KR100937075B1 - 노즐 기판의 제조 방법 및 액체방울 토출 헤드의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 기판의 가공시에는 지지 기판과 강고하게 접착해서 기판을 파손시키는 일이 없고, 또한 기판으로부터 지지 기판을 용이하게 박리하는 것이 가능하고, 또한 기판에 균열이 생겼을 경우에는 균열이 헤드 부분에까지 이르지 않도록 하는 것에 의해, 핸들링이 용이해서, 원료에 대한 제품의 비율이나 생산성의 향상에 도움이 되는 노즐 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
피가공 기판(100)에, 노즐 구멍(11)이 되는 오목부를 에칭 가공에 의해 형성하는 공정, 오목부가 형성된 가공측의 면에 제 1 지지 기판(61)을 접합시키는 공정, 제 1 지지 기판을 접합시킨 면과 반대측의 면으로부터 피가공 기판을 원하는 두께로 박판화 가공해서 오목부의 선단을 개구하는 공정, 오목부가 개구된 개구측의 면에 제 2 지지 기판(62)을 접합시키는 공정, 제 1 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하고, 그 박리면에 제 3 지지 기판을 접합하는 공정, 제 2 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는다.
Description
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 잉크젯 헤드의 개략 구성을 도시하는 분해 사시도,
도 2는 조립 상태에 있어서의 도 1의 우측 반분의 개략 구성을 도시하는 잉크젯 헤드의 단면도,
도 3은 도 2의 잉크젯 헤드의 평면도,
도 4는 노즐 기판의 제조 방법의 일 예를 도시하는 제조 공정의 단면도,
도 5는 도 4에 계속되는 제조 공정을 도시하는 단면도,
도 6은 도 5에 계속되는 제조 공정을 도시하는 단면도,
도 7은 도 6에 계속되는 제조 공정을 도시하는 단면도,
도 8은 노즐 기판의 이면도와 제 1 지지 기판의 평면도,
도 9는 노즐 기판과 캐비티 기판의 접합 공정을 도시한 도면으로서, 위치결정용 얼라인먼트 지그의 측면도,
도 10은 노즐 기판과 캐비티 기판의 접합 상태 및 제 2 지지 기판의 박리 상황을 도시하는 단면도,
도 11은 칩 외형 홈을 포함하는 외주 홈이 형성된 노즐 기판의 이면도,
도 12는 전극 기판의 제조 공정을 도시하는 단면도,
도 13은 캐비티 기판 및 전극 기판의 제조 방법을 도시하는 제조 공정의 단면도,
도 14는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 잉크젯 헤드의 단면도,
도 15는 노즐 기판의 제조 방법의 다른 예를 도시하는 제조 공정의 단면도,
도 16은 도 15에 계속되는 제조 공정을 도시하는 단면도,
도 17은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 잉크젯 헤드를 사용한 잉크젯 프린터의 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 노즐 기판 2 : 캐비티 기판
3 : 전극 기판 4 : 리저버 기판
5 : 구동 제어 회로 10, 10A : 잉크젯 헤드
11 : 노즐 구멍 11a : 분사구 부분
11b : 도입구 부분 12 : 내잉크 보호막
13 : 발잉크막 21 : 토출실
22 : 진동판 23 : 오리피스
24 : 리저버 25 : 오목부
26 : 오목부 27 : 오목부
28 : 절연막 29 : 공통 전극
30 : 전극 취출부 31 : 개별 전극
32 : 오목부 34 : 잉크 공급 구멍
35 : 밀봉재 50 : 외주 홈
51 : 칩 외형 홈 61 : 제 1 지지 기판
62 : 제 2 지지 기판 65 : 양면 접착 시트
66 : 자기 박리층 80, 81 : 얼라인먼트 구멍
100 : 실리콘 기판 101 : SiO2막
200 : 실리콘 기판 300 : 유리 기판
400 : 지지 기판 401 : 박리층
402 : 수지층 500 : 잉크젯 프린터
본 발명은 액체방울을 토출하기 위한 노즐 구멍을 갖는 노즐 기판의 제조 방법, 액체방울 토출 헤드의 제조 방법, 액체방울 토출 헤드 및 액체방울 토출 장치에 관한 것이다.
액체방울을 토출하기 위한 액체방울 토출 헤드로서, 예를 들면 잉크젯 기록 장치에 탑재되는 잉크젯 헤드가 알려져 있다. 잉크젯 헤드는 일반적으로 잉크방울을 토출하기 위한 복수의 노즐 구멍이 형성된 노즐 기판과, 이 노즐 기판에 접합되어 노즐 기판과의 사이에서 상기 노즐 구멍에 연통하는 토출실, 리저버 등을 갖는 잉크 유로가 형성된 캐비티 기판을 구비하고, 구동부에 의해 토출실에 압력을 가하는 것에 의해 잉크방울을 선택된 노즐 구멍에 의해 토출하도록 구성되어 있다. 구동 수단으로서는, 정전기력을 이용하는 방식이나, 압전 소자에 의한 압전 방식, 발열 소자를 이용하는 방식 등이 있다.
최근에, 잉크젯 헤드에 대하여, 인쇄, 화질 등의 고품위화의 요구가 한층 더 강해지고, 그 때문에 고밀도화 및 토출 성능의 향상이 강하게 요구되고 있다. 이러한 배경으로부터, 잉크젯 헤드의 노즐부에 관해서, 종래부터 여러가지 고안, 제안이 이루어지고 있다.
잉크젯 헤드에 있어서, 잉크 토출 특성을 개선하기 위해서는, 노즐부의 유로 저항을 조정하고, 알맞은 노즐 길이로 되도록 기판의 두께를 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 노즐 기판을 제작할 경우, 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 실리콘 기판의 한쪽의 면으로부터 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방전을 이용한 이방성 드라이 에칭을 함으로써, 노즐부를 구성하기 위한 내경이 상이한 제 1 노즐 구멍(노즐 구멍의 분사구 부분)과 제 2 노즐 구멍(노즐 구멍의 도입구 부분)을 2단으로 형성한 후, 반대측의 면으로부터 일부분을 이방성 웨트 에칭에 의해 파내려 가서 노즐의 길이를 조정하는 방법이 채용되고 있었다.
한편, 예를 들면 특허문헌 2에 개시된 바와 같이, 미리 실리콘 기판을 원하는 두께로 연마한 후, 실리콘 기판의 양면에 각각 드라이 에칭을 실시함으로써, 노즐 구멍의 분사구 부분과 도입구 부분을 형성하는 방법도 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 1999-28820 호 공보(제 4 내지 5페이지, 도 3, 도 4)
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제 1997-57981 호 공보(제 2 내지 3페이지, 도 1, 도 2)
그러나, 특허문헌 1과 같이, 노즐 구멍이 개구하는 토출면이 기판 표면으로부터 깊이 한단 내려간 오목부의 저면이면, 잉크방울의 비행 굽힘이 생기거나, 혹은 노즐 구멍의 막힘의 원인이 되는 지분(paper powder), 잉크 등이 토출면인 오목부 저면에 부착되었을 경우, 그것들의 지분, 잉크 등을 배제하기 위해서 고무 조각 또는 펠트 조각 등으로 오목부 저면을 불식하는 와이핑 작업이 어렵게 된다고 하는 과제가 있다.
또한, 특허문헌 2의 제조 방법에서는, 잉크젯 헤드의 고밀도화가 진행하면 실리콘 기판의 두께를 더욱 얇게 해야만 하지만, 이러한 박판화 가공을 실시한 실리콘 기판은 제조 공정중에 부서지기 쉬워, 고가로 되는 과제가 있다. 또한, 드라이 에칭 가공시에, 가공 형상이 안정하게 되도록 기판 이면에서 He 가스 등으로 냉각을 실행하지만, 노즐 구멍의 관통시에 He 가스가 누설해서 에칭이 불가능해질 경우가 있다. 그 때문에, 미리 실리콘 기판에 노즐 구멍이 되는 오목부를 형성하고, 예컨대 석영 유리 등의 지지 기판에 수지를 이용하여 서로 접합하고 나서 실리콘 기판을 연삭이나 에칭 가공 등에 의해 박판화 가공해서 노즐 구멍(오목부)을 개구하는 방법이 채용되고 있다.
그러나, 접착 수지를 통해서 접합시에는, 노즐 구멍이 되는 오목부내에 저점도의 수지가 들어가기 때문에, 실리콘 기판으로부터 수지층을 분리할 때에 수지층을 박리하는 것이 용이하지 않고, 이것 때문에 박판화 가공을 실시한 실리콘 기판에 부서짐이나 크랙이 생길 경우가 있다. 또한, 노즐 구멍이 되는 오목부내에 수지 막힘이 발생해 원료에 대한 제품의 비율이 저하하거나, 노즐에 막힌 수지를 제거하는 공정이 필요하게 되기 때문에 생산성이 저하하고 있었다.
