JP5059227B2 - Discharge head manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェット記録方式に代表されるような液滴を吐出し、吐出対象物に液滴を着弾させる吐出ヘッドと、その吐出ヘッドを用いた吐出装置、その吐出ヘッド製造方法に関する。 The present invention relates to an ejection head that ejects liquid droplets as typified by an ink jet recording method and landes the liquid droplets on an ejection target, an ejection apparatus using the ejection head, and a method for manufacturing the ejection head.
微量の液滴を吐出するための吐出装置は、所謂インクジェット装置と呼ばれており、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録(形成)や、液晶装置、その他の電子機器を製造するために用いられている。また、近年では、特許公開2000−270896やPCT公開公報WO95/25116に記載されているように生体物質を網羅的に解析するためのマイクロアレイ作製方法のためのインクジェットにも応用されている。 A discharge device for discharging a small amount of droplets is called a so-called ink jet device, and is used to manufacture image recording (formation) such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, and a plotter, a liquid crystal device, and other electronic devices. It is used for. In recent years, as described in Japanese Patent Publication No. 2000-270896 and PCT Publication No. WO95 / 25116, it has also been applied to ink jets for microarray production methods for comprehensive analysis of biological materials.
吐出ヘッドは、少なくとも液滴を吐出するためのノズル孔と、このノズル孔に繋がり吐出液を溜め込んでおくための液室と、この液室に圧力をかけるための圧力機構を備えており、圧力機構を動作させ、液室内に充満された吐出液を加圧することで、ノズル孔の開口部から液滴が吐出するように構成されている。 The discharge head includes at least a nozzle hole for discharging droplets, a liquid chamber connected to the nozzle hole for storing discharge liquid, and a pressure mechanism for applying pressure to the liquid chamber. By operating the mechanism and pressurizing the discharge liquid filled in the liquid chamber, droplets are discharged from the opening of the nozzle hole.
ノズル孔を形成する基材としては、ステンレス(SUS)、ニッケル、シリコンといった無機材料やポリイミド、ポリサルフォン等の樹脂材料が用いられている。 As the base material for forming the nozzle holes, inorganic materials such as stainless steel (SUS), nickel and silicon, and resin materials such as polyimide and polysulfone are used.
上記のような基材を単独で用いるほか、ノズル孔の開口部分の精度を向上させるために、基材が穴径の精度を保つ層と高い剛性を保つ層との二層構造である場合がある(特開平10−119300)。
ノズル孔を形成する加工手段としては、打ち抜き、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザー加工、電鋳等の手段が用いられている。
In addition to using the base material alone as described above, in order to improve the accuracy of the opening portion of the nozzle hole, the base material may have a two-layer structure of a layer that maintains the hole diameter accuracy and a layer that maintains high rigidity. (Japanese Patent Laid-Open No. 10-119300).
As processing means for forming the nozzle holes, means such as punching, wet etching, dry etching, laser processing, electroforming, and the like are used.
液室に圧力をかけるための圧力機構としては、圧電素子等の電気機械変換素子、ヒータ等の電気熱変換素子、電極などの静電気力発生手段などからなるエネルギー発生手段(アクチュエータ素子)が用いられている。プリンタの場合は画像情報に対応する位置にあるノズル孔から液滴を吐出させるために、そのノズル孔に設けられた圧力機構を動作させることで、液滴を吐出すべき位置のノズル孔から、吐出液を液滴にして吐出するようになっている。 As a pressure mechanism for applying pressure to the liquid chamber, an energy generation means (actuator element) including an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element, an electrothermal conversion element such as a heater, and an electrostatic force generation means such as an electrode is used. ing. In the case of a printer, in order to eject a droplet from a nozzle hole at a position corresponding to image information, by operating a pressure mechanism provided in the nozzle hole, from the nozzle hole at a position where the droplet should be ejected, The discharge liquid is discharged as droplets.
上記のような液滴は、量や吐出方向が、ノズル孔の開口部の形状や大きさに影響されるばかりでなく、吐出ヘッド表面に吐出液が付着した場合、ノズル孔から吐出される吐出液が吐出ヘッド表面に付着した吐出液と接触すると、吐出される液滴の吐出方向や液滴量が変わってしまう等の不都合が生じる。 The amount of liquid droplets as described above is not only affected by the shape and size of the opening of the nozzle hole but also discharged from the nozzle hole when the discharge liquid adheres to the surface of the discharge head. When the liquid comes into contact with the ejected liquid adhering to the surface of the ejection head, inconveniences such as a change in the ejecting direction and the amount of the ejected liquid droplets occur.
