JP2006007459A - Functional element, its manufacturing method, fluid ejecting head, and printer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中空構造部分を有した機能素子およびその製造方法、並びに、その機能素子を用いて構成された流体吐出ヘッドおよび印刷装置に関する。 The present invention relates to a functional element having a hollow structure portion, a manufacturing method thereof, and a fluid discharge head and a printing apparatus configured using the functional element.
近年、薄膜形成技術により形成される、中空構造部分を有した機能素子が利用されつつある。「薄膜形成技術」とは、例えば半導体製造プロセスにてシリコン半導体基板に微細加工を施す際に用いられるもののように、蒸着、スパッタ、エッチング等を行って薄膜を形成するための技術をいう。また、「中空構造部分を有した機能素子」とは、中空構造部分の内部素子またはその構造部分の内面若しくは表面が、入力信号に対して何らかの応答を示すように構成された素子のことをいい、中空構造部分に何らかの気体、液体または固体が注入されている場合も含む。中空構造部分は、完全に密閉されている場合と、一部開放されている場合とがある。このような機能素子としては、例えばインクジェットヘッドを始めとする流体吐出装置、マイクロポンプ、μTAS(Micro Total Analysis Systems)、DNAチップ、その他、周波数フィルタ、各種センサやリレーを始めとするスイッチ等として用いられ得る、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)が知られている。ただし、ここでいう機能素子は、MEMSだけでなく、中空構造部分を有したものであれば、半導体素子、共振器、振動子、FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)、SAW(弾性表面波)フィルタ、ジャイロセンサ、液晶素子、有機電界発光素子、抵抗素子、リレー素子、LED(Light Emitting Diode)、レーザ素子、FED(Field Emission Display)等の光源素子、スピーカ素子、ダイアフラム型センサ(例えば、マイク、圧力センサ)、流路、管、撮像素子等の全てを含むものとする。 In recent years, functional elements having a hollow structure formed by a thin film forming technique are being used. The “thin film formation technique” refers to a technique for forming a thin film by performing vapor deposition, sputtering, etching, or the like, for example, as used when performing fine processing on a silicon semiconductor substrate in a semiconductor manufacturing process. The “functional element having a hollow structure part” means an element in which the internal element of the hollow structure part or the inner surface or surface of the structure part shows some response to an input signal. In addition, a case where any gas, liquid, or solid is injected into the hollow structure portion is included. The hollow structure portion may be completely sealed or may be partially opened. Examples of such functional elements are fluid ejection devices such as inkjet heads, micropumps, μTAS (Micro Total Analysis Systems), DNA chips, frequency filters, switches such as various sensors and relays, etc. So-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) are known. However, the functional element here is not only a MEMS but also a semiconductor element, a resonator, a vibrator, an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator), a SAW (surface acoustic wave) filter, Gyro sensor, liquid crystal element, organic electroluminescence element, resistance element, relay element, LED (Light Emitting Diode), laser element, FED (Field Emission Display) and other light source elements, speaker element, diaphragm type sensor (eg, microphone, pressure) Sensor), flow path, tube, imaging device, and the like.
ところで、上述した機能素子において、その中空構造部分は、一般に、犠牲層を除去した後に当該除去に利用した開口を封止することで形成される。詳しくは、例えばダイアフラム型半導体装置を例に挙げると、以下のような手順で形成することが知られている(例えば、特許文献1参照)。すなわち、シリコン基板の表面に第1耐エッチング層を積層し、その第1耐エッチング層の表面の所定領域に犠牲層となるエッチング層を積層する。そして、そのエッチング層の表面に微少な開口を多数もつ第2耐エッチング層を積層した後、第2耐エッチング層の開口群からエッチング層をエッチングする。この結果、第1耐エッチング層と第2耐エッチング層の間に空間が形成されることになる。その空間形成後は、第2耐エッチング層の表面に封止膜を積層して、第2耐エッチング層の微少な開口群を封止する。以上の手順を経て、第2耐エッチング層と封止膜によってダイアフラムが形成され、そのダイアフラムの内側に中空構造部分となる密封空間が形成されたダイアフラム構造が実現されるのである。 By the way, in the functional element described above, the hollow structure portion is generally formed by sealing the opening used for the removal after removing the sacrificial layer. Specifically, for example, when a diaphragm type semiconductor device is taken as an example, it is known to form in the following procedure (for example, see Patent Document 1). That is, a first etching resistant layer is laminated on the surface of the silicon substrate, and an etching layer that becomes a sacrificial layer is laminated in a predetermined region on the surface of the first etching resistant layer. And after laminating | stacking the 2nd etching-resistant layer which has many fine openings on the surface of the etching layer, an etching layer is etched from the opening group of a 2nd etching-resistant layer. As a result, a space is formed between the first etching resistant layer and the second etching resistant layer. After the formation of the space, a sealing film is laminated on the surface of the second etching resistant layer to seal a small opening group of the second etching resistant layer. Through the above procedure, a diaphragm structure is realized in which a diaphragm is formed by the second etching resistant layer and the sealing film, and a sealed space serving as a hollow structure portion is formed inside the diaphragm.
しかしながら、従来における機能素子では、中空構造部分を形成すべく、開口を封止する際に、ボイド(気泡)が発生してしまうおそれがある。これは、例えば開口の側壁部分に残ってしまう開口形成時の残渣物が封止膜成膜中の温度上昇によりガスを発生したり、陰の部分ができてボイドが残ったり(シャドウイング効果)、開口近傍における封止膜の成膜が容易でない(開口の側壁部分に成膜材料が堆積し難い)等の影響によるものである。このようなボイドの発生は、開口の封止を不完全なものとし、中空構造部分の形成を困難にしてしまい、機能素子の機能低下にも繋がってしまうものであるため、回避すべきである。 However, in the conventional functional element, there is a possibility that voids (bubbles) are generated when the opening is sealed to form the hollow structure portion. This is because, for example, the residue at the time of opening formation that remains on the side wall of the opening generates gas due to the temperature rise during the formation of the sealing film, or a shadow is created and a void remains (shadowing effect) This is because the sealing film is not easily formed in the vicinity of the opening (the film forming material is difficult to deposit on the side wall of the opening). The generation of such voids should be avoided because it makes the sealing of the opening incomplete, makes it difficult to form the hollow structure part, and leads to the functional deterioration of the functional element. .
そこで、本発明は、犠牲層を除去した後に開口を封止して中空構造部分を形成する場合であっても、当該開口の確実な封止を可能とし、その中空構造部分による機能実現の確実化を図ることのできる機能素子およびその製造方法、インクジェットヘッド、並びにインクジェットプリンタ装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention makes it possible to reliably seal the opening even when the opening is sealed after the sacrificial layer is removed to form a hollow structure, and the function can be reliably realized by the hollow structure. It is an object of the present invention to provide a functional element that can be realized, a manufacturing method thereof, an ink jet head, and an ink jet printer apparatus.
本発明は、上記目的を達成するために案出された機能素子である。すなわち、開口を封止することで形成される中空構造部分を有した機能素子において、前記開口の断面形状が、前記中空構造部分に向かって当該開口の径が狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。 The present invention is a functional device devised to achieve the above object. That is, in the functional element having a hollow structure portion formed by sealing the opening, the cross-sectional shape of the opening is formed in a tapered shape in which the diameter of the opening becomes narrower toward the hollow structure portion. It is characterized by this.
