JP4428176B2 - Nozzle plate manufacturing method and droplet discharge head manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は記録を必要とする時にのみインク液滴を吐出するインクジェットヘッドなどの
液滴吐出ヘッドのノズルプレート製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、その製造方法で
得られた液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a nozzle plate of a droplet discharge head such as an inkjet head that discharges ink droplets only when recording is required, a method of manufacturing a droplet discharge head, a droplet discharge head obtained by the manufacturing method, and The present invention relates to a droplet discharge device including the droplet discharge head.
液滴吐出ヘッドは、一般にインクジェット記録装置のインクジェットヘッドとして普及
している。インクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置は、液滴を吐出するた
めの複数のノズル孔が形成されたノズルプレートを備えている。ノズルプレートにおいて
は、インクジェットヘッドの各ノズルのインク吐出特性を改善するために、ノズルプレー
トに径の異なる第1ノズル孔及び第2ノズル孔を形成して後端側から先端側に向けて階段
状に断面が小さくなったノズルを形成するようにしたものが提案されている(例えば特許
文献1参照)。この技術では、ノズル孔部での流路抵抗を左右するノズル孔の長さを調整
するため、ノズルプレートに階段状断面をする複数のノズル孔を形成した後、そのノズル
プレートのSi基板との接合面とは反対側の面において、ノズル孔を含む領域のみを異方
性ウェットエッチングにより掘り下げることによりノズル孔長を調整するようにしている
。
A droplet discharge head is generally used as an inkjet head of an inkjet recording apparatus. An ink jet recording apparatus provided with an ink jet head includes a nozzle plate in which a plurality of nozzle holes for discharging droplets are formed. In the nozzle plate, in order to improve the ink ejection characteristics of each nozzle of the inkjet head, first nozzle holes and second nozzle holes having different diameters are formed in the nozzle plate and stepped from the rear end side toward the front end side. There has been proposed one in which a nozzle having a smaller cross section is formed (see, for example, Patent Document 1). In this technique, in order to adjust the length of the nozzle hole that affects the flow path resistance in the nozzle hole portion, after forming a plurality of nozzle holes having a stepped cross section in the nozzle plate, the nozzle plate is connected to the Si substrate. Only the region including the nozzle hole is dug down by anisotropic wet etching on the surface opposite to the bonding surface, so that the nozzle hole length is adjusted.
しかしながら、ノズル孔が開口する吐出面が基板表面に対して深く一段下がった位置に
あると、インク滴の飛行が所望の飛行経路から曲がってしまったり、ノズル孔の目詰まり
の原因となる紙粉を吐出面から払拭するワイピング作業が難しくなるという問題があった
。
However, if the discharge surface where the nozzle hole is open is located at a position deeper than the substrate surface, paper droplets may be bent from the desired flight path or cause paper clogging of the nozzle hole. There has been a problem that wiping work for wiping the surface from the discharge surface becomes difficult.
近年、ノズルプレート全体を所望の厚みに研磨して薄板化することで最初にノズル孔長
を所望の長さに調整し、その後、上記と同様にインク吐出特性の改善を可能としたノズル
孔をドライエッチングにより形成する技術(特許文献2参照)が提案されている。この技
術によれば、飛行経路の問題や、ワイピング作業時の問題を解決することが可能となって
いた。
In recent years, the entire nozzle plate is polished to a desired thickness to make it thinner, so that the nozzle hole length is first adjusted to the desired length, and then the nozzle holes that can improve the ink ejection characteristics as described above. A technique for forming by dry etching (see Patent Document 2) has been proposed. According to this technology, it is possible to solve the problem of the flight path and the problem during the wiping work.
上記特許文献1の技術では、第1ノズル孔及び第2ノズル孔を形成するに際し、ノズル
プレート表面に酸化膜を形成し、酸化膜上にレジストを塗布してパターニングし、レジス
トをマスクとして酸化膜にハーフエッチングを施し、その後、同様の工程を繰り返すこと
で酸化膜を2段に形成する工程を経て第1ノズル孔及び第2ノズル孔を形成しており、製
造工程数が多く歩留まりが悪いという課題が残されていた。
In the technique of Patent Document 1, when forming the first nozzle hole and the second nozzle hole, an oxide film is formed on the surface of the nozzle plate, a resist is applied on the oxide film and patterned, and the oxide film is formed using the resist as a mask. The first nozzle hole and the second nozzle hole are formed through a process of forming an oxide film in two stages by repeating the same process after that, and the number of manufacturing processes is large and the yield is low. There were still challenges.
また、上記特許文献2の技術によれば、製造工程の初期の段階でノズルプレート全体を
薄板化するために、以降の製造工程中に割れが発生し易く、これにより歩留まりが低下し
、コスト高になってしまうという問題があった。また、ノズル孔を形成するためのドライ
エッチング工程では、基板全体をチャンバー内に挿入し、内部を減圧に保った状態でドラ
イエッチングが行われているが、この際、加工形状が安定するようにチャンバー外から基
板裏面に向けてHeガス等を吹き付けて冷却する作業が行われている。このため、ノズル
孔貫通時に以下のような問題が発生していた。すなわち、ノズル孔貫通時に、Heガスが
貫通孔部分からチャンバー内にリークし、これによりチャンバー内の圧力が上昇してイン
ターロック機能により装置が停止し、エッチングが不可能になるという問題があった。
Further, according to the technique of Patent Document 2, since the entire nozzle plate is thinned in the initial stage of the manufacturing process, cracks are likely to occur during the subsequent manufacturing process, thereby reducing the yield and increasing the cost. There was a problem of becoming. In the dry etching process for forming the nozzle holes, the entire substrate is inserted into the chamber and the interior is kept under reduced pressure. However, at this time, the processed shape is stabilized. An operation of cooling by blowing He gas or the like from the outside of the chamber toward the back surface of the substrate is performed. For this reason, the following problems have occurred when penetrating the nozzle holes. That is, when the nozzle hole is penetrated, He gas leaks from the through-hole portion into the chamber, thereby increasing the pressure in the chamber and stopping the apparatus due to the interlock function, which makes etching impossible. .
