JP2007062291A - Method for manufacturing liquid droplet discharging head, liquid droplet discharging head and liquid droplet discharging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a droplet discharge head, a droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus.
基板にエッチングを施すことにより所定の形状を形成する方法として、近年、電子デバイスの小型化、低消費電力化および高性能化等に伴って、ドライエッチング法が注目されている。
このドライエッチング法では、平板状の母材上に、所定パターンのレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクとして用いて、この母材をエッチング（加工）することにより所定のパターンが形成された基板を得ることが行われている。
As a method for forming a predetermined shape by etching a substrate, in recent years, a dry etching method has attracted attention as electronic devices are reduced in size, reduced in power consumption, and improved in performance.
In this dry etching method, a resist layer having a predetermined pattern is formed on a flat base material, and the base material is etched (processed) using the resist layer as a mask to form a predetermined pattern. Getting the substrate is done.
このようなドライエッチング法が、液滴吐出ヘッドが備える吐出液貯留空間（インク室）および吐出液供給空間（リザーバ）の形成に適用されるが、通常、これらの吐出液貯留空間および吐出液供給空間は、１つの母材をエッチングすることにより同時に形成される。
ここで、吐出液貯留空間の幅が吐出液供給空間の幅と比較して細幅となっていることから、これらを形成する領域に対応して開口部を有するレジスト層を母材上に形成すると、これらの開口部の幅も同様に、吐出液貯留空間を形成する領域に対応する第１の開口部の方が吐出液供給空間を形成する領域に対応する第２の開口部よりも細幅となっている。
Such a dry etching method is applied to the formation of a discharge liquid storage space (ink chamber) and a discharge liquid supply space (reservoir) provided in the droplet discharge head. Usually, these discharge liquid storage space and discharge liquid supply are used. The space is simultaneously formed by etching one base material.
Here, since the width of the discharge liquid storage space is narrower than the width of the discharge liquid supply space, a resist layer having an opening corresponding to the region for forming these is formed on the base material. Then, similarly, the width of these openings is narrower in the first opening corresponding to the region forming the discharge liquid storage space than in the second opening corresponding to the region forming the discharge liquid supply space. It is wide.
このような状態で母材に対してドライエッチングを施すと、それぞれの開口部から露出する部分がその厚さ方向に対してエッチング（除去）されるが、第１の開口部の幅と第２の開口部の幅とが異なることに起因して、第２の開口部における母材のエッチングレートが第１の開口部における母材のエッチングレートよりも速くなる現象（マイクロローディング効果）が生じる。 When dry etching is performed on the base material in such a state, portions exposed from the respective openings are etched (removed) in the thickness direction, but the width of the first opening and the second Due to the difference in the width of the opening, a phenomenon (microloading effect) occurs in which the etching rate of the base material in the second opening is faster than the etching rate of the base material in the first opening.
このようなマイクロローディング効果が生じる原因としては、エッチャントの平均自由工程の距離の差あるいはプラズマ密度の不均一化によるイオンと電子の拡散の差が考えられているが、この現象に起因して以下のような問題がある。
すなわち、第１の開口部に対応する吐出液貯留空間が形成されるまでエッチングを行うと、第２の開口部に対応する吐出液供給空間においてオーバーエッチング（厚さ方向に対して垂直方向へのエッチング）が生じることから、矩形断面を形成することができず、形成される吐出液貯留空間および吐出液供給空間の寸法精度が期待するほどのものが得られないという問題がある。さらには、前記母材のレジスト層が設けられている面と反対側の面に設けられた薄膜が、吐出液供給空間を形成する領域に対応する領域で突き破られるという問題がある。
Possible causes of such microloading effects include the difference in the mean free path of the etchant or the difference in ion and electron diffusion due to nonuniform plasma density. There is a problem like this.
That is, when etching is performed until a discharge liquid storage space corresponding to the first opening is formed, overetching (in a direction perpendicular to the thickness direction) in the discharge liquid supply space corresponding to the second opening is performed. Etching) occurs, so that there is a problem that a rectangular cross section cannot be formed, and a dimensional accuracy of the formed discharge liquid storage space and discharge liquid supply space cannot be obtained. Furthermore, there is a problem that the thin film provided on the surface opposite to the surface on which the resist layer of the base material is provided is pierced in a region corresponding to a region forming the discharge liquid supply space.
そこで、このマイクロローディング効果が生じるのを防止することを目的に、例えば、前記母材のドライエッチングを施す面とは反対側の面からヘリウムのような冷却ガスにより母材を冷却することが行われているが、このような方法を用いた場合においても、母材を均一に冷却することができず、十分な効果が得られていないのが実情である（例えば、特許文献１参照。）。 Therefore, for the purpose of preventing the microloading effect from occurring, for example, the base material is cooled with a cooling gas such as helium from the surface opposite to the surface on which the base material is dry-etched. However, even when such a method is used, the base material cannot be uniformly cooled, and a sufficient effect is not obtained (see, for example, Patent Document 1). .