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された機能素子の製造方法である。すなわち、開口を封止することで形成される中空構造部分を有した機能素子の製造方法において、前記開口の断面形状を、前記中空構造部分に向かって当該開口の径が狭くなるテーパ状に形成する工程を含むことを特徴とする。 Moreover, this invention is the manufacturing method of the functional element devised in order to achieve the said objective. That is, in a method of manufacturing a functional element having a hollow structure portion formed by sealing an opening, the cross-sectional shape of the opening is formed in a tapered shape in which the diameter of the opening becomes narrower toward the hollow structure portion. Including the step of:
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された流体吐出ヘッドである。すなわち、開口を封止することで形成される中空構造部分を有した機能素子を用いて構成された流体吐出ヘッドにおいて、前記開口の断面形状が、前記中空構造部分に向かって当該開口の径が狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。 The present invention is also a fluid ejection head devised to achieve the above object. That is, in a fluid discharge head configured using a functional element having a hollow structure portion formed by sealing the opening, the cross-sectional shape of the opening has a diameter of the opening toward the hollow structure portion. It is formed in the taper shape which becomes narrow.
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された印刷装置である。すなわち、開口を封止することで形成される中空構造部分を有した機能素子を流体吐出ヘッドとして用いて構成された印刷装置において、前記開口の断面形状が、前記中空構造部分に向かって当該開口の径が狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。 The present invention is also a printing apparatus devised to achieve the above object. That is, in a printing apparatus configured using a functional element having a hollow structure portion formed by sealing an opening as a fluid discharge head, the cross-sectional shape of the opening is directed toward the hollow structure portion. It is characterized by being formed in a taper shape with a narrow diameter.
上記構成の機能素子、上記手順の機能素子の製造方法、上記構成の流体吐出ヘッド、および上記構成の印刷装置によれば、開口の断面形状がテーパ状に形成されている。すなわち、開口は、中空構造部分に向かって、当該開口の径が狭くなるように形成されている。ここで、開口の「径」とは、当該開口が円形状であればその直径のことをいうが、必ずしもこれに限られることはなく、例えば矩形状の開口の一辺の長さをも含む意である。このようなテーパ状に開口が形成されていれば、そのテーパ状傾斜面に開口形成時の残渣物があっても、開口の側壁部分が垂直面である場合に比べて、その残渣物を容易に除去することができる。また、封止膜の成膜により開口を封止する場合においても、当該開口の側壁部分が垂直面である場合に比べて、当該封止膜の成膜材料を堆積させるのが容易となる。したがって、開口を封止する際のボイド発生を回避し得るようになり、開口の確実な封止が可能となるのである。 According to the functional element having the above configuration, the method for manufacturing the functional element having the above procedure, the fluid ejection head having the above configuration, and the printing apparatus having the above configuration, the cross-sectional shape of the opening is formed in a tapered shape. That is, the opening is formed so that the diameter of the opening becomes narrower toward the hollow structure portion. Here, the “diameter” of the opening means the diameter of the opening if the opening is circular, but is not necessarily limited to this, and includes, for example, the length of one side of the rectangular opening. It is. If the opening is formed in such a tapered shape, even if there is a residue at the time of forming the opening on the tapered inclined surface, the residue is easier than in the case where the side wall portion of the opening is a vertical surface. Can be removed. Also, when the opening is sealed by forming a sealing film, it is easier to deposit the film forming material for the sealing film than when the side wall portion of the opening is a vertical surface. Therefore, generation of voids when sealing the opening can be avoided, and the opening can be reliably sealed.
本発明では、犠牲層を除去した後に開口を封止して中空構造部分を形成する場合であっても、ボイド発生を回避して開口の確実な封止が可能となるので、その中空構造部分による機能実現の確実化が図れるようになる。このことは、機能素子の性能(機能)向上や信頼性向上等の実現に繋がると言える。また、例えば気密を必要とするフィルタのようなデバイスにおいては、その封止(パッケージ)コストが製品価格の半分以上を占めることも多いことから、本発明のような中空構造部分の封止(ウエハレベルパッケージング)技術のニーズは高く、これを実現できる本発明の技術的価値は高いと言える。しかも、ウエハレベルパッケージングを実現することで、素子の小型化(高集積化)も容易に実現可能となることが期待できる。 In the present invention, even when the opening is sealed after the sacrificial layer is removed to form the hollow structure portion, void formation is avoided and the opening can be reliably sealed. As a result, it is possible to ensure the function realization. This can be said to lead to improvement in performance (function) and reliability of the functional element. In addition, in a device such as a filter that requires airtightness, the sealing (package) cost often accounts for more than half of the product price. There is a great need for level packaging technology, and it can be said that the technical value of the present invention that can realize this is high. In addition, by realizing wafer level packaging, it can be expected that device miniaturization (high integration) can be easily realized.
以下、図面に基づき本発明に係る機能素子およびその製造方法、流体吐出ヘッド、並びに印刷装置について説明する。 Hereinafter, a functional element and a manufacturing method thereof, a fluid discharge head, and a printing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
〔機能素子の説明〕
先ず、機能素子の概略構成について説明する。機能素子は、既に説明したように、中空構造部分を有した素子の全てを含むが、その一例として図1に示すようなものがある。図1は、本発明に係る機能素子の概略構成の一例を示す説明図である。
[Description of functional elements]
First, a schematic configuration of the functional element will be described. As described above, the functional element includes all of the elements having the hollow structure portion, and an example thereof is shown in FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a functional element according to the present invention.
図例のように、ここで説明する機能素子1は、中空構造部分2を有している。この中空構造部分2を有することによって、機能素子1では、中空構造部分2を覆う層が振動板を構成することになり、図示せぬ電極に電圧を印加して当該振動板を振動させ得るようになるのである。 As shown in the figure, the functional element 1 described here has a hollow structure portion 2. By having the hollow structure portion 2, in the functional element 1, the layer covering the hollow structure portion 2 constitutes a diaphragm, and a voltage can be applied to an electrode (not shown) so that the diaphragm can be vibrated. It becomes.