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、吐出特性の向上を可能とした段状断面を
有するノズル孔を、Si基板を薄型化した後に形成するに際し、工程数を低減しつつ、且
つ割れなどがなく安定して製造することが可能なノズルプレート製造方法、それを利用し
た液滴吐出ヘッドの製造方法、その方法で製造した液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッ
ドを備えた液滴吐出装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and in forming a nozzle hole having a stepped cross section capable of improving discharge characteristics after thinning the Si substrate, while reducing the number of steps, and NOZZLE PLATE MANUFACTURING METHOD CAPABLE OF STABILIZING WITHOUT BREAKS, LIQUID DISCHARGE EJECTING HEAD MANUFACTURING METHOD USING THE SAME An object is to provide a discharge device.
本発明に係る本発明に係るノズルプレート製造方法は、Si基板と支持基板とを接合す
る工程と、Si基板を研磨して所望の厚みに研削する工程と、Si基板において支持基板
との接合面とは反対側の面に、スパッタにより酸化膜を形成する工程と、Si基板にエッ
チングを施して、第1段目のノズル孔と、第1段目の孔に連通し、第1段目の孔の断面積
より断面積が大きい第2段目の孔とを備えたノズル孔を形成する工程と、支持基板をSi
基板から剥離する工程とを備え、ノズル孔を形成する工程では、酸化膜をパターニングし
てSi基板に第2段目の孔を形成するための第2のドライエッチングマスクを形成し、更
にその上にレジストをパターニングしてSi基板に第1段目の孔を形成するための第1の
ドライエッチングマスクを形成し、第1のドライエッチングマスク及び第2のドライエッ
チングマスクをマスクとしたドライエッチング加工を順次行うことで、第1段目の孔及び
第2段目の孔を備えたノズル孔を形成するものである。
これにより、吐出特性の向上を可能とした段状断面を有するノズル孔を、Si基板を薄
型化した後に形成するに際し、工程数を低減しつつ、且つ割れなどがなく安定して製造す
ることが可能となる。
The nozzle plate manufacturing method according to the present invention includes a step of bonding the Si substrate and the support substrate, a step of polishing the Si substrate and grinding to a desired thickness, and a bonding surface of the Si substrate to the support substrate. A step of forming an oxide film by sputtering on the opposite side of the surface, etching the Si substrate, communicating with the first stage nozzle hole and the first stage hole, Forming a nozzle hole having a second-stage hole having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the hole;
In the step of forming a nozzle hole, patterning the oxide film to form a second dry etching mask for forming a second-stage hole in the Si substrate, and further on The resist is patterned to form a first dry etching mask for forming a first-stage hole in the Si substrate, and dry etching processing using the first dry etching mask and the second dry etching mask as a mask. Are sequentially formed to form a nozzle hole having a first-stage hole and a second-stage hole.
As a result, when forming a nozzle hole having a stepped cross section that can improve discharge characteristics after the Si substrate is thinned, the number of steps can be reduced and the nozzle hole can be stably manufactured without cracks. It becomes possible.
また、本発明に係るノズルプレート製造方法は、ドライエッチングが異方性ドライエッ
チングであるものである。
これにより、第1段目の孔及び第2段目の孔のそれぞれを垂直にエッチングすることが
可能となる。
In the nozzle plate manufacturing method according to the present invention, the dry etching is anisotropic dry etching.
Thereby, each of the first-stage hole and the second-stage hole can be etched vertically.
また、本発明に係るノズルプレート製造方法は、酸化膜をECRスパッタ装置で形成す
るものである。
ECRスパッタ装置は、緻密で均一な膜厚の膜形成が可能であることから、酸化膜形成
にECRスパッタ装置を用いることにより、Si基板上に緻密で均一な膜厚の酸化膜を形
成することができる。このため、ノズル孔を形成する際のドライエッチングに際し、ドラ
イエッチングマスクとして機能すべき酸化膜の膜厚が不均一に薄くなって、必要部分以外
のSi基板表面をエッチングしてしまうといった不都合を防止できる。
In the nozzle plate manufacturing method according to the present invention, an oxide film is formed by an ECR sputtering apparatus.
Since the ECR sputtering apparatus can form a dense and uniform film thickness, an oxide film having a dense and uniform film thickness can be formed on the Si substrate by using the ECR sputtering apparatus for forming the oxide film. Can do. For this reason, in dry etching when forming the nozzle hole, the thickness of the oxide film that should function as a dry etching mask becomes unevenly thin and the Si substrate surface other than necessary portions is etched away. it can.
また、本発明に係るノズルプレート製造方法は、Si基板と支持基板との接合工程にお
いて、接合機能を有する樹脂層によって接合を行うものである。
Si基板と支持基板との接合には、接合機能を有する樹脂層を用いることができる。
Moreover, the nozzle plate manufacturing method according to the present invention is to perform bonding by a resin layer having a bonding function in the bonding process between the Si substrate and the support substrate.
A resin layer having a bonding function can be used for bonding the Si substrate and the support substrate.
また、本発明に係るノズルプレート製造方法は、Si基板と支持基板との接合工程にお
いて、Si基板と支持基板との間に、光の照射によって剥離を生じる剥離層を介在させた
状態で接合するものである。
このように剥離層を介在させたことによって、Si基板と支持基板との剥離性が良好と
なり、短時間で剥離を行うことが可能となる。
In the nozzle plate manufacturing method according to the present invention, in the bonding step between the Si substrate and the support substrate, bonding is performed between the Si substrate and the support substrate with a release layer that is peeled off by light irradiation interposed therebetween. Is.
By interposing the release layer in this way, the peelability between the Si substrate and the support substrate is improved, and it is possible to perform the release in a short time.
