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JP4670533B2 - Nozzle plate manufacturing method and droplet discharge head manufacturing method - Google Patents
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JP4670533B2 - Nozzle plate manufacturing method and droplet discharge head manufacturing method - Google Patents

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JP4670533B2 JP2005226556A JP2005226556A JP4670533B2 JP 4670533 B2 JP4670533 B2 JP 4670533B2 JP 2005226556 A JP2005226556 A JP 2005226556A JP 2005226556 A JP2005226556 A JP 2005226556A JP 4670533 B2 JP4670533 B2 JP 4670533B2
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Description

本発明は、液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出ヘッドに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a nozzle plate having nozzle holes for discharging droplets, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a droplet discharge head.

液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク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と、このノズルプレートに接合されノズルプレートとの間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティプレートとを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット(登録商標)方式等がある。
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まり、そのため高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。このような背景から、インクジェットヘッドのノズル部に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, an inkjet head mounted on an inkjet recording apparatus is known. Ink jet heads generally include a nozzle plate in which a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets are formed, and an ink in a discharge chamber, a reservoir, or the like that is joined to the nozzle plate and communicates with the nozzle holes. And a cavity plate in which a flow path is formed, and an ink droplet is ejected from a selected nozzle hole by applying pressure to the ejection chamber by a driving unit. As a driving means, there are a method using an electrostatic force, a piezoelectric method using a piezoelectric element, a bubble jet (registered trademark) method using a heating element, and the like.
In recent years, there has been an increasing demand for high quality printing, image quality, and the like for inkjet heads, and thus there is a strong demand for higher density and improved ejection performance. Against this background, various devices and proposals have been made for the nozzle portion of an inkjet head.

インクジェットヘッドにおいて、インク吐出特性を改善するためには、ノズル部の流路抵抗を調整し、最適なノズル長さになるように基板の厚さを調整することが望ましい。このようなノズルプレートを作製する場合、例えば特許文献1に示されるように、シリコン基板の一方の面からICP(Inductively Coupled Plasma)放電を用いた異方性ドライエッチングを施すことにより、ノズル部を構成するための内径の異なる第1の凹部(ノズル孔の噴射口部分となる凹部)と第2の凹部(ノズル孔の導入口部分となる凹部)を2段に形成した後、反対側の面から一部分を異方性ウェットエッチングにより掘り下げてノズルの長さを調整する方法が採られていた。
一方、例えば特許文献2に示されるように、予めシリコン基板を所望の厚さに研磨した後、シリコン基板の両面にそれぞれドライエッチングを施することにより、ノズル孔の噴射口部分と導入口部分を形成する方法もある。
In an ink jet head, in order to improve ink ejection characteristics, it is desirable to adjust the flow path resistance of the nozzle part and adjust the thickness of the substrate so as to obtain an optimum nozzle length. When producing such a nozzle plate, for example, as shown in Patent Document 1, by performing anisotropic dry etching using ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge from one surface of a silicon substrate, the nozzle portion is formed. After forming the first concave portion (the concave portion serving as the nozzle hole injection port portion) and the second concave portion (the concave portion serving as the nozzle hole inlet port portion) having different inner diameters to form two stages, the opposite surface A method for adjusting the length of the nozzle by digging a part of the nozzle by anisotropic wet etching has been adopted.
On the other hand, for example, as shown in Patent Document 2, after the silicon substrate is polished in advance to a desired thickness, the both sides of the silicon substrate are dry-etched, so that the nozzle hole injection port portion and the inlet port portion are formed. There is also a method of forming.

特開平11−28820号公報(第4−5頁、図3、図4)Japanese Patent Laid-Open No. 11-28820 (page 4-5, FIGS. 3 and 4) 特開平9−57981号公報(第2−3頁、図1、図2)JP-A-9-57981 (page 2-3, FIG. 1 and FIG. 2)

しかし、特許文献1のように、ノズル孔が開口する吐出面が基板表面から深く一段下がった凹部の底面であると、インク滴の飛行曲がりが生じたり、あるいはノズル孔の目詰まりの原因となる紙粉、インク等が吐出面である凹部底面に付着した場合、それらの紙粉、インク等を排除するためにゴム片或いはフェルト片等で凹部底面を払拭するワイピング作業が難しくなるという課題があった。   However, as in Patent Document 1, if the discharge surface on which the nozzle hole opens is the bottom surface of the recess that is deeply lowered from the substrate surface, the ink droplet may be bent or the nozzle hole may be clogged. When paper dust, ink, etc. adhere to the bottom surface of the recess, which is the discharge surface, there is a problem that wiping work for wiping the bottom surface of the recess with a rubber piece or felt piece becomes difficult in order to eliminate the paper dust, ink, etc. It was.

また、特許文献2の製造方法では、インクジェットヘッドの高密度化が進むとシリコン基板の厚さを更に薄くしなければならないが、このような基板は製造工程中に割れ易く、高価となる課題があった。さらに、ドライエッチング加工の際に、加工形状が安定するように基板裏面からHeガス等で冷却を行うが、ノズル孔の貫通時にHeガスがリークしてエッチングが不可能になる場合があった。そのため、予めシリコン基板にノズル孔となる凹部を形成し、例えば、石英ガラスなどの支持基板に樹脂を用いて貼り合わせてからシリコン基板を研削やエッチング加工等により薄板化加工してノズル孔(凹部)を開口する方法が採られている。   In addition, in the manufacturing method of Patent Document 2, as the density of the ink jet head increases, the thickness of the silicon substrate must be further reduced. However, such a substrate is easily broken during the manufacturing process and is expensive. there were. Furthermore, during dry etching, cooling is performed from the back surface of the substrate with He gas or the like so that the processed shape is stabilized. However, when the nozzle hole penetrates, the He gas may leak and etching may be impossible. For this reason, a recess that becomes a nozzle hole is formed in advance in the silicon substrate, and the silicon substrate is thinned by grinding, etching, or the like after being bonded to a support substrate such as quartz glass using a resin. ) Is used.

しかしながら、ノズル孔となる上記凹部内に支持基板を貼り合わせるための樹脂が入り込むため樹脂を剥離し難く、支持基板の剥離工程でシリコン基板が割れたり欠けたりしやすく、また樹脂残りなどが発生し、著しく歩留まりを低下する原因となっていた。   However, since the resin for bonding the support substrate enters the recess that becomes the nozzle hole, the resin is difficult to peel off, the silicon substrate is easily cracked or chipped during the support substrate peeling process, and a resin residue is generated. This was a cause of a significant decrease in yield.

一方、インクジェットヘッドにおいて水溶性インクを用いた場合、インクが吐出するノズル表面の撥インク性が不十分であるとインクの液滴が付着しやすくなり、そのため吐出するインクの直進性が損なわれ印字乱れ等の記録不良となることがあった。そのため、ノズル表面に撥インク処理を施すことが行われているが、上記樹脂残りの防止対策として薬液処理の必要が発生した場合、ノズル表面の撥インク膜が同時に劣化して信頼性を低下するという問題がある。   On the other hand, when water-soluble ink is used in an inkjet head, ink droplets are liable to adhere if the ink repellency of the nozzle surface from which ink is ejected is insufficient, so that the straightness of the ejected ink is impaired and printing is performed. Recording failure such as disturbance may occur. For this reason, ink repellent treatment is performed on the nozzle surface. However, when chemical treatment is necessary to prevent the resin residue, the ink repellent film on the nozzle surface deteriorates at the same time, reducing reliability. There is a problem.

本発明は、加工中にシリコン基板が割れたり欠けたりすることがなく、またノズル孔内に樹脂や研磨材等の異物が残留するようなことがなく、歩留まりおよび生産性を向上することができる液滴吐出用のノズルプレートの製造方法および液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ノズルプレートの表面を撥液処理する場合、樹脂残りの除去処理に薬液処理などを用いることなく除去処理が容易で、しかも吐出面の撥液膜にダメージを与えることのないノズルプレートの製造方法および液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
According to the present invention, the silicon substrate is not cracked or chipped during processing, and no foreign matter such as resin or abrasive remains in the nozzle hole, so that the yield and productivity can be improved. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a nozzle plate for droplet discharge and a method for manufacturing a droplet discharge head.
Further, according to the present invention, when the surface of the nozzle plate is subjected to a liquid repellent treatment, the removal treatment is easy without using a chemical treatment or the like for removing the resin residue, and the liquid repellent film on the discharge surface is not damaged. It is an object to provide a method for manufacturing a nozzle plate and a method for manufacturing a droplet discharge head.

前記課題を解決するため、本発明に係るノズルプレートの製造方法は、被加工基板の一方の面に、液滴を吐出するためのノズル孔の噴射口部分となる第1の凹部と、導入口部分となる第2の凹部とを形成する工程と、前記被加工基板の一方の面並びに前記第1および第2の凹部内に、樹脂との接着力の弱い弱接着性層を形成する工程と、前記弱接着性層を形成した前記被加工基板の面に、前記樹脂を用いて支持基板を貼り合わせる工程と、前記被加工基板を他方の面から所要の厚さに薄板化する工程と、前記支持基板を前記被加工基板から剥離する工程と、前記被加工基板から前記樹脂および前記弱接着性層を除去する工程と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a nozzle plate according to the present invention includes a first concave portion serving as an ejection port portion of a nozzle hole for discharging droplets and an introduction port on one surface of a substrate to be processed. Forming a second concave portion to be a part, forming a weak adhesive layer having a weak adhesive force with a resin in one surface of the substrate to be processed and in the first and second concave portions; A step of bonding a support substrate to the surface of the substrate to be processed on which the weak adhesive layer is formed using the resin, and a step of thinning the substrate to be processed to a required thickness from the other surface; The method includes a step of peeling the support substrate from the substrate to be processed, and a step of removing the resin and the weak adhesive layer from the substrate to be processed.