中空構造部分2は、いわゆる犠牲層エッチングによって形成されたものである。すなわち、中空構造部分2が形成される箇所に犠牲層となるエッチング層を積層し、さらにそのエッチング層の表面に開口3を持つ耐エッチング層4を積層し、その開口3からエッチング層をエッチングして除去した後に、当該除去に利用した開口3を封止することで形成されたものである。
The hollow structure portion 2 is formed by so-called sacrificial layer etching. That is, an etching layer serving as a sacrificial layer is laminated at a place where the hollow structure portion 2 is formed, and further an etching resistant layer 4 having an
開口3は、その形成箇所に封止膜5が成膜されることによって封止されている。この封止膜5による開口3の封止は、蒸着、スパッタまたはPECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)のいずれかによって行うことが考えられる。特に、メタルスパッタによって行うことが望ましい。封止プロセスの際に中空構造部分2への成膜があると、機能素子1のデバイス特性が変化してしまうおそれがあるが、スパッタであればこの問題が軽微となるからである。ただし、スパッタの場合のみならず、蒸着またはPECVDの場合であっても、一連の成膜プロセスにて封止を行えるようになるので、例えば開口3を部材の貼り合わせによって封止する場合に比べれば、当該封止が非常に容易かつ確実なものとなる。しかも、蒸着、スパッタ、PECVDは、いずれも真空チャンバ内で行われることから、中空構造部分2の内部環境を好適に保つ上で非常に有効である。
The opening 3 is sealed by forming a sealing
この封止膜5の上には、外気や流体等の侵入を防止するためのカバー層6が成膜されていてもよい。カバー層6で封止膜5を覆えば、その封止膜5による開口3の封止が、より一層確実なものとなるからである。このようなカバー層6としては、耐湿性等に優れており、流体等の侵入を防止する上で有効となるプラズマシリコン窒化(PE−SiN)膜が考えられる。ただし、カバー層6は、必ずしも単層である必要はなく、複層のものであっても構わない。
A cover layer 6 may be formed on the
ところで、開口3の封止は、単にスパッタにより行おうとすると、既に説明したように、シャドウイング効果によりボイドが生じてしまい、中空構造部分2と外部とを通じさせるエアパスが残ってしまう可能性がある。このことから、ここで説明する機能素子1では、開口3の断面形状が、中空構造部分2に向かってその開口径が狭くなるテーパ状に形成されている。つまり、開口3は、その側壁部分に、テーパ状傾斜面を有している。なお、テーパ状傾斜面は、鉛直方向との角度(傾斜角度)が30°以上であることが望ましい。また、ここでいう開口径とは、開口3が円形状であればその直径のことをいうが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、開口3が矩形状である場合には、その一辺の長さがここでいう開口径に相当する。その場合に、開口3は、その全ての側壁部分がテーパ状傾斜面であることが望ましいが、テーパ状傾斜面を有していれば、そのテーパ状傾斜面と垂直面とが混在していても構わない。
By the way, if the
このように、ここで説明する機能素子1では、開口3の断面形状がテーパ状に形成されているため、そのテーパ状傾斜面に開口形成時の残渣物があっても、開口3の側壁部分が垂直面である場合に比べて、その残渣物を容易に除去することができる。つまり、側壁に副生成物が残渣物として残ると、封止膜5の成膜中におけるの温度上昇によりガスを発生しボイドが生じるが、その残渣物をアッシングや洗浄等で取れない場合でも、テーパ状傾斜面であればエッチバックや逆スパッタ等によって除去し易くなる。また、シャドウイング効果、すなわちテーパ状傾斜面がないと陰の部分ができてボイドが残る、といったことも抑制し得る。しかも、封止膜5の成膜により開口3を封止する場合においても、当該開口3の側壁部分が垂直面である場合に比べて、当該封止膜5の成膜材料を堆積させるのが容易となる。そして、テーパ状傾斜面上に成膜される封止膜5は、自ずと開口3を埋める方向に成長する。これらのことは、特にテーパ状傾斜面の傾斜角度が30°以上である場合に顕著となる。したがって、開口3の断面形状がテーパ状に形成されていれば、開口3を封止する際のボイド発生を回避し得るようになり、エアパスの残ることがない確実な開口3の封止が可能となるのである。
As described above, in the functional element 1 described here, the
ただし、上述したように、単に開口3の断面形状をテーパ状に形成しただけであっても、中空構造部分2の高さ方向(各層の積層方向)における大きさ(以下「ギャップ高さ」という)が小さければ、図2(a)に示すように、確実な開口3の封止が可能となるが、ギャップ高さが大きくなると、図2(b)に示すように、開口3の封止が困難になるおそれがある。この点については、選択酸化によりギャップ高さを狭めることで対応することも考えられるが、熱酸化により膜圧を増やすこの方法ではプロセス温度が800℃を超えてしまい、機能素子1のデバイス特性がこの温度により変化してしまうため、好ましくない。また、トランジスタや配線等の形成工程後にこのような高温プロセスを行うと、トランジスタ特性が劣化し、アルミ(Al)、銅(Cu)にヒーロックが発生してしまい、機能素子1の信頼性低下に繋がるため、この点においても高温プロセスは好ましくない。その一方で、低温で酸化膜を成長させることも考えられるが、その場合には非常に長い時間が必要となってしまうため、プロセスの効率という点で難がある。
However, as described above, even if the sectional shape of the
このことから、ここで説明する機能素子1では、図1に示すように、開口3におけるテーパ状傾斜面の部分に保護層7が積層されているとともに、その保護層7が犠牲層に対するオーバーエッチング部8にも積層されているのである。保護層7は、封止膜5を考慮した形成材料(例えば、封止膜5との親和性が高い材料)で、かつ、絶縁材料によって成膜されていることが望ましい。このような条件を満たすために、保護層7は、必ずしも単層である必要はなく、複層のものであっても構わない。なお、保護層7は、少なくともテーパ状傾斜面に積層されていればよいが、当該テーパ状傾斜面以外に積層されていてもよいことは勿論である。また、犠牲層に対するオーバーエッチング部8とは、開口3の形成時に、耐エッチング層4のみならず犠牲層となるエッチング層についてもエッチングにより除去された部分のことをいう。
Therefore, in the functional element 1 described here, as shown in FIG. 1, the protective layer 7 is laminated on the tapered inclined surface portion in the
このように、単層または複層の保護層7が積層されていれば、その保護層7によって開口3におけるテーパ状傾斜面の部分が覆われることになるため、そのテーパ状傾斜面に除去しきれない残渣物があっても、当該残渣物が開口3を封止する際のボイド発生の要因となるのを極力抑制し得るようになる。また、保護層7が封止膜5を考慮した形成材料で成膜されていれば、例えばメタルスパッタによって行う封止膜5の成膜材料を保護層7上に堆積し易くなるので、この点によっても封止膜5による確実な開口3の封止が実現可能となる。また同時に、不要なエッチングがされ難くなることにも繋がる。
In this way, if the single-layer or multi-layer protective layer 7 is laminated, the protective layer 7 covers a portion of the tapered inclined surface in the
さらに、単層または複層の保護層7が積層されていれば、オーバーエッチング部8の形成、すなわち犠牲層に対するオーバーエッチングを行った後に封止膜5を成膜することが可能となる。オーバーエッチング部8を形成すれば、その形成深さに応じて、図2(c)に示すように、封止膜5を成膜して開口3を封止する際のギャップ高さを制御(コントロール)することが可能となり、中空構造部分2のギャップ高さが大きい場合であっても、確実な開口3の封止が可能となるのである。つまり、中空構造部分2のギャップ高さが大きい場合であっても、オーバーエッチング部8を形成することによって、開口3を封止する際の実質的なギャップ高さを、当該開口3を封止膜5の成膜によって封止し得る大きさにまで小さくすることができる。したがって、中空構造部分2のギャップ高さは機能素子1が実現する機能やデバイス特性等によって決まるが、そのギャップ高さに拘わらずに、確実な開口3の封止を実現することが可能となるのである。
Further, if the single-layer or multi-layer protective layer 7 is laminated, it is possible to form the
〔機能素子の製造方法の説明〕
次に、以上のように構成された機能素子1の製造方法について説明する。ただし、ここでは、主に、開口3の形成およびその封止の手順について説明する。図3〜4は、本発明に係る機能素子の製造方法の概要を示す説明図である。
[Description of Method for Manufacturing Functional Element]
Next, a method for manufacturing the functional element 1 configured as described above will be described. However, here, the formation of the
開口3の形成は、例えば、半導体シリコン基板11上に、犠牲層(エッチング層)となるポリシリコン膜12が積層され、さらに耐エッチング層となるシリコン窒化膜13が積層された積層体に対して、その開口形成位置に対応するパターニングがされたレジスト膜14を形成した後に、等方エッチングを用いることで行う。この等方エッチングの際には、四フッ化炭素(CF4)等のエッチングガス以外に酸素(O2)を導入することでアッシングを行い、レジスト膜14を後退させながらエッチングを行う。これにより、シリコン窒化膜13に対しては、図3(a)に示すように、単なる等方エッチングの場合よりも、広い開口角でのエッチングを行うが可能となる。
For example, the
その後は、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;以下「RIE」と略す)を行って、図3(b)に示すように、シリコン窒化膜13における被エッチング箇所の側壁面を逆R曲面(凹状の円弧を描く曲面)からテーパ状傾斜面(ポリシリコン膜12側に向かって狭くなるテーパ状の傾斜面)に変化させ、かつ、ポリシリコン膜12の残り膜厚が、封止可能なギャップ高さに相当する厚さとなるまで、ポリシリコン膜12を十分にオーバーエッチングする。
Thereafter, reactive ion etching (hereinafter referred to as “RIE”) is performed, and as shown in FIG. 3B, the side wall surface of the etched portion in the
テーパ状傾斜面の傾斜角度およびオーバーエッチングの深さは、等方エッチングまたはRIEの際における処理パラメータ(処理時間や処理条件等)を適宜調整することで、所望の角度および深さにコントロールすることが可能である。 The inclination angle of the tapered inclined surface and the depth of overetching can be controlled to a desired angle and depth by appropriately adjusting processing parameters (processing time, processing conditions, etc.) during isotropic etching or RIE. Is possible.