そこで従来技術でも、吐出ヘッドのノズル孔の開口が位置する表面に、撥液性(撥液性および撥インク性)の薄膜を形成したり、撥液性を持たせる表面処理を行い、ノズル孔の開口付近に吐出液が付着しないようにした技術が知られている。 Therefore, even in the prior art, a nozzle-hole is formed by forming a liquid-repellent (liquid-repellent and ink-repellent) thin film on the surface where the nozzle hole opening of the ejection head is located, or by applying a surface treatment to impart liquid-repellent properties. A technique is known in which the discharge liquid does not adhere to the vicinity of the opening.
例えば、シリコン系もしくはフッ素系撥液剤を塗布する方法(特開昭55−65564号公報、特開平9−76512号公報)、フッ化炭素を含むシランカップリング剤を用いて表面処理を行う方法(特開昭56−89569号公報、特開平10−176139号公報)、フッ素系化合物やシラン系化合物のプラズマ重合による撥液性皮膜を形成する方法(特開昭64−87359号公報参照)、フッ素系高分子の撥液膜を形成する方法(特開平7−125220号公報、特開平8−244235号公報、特開2002−20697)等がある。 For example, a method of applying a silicon-based or fluorine-based liquid repellent (Japanese Patent Laid-Open Nos. 55-65564 and 9-76512), and a method of performing surface treatment using a silane coupling agent containing fluorocarbon ( JP-A-56-89569, JP-A-10-176139), a method for forming a liquid-repellent film by plasma polymerization of a fluorine compound or a silane compound (see JP-A 64-87359), fluorine There are methods for forming a liquid-repellent film of a polymer (JP-A-7-125220, JP-A-8-244235, JP-A-2002-20697), and the like.
しかし、液滴吐出ヘッドの高集積化や液滴の吐出位置の高精度化に伴って、いくつかの課題が生じている。
液滴の吐出口であるノズル孔の加工手段として打ち抜き、電鋳等の穴開け工法を用いると要求される精度を満足させることは困難である。レーザーによる穴加工では、高精度の加工が達成されるが、実用的な基材はポリイミド等の樹脂部材に限られてしまう。
However, several problems have arisen with the high integration of the droplet discharge head and the high accuracy of the droplet discharge position.
It is difficult to satisfy the required accuracy when a punching method such as punching or electroforming is used as a processing means for a nozzle hole which is a droplet discharge port. Laser drilling achieves high-precision machining, but practical substrates are limited to resin members such as polyimide.
ところが、樹脂基材を用いた場合、剛性が低いために液室内の圧力変動が吸収され、噴射効率が低下し吐出不良の原因になる。
剛性の高い基材と張り合わせた物を液滴吐出ヘッドとして用いた場合は、各基材をアッセンブルする際に吐出口の位置精度が低下してしまう。
However, when the resin base material is used, since the rigidity is low, the pressure fluctuation in the liquid chamber is absorbed, and the injection efficiency is lowered, resulting in discharge failure.
When an object bonded to a base material having high rigidity is used as the droplet discharge head, the position accuracy of the discharge port is reduced when each base material is assembled.
他方、吐出ヘッド表面に撥液性を持たせる場合、従来の単分子膜や薄膜では塗布性や接着性および機械的耐久性や化学的変質性が得られることが難しく、撥液の再処理が必要となってしまう。 On the other hand, when liquid repellency is imparted to the surface of the ejection head, it is difficult to obtain coatability, adhesion, mechanical durability, and chemical alteration with conventional monomolecular films and thin films. It becomes necessary.
また、液晶パネル用のスペーサ形成を形成する際、スペーサ粒子が水系溶剤に分散された吐出液を用いるが、このような吐出液を用いると、吐出ヘッドを拭って清掃する際に、表面に付着したスペーサ粒子で吐出ヘッドが擦れ、傷つくことがある。 In addition, when forming a spacer formation for a liquid crystal panel, a discharge liquid in which spacer particles are dispersed in an aqueous solvent is used. When such a discharge liquid is used, it adheres to the surface when wiping and cleaning the discharge head. The ejected head may be rubbed and damaged by the spacer particles.
このような用途に用いる吐出ヘッドには特に高い機械的強度が要求されるが、従来の吐出ヘッドには、このような用途に十分な機械的強度を有するものがなかった。 A discharge head used for such an application is required to have a particularly high mechanical strength. However, no conventional discharge head has a sufficient mechanical strength for such an application.
本発明は、長期にわたって高精度で液滴を吐出できる吐出ヘッドと、その吐出ヘッドを用いた吐出装置、その吐出ヘッド製造方法を提供する。 The present invention provides an ejection head capable of ejecting droplets with high accuracy over a long period of time, an ejection apparatus using the ejection head, and a method for manufacturing the ejection head.