本発明の目的は、マイクロローディング効果により、平板状の母材のエッチングレートに差が生じることを低減または防止することができる液滴吐出ヘッドの製造方法、信頼性の高い液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a droplet discharge head capable of reducing or preventing a difference in etching rate of a flat base material due to a microloading effect, a highly reliable droplet discharge head, and a liquid To provide a droplet discharge device.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、吐出液を貯留する複数の細幅の吐出液貯留空間と、該各吐出液貯留空間に連通し前記各吐出液貯留空間に前記吐出液を供給する吐出液供給空間とが形成された基板と、前記各吐出液貯留空間を覆うように前記基板の一方の面に接触して設けられた振動板と、該振動板の前記基板と反対側の面に前記各吐出液貯留空間に対応して設けられ、液滴を吐出するための複数の駆動素子と、前記吐出液を液滴として吐出するノズル孔が複数形成され、該各ノズル孔が前記各吐出液貯留空間に対応するように、前記基板の他方の面に接合されたノズルプレートとを備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
一方の面に薄膜が設けられ、該薄膜を介して前記駆動素子が設けられた平板状の母材を用意する第１の工程と、
前記母材の他方の面に、前記各吐出液貯留空間を形成する領域に対応する第１の開口部と、前記吐出液供給空間を形成する領域の縁部に沿って設けられた第２の開口部とを備え、前記第２の開口部の前記第１の開口部側の平均幅が、前記第１の開口部の平均幅とほぼ等しいマスクを形成する第２の工程と、
前記母材に対して前記マスクを介して前記ドライエッチングを施すことにより、前記第１の開口部および前記第２の開口部から露出する前記母材を前記薄膜に到達するまで除去して凹部を形成する第３の工程と、
前記吐出液供給空間を形成する領域に残存する前記母材と前記薄膜とを除去することにより前記振動板および前記基板を得る第４の工程と、
前記ノズルプレートを、前記基板の前記振動板と反対側の面に接合する第５の工程とを有することを特徴とする。
これにより、第１の開口部と、第２の開口部の第１の開口部側との間でマイクロローディング効果が生じるのを確実に防止して、第１の開口部と第２の開口部とが連通する位置に対応する母材のエッチングレートに差が生じることを的確に低減または防止することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention supplies a plurality of narrow discharge liquid storage spaces for storing discharge liquid, and supplies the discharge liquid to the discharge liquid storage spaces in communication with the discharge liquid storage spaces. A substrate on which a discharge liquid supply space is formed; a diaphragm provided in contact with one surface of the substrate so as to cover each discharge liquid storage space; and a surface of the vibration plate opposite to the substrate A plurality of drive elements for discharging droplets and a plurality of nozzle holes for discharging the discharge liquid as droplets, each nozzle hole being formed in each of the discharge liquid storage spaces. A method for manufacturing a droplet discharge head comprising a nozzle plate bonded to the other surface of the substrate so as to correspond to a discharge liquid storage space,
A first step of preparing a flat base material provided with a thin film on one surface and the driving element provided through the thin film;
A second opening provided on the other surface of the base material along a first opening corresponding to a region forming each discharge liquid storage space and an edge of a region forming the discharge liquid supply space. A second step of forming a mask comprising: an opening, wherein an average width of the second opening on the first opening side is approximately equal to an average width of the first opening;
By subjecting the base material to the dry etching through the mask, the base material exposed from the first opening and the second opening is removed until reaching the thin film, thereby forming a recess. A third step of forming;
A fourth step of obtaining the diaphragm and the substrate by removing the base material and the thin film remaining in a region forming the discharge liquid supply space;
And a fifth step of bonding the nozzle plate to a surface of the substrate opposite to the vibration plate.
This reliably prevents the microloading effect from occurring between the first opening and the first opening side of the second opening, and the first opening and the second opening. It is possible to accurately reduce or prevent the difference in the etching rate of the base material corresponding to the position where the and are communicated.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記吐出液供給空間は、平面視において、前記第１の開口部側の第１の辺と、該第１の辺に対向する第２の辺とを有する形状をなしており、
前記マスクは、前記第２の開口部の前記第１の辺に沿った部分の平均幅が、前記第１の開口部の平均幅とほぼ等しくなっていることが好ましい。
これにより、第１の開口部と、第２の開口部の第１の辺に沿った部分とでマイクロローディング効果が生じるのを確実に防止して、第１の開口部と第２の開口部とが連通する位置に対応する母材のエッチングレートに差が生じることを的確に低減または防止することができる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, the discharge liquid supply space includes a first side on the first opening side and a second side facing the first side in plan view. Has a shape having
In the mask, it is preferable that an average width of a portion along the first side of the second opening is substantially equal to an average width of the first opening.
This reliably prevents the microloading effect from occurring in the first opening and the portion along the first side of the second opening, and the first opening and the second opening. It is possible to accurately reduce or prevent the difference in the etching rate of the base material corresponding to the position where the and are communicated.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記マスクは、さらに、前記第２の開口部の前記第２の辺に沿った部分の平均幅が、前記第１の開口部の平均幅とほぼ等しくなっていることが好ましい。
これにより、第１の開口部と、第２の開口部の第１の辺に沿った部分および第２の辺に沿った部分とでマイクロローディング効果が発生するのを確実に防止して、これらの開口部に対応する位置の母材のエッチングレートに差が生じることを的確に低減または防止することができる。
In the method of manufacturing a droplet discharge head according to the aspect of the invention, the mask further has an average width of a portion along the second side of the second opening substantially equal to an average width of the first opening. Preferably they are equal.
This reliably prevents the microloading effect from occurring in the first opening, the portion along the first side of the second opening, and the portion along the second side. It is possible to accurately reduce or prevent the difference in the etching rate of the base material at the position corresponding to the opening of the.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記マスクは、前記第２の開口部の全体の平均幅と、前記第１の開口部の平均幅とがほぼ等しくなっていることが好ましい。
これにより、第１の開口部と、第２の開口部の全体とでマイクロローディング効果が発生するのを確実に防止して、これらの開口部に対応する位置の母材のエッチングレートに差が生じることを的確に低減または防止することができる。
In the method of manufacturing a droplet discharge head according to the aspect of the invention, it is preferable that the average width of the second opening is substantially equal to the average width of the first opening in the mask.
