JP4182921B2 - ノズルプレートの製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、インクジェットヘッドは、複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートとの間で、インクを収容するためのキャビティを各ノズル孔に対応して区画形成するキャビティプレートとが互いに接合されている(例えば、特許文献1、2参照。)。このようなインクジェットヘッドでは、各ノズル孔は対応するキャビティと連通しており、各ノズル孔からインク液滴が吐出される。
一方、特許文献2では、予めシリコン基板を所望の厚さに研磨した後、シリコン基板の両面からそれぞれドライエッチング加工を施してノズル孔を形成する。
本発明のノズルプレートの製造方法は、液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートの製造方法であって、
シリコンを主材料として構成された加工基板の一方の面に、前記加工基板を支持するための支持基板を接合する加工基板接合工程と、
前記加工基板を前記支持基板により支持した状態で、前記加工基板の他方の面からエッチングを施して、前記ノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、
前記ノズル孔形成工程の後に、前記加工基板を前記支持基板から離脱させる加工基板離脱工程とを有し、
前記加工基板接合工程では、前記加工基板と前記支持基板とを、樹脂を主材料として構成された樹脂層を介して接合し、
前記ノズル孔形成工程では、前記樹脂層はエッチングの停止層として機能するものであり、
前記ノズル孔形成工程では、前記加工基板に、マスクを介して、横断面積がほぼ一定である第1のノズル部を異方性ドライエッチングにより形成した後に、前記加工基板に、同一の前記マスクを介して、横断面積が前記加工基板の前記一方の面に向けて漸増する第2のノズル部を等方性ドライエッチングにより形成して、前記第1のノズル部と前記第2のノズル部とが連通した前記ノズル孔を形成することを特徴とする。
これにより、加工基板が支持基板により補強・保護されるため、製造時におけるノズルプレートの割れを防止しつつ、ノズルプレートの薄型化を図ることができる。
特に、第1のノズル部の中心軸線と第2のノズル部の中心軸線とのずれを防止することができる。
これにより、ノズルプレートの割れを防止しつつ、薄型化されたノズルプレートを支持基板から取り外すことができる。
これにより、薄型化されたノズルプレートの割れの防止、搬送の安定化、シリコン基板の大サイズ化、パーティクルの低減化などを図りやすくなる。
これにより、マスク形成時における加工基板の割れがより確実に防止される。
これにより、エッチング後にチップを別工程にてダイシングする必要がなくなり、製造工程が簡略化される。また、1つのマスクを用いて、ノズル孔と分割のための溝とを形成することで、大量生産時において、ノズルプレートにおけるノズル孔の位置がノズルプレートごとにばらつくのを小さくすることができる。
これにより、位置決め孔を別工程にて形成する必要がなくなり、製造工程の簡略化が図られる。また、位置決め孔の形成時においても、ノズルプレートの割れを防止することができる。
これにより、ノズル孔の加工精度を低下させることなく、ノズル長を小さくすることができる。また、得られるノズルプレートは、ノズルプレートと液滴吐出対象物等との接触によるノズル孔の欠けの発生が防止される。
(第1実施形態)
まず、本発明のノズルプレートの製造方法の説明に先立ち、本発明のノズルプレートの製造方法により製造されたノズルプレートを備えるインクジェットヘッド1の構成を説明する。なお、インクジェットヘッドとして、本実施形態では静電駆動方式を採用するものを例に説明するが、これに限定されず、例えば、圧電駆動方式等の他の駆動方式を採用するものであってもよい。
図1は、インクジェットヘッド1を模式的に示す断面図であり、図2は、インクジェットヘッド1に備えられたノズルプレート2の概略構成を示す斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1および図2中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
このようなノズルプレート2の一方の面(図1および図2にて下方側の面)に、キャビティプレート3が接合されている。