このように、本発明のノズルプレートの製造方法は、ノズル孔の噴射口部分となる第1の凹部と、導入口部分となる第2の凹部とを形成した被加工基板に撥液層などからなる弱接着性層を介して支持基板を樹脂で貼り合わせた後、その被加工基板を所要の厚さに薄板化するので、被加工基板から支持基板および樹脂が剥離しやすくなるとともに、薄板化された被加工基板が割れたり欠けたりすることがなく、また前記第1および第2の凹部内に樹脂や研磨材等の異物が残留することもない。したがって、ノズルプレートの製造において歩留まりおよび生産性が大幅に向上する効果がある。   As described above, the method for manufacturing a nozzle plate according to the present invention includes a liquid-repellent layer or the like formed on a substrate to be processed on which a first recess serving as an injection port portion of a nozzle hole and a second recess serving as an introduction port portion are formed. After bonding the support substrate with resin via the weak adhesive layer, the substrate to be processed is thinned to the required thickness, making it easier for the support substrate and resin to peel from the substrate to be processed, and making the plate thinner The processed substrate is not cracked or chipped, and no foreign matter such as resin or abrasive remains in the first and second recesses. Therefore, there is an effect that the yield and productivity are greatly improved in the manufacture of the nozzle plate.

本発明のノズルプレートの製造方法において、ノズルプレートの表面に撥液処理が必要な場合は、前記被加工基板の他方の面の全面または少なくとも全ての前記ノズル孔を含む吐出面領域に、撥液膜を形成するものである。
ここで、「吐出面領域」というのは、ノズルプレートの表面の全面ではなく、液滴吐出ヘッドのワイピング動作をカバーするノズル面の範囲をいうものである。つまり、撥液膜がワイピング動作によって剥離などの損傷が生じないノズル面の範囲に形成されていればよい。
本発明では、被加工基板の他方の面の全面または少なくとも全てのノズル孔を含む吐出面領域に、撥液膜を形成されているので、吐出面に吐出液体が付着することがなく吐出不良が生じないので液滴吐出特性が向上する。
In the nozzle plate manufacturing method of the present invention, when the surface of the nozzle plate needs to be liquid repellent, the other surface of the substrate to be processed or the discharge surface region including at least all the nozzle holes may be liquid repellent. A film is formed.
Here, the “ejection surface area” refers to the range of the nozzle surface that covers the wiping operation of the droplet ejection head, not the entire surface of the nozzle plate. That is, it is only necessary that the liquid repellent film is formed in the range of the nozzle surface where damage such as peeling does not occur due to the wiping operation.
In the present invention, since the liquid repellent film is formed on the entire surface of the other surface of the substrate to be processed or on the discharge surface region including at least all the nozzle holes, the discharge liquid does not adhere to the discharge surface and the discharge defect is not caused. Since it does not occur, the droplet discharge characteristics are improved.

また、前記撥液膜は、耐インク保護膜の上に形成されていることが好ましく、これにより吐出面の撥液膜の信頼性が向上する。 Further, the liquid repellent film is preferably formed on an ink-resistant protective film , thereby improving the reliability of the liquid repellent film on the ejection surface.

また、前記支持基板に前記樹脂をコーティングし、該支持基板の貼り合わせを真空中で行うことにより前記樹脂が前記第1および第2の凹部内に充填されているものである。
支持基板の貼り合わせを真空中で行うことにより、被加工基板に支持基板を貼り合わせるための樹脂を第1および第2の凹部内に完全に充填することができ、気泡等がこれらの凹部内に残留することはない。
Moreover, the resin is filled in the first and second recesses by coating the support substrate with the resin and bonding the support substrate in a vacuum.
By performing the bonding of the support substrate in a vacuum, the resin for bonding the support substrate to the substrate to be processed can be completely filled in the first and second recesses, and bubbles and the like are contained in these recesses. Will not remain.

また、前記被加工基板から前記樹脂および前記弱接着性層を除去する工程において、前記樹脂を前記被加工基板から剥離した後、酸素、炭酸ガス等の活性ガス、またはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いたプラズマ処理によって、前記弱接着性層を前記第1および第2の凹部内から除去するものである。
これにより、被加工基板の貼り合わせ面および第1、第2の凹部内の弱接着性層を完全に除去することができ、樹脂や研磨材等の異物の残留を排除できるとともに、弱接着性層の除去に薬液処理などを用いないため、吐出面の撥液膜に何らのダメージを与えることもないので吐出面の撥液処理の信頼性が向上する。よって、ノズルプレートの生産性が向上する。
In the step of removing the resin and the weak adhesive layer from the substrate to be processed, the resin is peeled from the substrate to be processed, and then an active gas such as oxygen or carbon dioxide, or an inert gas such as argon or helium. The weak adhesive layer is removed from the first and second recesses by plasma treatment using a gas.
As a result, the bonding surface of the substrate to be processed and the weak adhesive layer in the first and second recesses can be completely removed, the residue of foreign matters such as resin and abrasives can be eliminated, and weak adhesiveness can be eliminated. Since no chemical treatment or the like is used for removing the layer, the liquid-repellent film on the ejection surface is not damaged, and the reliability of the liquid-repellent treatment on the ejection surface is improved. Therefore, the productivity of the nozzle plate is improved.

また、前記樹脂は、光の照射により分離する剥離層を介して前記支持基板にコーティングされているものである。
これにより、剥離層が光の照射を受けて樹脂層と分離するため、支持基板を被加工基板から剥離しやすくなる。
The resin is coated on the support substrate through a release layer that is separated by light irradiation.
As a result, the release layer is irradiated with light and separated from the resin layer, so that the support substrate can be easily released from the substrate to be processed.

前記被加工基板を薄板化する工程において、バックグラインダー、ポリッシャー、またはCMP装置によって前記彼加工基板を研磨加工するものである。
これにより、被加工基板の表面(吐出面)を高精度に仕上げることができる。
In the step of thinning the substrate to be processed, the processed substrate is polished by a back grinder, a polisher, or a CMP apparatus.
Thereby, the surface (discharge surface) of a to-be-processed substrate can be finished with high precision.

また、前記支持基板として、光透過性材料を用いるものである。これにより、レーザ光等の光を支持基板の裏面から剥離層に照射することができ、容易に支持基板を被加工基板から剥離することができる。   Further, a light transmissive material is used as the support substrate. Accordingly, light such as laser light can be applied to the peeling layer from the back surface of the support substrate, and the support substrate can be easily peeled from the workpiece substrate.

また、前記第1および第2の凹部は、ICP放電による異方性ドライエッチングにより形成されているものである。
これにより、第1および第2の凹部を高精度に加工することができる。
Further, the first and second recesses are formed by anisotropic dry etching by ICP discharge.
Thereby, the first and second recesses can be processed with high accuracy.

前記異方性ドライエッチングを、エッチングガスとしてC48およびSF6を用いて行う。
48は第1、第2の凹部の側面方向にエッチングが進行しないようにこれらの凹部の側面を保護する作用をし、SF6はこれらの凹部の垂直方向のエッチングを促進する作用をするため、これらの凹部を基板面に対して垂直に高精度に加工することができる。
The anisotropic dry etching is performed using C 4 F 8 and SF 6 as etching gases.
C 4 F 8 acts to protect the side surfaces of these recesses so that the etching does not proceed in the direction of the side surfaces of the first and second recesses, and SF 6 acts to promote the vertical etching of these recesses. Therefore, these recesses can be processed with high accuracy perpendicular to the substrate surface.

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかのノズルプレートの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造するものである。
上記のいずれかのノズルプレートの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造すれば、安定した液滴吐出特性を有し、かつ高密度の液滴吐出ヘッドを得ることができる。
A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge head using any one of the above-described nozzle plate manufacturing methods.
If a droplet discharge head is manufactured using any one of the above-described nozzle plate manufacturing methods, a droplet discharge head having stable droplet discharge characteristics and a high density can be obtained.

以下、本発明を適用したノズルプレートを備えた液滴吐出ヘッドの実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図1乃至図3を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、また、駆動方式についても他の異なる駆動方式により液滴を吐出する液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置にも適用できるものである。   Hereinafter, embodiments of a droplet discharge head having a nozzle plate to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. Here, an electrostatic drive type inkjet head will be described with reference to FIGS. 1 to 3 as an example of a droplet discharge head. Note that the present invention is not limited to the structure and shape shown in the following drawings, and also for a droplet discharge head and a droplet discharge device that discharge droplets by other different drive methods. Applicable.

図1は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図2は、図1の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図であり、図3は、図2のインクジェットヘッドの上面図である。なお、図1および図2では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。   FIG. 1 is an exploded perspective view showing an exploded schematic configuration of the ink jet head according to the present embodiment, and a part thereof is shown in cross section. 2 is a cross-sectional view of the ink jet head showing a schematic configuration of the right half of FIG. 1, and FIG. 3 is a top view of the ink jet head of FIG. 1 and 2 are shown upside down from a state in which they are normally used.

本実施形態のインクジェットヘッド(液滴吐出ヘッドの一例)10は、図1および図2に示すように、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズルプレート1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティプレート2と、キャビティプレート2の振動板22に対峙して個別電極31が配設された電極基板3とを貼り合わせることにより構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the inkjet head (an example of a droplet discharge head) 10 according to this embodiment includes a nozzle plate 1 in which a plurality of nozzle holes 11 are provided at a predetermined pitch, and each nozzle hole 11. The cavity plate 2 is provided with an ink supply path independently, and the electrode substrate 3 on which the individual electrode 31 is disposed facing the vibration plate 22 of the cavity plate 2 is bonded to the cavity plate 2.