또한, 노즐 구멍이 되는 오목부내에는 수지가 들어가 있기 때문에, 지지 기판이나 수지층을 분리할 때에, 실리콘 기판의 외주부로부터 균열이 발생하고, 그 균열이 헤드 부분까지 도달하여, 원료에 대한 제품의 비율을 저하시킬 경우가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 감안해서 이뤄진 것으로서, 실리콘 기판 등의 피가공 기판을 박판화 가공할 때에는 지지 기판과 강고하게 접착 유지해서 피가공 기판을 파손시키는 일이 없고, 가공후에는 피가공 기판으로부터 지지 기판을 용이하게 박리하는 것이 가능하고, 또한 만일 피가공 기판에 균열이 생겼을 경우라도 그 균열이 헤드 부분에까지 도달하지 않도록 하는 것에 의해, 핸들링이 용이해서, 원료에 대한 제품의 비율이나 생산성의 향상에 도움이 되는 노즐 기판의 제조 방 법, 액체방울 토출 헤드의 제조 방법, 액체방울 토출 헤드 및 액체방울 토출 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관한 노즐 기판의 제조 방법은, 피가공 기판에, 액체방울을 토출하기 위한 복수의 노즐 구멍이 되는 오목부를 에칭 가공에 의해 형성하는 공정과, 오목부가 형성된 피가공 기판의 가공측의 면에 제 1 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제 1 지지 기판을 접합한 면과 반대측의 면으로부터 피가공 기판을 원하는 두께로 박판화 가공해서 오목부의 선단을 개구하는 공정과, 오목부의 선단이 개구된 개구측의 면에 제 2 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제 1 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하고, 그 박리면에 제 3 지지 기판을 접합하는 공정과, 제 2 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하는 공정을 포함하는 것이다.
이 노즐 기판의 제조 방법에 의하면, 피가공 기판을 제 1 지지 기판에 접합시킨 상태에서 원하는 두께로 박판화 가공함으로써 노즐 구멍의 길이를 최적화할 수 있다. 또한, 제 1 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리한 후에도, 피가공 기판은 제 2 지지 기판에 의해 유지되어 있기 때문에, 피가공 기판을 박판화해도 부서짐이나 크랙 등이 생기는 일이 없고, 핸들링이 용이해서, 원료에 대한 제품의 비율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 노즐 기판의 제조 방법은, 피가공 기판에, 액체방울을 토출하기 위한 복수의 노즐 구멍이 되는 오목부와 외주 홈을 에칭 가공에 의해 형성하는 공정과, 오목부 및 외주 홈이 형성된 피가공 기판의 가공측의 면에 제 1 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제 1 지지 기판을 접합시킨 면과 반대측의 면으로부터 피가공 기판을 원하는 두께로 박판화 가공해서 오목부 및 외주 홈의 선단을 개구하는 공정과, 오목부 및 외주 홈의 선단이 개구된 개구측의 면에 제 2 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제 1 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하고, 그 박리면에 제 3 지지 기판을 접합하는 공정과, 제 2 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하는 공정을 포함하는 것이다.
이 노즐 기판의 제조 방법에 의하면, 피가공 기판에 노즐 구멍 이외에 외주 홈이 형성되어 있고, 또한 피가공 기판에는 제 2 지지 기판이 부착되어 있으므로, 제 1 지지 기판을 박리할 때에, 가령 피가공 기판의 외주부로부터 균열이 발생했다고 하여도, 그 균열의 진행을 외주 홈의 부분에서 막을 수 있기 때문에, 헤드 칩 부분에 균열이 들어가는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 노즐 기판의 원료에 대한 제품의 비율 및 생산성이 비약적으로 향상하는 효과가 있다.
본 발명에 있어서, 외주 홈은, 복수의 헤드 칩이 형성되는 헤드 형성 영역의 전체를 둘러싸도록 피가공 기판의 외주부에 형성되어 있다. 이렇게 함으로써, 하나의 외주 홈으로 전부의 헤드 칩을 커버할 수 있다.
또한, 외주 홈은, 각각의 헤드 칩의 외형에 따라 형성되는 칩 외형 홈을 포함하는 것이 가능하다. 칩 외형 홈을 마련했을 경우에는 다이싱을 채용하는 일이 없이, 헤드 칩 단위로 분리하는 것이 가능해진다.
외주 홈은, 피가공 기판에 형성되는 얼라인먼트 구멍보다도 외주측에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 균열이 위치결정용의 얼라인먼트 구멍에 미 치는 일이 없고, 얼라인먼트 정밀도를 확보할 수 있다.
제 1 및 제 2 지지 기판을 양면 접착 시트를 거쳐서 피가공 기판에 접합시킨다. 이에 의해, 노즐 구멍의 내부에 접착 수지 등의 이물이 침입하는 일이 없고, 원료에 대한 제품의 비율의 향상과 생산성의 향상을 동시에 달성할 수 있다.
양면 접착 시트는, 그 접착면에 자외선 또는 열을 주는 것에 따라 접착력이 저하하는 자기 박리층을 갖는 것이다. 이에 의해, 피가공 기판의 박판화 가공시에는 피가공 기판을 제 1 및 제 2 지지 기판에 강고하게 접착해서, 파손하지 않고 가공하는 것이 가능하고, 가공후에는 제 1 및 제 2 지지 기판을 용이하게 피가공 기판으로부터 박리할 수 있다.
양면 접착 시트는 한 면에 자기 박리층을 갖고, 자기 박리층을 갖는 접착면측에 피가공 기판을 접착한다. 이에 의해, 피가공 기판의 박판화 가공시에는 자기 박리층을 갖는 측의 면으로 피가공 기판을 접착해서 파손하지 않고 가공하는 것이 가능하고, 가공후에는 자기 박리층을 갖는 면으로부터 제 1 및 제 2 지지 기판을 용이하게 박리할 수 있다.
또한, 양면 접착 시트는 양면에 자기 박리층을 갖고, 자기 박리층을 갖는 양쪽 접착면에 있어서 피가공 기판과 제 1 및 제 2 지지 기판을 접착하도록 할 수도 있다.
피가공 기판의 박판화 가공시에는 자기 박리층을 갖는 양측의 각 면에서 피가공 기판과 제 1 및 제 2 지지 기판을 강고하게 접착하는 것이 가능하고, 피가공 기판을 파손하지 않고 가공하는 것이 가능하고, 가공후에는 자기 박리층을 갖는 양 측의 각 면에서 피가공 기판과 제 1 및 제 2 지지 기판을 용이하게 박리할 수 있다.
피가공 기판과 제 1 및 제 2 지지 기판의 양면 접착 시트를 통한 접합을, 감압 환경하에서 실행하는 것으로 한다.
피가공 기판과 제 1 및 제 2 지지 기판을 양면 접착 시트를 거쳐서 감압 환경하에서 접합시키는 것에 의해, 접착 계면에 기포가 잔류하지 않기 때문에 균일한 접착이 가능해지고, 이 때문에 피가공 기판의 박판화 가공시에 판두께의 격차가 생기지 않는다.
또한, 피가공 기판과 상기 제 1 및 제 2 지지 기판의 접합을, 수지층을 거쳐서 진공중에서 실행해도 좋다.
이 경우는, 접착용의 수지를 노즐 구멍의 내부에 완전히 충전할 수 있다. 또한, 이 수지가 에칭의 스톱층으로서 작용하기 때문에, 노즐 구멍의 길이의 조정에 유리하다.
또한, 수지층은 피가공 기판에 부착할 수 있는 동시에, 광의 조사에 의해 분리가 발생하는 재료로 이루어지는 박리층을 거쳐서 상기 제 1 및 제 2 지지 기판에 부착할 수 있는 것이다.
박리층이 광의 조사를 받아서 수지층과 분리하기 때문에, 제 1 및 제 2 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하기 용이하게 된다.
제 1 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리했을 때, 노즐 구멍내에 접착 수지가 잔류하고 있는 경우에는, 플라즈마 처리를 행해서, 잔류 접착 수지를 제거한 다.
이에 의해, 노즐 구멍 내부에 접착 수지가 잔류하는 일이 없고, 불토출이나 비행 굽힘 등의 불량을 해소할 수 있다.
본 발명에 있어서, 노즐 구멍의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 액체방울을 토출하는 분출구 부분과, 이 분출구 부분과 동심 형상으로 분출구 부분보다도 직경이 큰 도입구 부분의 2단의 구멍으로 형성함으로써, 액체방울의 토출 방향을 기판면에 수직하게 할 수 있기 때문에, 토출 성능을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 노즐 구멍은, ICP 방전에 의한 이방성 드라이 에칭에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
ICP 방전에 의한 이방성 드라이 에칭에 의하면, 기판면에 수직으로 고정밀도의 구멍을 개구할 수 있다.
또한, 에칭 가스로서 C4F8 및 SF6을 이용하여 이방성 드라이 에칭을 실행하는 것이 바람직하다.
C4F8은 노즐 구멍의 측면 방향에 에칭이 진행하지 않도록 그 측면을 보호하는 작용이 있고, SF6은 수직 방향의 에칭을 촉진하는 작용이 있기 때문에, 노즐 구멍을 기판면에 대하여 수직하게 고정밀도로 가공할 수 있다.
본 발명의 액체방울 토출 헤드의 제조 방법은, 상기의 어느 하나의 노즐 기판의 제조 방법에 있어서, 피가공 기판이 접합되는 제 3 지지 기판을, 노즐 구멍에 연통하는 유로를 구비하는 캐비티 기판을 형성하기 위한 실리콘 기판, 또는 노즐 구멍에 연통하는 유로가 이미 형성된 리저버 기판으로 하는 것이다.
이에 의해, 핸들링이 용이해서 제조 비용이 저렴한 액체방울 토출 헤드를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 액체방울 토출 헤드는, 피가공 기판에, 액체방울을 토출하기 위한 복수의 노즐 구멍이 되는 오목부를 에칭 가공에 의해 형성하는 공정과, 오목부가 형성된 피가공 기판의 가공측의 면에 제 1 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제 1 지지 기판을 접합시킨 면과 반대측의 면으로부터 피가공 기판을 원하는 두께로 박판화 가공해서 오목부의 선단을 개구하는 공정과, 오목부의 선단이 개구된 개구측의 면에 제 2 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제 1 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하고, 그 박리면에 제 3 지지 기판을 접합하는 공정과, 제 2 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조된 것이다.