上記課題を解決するために、本発明は、シリコン基板の表面にダイヤモンド薄膜を形成し、前記ダイヤモンド薄膜の表面に無機レジスト膜を形成し、前記無機レジスト膜に第一の開口を形成し、前記ダイヤモンド薄膜に、前記第一の開口に連通する第二の開口を形成し、前記無機レジスト膜をマスクとして前記第一、第二の開口の底面に露出する前記シリコン基板の表面をエッチングして前記シリコン基板に有底小孔を形成した後、前記シリコン基板の裏面の前記有底小孔の裏側の部分を厚み方向途中までエッチングして底面が前記有底小孔の底面よりも大きい吐出液室を形成すると共に、前記有底小孔の下端を前記吐出液室の底面に開口させてノズル孔を形成し、熱酸化によって前記ノズル孔と前記吐出液室とに下地酸化膜を形成した後、前記無機レジスト膜を除去し、表面に前記ダイヤモンド薄膜が配置された吐出ヘッドを製造する吐出ヘッド製造方法である。
本発明は、吐出ヘッド製造方法であって、前記第一の開口を形成する際に、前記無機レジスト膜の表面にパターニングされた第一の有機レジスト膜を形成し、前記第一の有機レジスト膜の第一のレジスト開口の底面に露出する部分の前記無機レジスト膜を除去して前記無機レジスト膜に前記第一の開口を形成し、前記第二の開口を形成する際に、前記第一の有機レジスト膜を除去した後、前記第一の開口の底面に露出する部分の前記ダイヤモンド薄膜を除去して前記ダイヤモンド薄膜に前記第二の開口を形成する吐出ヘッド製造方法である。
本発明は、吐出ヘッド製造方法であって、前記第一の有機レジスト膜を除去した後、第二のレジスト開口が前記第一の開口上に配置された第二の有機レジスト膜を前記無機レジスト膜の表面に配置して、前記第二のレジスト開口と前記第一、第二の開口とを連通させた状態で、前記第一の開口の底面に露出する部分の前記シリコン基板を深さ方向底部を残してエッチング除去し、前記有底小孔を形成する吐出ヘッド製造方法である。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention forms a diamond thin film on the surface of a silicon substrate, forms an inorganic resist film on the surface of the diamond thin film, forms a first opening in the inorganic resist film, Forming a second opening communicating with the first opening in the diamond thin film, etching the surface of the silicon substrate exposed on the bottom surfaces of the first and second openings using the inorganic resist film as a mask; After forming the bottomed small hole in the silicon substrate, the bottom surface of the bottom surface of the bottom of the bottomed small hole is larger than the bottom surface of the bottomed small hole by etching a portion of the back side of the bottom of the silicon substrate to the middle of the bottomed small hole. And forming a nozzle hole by opening the bottom end of the bottomed small hole in the bottom surface of the discharge liquid chamber, and after forming a base oxide film in the nozzle hole and the discharge liquid chamber by thermal oxidation, Serial inorganic resist film is removed, a discharge head manufacturing method for manufacturing an ejection head in which the diamond thin film disposed on the surface.
The present invention is a method for manufacturing an ejection head, wherein when the first opening is formed, a patterned first organic resist film is formed on a surface of the inorganic resist film, and the first organic resist film is formed. Removing the portion of the inorganic resist film exposed at the bottom of the first resist opening to form the first opening in the inorganic resist film, and forming the second opening, After the organic resist film is removed, the portion of the diamond thin film exposed on the bottom surface of the first opening is removed to form the second opening in the diamond thin film.
The present invention is a method for manufacturing an ejection head, wherein after the first organic resist film is removed, a second organic resist film in which a second resist opening is disposed on the first opening is used as the inorganic resist. A portion of the silicon substrate that is exposed on the bottom surface of the first opening is disposed in the depth direction with the second resist opening and the first and second openings being in communication with each other. This is a discharge head manufacturing method in which the bottomed small holes are formed by etching away leaving the bottom.
尚、本発明でダイヤモンド薄膜とは、ダイヤモンドライクカーボン薄膜を含む。
本発明は上記のように構成されており、吐出ヘッドの表面にはダイヤモンド薄膜が形成されている。ダイヤモンド薄膜は吐出ヘッドの構成材料よりも機械的強度が高く、化学的に安定している。
In the present invention, the diamond thin film includes a diamond-like carbon thin film.