また、本発明に係るノズルプレート製造方法において、Si基板は、ノズル孔が複数形
成されたノズル領域を複数有する基板であり、Si基板は、この基板をノズル領域毎に個
々のチップに分割するための分割溝を備えており、分割溝は、ノズル孔の形成と同時にド
ライエッチングにより形成するものである。
これにより、Si基板を個別のチップに切断するためのダイシングが不要となる。
In the nozzle plate manufacturing method according to the present invention, the Si substrate is a substrate having a plurality of nozzle regions in which a plurality of nozzle holes are formed, and the Si substrate divides the substrate into individual chips for each nozzle region. The dividing grooves are formed by dry etching simultaneously with the formation of the nozzle holes.
This eliminates the need for dicing for cutting the Si substrate into individual chips.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、複数のノズル孔と、ノズル孔の各々
に連通する独立した吐出室と、吐出室の一部を構成する振動板とを備え、振動板の変形を
利用してノズル孔より吐出室内の液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
複数のノズル孔を有するノズルプレートを、上記の液滴吐出ヘッドのノズルプレート製造
方法で形成するものである。
このように、液滴吐出ヘッドを構成するノズルプレートを、上記液滴吐出ヘッドのノズ
ルプレート製造方法で製造するので、吐出特性の向上を可能とした段状断面を有するノズ
ル孔を、Si基板を薄型化した後に形成するに際し、工程数を低減しつつ、且つ割れなど
がなく安定して製造することが可能となる。
In addition, a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a plurality of nozzle holes, an independent discharge chamber communicating with each of the nozzle holes, and a vibration plate that forms a part of the discharge chamber. A method of manufacturing a droplet discharge head that discharges droplets in a discharge chamber from a nozzle hole using the deformation of
A nozzle plate having a plurality of nozzle holes is formed by the above nozzle plate manufacturing method for a droplet discharge head.
Thus, since the nozzle plate constituting the droplet discharge head is manufactured by the nozzle plate manufacturing method of the droplet discharge head, a nozzle hole having a stepped cross section that can improve discharge characteristics is formed on the Si substrate. When forming after thinning, the number of steps can be reduced, and it can be stably manufactured without cracks.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の液滴吐出ヘッドのノズルプレート製造方
法で製造されたノズルプレートと、ノズルプレートに形成された複数のノズル孔の各々に
連通する独立した吐出室と、吐出室の一部を構成する振動板とを備え、振動板の変形を利
用してノズル孔より吐出室内の液滴を吐出させるものである。
上記の液滴吐出ヘッドのノズルプレート製造方法で製造された、安定したインク吐出特
性を有するノズルプレートを備えた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
Further, a droplet discharge head according to the present invention includes an independent discharge chamber that communicates with each of a nozzle plate manufactured by the nozzle plate manufacturing method of the droplet discharge head and a plurality of nozzle holes formed in the nozzle plate. And a diaphragm constituting a part of the discharge chamber, and droplets in the discharge chamber are discharged from the nozzle holes by utilizing deformation of the diaphragm.
A droplet discharge head including a nozzle plate having stable ink discharge characteristics manufactured by the above-described nozzle plate manufacturing method for a droplet discharge head can be obtained.
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
上記の液滴吐出ヘッドのノズルプレート製造方法で製造された、安定したインク吐出特
性を有するノズルプレートを備えた液滴吐出ヘッドによって液滴の吐出を行う液滴吐出装
置を得ることができる。
A droplet discharge apparatus according to the present invention includes the above-described droplet discharge head.
It is possible to obtain a droplet discharge device that discharges droplets by a droplet discharge head that is manufactured by the above-described nozzle plate manufacturing method for a droplet discharge head and includes a nozzle plate having stable ink discharge characteristics.
図1は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例である静電型インクジェットヘッドの断面
側面図である。図2は、ノズルプレートの平面図である。なお、ここでは、3枚の基板を
重ねて積層した積層構造を有するインクジェットヘッドを基に説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional side view of an electrostatic inkjet head which is an example of a droplet discharge head according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of the nozzle plate. Here, a description will be given based on an inkjet head having a stacked structure in which three substrates are stacked.
3枚の積層基板のうち、中間のキャビティ基板1は、Siからなり、底壁を振動板2と
する複数の凹部状の独立した吐出室3と、各吐出室3にインクを供給するための凹部状の
リザーバ4と、リザーバ4と各吐出室3とを結ぶ細溝状のオリフィス5とが形成されてい
る。キャビティ基板1全面には、熱酸化によるSiO2 膜6が絶縁膜として施されている
。この絶縁膜6は、インクジェット駆動時の絶縁破壊やショートを防止するためのもので
ある。
Among the three laminated substrates, the intermediate cavity substrate 1 is made of Si, and has a plurality of independent recess-like discharge chambers 3 having a bottom wall as the diaphragm 2 and for supplying ink to each discharge chamber 3. A concave reservoir 4 and a narrow groove-
キャビティ基板1の上面には、他の領域より例えば約3μm程度凹んだクレータと呼ば
れる凹部11と、凹部11の底面に先端が開口し後端が各吐出室3に連通する複数のノズ
ル孔12とが形成されたSiからなるノズルプレート10が接合されている。凹部11は
、図2に示すようにほぼ矩形状を成し、その底面に複数のノズル孔12の先端開口13が
列状に配置された構成となっており、凹部11の底面がインク吐出面14となっている。
ノズル孔12は、段状断面をしたノズルである。すなわち、第1段目の孔12aとこの第
1段目の孔12aに連通し、第1段目の孔12aの断面積より断面積が大きい第2段目の
孔12bとからノズル孔12が構成されている。従って、ノズル孔12の軸線方向に沿っ
て切断した断面形状は、後端側から液滴が吐出される先端側に向けて断面が階段状に小さ
くなっている。
On the upper surface of the cavity substrate 1, a
The
キャビティ基板1の下面には、ガラス基板20が接合されており、ガラス基板20にお
いて振動板2と対向する部分には個別電極21が形成されている。また、キャビティ基板
1とガラス基板20とには、リザーバ4の底面から両基板を貫通するインク供給路22が
形成されており、このインク供給路22を介して、外部のインク供給源からインクがリザ
ーバ4に供給可能となっている。
A
このように構成されたインクジェットヘッドにおいて、キャビティ基板1に形成した各
吐出室3の底面を規定している振動板2は、共通電極として機能する。インク滴の吐出動
作の際には、このキャビティ基板1と、各振動板2に対峙している個別電極21との間に
駆動制御回路30によりパルス電圧を印加する。これにより、電圧が印加された個別電極
21に対峙している振動板2が静電気力によって振動し、これに伴って吐出室3の容積変
化が起こり、ノズル孔12からインク滴が吐出される。
In the ink jet head configured as described above, the diaphragm 2 that defines the bottom surface of each discharge chamber 3 formed in the cavity substrate 1 functions as a common electrode. During the ink droplet ejection operation, a pulse voltage is applied by the
以下、ノズルプレートの製造方法について説明する。図3及び図4は、本発明の一実施
の形態のノズルプレートの製造方法を示す図で、図2のA−A断面に相当する。
Hereinafter, the manufacturing method of a nozzle plate is demonstrated. 3 and 4 are diagrams showing a method for manufacturing a nozzle plate according to an embodiment of the present invention, and correspond to the AA cross section of FIG.