이에 의해, 원료에 대한 제품의 비율의 향상과 생산성의 향상을 동시에 달성할 수 있는 액체방울 토출 헤드를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 액체방울 토출 헤드는, 피가공 기판에, 액체방울을 토출하기 위한 복수의 노즐 구멍이 되는 오목부와 외주 홈을 에칭 가공에 의해 형성하는 공정과, 오목부 및 외주 홈이 형성된 피가공 기판의 가공측의 면에 제 1 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제 1 지지 기판을 접합시킨 면과 반대측의 면으로부터 피가공 기판을 원하는 두께로 박판화 가공해서 오목부 및 외주 홈의 선단을 개구하는 공정과, 오목부 및 외주 홈의 선단이 개구된 개구측의 면에 제 2 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제 1 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하고, 그 박리면에 제 3 지 지 기판을 접합하는 공정과, 제 2 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조된 것이다.
이에 의해, 원료에 대한 제품의 비율의 향상과 생산성의 향상을 동시에 달성할 수 있는 액체방울 토출 헤드를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 액체방울 토출 장치는, 상기 어느 하나에 기재된 액체방울 토출 헤드를 구비한 것이다. 이에 의해, 제조 비용의 저렴한 액체방울 토출 장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 적용한 노즐 기판을 구비하는 액체방울 토출 헤드의 실시 형태를 도면에 근거해서 설명한다. 여기에서는, 액체방울 토출 헤드의 일 예로서, 노즐 기판의 표면에 마련된 노즐 구멍으로부터 잉크방울을 토출하는 페이스 토출형의 정전 구동식의 잉크젯 헤드에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조해서 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 도면에 도시하는 구조, 형상에 한정되는 것은 아니고, 또한 기판의 단부에 마련된 노즐 구멍으로부터 액체방울을 토출하는 에지 토출형의 액체방울 토출 헤드에도 마찬가지로 적용할 수 있는 것이다. 또한, 구동 방식에 관해서도 정전 구동 방식에 한하지 않고, 압전 소자나 발열 소자 등을 이용하는 방식에도 적용할 수 있는 것이다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 잉크젯 헤드의 개략 구성을 분해해서 도시하는 분해 사시도이며, 일부를 단면으로 나타내고 있다. 도 2는 조립 상태에 있어서의 도 1의 우측 반분의 개략 구성을 도시하는 잉크젯 헤드의 단면도이며, 도 3은 도 2의 잉크젯 헤드의 평면도이다. 또한, 도 1 및 도 2에서는, 보통 사용되는 상태와는 상하 반대로 표시되어 있다.
본 실시 형태의 잉크젯 헤드(액체방울 토출 헤드의 일 예)(10)는 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 복수의 노즐 구멍(11)이 소정의 피치로 마련된 노즐 기판(1)과, 각 노즐 구멍(11)에 대하여 독립적으로 잉크 공급로가 마련된 캐비티 기판(2)과, 캐비티 기판(2)의 진동판(22)에 대향해서 개별 전극(31)이 배설된 전극 기판(3)을 접합시키는 것에 의해 구성되어 있다.
여기에서, 캐비티 기판(2)은 후술하는 제조 방법에 의해 제작되는 노즐 기판(1)이 접합되는 제 3 지지 기판이 되는 것이다. 또한, 토출실과 리저버부가 별개인 기판에 형성된 리저버 기판을 제 3 지지 기판으로 하는 것도 가능하다.
이하, 각 기판의 구성을 더욱 자세하게 설명한다.
노즐 기판(1)은, 후술하는 제조 방법에 의해, 필요한 두께(예를 들면 두께가 280㎛ 내지 60㎛ 정도)로 얇게 된 실리콘 기판으로 제작되어 있다. 또한, 노즐 기판(1)의 재료는 실리콘 재료에 한정되는 것은 아니다.
잉크방울을 토출하기 위한 노즐 구멍(11)은, 예를 들면 직경이 상이한 2단의 원통형으로 형성된 노즐 구멍 부분, 즉 직경이 작은 분사구 부분(11a)과 이것보다 직경이 큰 도입구 부분(11b)으로 구성되어 있다. 분사구 부분(11a) 및 도입구 부분(11b)은 기판면에 대하여 수직으로 또한 동축상에 마련되어 있고, 분사구 부분(11a)은 선단이 노즐 기판(1)의 표면으로 개구되고, 도입구 부분(11b)은 노즐 기판(1)의 이면[캐비티 기판(2)과 접합되는 접합측의 면]으로 개구되어 있다. 또한, 노즐 기판(1)의 토출면(접합면에 반대인 표면)에는 발잉크막(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
상기와 같이, 노즐 구멍(11)을 분사구 부분(11a)과 이것보다도 직경이 큰 도입구 부분(11b)으로 2단으로 구성함으로써, 잉크방울의 토출 방향을 노즐 구멍(11)의 중심축 방향으로 가지런히 할 수 있고, 안정한 잉크 토출 특성을 발휘시킬 수 있다. 즉, 잉크방울의 비행 방향의 격차가 없어지고, 또한 잉크방울의 비산이 없고, 잉크방울의 토출량의 격차를 억제할 수 있다. 또한, 노즐 밀도를 고밀도화하는 것이 가능하다.
캐비티 기판(2)은, 예를 들면 두께가 525㎛의 실리콘 기판으로 제작되어 있다. 이 실리콘 기판에 웨트 에칭을 함으로써, 잉크 유로의 토출실(21)이 되는 오목부(25), 오리피스(23)가 되는 오목부(26), 및 리저버(24)가 되는 오목부(27)가 형성된다. 오목부(25)는 상기 노즐 구멍(11)에 대응하는 위치에 독립적으로 복수 형성된다. 따라서, 도 2에 도시하는 바와 같이 노즐 기판(1)과 캐비티 기판(2)을 접합했을 때, 각 오목부(25)는 토출실(21)을 구성하고, 각각 노즐 구멍(11)에 연통되어 있고, 또한 잉크 공급구인 상기 오리피스(23)와도 각각 연통되어 있다. 그리고, 토출실(21)[오목부(25)]의 저벽이 잉크방울을 토출시키기 위한 진동판(22)으로 되어 있다.
오목부(26)는 가는 홈 형상의 오리피스(23)를 구성하고, 이 오목부(26)를 거쳐서 오목부(25)[토출실(21)]와 오목부(27)[리저버(24)]가 연통되어 있다.
오목부(27)는 잉크 등의 액상 재료를 저류하기 위한 것이고, 각 토출실(21)에 공통인 리저버(공통 잉크실)(24)를 구성한다. 그리고, 리저버(24)[오목부(27)]는 각각 오리피스(23)를 거쳐서 모든 토출실(21)에 연통되어 있다. 또한, 오리피스(23)[오목부(26)]는 상기 노즐 기판(1)의 이면[캐비티 기판(2)과의 접합측의 면]에 마련할 수도 있다. 또한, 리저버(24)의 바닥부에는 후술하는 전극 기판(3)을 관통하는 구멍이 마련되고, 이 구멍의 잉크 공급 구멍(34)을 통해서 도시하지 않는 잉크 카트리지로부터 잉크가 공급되게 되어 있다.
또한, 캐비티 기판(2)의 전면에는 예를 들면 열산화에 의해 SiO2막으로 이루어지는 절연막(28)이 막 두께 0.1㎛로 형성되어 있다. 이 절연막(28)은 잉크젯 헤드를 구동시켰을 때의 절연 파괴나 단락을 방지할 목적으로 마련된다.
전극 기판(3)은, 예를 들면 두께 약 1㎜의 유리 기판으로 제작된다. 그 중에서도, 캐비티 기판(2)의 실리콘 기판과 열팽창 계수가 유사한 붕규산계의 내열경질 유리를 이용하는 것이 적합하다. 이것은, 전극 기판(3)과 캐비티 기판(2)을 양극 접합할 때, 양쪽 기판의 열팽창 계수가 유사하기 때문에, 전극 기판(3)과 캐비티 기판(2) 사이에 생기는 응력을 저감하는 것이 가능하고, 그 결과 박리 등의 문제가 생기는 일이 없이 전극 기판(3)과 캐비티 기판(2)을 강고하게 접합할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 노즐 기판(1)도 동일한 이유로 붕규산계의 유리 기판을 이용할 수 있다.
전극 기판(3)에는, 캐비티 기판(2)의 각 진동판(22)에 대향하는 위치에 각각 오목부(32)가 마련되어 있다. 오목부(32)는 에칭에 의해 예컨대 깊이 약 0.3㎛로 형성되어 있다. 그리고, 각 오목부(32)내에는 일반적으로 ITO(Indium Tin Oxide : 인듐 주석 산화물)로 이루어지는 개별 전극(31)이, 예를 들면 0.1㎛의 두께로 형성되어 있다. 따라서, 진동판(22)과 개별 전극(31) 사이에 형성되는 갭(공극)은 이 오목부(32)의 깊이, 개별 전극(31)의 두께 및 절연막(28)의 두께에 의해 결정되게 된다. 이 갭은 잉크젯 헤드의 토출 특성에 크게 영향을 주기 때문에, 고정밀도로 형성된다.
개별 전극(31)은 리드부(31a)와, 플렉시블 배선 기판(도시하지 않음)에 접속되는 단자부(31b)를 갖는다. 이들의 단자부(31b)는 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이 배선을 위해 캐비티 기판(2)의 말단부가 개구된 전극 취출부(30)내에 노출되어 있다.
