JP2016030380A - Substrate for liquid discharge head and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッド用基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head substrate and a method for manufacturing the same.
特許文献1に記載されるように吐出口から飛翔する液滴の方向を安定的に垂直にするため、吐出口に対して左右対称に2つの液体供給路を配置する液体吐出ヘッドがある。このような液体吐出ヘッドの形成方法として、シリコン基板に対して2段階のエッチング処理を行う方法が挙げられる。特許文献1では、まず、結晶異方性エッチングにより基板に共通液室となる凹部(共通供給路)を形成し、次に、ドライエッチングによって凹部の底部に複数の独立供給路を形成している。 As described in Patent Document 1, there is a liquid discharge head in which two liquid supply paths are arranged symmetrically with respect to the discharge port in order to stably make the direction of the droplet flying from the discharge port perpendicular. As a method of forming such a liquid discharge head, there is a method of performing a two-stage etching process on a silicon substrate. In Patent Document 1, first, a concave portion (common supply path) serving as a common liquid chamber is formed in the substrate by crystal anisotropic etching, and then a plurality of independent supply paths are formed at the bottom of the concave portion by dry etching. .
ここで、ウエハ1枚から取得できるチップ数を増やすため、共通供給路をドライエッチング等により垂直方向に形成することが考えられる。しかし、共通供給路を垂直方向に形成し、隣り合う共通供給路の間隔を縮めた場合、共通供給路を隔てる側壁が薄くなり、側壁の強度、特に耐久性が求められる側壁の付け根部分の強度が不十分となる場合がある。また、側壁強度を上げるために側壁を厚く形成すると、共通供給路の体積(容積)が減少し、リフィル特性が不十分となる場合がある。 Here, in order to increase the number of chips that can be obtained from one wafer, it is conceivable to form a common supply path in the vertical direction by dry etching or the like. However, when the common supply path is formed in the vertical direction and the interval between the adjacent common supply paths is reduced, the side walls separating the common supply paths become thinner, and the strength of the side walls, particularly the strength of the base portion of the side walls, where durability is required. May become insufficient. Further, if the side walls are formed thick in order to increase the side wall strength, the volume (volume) of the common supply path may be reduced and the refill characteristics may be insufficient.
そこで、本発明の目的は、リフィル特性及び供給路の側壁(特に付け根部分)の強度を容易に両立することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。 Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head substrate that can easily achieve both the refill characteristics and the strength of the side wall (particularly the base portion) of the supply path.
本発明は、
第1の面及び該第1の面と反対側の第2の面を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の前記第1の面上に配置された吐出エネルギー発生素子と、前記シリコン基板の前記第1の面及び前記第2の面に貫通する供給路と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、
前記供給路は、
前記第1の面に開口する第一の開口部と、
該第一の開口部の第2の面側の開口に通じる第二の開口部と、
該第二の開口部の第2の面側の開口に通じ、かつ前記第2の面に開口する第三の開口部と、
から構成され、
前記第二の開口部の第2の面側の開口は、該第二の開口部の第1の面側の開口よりも広く、
前記第三の開口部は、基板面に対して略垂直である側壁を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板、である。
The present invention
A silicon substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; an ejection energy generating element disposed on the first surface of the silicon substrate; and the first surface of the silicon substrate. A liquid discharge head substrate having a supply path penetrating the first surface and the second surface,
The supply path is
A first opening opening in the first surface;
A second opening leading to an opening on the second surface side of the first opening;
A third opening leading to the opening on the second surface side of the second opening and opening in the second surface;
Consisting of
The opening on the second surface side of the second opening is wider than the opening on the first surface side of the second opening,
The third opening is a substrate for a liquid discharge head, having a side wall that is substantially perpendicular to the substrate surface.
本発明の構成によれば、リフィル特性及び供給路の側壁(特に付け根部分)の強度を容易に両立することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head substrate that can easily achieve both the refill characteristics and the strength of the side wall (particularly the base portion) of the supply path.
本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板は、第1の面(表面とも称す)及び該第1の面と反対側の第2の面(裏面とも称す)を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の前記第1の面上に配置された吐出エネルギー発生素子と、前記シリコン基板の前記第1の面及び前記第2の面に貫通する供給路と、を有する。前記供給路は、前記第1の面に開口する第一の開口部と、該第一の開口部の第2の面側の開口に通じる第二の開口部と、該第二の開口部の第2の面側の開口に通じ、かつ前記第2の面に開口する第三の開口部と、から構成される。また、前記第二の開口部の第2の面側の開口は、該第二の開口部の第1の面側の開口よりも広く、前記第三の開口部は、基板面に対して略垂直である側壁を有する。 A liquid ejection head substrate according to an embodiment of the present invention includes a silicon substrate having a first surface (also referred to as a front surface) and a second surface (also referred to as a back surface) opposite to the first surface; A discharge energy generating element disposed on the first surface of the silicon substrate; and a supply path penetrating the first surface and the second surface of the silicon substrate. The supply path includes a first opening that opens to the first surface, a second opening that communicates with an opening on the second surface side of the first opening, and the second opening A third opening that communicates with the opening on the second surface side and opens on the second surface. In addition, the opening on the second surface side of the second opening is wider than the opening on the first surface side of the second opening, and the third opening is substantially the same as the substrate surface. Has side walls that are vertical.
本実施形態の構成によれば、リフィル特性及び供給路の強度を容易に両立することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。より具体的には、本発明の構成によれば、側壁(隔壁を含む)の付け根部分にシリコン基板部分を残すため、耐久性が求められる側壁の付け根部分の強度を高くし易くできるとともに、第三の開口部を略垂直方向に形成するため供給路容積を大きくし易くすることができる。そのため、リフィル特性及び供給路間の隔壁強度を容易に両立することができる。また、第一の開口部と第三の開口部との間に第二の開口部を設けることで、基板に圧力が加わった場合(例えばテンティング技術を用いてノズル形成を行った場合)に、第三の開口部の角部にかかる圧力が分散され易くなるため、耐久性を向上できる。 According to the configuration of the present embodiment, it is possible to provide a liquid discharge head substrate that can easily achieve both the refill characteristics and the strength of the supply path. More specifically, according to the configuration of the present invention, since the silicon substrate portion is left at the base portion of the side wall (including the partition wall), it is possible to easily increase the strength of the base portion of the side wall where durability is required. Since the three openings are formed in a substantially vertical direction, the supply path volume can be easily increased. Therefore, both the refill characteristics and the partition wall strength between the supply paths can be easily achieved. Further, by providing a second opening between the first opening and the third opening, when pressure is applied to the substrate (for example, when nozzle formation is performed using a tenting technique). Since the pressure applied to the corners of the third opening is easily dispersed, the durability can be improved.
以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。 Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the drawings.