(A)まず、厚さ525μmのSi基板101を用意し、Si基板101のインク吐出面
102側にノズルクレータ11を形成する。このノズルクレータ11は、Si基板101
のインク吐出面102側にレジストをコーティングし、ノズルクレータ11に対応する形
状にパターニングし、レジストをエッチングマスクとしてSi基板101をエッチングす
ることにより形成される。
(B)続いて、Si基板101のインク吐出面102側に、例えばレジスト等の接合機能
を有する樹脂層103をコーティングし、樹脂層103が乾く前にSi基板101と支持
基板104とを重ね合せ、樹脂層103により接合する。支持基板104は、本例ではノ
ズルクレータ11の矩形状のパターンに対してノズル孔12を列状にアライメントする構
成上、ガラス基板などの透明基板を用いているが、ノズルクレータ11は本発明に必須の
構成ではないことからノズルクレータ11を形成しない場合には、Si基板101などの
他の材料の基板を使用するようにしても良い。
(C)Si基板101においてインク吐出面102と反対の面を研削し、所定の厚み例え
ば90μmに加工する。そして更に、研削加工時に研削面に発生する破砕層をスピンエッ
チング等により除去し、例えば60μmの厚みに加工する。
(A) First, a
The
(B) Subsequently, the
(C) The surface opposite to the
(D)Si基板101の表面にECRスパッタ装置を用いて酸化膜としてのSiO2 膜1
05を成膜する。ECRスパッタ装置は常温での成膜が可能であることから、例えば35
0℃以上の高温で成膜を行うCVD装置を用いた場合のように、レジスト等の樹脂層10
3を分解してしまうことがない。ここで、SiO2 膜105の成膜には、一般に緻密で膜
質が良い成膜が可能なECRスパッタ装置を用いることが望ましいが、ECRスパッタ装
置に限られたものではなく、平行平板タイプのスパッタ装置を用いてもよい。要は、レジ
スト等の樹脂層103を分解してしまうことのない温度でSiO2 膜105を成膜できれ
ば他の方法で成膜しても良い。
(E)研削した面の表面にレジスト106をコーティングし、ノズル孔12の第2段目の
孔12bを形成するためのパターン107を形成する。
(D) SiO 2 film 1 as an oxide film on the surface of the
05 is deposited. Since the ECR sputtering apparatus can form a film at room temperature, for example, 35
3 is not disassembled. Here, it is desirable to use an ECR sputtering apparatus capable of forming a dense film with good film quality for the formation of the SiO 2 film 105. However, the ECR sputtering apparatus is not limited to the ECR sputtering apparatus. An apparatus may be used. In short, as long as the SiO 2 film 105 can be formed at a temperature at which the
(E) A resist 106 is coated on the surface of the ground surface, and a
(F)パターン107が形成されたレジスト106をエッチングマスクとして、REIド
ライエッチング装置によりドライエッチングを行い、SiO2 膜105の第2段目の孔1
2bに対応する部分108を開口してSi基板表面を露出させる。この第2段目の孔12
bに対応する部分108が開口されたSiO2 膜105は、以下の工程で詳述するが、S
i基板101に第2段目の孔12bを形成する際のドライエッチングマスク(第2のドラ
イエッチングマスク)となる。そして、レジスト106をO2 プラズマアッシングにより
除去する。なお、緩衝フッ酸水溶液(フッ酸水溶液:フッ化アンモニウム水溶液=1:6
)でウェットエッチングして、第2段目の孔12bとなる部分108のSiO2 膜105
を開口するようにしても良い。
(F) Using the resist 106 on which the
The
The SiO 2 film 105 in which the
It becomes a dry etching mask (second dry etching mask) when the second-
) To etch the SiO 2 film 105 in the
May be opened.