상술한 바와 같이, 노즐 기판(1), 캐비티 기판(2), 및 전극 기판(3)은 도 2에 도시하는 바와 같이 접합시키는 것에 의해 잉크젯 헤드(10)의 본체부가 제작된다. 즉, 캐비티 기판(2)과 전극 기판(3)은 양극 접합에 의해 접합되고, 그 캐비티 기판(2)의 상면(도 2에 있어서 상면)에 노즐 기판(1)이 접착 등에 의해 접합된다. 또한, 진동판(22)과 개별 전극(31) 사이에 형성되는 전극간 갭의 개방 단부는 에폭시 등의 수지에 의한 밀봉재(35)로 기밀하게 밀봉되어 있다. 이에 의해, 습기나 진애 등이 전극간 갭에 침입하는 것을 방지하는 것이 가능하여, 잉크젯 헤드(10)의 신뢰성을 높게 유지할 수 있다.
여기서, 마지막으로, 도 2 및 도 3에 간략화해서 도시하는 바와 같이, 드라 이버 IC 등의 구동 제어 회로(5)가 각 개별 전극(31)의 단자부(31b)와 캐비티 기판(2)상에 마련된 공통 전극(29)에 상기 플렉시블 배선 기판(도시하지 않음)을 거쳐서 접속된다.
이상에 의해, 잉크젯 헤드(10)가 완성된다.
다음에, 이상과 같이 구성되는 잉크젯 헤드(10)의 동작을 설명한다.
구동 제어 회로(5)는 개별 전극(31)에 전하의 공급 및 정지를 제어하는 발진 회로이다. 이 발진 회로는 예를 들면 24㎑로 발진하고, 개별 전극(31)에 예를 들면 0V와 30V의 펄스 전위를 인가해서 전하 공급을 실행한다. 발진 회로가 구동하고, 개별 전극(31)에 전하를 공급해서 정확하게 대전시키면, 진동판(22)은 부로 대전하고, 개별 전극(31)과 진동판(22) 사이에 정전기력(쿨롱력)이 발생한다. 따라서, 이 정전기력에 의해 진동판(22)은 개별 전극(31)에 가까이 당겨질 수 있어서 휘어진다(변위한다). 이것에 의해 토출실(21)의 용적이 증대한다. 그리고, 개별 전극(31)에의 전하의 공급을 정지하면 진동판(22)은 그 탄성력에 의해 원래로 돌아가고, 그 때 토출실(21)의 용적이 급격하게 감소하기 때문에, 그 때의 압력에 의해 토출실(21)내의 잉크의 일부가 잉크방울로서 노즐 구멍(11)으로부터 토출한다. 진동판(22)이 다음에 동일하게 변위하면, 잉크가 리저버(24)로부터 오리피스(23)를 통해서 토출실(21)내에 보급된다.
본 실시 형태의 잉크젯 헤드(10)는, 상술한 바와 같이, 노즐 구멍(11)이 노즐 기판(1)의 표면(토출면)에 대하여 수직한 통형상의 분사구 부분(11a)과, 이 분사구 부분(11a)과 동일축상에 설치되어 분사구 부분(11a)보다도 직경이 큰 도입구 부분(11b)으로 구성되어 있기 때문에, 잉크방울을 노즐 구멍(11)의 중심축 방향으로 직선으로 토출시킬 수 있어, 지극히 안정한 토출 특성을 갖는다.
또한, 도입구 부분(11b)의 횡단면 형상을 원형이나 4각형 등으로 형성할 수 있으므로, 잉크젯 헤드(10)의 고밀도화를 도모할 수 있다.
또한, 노즐 구멍(11)의 분사구 부분(11a) 및 도입구 부분(11b)의 횡단면 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 다각형이나 원형 등으로 형성하는 것도 가능하다. 단, 원형으로 하는 쪽이 토출 특성이나 가공성의 면에서 유리하므로 바람직하다.
다음에, 이 잉크젯 헤드(10)의 제조 방법의 일 예를 도 4 내지 도 10을 참조해서 설명한다.
도 4 내지 도 7은 노즐 기판(1)의 제조 방법을 도시하는 제조 공정의 부분 단면도이며, 이들의 도면에 있어서, 좌측은 피가공 기판에 형성되는 노즐 구멍 부분의 단면도를 도시하고, 오른쪽은 노즐 구멍 부분과 동시에 형성되는 외주 홈 부분의 단면도이다. 또한, 도 8은 외주 홈(50)이 형성된 노즐 기판(1)의 이면도(R)와 제 1 지지 기판(61)의 평면도(S)이다. 또한, 도 9 및 도 10은 노즐 기판(1)과 캐비티 기판(2)의 접합 공정을 도시하고, 이중 도 9는 위치결정용 얼라인먼트 지그의 측면도를 도시하고 있다. 또한, 이들의 도면에 도시하는 노즐 기판(1) 및 캐비티 기판(2)은 이해를 쉽게 하기 위해서, 하나의 헤드 칩에 있어서의 1개의 노즐 구멍 부분을 확대해서 도시하고 있다.
외주 홈(50)은, 예를 들면 도 8의 (R)에 도시하는 바와 같이, 복수의 헤드 칩(111)이 형성되는 헤드 형성 영역(110)의 전체를 둘러싸도록 형성된다.
(1) 노즐 기판(1)의 제조 방법
우선 최초로, 노즐 기판(1)의 제조 방법을 설명한다. 또한, 외주 홈(50)은 노즐 구멍 부분과 거의 유사하게 처리·가공되므로, 특별히 언급되지 않는 한 외주 홈 부분의 설명은 생략한다.
피가공 기판으로서, 예를 들면 두께가 280㎛의 양면 연마된 실리콘 기판(100)을 준비하고, 이 실리콘 기판(100)의 전면에 막 두께 1㎛의 SiO2막(101)을 균일하게 성막한다[도 4의 (A)]. 이 SiO2막(101)은, 예를 들면 열산화 장치에 실리콘 기판(100)을 세팅하고, 산화 온도 1075℃, 산소와 수증기의 혼합 분위기중에서 4 시간 열산화 처리를 실행하는 것에 의해 형성한다. SiO2막(101)은 실리콘의 내에칭재로서 사용하는 것이다.
다음에, 실리콘 기판(100)의 한쪽의 면[캐비티 기판(2)과 접합하는 쪽의 면으로, 이하, "접합측의 면"이라고도 함](100b)의 SiO2막(101)위에 레지스트(102)를 코팅하고, 그 접합측의 면(100b)에, 노즐 구멍(11)의 도입구 부분(11b)이 되는 부분(103b)을 패터닝해서, 그 부분(103b)의 레지스트(102)를 제거한다[도 4의 (B)]. 또한, 도면부호(50a)는 외주 홈(50)이 되는 부분의 레지스트(102)를 제거한 개구부이다.
그리고, 예를 들면 불산수용액과 불화암모니아수용액을 1 대 6으로 혼합한 완충 불산수용액으로 SiO2막(101)을 하프(half) 에칭하고, 도입구 부분(11b)이 되는 부분(103b)의 SiO2막(101)을 얇게 한다[도 4의 (C)]. 이 때, 레지스트(102)가 형성되어 있지 않은 면(토출측의 면, 즉 토출면)(100a)의 SiO2막(101)도 에칭되어서 두께가 얇아진다.
그 후, 상기 레지스트(102)를 황산 세정 등에 의해 박리한다[도 4의 (D)].
다시, 실리콘 기판(100)의 접합측의 면(100b)의 SiO2막(101)상에 레지스트(104)를 코팅하고, 접합측의 면(100b)의 SiO2막(101)에 노즐 구멍(11)의 분사구 부분(11a)이 되는 부분(103a)을 패터닝해서, 그 부분(103a)의 레지스트(104)를 제거한다[도 4의 (E)]. 외주 홈이 되는 부분(50a)은 동일한 홈 폭(예를 들면 30㎛)이 되도록 패터닝한다.
그리고, 예를 들면 불산수용액과 불화암모니아수용액을 1 대 6으로 혼합한 완충 불산수용액으로 SiO2막(101)을 에칭하고, 분사구 부분(11a)이 되는 부분(103a)의 SiO2막(101)을 개구한다[도 5의 (F)]. 이 때, 반대의 토출측의 면(100a)의 SiO2막(101)은 에칭되어서 완전히 제거된다.
다음에, 상기 레지스트(104)를 황산 세정 등에 의해 박리한다[도 5의 (G)].
다음에, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방전에 의한 드라이 에칭에 의해 SiO2막(101)의 개구부를, 예를 들면 깊이 25㎛로 수직하게 이방성 드라이 에칭해서, 노즐 구멍(11)의 분사구 부분(11a)이 되는 제 1 오목부(105)를 형성한다[도 5의 (H)]. 이 경우, 에칭 가스로서, 예컨대, C4F8(불화 탄소), SF6(불화 유황)을 사용하고, 이들의 에칭 가스를 교대로 사용하면 좋다. 여기에서, C4F8은 제 1 오목부(105)의 측면 방향으로 에칭이 진행하지 않도록 제 1 오목부(105)의 측면을 보호하기 위해서 사용하고, SF6은 제 1 오목부(105)의 수직 방향의 에칭을 촉진하기 위해서 사용한다. 도면부호(50b)는 이 공정에서 형성되는 외주 홈이 되는 부분이다.
다음에, 노즐 구멍(11)의 도입구 부분(11b)이 되는 부분(103b)의 SiO2막(101)만이 제거되도록, 예를 들면 불산수용액과 불화암모니아수용액을 1 대 6으로 혼합한 완충 불산수용액에서 하프 에칭한다[도 5의 (I)].
그리고, 다시 ICP 방전에 의한 드라이 에칭에 의해 SiO2막(101)의 개구부를, 예를 들면 40㎛의 깊이에서 수직하게 이방성 드라이 에칭하고, 도입구 부분(11b)이 되는 제 2 오목부(106)를 형성한다[도 5의 (J)]. 또한, 이 때 65㎛ 정도의 깊이로 외주 홈(50)이 형성된다. 또한, 외주 홈(50)의 깊이는 후술하는 실리콘 기판(100)의 박판화에 있어서, 박판화된 실리콘 기판의 두께 이상이면 문제없다.
