JP3788383B2 - ノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル穴を有する、インクジェットヘッド等の液滴噴射装置に関するものであり、更に詳しくは、液滴噴射装置に用いられるノズルプレートの生産効率の高い製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッド等に用いられるノズルプレートの製造方法としては、例えば特開平７−１１７２２９号公報に開示されているように、インクノズル列を有するノズルプレートを射出成形法を用いて製造する方法が知られている。
【０００３】
また、シリコンウエハ上にノズル穴を形成する方法としては、特開平１１−２８８２０号公報に開示されているように、まずシリコンウエハの一方の面にドライエッチングを施す事によりノズル穴となる溝を形成し、次にその溝に対して反対側の面よりウエットエッチングを施すことにより、貫通させ、ノズル穴を形成する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンウエハからの切り出しによってノズルプレートを製造する過程で、そのノズル形成方法に特開平１１−２８８２０号公報に開示されているように、まずシリコンウエハの一方の面にドライエッチングを施す事によりノズル穴を形成し、次にそのノズル穴に対して反対側の面よりウエットエッチングを施すことによってノズル穴を貫通させるという方法を用いた場合、ノズルプレート上におけるノズルが形成された領域では、その厚みがノズルの長さに等しく、そのノズルの長さによっては非常に薄くなる。しかし、強度確保のためにノズル形成部の周囲に厚い部分を設けると、ノズルプレートの表面（ノズル面）に段差ができ、その場合、例えばインクジェットヘッドのノズルプレートとして使用した場合にノズル面からのインクの払拭がし難くなり、また、払拭に使用するワイパを痛めるという不具合がある。
【０００５】
また、強度確保を目的とした厚い領域をノズルプレート内のノズル形成部周囲に設けることにより、その分だけノズルプレートの面積が大きくなるため、一枚のシリコンウエハからの取り数が減り、ノズルプレート一枚当たりのコストが高くなる。
【０００６】
一方、段差を無くすために、シリコンウエハ全面の厚みをノズルの長さに合わせて薄くすると、シリコンウエハの強度が著しく下がり、製造過程での割れに繋がり、歩留りを大きく低下させる。また、製造工程の中でそのウエハの位置決めが必要で、ウエハ上に設けられた位置決め穴にピンを挿入するといった場合、その穴部での強度の低さからウエハが割れてしまう可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ウエハ上に強度確保のためのリブを配置することによって、薄く平坦なノズルプレートの生産を可能とし、さらに最適にリブを配置する事により、ノズルプレートの生産効率を向上させる製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、以下の発明を提供する。
本発明のノズルプレート製造方法では、まずシリコンウエハの一方の面に対してドライエッチングを施すことによりノズル穴を形成し、次に他方の面よりウエットエッチングを施すことによりノズル形成部のウエハの厚みを調整し、所望の長さのノズルを形成する。
【０００９】
そこで、ウエットエッチングは、シリコンウエハのウエットエッチングを施す面に対して、その全面を数本の細い格子で区切った領域に対して行い、格子状に厚みの残る形状を形成するように行う。その格子の数は、1枚のシリコンウエハに形成するノズルプレートの数よりも十分に少なく、格子で区切られた薄く平坦な領域に複数毎のノズルプレートが形成される構成とする。そこで、薄く平坦な領域の面積は、工程において問題のない強度を確保できる範囲で出来るだけ大きいものとし、格子の太さはシリコンウエハ全体の強度が確保できる程度に細いものとする。
【００１０】
この加工方法により、シリコンウエハの強度を製造工程において問題のない程度に確保しながら、ノズルプレートの取り数を多く確保し、かつそのノズルプレートは薄く平坦なものとなるため、例えば、インクジェットヘッドのノズルプレートとして使用した時などにノズル面表面を払拭し易い。
【００１１】
また、ノズルプレートを配置しないシリコンウエハ外周部は、ウエットエッチングを施さず厚みを残し、位置決め穴等を設ける領域とする。この構成により、工程内でのウエハ位置決め等を行う際に、シリコンウエハ上の位置決め穴からの割れを低減することができる。
【００１２】
本発明により、シリコンからなる薄く平坦なノズルプレートの生産を可能とし、さらにその生産効率を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したノズルプレート製造の一実施例を説明する。
【００１４】
（全体構成）