(G)Si基板101のSiO2 膜105を形成した側の表面に例えば膜厚1μmのレジ
スト121をコーティングし、第1段目の孔12aを形成するための部分109をパター
ニングする。この第1段目の孔12aとなる部分109がパターニングされたレジスト1
21は、以下の工程で詳述するが、Si基板101に第1段目の孔12bを形成する際の
ドライエッチングマスク(第1のドライエッチングマスク)となる。
(H)第1段目の孔12aとなる部分109が形成されたレジスト121をドライエッチ
ングマスクとしてSi基板101に対して異方性ドライエッチングを施す。これにより、
第1段目の孔12aとなる部分109に対応した形状でSi基板101の表面が垂直にエ
ッチングされ、例えば深さ20μmの第1段目の孔12aに対応した溝112aが形成さ
れる。ここでの異方性ドライエッチングはICP放電を用いたICPドライエッチング装
置を使用でき、第1段目の孔12aに対応した溝112aは円筒形状になる。この場合の
エッチングガスとしては、例えば、C4F8、SF6 を使用し、これらのエッチングガスを
交互に使用すればよい。ここで、C4F8は形成される溝112aの側面にエッチングが進
行しないように溝側面を保護するために使用し、SF6 はSi基板101の垂直方向のエ
ッチングを促進させるために使用する。なお、このドライエッチングの際には、従来と同
様に加工形状が安定するように、支持基板104の接合面と反対側の面からHeガスが吹
き付けられて冷却が行われている。
(G) The surface of the
21 is a dry etching mask (first dry etching mask) for forming the first-
(H) Anisotropic dry etching is performed on the
The surface of the
(I)レジスト121をO2 プラズマアッシングで除去する。これにより、次の(J)の
ドライエッチング工程においてドライエッチングマスクとなるSiO2 膜105が表面に
現れる。このドライエッチングマスクは、上記(F)の工程で形成されたものであり、第
2段目の孔12bに対応する部分108が開口されたものである。
(J)そのSiO2 膜105をドライエッチングマスクとしてSi基板101に対して異
方性ドライエッチングを施す。これにより、第1段目の孔12aに対応した溝112aの
エッチングが垂直に進行して第1段目の孔12aが形成されると共に、例えば深さ40μ
mの円筒状の第2段目の孔12bが形成され、Si基板101を貫通したノズル孔12が
形成される。この場合のドライエッチングも、ICP放電によるICPドライエッチング
装置を使用する。ここで、ノズル孔12の先端開口13を精度良く形成する観点から、樹
脂層103には、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。この構成とすることにより、Si基板101をドライエッチングしてノズル孔1
2を形成する際に、樹脂層103がエッチングの停止層として機能し、ノズル孔12の先
端開口13を精度良く形成することが可能となる。
(I) The resist 121 is removed by O 2 plasma ashing. As a result, the SiO 2 film 105 serving as a dry etching mask appears on the surface in the next dry etching step (J). This dry etching mask is formed in the step (F), and has a
(J) Anisotropic dry etching is performed on the
A cylindrical second-
2 is formed, the
なお、逆に、樹脂層103に、耐ドライエッチング性の低い材料を主材料とした構成の
ものを使用した場合、Si基板101と共に樹脂層103もエッチングされ、先端開口1
3の精度が得られない可能性が発生する。また、上記(H)工程で説明したように、ノズ
ル孔12形成のためのドライエッチングの際には、支持基板104の接合面と反対側の面
からHeガスが吹き付けられて冷却が行われているが、本例ではSi基板101に支持基
板104が接合されているので、Si基板101が貫通してノズル孔12が完成した際に
、従来のようにHeガスがリークしてしまうことが無く、エッチングが停止することが無
い。
On the contrary, when the
There is a possibility that the accuracy of 3 cannot be obtained. Further, as described in the above step (H), in dry etching for forming the nozzle holes 12, He gas is blown from the surface opposite to the bonding surface of the
(K)Si基板表面のSiO2 膜105を、REIドライエッチング装置によるドライエ
ッチング或いはフッ酸水溶液等のウェットエッチングで除去する。
(L)接合されたSi基板101と支持基板104とを分離する。この分離は、樹脂層1
03にレジストを使用している場合は、硫酸と過酸化水素水とを混合した硫酸過酸化水素
混合液内に全体を浸漬して樹脂層103を溶解することにより行う。そして、最後に、S
iO2 等の耐インク保護膜形成及び、インク吐出面14への撥インク処理等を行い、ダイ
シング装置で切断することにより個片化し、ノズルプレート10が完成する。
(K) The SiO 2 film 105 on the surface of the Si substrate is removed by dry etching using a REI dry etching apparatus or wet etching such as a hydrofluoric acid aqueous solution.
(L) The bonded
When a resist is used in 03, the resist
An ink-resistant protective film such as iO 2 is formed, an ink repellent process is performed on the
なお、上記では、ノズルプレート10の個片化を、ダイシング装置で切断することによ
り行うようにしているが、ノズル孔12を形成するのと同時にノズルプレート10を個々
のチップに分割するための分割溝を形成するようにして、ノズルプレート10を支持基板
104から分離することによって自然と個片化されるようにしてもよい。この場合の製造
工程を、次の図6〜図8によって説明する。
In the above description, the
図6は、分割溝を有するノズルプレートの平面図である。Si基板101は、段状断面
を有するノズル孔12が複数形成されたノズル領域110を複数有しており、この各ノズ
ル領域110の囲むように、Si基板101をノズル領域110毎に個々のチップに分割
するための分割溝40が設けられる。
FIG. 6 is a plan view of a nozzle plate having divided grooves. The
図7及び図8は、分割溝の形成工程を示す図で、図6のA’−A’断面に相当する。な
お、図7及び図8中の(E)〜(G)の各工程は、基本的には図3〜図5の(E)〜(G
)の各工程にそれぞれ対応しており、以下、図3〜図5と異なる部分を中心に説明する。
7 and 8 are diagrams showing a process of forming the dividing groove, and correspond to the A′-A ′ cross section of FIG. 6. In addition, each process of (E)-(G) in FIG.7 and FIG.8 is fundamentally (E)-(G of FIGS. 3-5.
), And will be described below with a focus on differences from FIGS. 3 to 5.