なお、本発明に係る液体吐出ヘッド用基板を備える液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、更には各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。尚、本発明において「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。さらに、「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、或いはインク、または記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。 The liquid discharge head including the substrate for the liquid discharge head according to the present invention is a combination of a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, a word processor having a printer unit, and various processing apparatuses. It can be mounted on a recording device. By using this liquid discharge head, recording can be performed on various recording media such as paper, thread, fiber, leather, metal, plastic, glass, wood, and ceramic. In the present invention, “recording” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium but also giving an image having no meaning such as a pattern. Further, the term “liquid” is to be interpreted widely, and is applied to a recording medium to form an image, a pattern, a pattern, or the like, process the recording medium, or process ink or recording medium. It shall refer to the liquid provided. Here, as the treatment of the ink or the recording medium, for example, the fixing property is improved by coagulation or insolubilization of the coloring material in the ink applied to the recording medium, the recording quality or coloring property is improved, and the image durability is improved. Say that.
また、以下の説明では、本発明の主な適用例としてインクジェット記録ヘッド用基板を挙げて説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。また、液体吐出ヘッド用基板は、インクジェット記録ヘッド用基板の他、バイオッチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッドの製造にも適用できる。 In the following description, an inkjet recording head substrate will be described as a main application example of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to this. Further, the liquid discharge head substrate can be applied to the manufacture of a liquid discharge head for biochip manufacturing and electronic circuit printing as well as an inkjet recording head substrate.
図1は本実施形態の液体吐出ヘッド用基板を備える液体吐出ヘッドの構成例を示す模式的斜視断面図である。図1に示される液体吐出ヘッドは、液体吐出ヘッド用基板及び該液体吐出ヘッド用基板の上に形成された流路形成部材6を備える。 FIG. 1 is a schematic perspective sectional view showing a configuration example of a liquid discharge head including the liquid discharge head substrate of the present embodiment. The liquid discharge head shown in FIG. 1 includes a liquid discharge head substrate and a flow path forming member 6 formed on the liquid discharge head substrate.
液体吐出ヘッド用基板は、シリコン基板1と、該シリコン基板1の第1の面(表面)1A上に形成された液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子2と、を有する。シリコン基板1は、第1の面及び該第1の面と反対側の第2の面(裏面)1Bに貫通する貫通孔としての供給路30を有し、該供給路30は第一の開口部3、第二の開口部4及び第三の開口部5から構成されている。第一の開口部3は第1の面に通じ、第二の開口部4は第一の開口部の開口(第2の面側の開口)に通じ、第三の開口部5は第二の開口部の開口(第2の面側の開口)及び第2の面に通じている。第二の開口部4の第2の面側の開口は該第二の開口部の第1の面側の開口よりも広く形成されている。また、第二の開口部4の側壁は、基板面の垂直方向に対して傾斜している。すなわち、第二の開口部4は、基板面の垂直方向に対して斜め方向に形成された側壁により形成されている。第二の開口部4の基板面と平行な面による断面は、第1の面から第2の面に向かって徐々に広がっている。また、第一の開口部3及び第三の開口部5の側壁は、基板面に対して略垂直方向に形成されている。なお、本発明において、「略垂直」は、許容されるべき製造誤差範囲を含み、例えば、基板面に対して86°以上94°以下の範囲である。
The liquid discharge head substrate includes a silicon substrate 1 and an energy generating
供給路30は、第二の面側から第一の面側に向かってインク等の液体を供給する役割を有する。また、図1に示される液体吐出ヘッド用基板において第二の開口部4及び第三の開口部5が共通供給路として機能していると捉えることができる。また、第一の開口部3は、共通供給路に通じる独立供給路として捉えることができる。
The
図1において、吐出エネルギー発生素子2は所定のピッチで列状に形成されており、独立供給路としての第一の開口部3の開口(第1の面側の開口)は、吐出エネルギー発生素子2の列の両側に列状に配置されている。
In FIG. 1, the discharge
流路形成部材6は、吐出口8及び該吐出口8に連通する液体流路7を形成している。供給路から液体流路7に供給されたインク等の液体は、吐出エネルギー発生素子2によって発生された吐出エネルギーによって吐出口8から飛翔し、記録媒体に付与される。
The flow path forming member 6 forms a discharge port 8 and a liquid flow path 7 communicating with the discharge port 8. A liquid such as ink supplied from the supply path to the liquid flow path 7 flies from the discharge port 8 by the discharge energy generated by the discharge
以下に、製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of a manufacturing method will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
図5及び6は、本実施形態の製造方法における工程を説明するための模式的な工程断面図である。また、図5及び6は、図1に示される断面部分に相当する箇所の断面工程図である。
(Embodiment 1)
5 and 6 are schematic process cross-sectional views for explaining the process in the manufacturing method of the present embodiment. 5 and 6 are cross-sectional process diagrams of portions corresponding to the cross-sectional portion shown in FIG.
本実施形態は、以下の工程を有する。(1)前記第1の面側からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程。(2)前記第2の面側からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程。(3)前記第一の開口部または前記第三の開口部からエッチングを行い、前記第一の開口部及び前記第三の開口部を連通させ、前記第二の開口部を形成する工程。工程(1)及び(2)の順序は特に制限されない。 This embodiment has the following processes. (1) A step of performing etching from the first surface side to form the first opening. (2) A step of etching from the second surface side to form the third opening. (3) A step of performing etching from the first opening or the third opening to connect the first opening and the third opening to form the second opening. The order of the steps (1) and (2) is not particularly limited.