ノズルプレート1は、後述する製造方法により、所要の厚さ(例えば厚さが280μmから60μm程度)に薄くされたシリコン単結晶基板(以下、単にシリコン基板とも称する)から作製されている。また、ノズルプレート1の表面全面、もしくはその一部、すなわち全てのノズル孔11を含む吐出面領域に撥液膜の一例として撥インク膜13が形成されている。この撥インク膜13は、例えばシリコン酸化膜(SiO2膜)からなる耐インク保護膜12の上に形成されている。なお、「吐出面領域」とは、前述のようにインクジェットヘッドのワイピング動作をカバーする範囲である。 The nozzle plate 1 is manufactured from a silicon single crystal substrate (hereinafter also simply referred to as a silicon substrate) thinned to a required thickness (for example, a thickness of about 280 μm to 60 μm) by a manufacturing method described later. Further, an ink repellent film 13 is formed as an example of a liquid repellent film on the entire surface of the nozzle plate 1 or a part thereof, that is, on the ejection surface area including all the nozzle holes 11. The ink repellent film 13 is formed on an ink-resistant protective film 12 made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film). The “ejection surface area” is a range that covers the wiping operation of the inkjet head as described above.

インク滴を吐出するためのノズル孔11は、例えば径の異なる2段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから構成されている。噴射口部分11aおよび導入口部分11bは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分11aは先端がノズルプレート1の表面に開口し、導入口部分11bはノズルプレート1の裏面(キャビティプレート2と接合される接合側の面)に開口している。   The nozzle holes 11 for ejecting ink droplets are composed of, for example, two-stage cylindrical nozzle holes having different diameters, that is, an ejection port portion 11a having a smaller diameter and an introduction port portion 11b having a larger diameter. It is configured. The injection port portion 11a and the introduction port portion 11b are provided perpendicular to and coaxially with respect to the substrate surface. The injection port portion 11a has a tip opening on the surface of the nozzle plate 1, and the introduction port portion 11b is the nozzle plate 1. Are opened on the back surface (the surface on the bonding side to be bonded to the cavity plate 2).

上記のように、ノズル孔11を噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから2段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔11の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。   As described above, the nozzle hole 11 is configured in two stages from the ejection port portion 11a and the inlet port portion 11b having a larger diameter, thereby aligning the ink droplet ejection direction with the central axis direction of the nozzle hole 11. And stable ink ejection characteristics can be exhibited. That is, there is no variation in the flying direction of ink droplets, there is no scattering of ink droplets, and variations in the ejection amount of ink droplets can be suppressed. In addition, the nozzle density can be increased.

キャビティプレート2は、例えば厚さが525μmの(110)面方位のシリコン単結晶基板(この基板も以下、単にシリコン基板とも称する)から作製されている。シリコン基板に異方性ウェットエッチングを施し、インク流路の吐出室21となる凹部25、オリフィス23となる凹部26、およびリザーバ24となる凹部27が形成される。凹部25は前記ノズル孔11に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図2に示すようにノズルプレート1とキャビティプレート2を接合した際、各凹部25は吐出室21を構成し、それぞれノズル孔11に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス23ともそれぞれ連通している。そして、吐出室21(凹部25)の底壁が振動板22となっている。   The cavity plate 2 is made of, for example, a (110) plane-oriented silicon single crystal substrate having a thickness of 525 μm (this substrate is also simply referred to as a silicon substrate hereinafter). The silicon substrate is subjected to anisotropic wet etching to form a recess 25 that becomes the discharge chamber 21 of the ink flow path, a recess 26 that becomes the orifice 23, and a recess 27 that becomes the reservoir 24. A plurality of recesses 25 are independently formed at positions corresponding to the nozzle holes 11. Therefore, as shown in FIG. 2, when the nozzle plate 1 and the cavity plate 2 are joined, the recesses 25 form discharge chambers 21, which communicate with the nozzle holes 11, and are the orifices 23 that are ink supply ports. Both communicate with each other. The bottom wall of the discharge chamber 21 (concave portion 25) is a diaphragm 22.

凹部26は、細溝状のオリフィス23を構成し、この凹部26を介して凹部25(吐出室21)と凹部27(リザーバ24)とが連通している。
凹部27は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各吐出室21に共通のリザーバ(共通インク室)24を構成する。そして、リザーバ24(凹部27)はそれぞれオリフィス23を介して全ての吐出室21に連通している。なお、オリフィス23(凹部26)は前記ノズルプレート1の裏面(キャビティプレート2との接合側の面)に設けることもできる。また、リザーバ24の底部には後述する電極基板3を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔34を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
The recess 26 forms a narrow groove-like orifice 23, and the recess 25 (discharge chamber 21) and the recess 27 (reservoir 24) communicate with each other via the recess 26.
The recess 27 is for storing a liquid material such as ink, and constitutes a reservoir (common ink chamber) 24 common to the ejection chambers 21. The reservoirs 24 (concave portions 27) communicate with all the discharge chambers 21 through the orifices 23, respectively. The orifice 23 (concave portion 26) can also be provided on the back surface of the nozzle plate 1 (the surface on the joint side with the cavity plate 2). Further, a hole penetrating the electrode substrate 3 described later is provided in the bottom of the reservoir 24, and ink is supplied from an ink cartridge (not shown) through the ink supply hole 34 of the hole.

また、上述のように、キャビティプレート2に(110)面方位のシリコン単結晶基板を用いるのは、このシリコン基板に異方性ウエットエッチングを行うことにより、凹部や溝の側面をシリコン基板の上面または下面に対して垂直にエッチングすることができるためであり、これによりインクジェットヘッドの高密度化を図ることができるからである。   In addition, as described above, a silicon single crystal substrate having a (110) orientation is used for the cavity plate 2 by performing anisotropic wet etching on the silicon substrate so that the side surfaces of the recesses and the grooves are formed on the upper surface of the silicon substrate. This is because the etching can be performed perpendicularly to the lower surface, whereby the density of the inkjet head can be increased.

また、キャビティプレート2の全面もしくは少なくとも電極基板3との対向面には熱酸化やプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によりSiO2やTEOS(Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン、珪酸エチル)膜等からなる絶縁膜28が膜厚0.1μmで施されている。この絶縁膜28は、インクジェットヘッドを駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。 An insulating film made of SiO 2 or TEOS (Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane) is formed on the entire surface of the cavity plate 2 or at least the surface facing the electrode substrate 3 by thermal oxidation or plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). 28 is applied with a film thickness of 0.1 μm. This insulating film 28 is provided for the purpose of preventing dielectric breakdown and short circuit when the ink jet head is driven.

電極基板3は、例えば厚さ約1mmのガラス基板から作製される。中でも、キャビティプレート2のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板3とキャビティプレート2を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板3とキャビティプレート2との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板3とキャビティプレート2を強固に接合することができるからである。なお、前記ノズルプレート1も同様の理由から硼珪酸系のガラス基板を用いることができる。   The electrode substrate 3 is made from a glass substrate having a thickness of about 1 mm, for example. Among them, it is suitable to use a borosilicate heat-resistant hard glass having a thermal expansion coefficient close to that of the silicon substrate of the cavity plate 2. This is because when the electrode substrate 3 and the cavity plate 2 are anodically bonded, the thermal expansion coefficients of the two substrates are close to each other, so that the stress generated between the electrode substrate 3 and the cavity plate 2 can be reduced, and as a result, peeling, etc. This is because the electrode substrate 3 and the cavity plate 2 can be firmly bonded without causing the above problem. The nozzle plate 1 may be a borosilicate glass substrate for the same reason.

電極基板3には、キャビティプレート2の各振動板22に対向する面の位置にそれぞれ凹部32が設けられている。凹部32は、エッチングにより深さ約0.3μmで形成されている。そして、各凹部32内には、一般に、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)からなる個別電極31が、例えば0.1μmの厚さでスパッタにより形成される。したがって、振動板22と個別電極31との間に形成されるギャップ(空隙)は、この凹部32の深さ、個別電極31および振動板22を覆う絶縁膜28の厚さにより決まることになる。このギャップはインクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。ここで、個別電極31の材料はITOに限定するものではなく、クロム等の金属等を用いてもよいが、ITOは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすい等の理由から、一般にITOが用いられる。   The electrode substrate 3 is provided with a recess 32 at a position on the surface of the cavity plate 2 facing each diaphragm 22. The recess 32 is formed with a depth of about 0.3 μm by etching. And in each recessed part 32, the individual electrode 31 which generally consists of ITO (Indium Tin Oxide: Indium tin oxide) is formed by the thickness of 0.1 micrometer, for example. Therefore, the gap (gap) formed between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 is determined by the depth of the recess 32 and the thickness of the insulating film 28 covering the individual electrode 31 and the diaphragm 22. This gap greatly affects the ejection characteristics of the inkjet head. Here, the material of the individual electrode 31 is not limited to ITO, and a metal such as chromium may be used. However, since ITO is transparent, it is generally easy to confirm whether or not a discharge has occurred. ITO is used.

個別電極31は、リード部31aと、フレキシブル配線基板(図示せず)に接続される端子部31bとを有する。これらの端子部31bは、図1乃至図3に示すように、配線のためにキャビティプレート2の末端部が開口された電極取り出し部30内に露出している。   The individual electrode 31 has a lead part 31a and a terminal part 31b connected to a flexible wiring board (not shown). As shown in FIGS. 1 to 3, these terminal portions 31b are exposed in the electrode extraction portion 30 in which the end portion of the cavity plate 2 is opened for wiring.