The present invention is configured as described above, and a diamond thin film is formed on the surface of the ejection head. The diamond thin film has higher mechanical strength than the constituent material of the discharge head and is chemically stable.
従って、本発明の吐出ヘッドは耐久性が高く、このダイヤモンド薄膜を撥液被膜として備えることで、安定した液滴吐出ノズルを提供する事が可能となる。
ダイヤモンド薄膜は、従来の化学気相蒸着法の手段を用いる事で容易に作製する事が可能である。
Therefore, the discharge head of the present invention has high durability, and by providing this diamond thin film as a liquid repellent coating, it is possible to provide a stable droplet discharge nozzle.
Die Ya Monde thin film, it is possible to easily manufacture By using means of conventional chemical vapor deposition method.
また、ダイヤモンド薄膜はArと酸素の混合ガスもしくはその他のガスによるプラズマエッチングが可能であるので、微細な加工も容易に実現できる。従って、無機基板の表面にダイヤモンド薄膜を成膜した後に、ノズル孔や吐出液室をエッチングで形成することができる。 Further, the die Ya Mondo thin film since it is possible Plasma etching with a mixed gas or other gas of Ar and oxygen, fine processing can be easily realized. Therefore, after forming the diamond thin film on the surface of the inorganic substrate, the nozzle holes and the discharge liquid chamber can be formed by etching.
ノズル孔の内壁面と吐出液室の内壁面は、ダイヤモンド薄膜に比べて吐出液に対する親液性を高くする必要がある。吐出液の吐出精度を高めるためには、吐出口近辺にまで吐出液が充填される必要があるためである。 The inner wall surface of the nozzle hole and the inner wall surface of the discharge liquid chamber need to be more lyophilic with respect to the discharge liquid than the diamond thin film. This is because the discharge liquid needs to be filled up to the vicinity of the discharge port in order to increase the discharge accuracy of the discharge liquid.
酸化物はダイヤモンドよりも親水性が高いので、吐出液が水を含有する場合には、吐出液室の内壁とノズル孔の内壁に酸化物を露出させれば、親液性が高くなる。
吐出液室とノズル孔が形成される無機基板が酸化物(例えばガラス)で構成される場合には、吐出液室とノズル孔の内壁面を露出させるだけでよい。
Since the oxide is more hydrophilic than diamond, when the discharge liquid contains water, the lyophilicity is enhanced by exposing the oxide to the inner wall of the discharge liquid chamber and the inner wall of the nozzle hole.
When the inorganic substrate on which the discharge liquid chamber and the nozzle hole are formed is made of an oxide (for example, glass), it is only necessary to expose the inner wall surface of the discharge liquid chamber and the nozzle hole.
無機基板が酸化物以外のもの(例えばシリコン)で構成される場合には、吐出液室の内壁面とノズル孔の内壁面に酸化物膜を成膜するか、吐出液室の内壁面とノズル孔の内壁面を酸化させることで、親水性を高くすることができる。
この結果、吐出される液滴の位置精度および液滴特性が十分満足されるノズルプレートを作成することが可能となる。
When the inorganic substrate is made of a material other than oxide (for example, silicon), an oxide film is formed on the inner wall surface of the discharge liquid chamber and the inner wall surface of the nozzle hole, or the inner wall surface of the discharge liquid chamber and the nozzle Hydrophilicity can be increased by oxidizing the inner wall surface of the hole.
As a result, it is possible to create a nozzle plate that sufficiently satisfies the positional accuracy and droplet characteristics of the ejected droplets.
本発明では、剛性基材を用いるのでノズル孔の位置精度は高い。また、剛性を有する材料によって吐出ヘッドを形成できるので耐久性が高い。ノズル孔が位置する表面にダイヤモンド薄膜を形成するので耐久性が高い。吐出液でノズル孔が充填され、しかも、吐出液はダイヤモンド薄膜表面で広がらないから、吐出精度が高い。 In the present invention, since the rigid base material is used, the positional accuracy of the nozzle holes is high. Further, since the discharge head can be formed of a material having rigidity, durability is high. Since a diamond thin film is formed on the surface where the nozzle hole is located, durability is high. Since the nozzle holes are filled with the discharge liquid and the discharge liquid does not spread on the surface of the diamond thin film, the discharge accuracy is high.