ポリシリコン膜12をオーバーエッチングしたら、その後は、図3(c)に示すように、レジスト膜14を除去し、保護層となるシリコン酸化膜15を成膜する。そして、新たなレジスト膜16を積層し、そのレジスト膜16に対して開口形成位置に対応するパターニングを行った後にポリシリコン膜12を除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。
After overetching the
その後は、レジスト膜16を除去してから、犠牲層エッチングに利用した開口を封止すべく、図4(a)に示すように、蒸着、スパッタまたはPECVDを行って、封止膜17を成膜する。このとき、開口はテーパ状傾斜面を有していることから、封止膜17で封止する際のボイド発生を回避し得るようになり、エアパスの残ることがない確実な封止が可能となる。しかも、テーパ状傾斜面の部分に保護層15が積層されているとともに、その保護層15がポリシリコン膜12の封止可能なギャップ高さまでオーバーエッチングされた部分にも積層されているので、開口の確実な封止を可能にしつつ、その封止を中空構造部分のギャップ高さに拘わらずに行えるのである。
After that, after removing the resist
ところで、封止膜17は、開口封止に伴ってその膜厚が厚くならざるを得ないため、図4(b)に示すように、開口封止箇所以外の部分をパターニングにより除去するようにしても構わない。ただし、その場合には、封止膜17の除去によって下地層との界面が露出し、外気がその界面を伝って中空構造部分のギャップ内に浸入してしまうことも考えられる。このことから、封止膜17をパターニングにより除去する場合には、可能な限り薄い膜(例えば、シリコン酸化膜15)を露出する全面に残すか、または封止膜17のエッチング除去後にカバー層を成膜してオーバーコートすることが望ましい。前者(膜を残す場合)は、封止した膜に厚みの差があっても全面を覆っているため界面は生じないが、残す膜が絶縁膜であることが好ましい。一方、後者(オーバーコートする場合)は、パターニングにより開口近傍のみ封止膜17を残し、それ以外の場所では封止膜17が除去されて界面が生じるため、これを別途カバー層で覆うというものである。このときのカバー層は、100nm厚以上の絶縁膜であることが好ましい。
By the way, since the film thickness of the sealing
以上のような手順で、開口の形成およびその封止を行えば、高温プロセスが不要であり、300℃以下で製造可能となるため、トランジスタや配線等の形成工程の後であっても、上述した一連の工程を行うことが可能となり、その場合であっても高温プロセスに起因する機能素子の信頼性低下を招いてしまうことがない。 If the opening is formed and sealed in the above-described procedure, a high-temperature process is unnecessary, and manufacturing is possible at 300 ° C. or lower. Therefore, even after the formation process of transistors, wirings, etc. In such a case, the reliability of the functional element due to the high-temperature process is not reduced.
なお、上述した一連の手順では、等方エッチングおよびRIEを利用してテーパ状傾斜面を形成する場合を例に挙げたが、その他にも、ハーフトーンマスクや三次元リソグラフィ等によってレジスト膜の開口壁を予めテーパ形状にしておき、そのレジスト膜とのエッチング速度比を適宜設定することにより、テーパ状傾斜面を形成することが考えられる。さらに、等方エッチングを行わず、RIEだけで開口する場合であっても、副生成物を側壁に成膜しながらエッチングを進めることで、テーパ状傾斜面を形成することが可能である。 In the above-described series of procedures, the case where the tapered inclined surface is formed by using isotropic etching and RIE is taken as an example. In addition, the resist film opening is formed by a halftone mask, three-dimensional lithography, or the like. It is conceivable to form a tapered inclined surface by making the wall tapered in advance and appropriately setting the etching rate ratio with the resist film. Further, even if the opening is performed only by RIE without performing isotropic etching, it is possible to form a tapered inclined surface by proceeding with etching while forming a by-product on the side wall.
また、上述した一連の手順では、シリコン窒化膜13に開口を形成する際にテーパエッチングを行う場合を例に挙げたが、保護層となるシリコン酸化膜15に犠牲層エッチングのための開口を形成する場合についても、そのシリコン酸化膜15の膜厚が厚ければ、テーパエッチングによるテーパ状傾斜面を形成することで、封止膜17による封止が容易かつ確実なものとなる。
In the above-described series of procedures, the case where taper etching is performed when forming an opening in the
〔流体吐出ヘッドおよび印刷装置の説明〕
次に、以上のような機能素子1を用いて構成された流体吐出ヘッドおよび印刷装置について説明する。
[Description of fluid ejection head and printing apparatus]
Next, a fluid ejection head and a printing apparatus configured using the functional element 1 as described above will be described.
先ず、印刷装置について説明する。印刷装置としては、その一例として、インクジェットプリンタ装置が知られている。図5は、インクジェットプリンタ装置の概要を示す説明図である。インクジェットプリンタ装置は、インクを細かい粒状にして用紙に吐出することで、写真画質の印刷物を高速で印刷出力するものである。このようなインクジェットプリンタ装置には、大別すると、シリアルヘッド方式のものと、ラインヘッド方式のものとがある。 First, the printing apparatus will be described. As an example of the printing apparatus, an ink jet printer apparatus is known. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of the ink jet printer apparatus. The ink jet printer device prints and outputs a photo-quality printed matter at a high speed by discharging ink onto a sheet in a fine granular form. Such an ink jet printer apparatus is roughly classified into a serial head type and a line head type.
シリアルヘッド方式のものでは、図5(a)に示すように、印刷対象物である用紙21をその主走査方向に送るローラ22と、その用紙21の副走査方向に移動可能なキャリッジ23に搭載されたインクジェットヘッド24とを備えている。そして、用紙21およびキャリッジ23を移動させつつ、インクジェットヘッド24が用紙21にインクを吐出することで、印刷出力を行うようになっている。
一方、ラインヘッド方式のものでは、図5(b)に示すように、用紙21をその主走査方向に送るローラ22と、その用紙21の副走査方向に沿ってインクの吐出口がライン状に配されたインクジェットヘッド25とを備えている。そして、用紙21を移動させつつ、インクジェットヘッド25の各吐出口から用紙21にインクを吐出することで、印刷出力を行うようになっている。
なお、上述したインクジェットプリンタ装置の構成は、印刷装置の一例であり、流体を吐出させるヘッド部と印刷対象物の相対位置を変化させることで印刷を行うことができれば、この構成にはこだわらない。
In the case of the serial head type, as shown in FIG. 5A, a
On the other hand, in the line head type, as shown in FIG. 5B, the
Note that the above-described configuration of the ink jet printer apparatus is an example of a printing apparatus, and the configuration is not particularly limited as long as printing can be performed by changing the relative positions of a head unit that ejects fluid and a printing object.