上述したように、ノズルプレート1、キャビティプレート2、および電極基板3は、図2に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド10の本体部が作製される。すなわち、キャビティプレート2と電極基板3は陽極接合により接合され、そのキャビティプレート2の上面(図2において上面)にノズルプレート1が接着等により接合される。さらに、振動板22と個別電極31との間に形成される電極間ギャップの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材35で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド10の信頼性を高く保持することができる。   As described above, the nozzle plate 1, the cavity plate 2, and the electrode substrate 3 are bonded together as shown in FIG. That is, the cavity plate 2 and the electrode substrate 3 are joined by anodic bonding, and the nozzle plate 1 is joined to the upper surface (the upper surface in FIG. 2) of the cavity plate 2 by adhesion or the like. Furthermore, the open end of the interelectrode gap formed between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 is sealed with a sealing material 35 made of resin such as epoxy. Thereby, moisture and dust can be prevented from entering the gap between the electrodes, and the reliability of the inkjet head 10 can be kept high.

そして最後に、図2、図3に簡略化して示すように、ICドライバ等の駆動制御回路4が各個別電極31の端子部31bとキャビティプレート2上に設けられた共通電極29とに前記フレキシブル配線基板(図示せず)を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド10が完成する。
Finally, as shown in a simplified manner in FIGS. 2 and 3, the drive control circuit 4 such as an IC driver is connected to the terminal portion 31 b of each individual electrode 31 and the common electrode 29 provided on the cavity plate 2. They are connected via a wiring board (not shown).
Thus, the ink jet head 10 is completed.

次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド10の動作を説明する。
駆動制御回路4は、個別電極31に電荷の供給および停止を制御する発振回路である。この発振回路は例えば24kHzで発振し、個別電極31に例えば0Vと30Vのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極31に電荷を供給して正に帯電させると、振動板22は負に帯電し、個別電極31と振動板22間に静電気力(クーロン力)が発生する。したがって、この静電気力により振動板22は個別電極31に引き寄せられて撓む(変位する)。これによって吐出室21の容積が増大する。そして、個別電極31への電荷の供給を止めると振動板22はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室21の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により吐出室21内のインクの一部がインク滴としてノズル孔11より吐出する。振動板22が次に同様に変位すると、インクがリザーバ24からオリフィス23を通じて吐出室21内に補給される。
Next, the operation of the inkjet head 10 configured as described above will be described.
The drive control circuit 4 is an oscillation circuit that controls the supply and stop of charges to the individual electrodes 31. This oscillation circuit oscillates at, for example, 24 kHz, and supplies electric charges by applying pulse potentials of, for example, 0 V and 30 V to the individual electrodes 31. When the oscillation circuit is driven and charges are supplied to the individual electrode 31 to be positively charged, the diaphragm 22 is negatively charged and an electrostatic force (Coulomb force) is generated between the individual electrode 31 and the diaphragm 22. Therefore, the diaphragm 22 is attracted to the individual electrode 31 by this electrostatic force and bends (displaces). As a result, the volume of the discharge chamber 21 increases. When the supply of electric charges to the individual electrode 31 is stopped, the diaphragm 22 returns to its original state due to its elastic force, and at this time, the volume of the discharge chamber 21 decreases rapidly. Part of the ink is ejected from the nozzle hole 11 as an ink droplet. When the diaphragm 22 is similarly displaced next, ink is supplied from the reservoir 24 through the orifice 23 into the discharge chamber 21.

本実施形態のインクジェットヘッド10は、前述したように、ノズル孔11がノズルプレート1の表面(吐出面)に対して垂直な筒状の噴射口部分11aと、この噴射口部分11aと同軸上に設けられ噴射口部分11aよりも径の大きい導入口部分11bとから構成されているため、インク滴をノズル孔11の中心軸方向に真っ直ぐに吐出させることができ、きわめて安定した吐出特性を有する。
さらに、導入口部分11bの横断面形状を円形や四角形などに形成することができるので、インクジェットヘッド10の高密度化を図ることができる。
As described above, the inkjet head 10 of the present embodiment has a cylindrical injection port portion 11a in which the nozzle holes 11 are perpendicular to the surface (discharge surface) of the nozzle plate 1, and is coaxial with the injection port portion 11a. Since the inlet port portion 11b is provided and has a larger diameter than the jet port portion 11a, the ink droplets can be discharged straight in the direction of the central axis of the nozzle hole 11 and have extremely stable discharge characteristics.
Furthermore, since the cross-sectional shape of the inlet port portion 11b can be formed in a circular shape, a quadrangular shape, or the like, the density of the inkjet head 10 can be increased.

なお、ノズル孔11の噴射口部分11aおよび導入口部分11bの横断面形状は特に限定されるものではなく、角形や円形などに形成される。但し、円形にする方が吐出特性や加工性の面で有利となるので好ましい。   In addition, the cross-sectional shape of the injection port portion 11a and the introduction port portion 11b of the nozzle hole 11 is not particularly limited, and is formed in a square shape or a circular shape. However, a circular shape is preferable because it is advantageous in terms of discharge characteristics and workability.

次に、このインクジェットヘッド10の製造方法について図4乃至図10を参照して説明する。
図4乃至図8は、ノズルプレート1の製造方法を示す製造工程の断面図であり、図9および図10は、キャビティプレート2および電極基板3の製造方法を示す製造工程の断面図であり、ここでは、主に、電極基板3にシリコン基板200を接合した後にキャビティプレート2を製造する方法を示す。
まず最初に、ノズルプレート1の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the inkjet head 10 will be described with reference to FIGS.
4 to 8 are cross-sectional views of the manufacturing process showing the manufacturing method of the nozzle plate 1, and FIGS. 9 and 10 are cross-sectional views of the manufacturing process showing the manufacturing method of the cavity plate 2 and the electrode substrate 3. Here, a method of manufacturing the cavity plate 2 after bonding the silicon substrate 200 to the electrode substrate 3 will be mainly shown.
First, a method for manufacturing the nozzle plate 1 will be described.

(1)ノズルプレート1の製造方法
まず、被加工基板として、例えば厚さが280μmのシリコン基板100を用意し、このシリコン基板100の全面に膜厚1μmのSiO2膜101を均一に成膜する(図4(A))。このSiO2膜101は、例えば熱酸化装置にシリコン基板100をセットし、酸化温度1075℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中で4時間熱酸化処理を行うことにより形成する。SiO2膜101はシリコンの耐エッチング材として使用するものである。
(1) Manufacturing Method of Nozzle Plate 1 First, as a substrate to be processed, for example, a silicon substrate 100 having a thickness of 280 μm is prepared, and a SiO 2 film 101 having a thickness of 1 μm is uniformly formed on the entire surface of the silicon substrate 100. (FIG. 4 (A)). The SiO 2 film 101 is formed, for example, by setting the silicon substrate 100 in a thermal oxidation apparatus and performing a thermal oxidation process for 4 hours in an oxygen and water vapor mixed atmosphere at an oxidation temperature of 1075 ° C. The SiO 2 film 101 is used as an etching resistant material for silicon.

次に、シリコン基板100の一方の面(キャビティプレート2と接合する側の面で、以下、「接合側の面」とも呼ぶ)100bのSiO2膜101上にレジスト102をコーティングし、その接合側の面100bに、ノズル孔11の導入口部分11bとなる部分105bをパターニングして、導入口部分11bとなる部分105bのレジスト102を除去する(図4(B))。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を1対6で混合した緩衝フッ酸水溶液でSiO2膜101をハーフエッチングし、導入口部分11bとなる部分105bのSiO2膜101を薄くする(図4(C))。このとき、レジスト102の形成されていない面(吐出側の面すなわち吐出面)100aのSiO2膜101もエッチングされて厚さが薄くなる。
その後、上記レジスト102を硫酸洗浄などにより剥離する(図4(D))。
Next, a resist 102 is coated on the SiO 2 film 101 of one surface of the silicon substrate 100 (the surface that is bonded to the cavity plate 2, hereinafter also referred to as “bonded surface”) 100 b, On the surface 100b, a portion 105b that becomes the inlet portion 11b of the nozzle hole 11 is patterned to remove the resist 102 of the portion 105b that becomes the inlet portion 11b (FIG. 4B).
Then, for example, half-etching the SiO 2 film 101 with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution prepared by mixing an aqueous solution with an ammonium fluoride aqueous solution of hydrofluoric acid in a one-to-6, to reduce the SiO 2 film 101 of the portion 105b of the inlet port portion 11b (FIG. 4 (C)). At this time, the SiO 2 film 101 on the surface where the resist 102 is not formed (surface on the ejection side, that is, the ejection surface) 100a is also etched to reduce the thickness.
Thereafter, the resist 102 is removed by washing with sulfuric acid or the like (FIG. 4D).

次に、レジスト102を剥離後、再度シリコン基板100の接合側の面100bにレジスト106をコーティングし、接合側の面100bにノズル孔11の噴射口部分11aとなる部分105aをパターニングして、噴射口部分11aとなる部分105aのレジスト106を除去する(図5(E))。   Next, after removing the resist 102, the resist 106 is coated again on the bonding-side surface 100 b of the silicon substrate 100, and the portion 105 a that becomes the injection port portion 11 a of the nozzle hole 11 is patterned on the bonding-side surface 100 b and sprayed. The resist 106 in the portion 105a that becomes the mouth portion 11a is removed (FIG. 5E).

そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を1対6で混合した緩衝フッ酸水溶液でSiO2膜101をエッチングして、噴射口部分11aとなる部分105aのSiO2膜101を開口する(図5(F))。このとき、反対の吐出側の面100aのSiO2膜101はエッチングされて完全に除去される。
次に、SiO2膜101の開口が終わったら、レジスト106を硫酸洗浄などにより剥離する(図5(G))。
Then, for example, the SiO 2 film 101 is etched with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution in which a hydrofluoric acid aqueous solution and an ammonium fluoride aqueous solution are mixed in a ratio of 1: 6 to open the SiO 2 film 101 of the portion 105a to be the injection port portion 11a (FIG. 5 (F)). At this time, the SiO 2 film 101 on the opposite discharge side surface 100a is etched and completely removed.
Next, when the opening of the SiO 2 film 101 is completed, the resist 106 is removed by washing with sulfuric acid or the like (FIG. 5G).