This reliably prevents the microloading effect from occurring in the first opening and the entire second opening, and there is a difference in the etching rate of the base material at positions corresponding to these openings. It is possible to accurately reduce or prevent the occurrence.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記薄膜は、前記第３の工程において、前記ドライエッチングによるエッチングを停止させるエッチングストップ層として機能することが好ましい。
これにより、ドライエッチングによる母材のエッチングを確実に停止させることができる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, it is preferable that the thin film functions as an etching stop layer for stopping the etching by the dry etching in the third step.
Thereby, the etching of the base material by dry etching can be stopped reliably.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記薄膜は、前記吐出液供給空間が形成される領域において１層で構成され、それ以外の領域において積層体で構成されている部分を含んでいることが好ましい。
これにより、薄膜を、その各領域に応じて、目的とする機能を選択的に発揮し得るものとすることができる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the thin film includes a single layer in a region where the discharge liquid supply space is formed and includes a layered structure in the other region. It is preferable.
Thereby, a thin film can be made to exhibit the target function selectively according to each area | region.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記母材は、主としてＳｉで構成され、前記薄膜は、主としてＳｉＯ２、および、Ｓｉよりもエッチングレートが遅い金属材料のうちの少なくとも１種で構成されることが好ましい。
これにより、得られる薄膜が、エッチングを停止させるエッチングストップ層としての機能を確実に発揮するものとなる。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記金属材料は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＰｔおよびＡｌのうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これにより、エッチングストップ層としての機能を薄膜により確実に発揮させることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記薄膜の厚さは、３００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
これにより、ドライエッチングを施す際に、薄膜が損傷するのを的確に防止または抑制して、母材のエッチングを確実に停止することができる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the base material is mainly composed of Si, and the thin film is mainly composed of at least one of SiO 2 and a metal material having a slower etching rate than Si. It is preferred that
Thereby, the obtained thin film reliably exhibits the function as an etching stop layer for stopping etching.
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the metal material is preferably at least one of Au, Ti, W, Ni, Cr, Fe, Pt and Al.
Thereby, the function as an etching stop layer can be reliably exhibited by the thin film.
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the thickness of the thin film is preferably 300 to 1000 nm.
Thereby, when performing dry etching, it can prevent or suppress that a thin film is damaged correctly, and can stop etching of a base material reliably.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記母材の前記一方の面には、前記各駆動素子を収納する駆動素子収納空間と、前記吐出液供給空間に前記吐出液を供給する吐出液供給路とが形成された吐出液供給路基板が、前記吐出液供給路が前記母材の前記吐出液貯留空間を形成する領域に対応するように、接合されており、
前記第４の工程において、前記母材と前記薄膜を除去することにより、前記吐出液貯留空間と前記吐出液供給路とを連通させることが好ましい。
In the droplet discharge head manufacturing method of the present invention, the one surface of the base material has a drive element storage space for storing the drive elements and a discharge liquid for supplying the discharge liquid to the discharge liquid supply space. The discharge liquid supply path substrate in which the supply path is formed is joined so that the discharge liquid supply path corresponds to a region that forms the discharge liquid storage space of the base material,
In the fourth step, it is preferable that the discharge liquid storage space and the discharge liquid supply path are communicated by removing the base material and the thin film.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記第３の工程に先立って、前記吐出液供給路内に前記薄膜と接触するように充填物を充填する工程を有し、
前記第３の工程において、前記充填物の存在により前記吐出液供給空間が形成される領域に存在する前記薄膜の損傷を防止または低減することが好ましい。
これにより、前記薄膜を隔壁として確実に残存させることができるとともに、前記母材を均一に冷却することができる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, prior to the third step, the method includes a step of filling the discharge liquid supply path with a filler so as to be in contact with the thin film,
In the third step, it is preferable to prevent or reduce damage to the thin film existing in a region where the discharge liquid supply space is formed due to the presence of the filler.
Accordingly, the thin film can be reliably left as a partition, and the base material can be uniformly cooled.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記第４の工程に先立って、前記凹部の内面に撥液処理を施すことが好ましい。
前記薄膜が残存していることにより、前記撥液処理が吐出液供給路に施されるのを確実に防止して、前記凹部の内面に撥液処理を施すことができる。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記撥液処理により撥液膜を形成することが好ましい。
これにより、比較的容易に、前記凹部の内面に対して選択的に撥液処理を施すことができる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, it is preferable that a liquid repellent treatment is performed on the inner surface of the concave portion prior to the fourth step.
Since the thin film remains, the liquid repellent treatment can be reliably prevented from being applied to the discharge liquid supply path, and the liquid repellent treatment can be performed on the inner surface of the recess.
In the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, it is preferable to form a liquid repellent film by the liquid repellent treatment.
Thereby, the liquid repellent treatment can be selectively performed on the inner surface of the recess relatively easily.
本発明の液滴吐出ヘッドは、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが得られる。
本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液滴吐出装置が得られる。
The droplet discharge head of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention.
Thereby, a highly reliable droplet discharge head can be obtained.
The liquid droplet ejection apparatus of the present invention includes the liquid droplet ejection head of the present invention.
Thereby, a highly reliable droplet discharge device can be obtained.
以下、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜インクジェット式記録ヘッド＞
まず、本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェット式記録ヘッドに適用した場合の実施形態について説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a droplet discharge head, a droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<Inkjet recording head>
First, an embodiment in which the droplet discharge head of the present invention is applied to an ink jet recording head will be described.
図１は、本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェット式記録ヘッドに適用した場合の実施形態を示す分解斜視図であり、図２は、図１に示すインクジェット式記録ヘッドの平面図および断面図である。図３は、図１に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。
図１に示すインクジェット式記録ヘッド１（以下、単に「ヘッド１」という。）は、図３に示すようなインクジェットプリンタ（本発明の液滴吐出装置）２に搭載されている。
図３に示すインクジェットプリンタ２は、装置本体２２を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ２２１と、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排紙口２２２と、上部面に操作パネル２７とが設けられている。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment when the droplet discharge head of the present invention is applied to an ink jet recording head, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the ink jet recording head shown in FIG. is there. FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of an ink jet printer including the ink jet recording head shown in FIG.