図1〜3の符号10は、本発明の一例の吐出装置であり、台11上に軸12が配置されている。軸12には、複数の吐出ヘッド20が設けられている。
図4は、吐出ヘッド20の概略断面図であり、複数の吐出液室21を有している。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
各吐出液室21の底面にはφ20μmのノズル孔22が形成されており、吐出液室21の内部は、ノズル孔22によって、吐出ヘッド20の外部雰囲気に接続されている。
A
図5(b)は、吐出ヘッド20の、ノズル孔22の開口(吐出口23)が位置する表面の平面図、同図(a)は、吐出ヘッド20のI−I線切断断面図である。図4は、図5のA−A’線切断断面図に相当する。
図1に示すように、各吐出ヘッド20は、吐出口23が位置する表面を吐出装置10の台11の表面に向けられている。
FIG. 5B is a plan view of the surface of the
As shown in FIG. 1, each
図2に示すように、吐出ヘッド20は吐出液供給装置13にそれぞれ接続されており、吐出液供給装置13から供給された吐出液が、図4に示す各吐出ヘッド20の吐出液室21とノズル孔22の内部に充満するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
吐出液室21の内部には不図示の圧力装置がそれぞれ設けられており、所望位置の吐出液室21内の圧力装置を動作させると、その吐出液室21内の吐出液は、ノズル孔22を通って台11表面に向けて吐出される。
A pressure device (not shown) is provided in each of the
図1に示す吐出装置10の台11上には処理対象物14(ここではガラス基板)が配置されており、吐出された吐出液は、処理対象物14の表面に着弾する。
図2において、軸12と処理対象物14は、相対的に移動可能に構成されており(ここでは、軸12が移動する。)、吐出ヘッド20は、処理対象物14の真上位置で処理対象物14と対面し、処理対象物14の所望位置に吐出液を着弾させるように構成されている。
A processing object 14 (here, a glass substrate) is arranged on the table 11 of the
In FIG. 2, the
尚、処理対象物14の所望位置の間隔と、ノズル孔22の間隔とが異なる場合には、図3に示すように、ノズル孔22が所望位置上を通るように軸12を傾けてもよい。
If the distance between the desired positions of the
図4に示すように、吐出ヘッド20の吐出口23が位置する表面には、ダイヤモンド薄膜32が形成されている。
ダイヤモンドは、隣接する炭素原子同士が電子を共有しあい、堅固に結合していることで物理的および化学的にとても安定しており、機械的磨耗および化学的変性に対して高い耐性を有する。
As shown in FIG. 4, a diamond
Die Ya Monde, carbon atoms with adjacent mutually share electrons, are physically and chemically very stable in that it is rigidly coupled, have a high resistance to mechanical abrasion and chemical modification .
また、ダイヤモンド薄膜は、シリコン基板やガラス基板等の吐出ヘッド20の製造に用いられる無機基板よりも撥液性が高いので、吐出液は表面張力で球状に収縮し、ダイヤモンド薄膜32の表面に拡がらない。従って、この吐出ヘッド20表面には吐出液が付着しない。
Further, since the diamond thin film has higher liquid repellency than the inorganic substrate used for manufacturing the
次に、吐出ヘッド20の製造工程を説明する。
<第一例の製造工程>
図6(a)の符号30は、シリコン基板やガラス基板等からなる無機基板を示している。
Next, the manufacturing process of the
<Production process of the first example>
図6(a)に示すように、無機基板30の表面に、CVD法によってダイヤモンド薄膜32を形成し、次いで、同図(b)に示すように、ダイヤモンド薄膜32の表面に無機レジスト膜36を配置する。ここでは無機レジスト膜36はSiO2膜であり、CVD法によって成膜される。
As shown in FIG. 6A, a diamond
次に、同図(c)に示すように、無機レジスト膜36の表面に、パターニングした有機レジスト膜38を配置する。
有機レジスト膜38は、例えば、無機レジスト膜36表面に形成した感光性樹脂の層をリソグラフィー法によりパターニングして形成される。
Next, a patterned organic resist
The organic resist
この有機レジスト膜38は、ノズル孔22が形成される位置に開口39が形成されており、ドライエッチング装置によって開口39底面の無機レジスト膜36を除去し、同図(d)に示すように、有機レジスト膜38と同じ形状に無機レジスト膜36をパターニングし、有機レジスト膜38を除去した後、ドライエッチングによって無機レジスト膜36の開口37底面に露出するダイヤモンド薄膜32をエッチングすると、同図(e)に示すように、ダイヤモンド薄膜32には、ノズル孔22が形成される位置に開口33が形成される。
In the organic resist
次に、同図(f)に示すように、無機レジスト膜36の表面に、ダイヤモンド薄膜32の開口33上に開口を有する有機レジスト膜26を形成し、ダイヤモンド薄膜32の開口33及び無機レジスト膜36の開口37と、有機レジスト膜26の開口を連通させる。
Next, as shown in FIG. 5F, an organic resist
同図(f)の符号27は連通する開口を示しており、ドライエッチングによって開口27底面に露出する無機基板30をエッチングし、有機レジスト膜26を除去すると、図7(g)に示すように、有底の小孔42が形成される。