まず、図5(a)に示すように、第1の面(表面)及び該第1の面と反対側の面である第2の面(裏面)を有するシリコン基板101を用意する。シリコン基板101の第1の面上には吐出エネルギー発生素子102が複数配置されている。また、シリコン基板101の第1の面上には保護層103、シード層(不図示)が形成されている。
First, as shown in FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すように、保護層103上に、エッチングマスク材料を配置し、フォトリソグラフィー技術を用いて該エッチングマスク材料を所望のパターンにパターニングし、第一のエッチングマスク104を形成する。第一のエッチングマスク104は、独立供給路の開口パターンに対応する第一の開口パターンを有する。該第一のエッチングマスク104を介して保護層103をエッチングし、基板面を露出させる。また、第二のエッチングマスク105は、共通供給路の開口パターンに対応する第二の開口パターンを有する。
Next, as shown in FIG. 5B, an etching mask material is disposed on the
エッチングマスク材料としては、例えば、ポジ型レジストを用いることができ、具体的には、iP5700(商品名、東京応化工業社製)が挙げられる。また、同様の方法により、第2の面上にも、第二のエッチングマスク105を形成する。
As the etching mask material, for example, a positive resist can be used, and specifically, iP5700 (trade name, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) can be given. A
次に、図5(c)に示すように、第一のエッチングマスク104を介して第1の面側からシリコン基板をエッチングし、第一の開口部113を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, the silicon substrate is etched from the first surface side through the
第一の開口部113は、基板面に対して略垂直方向に形成することが好ましい。すなわち、第一の開口部113の側壁は、基板面に対して略垂直に形成されることが好ましい。また、第一の開口部113を形成するためのエッチングとしては、特に制限されるものではなく、等方性エッチングや異方性エッチングが挙げられる。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングが好ましく、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングがより好ましい。異方性エッチングとしては、結晶異方性エッチングが好ましい。また、第一の開口部を形成するためのエッチングとしてボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを利用し、第一の開口部を基板面に対して略垂直方向に形成することが好ましい。
The
第一の開口部113の深さ(基板厚さ方向の距離、図1のd3)は、例えば、50μm以上150μm以下である。
The depth (distance in the substrate thickness direction, d3 in FIG. 1) of the
次に、図5(d)に示すように、シリコン基板101の第1の面上にテープを貼り付け、エッチングストップ層Aを形成する。テープはエッチングガスによってダメージを受け難い材料を用いることができる。テープの材料としては、例えば、ポジ型レジストを用いることができ、具体的には、イクロステープ(商品名、住友化学社製)が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 5D, a tape is attached on the first surface of the
次に、図5(e)に示すように、第二のエッチングマスク105を介して第2の面側からシリコン基板をエッチングし、第三の開口部115を形成する。第三の開口部115は、基板面に対して略垂直方向に形成する。すなわち、第三の開口部115の側壁は、基板面に対して略垂直に形成される。
Next, as shown in FIG. 5E, the silicon substrate is etched from the second surface side through the
第三の開口部115を形成するためのエッチングとしては、例えば、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチング等が挙げられる。これらの中でもボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングが好ましい。
Examples of the etching for forming the
第三の開口部115の深さ(基板厚さ方向の距離、図1のd5)は、例えば、425μm以上575μm以下である。
The depth (distance in the substrate thickness direction, d5 in FIG. 1) of the
次に、図5(f)に示すように、第三の開口部115からシリコン基板をエッチングし、第三の開口部115を第一の開口部113に空間的に連通させ、第二の開口部114を形成する。これにより、貫通孔としての供給路を形成する。第二の開口部の第2の面側の開口は該第二の開口部の第1の面側の開口よりも広く形成される。
Next, as shown in FIG. 5 (f), the silicon substrate is etched from the
第二の開口部は、基板面と平行な面による該第二の開口部の断面が第1の面から第2の面に向かって徐々に広がるように形成されることが好ましい。また、第二の開口部の側壁は、基板面の垂直方向に対して斜め方向に形成されることが好ましい。また、第二の開口部の対向する側壁は、基板面の垂直方向に対して傾斜した対称形に形成されることが好ましい。また、第二の開口部の全ての側壁は、基板面と平行な面による第二の開口部の断面が第1の面から第2の面に向かって徐々に広がるように、基板面に対して斜めに形成されることが好ましい。 The second opening is preferably formed such that a cross section of the second opening by a plane parallel to the substrate surface gradually widens from the first surface toward the second surface. In addition, the side wall of the second opening is preferably formed in an oblique direction with respect to the direction perpendicular to the substrate surface. Moreover, it is preferable that the opposing side wall of the second opening is formed in a symmetrical shape inclined with respect to the vertical direction of the substrate surface. In addition, all the side walls of the second opening are in relation to the substrate surface so that a cross section of the second opening by a plane parallel to the substrate surface gradually widens from the first surface toward the second surface. It is preferable to form it diagonally.
基板面と第二の開口部の側壁との間の角度は、好ましくは、50°以上80°以下である。なお、基板面と第二の開口部の側壁との間の角度は、第二の開口部の第2の面側の開口中心を通りかつ基板面に垂直な面による第二の開口部の断面における、側壁の第1の面側の端部(第一の端部)及び第2の面側の端部(第二の端部)を結んだ線と、基板面(第2の面)とが成す角度と定義されることができる。 The angle between the substrate surface and the side wall of the second opening is preferably 50 ° or more and 80 ° or less. The angle between the substrate surface and the side wall of the second opening is a cross section of the second opening by a plane that passes through the opening center on the second surface side of the second opening and is perpendicular to the substrate surface. , A line connecting the first surface side end portion (first end portion) and the second surface side end portion (second end portion) of the side wall, and the substrate surface (second surface) Can be defined as the angle formed by
供給路は、第一の開口部の第2の面側の側壁端部と第二の開口部の第1の面側の側壁端部とが一致する部分を有することが好ましい。すなわち、供給路は、第一の開口部の第2の面側の側壁端部と第二の開口部の第1の面側の側壁端部とが繋がっている部分を有することが好ましい。 The supply path preferably has a portion where the side wall end on the second surface side of the first opening coincides with the side wall end on the first surface side of the second opening. In other words, the supply path preferably has a portion where the side wall end on the second surface side of the first opening and the side wall end on the first surface side of the second opening are connected.
供給路は、第三の開口部の第1の面側の側壁端部と第二の開口部の第2の面側の側壁端部とが一致する部分を有することが好ましい。すなわち、供給路は、第三の開口部の第1の面側の側壁端部と第二の開口部の第2の面側の側壁端部とが繋がっている部分を有することが好ましい。また、第三の開口部の第1の面側の側壁端部は第二の開口部の第2の面側の側壁端部と一致していることがより好ましい。 The supply path preferably has a portion where the side wall end on the first surface side of the third opening coincides with the side wall end on the second surface side of the second opening. That is, the supply path preferably has a portion where the side wall end on the first surface side of the third opening is connected to the side wall end on the second surface side of the second opening. More preferably, the side wall end on the first surface side of the third opening coincides with the side wall end on the second surface side of the second opening.
第二の開口部114を形成するためのエッチングとしては、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。図5では、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを利用して、第三の開口部115から第二の開口部114を形成した例を示している。結晶異方性エッチングにより第二の開口部を形成する場合、第三の開口部の側壁や第一の開口部の側壁等、必要な部分に適宜保護膜を設けることができる。
As the etching for forming the
なお、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いて、エッチング進行方向に対して開口幅が狭くなるようにエッチングする方法については、下方で詳細に説明する。 Note that a method of performing etching so that the opening width becomes narrower in the etching progress direction by using reactive ion etching using the Bosch process will be described in detail below.
第二の開口部114の深さ(基板厚さ方向の距離、図1のd4)は、例えば、100〜150μmである。
The depth (distance in the substrate thickness direction, d4 in FIG. 1) of the
また、第二の開口部114の深さと第三の開口部115の深さの比は、100:525〜150:475であることが好ましく、115:510〜135:490であることがより好ましい。第一の開口部113の深さと第二の開口部114の深さの比は、125:100〜75:150であることが好ましく、110:135〜90:115であることがより好ましい。
The ratio of the depth of the
基板面と平行な面による第二の開口部の断面において、上端部(第一の面側端部)の断面積Aと下端部(第二の面側端部)の断面積Bとの比は、676:100〜201:100であることが好ましく、547:100〜237:100であることがより好ましい。 The ratio of the cross-sectional area A at the upper end (first surface side end) and the cross-sectional area B at the lower end (second surface side end) in the cross section of the second opening by a plane parallel to the substrate surface. Is preferably 676: 100 to 201: 100, and more preferably 547: 100 to 237: 100.