An ink jet recording head 1 (hereinafter, simply referred to as “head 1”) shown in FIG. 1 is mounted on an ink jet printer (droplet discharge device of the present invention) 2 as shown in FIG.
The ink jet printer 2 shown in FIG. 3 includes an apparatus
操作パネル２７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えている。
また、装置本体２２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット２３を備える印刷装置（印刷手段）２４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置２４に送り込む給紙装置（給紙手段）２５と、印刷装置２４および給紙装置２５を制御する制御部（制御手段）２６とを有している。
The
Further, inside the apparatus
制御部２６の制御により、給紙装置２５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Ｐは、ヘッドユニット２３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット２３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。すなわち、ヘッドユニット２３の往復動と記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
Under the control of the
印刷装置２４は、ヘッドユニット２３と、ヘッドユニット２３の駆動源となるキャリッジモータ２４１と、キャリッジモータ２４１の回転を受けて、ヘッドユニット２３を往復動させる往復動機構２４２とを備えている。
ヘッドユニット２３は、その下部に、多数のノズル孔３２１を備えるヘッド１と、ヘッド１にインクを供給するインクカートリッジ２３１と、ヘッド１およびインクカートリッジ２３１を搭載したキャリッジ２３２とを有している。
なお、インクカートリッジ２３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。
The
The
Note that full-color printing is possible by using an
往復動機構２４２は、その両端をフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸２４３と、キャリッジガイド軸２４３と平行に延在するタイミングベルト２４４とを有している。
キャリッジ２３２は、キャリッジガイド軸２４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト２４４の一部に固定されている。
キャリッジモータ２４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト２４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸２４３に案内されて、ヘッドユニット２３が往復動する。そして、この往復動の際に、ヘッド１から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
The
The
When the
給紙装置２５は、その駆動源となる給紙モータ２５１と、給紙モータ２５１の作動により回転する給紙ローラ２５２とを有している。
給紙ローラ２５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ２５２ａと駆動ローラ２５２ｂとで構成され、駆動ローラ２５２ｂは給紙モータ２５１に連結されている。これにより、給紙ローラ２５２は、トレイ２２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置２４に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ２２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。
The
The
制御部２６は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置２４や給紙装置２５等を制御することにより印刷を行うものである。
制御部２６は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、印刷装置２４（キャリッジモータ２４１）を駆動する駆動回路、給紙装置２５（給紙モータ２５１）を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとを備えている。
また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ２３１のインク残量、ヘッドユニット２３の位置等を検出可能な各種センサ等が、それぞれ電気的に接続されている。
制御部２６は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により印刷装置２４および給紙装置２５は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。
The
Although not shown, the
Further, for example, various sensors capable of detecting the remaining ink amount of the
The
以下、ヘッド１について、図１および図２を参照しつつ詳述する。
図１および図２に示すように、ヘッド１は、ノズルプレート３２０と、吐出液貯留空間形成基板１０と、振動板５８と、振動板５８上に設けられた圧電素子３００と、吐出液供給路形成基板３０と、吐出液供給路形成基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１２０とを備えている。なお、このヘッド１は、ピエゾジェット式ヘッドを構成する。
Hereinafter, the head 1 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIGS. 1 and 2, the head 1 includes a
本実施形態では、基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板で構成されているが、面方位（１００）のシリコン単結晶基板で構成されていてもよい。
また、その双方の面には、予め熱酸化により形成された二酸化シリコンで構成される厚さ１〜２μｍ程度の二酸化シリコン膜５２（弾性膜５０および酸化膜５１）が設けられている。
基板１０には、インクを貯留する複数の吐出液貯留空間１２と、各吐出液貯留空間１２に連通し、各吐出液貯留空間１２にインクを供給する吐出液供給空間１３とが形成されている。
In the present embodiment, the
Further, on both surfaces, a silicon dioxide film 52 (
The
図１および図２に示すように、各吐出液貯留空間１２および吐出液供給空間１３は、それぞれ、平面視において、ほぼ長方形状をなし、各吐出液貯留空間１２の幅（短辺）は、吐出液供給空間１３の幅（短辺）より細幅となっている。
また、各吐出液貯留空間１２は、吐出液供給空間１３に対して、ほぼ垂直をなすように配置されており、各吐出液貯留空間１２および吐出液供給空間１３は、平面視において全体として、櫛状をなしている。
なお、吐出液供給空間１３は、平面視において、本実施形態のように長方形状のものの他、例えば、台形状、三角形状または俵形状（カプセル形状）のものであってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, each discharge
In addition, each discharge
In addition, the ejection
また、吐出液供給空間１３は、後述する吐出液供給路形成基板３０に設けられた吐出液供給路３１と連通して複数の吐出液貯留空間１２にインクを供給する共通のインク室として機能するリザーバ１００の一部を構成する。
また、吐出液貯留空間１２と吐出液供給空間１３との内面および酸化膜５１上には、撥液膜５７が設けられている。これにより、吐出液貯留空間１２、吐出液供給空間１３および酸化膜５１がインクに晒されるのを防止して、基板１０のインクによる変質・劣化を好適に防止または抑制することができる。
The discharge
A
このような撥液膜５７の構成材料としては、例えば、撥液性を示す官能基を有するカップリング剤や、撥液性の樹脂材料等が挙げられる。
カップリング剤としては、例えば、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、ジルコニウム系カップリング剤、有機リン酸系カップリング剤、シリルパーオキサイド系カップリング剤等を用いることができる。
撥液性を示す官能基としては、例えば、フルオロアルキル基、アルキル基、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロキシ基等が挙げられる。
Examples of the constituent material of the
As the coupling agent, for example, a silane coupling agent, a titanium coupling agent, an aluminum coupling agent, a zirconium coupling agent, an organic phosphate coupling agent, a silyl peroxide coupling agent, or the like is used. be able to.