다음에, 실리콘 기판(100)의 표면에 남은 SiO2막(101)을 불산수용액으로 제거한 후, 실리콘 기판(100)을 열산화 장치에 세팅하고, 산화 온도 1000℃에서, 산화 시간 2시간, 수증기와 산소의 혼합 분위기중의 조건에서 열산화 처리를 실행하고, ICP 드라이 에칭 장치로 가공한 분사구 부분(11a)이 되는 제 1 오목부(105) 및 도입구 부분(11b)이 되는 제 2 오목부(106)의 측면과 저면에, 막 두께 0.1㎛의 SiO2막(107)을 균일하게 형성한다[도 6의 (K)].
다음에, 예를 들면 유리 등의 투명 재료로 이루어지는 제 1 지지 기판(61)에 박리층(63)을 스핀 코팅하고, 그 위에 수지층(64)을 스핀 코팅한다. 그리고, 이 지지 기판(61)에 박리층(63) 및 수지층(64)을 스핀 코팅한 면과, 실리콘 기판(100)의 제 1 오목부(105), 제 2 오목부(106)가 형성되어 있는 면을 마주 대하고, 수지층(64)의 수지가 연화 상태에 있을 때에, 예를 들면 진공압이 0.1∼0.2Pa의 진공중에서 제 1 지지 기판(61)과 실리콘 기판(100)을 접합시킨다[도 6의 (L)]. 그 후, 진공 챔버내를 대기 개방함으로써, 연화 상태의 수지가 제 1 오목부(105) 및 제 2 오목부(106)의 내부에 충전된다. 그 후, 수지층(64)을 경화시킨다. 이와 같이 지지 기판(61)과 실리콘 기판(100)의 접합을 진공하에서 실행하는 것에 의해, 제 1 오목부(105) 및 제 2 오목부(106)내에 수지를 완전히 충전하는 것이 가능하고, 기포 등의 잔류를 방지할 수 있다. 또한, 박리층(63)과 수지층(64)에 대해서는 후술한다.
실리콘 기판(100)의 토출면(100a)측으로부터 백 그라인더(back grinder)나, 폴리셔(polisher), 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치 등에 의해 연마 가공을 실행하고, 제 1 오목부(105)의 선단의 SiO2막(107)을 제거해 선단부가 개구될 때까지 실리콘 기판(100)을 얇게(박판화)한다[도 6의 (M)]. 또한, 이 때, 예를 들면 백 그라인더로 제 1 오목부(105)의 선단의 SiO2막(107) 부근까지 실리콘 기판(100)을 연삭해서 박판화하고, 그 후 처리를 폴리셔 또는 CMP 장치에 의해 실행하도록 하면, 실리콘 기판(100)의 표면을 경면 형상으로 고정밀도로 마무리할 수 있다. 또한, 이 박판화 공정에서는 제 1 오목부(105) 및 제 2 오목부(106)의 내부는 수지층(64)의 수지가 충전되어서 보호되어 있기 때문에, 예를 들면 CMP 가공후에 제 1 오목부(105) 등의 내부에 연마재가 들어가는 것과 같은 일은 없고, 따라서 연마재의 수세 제거 공정 등은 필요가 없다. 또한, 실리콘 기판(100)을 박판화하는 그 밖의 방법으로서, 제 1 오목부(105)의 선단부의 개구를 드라이 에칭으로 행해도 좋다. 이 경우, 예컨대 SF6을 에칭 가스로 하는 드라이 에칭에 의해, 제 1 오목부(105)의 선단부 부근까지 실리콘 기판(100)을 얇게 하고, 제 1 오목부(105)의 선단부의 SiO2막(107)이 표면에 노출했다면 그 SiO2막(107)을 CF4 또는 CHF3 등을 에칭 가스로 하는 드라이 에칭에 의해 제거해도 좋다. 또 이 때, 수지층(64)이 전술한 바와 같이 에칭의 정지층으로서 작용한다.
이 실리콘 기판(100)의 박판화 가공에 의해 노즐 구멍(11)의 길이를 최적화할 수 있다.
다음에, 실리콘 기판(100)의 잉크 토출면에, 예를 들면 스퍼터링 장치로 SiO2막으로 이루어지는 내잉크 보호막(108)을 0.1㎛의 두께로 성막한다[도 6의 (N)]. 여기에서, SiO2막의 성막은 수지층(64)이 열화하지 않는 온도(200℃ 정도) 이하로 실시할 수 있으면 좋고, 스퍼터링법에 한정되는 것은 아니다. 단, 내잉크성 등을 고려하면 치밀한 막을 형성할 필요가 있고, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 스퍼터링 장치 등의 상온에서 치밀한 막을 성막할 수 있는 장치를 사용하는 것이 바람직하다.
다음에, 실리콘 기판(100)의 내잉크 보호막(108)의 표면에 발잉크 처리를 실시한다. 예를 들면, 불소원자를 포함하는 발잉크성을 가진 재료를 증착이나 디핑(dipping) 등으로 성막하여, 발잉크막(109)을 형성한다[도 6의 (O)]. 이 때, 제 1 오목부(105) 및 제 2 오목부(106)의 내부는 수지층(64)의 수지가 충전되어서 보호되어 있기 때문에, 토출면의 표면만이 선택적으로 발잉크 처리된다.
다음에, 발잉크 처리된 토출면에 제 2 지지 기판(62)을 상기 도 6의 (L)과 같이 박리층(63) 및 수지층(64)을 통해서 부착한다[도 7의 (P)]. 이 때, 도 8의 (S)와 같이 제 2 지지 기판(62)에는 위치결정용 얼라인먼트 핀의 제거용 구멍(85)을 개구할 수 있고, 이 제거용 구멍(85)의 직경은, 실리콘 기판(100)에 에칭으로 개구되는 위치결정용 얼라인먼트 구멍(80)의 직경보다도 크게 되도록 설계되어 있고, 접합시에 위치결정용 얼라인먼트 핀이 제 2 지지 기판(62)에 간섭하지 않도록 배치되어 있다. 또한, 실리콘 기판(100)에는, 도 8의 (R)과 같이 분사구 부분 및 도입구 부분을 가지는 노즐 구멍(11)을 가공할 때에, 동시에 헤드 형성 영역(110)으로부터 분리된 기판 외주부에 외주 홈(50)이 형성되어 있다.
다음에, 제 1 지지 기판(61)측으로부터 레이저 광을 조사하여, 박리층(63)의 부분으로부터 지지 기판(61)을 박리한다. 이어서, 수지층(64)을 외주부로부터 접착 테이프 등을 이용하여 천천히 당겨 벗겨서, 실리콘 기판(100)으로부터 수지층(64)을 박리한다[도 7의 (Q)]. 그 때, 노즐 구멍(11)내의 수지를 완전하게 인발할 수 없고, 노즐 구멍내에 수지가 남을 경우는, 산소 플라즈마로 잔류 수지를 애싱해서 제거한다.
이 지지 기판(61)이나 수지층(64)을 실리콘 기판(100)으로부터 박리할 때에, 실리콘 기판(100)이 지지 기판(61)이나 수지층(64)에 의해 인장되어서, 기판 외주부로부터 균열이 들어갈 경우가 있다. 그러나, 실리콘 기판(100)의 외주부에는, 도 8의 (R)에 도시하는 바와 같이, 복수의 헤드 칩(111)이 형성되는 헤드 형성 영역(110)의 전체를 둘러싸도록 외주 홈(50)이 형성되어 있기 때문에, 이 외주 홈(50)의 부분에서 균열의 진행을 정지할 수 있다. 그 때문에, 헤드 형성 영역(110)에 균열이 미치거나, 실리콘 기판(100) 자체가 부서져 버리는 일이 없다. 또한, 외주 홈(50)은 얼라인먼트 구멍(80)보다도 외주측에 형성되어 있기 때문에, 지지 기판 박리시의 균열에 의해, 얼라인먼트 구멍(80)이 균열되는 일은 없어, 얼라인먼트 정밀도를 확보할 수 있다. 또한, 예를 들면 도 11에 도시하는 바와 같이 각각의 헤드 칩(111)의 외형을 따르도록 칩 외형 홈(51)을 형성해도 좋고, 그 효과는 동일하다. 캐비티 기판측이 다이싱을 이용하지 않고, 브레이크(break) 등에 의해 칩화하는 것이 가능할 경우는, 노즐 기판의 크랙, 부서짐을 방지하기 위해서, 헤드 칩 외형을 따라 칩 외형 홈(51)을 형성하는 것이 바람직하다.
이상의 공정을 거치는 것에 의해, 제 2 지지 기판(62)에 접합된 상태의 노즐 기판(1)을 형성할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 제작된 노즐 기판(1)과, 미리 토출실(21)이 되는 오목부(25)나 리저버(24)가 되는 오목부(27) 등이 제작된 캐비티 기판(2)을 접합하 는 공정을 도 9 및 도 10에 근거해서 상술한다.
노즐 기판(1)[실리콘 기판(100)]에는 도 8의 (R)에 도시하는 바와 같이 위치결정용 얼라인먼트 구멍(80)이 캐비티 기판(2)의 위치결정용 얼라인먼트 구멍(81)과 같은 기판 좌표 중심상에 형성되어 있다[도 9의 (T)]. 그리고, 제 2 지지 기판(62)에 접합된 노즐 기판(1)의 접착면(112)에는 접착층(82)이 1∼2㎛의 두께로 도포된다.