次に、図5(g)に示すように、エッチングストップ層Aを除去し、第一のエッチングマスク104及び第二のエッチングマスク105を除去する。
Next, as shown in FIG. 5G, the etching stop layer A is removed, and the
図6に示す実施形態では、第一の開口部113からシリコン基板をエッチングして、第二の開口部114を形成し、第一の開口部113を第三の開口部115に空間的に連通させる。この際、第一の開口部113からエッチングが進行するに伴い、開口幅が広がるようにエッチングを行い、第二の開口部114を形成する。なお、図6に示す実施形態は、第一の開口部113を形成する工程と第三の開口部115を形成する工程の順序を図5に示す実施形態の順序とは逆にしている。
In the embodiment shown in FIG. 6, the silicon substrate is etched from the
図6(a)から(b)までの工程は、図5(a)から(b)までの工程と同じであるため、説明を省略する。 The steps from FIG. 6A to FIG. 6B are the same as the steps from FIG. 5A to FIG.
次に、図6(c)に示すように、第二のエッチングマスクを介して第2の面側からシリコン基板をエッチングし、第三の開口部115を基板面に対して略垂直方向に形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, the silicon substrate is etched from the second surface side through the second etching mask, and the
次に、図6(d)に示すように、シリコン基板101の第2の面上にテープを貼り付け、エッチングストップ層Bを形成する。
Next, as illustrated in FIG. 6D, a tape is attached on the second surface of the
次に、図6(e)に示すように、第1の面側からシリコン基板をエッチングし、第一の開口部113を形成する。
Next, as shown in FIG. 6E, the silicon substrate is etched from the first surface side to form a
次に、図6(f)に示すように、第一の開口部113からシリコン基板をエッチングして第二の開口部114を形成し、第一の開口部113を第三の開口部115に空間的に連通させる。これにより、貫通孔としての供給路を形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (f), the silicon substrate is etched from the
第二の開口部114を形成するためのエッチングとしては、等方性エッチングを用いることが好ましい。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングを好ましく挙げることができる。特に、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。
As etching for forming the
なお、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いて、エッチング進行方向に対して開口幅が広がるようにエッチングする方法の詳細については、後述する。 Note that details of a method of etching so that the opening width is widened in the etching progress direction by using reactive ion etching using the Bosch process will be described later.
次に、図6(g)に示すように、エッチングストップ層Bを除去し、第一のエッチングマスク104及び第二のエッチングマスク105を除去する。
Next, as shown in FIG. 6G, the etching stop layer B is removed, and the
本実施形態によれば、リフィル特性及び供給路間の隔壁の強度を両立することが容易な液体吐出ヘッド用基板を得ることができる。本実施形態によれば、ウエハ1枚から取得できるチップ数を増やすために吐出口密度を高くした場合であっても、隔壁の付け根部分に基板部分を残すため隔壁の強度を高くすることができるとともに、第三の開口部を略垂直方向に形成するため供給路容積を大きくすることができる。そのため、リフィル特性及び供給路間の隔壁強度を容易に両立させることができる。 According to this embodiment, it is possible to obtain a liquid discharge head substrate that can easily achieve both the refill characteristics and the strength of the partition walls between the supply paths. According to this embodiment, even when the discharge port density is increased to increase the number of chips that can be obtained from one wafer, the strength of the partition can be increased because the substrate portion remains at the base of the partition. In addition, since the third opening is formed in a substantially vertical direction, the supply path volume can be increased. Therefore, both the refill characteristics and the partition wall strength between the supply paths can be easily achieved.
本実施形態において、一つの第三の開口部に対して複数の第一の開口部が連通している。また、図5に示す形態においては、一つの第三の開口部に対して一つの第二の開口部が連通し、一つの第二の開口部に対して複数の第一の開口部が連通している。また、図6に示す形態においては、一つの第三の開口部に対して、複数の第二の開口部が連通し、複数の第二の開口部のそれぞれに対して一つの第一の開口部がそれぞれ連通している。 In the present embodiment, a plurality of first openings communicate with one third opening. In the form shown in FIG. 5, one second opening communicates with one third opening, and a plurality of first openings communicate with one second opening. doing. In the form shown in FIG. 6, a plurality of second openings communicate with one third opening, and one first opening for each of the plurality of second openings. Each part communicates.
(実施形態2)
図7は、本発明の別の実施形態の製造方法における工程を説明するための模式的な工程断面図である。また、図7は、図1に示される断面部分に相当する箇所の断面工程図である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a schematic process cross-sectional view for explaining a process in the manufacturing method according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a sectional process diagram of a portion corresponding to the sectional portion shown in FIG.
本実施形態は、以下の工程を有する。(1)前記第1の面側からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程。(2)前記第一の開口部からエッチングを行い、前記第二の開口部を形成する工程。(3)前記第二の開口部からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程。 This embodiment has the following processes. (1) A step of performing etching from the first surface side to form the first opening. (2) A step of performing etching from the first opening to form the second opening. (3) A step of performing etching from the second opening to form the third opening.
以下、図7を参照して本実施形態について説明する。本実施形態では、シリコン基板の第1の面からのエッチングにより、供給路を形成する。 Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the supply path is formed by etching from the first surface of the silicon substrate.
図7(a)に示す工程は、図5(a)に示す工程と同じであるため省略する。 The process shown in FIG. 7A is the same as the process shown in FIG.
図7(b)に示すように、シリコン基板101の第1の面上にエッチングマスク104を形成する。また、シリコン基板101の第2の面上にエッチングストップ層Cを形成する。
As shown in FIG. 7B, an
次に、図7(c)に示すように、エッチングマスク104を介して第1の面側からエッチングを行い、第一の開口部113を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, etching is performed from the first surface side through the
第一の開口部113を形成するためのエッチングとしては、特に制限されるものではなく、等方性エッチングや異方性エッチングが挙げられる。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングが好ましく挙げられ、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングがより好ましく挙げられる。異方性エッチングとしては、結晶異方性エッチングが好ましく挙げられる。また、第一の開口部を形成するためのエッチングとしてボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを利用し、第一の開口部を基板面に対して略垂直方向に形成することが好ましい。
The etching for forming the
次に、図7(d)に示すように、第一の開口部からエッチングを行い、第二の開口部114を形成する。
Next, as shown in FIG. 7D, etching is performed from the first opening to form the
第二の開口部114を形成するためのエッチングとしては、等方性エッチングを用いることが好ましい。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングを好ましく挙げることができる。特に、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。
As etching for forming the
次に、図7(e)に示すように、第二の開口部114からエッチングを行い、第三の開口部115を形成する。
Next, as shown in FIG. 7E, the
第三の開口部115を形成するためのエッチングとしては、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。結晶異方性エッチングにより第三の開口部を形成する場合、第二の開口部の側壁や第一の開口部の側壁等、必要な部分に適宜保護膜を設けることができる。
As the etching for forming the
次に、図7(f)に示すように、エッチングストップ層Cを除去し、第一のエッチングマスク104を除去する。
Next, as shown in FIG. 7F, the etching stop layer C is removed, and the
本実施形態によれば、第1の面側からのエッチングにより容易に本実施形態の液体吐出ヘッド用基板を製造することができる。 According to the present embodiment, the liquid discharge head substrate of the present embodiment can be easily manufactured by etching from the first surface side.