Examples of the functional group exhibiting liquid repellency include a fluoroalkyl group, an alkyl group, a vinyl group, an epoxy group, a styryl group, and a methacryloxy group.
カップリング剤の具体例としては、例えば、トリデカフルオロ−１，１，２，２テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Specific examples of the coupling agent include, for example, tridecafluoro-1,1,2,2 tetrahydrooctyltriethoxysilane, tridecafluoro-1,1,2,2 tetrahydrooctyltrimethoxysilane, and tridecafluoro-1 , 1,2,2 tetrahydrooctyltrichlorosilane, octadecyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane and the like.
一方、撥液性の樹脂材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、パーフルオロエチレン−プロペン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂等が挙げられる。 On the other hand, examples of liquid repellent resin materials include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), and perfluoro. Examples thereof include fluorine-based resins such as ethylene-propene copolymer (FEP) and ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE).
また、基板１０の振動板５８と反対側の面には、絶縁膜５１および撥液膜５７を介して、各吐出液貯留空間１２に対応するようにノズル孔３２１がそれぞれ形成（穿設）されたノズルプレート３２０が接着剤や熱溶着フィルム等により固着（貼着）されている。
なお、ノズルプレート３２０は、その厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍ程度で、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］程度であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板または不錆鋼等で構成されている。
In addition, nozzle holes 321 are formed (perforated) on the surface of the
The
一方、このような基板１０のノズルプレート３２０と反対側の面には、上述したように、厚さが例えば１．０μｍ程度の弾性膜５０が設けられている。
また、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、０．４μｍ程度の絶縁体膜５５が形成されている。
さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、０．２μｍ程度の下電極膜６０と、厚さが例えば、１．０μｍ程度の圧電体層７０と、厚さが例えば、０．０５μｍ程度の上電極膜８０とが、この順で積層されて、液滴の吐出を制御する圧電素子（駆動素子）３００を構成している。
すなわち、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０および上電極膜８０を含む部分をいう。
On the other hand, the
On the
Further, on the
That is, the
本実施形態では、下電極膜６０が圧電素子３００の共通電極として形成され、上電極膜８０が圧電素子３００の個別電極として、圧電体層７０とともに、各吐出液貯留空間１２に対応する位置にパターニング（形成）されている。
なお、上電極膜８０および圧電体層７０により構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。また、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板５８とを合わせて圧電アクチュエータという。
In the present embodiment, the
A portion that is constituted by the
一般的には、下電極膜６０および上電極膜８０のうちいずれか一方の電極が共通電極として構成され、他方の電極および圧電体層７０が各吐出液貯留空間１２にパターニングして構成されていればよく、駆動回路や配線の都合で下電極膜６０と上電極膜８０との構成が逆になっていてもよい。いずれの場合においても、各吐出液貯留空間１２に対応して圧電体能動部が形成されることになる。
また、本実施形態では、弾性膜５０および絶縁体膜５５により振動板５８が構成されている。なお、この絶縁体膜５５上に形成された下電極膜６０も振動板としての役割を果たす。
In general, one of the
In this embodiment, the
下電極膜６０は、吐出液貯留空間１２の長手方向に対して、吐出液貯留空間１２に対向する領域の内側でパターニングされ、かつ、複数の吐出液貯留空間１２に対応する領域において、連続的に設けられている。
また、下電極膜６０は、吐出液貯留空間１２の列の外側の領域で基板１０の端部近傍まで延設されている。そして、その先端部が後述する駆動ＩＣ１２０から延設された接続配線１３０を接続する接続部６０ａを構成している。
The
Further, the
圧電体層７０および上電極膜８０は、基本的には吐出液貯留空間１２に対向する領域内に設けられているが、吐出液貯留空間１２の長手方向では、吐出液貯留空間１２に対向する領域よりも外側まで延設されており、下電極膜６０のノズル孔３２１側の端面が圧電体層７０により覆われている。
また、上電極膜８０のノズル孔３２１側の端部近傍には、リード電極９０が接続されている。このリード電極９０は、基板１０の端部近傍まで延設されており、その先端部が、下電極膜６０の接続部６０ａと同様に、接続配線１３０を接続する接続部９０ａを構成している。
また、基板１０の圧電素子３００が設けられている面側と、リザーバ１００の一部を構成する吐出液供給路３１を備えるリザーバ形成基板３０とは、例えば、エポキシ系の接着剤のような接合部材３５ａで構成される接着剤層３５を介して接着（固着）されている。
The
A
Further, the surface side of the
本実施形態では、吐出液供給路３１は、リザーバ形成基板３０の厚さ方向に貫通するとともに、吐出液貯留空間１２の幅方向に亘って形成されており、前述のように基板１０の吐出液供給空間１３と連通されて各吐出液貯留空間１２のリザーバ１００を構成している。
なお、本実施形態では、基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤層３５により接着する場合について説明したが、このような場合に限定されず、密着性を有する金属等によりこれらの基板同士を接合（金属接合）するようにしてもよい。
In the present embodiment, the discharge
In the present embodiment, the case where the
また、吐出液供給空間１３と吐出液供給路３１とを連通する貫通部１１０の吐出液供給路３１側の開口周縁部と、リザーバ形成基板３０の吐出液供給路３１の開口周縁部とが接着剤層３５によって接着されている。
なお、この貫通部１１０は、それぞれ、吐出液供給空間１３に対向する領域の弾性膜５０、絶縁体膜５５および下電極膜６０を厚さ方向に貫通することで設けられている。
In addition, the opening peripheral portion on the discharge
The penetrating
すなわち、貫通部１１０は、弾性膜５０を貫通することで設けられた第１の貫通孔１１１と、絶縁体膜５５を貫通することで設けられた第２の貫通孔１１２と、下電極膜６０を貫通することで設けられた第３の貫通孔１１３とで構成されている。
そして、吐出液供給路３１内のインクは、貫通部１１０を介して吐出液供給空間１３に供給されるようになっている。
また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の振動を阻害しない程度の空間が確保可能な圧電素子収納部３２が設けられている。
That is, the through
The ink in the discharge