도 9에 위치결정용 얼라인먼트 지그(83)상에 노즐 기판(1)과 캐비티 기판(2)을 접합시킨 상태를 도시한다. 노즐 기판(1)과 캐비티 기판(2)은 위치결정용 얼라인먼트 핀(84)과 동일축상에 개구된 위치결정용 얼라인먼트 구멍(80 및 81)을 맞추어 접합시킨 후, 전용의 접합 지그에 의해 접합 하중 0.1∼0.3㎫로 접합된다[도 10의 (U)]. 이 때, 노즐 기판(1)의 제 2 지지 기판(62)에는 위치결정용 지그의 얼라인먼트 핀(84)이 간섭하지 않도록 제거용 구멍(85)이 형성되어 있다[도 8의(S), 도 9의 (T)].
그리고, 마지막으로 제 2 지지 기판(62)측으로부터 레이저 광을 조사하여, 박리층(63)의 부분으로부터 제 2 지지 기판(62)을 박리하고, 이어서 수지층(64)을 노즐 기판(1)으로부터 박리한다[도 10의 (V)]. 이 때, 외주 홈(50)의 외측에 있는 노즐 기판(1)의 부분은 수지층(64)과 함께 제거된다. 또한, 수지층(64)의 부착 및 박리에 의해 노즐 기판(1) 표면의 발잉크막(100)이 손상을 받는 일이 없다.
상술의 실시 형태에서는, 실리콘 기판(100)과 지지 기판(61, 62)의 접합에 수지층(64) 및 박리층(63)을 이용한다. 여기에서, 수지층(64)은 실리콘 기판(100) 표면의 요철을 흡수하고 또 실리콘 기판(100)과 지지 기판(61, 62)을 접합하기 위한 것이고, 박리층(63)은 상술한 소정의 처리 공정의 후 실리콘 기판(100)으로부터 지지 기판(61, 62)을 박리시키기 위한 것이다. 이 경우, 지지 기판(61, 62)은 광 투과성을 갖는 것이 바람직하고, 예컨대 유리를 이용할 수 있다. 이에 의해, 실리콘 기판(100)으로부터 지지 기판(61, 62)을 박리할 때에, 지지 기판(61, 62)의 이면에 조사되는 박리 에너지를 갖는 광을 박리층(63)에 확실하게 도달시킬 수 있다.
수지층(64)으로서는, 실리콘 기판(100)과 지지 기판(61, 62)을 접합하는 기능을 갖고 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 각종의 수지를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예컨대 열경화성 접착제나 광경화성 접착제 등의 경화성 접착제 등의 수지를 이용할 수 있다. 또한, 수지층은 내드라이 에칭성이 높은 재료를 주재료로서 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 실리콘 기판(100)을 에칭해서 노즐 구멍을 형성할 때에, 수지층을 에칭의 정지층으로 해서 실리콘 기판(100)을 완전히 관통시켜서 노즐 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 수지층은 가공시에 있어서 실리콘 기판(100)과 지지 기판(61, 62)의 재료의 차이에 의한 선팽창계수의 차이에 의해, 이것들에 생기는 응력을 완화하는 작용도 갖는다.
박리층(63)은 레이저 광 등의 광을 받아서 박리층의 내부나 실리콘 기판과 계면에 있어서 박리("층내 박리" 또는 "계면 박리"라고도 함)가 생기는 기능을 갖는 것이다. 즉, 박리층은 일정한 강도의 광을 받는 것에 의해, 구성 재료의 원자 또는 분자에 있어서의 원자간 또는 분자간의 결합력이 소실 또는 감소하고, 어블레이션(ablation) 등이 생기고, 박리를 생기기 쉽게 하는 것이다. 또한, 박리층은 일정한 강도의 광을 받는 것에 의해, 박리층의 구성 재료중의 성분이 기체로 되어서 방출되어 분리에 이르는 경우와, 박리층이 광을 흡수해서 기체로 되고, 그 증기가 방출되어 분리에 이르는 경우가 있다. 이에 의해, 박형화된 노즐 기판(1)을 지지 기판(61, 62)으로부터 분리할 수 있다.
구체적으로는, 박리층을 구성하는 재료는, 전술한 기능을 갖는 것이면 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 비정질 실리콘(a-Si), 산화 규소 또는 규산화합물, 질화 규소, 질화 알루미늄, 질화 티탄 등의 질화 세라믹스, 유기 고분자 재료(광의 조사에 의해 이들의 원자간 결합이 절단되는 것), 금속, 예컨대 Al, Li, Ti, Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd 또는 Sm, 또는 이것들중 적어도 1종을 포함하는 합금을 들 수 있다. 이들중에서도, 비정질 실리콘(a-Si)을 이용하는 것이 특히 바람직하고, 이 비정질 실리콘중에는 수소(H)가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광을 받는 것에 의해, 수소가 방출되어 박리층에 내압이 발생하고, 이것이 박리를 촉진할 수 있다. 이 경우, 박리층중에 있어서의 수소의 함유량은 2at% 정도 이상인 것이 바람직하고, 2∼20at%인 것이 보다 바람직하다. 또한, 수소의 함유량은 박리층의 성막 조건, 예컨대 CVD법을 이용할 경우에는, 그 가스 조성, 가스 압력, 가스 분위기, 가스 유량, 가스 온도, 기판 온도, 투입하는 파워 등의 조건을 적당히 설정함으로써 조정할 수 있다.
또한, 상술의 설명에서는, 수지층과 박리층을 각각의 층으로 하고 있지만, 이것들을 1개층으로 정리해도 좋다. 즉, 실리콘 기판(100)과 지지 기판(61, 62)을 접합하는 층으로서, 접착력(접합력)을 갖고 또 광이나 열에너지 등에 의해 박리를 야기하는 작용(접합력을 저하시키는 작용)을 갖는 것을 이용하여도 좋다. 이 경우, 예컨대 일본 특허 공개 제 2002-373871 호 공보 기재의 기술을 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 노즐 기판(1)의 제조 방법에 의하면, 노즐 구멍(11) 부분이 형성된 실리콘 기판(100)에는 복수의 헤드 칩(111)이 형성되는 헤드 형성 영역(110)의 전체를 둘러싸도록 외주 홈(50)이 형성되어 있고, 또한 실리콘 기판(100)의 노출면측에는 제 2 지지 기판(62)이 부착되어 있으므로, 이 실리콘 기판(100)으로부터 제 1 지지 기판(61)을, 계속하여 수지층(64)을 박리할 때에, 이 외주 홈(50)의 부분에 의해 크랙이나 부서짐 등의 균열이 헤드 칩 부분에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 실리콘 기판(100)으로부터 제 1 지지 기판(61)을 박리한 후라도 제 2 지지 기판(62)에 의해 실리콘 기판(100)을 유지하고 있기 때문에, 핸들링이 용이해서, 실리콘 기판(100)이 부서지는 일도 없다. 따라서, 노즐 기판(1)의 제조상의 원료에 대한 제품의 비율 및 생산성이 비약적으로 향상하는 효과가 있다.
또한, 도 11에 도시하는 바와 같이, 각각의 헤드 칩(111)의 외형을 따라 칩 외형 홈(51)을 형성함으로써, 다이싱을 이용하지 않고 브레이크 등에 의해 칩화할 수 있다.
(2) 캐비티 기판(2) 및 전극 기판(3)의 제조 방법
여기서는, 전극 기판(3)에 실리콘 기판(200)을 접합한 후, 그 실리콘 기판(200)으로부터 캐비티 기판(2)을 제조하는 방법에 대해서 도 12 및 도 13을 참조 해서 간단히 설명한다.
전극 기판(3)은 아래와 같이 해서 제조된다.
우선, 붕규산 유리 등으로 이루어지는 판두께 약 1㎜의 유리 기판(300)에, 예를 들면 금·크롬의 에칭 마스크를 사용해서 불산에 의해 에칭함으로써 오목부(32)를 형성한다. 또한, 이 오목부(32)는 개별 전극(31)의 형상보다 조금 큰 홈형상의 것이고, 개별 전극(31)마다 복수 형성된다.
그리고, 오목부(32)의 내부에, 예를 들면 스퍼터링에 의해 ITO(Indium Tin 0xide)막을 0.1㎛의 두께로 형성하고, 이어서 이 ITO막을 포토리소그라피에 의해 패터닝해서 개별 전극(31)이 되는 부분 이외를 에칭 제거함으로써, 오목부(32)의 내부에 개별 전극(31)을 형성한다.
그 후, 블라스트 가공 등에 의해 잉크 공급 구멍(34)이 되는 구멍부(34a)를 형성함으로써, 전극 기판(3)이 제작된다[도 12의 (A)].
다음에, 두께가 예를 들면 525㎛의 실리콘 기판(200)의 양면을 경면 연마한 후에, 실리콘 기판(200)의 한 면에 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 두께 0.1㎛의 TEOS로 이루어지는 실리콘 산화막(절연막)(28)을 형성한다[도 12의 (B)]. 또한, 실리콘 기판(200)을 형성하기 전에, 에칭 스톱 기술을 이용해 진동판(22)의 두께를 고정밀도로 형성하기 위한 붕소 도프층을 형성하도록 해도 좋다. 에칭 스톱은 에칭면에서 발생하는 기포가 정지한 상태로 정의하고, 실제의 웨트 에칭에 있어서는, 기포의 발생의 정지를 가져서 에칭이 스톱한 것이라고 판단한다.
그리고, 이 실리콘 기판(200)과, 도 12의 (A)와 같이 제작된 전극 기판(3)을, 예를 들면 360℃로 가열하고, 실리콘 기판(200)을 양극에, 전극 기판(3)을 음극에 접속해서 800V 정도의 전압을 인가해서 양극 접합에 의해 접합한다[도 12의 (C)].