図7に示す形態では、一つの第三の開口部に対して一つの第二の開口部が連通し、一つの第二の開口部に対して一つの第一の開口部が連通している。 In the form shown in FIG. 7, one second opening communicates with one third opening, and one first opening communicates with one second opening. .
なお、図7に示す実施形態では、図5や6に示すような独立供給路や共通供給路の概念がなく、1つの第一の開口部と1つの第二の開口部と1つの第三の開口部で構成される供給路が複数形成される。しかし、本実施形態の製造方法においても、図8に示すように、1つの共通供給路に複数の独立供給路が繋がる供給路を形成することができる。これは、エッチングマスクの開口の配置パターンを調整したり、第一の開口部のエッチング条件や第二の開口部のエッチング条件を調整したりすること等によって達成できる。 In the embodiment shown in FIG. 7, there is no concept of an independent supply path or a common supply path as shown in FIGS. 5 and 6, one first opening, one second opening, and one third. A plurality of supply paths formed of the openings are formed. However, also in the manufacturing method of this embodiment, as shown in FIG. 8, a supply path in which a plurality of independent supply paths are connected to one common supply path can be formed. This can be achieved by adjusting the arrangement pattern of the openings of the etching mask, adjusting the etching conditions of the first opening, the etching conditions of the second opening, or the like.
(実施形態3)
本実施形態は、図7を参照して説明した実施形態2の方法とは逆に、第2の面からのエッチングにより供給路を形成する製造方法である。
(Embodiment 3)
This embodiment is a manufacturing method in which a supply path is formed by etching from the second surface, contrary to the method of the second embodiment described with reference to FIG.
本実施形態は、以下の工程を有する。(1)前記第2の面側からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程。(2)前記第三の開口部からエッチングを行い、前記第二の開口部を形成する工程。(3)前記第二の開口部からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程。 This embodiment has the following processes. (1) A step of etching from the second surface side to form the third opening. (2) A step of etching from the third opening to form the second opening. (3) A step of etching from the second opening to form the first opening.
まず、シリコン基板の第2の面上にエッチングマスクを形成する。また、シリコン基板の第1の面上にエッチングストップ層を形成する。 First, an etching mask is formed on the second surface of the silicon substrate. An etching stop layer is formed on the first surface of the silicon substrate.
次に、エッチングマスクを介して第2の面側からエッチングを行い、第三の開口部を形成する。第三の開口部を形成するためのエッチングとしては、例えば、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチング等が挙げられる。これらの中でも、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。 Next, etching is performed from the second surface side through an etching mask to form a third opening. Examples of the etching for forming the third opening include crystal anisotropic etching and reactive ion etching using a Bosch process. Among these, it is preferable to use reactive ion etching using a Bosch process.
次に、第三の開口部からエッチングを行い、第二の開口部を形成する。第二の開口部を形成するためのエッチングとしては、例えば、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングが挙げられる。これらの中でもボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングが好ましい。 Next, etching is performed from the third opening to form the second opening. Examples of the etching for forming the second opening include reactive ion etching using crystal anisotropic etching or a Bosch process. Among these, reactive ion etching using a Bosch process is preferable.
次に、第二の開口部からエッチングを行い、第一の開口部を形成する。第一の開口部を形成するためのエッチングとしては、特に制限されるものではなく、等方性エッチングや異方性エッチングが挙げられる。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングが好ましく挙げられ、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングがより好ましく挙げられる。異方性エッチングとしては、結晶異方性エッチングが好ましく挙げられる。また、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを利用し、第一の開口部を基板面に対して略垂直方向に形成することが好ましい。 Next, etching is performed from the second opening to form the first opening. The etching for forming the first opening is not particularly limited and includes isotropic etching and anisotropic etching. As isotropic etching, reactive ion etching is preferably exemplified, and reactive ion etching using a Bosch process is more preferred. As anisotropic etching, crystal anisotropic etching is preferably mentioned. In addition, it is preferable to form the first opening in a direction substantially perpendicular to the substrate surface by using reactive ion etching using a Bosch process.
次に、エッチングストップ層を除去し、エッチングマスクを除去する。 Next, the etching stop layer is removed, and the etching mask is removed.
本実施形態によれば、第2の面側からのエッチングにより容易に本実施形態の液体吐出ヘッド用基板を製造することができる。 According to the present embodiment, the liquid discharge head substrate of the present embodiment can be easily manufactured by etching from the second surface side.
なお、本実施形態でも、1つの第一の開口部と1つの第二の開口部と1つの第三の開口部で構成される供給路を形成することもでき、また、1つの共通供給路に複数の独立供給路が繋がる供給路を形成することができる。 In the present embodiment as well, a supply path composed of one first opening, one second opening, and one third opening can be formed, and one common supply path can be formed. A supply path connecting a plurality of independent supply paths can be formed.
(ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチング)
上述のように、第一の開口部、第二の開口部及び第三の開口部の形成方法としては、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを挙げることができる。反応性イオンエッチングは加速したイオンによりエッチングを行い、反応性イオンエッチングの装置はイオンを生成するプラズマ発生装置とエッチングする反応室を備える。例えば、高密度のイオンを発生できるICP(誘導結合プラズマ)ドライエッチング装置を用いた場合、コーティングとエッチングを交互に行うことによってシリコン基板を垂直にエッチングできる。エッチングガスとしては、例えば、SF6ガスを用いることができ、パッシベーション層を形成するガスとしては、例えば、C4F8ガスやCHF3ガスを用いることができる。本実施形態においては、ICPプラズマ装置を用いたドライエッチングにより供給路を形成することが好ましいが、他の方式のプラズマソースを有するドライエッチング装置を用いてもよい。例えば、ECR(電子サイクロトロン共鳴)イオン源を有する装置を用いることもできる。
(Reactive ion etching using the Bosch process)
As described above, the method for forming the first opening, the second opening, and the third opening includes reactive ion etching using a Bosch process. In reactive ion etching, etching is performed using accelerated ions, and a reactive ion etching apparatus includes a plasma generation apparatus that generates ions and a reaction chamber that performs etching. For example, when an ICP (inductively coupled plasma) dry etching apparatus capable of generating high density ions is used, the silicon substrate can be etched vertically by alternately performing coating and etching. As the etching gas, for example, SF 6 gas can be used, and as the gas for forming the passivation layer, for example, C 4 F 8 gas or CHF 3 gas can be used. In this embodiment, the supply path is preferably formed by dry etching using an ICP plasma apparatus, but a dry etching apparatus having a plasma source of another method may be used. For example, an apparatus having an ECR (electron cyclotron resonance) ion source can be used.