次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)放電によるドライエッチングによってSiO2膜101の開口部を、例えば深さ25μmで垂直に異方性ドライエッチングして、ノズル孔11の噴射口部分11aとなる第1の凹部107を形成する(図5(H))。この場合、エッチングガスとして、例えば、C48(フッ化炭素)、SF6(フッ化硫黄)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、C48は第1の凹部107の側面方向にエッチングが進行しないように第1の凹部107の側面を保護するために使用し、SF6は第1の凹部107の垂直方向のエッチングを促進するために使用する。 Next, the dry etching by ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge performs anisotropic dry etching of the opening portion of the SiO 2 film 101 at a depth of, for example, 25 μm vertically to form the injection port portion 11 a of the nozzle hole 11. The recess 107 is formed (FIG. 5H). In this case, for example, C 4 F 8 (carbon fluoride) and SF 6 (sulfur fluoride) may be used as the etching gas, and these etching gases may be used alternately. Here, C 4 F 8 is used to protect the side surface of the first concave portion 107 so that the etching does not proceed in the side direction of the first concave portion 107, and SF 6 is used in the vertical direction of the first concave portion 107. Used to promote etching.

次に、ノズル孔11の導入口部分11bとなる部分105bのSiO2膜101のみが無くなるように、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を1対6で混合した緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングする(図6(I))。
そして、再度ICP放電によるドライエッチングによりSiO2膜101の開口部を、例えば40μmの深さで垂直に異方性ドライエッチングし、導入口部分11bとなる第2の凹部108を形成する(図6(J))。
Next, half etching is performed with, for example, a buffered hydrofluoric acid solution in which a hydrofluoric acid aqueous solution and an ammonium fluoride aqueous solution are mixed 1: 6 so that only the SiO 2 film 101 of the portion 105b which becomes the introduction port portion 11b of the nozzle hole 11 is eliminated. (FIG. 6 (I)).
Then, the opening of the SiO 2 film 101 is again anisotropically dry etched at a depth of, for example, 40 μm by dry etching using ICP discharge to form the second recess 108 that becomes the inlet portion 11b (FIG. 6). (J)).

次に、シリコン基板100の表面に残るSiO2膜101をフッ酸水溶液で除去した後、シリコン基板100を熱酸化装置にセットし、酸化温度1075℃、酸化時間4時間、水蒸気と酸素の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、ICPドライエッチング装置で加工した噴射口部分11aとなる第1の凹部107および導入口部分11bとなる第2の凹部108の側面と底面に、膜厚0.1μmのSiO2膜110を均一に成膜する(図6(K))。 Next, after the SiO 2 film 101 remaining on the surface of the silicon substrate 100 is removed with an aqueous hydrofluoric acid solution, the silicon substrate 100 is set in a thermal oxidation apparatus, an oxidation temperature of 1075 ° C., an oxidation time of 4 hours, and a mixed atmosphere of water vapor and oxygen. The film is formed on the side and bottom surfaces of the first recess 107 serving as the injection port portion 11a and the second recess 108 serving as the introduction port portion 11b processed by the ICP dry etching apparatus. A 1 μm thick SiO 2 film 110 is uniformly formed (FIG. 6K).

そして、シリコン基板100の両面の全面に、後述する樹脂層402との接着力が弱い弱接着性層を形成する方法として、例えば撥インク処理を施す。この場合、例えば、フッ素(F)原子を含む撥インク性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥インク層111を形成する(図6(L))。撥インク層111は第1の凹部107および第2の凹部108の側面と底面にも形成される。   For example, an ink repellent treatment is performed as a method of forming a weak adhesive layer having a weak adhesive force with a resin layer 402 described later on both surfaces of the silicon substrate 100. In this case, for example, an ink repellent material containing fluorine (F) atoms is formed by vapor deposition or dipping to form the ink repellent layer 111 (FIG. 6L). The ink repellent layer 111 is also formed on the side and bottom surfaces of the first recess 107 and the second recess 108.

次に、例えばガラス等の透明材料からなる支持基板400に剥離層401をスピンコートし、その上に樹脂層402をスピンコートする。そして、この支持基板400の剥離層401および樹脂層402をスピンコートした面と、シリコン基板100の第1の凹部107、第2の凹部108が形成されている面を向かい合わせ、樹脂層402の樹脂が軟化状態にあるときに、例えば真空圧が0.1〜0.2Paの真空中で支持基板400とシリコン基板100を貼り合わせる(図7(M))。その後、真空チャンバ内を大気開放することにより、軟化状態の樹脂が第1の凹部107および第2の凹部108の内部に充填される。その後、樹脂層402を硬化させる。このように支持基板400とシリコン基板100の貼り合わせを真空下で行うことにより、第1の凹部107および第2の凹部108内に樹脂を完全に充填することができ、気泡等の残留を防止することができる。   Next, a peeling layer 401 is spin-coated on a support substrate 400 made of a transparent material such as glass, and a resin layer 402 is spin-coated thereon. Then, the surface of the support substrate 400 on which the release layer 401 and the resin layer 402 are spin-coated and the surface of the silicon substrate 100 on which the first concave portion 107 and the second concave portion 108 are formed face each other. When the resin is in a softened state, for example, the support substrate 400 and the silicon substrate 100 are bonded together in a vacuum with a vacuum pressure of 0.1 to 0.2 Pa (FIG. 7M). Thereafter, the interior of the first recess 107 and the second recess 108 is filled with the softened resin by opening the vacuum chamber to the atmosphere. Thereafter, the resin layer 402 is cured. Thus, by bonding the support substrate 400 and the silicon substrate 100 under vacuum, the resin can be completely filled in the first recess 107 and the second recess 108, and the remaining of bubbles and the like is prevented. can do.

ここで、上記の剥離層401と樹脂層402について説明する。
剥離層401は、レーザ光等の光を当てることにより剥離層401内部やシリコン基板100との界面において剥離(層内剥離または界面剥離という)を生じる機能を有するものである。すなわち、剥離層401は、一定の強度の光を受けることにより剥離層401を構成する材料の原子または分子間の結合力が消失もしくは減少することにより、アブレーション(ablation、切除または除去)を生じ、剥離しやすくなるものである。また、剥離層401は、一定の強度の光を受けることにより、剥離層401を構成する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401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。これにより、以下の図8(N)の工程において薄板化されたシリコン基板100から支持基板400を取り外すことができる。
Here, the release layer 401 and the resin layer 402 will be described.
The peeling layer 401 has a function of causing peeling (referred to as intra-layer peeling or interface peeling) inside the peeling layer 401 or at the interface with the silicon substrate 100 by applying light such as laser light. That is, the release layer 401 is ablated (ablated or removed) due to loss or reduction of the bonding force between atoms or molecules of the material constituting the release layer 401 by receiving light of a certain intensity. It becomes easy to peel. In addition, the release layer 401 receives light of a certain intensity, so that the components in the material constituting the release layer 401 are released as a gas and are separated. In some cases, the vapor is released to cause separation. Thereby, the support substrate 400 can be removed from the silicon substrate 100 thinned in the process of FIG.

なお、支持基板400は、光を透過する材料(例えばガラス等)を用いるのが望ましい。これによりシリコン基板100から支持基板400を剥離するときに、支持基板400の裏面(シリコン基板100が貼り合わされた面の反対面)から剥離層401に光を照射して十分な剥離エネルギーを与えることが可能となる。また、レーザ光等の光を支持基板400の裏面から2次元的にスキャンすることによりシリコン基板100から支持基板400を容易に剥離することができる。   Note that the support substrate 400 is preferably formed using a light-transmitting material (eg, glass). Thus, when the support substrate 400 is peeled from the silicon substrate 100, the release layer 401 is irradiated with light from the back surface of the support substrate 400 (the surface opposite to the surface on which the silicon substrate 100 is bonded) to give sufficient peeling energy. Is possible. Further, the support substrate 400 can be easily peeled from the silicon substrate 100 by two-dimensionally scanning light such as laser light from the back surface of the support substrate 400.

剥離層401を構成する材料は、前述のような機能を有するものであれば特に限定はされない。具体的には、例えば、非晶質シリコン(a−Si、アモルファスシリコン)、酸化ケイ素もしくはケイ酸化合物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化セラミックス、光の照射によって原子間結合が切断される有機高分子材料、金属、例えば、Al、Li、Ti、Mn、In、Sn、Y、La、Ce、Nd、Pr、GdもしくはSm、またはこれらの金属のうち少なくとも一種を含む合金が挙げられる。これらの中でも、剥離層401の構成材料としては非晶質シリコン(a−Si)を用いるのが好ましく、この非晶質シリコンの中に水素(H)が含まれているものがさらに好ましい。このような材料を用いることにより、剥離層401が光を受けた場合に水素が放出されて剥離層401に内圧が発生し、剥離を促進させることができる。この場合、剥離層401の水素の含有量は、2at%程度以上であることが好ましく、2〜20%at%であるとさらに好ましい。また、水素の含有量は、剥離層401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。   The material constituting the release layer 401 is not particularly limited as long as it has the functions described above. Specifically, for example, amorphous silicon (a-Si, amorphous silicon), silicon oxide or silicate compound, nitride ceramics such as silicon nitride, aluminum nitride, and titanium nitride, the interatomic bond is broken by light irradiation. Organic polymer materials, metals such as Al, Li, Ti, Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd, or Sm, or alloys containing at least one of these metals. . Among these, as a constituent material of the peeling layer 401, amorphous silicon (a-Si) is preferably used, and the amorphous silicon containing hydrogen (H) is more preferable. By using such a material, when the peeling layer 401 receives light, hydrogen is released and an internal pressure is generated in the peeling layer 401, so that peeling can be promoted. In this case, the hydrogen content in the release layer 401 is preferably about 2 at% or more, and more preferably 2 to 20% at%. In addition, the hydrogen content is the film formation conditions of the release layer 401, for example, when using the CVD method, the gas composition, gas pressure, gas atmosphere, gas flow rate, gas temperature, substrate temperature, input power, etc. It can be adjusted by appropriately setting the conditions.