各キャビティ31は、インク供給口33を介して、リザーバ32からインクの供給を受けるようになっている。このリザーバ32には、図示しないインクカートリッジからインクを補給するためのインク取入れ口34が形成されている。
このようなキャビティプレート3の一方の面(図1および図2にて下方側の面)に、電極用基板4が接合されている。
上述したような薄型、高密度のノズルプレート2を備えるインクジェットヘッド1は、安定したインク吐出特性を有し、高速、高精細な印字が可能になる。
本発明のノズルプレートの製造方法は、シリコンを主材料として構成された加工基板を、これを支持するための支持基板により支持した状態で、前記加工基板にエッチングを施して、前記ノズル孔を形成するノズル孔形成工程を有するものである。すなわち、本発明のノズルプレートの製造方法は、このノズル孔形成工程を経て、前述したようなノズルプレート2を得るものである。
図3は、搬送体を模式的に示す斜視図であり、図4は、図3の搬送体を裏面側から見た平面図であり、図5は、静電吸着技術を用いた基板保持装置を示す図であり、図6は、搬送体の他の形態例を示しかつ図3の搬送体を裏面側から見た平面図である。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
搬送体55は、上記支持基板50とシリコン基板10とを、樹脂層52および剥離層53を介して一体的に接合した構成からなる。言い換えすれば、搬送体55は、シリコン基板10が支持基板50に付着することにより、シリコン基板10が支持基板50に支持されてなるものである。ここで、樹脂層52は、シリコン基板10表面の凹凸を吸収しかつシリコン基板10と支持基板50とを接合するためのものであり、剥離層53は、上記所定の処理工程の後、シリコン基板10から支持基板50を剥離させるためのものである。これらは共に、上記支持基板50とシリコン基板10とを接合するための接合層として機能する。
より具体的には、支持基板50の裏面50aにおいて、支持基板50の外縁からシリコン基板10の外縁に至る環状領域に、膜56が形成されている。これにより、支持基板50の縁部(エッジ)の位置検出を可能とするとともに、前述した剥離エネルギーを有する光を、剥離層53の全域に確実に到達させることができる。また、支持基板50の縁部(エッジ)の位置検出が可能となることにより、支持基板50(および搬送体55)の位置を良好に検出することが可能となる。
例えば、図6に示すように、支持基板50の裏面50aの全面に、上記光検出用の膜56を形成してもよい。この形態例においても、支持基板50の縁部(エッジ)の位置検出が可能となることから、支持基板50(および搬送体55)の位置を良好に検出することができる。また、この形態例では、膜56の形成領域が広く、静電吸着しやすいという利点を有する。この場合、膜56の光の透過率が低いと、剥離用の光がこの膜56によって遮られる可能性があることから、光検出用の膜56として、ポリシリコン(Poly-Si)等からなる半導体膜など、光をある程度透過する膜を用いるとよい。
また、樹脂層52は、耐ドライエッチング性の高い材料を主材料として構成されているのが好ましい。これにより、後述するドライエッチング処理の工程において、樹脂層52の破壊を抑制し、それに伴う搬送不具合の発生を防止することができる。
さらに、樹脂層52は、熱伝導性の高い材料を主材料として構成されているのが好ましい。これにより、後述するドライエッチング処理の工程において、搬送体55全体の熱伝導性を向上させ、エッチング特性を安定させることができる。
また、樹脂層52は、加工時において、シリコン基板10と支持基板50との材料の違いによる線膨張係数の違いによって、これらに生じる応力を緩和する作用も有する。
以上説明したように、上記構成の搬送体55によれば、支持基板50の裏面50aに光検出かつ静電吸着用の膜56が形成されていること等により、搬送や処理の安定化が図られている。
また、支持基板50を構成する材料として、ソーダガラスを使用してもよい。ソーダガラスは、Al、Feなどの不純物を多く含有することから、導体膜や半導体膜を形成することなく、前述したような静電吸着が可能である。
次に、本実施形態にかかるノズルプレートの製造方法の各工程の一例について、図7〜図9を参照しながら説明する。図7〜図9は、本実施形態にかかるノズルプレートの製造方法の説明図である。なお、図7〜9は、図2におけるA−A線断面に対応する断面で示している。
[A] まず、図7(a)に示すように、加工基板であるシリコン基板10の一方の面10aを、樹脂層52および剥離層53を介して支持基板50に接合する(貼り合せる)。