ところで、インクジェットプリンタ装置に対しては、シリアルヘッドまたはラインヘッドのいずれの方式であっても、さらに高い画質を高速に印刷するというニーズに対応するため、消費電力を増加させず、吐出性能を落とさずに、さらに画素数の高密度化を実現することが求められている。このような要求に応えるべく、インクジェットプリンタ装置の中には、静電MEMS方式によるインクジェットヘッド24,25を用いて構成されたものがある。静電MEMS方式によるものでは、インクジェットヘッド24,25が、上述したような機能素子を用いて構成されており、その機能素子における振動を圧力印加手段として利用することで、用紙21へのインクの吐出を行うようになっている。なお、インクジェットプリンタ装置におけるインクジェットヘッド24,25以外の構成要素については、公知技術により実現すればよいため、ここではその説明を省略する。
By the way, in order to meet the need to print even higher image quality at high speed, whether it is a serial head or a line head system, the inkjet printer device does not increase power consumption, but reduces the ejection performance. In addition, it is required to further increase the number of pixels. In order to meet such a demand, some inkjet printer apparatuses are configured using inkjet heads 24 and 25 based on electrostatic MEMS. In the electrostatic MEMS system, the inkjet heads 24 and 25 are configured using the functional elements as described above, and the vibration of the functional elements is used as pressure application means, so that the ink on the
続いて、インクジェットプリンタ装置に用いられるインクジェットヘッド、すなわち上述した機能素子を用いて構成される流体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドについて説明する。ただし、ここでは、シリアルヘッド方式とラインヘッド方式との別に関係なく、上述した機能素子を用いて構成された、流体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドの要部についてのみ説明する。図6〜8は本発明に係る流体吐出ヘッドの要部構成の一例を示す模式図であり、図6はその斜視図、図7はその平面図、図8はその側断面図である。 Next, an ink jet head used in an ink jet printer apparatus, that is, an ink jet head which is an example of a fluid discharge head configured using the functional elements described above will be described. However, here, only the main part of an ink jet head as a fluid ejection head configured using the above-described functional elements will be described regardless of whether the serial head method or the line head method is used. 6 to 8 are schematic views showing an example of the configuration of the main part of the fluid discharge head according to the present invention. FIG. 6 is a perspective view thereof, FIG. 7 is a plan view thereof, and FIG.
図6に示すように、ここで説明するインクジェットヘッドは、微小流体駆動部30と、流体供給部40とを備えている。微小流体駆動部30は、静電気力により駆動(振動)される複数の振動板31を高密度に並列配置してなるものである。一方、流体供給部40は、各振動板31上に対応する位置に配され、流体であるインク41が溜められる圧力室(いわゆるキャビティ)42と、その圧力室42を形成するための外壁となる隔壁構体43と、圧力室42内のインク41を外部に吐出するための吐出部(いわゆるノズル)44と、を備えてなるものである。
As shown in FIG. 6, the inkjet head described here includes a
また、微小流体駆動部30は、図7および図8に示すように、基板32上に、導電性物質薄膜からなる共通の基板側電極33が形成され、その基板側電極33の表面に絶縁膜が形成され、この基板側電極33に対向するように中空構造の空間(以下「中空構造部分」という)34を挟んで各々独立に駆動される複数の振動板側電極35および振動板31が一体かつ並列に配置され、さらに各振動板31を両持ち梁で支持するように支柱36が基板32上に形成されて、構成されたものである。
7 and 8, the
このうち、基板32は、例えばシリコン基板32a上にシリコン酸化膜等による絶縁膜32bを形成したものを用いることが考えられるが、その他にも、ガリウム砒素(GaAs)等の半導体基板上に絶縁膜を形成したものや、石英基板を含むガラス基板のように絶縁性を有したものを用いるようにしてもよい。
Of these, the
基板側電極33は、例えば不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成することが考えられるが、金属膜(例えばPt、Ti、Al、Au、Cr、Ni、Cu等の蒸着膜)やITO(Indium Tin Oxide)膜等で形成されたものであってもよい。また、振動板側電極35についても同様に、不純物ドープの多結晶シリコン膜、金属膜、ITO膜等で形成すればよい。
The
振動板31は、絶縁膜で形成されたものであるが、特に高い反発力が得られるシリコン窒化膜(SiN膜)で形成するのが好ましい。ただし、振動板31は、SiN膜の上面および下面にシリコン酸化膜が形成されて、実質的にこれらの各膜の積層によって構成される。また、振動板31は、例えば短冊状に形成され、その両側に長手方向に沿って夫々所定間隔(支柱間ピッチ)を置いて形成された複数の支柱36によって支持されている。この所定間隔は2μm以上、10μm以下が好ましく、5μm程度が最適である。そして、並列配置されたうちの隣り合う振動板31は、支柱36を介して連続して形成され、かつ、支柱36も振動板31と同じ材料で一体に形成されている。したがって、振動板31と基板側電極33間の空間を構成する中空構造部分35は、並列する複数の振動板31の間で連通していることになり、また密閉空間になるように形成されたものとなる。
The
また、各振動板31の支柱36の近傍、具体的には例えば一つの振動板31の長手方向に沿う各支柱36間には、中空構造部分35を形成するための犠牲層エッチングを行う際に利用する開口37が形成される。この開口37は、犠牲層エッチングの後には、封止膜38によって閉塞される。開口37の大きさは、小さいほど閉塞し易いことから、□2μm以下とすることが考えられるが、犠牲層エッチングがドライエッチングの場合であれば、□0.5μmでも十分である。
Further, when performing sacrificial layer etching for forming the
なお、振動板31には、絶縁膜を介して振動板側電極35が接合されており、しかもその振動板31の折曲された下面凹部内に挿入されるように振動板側電極35が配設されているものとする。また、振動板31の下方には、当該振動板31が薄く形成された場合の反発力を高めるべく、支柱(いわゆるアンカー)36と合わせて、その中央部直下近傍に補助支柱(いわゆるポスト)39を形成してもよい(例えば、図6参照)。
A
このような微小流体駆動部30に対し、振動板31の支柱36に対応する位置に隔壁構体43における隔壁43aが形成されるように流体供給部40が配設されて、インクジェットヘッドが構成されているのである。なお、微小流体駆動部30上に配設された流体供給部40の圧力室42には、その圧力室42内への被吐出流体41の供給を行うために、図示せぬ流体供給路が連通しているものとする。
With respect to such a
ここで、以上のような構成のインクジェットヘッドにおける処理動作を説明する。インクジェットヘッドでは、微小流体駆動部30における基板側電極33と振動板側電極35との間に所要の電圧を印加すると、図9(a)に示すように、各電極間に静電引力が発生して、振動板側電極35と一体な振動板31が基板側電極33の側に撓む。逆に、基板側電極33と振動板側電極35との間への電圧印加を開放すると、図9(b)に示すように、振動板31が静電引力から開放され、自身の復元力により減衰振動する。この振動板31の上下振動に伴う流体供給部40における圧力室42の容積変動で、インクジェットヘッドでは、圧力室42内の被吐出流体41がノズル44から外部に吐出され、また圧力室42内へ流体供給路を通じて被吐出流体41が供給されるのである。
Here, the processing operation in the ink jet head having the above configuration will be described. In the ink jet head, when a required voltage is applied between the
このとき、振動板31が基板側電極33の側に撓むと、中空構造部分35が閉空間であるため、その中空構造部分35内の空気は圧縮されて、振動板31の撓みを阻害しようとする。ところが、振動板31が支柱36、補助支柱39等による支持構造であれば、隣接する振動板31の下の中空構造部分35内に圧縮された空気を逃がすことができ、結果として十分に振動板31を撓ませることが可能となる。
At this time, when the
次に、以上のような構成のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図10〜12は、インクジェットヘッドの製造方法の概要を示す説明図である。 Next, a method for manufacturing the ink jet head having the above configuration will be described. 10-12 is explanatory drawing which shows the outline | summary of the manufacturing method of an inkjet head.