さらに、図2を参照して、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングの条件について述べる。ボッシュプロセスは図2(a)から(e)に示すようにエッチング工程とパッシベーション層形成工程を繰り返し行うことでエッチングする手法である。まず、図2(a)に示すように、シリコン基板をエッチングして第一のエッチング溝を形成する。次に、第一のエッチング溝に第一のパッシベーション層を形成し、第一のエッチンング溝の壁面を保護する。次に、図2(c)に示すように、第一のパッシベーション層の底部をエッチングし、次のエッチング開始面となる領域を露出する。次に、図2(d)に示すように、第一のパッシベーション層がエッチングされて露出したシリコン基板をエッチングし、第二のエッチング溝を形成する。そして、図2(e)に示すように、第二のエッチング溝に第二のパッシベーション層を形成する。このようにエッチング工程とパッシベーション層形成工程を繰り返すことにより、シリコン基板をエッチングすることができる。そして、このエッチング工程とパッシベーション層形成工程のそれぞれの条件を制御することにより、開口部を基板面に対して略垂直方向に形成することができ、または、エッチング進行方向に向かって開口部が広がるように若しくは狭くなるように形成することができる。 Further, with reference to FIG. 2, conditions for reactive ion etching using the Bosch process will be described. The Bosch process is a technique in which etching is performed by repeatedly performing an etching step and a passivation layer forming step as shown in FIGS. First, as shown in FIG. 2A, the silicon substrate is etched to form a first etching groove. Next, a first passivation layer is formed in the first etching groove to protect the wall surface of the first etching groove. Next, as shown in FIG. 2C, the bottom of the first passivation layer is etched to expose a region to be the next etching start surface. Next, as shown in FIG. 2D, the silicon substrate exposed by etching the first passivation layer is etched to form a second etching groove. Then, as shown in FIG. 2E, a second passivation layer is formed in the second etching groove. Thus, the silicon substrate can be etched by repeating the etching process and the passivation layer forming process. Then, by controlling the respective conditions of the etching step and the passivation layer forming step, the opening can be formed in a direction substantially perpendicular to the substrate surface, or the opening widens in the etching progress direction. Or can be formed to be narrow.
開口部を垂直方向に形成する場合、エッチング時間は1サイクル当たり10秒以上20秒以下に、パッシベーション層形成時間は1サイクル当たり1秒以上10秒以下に設定することが好ましい。この際の反応性イオンエッチングの真空度に関し、ガス圧力(絶対圧)は0.1Pa以上、50Pa以下に設定することが好ましい。SF6ガスの流量は50sccm以上1000sccm以下に設定することが好ましく、C4F8の流量は50sccm以上1000sccm以下に設定することが好ましい。特に、高真空にするために、ガス圧を0.5Pa以上10Pa以下に設定することが好ましい。 When the opening is formed in the vertical direction, the etching time is preferably set to 10 seconds or more and 20 seconds or less per cycle, and the passivation layer forming time is preferably set to 1 second or more and 10 seconds or less per cycle. Regarding the vacuum degree of the reactive ion etching at this time, the gas pressure (absolute pressure) is preferably set to 0.1 Pa or more and 50 Pa or less. The flow rate of SF 6 gas is preferably set to 50 sccm or more and 1000 sccm or less, and the flow rate of C 4 F 8 is preferably set to 50 sccm or more and 1000 sccm or less. In particular, in order to achieve a high vacuum, the gas pressure is preferably set to 0.5 Pa or more and 10 Pa or less.
エッチング進行方向に対して開口幅が広くなるように開口部を形成する方法について図3を参照して説明する。なお、図3(a)〜(c)の工程は、図2(a)〜(c)の工程と同じなので説明を省略する。図3(d)に示すエッチング工程において、図2に示す開口部を垂直方向に形成する場合よりもエッチング時間を長くすることにより、第二のエッチング溝の開口幅(又は開口面積)を広げることができる。エッチングの進行方法に向かって開口幅が広がるようにエッチングする場合、パッシベーション層形成時間を1サイクル当たり1秒以上10秒以下に設定し、エッチング時間を1サイクル当たり10秒以上30秒以下に設定することが好ましい。また、その他にも、ガス圧力やイオン種等のエッチング条件を適宜選択することにより、エッチング進行方向に対して開口幅が広がるように開口部を形成することができる。 A method of forming the opening so that the opening width becomes wider with respect to the etching progress direction will be described with reference to FIG. 3A to 3C are the same as the steps in FIGS. 2A to 2C, the description thereof will be omitted. In the etching step shown in FIG. 3D, the opening width (or opening area) of the second etching groove is increased by making the etching time longer than when the opening shown in FIG. 2 is formed in the vertical direction. Can do. When etching is performed so that the opening width increases toward the etching progress method, the passivation layer formation time is set to 1 second or more and 10 seconds or less per cycle, and the etching time is set to 10 seconds or more and 30 seconds or less per cycle. It is preferable. In addition, by appropriately selecting etching conditions such as gas pressure and ion species, the opening can be formed so that the opening width is widened in the etching progress direction.
エッチング進行方向に対して開口幅が狭くなるように開口部を形成する方法について図4を参照して説明する。なお、図4(a)〜(b)の工程は、図2(a)〜(b)の工程と同じなので説明を省略する。図4(c)では、パッシベーション層のエッチング時間を図2(c)に示す場合に比べて短くすることにより、シリコン基板が露出する面積を小さくしている。また、図4(d)では、エッチング時間を図2(d)に示す場合に比べて短くすることにより、第二のエッチング溝の開口幅(開口面積)を小さくしている。このようにエッチングを進めることにより、エッチング進行方向に対して開口幅が狭くなるように開口部を形成することができる。エッチングの進行方法に向かって開口幅が狭くなるようにエッチングする場合、パッシベーション層形成時間を1サイクル当たり5〜20秒に設定し、エッチング時間を1サイクル当たり5秒以上20秒以下に設定することが好ましい。また、その他にも、ガス圧力やイオン種等のエッチング条件を適宜選択することにより、エッチング進行方向に対して開口幅が狭くなるように開口部を形成することができる。 A method of forming the opening so that the opening width becomes narrower in the etching progress direction will be described with reference to FIG. 4A to 4B are the same as the steps in FIGS. 2A to 2B, and the description thereof is omitted. In FIG. 4C, the area where the silicon substrate is exposed is reduced by shortening the etching time of the passivation layer compared to the case shown in FIG. Further, in FIG. 4D, the opening time (opening area) of the second etching groove is reduced by shortening the etching time as compared with the case shown in FIG. By proceeding the etching in this way, the opening can be formed so that the opening width becomes narrower in the etching progress direction. When etching is performed so that the opening width becomes narrower toward the etching progress method, the passivation layer formation time is set to 5 to 20 seconds per cycle, and the etching time is set to 5 seconds or more and 20 seconds or less per cycle. Is preferred. In addition, by appropriately selecting etching conditions such as gas pressure and ion species, the opening can be formed so that the opening width becomes narrower in the etching progress direction.