次に、同図7(h)に示すように、この状態の無機基板30の裏面に、吐出液室21の位置に開口29を有する有機レジスト膜28を形成し、エッチングし、同図(i)に示すように、有底の吐出液室21を形成する。この吐出液室21の底面は、小孔42の底面に達しており、小孔42内部と吐出液室21とが連通し、小孔42の残部によってノズル孔22が形成される。同図(i)の符号60は無機基板30にノズル孔22と吐出液室21が形成された状態のヘッド本体を示している。
Next, as shown in FIG. 7 (h), an organic resist
ヘッド本体60の吐出液室21が形成された面を露出させた状態で、熱酸化炉内に搬入し、ヘッド本体60を熱酸化させ(熱酸化法)、ノズル孔22や吐出液室21内部に下地酸化膜(ここでは膜厚100nmのシリコン酸化膜、SiO2膜)31を形成した後、ダイヤモンド薄膜32表面の無機レジスト膜36を除去し、同図(j)に示すように、裏面側パネル70を取付、吐出液室21の、ノズル孔22とは反対側の開口を塞ぐと、吐出ヘッド20が得られる。
The head
以上は、無機基板30の表面にダイヤモンド薄膜32を形成してから、ノズル孔22と吐出液室21を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
The above describes the case where the
以下に、本発明第二例の製造方法について説明する。
<第二例の製造工程>
先ず、スパッタリング法により、シリコン薄膜から成る吐出液室用レジスト膜50を無機基板30の片面に成膜し、片面の吐出液室用レジスト膜50をパターニングし、吐出液室21が形成されるべき位置に開口を配置する。無機基板30がガラス基板の場合、バッファードフッ酸溶液に浸漬し、等方性ウェットエッチングを行ない、吐出液室21を形成する(図8(a))。この際、無機基板30の反対側の面を樹脂膜49で覆って保護し、ウェットエッチング後は樹脂膜49を除去する。。
Below, the manufacturing method of this
<Manufacturing process of the second example>
First, the discharge liquid chamber resist
次いで、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液に浸漬し、シリコン薄膜から成る吐出液室用レジスト膜50を除去した後、吐出液室21とは反対側の面に、有機レジスト膜を形成し、該有機レジスト膜をリソグラフィーによってパターニングし、ノズル孔用レジスト膜40を形成する(図8(b))。
Next, after immersing in a tetramethylammonium hydroxide solution to remove the discharge liquid chamber resist
このノズル孔用レジスト膜40は、吐出液室21の真裏位置に開口を有しており、ノズル孔用レジスト膜40をマスクとしてドライプロセスによる異方性エッチングを行ない、ノズル孔22を形成すると、図8(c)に示したような、ヘッド本体60が得られる。
The nozzle hole resist
次に、ノズル孔用レジスト膜40を除去し、ヘッド本体60のノズル孔22が位置する側の面にダイヤモンド薄膜32を形成する。
ダイヤモンド薄膜32を成膜する際に、プラズマ化した原料ガス(メタンガスや水素ガス)がノズル孔22の内部や吐出液室21内部に入り込むと、ダイヤモンド薄膜32はノズル孔22内部や吐出液室21内部にも形成されてしまう(図8(d))。
Next, the nozzle hole resist
When the diamond
ヘッド本体60の表面のうち、ノズル孔22が形成された面のダイヤモンド薄膜32は残し、ノズル孔22内部や吐出液室21内部のダイヤモンド薄膜32を除去するために、ダイヤモンド薄膜32が形成されたヘッド本体60をエッチング装置の真空槽内に搬入し、台上に、ヘッド本体60の表面を密着して配置し、吐出液室21内部を上方に向け、真空槽内に酸素ガスを導入して酸素ガスプラズマを発生させると、吐出液室21内部やノズル孔22の内部に形成されたダイヤモンド薄膜32がプラズマと接触し、余剰なダイヤモンド薄膜32が除去される。このとき、ヘッド本体60表面のダイヤモンド薄膜32はプラズマと接触せずに残る(図8(e))。
The diamond
尚、無機基板30がシリコン基板で構成される場合、吐出液室21とノズル孔22を形成してから、ダイヤモンド薄膜32を形成する前、又はダイヤモンド薄膜32を形成した後に、上記第一例の製造工程と同様の熱酸化処理を行い、下地酸化膜31を形成することが望ましい。
When the
下地酸化膜31は、ヘッド本体60の表面及び裏面と、吐出液室21やノズル孔22の内部表面にも形成されており、ダイヤモンド薄膜32を除去する際に、プラズマによっては除去されず、吐出液室21の内部表面や、ノズル孔22の内部表面に残り、親液性が維持される。
The
ヘッド本体60の余剰なダイヤモンド薄膜32を除去後、例えば、住友3M社製のノベックHFE7100(登録商標)を用いて超音波洗浄し、次いで、裏面側パネル70を取り付け、吐出液室21を塞ぐと吐出ヘッド80が得られる(図8(f))。
After removing the excessive diamond
<実施例1>
下記に示す条件で、上述した第一例の製造工程により実施例1の吐出ヘッド20を製造した。
<Example 1>
The
無機基板30:膜厚0.2mmのシリコン基板
ダイヤモンド薄膜32:膜厚150nm(CVD法)
無機レジスト膜36:膜厚300nmのSiO2薄膜(CVD法)
下地酸化膜31:膜厚100nm
ノズル孔22:φ20μm
尚、ダイヤモンド薄膜32は、非特許文献:Physical Status Solid(a)(2006)203,No.13,3245−3272に記載されたように、メタンと水素の混合ガスをプラズマ化し、無機基板30表面でダイヤモンドを結晶成長させるCVD法を用いておこなった。
