマスクとして、ドライエッチングにより幅10μm、深さ418μmの溝8をシリコン基板裏面6に対して垂直に形成した。ドライエッチングにはRIEを用いた。エッチングガスにはSF6およびCF4を用いた。溝8の深さ(Z2)は、エッチング犠牲層16幅(X1)100μm、液体供給口の裏面開口幅(X3)500μm、シリコン基板の厚み(Z1)700μmから前記式(3)を満たすように求めた。
Next, as shown in FIG. 3C, grooves 8 were formed in the
次に、図3(d)に示すように、レジストマスク7を除去し、シリコン基板裏面6を露出させた。レジストマスク7の除去には、ポジレジスト除去液を用いた。
Next, as shown in FIG. 3D, the resist
次に、図3(e)に示すように、溝8内にエッチング保護壁2を形成し、同時にシリコン基板裏面6上に裏面保護膜3を形成した。可溶性ポリイミド系フィラーを含む熱可塑性樹脂材料をシリコン基板裏面6上にスピンコート法により塗布した後、真空状態にすることで、溝8内に該熱可塑性樹脂材料を完全に充填させた。その後、該熱可塑性樹脂材料をオーブンにてベークし硬化させることで、エッチング保護壁2及び裏面保護膜3を形成した。裏面保護膜3の膜厚は1.5μmであった。なお、エッチング保護壁2及び裏面保護膜3は耐結晶異方性エッチングの膜である。
Next, as shown in FIG. 3E, the
次に、図3(f)に示すように、裏面保護膜3上にレジストマスク7を形成した。レジストマスク7は、ポジ型レジスト(商品名:IP5700、東京応化工業(株)製)を裏面保護膜3上にスピンコート法により塗布し、選択的に露光、現像を行うことで形成した。
Next, as shown in FIG. 3 (f), a resist
次に、図3(g)に示すように、裏面保護膜3の一部を除去し、シリコン基板裏面6の一部を露出させた。具体的には、レジストマスク7をエッチングマスクとして、ドライエッチングにより裏面保護膜3の一部を除去した。
Next, as shown in FIG. 3G, a part of the back surface
次に、図3(h)に示すように、レジストマスク7を除去した。レジストマスク7の除去には、ポジレジスト除去液を用いた。
Next, the resist
次に、図4(a)に示すように、シリコン基板1の表面上に流路型材10、流路形成部材11及びエッチング保護膜12を形成した。流路型材10、流路形成部材11及びエッチング保護膜12の形成方法は、便宜上省略する。また、シリコン基板裏面6に2つの先導孔9を形成した。先導孔9はレーザーを用いて形成した。先導孔9の幅は20μm、深さは489μm、先導孔9間の距離は300μmとした。先導孔9間の距離(X4)、先導孔9の深さ(Z3)は、液体供給口の裏面開口幅(X3)500μm、シリコン基板の厚み(Z1)700μmから前記式(4)を満たすように求めた。
Next, as shown in FIG. 4A, the flow
次に、図4(b)に示すように、液体供給口4を形成し、エッチング犠牲層16を除去した。液体供給口4の形成及びエッチング犠牲層16の除去は、裏面保護膜3をエッチングマスクとして、TMAHを用いて結晶異方性エッチングを行うことで実施した。また、これにより表面保護膜5の一部及びエッチング保護壁2が露出した。なお、エッチング保護壁2は液体供給口4を形成する際に横方向のエッチングを抑える働きがあるため、エッチング保護壁2の内側のみエッチングされた。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、前記露出した表面保護膜5の一部を除去した。表面保護膜5の一部は、ドライエッチングにより除去した。エッチングガスとしてはCF4とO2との混合ガスを用いた。
Next, as shown in FIG. 4C, a part of the exposed surface
次に、図4(d)に示すように、流路型材10及びエッチング保護膜12を除去し、液体流路14及び吐出口15を形成した。これにより、液体吐出ヘッドを完成させた。なお、エッチング保護膜12は、100%キシレンで除去した。流路型材10は、40℃に加熱温調した乳酸メチルに浸漬し、200KHz/200W超音波をかけることで、液体供給口4及び吐出口15から溶出させて除去した。
Next, as shown in FIG. 4D, the flow
(実施例2)
実施例2に係る液体吐出ヘッドの製造方法を図5及び図6に示す。
(Example 2)
A method for manufacturing a liquid ejection head according to the second embodiment is shown in FIGS.
図5(a)から(d)に示す工程は、実施例1の図3(a)から(d)に示される工程と同様に行った。 The steps shown in FIGS. 5A to 5D were performed in the same manner as the steps shown in FIGS. 3A to 3D of Example 1.