なお、上記ではボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを例に挙げて説明したが、本発明はボッシュプロセスに限定されるものではない。例えばコイルパワー、プラテンパワーを変化させ事で基板面に対し傾斜したエッチングが可能なことを利用し、同様の考え方でプロセス設定することで条件設定可能である。 In the above description, reactive ion etching using the Bosch process has been described as an example. However, the present invention is not limited to the Bosch process. For example, it is possible to set conditions by changing the coil power and the platen power so that the inclined etching with respect to the substrate surface is possible and the process is set in the same way.
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to the following Example.
(実施例1)
本実施例について図5(a)−(g)を参照して説明する。
Example 1
A present Example is described with reference to Fig.5 (a)-(g).
まず、図5(a)に示すように、第1の面(表面)及び該第1の面と反対側の面である第2の面(裏面)を有するシリコン基板101を用意した。シリコン基板101の第1の面上には吐出エネルギー発生素子102が複数配置されている。また、シリコン基板101の第1の面上には保護層103が形成されている。具体的には、吐出エネルギー発生素子はTaSiNで構成され、保護層はSiOで構成され、シード層は金で構成される。
First, as shown in FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すように、保護層103上に、ポジ型レジストを用いてエッチングマスク材料を配置し、フォトリソグラフィー技術を用いて該エッチングマスク材料を所望のパターンにパターニングし、第一のエッチングマスク104を形成した。エッチングマスク材料としてiP5700(商品名、東京応化工業社製)を用いた。また、同様の方法により、第二の面上にも、第二のエッチングマスク105を形成した。
Next, as shown in FIG. 5B, an etching mask material is arranged on the
次に、図5(c)に示すように、第一のエッチングマスク104を介して第1の面側からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第一の開口部113を形成した。具体的には、シリコン基板101の厚み725μmに対して第一の開口部113は第1の面から100μmの深さで形成した。また、第一の開口部113は基板面に対して垂直方向に形成した。
Next, as shown in FIG. 5C, the silicon substrate is etched from the first surface side by reactive ion etching using a Bosch process through the
このときのボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングでは、エッチング工程とパッシベーション層形成工程とを複数回繰り返した。パッシベーション層の形成時間を1サイクル当たり5秒、エッチングの時間を1サイクル当たり15秒とした。反応性イオンエッチングの条件については、ガス圧力(絶対圧)を5Pa、SF6ガス流量を500sccm、C4F8のガス流量を500sccmとした。 In the reactive ion etching using the Bosch process at this time, the etching step and the passivation layer forming step were repeated a plurality of times. The formation time of the passivation layer was 5 seconds per cycle, and the etching time was 15 seconds per cycle. The reactive ion etching conditions were such that the gas pressure (absolute pressure) was 5 Pa, the SF 6 gas flow rate was 500 sccm, and the C 4 F 8 gas flow rate was 500 sccm.
次に、図5(d)に示すように、シリコン基板101の第1の面上にテープを貼り付け、エッチングストップ層Aを形成した。テープはエッチングガスによってダメージを受け難い材料を用いることができるが、テープの材料としては、ポジ型レジストを用い、具体的には、イクロステープ(商品名、住友化学社製)を用いた。
Next, as shown in FIG. 5 (d), a tape was affixed on the first surface of the
次に、図5(e)に示すように、第二のエッチングマスク105を介して第二の面側からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第三の開口部115を形成した。第三の開口部115は、第二の面から400μmの深さで形成した。また、第三の開口部115は基板面に対して垂直方向に形成した。
Next, as shown in FIG. 5E, the silicon substrate is etched from the second surface side by reactive ion etching using a Bosch process through the
このときのボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングでは、パッシベーション層の形成時間を1サイクル当たり5秒、エッチングの時間を1サイクル当たり15秒とした。反応性イオンエッチングの条件については、ガス圧力(絶対圧)を5Pa、SF6ガス流量を500sccm、C4F8のガス流量を500sccmとした。 In the reactive ion etching using the Bosch process at this time, the formation time of the passivation layer was set to 5 seconds per cycle, and the etching time was set to 15 seconds per cycle. The reactive ion etching conditions were such that the gas pressure (absolute pressure) was 5 Pa, the SF 6 gas flow rate was 500 sccm, and the C 4 F 8 gas flow rate was 500 sccm.
次に、図5(f)に示すように、第三の開口部115からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングして第二の開口部114を形成し、第三の開口部115を第一の開口部113に連通させた。これにより、貫通孔としての供給路を形成した。
Next, as shown in FIG. 5F, the silicon substrate is etched from the
このときのボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングでは、エッチングの時間を、第一の開口部や第三の開口部のように開口部を垂直方向に形成するときのエッチング時間よりも少なくなるように設定した。このようにエッチングプロセス時間を設定することで、第1の面側にエッチングが進行するに伴い、徐々に開口幅が狭くなる形状に加工することができる。より具体的には、パッシベーション層の形成時間を1サイクル当たり10秒、エッチングの時間を1サイクル当たり10秒とした。また、反応性イオンエッチングの条件については、ガス圧力(絶対圧)を5Pa、SF6のガス流量を500sccm、C4F8のガス流量を500sccmとした。 In the reactive ion etching using the Bosch process at this time, the etching time is made shorter than the etching time when the opening is formed in the vertical direction like the first opening and the third opening. Set to. By setting the etching process time in this manner, the opening width can be gradually reduced as etching progresses toward the first surface. More specifically, the formation time of the passivation layer was 10 seconds per cycle, and the etching time was 10 seconds per cycle. The reactive ion etching conditions were such that the gas pressure (absolute pressure) was 5 Pa, the SF 6 gas flow rate was 500 sccm, and the C 4 F 8 gas flow rate was 500 sccm.
次に、図5(g)に示すように、エッチングストップ層Aを除去し、第一のエッチングマスク104及び第二のエッチングマスク105を除去し、液体吐出ヘッド用基板を得た。
Next, as shown in FIG. 5G, the etching stop layer A was removed, the
(実施例2)
実施例2では、第一の開口部113からシリコン基板をエッチングして第二の開口部114を形成し、第一の開口部113を第三の開口部115に連通させた。また、実施例2では、第一の開口部113を形成する工程と第三の開口部115を形成する工程の順序を実施例1の順序とは逆にした。
(Example 2)
In Example 2, the silicon substrate was etched from the
以下、図6(a)−(g)を参照し、実施例2を説明する。 Hereinafter, Example 2 will be described with reference to FIGS.
図6(a)から(b)までは実施例1の図5(a)から(b)と同じ工程であるため、説明を省略する。 Since FIGS. 6A to 6B are the same steps as FIGS. 5A to 5B of the first embodiment, description thereof will be omitted.