インクジェットヘッドの製造、特にその微小流体駆動部30および流体供給部40の製造にあたっては、先ず、図10(a)に示すように、基板51を用意する。基板51は、既に説明したように、例えばシリコン基板51a上にシリコン酸化膜等による絶縁膜51bを形成したものを用いればよい。
In manufacturing the ink jet head, particularly in manufacturing the
そして、図10(b)に示すように、その基板51上に、基板側電極33となる例えば不純物ドープのポリシリコン膜52を選択的に形成し、さらにその表面に絶縁膜53を形成する。この絶縁膜53は、基板側電極33の保護膜であり、後述する犠牲層エッチングに際して耐性のある膜により形成する。具体的には、例えば犠牲層エッチングがSF6、CF4、XeF2等のエッチングガスを用いるときはシリコン酸化膜により形成し、またフッ酸によるエッチングガスを用いるときはシリコン窒化膜により形成すればよい。
Then, as shown in FIG. 10B, for example, an impurity-doped polysilicon film 52 to be the substrate-
その後は、図10(c)に示すように、静電MEMS素子による微小流体駆動部30を形成すべき領域に、支柱36、補助支柱39等による支持箇所を除いて、選択的に犠牲層54を形成する。犠牲層54の膜種は、エッチャントにより決まる。なお、支柱36等の間隔は、既に説明したように、例えば2μm以上で10μm以下が好ましく、5μm程度が最適である。
After that, as shown in FIG. 10C, the
そして、図10(d)〜(f)に示すように、犠牲層54の上に、選択的に、絶縁膜である例えばシリコン酸化膜55、振動板側電極35となる例えば膜厚300nm程度のポリシリコン膜56、絶縁膜である膜厚70nm程度のシリコン酸化膜57、引張り応力を有する例えば減圧CVD(成膜温度は700℃〜900℃)による膜厚300nm程度のシリコン窒化膜58、および、絶縁保護膜となる例えばCVDによる膜厚70nm程度のシリコン酸化膜59を、順次形成して積層する。なお、シリコン酸化膜59は省略することも可能である。また、ポリシリコン膜56は、成膜後に所定不純物をイオン注入しアニールすることで、その抵抗値を下げ、その後にパターニングすることも考えられる。また、ポリシリコン膜56に代えて、リンドープド・アモルファスシリコンを用いてもよく、その後、シリコン窒化膜58、シリコン酸化膜59を形成することも考えられる。
Then, as shown in FIGS. 10D to 10F, on the
このようにして各膜55〜59を積層した積層膜は、その後、図11(a)〜(b)に示すように、流体供給路の側壁に対応する部分が露出(開口)するよう選択的にパターニングされて、開口61が形成される。この開口61は、犠牲層エッチングにより犠牲層54を選択的に除去するためのものである。
The laminated film in which the
ここで、開口61を形成について詳しく説明する。開口61の形成にあたっては、先ず、図11(a)のように、等方エッチングを行う。このときに、開口61の口元の角度が決まるので、等方エッチングは、浅めに行うものとする。そして、図11(b)に示すように、CF4、C4F8等のガスを用いたRIEにより、開口61の掘り下げを行う。これにより、開口61は、略45°のテーパ状傾斜面を有することになる。その後は、さらに開口61の掘り下げを行い、その開口61の封止が可能であり、かつ、犠牲層エッチングの妨げにならないギャップ高さである100nm程度の膜厚の犠牲層54を残すまで、その犠牲層54に対するオーバーエッチングを行う。
Here, the formation of the
このようにして開口61を形成したら、次いで、図11(c)に示すように、その開口61の側壁保護層としてのシリコン酸化膜62を、100nm程度の膜厚でCVDにより成膜する。そして、図11(d)に示すように、開口61をパターニングする際に用いた露光用マスクを再度利用し、または当該露光用マスクとは別の露光用マスクを利用して、テーパ状傾斜面を有してすり鉢状に形成された開口61の穴底に、φ0.5μm程度の孔63をパターニングして形成する。なお、この孔63は、φ10μm程度でも埋めることは可能であるが、支柱36等の間隔を考慮するとφ0.5μm程度であることが望ましい。
After the
なお、図11(a)〜(d)に示した各工程では、開口61の形成と合わせて、外部との接続用の電極とのコンタクトホールの形成も同時に行うことも考えられる。そして、この外部との接続用の電極を形成するために、メタルスパッタとパターニングが行われる。このときメタルスパッタは、Alが最適である。
In each step shown in FIGS. 11A to 11D, it is conceivable that a contact hole with an electrode for connection to the outside is formed at the same time as the
その後は、図11(e)に示すように、開口61およびその開口61に形成された孔63を利用した犠牲層エッチングを行って、犠牲層54を選択的に除去する。犠牲層54がポリシリコン膜からなる場合には、エッチャントにXeF2、SF6、CF4等のガスを用いればよい。また、絶縁膜53、55がシリコン窒化膜からなり、犠牲層54がシリコン酸化膜からなる場合には、エッチャントにフッ酸溶液を用いればよい。このような犠牲層54の除去により、基板側電極33と、中空構造部分34と、振動板側電極35と、振動板31とを備えてなる静電MEMS構造の微小流体駆動部30が形成されるのである。
After that, as shown in FIG. 11E, sacrificial layer etching is performed using the
ただし、犠牲層エッチングを行っただけでは、開口61および孔63は、封止されていない。そのため、犠牲層エッチングを行った後は、図12(a)に示すように、まだ開いたままである開口61および孔63をメタルスパッタにより封止する。このときのスパッタ材料は、アルミが適している。また、このときの成膜厚さは、1μm以下で十分である。そして、メタルスパッタによる成膜結果に対するパターニングを行って、開口61の部分にのみ残し除去する。これにより、開口61の部分には、封止膜64が形成されることになる。また、中空構造部分34は、真空封止される。これにより、中空構造部分34の空気の移動による、いわゆるクロストーク、スクイーズドダンプ効果が無視できる。
However, the
その後は、封止膜64と微小流体駆動部30の最表層のシリコン酸化膜との界面からの外気や流体等の浸入を防止するために、図12(b)に示すように、カバー層となるプラズマシリコン窒化膜65を例えば30nm以上の膜厚で積層する。なお、カバー層は、プラズマ酸化膜であってもよい。
Thereafter, in order to prevent intrusion of outside air, fluid, and the like from the interface between the sealing
このようにして微小流体駆動部30を構成したら、その後は、図12(c)に示すように、流体供給部40を構成する隔壁43aとなる厚膜ネガレジスト66を50μm以上の高さに形成し、さらに図12(d)に示すように、その上にノズル67aを有したノズルシート67を接着する。これにより、微小流体駆動部30上に流体供給部40が形成されることになり、その結果、微小流体駆動部30と流体供給部40とを備えてなるインクジェットヘッドが構成されることになる。なお、隔壁43aは、例えばガラスをエッチングまたはサンドブラストにてパターンニングして接着することによって形成してもよい。また、隔壁43aとノズルシート67とを、例えば樹脂により一体成型で形成することも可能である。
After the
以上のように構成されたインクジェットヘッドおよびそのインクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタ装置によれば、中空構造部分35を有した機能素子、すなわち振動板31を静電引力で振動させる機能素子を利用しているため、微小流体であるインク41を精度良く制御して吐出することが可能になる。さらには、上述したような薄膜形成技術により形成されるため、インク41に対する駆動力を確保しつつ、高密度化への対応も非常に容易となる。したがって、消費電力を増加させず、吐出性能を落とさずに、画素数の高密度化を実現することが可能となるので、高い画質を高速に印刷するというニーズに十分に対応し得るものとになる。
According to the ink jet head configured as described above and the ink jet printer apparatus using the ink jet head, the functional element having the
しかも、上述したインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ装置では、中空構造部分35を形成するための開口37,61がテーパ状に形成されているため、ボイド発生を回避して確実に開口37,61を封止することが可能となる。さらに、開口37,61のテーパ状傾斜面に保護層が積層されており、また犠牲層に対するオーバーエッチングが行われていれば、開口37,61の封止の確実化を図る上でより一層好適なものとなる。これらのことは、微小流体であるインク41を取り扱うインクジェットヘッドに適用する場合においても、特に中空構造部分35内のように、インク41が侵入すべきでない箇所への当該インク41の侵入を確実に防止できるようになるため、非常に有効なものとなる。
In addition, in the ink jet head and the ink jet printer apparatus described above, the
なお、本実施形態では、流体吐出ヘッドの代表的なものとしてインクジェットヘッドを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。流体吐出ヘッドとしては、インクジェットヘッドの他に、例えば有機EL等の高分子または低分子有機材料塗布装置、プリント基板配線印刷装置、ハンダバンプ印刷装置、三次元モデリング装置、μTAS(Micro Total Analysis Systems)として薬液その他の液体をpl(ピコリットル)以下の微小単位にて精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、さらには気体を微小量精度良くコントロールして供給する供給ヘッド等が挙げられるが、これらにも全く同様に本発明を適用することが可能である。
このことは、印刷装置についても同様である。すなわち、本発明に係る印刷装置は、流体吐出ヘッドを用いたものであれば、インクジェットプリンタ装置に限定されるものではない。
さらに、流体吐出ヘッドを構成する機能素子についても同様であり、中空構造部分を有したものであれば、本発明を適用することが可能である。このような機能素子としては、流体吐出ヘッドを構成するもの以外にも、例えばMEMS、半導体素子、共振器、振動子周波数フィルタ、FBAR、SAWフィルタ、ジャイロセンサ、液晶素子、有機電界発光素子、抵抗素子、リレー素子、LED、レーザ素子、FED等の光源素子、スピーカ素子、ダイアフラム型センサ(例えば、マイク、圧力センサ)、流路、管、撮像素子、光スイッチ、その他各種センサやリレー等があり、これらのいずれについても本発明を容易に適用することが可能であり、その場合には小型化、低コスト化、高性能化等に貢献することになる。また、これらの機能素子については、中空構造部分が完全に密閉されているものと一部開放されているものとがあるが、いずれのものであっても、本発明を適用することが可能である。