樹脂層402は、シリコン基板100の凹凸を吸収し、かつシリコン基板100と支持基板400とを接合する機能を有するものである。樹脂層402を構成する材料としては、シリコン基板100と支持基板400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、各種の樹脂を用いることができる。より具体的には、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を用いることができる。また、樹脂層402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ものが好ましい。これにより、シリコン基板100をドライエッチングにより薄板化してノズル孔を形成するような場合には、樹脂層402をエッチングの停止層として、シリコン基板100を完全に貫通させてノズル孔を形成することができる。また、樹脂層402は、加工時において、シリコン基板100と支持基板400との材料の違いによる線膨張係数の違いによって、これらに生じる応力を緩和する作用も有する。   The resin layer 402 has a function of absorbing unevenness of the silicon substrate 100 and bonding the silicon substrate 100 and the support substrate 400 together. The material constituting the resin layer 402 is not particularly limited as long as it has a function of bonding the silicon substrate 100 and the support substrate 400, and various resins can be used. More specifically, for example, a curable adhesive such as a thermosetting adhesive or a photocurable adhesive can be used. In addition, the resin layer 402 is preferably composed mainly of a material having high dry etching resistance. Thus, when the silicon substrate 100 is thinned by dry etching to form the nozzle hole, the nozzle hole can be formed by completely penetrating the silicon substrate 100 using the resin layer 402 as an etching stop layer. it can. In addition, the resin layer 402 also has an action of relaxing stress generated in the resin layer 402 due to a difference in coefficient of linear expansion due to a difference in material between the silicon substrate 100 and the support substrate 400 during processing.

なお、本実施形態では、剥離層401と樹脂層402は別々の層として形成されているが、これらの層を1つの層から構成するようにしてもよい。例えば、シリコン基板100と支持基板400とを接合する層として、接着力(接合力)を有しかつ光エネルギー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。なお、このような機能を有する材料については、例えば特開2002−373871号公報に記載の材料を適用することができる。   In the present embodiment, the release layer 401 and the resin layer 402 are formed as separate layers, but these layers may be configured as a single layer. For example, as a layer for bonding the silicon substrate 100 and the support substrate 400, a layer having an adhesive force (bonding force) and an effect of causing peeling by light energy, thermal energy, or the like (an effect of reducing the bonding force) is used. May be. In addition, about the material which has such a function, the material of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-338771 is applicable, for example.

再び図7を参照して製造工程の説明に戻る。図7(M)において、シリコン基板100と支持基板400を貼り合わせた後に、シリコン基板100の吐出面側からバックグラインダーや、ポリッシャー、あるいはCMP(Chemical Mechanical Polishing)装置等によって研磨加工を行い、第1の凹部107の先端のSiO2膜110を除去し先端部が開口するまでシリコン基板100を薄く(薄板化)する(図7(N))。なおこのとき、例えばバックグラインダーで第1の凹部107の先端のSiO2膜110付近までシリコン基板100を研削して薄板化し、その後仕上げをポリッシャーまたはCMP装置によって行うようにすれば、シリコン基板100の表面を鏡面状に高精度に仕上げることができる。さらにまた、この薄板化工程では、第1の凹部107および第2の凹部108の内部は、樹脂層402の樹脂が充填されて保護されているため、例えばCMP加工後に第1の凹部107等の内部に研磨材が入り込むようなことはなく、したがって研磨材の水洗除去工程などは必要が無い。また、シリコン基板100を薄板化するその他の方法として、第1の凹部107の先端部の開口をドライエッチングで行っても良い。この場合、例えば、SF6をエッチングガスとするドライエッチングで、第1の凹部107の先端部付近までシリコン基板100を薄くし、第1の凹部107の先端部のSiO2膜110が表面に露出したならそのSiO2膜110をCF4またはCHF3等をエッチングガスとするドライエッチングで除去してもよい。またこのとき、樹脂層402が前述のようにエッチングの停止層として働く。 Returning to the description of the manufacturing process again with reference to FIG. In FIG. 7M, after the silicon substrate 100 and the support substrate 400 are bonded together, polishing is performed from the discharge surface side of the silicon substrate 100 by a back grinder, a polisher, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus, or the like. The SiO 2 film 110 at the tip of one recess 107 is removed, and the silicon substrate 100 is thinned (thinned) until the tip opens (FIG. 7N). At this time, for example, if the silicon substrate 100 is ground and thinned to the vicinity of the SiO 2 film 110 near the tip of the first recess 107 with a back grinder, and then finishing is performed by a polisher or a CMP apparatus, the silicon substrate 100 The surface can be mirror-finished with high accuracy. Furthermore, in this thinning step, the inside of the first recess 107 and the second recess 108 is protected by being filled with the resin of the resin layer 402. The abrasive does not enter the inside, and therefore there is no need for a water washing removal process of the abrasive. As another method for thinning the silicon substrate 100, the opening of the tip of the first recess 107 may be performed by dry etching. In this case, for example, by dry etching using SF 6 as an etching gas, the silicon substrate 100 is thinned to the vicinity of the tip of the first recess 107, and the SiO 2 film 110 at the tip of the first recess 107 is exposed to the surface. Then, the SiO 2 film 110 may be removed by dry etching using CF 4 or CHF 3 as an etching gas. At this time, the resin layer 402 serves as an etching stop layer as described above.

次に、シリコン基板100のインク吐出面に、例えばスパッタ装置でSiO2膜からなる耐インク保護膜112を0.1μmの厚さで成膜する(図7(O))。ここで、SiO2膜の成膜は、樹脂層402が劣化しない温度(200℃程度)以下で実施できれば良く、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐インク性等を考慮すると緻密な膜を形成する必要があり、ECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが望ましい。 Next, an ink-resistant protective film 112 made of a SiO 2 film is formed to a thickness of 0.1 μm on the ink ejection surface of the silicon substrate 100 by using, for example, a sputtering apparatus (FIG. 7O). Here, the formation of the SiO 2 film is not limited to the sputtering method as long as it can be performed at a temperature (about 200 ° C.) or less at which the resin layer 402 does not deteriorate. However, in consideration of ink resistance and the like, it is necessary to form a dense film, and it is desirable to use an apparatus capable of forming a dense film at room temperature, such as an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering apparatus.

次に、シリコン基板100の耐インク保護膜112の表面に再度撥インク処理を施す(図7(P))。例えば、フッ素原子を含む撥インク性を持った材料を蒸着やディッピング等で成膜し、撥インク膜113を形成する。このとき、第1の凹部107および第2の凹部108の内部は、樹脂層402の樹脂が充填されて保護されているため、吐出面の表面のみが選択的に撥インク処理される。   Next, the surface of the ink-resistant protective film 112 of the silicon substrate 100 is again subjected to ink repellent treatment (FIG. 7P). For example, an ink-repellent material containing fluorine atoms is formed by vapor deposition or dipping to form the ink-repellent film 113. At this time, since the inside of the first recess 107 and the second recess 108 is protected by being filled with the resin of the resin layer 402, only the surface of the ejection surface is selectively subjected to ink repellent treatment.

次に、支持基板400の裏面側からレーザー光等を照射し、剥離層401の部分から支持基板400を剥離する(図8(Q))。
そして、樹脂層402を外周部から接着テープ等を用いてゆっくりと引き剥がし、シリコン基板100から樹脂層402を剥離する(図8(R))。このとき、シリコン基板100の支持基板400との貼り合わせ面および第1の凹部107、第2の凹部108の内面にはフッ素原子を含む撥インク層111が形成されているため、樹脂層402との剥離抵抗を小さくすることができ、シリコン基板100の割れや欠けなどの破損がなく、かつシリコン基板100の貼り合わせ面や第1の凹部107、第2の凹部108内への樹脂の残留もなく、樹脂層402を容易に剥離することができる。
Next, laser light or the like is irradiated from the back surface side of the support substrate 400, and the support substrate 400 is peeled off from the peeling layer 401 (FIG. 8Q).
Then, the resin layer 402 is slowly peeled off from the outer periphery using an adhesive tape or the like, and the resin layer 402 is peeled from the silicon substrate 100 (FIG. 8R). At this time, since the ink repellent layer 111 containing fluorine atoms is formed on the bonding surface of the silicon substrate 100 to the support substrate 400 and the inner surfaces of the first recess 107 and the second recess 108, the resin layer 402 The peeling resistance of the silicon substrate 100 can be reduced, there is no breakage such as cracking or chipping of the silicon substrate 100, and resin remains in the bonding surface of the silicon substrate 100, the first recess 107, or the second recess 108. The resin layer 402 can be easily peeled off.

次に、ノズル孔11となる第1の凹部107および第2の凹部108内の撥インク層111を除去するため、例えばドライエッチング装置にセットし、例えばアルゴンガスのプラズマ処理によりノズル孔11内の撥インク層111を除去する(図8(S))。なお、アルゴンガスの代わりに、酸素や炭酸ガス等の活性ガス、ヘリウム等の不活性ガスを用いることもできる。   Next, in order to remove the ink repellent layer 111 in the first concave portion 107 and the second concave portion 108 to be the nozzle hole 11, for example, it is set in a dry etching apparatus, and the inside of the nozzle hole 11 is formed by, for example, argon gas plasma treatment The ink repellent layer 111 is removed (FIG. 8S). Instead of argon gas, an active gas such as oxygen or carbon dioxide gas or an inert gas such as helium can be used.