Inorganic substrate 30: Silicon substrate with a film thickness of 0.2 mm Diamond thin film 32: Film thickness of 150 nm (CVD method)
Inorganic resist film 36: 300 nm thick SiO 2 thin film (CVD method)
Base oxide film 31: film thickness 100 nm
Nozzle hole 22: φ20μm
The diamond
また、無機レジスト膜36とダイヤモンド薄膜32と無機基板30のパターニングはそれぞれエッチングガスを用いたドライエッチングである。エッチングガスとしては、無機レジスト膜36のパターニングにはArとCF4の混合ガス、ダイヤモンド薄膜32のパターニングはArとO2の混合ガス、無機基板30のパターニングにはCF6ガスをそれぞれ用いた。吐出液室21はドライプロセスの異方性エッチングにより形成した。
The patterning of the inorganic resist
実施例1の吐出ヘッドを用いてインクを3pLずつ滴下して評価を行ったところ、十分な位置精度と吐出量の精度を得ることができた。また、経時変化に対する磨耗に関しても従来のものに対して優位性が認められる。 When evaluation was performed by dropping 3 pL of ink at a time using the ejection head of Example 1, sufficient positional accuracy and ejection amount accuracy could be obtained. In addition, superiority with respect to wear over time is recognized over the conventional one.
<実施例2>
下記に示す条件で、上述した第二例の製造工程により実施例2の吐出ヘッド80を製造した。
<Example 2>
The
無機基板30:ガラス基板、パイレックス(コード7740)(登録商標:コーニングインターナショナル株式会社製)、膜厚0.15mm
ノズル孔22:φ30μm
ダイヤモンド薄膜32:膜厚200nm(CVD法)
尚、ダイヤモンド薄膜32は上記実施例1と同じ条件で成膜した。ノズル孔22の形成と、余剰なダイヤモンド薄膜32の除去は、それぞれエッチングガスを用いたドライエッチングである。エッチングガスとしては、ノズル孔22の形成にはArとCF4の混合ガス、ダイヤモンド薄膜32の除去にはArとO2の混合ガスを用いた。
Inorganic substrate 30: glass substrate, Pyrex (code 7740) (registered trademark: manufactured by Corning International Co., Ltd.), film thickness 0.15 mm
Nozzle hole 22: φ30μm
Diamond thin film 32: film thickness 200 nm (CVD method)
The diamond
実施例2の吐出ヘッド80を用いてインクを5pLずつ滴下して評価を行ったところ、十分な位置精度と吐出量の精度を得ることができた。また、経時変化に対する磨耗に関しても従来のものに対して優位性が認められる。
When evaluation was performed by dropping 5 pL of ink at a time using the
<他の実施例>
上述したシリコン基板やパイレックスガラスの他、本発明の無機基板30には、パイコールガラス(登録商標)、ULE(登録商標)、イーグル2000(登録商標)、TEMPAX FLOAT(登録商標)といった石英ガラス、窒化シリコンといった無機材料を用いることができる。
<Other embodiments>
In addition to the silicon substrate and Pyrex glass described above, the
無機基板30に吐出液室21やノズル孔22を形成するときのエッチング方法も特に限定されず、ウエットもしくはドライプロセスのいずれを用いることもできる。
The etching method for forming the
無機基板30の種類と、上記第一、第二例の製造工程の組合せは特に限定されず、例えば、シリコン基板を用いて第二例の製造工程で吐出ヘッド20を製造してもよいし、ガラス基板を用いて第一例の製造工程で吐出ヘッド80を製造してもよい。
ノズル孔22は、ウェットエッチでも、ドライプロセスによるエッチングでも形成することができる。
The combination of the kind of the
The
ダイヤモンド薄膜32の成膜方法は特に限定されないが、CH4と、C6H6と、C2H2とからなる炭化水素ガス群より選択される少なくとも1種類の炭化水素ガスを含有し、必要に応じてH2ガス等の添加ガスが添加された原料ガスをプラズマ化させるCVD法で成膜することができる。
The method for forming the diamond
以上は、ノズル孔22と吐出液室21が一体となった吐出ヘッド20、80について説明したが、その構造も特に限定されず、少なくともノズル孔22が形成されていればよい。
The above has described the discharge heads 20 and 80 in which the
10…吐出装置 20、80…吐出ヘッド 21…吐出液室 22…ノズル孔 23…吐出口 30…無機基板 32…ダイヤモンド薄膜 60…ヘッド本体
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ダイヤモンド薄膜の表面に無機レジスト膜を形成し、
前記無機レジスト膜に第一の開口を形成し、
前記ダイヤモンド薄膜に、前記第一の開口に連通する第二の開口を形成し、
前記無機レジスト膜をマスクとして前記第一、第二の開口の底面に露出する前記シリコン基板の表面をエッチングして前記シリコン基板に有底小孔を形成した後、