In the present embodiment, an ink jet head has been described as an example of a representative fluid ejection head, but the present invention is not limited to this. As fluid ejection heads, in addition to inkjet heads, for example, polymer or low molecular organic material coating devices such as organic EL, printed circuit board wiring printing devices, solder bump printing devices, three-dimensional modeling devices, μTAS (Micro Total Analysis Systems) Examples include supply heads that control and supply chemical liquids and other liquids in minute units of pl (picoliters) or less, and supply heads that control and supply gases in minute amounts with high precision. It is possible to apply the present invention in exactly the same way.
The same applies to the printing apparatus. That is, the printing apparatus according to the present invention is not limited to the ink jet printer apparatus as long as it uses a fluid ejection head.
Further, the same applies to the functional elements constituting the fluid ejection head, and the present invention can be applied to any functional element having a hollow structure. As such functional elements, in addition to those constituting the fluid ejection head, for example, MEMS, semiconductor elements, resonators, vibrator frequency filters, FBARs, SAW filters, gyro sensors, liquid crystal elements, organic electroluminescent elements, resistors Element, relay element, LED, laser element, light source element such as FED, speaker element, diaphragm type sensor (for example, microphone, pressure sensor), flow path, tube, imaging element, optical switch, other various sensors and relays, etc. The present invention can be easily applied to any of these, and in that case, it contributes to miniaturization, cost reduction, high performance, and the like. In addition, for these functional elements, there are a hollow structure part that is completely sealed and a part that is partially open, but the present invention can be applied to any of these functional elements. is there.
また、本実施形態では、中空構造部分35が犠牲層エッチングにより形成され、このための開口37,61がテーパ状である場合を例に挙げて説明した。ただし、中空構造部分は、必ずしも犠牲層エッチングにより形成されるものに限定されず、例えばシリコン基板上に機能素子を形成し、その機能素子が形成された膜または機能素子の保護膜に開口されたテーパ孔を通してそのシリコン基板をエッチングすることで、そのシリコン基板に中空構造部分を形成し、その後にテーパ孔を封止するといったことも可能である。
このことから、本発明は、例えば流体供給路を形成するための開口に適用することも考えられる。すなわち、図13に示すように、中空構造部分35と同様に、流体供給路71についても、犠牲層もしくはシリコン基板まで到達したスリット状の溝72からのエッチングにより犠牲層もしくはシリコン基板の一部71を除去した後に、当該除去に利用した溝72を封止することで形成されるものであれば、その溝72をテーパ状に形成することによって確実な封止が可能となるので、基板の貼り合せなどが不要となり、低コストで流体の洩れ防止を可能とした流路が形成できるようになる。このように形成される流体供給路は、流体吐出ヘッドの代表的な例であるインクジェットヘッドについての流体供給路、具体的には図6に示した流体供給部40への流体41の供給を行うための流体供給路として用いることができる。
Further, in the present embodiment, the case where the
For this reason, the present invention may be applied to an opening for forming a fluid supply path, for example. That is, as shown in FIG. 13, like the
つまり、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 That is, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
1…機能素子、2…中空構造部分、3…開口、4…耐エッチング層、5…封止膜、6…カバー層、7…保護層、8…オーバーエッチング部、11…半導体シリコン基板、12…ポリシリコン膜、13…シリコン窒化膜、14,16…レジスト膜、15…シリコン酸化膜、17…封止膜、21…用紙、22…ローラ、23…キャリッジ、24,25…インクジェットヘッド、30…微小流体駆動部、31…振動板、32…基板、33基板側電極、34…中空構造部分、35…振動板側電極、36…支柱、37…開口、38…封止膜、39…補助支柱(ポスト)、40…流体供給部、41…インク、42…圧力室(キャビティ)、43…隔壁構体、43a…隔壁、44…吐出部(ノズル)、51…基板、52…ポリシリコン膜、53…絶縁膜、54…犠牲層、55…シリコン酸化膜、56…ポリシリコン膜、57…シリコン酸化膜、58…シリコン窒化膜、59…シリコン酸化膜、61…開口、62…シリコン酸化膜、63…孔、64…封止膜、65…プラズマシリコン窒化膜、66…厚膜ネガレジスト、67…ノズルシート、67a…ノズル、71…流体供給路、72…開口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Functional element, 2 ... Hollow structure part, 3 ... Opening, 4 ... Etching-resistant layer, 5 ... Sealing film, 6 ... Cover layer, 7 ... Protective layer, 8 ... Over-etching part, 11 ... Semiconductor silicon substrate, 12 ... polysilicon film, 13 ... silicon nitride film, 14, 16 ... resist film, 15 ... silicon oxide film, 17 ... sealing film, 21 ... paper, 22 ... roller, 23 ... carriage, 24,25 ... inkjet head, 30 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Micro fluid drive part, 31 ... Diaphragm, 32 ... Substrate, 33 Substrate side electrode, 34 ... Hollow structure part, 35 ... Diaphragm side electrode, 36 ... Post, 37 ... Opening, 38 ... Sealing film, 39 ... Auxiliary Column (post), 40 ... Fluid supply unit, 41 ... Ink, 42 ... Pressure chamber (cavity), 43 ... Partition structure, 43a ... Partition, 44 ... Discharge unit (nozzle), 51 ... Substrate, 52 ... Polysilicon film, 53. Insulating film, 5 ... sacrificial layer, 55 ... silicon oxide film, 56 ... polysilicon film, 57 ... silicon oxide film, 58 ... silicon nitride film, 59 ... silicon oxide film, 61 ... opening, 62 ... silicon oxide film, 63 ... hole, 64 ... Sealing film, 65 ... plasma silicon nitride film, 66 ... thick film negative resist, 67 ... nozzle sheet, 67a ... nozzle, 71 ... fluid supply path, 72 ... opening
Claims (24)
前記開口の断面形状が、前記中空構造部分に向かって当該開口の径が狭くなるテーパ状に形成されている
ことを特徴とする機能素子。 In the functional element having a hollow structure portion formed by sealing the opening,
The functional element is characterized in that a cross-sectional shape of the opening is formed in a tapered shape in which the diameter of the opening becomes narrower toward the hollow structure portion.