図１は本例のノズルプレート製造方法において製造するノズルプレートの斜視図、図2はノズルプレート1製造過程で（１００）面方位のシリコン単結晶基板をエッチング加工することによって形成するノズル基板４を示す正面視図、図３はそのII−II線で切断した部分の解略断面図、図４はノズルプレート１を得るためにノズル基板４を切断する際の切断ライン１４を示すノズル基板４正面視図である。これらの図に示すように、本例のノズルプレート１製造方法は、シリコン単結晶基板からなるノズル基板４の形成とその切断により、ノズルプレート１を製造するものである。当該ノズル基板４の表面５には、凹部６が形成され、ノズルプレート１の表面３は段差のない平坦な形状である。
【００１５】
（製造方法）
II−II線断面図3の形成過程を示す図５を用いて、図２のシリコン基板４の加工方法を以下に示す。
（１００）面方位のｐ型シリコン基板１０両面を鏡面研磨する。そして、図５(ｂ)に示すように、その当該シリコン基板１０にウエット酸化処理を施す（第２のマスク形成工程）。この熱酸化膜１１はウエット酸化によって形成されるので、ドライ酸化によって同じ厚さの熱酸化膜を形成する場合に比べて膜の形成時間を短縮できる。熱酸化膜１１はシリコン基板１０をエッチングする際のマスク（耐エッチング材）として用いるものである。
【００１６】
次に、シリコン基板１０の上面の熱酸化膜１１の上に、ノズル２を形成するための所定のフォトレジストパターン（図示せず）を形成して、フッ酸系エッチング液を用いて熱酸化膜１１の一部を除去する。そして、残っているフォトレジストパターンを除去する（図５（ｃ））。
【００１７】
次に、所定のパターンに形成された熱酸化膜１１をマスク（耐エッチング材）として用いてシリコン基板１０の表面にドライエッチングを施し凹部２を形成する（第２のエッチング工程）。その結果、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板１０には複数のノズル２が形成される。
【００１８】
このようにして、ノズル２等を形成した後は、シリコン基板１０の両面に形成されている熱酸化膜１１をフッ酸水溶液によって完全に剥離されるように、適当なエッチングレートでエッチング除去する（第２の除去工程）。
【００１９】
この結果、図５（ｅ）に示すように、熱酸化膜１１が完全に除去されて、シリコン基板１０の表面が露出した状態になる。
【００２０】
次に、図５（ｆ）に示すように、シリコン基板１０に再びウエット酸化処理を施す（マスク形成工程）。その結果、シリコン基板１０の両面に熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）１３が形成される。この熱酸化膜１３はウエット酸化によって形成されるので、ドライ酸化によって同じ厚さの熱酸化膜を形成する場合に比べて膜の形成時間を短縮できる。この熱酸化膜はシリコン基板１０をエッチングする際のマスク（耐エッチング材）として用いるものである。
【００２１】
次に、図５（ｇ）に示すように、シリコン基板３０の上面の熱酸化膜１３の上に、ノズル開口及びノズル長さ調整のための凹部６の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成する。当該凹部形状は、ノズルプレート１の形成される領域を覆うものとし、図２に示すように、リブ７によって凹部領域を複数に分割したものとする。ここで、凹部６一つの面積は、加工後の板厚においても製造工程で割れの生じない大きさとし、その判断基準は、平板の応力計算によって得られる応力値が製造実績のある薄板形状の応力値を下回ることを条件とする。
【００２２】
なお、当該凹部６は、一つの凹部６の中にノズルプレート１が一つ形成されていても、複数形成されていてもよい。一つの凹部６の中に複数のノズルプレート１が形成されている場合、一つのノズルプレート１が形成されている場合よりも、一枚のシリコン基板４からのノズルプレート１の取り数が多く、生産効率が高い。
【００２３】
次に、図５（ｈ）に示すように、所定のパターンに形成された熱酸化膜１３をマスク（耐エッチング材）としてシリコン基板１０の表面をＫＯＨ水溶液などのアルカリ液によりエッチングする（エッチング工程）。その結果、シリコン基板１０の表面には、底面がノズル面となる凹部６が形成される。またその底面６は、厚さがノズル２の長さと一致する薄板となる。
【００２４】
このようにして、それぞれの凹部を形成した後は、図５（ｉ）に示すように、シリコン基板１０の両面に形成されている熱酸化膜１３をフッ酸水溶液によって完全に除去されるように、適当なエッチングレートでエッチング除去する（除去工程）。この結果、熱酸化膜１３が完全に除去されて、シリコン基板１０の表面が露出した状態になる。
【００２５】
次に、シリコン基板１０にドライ酸化処理を施す（図示せず）。その結果、シリコン基板３０の表面は熱酸化膜（保護膜）によって覆われる。この保護膜形成工程で形成された熱酸化膜は、ドライ酸化によって得られたものであるため膜質の点でウエット酸化によって得られる熱酸化膜より優れている。また、熱酸化膜により、シリコン基板１０の耐腐蝕性を確保することができる。このようにして、図２に示したノズル基板４が得られる。
【００２６】