次に、図6(c)に示すように、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第三の開口部115を形成した。第三の開口部115は、シリコン基板(厚さ725μm)に第二の面から400μmの深さで、基板面に対して垂直方向に形成した。
Next, as shown in FIG. 6C, the silicon substrate was etched by reactive ion etching using a Bosch process to form a
次に、図6(d)に示すように、シリコン基板101の第二の面上にテープを貼り付け、エッチングストップ層Bを形成した。テープとしては、イクロステープ(商品名、住友化学社製)を用いた。
Next, as shown in FIG. 6D, a tape was attached on the second surface of the
次に、図6(e)に示すように、ボッシュプロセスを用いて反応性イオンエッチングによりシリコン基板を第1の面側からエッチングし、第一の開口部113を形成した。第一の開口部113は、シリコン基板の第1の面から100μmの深さで、基板面に対して垂直方向に形成した。
Next, as shown in FIG. 6E, the silicon substrate was etched from the first surface side by reactive ion etching using a Bosch process to form a
次に、図6(f)に示すように、第一の開口部113からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第一の開口部113を第三の開口部115に連通させ、第二の開口部114を形成した。これにより、貫通孔としての供給路を形成した。
Next, as shown in FIG. 6 (f), the silicon substrate is etched from the
このときのボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングは、エッチングの時間を、第一の開口部や第三の開口部のように開口部を垂直方向に形成するときのエッチング時間よりも多くなるように設定した。このようにエッチング時間を設定することにより、第2の面側にエッチングが進行するに伴い、徐々に開口幅が広くなる形状に加工することができる。より具体的には、パッシベーション層の形成時間を1サイクル当たり5秒、エッチングの時間を1サイクル当たり25秒に設定した。また、反応性イオンエッチングの条件については、ガス圧力(絶対圧)を5Pa、SF6のガス流量を500sccm、C4F8の流量を500sccmとした。 At this time, the reactive ion etching using the Bosch process is such that the etching time is longer than the etching time for forming the opening in the vertical direction like the first opening and the third opening. Set to. By setting the etching time in this way, it can be processed into a shape in which the opening width gradually increases as the etching progresses to the second surface side. More specifically, the formation time of the passivation layer was set to 5 seconds per cycle, and the etching time was set to 25 seconds per cycle. The reactive ion etching conditions were such that the gas pressure (absolute pressure) was 5 Pa, the gas flow rate of SF 6 was 500 sccm, and the flow rate of C 4 F 8 was 500 sccm.
次に、図6(g)に示すように、エッチングストップ層Bを除去し、第一のエッチングマスク104及び第二のエッチングマスク105を除去し、液体吐出ヘッド用基板を得た。
Next, as shown in FIG. 6G, the etching stop layer B was removed, the
(実施例3)
実施例3では、シリコン基板の第1の面からのエッチングにより、供給路を形成した。以下、図7(a)−(f)を参照して、実施例3を説明する。
(Example 3)
In Example 3, the supply path was formed by etching from the first surface of the silicon substrate. Hereinafter, Example 3 will be described with reference to FIGS.
まず、図7(a)に示すように、第1に耐エッチングマスク層を形成したシリコン基板を用意した。次に、図7(b)に示すように、シリコン基板101の第1の面上に所望の開口パターンを有するエッチングマスク104を形成した。また、シリコン基板の第二の面にテープを貼り付け、エッチングストップ層Cを形成した。テープとしては、イクロステープ(商品名、住友化学社製)を用いた。次に、図7(c)に示すように、エッチングマスク104を介して第1の面側からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第一の開口部113を形成した。第一の開口部113の深さは、第1の面から100μmとした。また、エッチング条件は実施例1の第一の開口部を形成したときと同じ条件とした。次に、図7(d)に示すように、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングにより、第二の開口部114を形成した。第二の開口部114の深さは、第一の開口部113の端部(底部)から225μmとした。また、エッチング条件は実施例2における第二の開口部を形成したときと同じ条件とした。次に、図7(e)に示すように、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングにより、第二の開口部の底部からシリコン基板をエッチングし、第三の開口部115を形成した。エッチング条件は、実施例1における第三の開口部を形成したときと同じ条件とした。次に、図7(f)に示すように、エッチングマスク104とエッチングストップ層Cを除去し、液体吐出ヘッド用基板を得た。
First, as shown in FIG. 7A, first, a silicon substrate on which an etching resistant mask layer was formed was prepared. Next, as shown in FIG. 7B, an
1 シリコン基板
2 吐出エネルギー発生素子
3 第一の開口部
4 第二の開口部
5 第三の開口部
101 シリコン基板
102 吐出エネルギー発生素子
103 保護層
104 エッチングマスク(第一のエッチングマスク)
105 エッチングマスク(第二のエッチングマスク)
113 第一の開口部
114 第二の開口部
115 第三の開口部
A,B,C エッチングストップ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
105 Etching mask (second etching mask)
113
Claims (22)
前記供給路は、
前記第1の面に開口する第一の開口部と、
該第一の開口部の第2の面側の開口に通じる第二の開口部と、
該第二の開口部の第2の面側の開口に通じ、かつ前記第2の面に開口する第三の開口部と、
から構成され、
前記第二の開口部の第2の面側の開口は、該第二の開口部の第1の面側の開口よりも広く、
前記第三の開口部は、基板面に対して略垂直である側壁を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。 A silicon substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; an ejection energy generating element disposed on the first surface of the silicon substrate; and the first surface of the silicon substrate. A liquid discharge head substrate having a supply path penetrating the first surface and the second surface,
The supply path is
A first opening opening in the first surface;
A second opening leading to an opening on the second surface side of the first opening;
A third opening leading to the opening on the second surface side of the second opening and opening in the second surface;
Consisting of
The opening on the second surface side of the second opening is wider than the opening on the first surface side of the second opening,
The substrate for a liquid discharge head, wherein the third opening has a side wall substantially perpendicular to the substrate surface.
(1)前記第1の面側からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程と、
(2)前記第2の面側からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程と、
(3)前記第一の開口部または前記第三の開口部からエッチングを行い、前記第一の開口部及び前記第三の開口部を連通させ、前記第二の開口部を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the substrate for liquid discharge heads according to any one of claims 1 to 11,
(1) etching from the first surface side to form the first opening;
(2) etching from the second surface side to form the third opening;
(3) performing etching from the first opening or the third opening, communicating the first opening and the third opening, and forming the second opening;
Manufacturing method of substrate for liquid discharge head having
(1)前記第1の面側からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程と、
(2)前記第一の開口部からエッチングを行い、前記第二の開口部を形成する工程と、
(3)前記第二の開口部からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the substrate for liquid discharge heads according to any one of claims 1 to 11,
(1) etching from the first surface side to form the first opening;
(2) etching from the first opening to form the second opening;
(3) etching from the second opening to form the third opening;
Manufacturing method of substrate for liquid discharge head having
(1)前記第2の面側からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程と、
(2)前記第三の開口部からエッチングを行い、前記第二の開口部を形成する工程と、
(3)前記第二の開口部からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the substrate for liquid discharge heads according to any one of claims 1 to 11,
(1) etching from the second surface side to form the third opening;
(2) etching from the third opening to form the second opening;
(3) etching from the second opening to form the first opening;
Manufacturing method of substrate for liquid discharge head having
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- 2014-07-29 JP JP2014153471A patent/JP2016030380A/en active Pending
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