前記シリコン基板の裏面の前記有底小孔の裏側の部分を厚み方向途中までエッチングして底面が前記有底小孔の底面よりも大きい吐出液室を形成すると共に、前記有底小孔の下端を前記吐出液室の底面に開口させてノズル孔を形成し、
熱酸化によって前記ノズル孔と前記吐出液室とに下地酸化膜を形成した後、前記無機レジスト膜を除去し、表面に前記ダイヤモンド薄膜が配置された吐出ヘッドを製造する吐出ヘッド製造方法。 A diamond thin film is formed on the surface of a silicon substrate,
Forming an inorganic resist film on the surface of the diamond thin film;
Forming a first opening in the inorganic resist film;
Forming a second opening communicating with the first opening in the diamond thin film;
After etching the surface of the silicon substrate exposed at the bottom of the first and second openings using the inorganic resist film as a mask to form a bottomed small hole in the silicon substrate,
Etching the back side of the bottomed small hole on the back surface of the silicon substrate halfway in the thickness direction to form a discharge liquid chamber having a bottom surface larger than the bottom surface of the bottomed small hole, and a lower end of the bottomed small hole To the bottom of the discharge liquid chamber to form a nozzle hole,
A discharge head manufacturing method for manufacturing a discharge head in which a base oxide film is formed in the nozzle hole and the discharge liquid chamber by thermal oxidation, and then the inorganic resist film is removed and the diamond thin film is disposed on the surface.
前記第二の開口を形成する際に、前記第一の有機レジスト膜を除去した後、前記第一の開口の底面に露出する部分の前記ダイヤモンド薄膜を除去して前記ダイヤモンド薄膜に前記第二の開口を形成する請求項1記載の吐出ヘッド製造方法。 When forming the first opening, a patterned first organic resist film is formed on the surface of the inorganic resist film, and a portion exposed to the bottom surface of the first resist opening of the first organic resist film Removing the inorganic resist film to form the first opening in the inorganic resist film,
When forming the second opening, after removing the first organic resist film, the portion of the diamond thin film exposed on the bottom surface of the first opening is removed to form the second thin film on the diamond thin film. The ejection head manufacturing method according to claim 1, wherein the opening is formed.
第二のレジスト開口が前記第一の開口上に配置された第二の有機レジスト膜を前記無機レジスト膜の表面に配置して、前記第二のレジスト開口と前記第一、第二の開口とを連通させた状態で、
前記第一の開口の底面に露出する部分の前記シリコン基板を深さ方向底部を残してエッチング除去し、前記有底小孔を形成する請求項2記載の吐出ヘッド製造方法。
After removing the first organic resist film,
A second organic resist film having a second resist opening disposed on the first opening is disposed on the surface of the inorganic resist film, and the second resist opening, the first and second openings, In a state where
3. The method of manufacturing an ejection head according to claim 2, wherein a portion of the silicon substrate exposed at a bottom surface of the first opening is removed by etching leaving a bottom portion in a depth direction to form the bottomed small hole.
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