(E)レジスト106に、ノズル孔12の第2段目の孔12bを形成するためのパターン
107を形成するのと同時に、分割溝40を形成するためのパターン200を形成する。
(F)パターン107及びパターン200が形成されたレジスト106をエッチングマス
クとして、REIドライエッチング装置によりドライエッチングを行い、SiO2 膜10
5の第2段目の孔12bに対応する部分108及び分割溝となる部分201を開口してS
i基板表面を露出させる。
(G)レジスト121に、第1段目の孔を形成するための部分109をパターニングする
のと同時に、分割溝40を形成するための部分202をパターニングする。
(H)レジスト121をエッチングマスクとしてドライエッチングを行い、第1段目の孔
12aと同様の例えば深さ20μmの分割溝に対応した溝203を形成する。
(I)レジスト121をO2 プラズマアッシングで除去する。
(E) At the same time as forming the
(F) Using the resist 106 on which the
5 is opened by opening the
The surface of the i substrate is exposed.
(G) The
(H) Dry etching is performed using the resist 121 as an etching mask to form a
(I) The resist 121 is removed by O 2 plasma ashing.
(J)SiO2 膜105をエッチングマスクとしてドライエッチングを行う。これにより
、溝203のエッチングが進んでその先端が樹脂層103に到達し、Si基板101を貫
通した分割溝40が形成される。
(K)Si基板表面のSiO2 膜105を、REIドライエッチング装置によるドライエ
ッチング或いはフッ酸水溶液等のウェットエッチングで除去する。
(L)Si基板101と支持基板104とを分離する。ここで、分割溝40は、Si基板
101を貫通しているので、Si基板101と支持基板104とを分離することによりS
i基板101はチップ化された状態となる。したがって、ダイシングによる切断が不要と
なっている。なお、この場合、SiO2 等の耐インク保護膜形成及び、インク吐出面14
への撥インク処理等は、チップ単位で行うことになる。
(J) Dry etching is performed using the SiO 2 film 105 as an etching mask. As a result, the etching of the
(K) The SiO 2 film 105 on the surface of the Si substrate is removed by dry etching using a REI dry etching apparatus or wet etching such as a hydrofluoric acid aqueous solution.
(L) The
The
The ink repellent treatment is performed on a chip basis.
なお、上述の実施の形態では、Si基板101と支持基板104との間に樹脂層103
のみを介在させて接合する場合を例に説明したが、更に剥離層を介在させるようにしても
よい。
In the above-described embodiment, the
In the above description, the case of joining with only the intervening layer is described as an example, but a peeling layer may be further interposed.
図9は、Si基板と支持基板とを樹脂層で接合する場合に更に剥離層を介在させた場合
の剥離工程の説明図である。
図9は、Si基板101と支持基板104との間に樹脂層301及び剥離層302を介
在させて両基板を接合した後、Si基板101に、第1段目の孔12a及び第2段目の孔
12bからなるノズル孔12を形成した状態を示している。なお、剥離層302を介在さ
せる場合のSi基板101と支持基板104との接合に際しては、樹脂層301で両基板
を接合するに先だって、支持基板104単体を例えばCVD装置に挿入して予め支持基板
104上に剥離層302を形成しておき、そして、支持基板104の剥離層側の面と、S
i基板101とを樹脂層301によって接合する。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a peeling process in the case where a peeling layer is further interposed when the Si substrate and the support substrate are bonded with a resin layer.
FIG. 9 shows that after bonding the two substrates with the resin layer 301 and the release layer 302 interposed between the
The
ここで、樹脂層103は、Si基板101表面の凹凸を吸収しかつSi基板101と支
持基板104とを接合するもので、Si基板101と支持基板104とを接合する機能を
有しているものであれば特に限定されず、各種樹脂を用いることができる。具体的には、
例えば、熱硬化性接着剤や光硬化性接着剤等の硬化性接着剤等の樹脂を用いることができ
る。
Here, the
For example, a resin such as a curable adhesive such as a thermosetting adhesive or a photocurable adhesive can be used.
また、剥離層302は、Si基板101から支持基板104を剥離させるためのもので
、レーザ光等の光を受けて剥離層302の内部やSi基板101と界面において剥離(「
層内剥離」または「界面剥離」ともいう)が生じる機能を有するものである。すなわち、
剥離層302は、一定の強度の光を受けることにより、構成材料の原子または分子におけ
る原子間または分子間の結合力が消失または減少し、アブレーション(ablation)等を生
じ、剥離を生じやすくするものである。剥離層302が分離に至る過程としては、一定の
強度の光を受けることにより、剥離層302の構成材料中の成分が気体となって放出され
分離に至る場合と、剥離層302が光を吸収して気体になり、その蒸気が放出されて分離
に至る場合とがある。
The release layer 302 is for peeling the
It has a function of causing “in-layer peeling” or “interfacial peeling”). That is,
The peeling layer 302 receives light of a certain intensity, whereby the interatomic or intermolecular bonding force in the atoms or molecules of the constituent material disappears or decreases, causing ablation, etc., and facilitating peeling. It is. The separation layer 302 undergoes separation by receiving light of a certain intensity so that the components in the constituent material of the separation layer 302 are released as a gas, leading to separation, and the separation layer 302 absorbs light. In some cases, it becomes a gas, and its vapor is released, leading to separation.
剥離層302を構成する材料は、具体的には前述した機能を有するものであれば特に限
定はされないが、例えば、非晶質シリコン(a−Si)、酸化ケイ素もしくはケイ酸化合
物、窒化ケイ素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化セラミックス、有機高分子材料(光の
照射によりこれらの原子間結合が切断されるもの)、金属、例えば、Al、Li、Ti、
Mn、In、Sn、Y、La、Ce、Nd、Pr、GdもしくはSm、またはこれらのう
ち少なくとも一種を含む合金が挙げられる。
The material constituting the release layer 302 is not particularly limited as long as it has the above-described function. For example, amorphous silicon (a-Si), silicon oxide or silicate compound, silicon nitride, Nitride ceramics such as aluminum nitride and titanium nitride, organic polymer materials (those whose atomic bonds are broken by light irradiation), metals such as Al, Li, Ti,
Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd, or Sm, or an alloy containing at least one of them can be given.