次に、図６に示すように、当該シリコン基板４の両面にダイシングテープ１５、１６を貼る。この時、ダイシングテープ１５、１６として、基材を剛性の高いPETとし、粘着材としてUV照射により粘着力が低下するウレタンアクリラートオリゴマ等のUV樹脂で構成された粘着テープを用いる。その粘着テープを用いることにより、切断時のワークの振動を抑え、それによってノズルプレートの損傷を低減できる。また、テープの剥離時にもUV照射処理によって接着力を容易に低下させることができるために、剥離時のノズルプレートの損傷も低減することができる。
【００２７】
ダイシングテープ１５、１６を貼る際には、シリコン基板４を真空吸引により治具に固定しながら行うのがよい。凹状の段差６のある面を真空吸引で治具に固定するために、治具には凸状の段差を設け、シリコン基板４の凹部６と治具の凸部との位置合わせは、シリコン基板４の外周部８に設けた位置決め穴９を、治具に設けたピンに通す形で行う。この時、位置決め穴９の設けられたシリコン基板４の外周部８は厚みが確保されているため、位置決め穴９をきっかけとしたシリコン基板４の損傷を回避することができる。
【００２８】
次に、図４に示すように、ノズルプレート１の外形をなぞる切断ライン１４に沿ってシリコン基板４を切断する。なお、ここで、一つの凹部６の中に複数のノズルプレート１が形成されている場合、一つの凹部６の中に一つのノズルプレート１が形成されている場合よりも、切断ライン１４の本数が少なく、切断に掛かる工数が少ないため、生産効率が高い。
【００２９】
切断の際には、両面に貼ったダイシングテープ１５、１６の内の片方は切断せずに一枚のテープとして残しておく。それにより、その切断されていないテープを剥離しない限り、切断された多数のノズルプレートを一枚のウエハ状態で扱うことができる。
【００３０】
次に、ダイシングテープを剥離する。ダイシングテープの剥離の際にも、貼る時と同様に、治具に真空吸引で固定して行う。そして、まず始めにシリコン基板４の切断時に切断しなかった方のダイシングテープを剥離する。次に、個々に分離されたノズルプレート一つ一つから残りの片面のダイシングテープを剥離する。
【００３１】
なお、ノズルプレートのノズル面に撥水処理を施す場合や接着面にプライマ処理を施す場合は、ダイシングテープを貼る前のシリコン基板に対して処理を行っても、切断後の個々のノズルプレートに対して処理を行ってもよい。切断前のシリコン基板に対して、撥水処理やプライマ処理、それに伴う洗浄工程などを行う際にも、凹部領域を厚みのあるリブで補強しているために、シリコン基板の強度は高く、割れを低減することができる。
【００３２】
以上の工程で製造したノズルプレートを、インクジェットヘッド等の液滴噴射装置のノズル部品として用いる場合、ノズルの長さの調整を柔軟に行うことができ、かつ、平坦なノズル面となるため、液滴で汚れたノズル面の払拭がしやすい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、シリコンからなる薄く平坦なノズルプレートを、一枚のシリコン基板から多数製造することができ、その製造工程においてシリコン基板の強度を破損のない程度に確保する事ができる。よって、薄く平坦なノズルプレートの生産効率を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用して製造するノズルプレートを示す斜視図である。
【図２】本発明の適用の過程で形成するシリコン基板の正面視である。
【図３】図２の II− II線で切断した部分の断面図である。
【図４】図２を切断して図１のノズルプレート製造する際の切断ラインを示す図である。
【図５】図３の形状を形成する過程をしめす断面図である。
【図６】図４の切断を行う準備として行うダイシングテープの貼り付け方を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ノズルプレート
２ ノズル
３ ノズルプレート表面
４ シリコン基板
５ シリコン基板表面
６ シリコン基板凹部（薄板部）
７ リブ
８ シリコン基板外周部
９ 位置決め穴
１０ シリコン基板
１１ 熱酸化膜（１）
１２ ノズル穴形成用穴
１３ 熱酸化膜（２）
１４ 切断ライン
１５ 表面ダイシングテープ
１６ 裏面ダイシングテープ

Claims (3)

1. シリコンウエハから薄く平坦なノズルプレートを製造するノズルプレート製造において、前記シリコンウエハに薄板部と厚く残したリブによる凹状のパターンを形成し、切断もしくは割断することにより、複数のノズルプレートを製造する事を特徴としたノズルプレートの製造方法。
2. 請求項１において、前記薄板部の一つに複数のノズルプレートを配置することを特徴としたノズルプレート製造方法。
3. 請求項１乃至２のいずれかの項において、前記薄板部の外部に前記シリコンウエハの位置決め穴を設けることにより、位置決め穴の強度を確保することを特徴としたノズルプレート製造方法。

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