실리콘 기판(200)과 전극 기판(3)을 양극 접합한 후에, 수산화칼륨수용액 등으로 접합 상태의 실리콘 기판(200)을 에칭함으로써, 실리콘 기판(200)의 두께를 예를 들면 140㎛로 될 때까지 박판화한다[도 12의 (D)].
다음에, 실리콘 기판(200)의 상면[전극 기판(3)이 접합되어 있는 면과 반대측의 면]의 전면에 플라즈마 CVD에 의해 예컨대 두께 0.1㎛의 TEOS막을 형성한다.
그리고, 이 TEOS막에, 토출실(21)이 되는 오목부(25), 오리피스(23)가 되는 오목부(26), 및 리저버(24)가 되는 오목부(27)를 형성하기 위한 레지스트를 패터닝하고, 이들의 부분의 TEOS막을 에칭 제거한다.
그 후, 실리콘 기판(200)을 수산화칼륨수용액 등으로 에칭함으로써, 상기 각 오목부(25 내지 27)를 형성한다[도 13의 (E)]. 이 때, 배선을 위한 전극 취출부(30)가 되는 부분도 에칭해서 박판화해 둔다. 또한, 도 13의 (E)의 웨트 에칭의 공정에서는 예컨대 처음에 35중량%의 수산화칼륨수용액을 사용하고, 그후 3중량%의 수산화칼륨수용액을 사용할 수 있다. 이에 의해, 진동판(22)의 면 거칠함을 억제할 수 있다.
실리콘 기판(200)의 에칭이 종료한 후에, 불산수용액으로 에칭함으로써 실리콘 기판(200)의 상면에 형성되어 있는 TEOS막을 제거한다[도 13의 (F)].
다음에, 실리콘 기판(200)의 토출실(21)이 되는 오목부(25) 등이 형성된 면에, 플라즈마 CVD에 의해 TEOS막[절연막(28)]을 예를 들면 두께 0.1㎛로 형성한다[도 13의 (G)].
그 후, RIE(Reactive Ion Etching) 드라이 에칭 등에 의해 전극 취출부(30)를 개방한다. 또한, 전극 기판(3)의 잉크 공급 구멍(34)이 되는 구멍부에서 레이저 가공 또는 블라스트 가공을 실시해서 실리콘 기판(200)의 리저버(24)가 되는 오목부(27)의 바닥부를 관통시켜, 잉크 공급 구멍(34)을 형성한다[도 13의 (H)]. 또한, 진동판(22)과 개별 전극(31) 사이의 전극간 갭의 개방 단부를 에폭시 수지 등의 밀봉재(도시하지 않음)를 충전함으로써 밀봉한다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 공통 전극(29)이 스퍼터링에 의해 실리콘 기판(200)의 상면[노즐 기판(1)과의 접합측의 면]의 단부에 형성된다.
이상에 의해, 전극 기판(3)에 접합한 상태의 실리콘 기판(200)으로부터 캐비티 기판(2)이 제작된다.
그리고, 마지막으로, 이 캐비티 기판(2)에 전술과 같이 제작된 노즐 기판(1)을 접착 등에 의해 접합한 후, 다이싱 등에 의해 각각의 칩으로 분할하는 것에 의해, 도 2에 도시한 잉크젯 헤드(10)의 본체부(헤드 칩)가 제작된다.
본 실시 형태의 잉크젯 헤드(10)의 제조 방법에 의하면, 캐비티 기판(2)을 미리 제작된 전극 기판(3)에 접합한 상태의 실리콘 기판(200)으로부터 제작하는 것이므로, 그 전극 기판(3)에 의해 캐비티 기판(2)을 지지한 상태가 되기 때문에, 캐비티 기판(2)을 박판화해도, 부서지거나 크랙이 발생하는 일이 없고, 핸들링이 용 이하게 된다. 따라서, 캐비티 기판(2)을 단독으로 제조할 경우보다도 원료에 대한 제품의 비율이 향상한다.
다음에, 본 발명의 다른 실시 형태를 도 14에 도시한다. 도 14는 4장의 기판을 적층해서 잉크젯 헤드(10A)를 구성하는 예를 도시하는 것이다. 즉, 이 잉크젯 헤드(10A)는 노즐 기판(1)과 캐비티 기판(2) 사이에 리저버 기판(4)을 개재시켜 접합시킨 것이며, 노즐 기판(1)은 리저버 기판(4)에 접착에 의해 접합된다. 또한, 리저버 기판(4)은 캐비티 기판(2)에 접착에 의해 접합된다. 따라서, 이 리저버 기판(4)은 노즐 기판(1)을 접합하기 위한 제 3 지지 기판으로 되어 있다. 그 밖의 구성은 전술의 실시 형태와 거의 동일하므로, 동일한 부호를 붙여서 설명은 생략한다.
또한, 이 노즐 기판(1)은 상기와 동일한 가공 방법으로 제조된다(도 4 내지 도 8 참조). 또한, 리저버 기판(4)에는, 웨트 에칭에 의해 리저버(41), 노즐 구멍(11)의 도입구 부분(11b)에 연통하는 노즐 연통 구멍(42), 및 캐비티 기판(2)의 토출실(21)에 연통하는 오리피스(43) 등이 사전에 형성되어 있다.
또한, 이 캐비티 기판(2)은 전술과 같이 전극 기판(3)에 접합된 실리콘 기판으로부터 웨트 에칭 또는 드라이 에칭에 의해 토출실(21) 등이 형성된다.
이 실시 형태에 있어서도, 노즐 기판(1)을 제조함에 있어서, 외주 홈(50)이 도 8의 (R)과 같이 헤드 형성 영역(110)의 전체를 둘러싸도록, 또는 칩 외형 홈(51)이 도 11과 같이 각각의 헤드 칩(111)의 외형을 따르도록 형성되어 있으므로, 제 1 지지 기판(61)의 수지층(64)을 박리할 때에, 균열이 헤드 칩(111)에 도달하는 일은 없다.
다음에, 본 발명의 노즐 기판(1)의 제조 방법의 다른 실시 형태를 도 15 및 도 16을 참조해서 설명한다.
본 실시 형태의 노즐 기판(1)의 제조 방법에서는, 제 1 지지 기판(61) 및 제 2 지지 기판(62)을 실리콘 기판(100)에 부착하는 접착 부재로서, 전술의 경화성 수지 재료 대신에 양면 접착 시트를 사용하는 것이다. 따라서, 이 노즐 기판(1)의 제조 공정은 기본적으로 먼저 도시한 도 4의 (A) 내지 도 7의 (Q)까지와 동일하다. 여기에서는, 도 6의 (K)와 동일하게 도 15의 (k) 이후의 공정에 있어서의 단면도를 도시한다. 또한, 외주 홈(50)에 있어서는 마련해도 마련하지 않아도 좋지만, 마련한 쪽이 전술과 같이 양면 접착 시트를 박리했을 때에 균열이 헤드 칩에 도달하지 못하므로 바람직하다. 또한, 외주 홈(50)의 공정 단면도 및 설명은 전술한 바와 마찬가지이므로 생략한다.
도 15의 (k)[도 6의 (K)와 동일함]에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(100)에 분사구 부분(11a)이 되는 제 1 오목부(105) 및 도입구 부분(11b)이 되는 제 2 오목부(106)를 형성하고, 이들의 오목부(105, 106)의 내벽에, 막 두께 0.1㎛의 SiO2막(107)을 성막한 후, 도 15의 (l)에 도시하는 바와 같이, 이 실리콘 기판(100)의 오목부(105, 106)가 형성된 면에, 유리 등의 투명 재료로 이루어지는 제 1 지지 기판(61)을 양면 접착 시트(65)를 거쳐서 부착한다. 이 양면 접착 시트(65)에는, 예컨대 Selfa BG(일본 세키스이 케미칼 가부시키가이샤의 등록상표)를 채용한다. 양면 접착 시트(65)는 자기 박리층(66)을 가진 시트(자기 박리형 시트)로서, 그 양면에는 접착면을 갖고, 그 한쪽 면에는 또한 자기 박리층(66)을 구비하고, 이 자기 박리층(66)은 자외선 또는 열 등의 자극에 의해 접착력이 저하하게 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 양면 접착 시트(65)의 접착면만으로 이루어지는 면(65a)을 제 1 지지 기판(61)의 면과 마주 대하고, 양면 접착 시트(65)의 자기 박리층(66)을 구비한 측의 면(65b)을 실리콘 기판(100)의 접합측의 면(100b)을 마주 대하고, 이들의 면을 감압 환경하(10Pa 이하)에서, 예를 들면 진공중에서 접합시킨다. 이렇게 하는 것에 의해, 접착 계면에 기포가 잔류하지 않고, 균일한 접착이 가능하게 된다. 접착 계면에 기포가 잔류하면, 연마 가공으로 박판화되는 실리콘 기판(100)의 판두께가 불균일하게 되는 원인이 된다.
또한, 상기의 설명에서는 양면 접착 시트(65)의 한쪽의 면(65b)에만 자기 박리층(66)을 구비하고 있는 경우를 도시했지만, 자기 박리층(66)은 양면 접착 시트(65)의 양쪽의 면(65a, 65b)에 마련한 것이라도 좋다. 이 경우는, 실리콘 기판(100)의 박판화 가공시에는, 자기 박리층을 가진 양면(65a, 65b)에서 각각 실리콘 기판(100)과 지지 기판(61)에 접착한 상태에서 실리콘 기판(100)을 가공하는 것이 가능하고, 처리 후에는 자기 박리층을 갖는 양면(65a, 65b)에 있어서, 실리콘 기판(100)과 지지 기판(61)을 박리할 수 있다.