次に、図5(e)に示すように、溝8の側面及び底面にエッチング保護壁2を形成し、かつ、シリコン基板裏面6上に裏面保護膜3を形成した。エッチング保護壁2及び裏面保護膜3は、SiNを、プラズマCVDを用いて1.5μmの厚さで成膜することで形成した。なお、エッチング保護壁2及び裏面保護膜3は耐結晶異方性エッチングの膜である。
Next, as shown in FIG. 5E, the
図5(f)から(h)、図6(a)に示す工程は、実施例1の図3(f)から(h)、図4(a)に示される工程と同様に行った。 The steps shown in FIGS. 5F to 5H and FIG. 6A were performed in the same manner as the steps shown in FIGS. 3F to 3H and FIG.
次に、図6(b)に示すように、液体供給口4を形成し、エッチング犠牲層16を除去した。液体供給口4の形成及びエッチング犠牲層16の除去は、裏面保護膜3をエッチングマスクとして、TMAHを用いて結晶異方性エッチングを行うことで実施した。また、これにより表面保護膜5の一部及びエッチング保護壁2が露出した。なお、エッチング保護壁2は液体供給口4を形成する際に横方向のエッチングを抑える働きがあるため、エッチング保護壁2の内側のみエッチングされた。また、エッチング保護壁2は溝8の側面及び底面に形成されていたため、エッチング保護壁2は液体供給口4内にバリのような形で残った。
Next, as shown in FIG. 6B, the
次に、図6(c)に示すように、前記露出した表面保護膜5の一部と、エッチング保護壁2及び裏面保護膜3を除去した。これらはドライエッチングにより除去した。エッチングガスとしてはCF4とO2との混合ガスを用いた。これにより、シリコン基板裏面6及びエッチング保護壁跡13が露出した。
Next, as shown in FIG. 6C, a part of the exposed surface
図6(d)に示す工程は、実施例1の図4(d)に示される工程と同様に行った。これにより、液体吐出ヘッドを完成させた。 The step shown in FIG. 6D was performed in the same manner as the step shown in FIG. Thereby, the liquid discharge head was completed.
1 シリコン基板
2 エッチング保護壁
3 裏面保護膜
4 液体供給口
5 表面保護膜
6 シリコン基板裏面
7 レジストマスク
8 溝
9 先導孔
10 流路型材
11 流路形成部材
12 エッチング保護膜
13 エッチング保護壁跡
14 液体流路
15 吐出口
16 エッチング犠牲層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
(a)前記シリコン基板裏面の前記液体供給口の開口部外側を囲むように溝を形成する工程と、
(b)前記溝の少なくとも側面及び底面にエッチング保護壁を形成する工程と、
(c)前記シリコン基板裏面上に裏面保護膜を形成する工程と、
(d)前記裏面保護膜をエッチングマスクとして、前記シリコン基板に対して結晶異方性エッチング処理を行い、前記エッチング保護壁の内側に前記液体供給口を形成する工程と、を含み、
前記液体供給口の裏面開口幅をX3、前記シリコン基板の厚みをZ1、前記溝の深さをZ2と定義する場合、Z2が、Z2<Z1及びZ2≧Z1−(X3/2)×tan54.7°を満たす液体吐出ヘッドの製造方法。 A method of manufacturing a liquid discharge head comprising a silicon substrate having a liquid supply port,
(A) forming a groove so as to surround the outside of the opening of the liquid supply port on the back surface of the silicon substrate;
(B) forming an etching protection wall on at least a side surface and a bottom surface of the groove;
(C) forming a back surface protective film on the back surface of the silicon substrate;
(D) performing a crystal anisotropic etching process on the silicon substrate using the back surface protective film as an etching mask, and forming the liquid supply port inside the etching protective wall,
Wherein the back surface opening width X 3 of the liquid supply port, Z 1 the thickness of the silicon substrate, if the depth of the groove is defined as Z 2, Z 2 is, Z 2 <Z 1 and Z 2 ≧ Z 1 - (X 3 a method for manufacturing a liquid discharge head that satisfies /2)×Tan54.7.
エッチング犠牲層幅をX1と定義する場合、X1及びZ2が、X1<X3、Z2<Z1及びZ2≧Z1−{(X3−X1)/2}×tan54.7°を満たす請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 Before the step (d), the method includes (e) forming an etching sacrificial layer on the silicon substrate surface,
When the etching sacrificial layer width is defined as X 1 , X 1 and Z 2 are X 1 <X 3 , Z 2 <Z 1 and Z 2 ≧ Z 1 − {(X 3 −X 1 ) / 2} × tan 54 The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head satisfies a condition of 0.7 °.
前記先導孔間の距離をX4、前記先導孔の深さをZ3と定義する場合、X4及びZ3が、X3>X4、Z1>Z3及びZ3≧Z1−(X4/2)×tan54.7°を満たす請求項6又は7に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 In the step (f), two leading holes are formed,
Distance X 4 between the guide holes, if the depth of the guide hole is defined as Z 3, are X 4 and Z 3, X 3> X 4 , Z 1> Z 3 and Z 3 ≧ Z 1 - ( method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 6 or 7 satisfy X 4 /2)×tan54.7°.
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