以上により、噴射口部分11aとこれより径の大きい導入口部分11bとからなるノズル孔11を有し、かつ所要の厚さに薄板化されたノズルプレート1(シリコン基板100)が作製される。
なお、ノズルプレート1の吐出面の撥インク処理をしない場合は、図7(O)〜(P)の工程を省略してよい。また、本実施形態のノズルプレート1の製造方法では、単結晶のシリコン基板の代わりに、硼珪酸系のガラス基板を用いることもできる。
As described above, the nozzle plate 1 (silicon substrate 100) having the nozzle hole 11 including the injection port portion 11a and the inlet port portion 11b having a larger diameter and having a reduced thickness is manufactured.
If the ink-repellent process is not performed on the ejection surface of the nozzle plate 1, the steps of FIGS. 7O to 7P may be omitted. In the method for manufacturing the nozzle plate 1 of the present embodiment, a borosilicate glass substrate can be used instead of the single crystal silicon substrate.

以上のように、本実施形態のノズルプレート1の製造方法によれば、ノズル孔11の噴射口部分11aとなる第1の凹部107と導入口部分11bとなる第2の凹部108を予めシリコン基板100に形成しておき、このシリコン基板100を支持基板400に樹脂層402で貼り合わせる際に、その貼り合わせを真空雰囲気下で行うため、第1および第2の凹部内にも樹脂を完全に充填することができる。そのため、シリコン基板100を薄板化する工程において、第1の凹部107の先端すなわちノズル先端の欠けをなくすことができるとともに、シリコン基板研削時に研磨材などの異物のノズル孔内への進入を阻止することができる。   As described above, according to the method of manufacturing the nozzle plate 1 of the present embodiment, the first recess 107 serving as the injection port portion 11a of the nozzle hole 11 and the second recess 108 serving as the introduction port portion 11b are previously formed on the silicon substrate. When the silicon substrate 100 is bonded to the support substrate 400 with the resin layer 402, the bonding is performed in a vacuum atmosphere. Therefore, the resin is completely contained in the first and second recesses. Can be filled. Therefore, in the step of thinning the silicon substrate 100, the tip of the first recess 107, that is, the tip of the nozzle can be eliminated, and foreign substances such as abrasives can be prevented from entering the nozzle hole during grinding of the silicon substrate. be able to.

さらに、シリコン基板100から支持基板400を、ついで樹脂層402を剥離する際に、シリコン基板の貼り合わせ面および第1、第2の凹部内に撥インク層111が形成されているため、樹脂層402をシリコン基板から容易に剥離することができ、薄板化されたシリコン基板の割れなどの破損を生じることはなく、さらには樹脂が第1、第2の凹部内にも、かつシリコン基板の貼り合わせ面にも残存することはない。そのため、ノズルプレートの製造上の歩留まりが飛躍的に向上する効果がある。   Furthermore, when the support substrate 400 and then the resin layer 402 are peeled from the silicon substrate 100, the ink repellent layer 111 is formed in the bonding surface of the silicon substrate and the first and second recesses. 402 can be easily peeled off from the silicon substrate, and there is no damage such as cracking of the thinned silicon substrate. Further, the resin can be put into the first and second recesses and the silicon substrate can be attached. It does not remain on the mating surface. Therefore, there is an effect that the manufacturing yield of the nozzle plate is dramatically improved.

さらに、吐出面の撥インク処理を行う必要がある場合であっても、第1、第2の凹部内に充填されている樹脂が保護膜の役割を果たすため、ノズル孔内に余分な撥インク膜の形成を阻止することができる。そのため、吐出面の撥インク処理の信頼性が著しく向上する効果がある。   Further, even when it is necessary to perform the ink repellent treatment on the ejection surface, the resin filled in the first and second recesses serves as a protective film, so that extra ink repellent in the nozzle hole. Formation of the film can be prevented. Therefore, there is an effect that the reliability of the ink repellent treatment on the ejection surface is remarkably improved.

また、一旦第1および第2の凹部内に形成された撥インク層111を除去する必要がある場合は、ドライエッチング装置によるArやO2のプラズマ処理により撥インク層111を容易に除去することができるので、薬液処理などによる除去工程が不要なため生産性が向上するとともに、吐出面の撥インク膜113にダメージを与えることなく処理できる効果がある。 If it is necessary to remove the ink repellent layer 111 once formed in the first and second recesses, the ink repellent layer 111 can be easily removed by plasma treatment of Ar or O 2 with a dry etching apparatus. Therefore, there is no need for a removal step such as chemical treatment, so that productivity is improved and processing can be performed without damaging the ink repellent film 113 on the ejection surface.

(2)キャビティプレート2および電極基板3の製造方法
ここでは、電極基板3にシリコン基板200を接合した後、そのシリコン基板200からキャビティプレート2を製造する方法について図9、図10を参照して簡単に説明する。
(2) Manufacturing Method of Cavity Plate 2 and Electrode Substrate 3 Here, a method of manufacturing the cavity plate 2 from the silicon substrate 200 after bonding the silicon substrate 200 to the electrode substrate 3 will be described with reference to FIGS. Briefly described.

電極基板3は以下のようにして製造される。
まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約1mmのガラス基板300に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより凹部32を形成する。なお、この凹部32は個別電極31の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極31ごとに複数形成される。
そして、凹部32の内部に、例えばスパッタによりITO(Indium Tin Oxide)からなる個別電極31を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔34となる孔部34aを形成することにより、電極基板3が作製される(図9(A))。
The electrode substrate 3 is manufactured as follows.
First, a concave portion 32 is formed by etching a glass substrate 300 made of borosilicate glass or the like with a plate thickness of about 1 mm with hydrofluoric acid using, for example, a gold / chromium etching mask. Note that the recess 32 has a groove shape slightly larger than the shape of the individual electrode 31, and a plurality of the recesses 32 are formed for each individual electrode 31.
Then, an individual electrode 31 made of ITO (Indium Tin Oxide) is formed inside the recess 32 by sputtering, for example.
Thereafter, the hole 34a to be the ink supply hole 34 is formed by a drill or the like, whereby the electrode substrate 3 is manufactured (FIG. 9A).

次に、厚さが例えば525μmのシリコン基板200の両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板200の片面にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって厚さ0.1μmのTEOSからなるシリコン酸化膜(絶縁膜)28を形成する(図9(B))。なお、シリコン基板200を形成する前に、エッチングストップ技術を利用し振動板22の厚みを高精度に形成するためのボロンドープ層を形成するようにしてもよい。エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。   Next, after both surfaces of the silicon substrate 200 having a thickness of, for example, 525 μm are mirror-polished, a silicon oxide film (insulating film) made of TEOS having a thickness of 0.1 μm is formed on one surface of the silicon substrate 200 by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). 28 is formed (FIG. 9B). Note that before the silicon substrate 200 is formed, a boron doped layer for forming the thickness of the diaphragm 22 with high accuracy may be formed using an etching stop technique. Etching stop is defined as a state in which bubbles generated from the etching surface are stopped, and in actual wet etching, it is determined that the etching is stopped when the generation of bubbles is stopped.

そして、このシリコン基板200と、図9(A)のように作製された電極基板3を、例えば360℃に加熱し、シリコン基板200に陽極を、電極基板3を陰極に接続して800V程度の電圧を印加して陽極接合により接合する(図9(C))。
シリコン基板200と電極基板3を陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で接合状態のシリコン基板200をエッチングすることにより、シリコン基板200の厚さを例えば140μmになるまで薄板化する(図9(D))。
Then, the silicon substrate 200 and the electrode substrate 3 manufactured as shown in FIG. 9A are heated to, for example, 360 ° C., and the anode is connected to the silicon substrate 200 and the electrode substrate 3 is connected to the cathode, and the voltage is about 800V. A voltage is applied to join by anodic bonding (FIG. 9C).
After anodic bonding of the silicon substrate 200 and the electrode substrate 3, the silicon substrate 200 in a bonded state is etched with an aqueous potassium hydroxide solution or the like, thereby reducing the thickness of the silicon substrate 200 to, for example, 140 μm (FIG. 9 ( D)).

次に、シリコン基板200の上面(電極基板3が接合されている面と反対側の面)の全面にプラズマCVDによって例えば厚さ0.1μmのTEOS膜を形成する。
そして、このTEOS膜に、吐出室21となる凹部25、オリフィス23となる凹部26、およびリザーバ24となる凹部27を形成するためのレジストをパターニングし、これらの部分のTEOS膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基板200を水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、上記の各凹部25〜27を形成する(図10(E))。このとき、配線のための電極取り出し部30となる部分もエッチングして薄板化しておく。なお、図10(E)のウェットエッチングの工程では、例えば初めに35重量%の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後3重量%の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板22の面荒れを抑制することができる。
Next, a TEOS film having a thickness of, for example, 0.1 μm is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 200 (the surface opposite to the surface to which the electrode substrate 3 is bonded) by plasma CVD.
Then, the TEOS film is patterned with a resist for forming a recess 25 to be the discharge chamber 21, a recess 26 to be the orifice 23, and a recess 27 to be the reservoir 24, and the TEOS film in these portions is removed by etching.
Then, each said recessed part 25-27 is formed by etching the silicon substrate 200 with potassium hydroxide aqueous solution etc. (FIG.10 (E)). At this time, the portion that becomes the electrode extraction portion 30 for wiring is also etched and thinned. In the wet etching step of FIG. 10E, for example, a 35% by weight potassium hydroxide aqueous solution can be used first, and then a 3% by weight potassium hydroxide aqueous solution can be used. Thereby, surface roughness of the diaphragm 22 can be suppressed.