これらの中でも、非晶質シリコン(a−Si)を用いるのが特に好ましく、この非晶質
シリコン中には、水素(H)が含有されているのが好ましい。これは、光を受けることに
より、水素が放出されて剥離層302に内圧が発生し、これが剥離を促進することができ
るためである。この場合、剥離層302中における水素の含有量は、2at%程度以上で
あることが好ましく、2〜20at%であることがより好ましい。また、水素の含有量は
、剥離層302の成膜条件、例えば、CVD法を用いる場合には、そのガス組成、ガス圧
力、ガス雰囲気、ガス流量、ガス温度、基板温度、投入するパワー等の条件を適宜設定す
ることによって調整することができる。
Among these, it is particularly preferable to use amorphous silicon (a-Si), and it is preferable that hydrogen (H) is contained in the amorphous silicon. This is because when light is received, hydrogen is released and an internal pressure is generated in the peeling layer 302, which can promote peeling. In this case, the hydrogen content in the release layer 302 is preferably about 2 at% or more, and more preferably 2 to 20 at%. In addition, the hydrogen content is determined depending on the film formation conditions of the release layer 302, such as the gas composition, the gas pressure, the gas atmosphere, the gas flow rate, the gas temperature, the substrate temperature, and the power to be applied when using the CVD method. It can be adjusted by appropriately setting the conditions.
このような樹脂層301と剥離層302とを介して接合されたSi基板101と支持基
板104とを剥離する場合は、図9に示すように、支持基板104の裏面側から剥離エネ
ルギーを有するレーザ光などの光を照射する。これにより、剥離層302の内部やSi基
板101との界面において剥離(「層内剥離」または「界面剥離」ともいう)が生じ、S
i基板101を支持基板104から取り外すことができる。なお、樹脂層301について
は手で剥がし取る。
When peeling the
The
なお、上述したようにSi基板101と支持基板104とを剥離層302を介して接合
する場合の支持基板104には、その裏面側から照射される光を剥離層302に確実に到
達させる必要上、光透過性を有するものを使用し、例えば、ガラス基板が用いられる。
Note that, as described above, when the
また、上記では、樹脂層301と剥離層302とを別々の層としているが、これらを1
つの層にまとめてもよい。すなわち、Si基板101と支持基板104とを接合する層と
して、接着力(接合力)を有しかつ光や熱エネルギー等によって剥離を引き起こす作用(
接合力を低下させる作用)を有するものを用いてもよい。この場合、例えば、特開200
2−373871号公報に記載の技術を適用することができる。
In the above description, the resin layer 301 and the release layer 302 are separate layers.
They may be grouped into two layers. That is, as a layer for bonding the
You may use what has the effect | action which reduces a joining force. In this case, for example, JP-A-200
The technology described in Japanese Patent No. 2-373771 can be applied.
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)ノズルプレートとなるSi基板101を支持基板104に貼り合わせてからSi基
板101を薄板化するため、予めSi基板101を薄板化してからノズル加工をする場合
に比べて製造工程中の基板の割れを防止することができる。
(2)ノズルプレート10に形成するノズル孔12を段状断面を有する構成としたため、
吐出室3側からノズル孔12に伝わる圧力の方向をノズル軸線方向に揃える作用が大きい
ノズルとすることができる。このため、安定したインク吐出特性を得ることが可能となり
、インク滴の飛翔方向のばらつきを無くし、インク滴の飛び散りを無くし、インク滴の量
のばらつきを抑制することが可能なノズルプレート10を得ることができる。
(3)ノズル加工に際し、支持基板104を貼り合わせた状態でドライエッチングを行う
ため、貫通したノズル孔12から冷却ガスのHeガスがリークしてエッチングが不可能に
なるのを防止できる。
(4)Si基板101上に、段状断面を有するノズル孔12を形成するに際し、Si基板
101上に酸化膜(SiO2 膜)105によるドライエッチングマスクと、レジスト10
6によるドライエッチングマスクとを組み合わせて形成するようにしており、従来のよう
に酸化膜を2段に形成した後、段状断面を有するノズル孔を形成する場合に比べ、工程数
を低減することが可能となっている。すなわち、従来においてSi基板に第1ノズル孔(
第1段目の孔)を形成するためのエッチングマスクを酸化膜に形成するためのレジストパ
ターンを、本例ではSi基板に第1段目の孔そのものを形成するパターンとして使用でき
るため、Si基板に第1段目の孔を形成するためのエッチングマスクを酸化膜に形成する
工程を省くことができ、工程数を削減することができる。このように、本例では、第1段
目の孔12aを形成するためのドライエッチングマスクを、従来の酸化膜に代えてレジス
トによって形成することになるが、レジスト121は、酸化膜に比べて耐エッチング性が
低いことから、ドライエッチングの際にSi基板101と同様に徐々にエッチングされて
しまう。しかしながら、第1段目の孔12aの深さはここでは20μm程度であり、レジ
スト121を、Si基板101にこの深さを形成するに耐えられる膜厚(ここでは1μm
)としているので、不都合無く第1段目の孔12aを形成できるようになっている。
(5)樹脂層103は、材料の違いによる線膨張係数の違いにより加工時にこれらの基板
間に生じる応力を緩和するため、製造工程時の温度変化による割れも防止することができ
る。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the
(2) Because the
It can be set as the nozzle with the big effect | action which arranges the direction of the pressure transmitted to the
(3) Since dry etching is performed in a state where the
(4) When forming the
6 is combined with the dry etching mask according to No. 6, and the number of steps is reduced as compared with the case of forming a nozzle hole having a stepped cross section after forming an oxide film in two steps as in the prior art. Is possible. That is, in the prior art, the first nozzle hole (
In this example, the resist pattern for forming the etching mask for forming the first stage hole) on the oxide film can be used as a pattern for forming the first stage hole itself on the Si substrate. In addition, the step of forming an etching mask for forming the first-stage hole in the oxide film can be omitted, and the number of steps can be reduced. As described above, in this example, the dry etching mask for forming the first-
Therefore, the first-
(5) Since the
以上説明したように、本発明によれば、吐出特性の向上を可能とした段状断面を有する
ノズル孔12を、Si基板101を薄型化した後に形成するに際し、工程数を低減しつつ
、且つ割れなどがなく安定して製造することが可能となる。
As described above, according to the present invention, when forming the
また、ノズル孔12を形成する際のドライエッチングに、異方性ドライエッチングを用
いているので、Si基板101の表面を垂直にエッチングして第1段目の孔12a及び第
2段目の孔12bを形成することができる。
Also, since anisotropic dry etching is used for dry etching when forming the nozzle holes 12, the surface of the
また、SiO2 膜(酸化膜)をECRスパッタ装置で形成するようにしているので、S
i基板101上に緻密で膜厚が均一なSiO2 膜(酸化膜)を形成することができる。こ
のため、ノズル孔12を形成する際のドライエッチングに際し、ドライエッチングマスク
として機能すべきSiO2 膜の膜厚が不均一に薄くなって、必要部分以外のSi基板10
1表面をエッチングしてしまうといった不都合を防止できる。
Since the SiO 2 film (oxide film) is formed by the ECR sputtering apparatus, S
A dense SiO 2 film (oxide film) having a uniform thickness can be formed on the
The inconvenience of etching one surface can be prevented.