In addition, in a region facing the
圧電素子３００は、この圧電素子収納部３２内に設けられているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。
なお、このようなリザーバ形成基板３０の構成材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられ、これらの中でも、基板１０の熱膨張率とほぼ同一の材料で構成されているのが好ましく、基板１０と同一材料すなわち本実施形態ではシリコン単結晶で構成されているのがより好ましい。
Since the
Examples of the constituent material of the
また、下電極膜６０の接続部６０ａおよびリード電極９０の接続部９０ａは、圧電素子収納部３２の外側に設けられている。そして、これら接続部６０ａおよび接続部９０ａに、リザーバ形成基板３０上に実装された駆動ＩＣ１２０から延設される接続配線１３０の一端が接続されている。
さらに、リザーバ形成基板３０上には、封止膜４１および固定板４２で構成されるコンプライアンス基板４０が接合されている。
Further, the
Further, a
封止膜４１は、厚さが例えば、６μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムのような剛性が低く可撓性を有する材料で構成され、この封止膜４１によって吐出液供給路３１の吐出液供給空間１３と連通するのと反対側の面が封止されている。
また、固定板４２は、厚さが例えば、３０μｍ程度のステンレス鋼（ＳＵＳ）のような金属等の硬質の材料で構成されている。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００が可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
The sealing
The fixing
このようなヘッド１では、図示しない外部吐出液供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル孔３２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１２０からの記録信号により、各吐出液貯留空間１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加する。これにより、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０および圧電体層７０にたわみが生じ、すなわち、振動板５８にたわみが生じることにより、各吐出液貯留空間１２内の圧力が瞬間的に高まり、その結果、ノズル孔３２１からインク滴が吐出する。
In such a head 1, after taking ink from an external discharge liquid supply means (not shown) and filling the interior from the
１回のインクの吐出が終了すると、駆動ＩＣ１２０は、下電極膜６０と上電極膜８０との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子３００は、ほぼ元の形状に戻り、吐出液貯留空間１２の容積が増大する。なお、このとき、インクには、インクカートリッジ２３１からノズル孔３２１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル孔３２１から吐出液貯留空間１２へ入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ２３１（リザーバ１００）から吐出液貯留空間１２へ供給される。
When the ejection of one ink is completed, the driving
このようにして、ヘッド１において、印刷させたい位置の圧電素子３００に、駆動ＩＣを介して電圧を印加すること、すなわち、吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
なお、ヘッド１は、前述したような構成のものに限らず、例えば、駆動素子として圧電素子３００に代えてヒータを備え、このヒータでインクを加熱して沸騰させ、それによって生じた圧力によりインクを液滴としてノズル孔３２１から吐出するように構成されたもの等であってもよい。
In this way, by applying a voltage to the
The head 1 is not limited to the one having the above-described configuration. For example, the head 1 includes a heater instead of the
このようなヘッド１は、例えば、次のようにして製造することができる。以下、ヘッド１の製造方法（本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法）について説明する。
図４〜図９は、それぞれ、図１および図２に示すインクジェット記録式ヘッドの製造方法を説明するための図である。なお、図４〜図６、図８および図９は、縦断面図であり、図７は、平面図である。また、以下の説明では、図４〜図６、図８および図９中の上側を「上」、下側を「下」という。
なお、本実施形態では、平板状の母材１０’として、ドライエッチング可能な、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いることとするが、面方位（１００）のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよい
Such a head 1 can be manufactured as follows, for example. Hereinafter, a method for manufacturing the head 1 (a method for manufacturing the droplet discharge head of the present invention) will be described.
4 to 9 are diagrams for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head shown in FIGS. 1 and 2, respectively. 4 to 6, 8, and 9 are longitudinal sectional views, and FIG. 7 is a plan view. In the following description, the upper side in FIGS. 4 to 6, 8, and 9 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
In this embodiment, a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) that can be dry-etched is used as the
［１］ まず、図４（ａ）に示すように、平板状の母材１０’を拡散炉で熱酸化することにより、母材１０’の表面に弾性膜５０および酸化膜５１を構成する二酸化シリコン膜５２を形成する。
母材１０’の表面を熱酸化する際の雰囲気の温度は、８００〜１５００℃程度であるのが好ましく、１０００〜１２００℃程度であるのがより好ましい。
[1] First, as shown in FIG. 4A, a
The temperature of the atmosphere when thermally oxidizing the surface of the
［２］ 次に、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成した後、拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）で構成される絶縁体膜５５を形成する。
ジルコニウム層を熱酸化する際の雰囲気の温度は、５００〜１２００℃程度であるのが好ましく、６００〜９００℃程度であるのがより好ましい。
[2] Next, as shown in FIG. 4B, for example, a zirconium (Zr) layer is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 52), and then thermally oxidized in a diffusion furnace to form zirconium oxide. An
The temperature of the atmosphere when thermally oxidizing the zirconium layer is preferably about 500 to 1200 ° C., more preferably about 600 to 900 ° C.