シリコン基板200のエッチングが終了した後に、フッ酸水溶液でエッチングすることによりシリコン基板200の上面に形成されているTEOS膜を除去する(図10(F))。
次に、シリコン基板200の吐出室21となる凹部25等が形成された面に、プラズマCVDによりTEOS膜(絶縁膜28)を例えば厚さ0.1μmで形成する(図10(G))。
その後、RIE(Reactive Ion Etching)等によって電極取り出し部30を開放する。また、電極基板3のインク供給孔34となる孔部からレーザ加工を施してシリコン基板200のリザーバ24となる凹部27の底部を貫通させ、インク供給孔34を形成する(図10(H))。また、振動板22と個別電極31の間の電極間ギャップの開放端部をエポキシ樹脂等の封止材(図示せず)を充填することにより封止する。また、図1、図2に示すように共通電極29がスパッタによりシリコン基板200の上面(ノズルプレート1との接合側の面)の端部に形成される。
After the etching of the silicon substrate 200 is completed, the TEOS film formed on the upper surface of the silicon substrate 200 is removed by etching with a hydrofluoric acid aqueous solution (FIG. 10F).
Next, a TEOS film (insulating film 28) is formed to a thickness of, for example, 0.1 μm by plasma CVD on the surface of the silicon substrate 200 where the recesses 25 to be the discharge chambers 21 are formed (FIG. 10G).
Thereafter, the electrode extraction unit 30 is opened by RIE (Reactive Ion Etching) or the like. Further, laser processing is performed from the hole portion that becomes the ink supply hole 34 of the electrode substrate 3 to penetrate the bottom portion of the concave portion 27 that becomes the reservoir 24 of the silicon substrate 200, thereby forming the ink supply hole 34 (FIG. 10H). . Further, the open end portion of the interelectrode gap between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 is sealed by filling a sealing material (not shown) such as an epoxy resin. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the common electrode 29 is formed on the end of the upper surface of the silicon substrate 200 (the surface on the bonding side with the nozzle plate 1) by sputtering.

以上により、電極基板3に接合した状態のシリコン基板200からキャビティプレート2が作製される。
そして最後に、このキャビティプレート2に、前述のように作製されたノズルプレート1を接着等により接合することにより、図2に示したインクジェットヘッド10の本体部が作製される。
As described above, the cavity plate 2 is manufactured from the silicon substrate 200 bonded to the electrode substrate 3.
Finally, the main body of the inkjet head 10 shown in FIG. 2 is manufactured by joining the nozzle plate 1 manufactured as described above to the cavity plate 2 by bonding or the like.

本実施形態のインクジェットヘッド10の製造方法によれば、キャビティプレート2を、予め作製された電極基板3に接合した状態のシリコン基板200から作製するものであるので、その電極基板3によりキャビティプレート2を支持した状態となるため、キャビティプレート2を薄板化しても、割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。したがって、キャビティプレート2を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。   According to the method for manufacturing the inkjet head 10 of the present embodiment, the cavity plate 2 is produced from the silicon substrate 200 bonded to the electrode substrate 3 produced in advance. Therefore, even if the cavity plate 2 is thinned, it is not cracked or chipped, and handling becomes easy. Therefore, the yield is improved as compared with the case where the cavity plate 2 is manufactured alone.

上記の実施形態では、インクジェットヘッドおよびそのノズルプレート、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンタのほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。   In the above embodiment, the inkjet head, its nozzle plate, and the manufacturing method thereof have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention. Can do. For example, by changing the liquid material ejected from the nozzle holes, in addition to inkjet printers, the production of color filters for liquid crystal displays, the formation of light-emitting portions of organic EL display devices, the microarray of biomolecule solutions used for genetic testing, etc. It can be used as a droplet discharge device for various uses such as manufacture of

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an inkjet head according to an embodiment of the present invention. 図1の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head showing a schematic configuration of the right half of FIG. 1. 図2のインクジェットヘッドの上面図。FIG. 3 is a top view of the inkjet head of FIG. 2. ノズルプレートの製造方法を示す製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process which shows the manufacturing method of a nozzle plate. 図4に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 図5に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 図6に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 図7に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. キャビティプレートおよび電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process which shows the manufacturing method of a cavity plate and an electrode substrate. 図9に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズルプレート、2 キャビティプレート、3 電極基板、4 駆動制御回路、10 インクジェットヘッド、11 ノズル孔、11a 噴射口部分、11b 導入口部分、12 耐インク保護膜、13 撥インク膜、21 吐出室、22 振動板、23 オリフィス、24 リザーバ、25 凹部、26 凹部、27 凹部、28 絶縁膜、29 共通電極、30 電極取り出し部、31 個別電極、31a リード部、31b 端子部、32 凹部、34 インク供給孔、35 封止材、100 シリコン基板、101 SiO2膜、102 レジスト、106 レジスト、107 第1の凹部、108 第2の凹部、110 SiO2膜、111 撥インク層、112 耐インク保護膜、113 撥インク膜、200 シリコン基板、300 ガラス基板、400 支持基板、401 剥離層、402 樹脂層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle plate, 2 Cavity plate, 3 Electrode board | substrate, 4 Drive control circuit, 10 Inkjet head, 11 Nozzle hole, 11a Ejection port part, 11b Introduction port part, 12 Ink-resistant protective film, 13 Ink-repellent film, 21 Discharge chamber, 22 Diaphragm, 23 Orifice, 24 Reservoir, 25 Recess, 26 Recess, 27 Recess, 28 Insulating film, 29 Common electrode, 30 Electrode take-out part, 31 Individual electrode, 31a Lead part, 31b Terminal part, 32 Recess, 34 Ink supply Hole, 35 sealing material, 100 silicon substrate, 101 SiO 2 film, 102 resist, 106 resist, 107 first recess, 108 second recess, 110 SiO 2 film, 111 ink repellent layer, 112 ink resistant protective film, 113 Ink repellent film, 200 Silicon substrate, 300 Glass substrate, 400 Support substrate, 401 Peeling , 402 resin layer.

Claims (11)

被加工基板の一方の面に、液滴を吐出するためのノズル孔の噴射口部分となる第1の凹部と、導入口部分となる第2の凹部とを形成する工程と、
前記被加工基板の一方の面並びに前記第1および第2の凹部内に、樹脂との接着力の弱い弱接着性層を形成する工程と、
前記弱接着性層を形成した前記被加工基板の面に、前記樹脂を用いて支持基板を貼り合わせる工程と、
前記被加工基板を他方の面から所要の厚さに薄板化する工程と、
前記支持基板を前記被加工基板から剥離する工程と、
前記被加工基板から前記樹脂および前記弱接着性層を除去する工程と、
を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
Forming, on one surface of the substrate to be processed, a first recess serving as an injection port portion of a nozzle hole for discharging a droplet and a second recess serving as an introduction port portion;
Forming a weak adhesive layer having a low adhesive force with a resin in one surface of the substrate to be processed and the first and second recesses;
Bonding the support substrate to the surface of the substrate to be processed on which the weak adhesive layer has been formed using the resin;
Thinning the substrate to be processed to a required thickness from the other surface;
Peeling the support substrate from the substrate to be processed;
Removing the resin and the weak adhesive layer from the substrate to be processed;
A method for producing a nozzle plate, comprising:
前記被加工基板の他方の面の全面または少なくとも全ての前記ノズル孔を含む吐出面領域に、撥液膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項1記載のノズルプレートの製造方法。   2. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 1, further comprising a step of forming a liquid repellent film on the entire other surface of the substrate to be processed or on a discharge surface region including at least all of the nozzle holes. 前記撥液膜は、耐インク保護膜の上に形成されていることを特徴とする請求項2記載のノズルプレートの製造方法。 3. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 2, wherein the liquid repellent film is formed on an ink-resistant protective film . 前記支持基板に前記樹脂をコーティングし、該支持基板の貼り合わせを真空中で行うことにより前記樹脂が前記第1および第2の凹部内に充填されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。   4. The resin is filled in the first and second recesses by coating the resin on the support substrate and bonding the support substrate in a vacuum. The manufacturing method of the nozzle plate in any one of. 前記被加工基板から前記樹脂および前記弱接着性層を除去する工程において、前記樹脂を前記被加工基板から剥離した後、酸素、炭酸ガス等の活性ガス、またはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いたプラズマ処理によって、前記弱接着性層を前記第1および第2の凹部内から除去することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。   In the step of removing the resin and the weak adhesive layer from the substrate to be processed, after the resin is peeled from the substrate to be processed, an active gas such as oxygen or carbon dioxide, or an inert gas such as argon or helium is used. 5. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 1, wherein the weak adhesive layer is removed from the first and second recesses by the plasma treatment used. 6. 前記樹脂は、光の照射により分離する剥離層を介して前記支持基板にコーティングされていることを特徴とする請求項4記載のノズルプレートの製造方法。   5. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 4, wherein the resin is coated on the support substrate through a release layer that is separated by light irradiation. 前記被加工基板を薄板化する工程において、バックグラインダー、ポリッシャー、またはCMP装置によって前記彼加工基板を研磨加工することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。   The nozzle plate manufacturing method according to claim 1, wherein in the step of thinning the substrate to be processed, the processed substrate is polished by a back grinder, a polisher, or a CMP apparatus. 前記支持基板として、光透過性材料を用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。   The method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1, wherein a light transmissive material is used as the support substrate. 前記第1および第2の凹部は、ICP放電による異方性ドライエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。   9. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 1, wherein the first and second recesses are formed by anisotropic dry etching using ICP discharge. 前記異方性ドライエッチングを、エッチングガスとしてC48およびSF6を用いて行うことを特徴とする請求項9記載のノズルプレートの製造方法。 The anisotropic dry etching method according to claim 9, wherein the nozzle plate and performing using C 4 F 8 and SF 6 as an etching gas. 請求項1乃至10のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。   A method for manufacturing a droplet discharge head, wherein the droplet discharge head is manufactured using the method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1.
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