具体的には、支持基板50に前述した樹脂層52および剥離層53を予め形成しておき、シリコン基板10を接合する。
[B] 次に、前述したようにシリコン基板10を支持基板50により支持した状態で、図7(b)に示すように、シリコン基板10の他方の面10bに、例えばバックグラインド加工を行い、シリコン基板10の厚さを薄くして、面10b’を形成する。これにより、シリコン基板10の厚さを、所望するノズルプレートの厚さとすることができる。
次に、バックグラインド加工を行ったシリコン基板10の他方の面10bに対して、例えばウェットエッチング処理を行う。これにより、バックグラインド加工による破砕層を除去して、加工面の面粗れを減少させることができる。
[C] 次に、シリコン基板10の面10b’に、ノズル孔22が形成されるべき部位を包含するように、凹部21を形成する。これにより、ノズル孔22の加工精度を低下させることなく、ノズル長を小さくすることができる。また、得られるノズルプレート2は、ノズルプレート2と液滴吐出対象物等との接触によるノズル孔22の欠けの発生が防止される。
その具体的な手順は、まずシリコン基板10の全面にレジスト60を塗布する。レジスト60は、フォトレジストや電子線レジスト、X線レジスト等のいずれであってもよく、ポジ型またはネガ型の何れであってもよい。
そして、レジスト60に露光処理を行い、さらに現像処理を行うことによって、図7(c)に示すようにレジスト60に開口部の形状をパターニングする(第1のパターニング)。なお、レジスト60のパターニング後に、必要に応じて、ポストベークを行ってもよい。
このようにパターニングされたレジスト60をマスクとして、図8(d)に示すように、シリコン基板10をエッチングして、凹部21を形成する。このエッチングはノズルプレートの厚さより少ないエッチング量とする。
ドライエッチングとしては、特に限定されないが、例えば、Si高速エッチング法(例えば、特開2002−93776号公報参照)、ボッシュプロセス法(例えば、USパテント5501893号参照)、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)、ICP(Inductively Coupled Plasma)等を用いることができる。
この凹部形成工程では、後述のノズル孔形成工程に先立って、シリコン基板10におけるノズル孔22を形成すべき部位を包含するように凹部21を形成するため、ノズル孔22の加工精度を低下させることなく、ノズル長を小さくすることができる。また、得られるノズルプレート2は、ノズルプレート2と液滴吐出対象物等との接触によるノズル孔22の欠けの発生が防止される。
[D] 次に、ノズル孔22を形成する。
その具体的な手順は、まず、図8(f)に示すように、シリコン基板10の全面にレジスト61を塗布して、ノズル孔22の平面形状をパターニングする(第2のパターニング)。
エッチングとしては、ウェットエッチング、ドライエッチングの双方を用いることができるが、ドライエッチングを用いることが好ましい。
このとき異方性ドライエッチングを行なうのが好ましい。これにより、シリコン基板10の厚さ方向に向けて垂直にエッチングが進行する。その結果、シリコン基板10の板面に対して垂直な壁面を有する円柱形状のノズル孔22が形成される。すなわち、横断面積がほぼ一定であるノズル孔22を高精度に形成することができる。
また、このとき、搬送体55において樹脂層52を耐ドライエッチング性の高い材料を主材料として構成することにより、樹脂層52がエッチングの停止層として機能する。これにより、シリコン基板10を完全に貫通させてノズル孔22を形成することができる。
レジスト61の除去は、例えばO2プラズマを使用したドライエッチングにより行うことができる。
また、このノズル孔形成工程では、樹脂層52はエッチングの停止層として機能するため、シリコン基板10を完全に貫通させてノズル孔22を形成することができる。
また、このノズル孔形成工程では、シリコン基板10を支持基板50により支持した状態で、シリコン基板10にレジスト61を形成した後に、レジスト61を介してシリコン基板10にノズル孔22を形成するため、レジスト61の形成時におけるシリコン基板10の割れがより確実に防止される。
[E] 次に、図9(i)に示すように、シリコン基板10を支持基板50から離脱(剥離)する。
具体的には、支持基板50の下方の面50a側から、支持基板50を介して、剥離層53に剥離用の光を照射する。これにより、前記光を受けた剥離層53が変性して、シリコン基板10との接合力が低下する。
以上により、図9(i)および図2に示すような、本実施形態にかかるノズルプレート2が得られる。