ことを特徴とする請求項1記載の機能素子。 The functional element according to claim 1, wherein a single-layer or multi-layer protective layer is laminated at least on a portion of the tapered inclined surface in the opening.
ことを特徴とする請求項2記載の機能素子。 The protective layer is also laminated on an over-etched portion with respect to the sacrificial layer when the hollow structure portion is formed by removing the sacrificial layer from the opening. The functional element described.
ことを特徴とする請求項1記載の機能素子。 The functional element according to claim 1, wherein the opening is sealed with a sealing film made of any one of a vapor deposition film, a sputtered film, and a PECVD film.
ことを特徴とする請求項4記載の機能素子。 The functional element according to claim 4, wherein the sealing film is covered with a single-layer or multi-layer cover layer.
ことを特徴とする請求項5記載の機能素子。 The functional element according to claim 5, wherein the cover layer is a plasma silicon nitride film.
前記開口の断面形状を、前記中空構造部分に向かって当該開口の径が狭くなるテーパ状に形成する工程
を含むことを特徴とする機能素子の製造方法。 In the method for manufacturing a functional element having a hollow structure portion formed by sealing the opening,
A method of manufacturing a functional element, comprising: forming a cross-sectional shape of the opening into a tapered shape in which the diameter of the opening becomes narrower toward the hollow structure portion.
を含むことを特徴とする請求項7記載の機能素子の製造方法。 The method of manufacturing a functional element according to claim 7, further comprising: laminating a single-layer or multi-layer protective layer at least on a portion of the tapered inclined surface in the opening.
ことを特徴とする請求項8記載の機能素子の製造方法。 In the case where the hollow structure portion is formed by removing the sacrificial layer from the opening, in the step of forming the tapered shape prior to the step of laminating the protective layer, the sacrificial layer is overcoated. Etching is performed. The method for manufacturing a functional element according to claim 8.
ことを特徴とする請求項7記載の機能素子の製造方法。 The method for manufacturing a functional element according to claim 7, wherein the opening is sealed with a sealing film made of any one of a deposited film, a sputtered film, and a PECVD film.
ことを特徴とする請求項10記載の機能素子の製造方法。 The method for manufacturing a functional element according to claim 10, wherein the sealing film is covered with a single-layer or multi-layer cover layer.
ことを特徴とする請求項11記載の機能素子の製造方法。 The method for manufacturing a functional element according to claim 11, wherein the cover layer is a plasma silicon nitride film.
前記開口の断面形状が、前記中空構造部分に向かって当該開口の径が狭くなるテーパ状に形成されている
ことを特徴とする流体吐出ヘッド。 In a fluid discharge head configured using a functional element having a hollow structure portion formed by sealing an opening,
The fluid discharge head according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the opening is formed in a tapered shape in which the diameter of the opening becomes narrower toward the hollow structure portion.
ことを特徴とする請求項13記載の流体吐出ヘッド。 14. The fluid discharge head according to claim 13, wherein a protective layer having a single layer or a plurality of layers is laminated at least on a portion of the tapered inclined surface in the opening.
ことを特徴とする請求項13記載の流体吐出ヘッド。 When the hollow structure portion is formed by removing the sacrificial layer from the opening, the protective layer is also laminated on an over-etched portion with respect to the sacrificial layer. The fluid discharge head described.
ことを特徴とする請求項13記載の流体吐出ヘッド。 The fluid discharge head according to claim 13, wherein the opening is sealed with a sealing film made of any one of a vapor deposition film, a sputtered film, and a PECVD film.
ことを特徴とする請求項16記載の流体吐出ヘッド。 The fluid ejection head according to claim 16, wherein the sealing film is covered with a single layer or a multilayer cover layer.
ことを特徴とする請求項17記載の流体吐出ヘッド。 The fluid discharge head according to claim 17, wherein the cover layer is a plasma silicon nitride film.
前記開口の断面形状が、前記中空構造部分に向かって当該開口の径が狭くなるテーパ状に形成されている
ことを特徴とする印刷装置。 In a printing apparatus configured using a functional element having a hollow structure portion formed by sealing an opening as a fluid discharge head,
The cross-sectional shape of the opening is formed in a tapered shape in which the diameter of the opening becomes narrower toward the hollow structure portion.
ことを特徴とする請求項19記載の印刷装置。 The printing apparatus according to claim 19, wherein a protective layer is laminated at least on a portion of the tapered inclined surface in the opening.
ことを特徴とする請求項20記載の印刷装置。 21. When the hollow structure portion is formed by removing a sacrificial layer from the opening, the protective layer is also laminated on an over-etched portion with respect to the sacrificial layer. The printing apparatus as described.
ことを特徴とする請求項19記載の印刷装置。 The printing apparatus according to claim 19, wherein the opening is sealed with a sealing film made of any one of a vapor deposition film, a sputtered film, and a PECVD film.
ことを特徴とする請求項22記載の印刷装置。 The printing apparatus according to claim 22, wherein the sealing film is covered with a single-layer or multi-layer cover layer.
ことを特徴とする請求項23記載の印刷装置。
The printing apparatus according to claim 23, wherein the cover layer is a plasma silicon nitride film.
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