［３］ 次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に、例えば、白金およびイリジウムのような金属材料をこの順で積層して積層体を形成する。
その後、この積層体を所定の形状にパターニングすることにより下電極膜６０を形成する。
これらの金属材料の積層には、それぞれ、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等を用いることができる。
[3] Next, as illustrated in FIG. 4C, a metal body such as platinum and iridium is stacked in this order on the
Thereafter, the
For the lamination of these metal materials, for example, chemical vapor deposition (CVD) such as plasma CVD, thermal CVD, and laser CVD, vacuum deposition, sputtering (low temperature sputtering), dry plating methods such as ion plating, electrolysis, etc. Wet plating methods such as plating and electroless plating, thermal spraying methods, sol-gel methods, MOD methods, and the like can be used.
また、前記積層体のパターニングには、例えば、ドライエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウエットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、この下電極膜６０の形成の際に、基板１０の吐出液供給空間１３が形成される領域と対向（接触）する部分の積層体を除去して第３の貫通孔１１３を形成しておく。
In addition, for the patterning of the laminate, for example, one or two of physical etching methods such as dry etching, reactive ion etching, beam etching, and optically assisted etching, and chemical etching methods such as wet etching are used. A combination of the above can be used.
When the
［４］ 次に、図４（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等で構成される第１の金属層７０’と、例えば、イリジウム等で構成される第２の金属層８０’とを母材１０’の一方の面側の全面に順次積層する。
そして、図４（ｅ）に示すように、積層された第１の金属層７０’および第２の金属層８０’を、後工程［８］で形成される各吐出液貯留空間１２の位置に対応するようにパターニングして圧電体層７０および上電極膜８０を形成して、圧電素子３００を得る。
なお、第１の金属層７０’および第２の金属層８０’の形成、および、第１の金属層７０’および第２の金属層８０’のパターニングには、前記工程［３］の積層体のパターニングで説明したのと同様の方法を用いることができる。
[4] Next, as shown in FIG. 4D, for example, a
And as shown in FIG.4 (e), laminated | stacked 1st metal layer 70 'and 2nd metal layer 80' are set in the position of each discharge
The formation of the
［５］ 次に、貫通孔１１０を形成する。
具体的には、図５（ａ）に示すように、まず、吐出液供給空間１３が形成される領域に対向する部分、すなわち、第３の貫通孔１１３内に形成された絶縁体膜５５および弾性膜５０を除去して第２の貫通孔１１２および第３の貫通孔１１３を形成する。
これにより、第１〜第３の貫通孔１１１，１１２，１１３で構成される貫通部１１０が形成される。
なお、絶縁体膜５５および弾性膜５０の除去には、前記工程［３］の積層体のパターニングで説明したのと同様の方法を用いることができる。
[5] Next, the through
Specifically, as shown in FIG. 5A, first, a portion facing the region where the discharge
Thereby, the
For removing the
［６］ 次に、リード電極９０および金属層９５を形成する。
具体的には、図５（ｂ）に示すように、母材１０’の一方の面側のほぼ全面に亘って、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）やニッケルクロム（ＮｉＣｒ）のような密着性を有する金属（合金）で構成される密着膜９１を形成し、この密着膜９１上のほぼ全面に、例えば、金（Ａｕ）等で構成される金属膜９２を形成する。
そして、図５（ｃ）に示すように、密着膜９１および金属膜９２を、各圧電素子３００に対応するようにパターニングしてリード電極９０を形成するとともに、貫通部１１０内にも残存させて金属層９５を形成する。
リード電極９０をかかる構成のものとすることにより、リード電極９０は、圧電素子３００および絶縁体膜５５に対して優れた密着性を発揮するとともに、優れた導電性を有するものとなる。
[6] Next, the
Specifically, as shown in FIG. 5B, for example, adhesion such as titanium tungsten (TiW) or nickel chrome (NiCr) is provided over almost the entire surface of one surface of the
Then, as shown in FIG. 5C, the
By adopting the
また、金属層９５をかかる構成のものとすることにより、後工程［８］において、母材１０’にドライエッチングを施す際に、母材１０’のエッチングレートよりも金属層９５のエッチングレートを確実に遅くすることができる。その結果、金属層９５は、ドライエッチングを施す際のエッチングストップ層としての機能を確実に発揮し得るものとなる。
なお、密着膜９１および金属膜９２の形成、および、リード電極９０および金属層９５のパターニングには、前記工程［３］の金属材料の積層、および、積層体のパターニングで説明したのと同様の方法を用いることができる。
なお、リード電極９０および金属層９５は、上述したような密着膜９１と金属膜９２とで構成される積層体の他、密着膜９１および金属膜９２の構成材料のうちの１種または２種以上で構成される単層体であってもよい。
In addition, when the
The formation of the
In addition, the
［７］ 次に、図６（ａ）に示すように、母材１０’の圧電素子３００側の面とリザーバ形成基板３０とを、圧電素子３００が圧電素子収納部３２に収納され、かつ、吐出液供給空間１３が形成される領域と吐出液供給路３１とが対応するように、接着剤層３５を介して接合させる。
なお、本実施形態では、母材１０’の弾性膜５０側の面に設けられている弾性膜５０、絶縁体膜５５および金属層９５により薄膜３９が構成され、弾性膜５０、絶縁体膜５５、リード電極９０、接着剤層３５、金属層９５、リザーバ形成基板３０および圧電素子３００により、構造体３６が構成されている。
以上のような工程［１］〜工程［７］を経て、薄膜３９を介して駆動素子３００が設けられた母材１０’を得ることができる（第１の工程）。
[7] Next, as shown in FIG. 6A, the surface of the
In the present embodiment, the
Through the steps [1] to [7] as described above, the
［８］ 次に、ドライエッチング法を用いて、母材１０’に、吐出液貯留空間１２および吐出液供給空間１３を形成（加工）して、基板１０を得る。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、この母材１０’の加工（エッチング）する方法に特徴を有する。以下、母材１０’を加工して基板１０を得る方法について詳述する。
なお、以下では、吐出液貯留空間１２と、吐出液供給空間１３とを総称して、「吐出液流路」ということもある。
[8] Next, the
The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is characterized by a method of processing (etching) the
Hereinafter, the discharge
［８−１］ まず、図６（ｂ）に示すように、複数の構造体３６同士の間の空間３７に、充填物３８を充填する。
なお、充填物３８は、本実施形態のように、空間３７および構造体３６を覆うように充填されていてもよいし、空間３７の一部（吐出液供給路３１）に充填されていてもよい。
ここで、充填物３８は、後工程［８−３］において、母材１０’に冷却ガスで冷却しつつドライエッチングを施す際に、吐出液供給空間１３が形成される領域に存在する薄膜３９すなわち金属層９５が損傷するのを防止または低減する機能を有するとともに、母材１０’に温度ムラが生じるのを低減または防止する機能を有する。
[8-1] First, as shown in FIG. 6B, a filling
The filling
Here, in the post-process [8-3], the filling 38 is a