なお、ノズルプレート10となるSi基板101と支持基板104との剥離は、接合機
能を有する樹脂層103としてレジストを用いた場合、硫酸過酸化水素混合液などにより
容易に行える。また、図9に示したように樹脂層301と剥離層302とを介在させて接
合した場合には、単に樹脂層301だけを介在させた場合に比べ、Si基板と支持基板と
の剥離性が良好となり、レーザなどの光照射によって容易に剥離することができる。また
、光照射による剥離の場合、硫酸過酸化水素混合液を用いた方法に比べて短時間に剥離す
ることが可能である。
Note that the
また、本実施の形態では、インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッド
について説明したが、これに限られず、液体、気体を噴射・噴霧するためのノズルを備え
た液滴吐出装置のノズルについて、本発明を適用することができる。また、液滴を吐出さ
せる駆動方式として、本例では静電駆動式の例で説明したが、これに限られず、圧電駆動
式、サーマル式などの全ての駆動方式のものに対して本発明を適用できる。
In the present embodiment, an inkjet head used in an inkjet printer has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to a nozzle of a droplet discharge device including a nozzle for ejecting / spraying liquid or gas. Can be applied. Further, in this example, the electrostatic driving type is described as the driving method for discharging droplets. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to all driving methods such as a piezoelectric driving type and a thermal type. Applicable.
2 振動板、3 吐出室、10 ノズルプレート、12 ノズル孔、12a 第1段目
のノズル孔、12b 第2段目のノズル孔、40 分割溝、101 Si基板、103
樹脂層、104 支持基板、105 SiO2 膜(酸化膜)、110 ノズル領域、12
1 レジスト、301 樹脂層、302 剥離層。
2 Diaphragm, 3 Discharge chamber, 10 Nozzle plate, 12 Nozzle hole, 12a First stage nozzle hole, 12b Second stage nozzle hole, 40 dividing groove, 101 Si substrate, 103
Resin layer, 104 Support substrate, 105 SiO 2 film (oxide film), 110 Nozzle region, 12
1 resist, 301 resin layer, 302 release layer.
Claims (7)
前記Si基板を研磨して所望の厚みに研削する工程と、
前記Si基板において前記支持基板との接合面とは反対側の面に、スパッタにより酸化膜を形成する工程と、
前記Si基板にエッチングを施して、第1段目のノズル孔と、前記第1段目の孔に連通し、前記第1段目の孔の断面積より断面積が大きい第2段目の孔とを備えたノズル孔を形成する工程と、
前記支持基板を前記Si基板から剥離する工程とを備え、
前記ノズル孔を形成する工程では、前記酸化膜をパターニングして前記Si基板に前記第2段目の孔を形成するための第2のドライエッチングマスクを形成し、更にその上にレジストをパターニングして前記Si基板に前記第1段目の孔を形成するための第1のドライエッチングマスクを形成し、前記第1のドライエッチングマスク及び前記第2のドライエッチングマスクをマスクとしたドライエッチング加工を順次行うことで、前記第1段目の孔及び前記第2段目の孔を備えたノズル孔を形成することを特徴とするノズルプレート製造方法。 Joining the Si substrate and the support substrate;
Polishing the Si substrate and grinding to a desired thickness;
Forming an oxide film by sputtering on a surface of the Si substrate opposite to the bonding surface with the support substrate;
Etching the Si substrate, communicating with the first stage nozzle hole and the first stage hole, the second stage hole having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the first stage hole Forming a nozzle hole comprising:
Separating the support substrate from the Si substrate,
In the step of forming the nozzle hole, the oxide film is patterned to form a second dry etching mask for forming the second-stage hole in the Si substrate, and a resist is patterned thereon. Forming a first dry etching mask for forming the first-stage hole in the Si substrate, and performing a dry etching process using the first dry etching mask and the second dry etching mask as a mask. A nozzle plate manufacturing method comprising forming the nozzle holes including the first-stage holes and the second-stage holes by sequentially performing the steps.
前記Si基板は、該基板を前記ノズル領域毎に個々のチップに分割するための分割溝を備えており、
前記分割溝は、ノズル孔の形成と同時にドライエッチングにより形成することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載のノズルプレート製造方法。 The Si substrate is a substrate having a plurality of nozzle regions in which a plurality of nozzle holes are formed,
The Si substrate includes a dividing groove for dividing the substrate into individual chips for each nozzle region,
The nozzle plate manufacturing method according to claim 1, wherein the division grooves are formed by dry etching simultaneously with the formation of the nozzle holes.
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