다음에, 도 15의 (m)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(100)의 잉크 토출측의 면(100a)을 백 그라인더(도시하지 않음)에 의해 연삭 가공하고, 제 1 오목 부(105)의 선단이 개구할 때까지 실리콘 기판(100)을 얇게 한다. 또한, 폴리셔, CMP 장치에 의해 잉크 토출측의 면(100a)을 연마하고, 제 1 오목부(105)의 선단부의 개구를 행해도 좋다. 이 때, 제 1 오목부(105) 및 제 2 오목부(106)의 내벽은 오목부내의 연마재의 수세 제거 공정 등에 의해 세정한다.
또는, 제 1 오목부(105)의 선단부의 개구를 드라이 에칭으로 행해도 좋다. 예를 들면, SF6을 에칭 가스로 하는 드라이 에칭에 의해, 제 1 오목부(105)의 선단부까지 실리콘 기판(100)을 얇게 하고, 표면에 노출한 제 1 오목부(105)의 선단부의 SiO2막(107)을 CF4 또는 CHF3 등의 에칭 가스로 하는 드라이 에칭에 의해 제거해도 좋다.
다음에, 도 15의 (n)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(100)의 잉크 토출측의 면(100a)에 스퍼터링 장치로 내잉크 보호막(108)으로서 SiO2막을 0.1㎛의 두께에서 성막한다. 여기에서, SiO2막의 성막은 양면 접착 시트(65)가 열화하지 않는 온도(200℃ 정도) 이하로 실시할 수 있으면 좋고, 스퍼터링법으로 한정되는 것은 아니다. 단지, 내잉크성 등을 고려하면 치밀한 막을 형성할 필요가 있고, ECR 스퍼터링 장치 등의 상온에서 치밀한 막을 성막할 수 있는 장치를 사용하는 것이 바람직하다.
계속해서, 도 15의 (o)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(100)의 잉크 토출측의 면(100a)에 또한 발잉크 처리를 실시한다. 이 경우, F원자를 포함하는 발잉크성을 가진 재료를 증착이나 디핑으로 성막하고, 발잉크막(109)을 형성한다. 이 때, 노즐 구멍(11)의 분사구 부분(11a) 및 도입구 부분(11b)의 내벽도 발잉크처리된다.
다음에, 도 16의 (p)[이후, 도 16의 (s)에까지, 도 15의 (o)에 도시한 실리콘 기판(100)의 상하를 역전한 상태에서 도시함]에 도시하는 바와 같이, 발잉크 처리된 잉크 토출측의 면(100a)에 제 2 지지 기판(62)을 상기 동일의 양면 접착 시트(65)를 부착한다.
다음에, 도 16의 (q)에 도시하는 바와 같이, 제 1 지지 기판(61)측으로부터 UV광을 조사한다.
이렇게 해서, 도 16의 (r)에 도시하는 바와 같이, 양면 접착 시트(65)의 자기 박리층(66)을 실리콘 기판(100)의 접합측의 면(100b)으로부터 박리시켜, 제 1 지지 기판(61)을 실리콘 기판(100)으로부터 분리한다.
다음에, 도 16의 (s)에 도시하는 바와 같이, 제 1 지지 기판(61)을 박리한 실리콘 기판(100)의 잉크 토출측의 면(100a)에 대하여 Ar 스퍼터링 또는 O2 플라즈마 처리를 하는 것에 의해, 노즐 구멍(11)의 분사구 부분(11a) 및 도입구 부분(11b)의 내벽에 형성된 여분의 발잉크막(109)을 제거한다.
이상의 공정을 거치는 것에 따라, 제 2 지지 기판(62)에 양면 접착 시트(65)를 거쳐서 부착한 상태의 노즐 기판(1)을 형성할 수 있다. 또한, 노즐내에 들어간 자기 박리층(66)이 도입구 부분(11b)의 능선부에 부착되어서 남을 경우도 있지만, 황산 세정 등에 의해 제거할 수 있다.
그 후는, 먼저 도시한 도 9 내지 도 13까지와 동일한 공정을 거치는 것에 의해 잉크젯 헤드(10)를 제작할 수 있다.
본 실시 형태의 잉크젯 헤드(10)의 제조 방법에 의하면, 노즐 기판(1)이 되는 실리콘 기판(100)을 가공할 때에, 실리콘 기판(100)과 제 1 및 제 2 지지 기판(61, 62)을 양면 접착 시트(65)를 거쳐서 접합시키는 것만으로 좋으므로, 실리콘 기판(100)의 노즐 구멍(11)내에 접착 수지 등의 이물이 들어가는 일이 없고, 이것 때문에 실리콘 기판(100)으로부터 양면 접착 시트(65)를 분리할 때에 실리콘 기판(100)에 부서짐이나 크랙이 발생하는 일이 없다. 따라서, 실리콘 기판(100)의 핸들링이 용이해서, 노즐 기판(1)의 원료에 대한 제품의 비율이 향상하고, 생산성이 비약적으로 향상하는 효과가 있다.
상기 실시 형태에서는, 잉크젯 헤드 및 그 노즐 기판, 및 이것들의 제조 방법에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상의 범위내에서 여러가지 변경할 수 있다. 예를 들면, 노즐 구멍에 의해 토출되는 액상 재료를 변경함으로써, 도 17에 도시하는 잉크젯 프린터(500) 외에, 액정 모니터의 칼라 필터의 제조, 유기 EL 표시 장치의 발광 부분의 형성, 유전자 검사 등에 사용할 수 있는 생체분자 용액의 마이크로 어레이의 제조 등 다양한 용도의 액체방울 토출 장치로서 이용하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 피가공 기판을 제 1 지지 기판에 접합시킨 상태에서 원하는 두께로 박판화 가공함으로써 노즐 구멍의 길이를 최적화할 수 있다. 또한, 제 1 지지 기판을 피가공 기판으로부터 박리한 후에도, 피가공 기판은 제 2 지지 기판에 의해 유지되어 있기 때문에, 피가공 기판을 박판화해도 부서짐이나 크랙 등이 생기는 일이 없고, 핸들링이 용이해서, 원료에 대한 제품의 비율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
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- 피가공 기판에, 액체방울을 토출하기 위한 복수의 노즐 구멍이 되는 오목부와 외주 홈을 에칭 가공에 의해 형성하는 공정과,상기 오목부 및 상기 외주 홈이 형성된 상기 피가공 기판의 가공측의 면에 제 1 지지 기판을 접합시키는 공정과,상기 제 1 지지 기판을 접합시킨 면과 반대측의 면으로부터 상기 피가공 기판을 원하는 두께로 박판화 가공해서 상기 오목부 및 상기 외주 홈의 선단을 개구하는 공정과,상기 오목부 및 상기 외주 홈의 선단이 개구된 개구측의 면에 제 2 지지 기판을 접합시키는 공정과,상기 제 1 지지 기판을 상기 피가공 기판으로부터 박리하고, 그 박리면에 제 3 지지 기판을 접합하는 공정과,상기 제 2 지지 기판을 상기 피가공 기판으로부터 박리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 외주 홈은, 복수의 헤드 칩이 형성되는 헤드 형성 영역의 전체를 둘러싸도록 상기 피가공 기판의 외주부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 외주 홈은 각각의 헤드 칩의 외형을 따라 형성되는 칩 외형 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 외주 홈은 상기 피가공 기판에 형성되는 얼라인먼트 구멍보다도 외주측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 2 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 지지 기판을 양면 접착 시트를 거쳐서 상기 피가공 기판에 접합시키는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 양면 접착 시트는, 그 접착면에 자외선 또는 열을 부여하는 것에 의해 접착력이 저하하는 자기 박리층을 갖는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 양면 접착 시트는 한 면에 자기 박리층을 갖고, 상기 자기 박리층을 갖는 접착면측에 상기 피가공 기판을 접착하는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 양면 접착 시트는 양면에 자기 박리층을 갖고, 상기 자기 박리층을 갖는 양쪽 접착면에 있어서 상기 피가공 기판과 상기 제 1 및 제 2 지지 기판을 접착하는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 피가공 기판과 상기 제 1 및 제 2 지지 기판의 상기 양면 접착 시트를 통한 접합을, 감압 환경하에서 실행하는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 2 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,상기 피가공 기판과 상기 제 1 및 제 2 지지 기판의 접합을, 수지층을 거쳐서 진공중에서 실행하는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 수지층은 상기 피가공 기판에 부착되는 동시에, 박리층을 거쳐서 상기 제 1 및 제 2 지지 기판에 부착되며, 상기 박리층은 광의 조사에 의해 분리가 발생하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 지지 기판을 상기 피가공 기판으로부터 박리했을 때, 상기 노즐 구멍내에 접착 수지가 잔류하고 있는 경우에는, 플라즈마 처리를 행해서, 잔류 접착 수지를 제거하는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 2 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,상기 노즐 구멍은, 액체방울을 토출하는 분출구 부분과, 이 분출구 부분과 동심 형상으로 분출구 부분보다도 직경이 큰 도입구 부분의 2단의 구멍으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 2 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,상기 노즐 구멍은 ICP 방전에 의한 이방성 드라이 에칭에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 이방성 드라이 에칭을 에칭 가스로서 C4F8 및 SF6을 이용하여 실행하는 것을 특징으로 하는노즐 기판의 제조 방법.
- 노즐 기판을 갖는 액체방울 토출 헤드의 제조 방법에 있어서,상기 노즐 기판은 제 2 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 기재된 노즐 기판의 제조 방법에 의해 제조되며,상기 피가공 기판이 접합되는 상기 제 3 지지 기판이, 상기 노즐 구멍에 연통하는 유로를 구비하는 캐비티 기판을 형성하기 위한 실리콘 기판, 또는 상기 노즐 구멍에 연통하는 유로가 이미 형성된 리저버 기판인 것을 특징으로 하는액체방울 토출 헤드의 제조 방법.
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