このように、本発明では、シリコン基板を加工してノズルプレートを製造する際に、支持基板を用いた搬送形態を使用することで、薄型化したシリコン基板の加工が可能になり、より薄型化、高密度化されたノズルプレートの作製を行うことができる。
次に、本発明のノズルプレートの製造方法の第2実施形態について説明する。
以下、第2実施形態のノズルプレートの製造方法について、前記第1実施形態のノズルプレートの製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態のノズルプレート2’は、インク吐出側の横断面積をほぼ一定とし、インク入口側の横断面積をインク入口に向け漸増させたノズル孔を形成する以外は、前述した第1実施形態と同様である。
次に、図10(l)に示すように、シリコン基板10を支持基板50から剥離するとともに、シリコン基板10を分離(分割)することによりノズルプレート2’を得ることができる。
以上、本発明について説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更可能である。
Claims (7)
- 液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートの製造方法であって、
シリコンを主材料として構成された加工基板の一方の面に、前記加工基板を支持するための支持基板を接合する加工基板接合工程と、
前記加工基板を前記支持基板により支持した状態で、前記加工基板の他方の面からエッチングを施して、前記ノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、
前記ノズル孔形成工程の後に、前記加工基板を前記支持基板から離脱させる加工基板離脱工程とを有し、
前記加工基板接合工程では、前記加工基板と前記支持基板とを、樹脂を主材料として構成された樹脂層を介して接合し、
前記ノズル孔形成工程では、前記樹脂層はエッチングの停止層として機能するものであり、
前記ノズル孔形成工程では、前記加工基板に、マスクを介して、横断面積がほぼ一定である第1のノズル部を異方性ドライエッチングにより形成した後に、前記加工基板に、同一の前記マスクを介して、横断面積が前記加工基板の前記一方の面に向けて漸増する第2のノズル部を等方性ドライエッチングにより形成して、前記第1のノズル部と前記第2のノズル部とが連通した前記ノズル孔を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記支持基板は、前記光の透過性を有するものであり、前記加工基板接合工程では、前記加工基板と前記支持基板とを、所定の強度の光を受けた際に変性する剥離層を介して接合し、前記加工基板離脱工程では、前記支持基板を介して前記剥離層に前記所定強度の光を照射することにより、前記加工基板と前記支持基板との接合力を低下させ、前記加工基板を前記支持基板から離脱させる請求項1に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記加工基板離脱工程では、前記加工基板を吸着固定する固定具を用いて、前記加工基板を前記支持基板から離脱する請求項1または2に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記ノズル孔形成工程では、前記加工基板を前記支持基板により支持した状態で、前記加工基板にマスクを形成した後に、前記マスクを介して前記加工基板に前記ノズル孔を形成する請求項1ないし3のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記ノズル孔形成工程では、前記ノズル孔の形成と同時に、前記加工基板をチップに分割するための溝および/または孔を形成する請求項1ないし4のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記ノズル孔形成工程では、前記ノズル孔の形成と同時に、ノズルプレートの位置決めのための孔を形成する請求項1ないし5のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記ノズル孔形成工程に先立って、前記加工基板における前記ノズル孔を形成すべき部位を包含するように凹部を形成する請求項1ないし6のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
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