この充填物３８としては、例えば、樹脂材料、金属材料、無機半導体材料および無機絶縁材料等を含有するものが挙げられ、これらの中でも、樹脂材料を主成分とするものが好ましい。樹脂材料は、充填物の空間３７中への充填および後工程［８−４］における空間３７からの除去を比較的容易に行えるものであることから、充填物３８の主材料として好適に用いることができる。
Examples of the
以下では、充填物３８として、樹脂材料を主成分とするものを用いる場合を代表に説明する。
充填物３８の充填は、例えば、樹脂材料を含む溶液または分散液を空間３７に塗布（供給）した後、溶媒または分散媒を除去することにより行うことができる。
樹脂材料を含む溶液または分散液を塗布する方法としては、例えば、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法のような各種塗布法が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
Below, the case where the thing which has a resin material as a main component is used as the
The filling of the filling
Examples of methods for applying a solution or dispersion containing a resin material include an inkjet method, a spin coating method, a casting method, a micro gravure coating method, a gravure coating method, a bar coating method, a roll coating method, a wire bar coating method, and a dip. Various coating methods such as a coating method, a spray coating method, a screen printing method, a flexographic printing method, an offset printing method, and a microcontact printing method can be used, and one or more of these can be used in combination. .
樹脂材料を溶液または分散媒を調製する際に用いる溶媒または分散媒としては、例えば、硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、水、二硫化炭素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の無機溶媒や、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルイソプロピルケトン（ＭＩＰＫ）、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、グリセリン等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、テトラヒドロピラン（ＴＨＰ）、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグリム）、ジエチレングリコールエチルエーテル（カルビトール）等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系溶媒のような各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。 As a solvent or dispersion medium used when preparing a solution or dispersion medium of the resin material, for example, an inorganic solvent such as nitric acid, sulfuric acid, ammonia, hydrogen peroxide, water, carbon disulfide, carbon tetrachloride, ethylene carbonate, Ketone solvents such as methyl ethyl ketone (MEK), acetone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone (MIBK), methyl isopropyl ketone (MIPK), cyclohexanone, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, ethylene glycol, diethylene glycol (DEG), glycerin Solvent, diethyl ether, diisopropyl ether, 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,4-dioxane, tetrahydrofuran (THF), tetrahydropyran (THP), anisole, diethylene glycol dimethyl Ether solvents such as ether (diglyme), diethylene glycol ethyl ether (carbitol), cellosolv solvents such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, phenyl cellosolve, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, pentane, heptane, cyclohexane, toluene, Aromatic hydrocarbon solvents such as xylene and benzene, aromatic heterocyclic solvents such as pyridine, pyrazine, furan, pyrrole, thiophene and methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide Amide solvents such as (DMA), halogen compound solvents such as dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, ester solvents such as ethyl acetate, methyl acetate, ethyl formate, dimethyl sulfoxide (DMSO), sulfolane, etc. Various organic solvents such as yellow compound solvents, nitrile solvents such as acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile, organic acid solvents such as formic acid, acetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, or mixed solvents containing these Can be mentioned.
樹脂材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリパラキシリレン、ベンゾシクロブテン、ポリビニルフェノール、ノボラック樹脂のような芳香族系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなアクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテンのようなポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂等が挙げられる他、ネガ型およびポジ型のレジスト材料が挙げられる。 Examples of the resin material include polyimide resins, polyparaxylylene, benzocyclobutene, polyvinylphenol, aromatic resins such as novolac resins, fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), and polymethyl methacrylate. Examples thereof include acrylic resins such as (PMMA), polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, and polybutene, polyamide resins, and negative and positive resist materials.
ネガ型のレジスト材料としては、ロジン−重クロム酸塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）−重クロム酸塩、セラック−重クロム酸塩、カゼイン−重クロム酸塩、ＰＶＡ−ジアゾ、アクリル系フォトレジスト等のような水溶性フォトレジスト、ポリケイ皮酸ビニル、環化ゴム−アジド、ポリビニルシンナミリデンアセタート、ポリケイ皮酸β−ビニロキシエチルエステル等のような油溶性フォトレジスト等が挙げられる。
また、ポジ型のレジスト材料としては、ｏ−ナフトキノンジアジド等のような油溶性フォトレジスト等が挙げられる。
Negative resist materials include rosin-bichromate, polyvinyl alcohol (PVA) -bichromate, shellac-bichromate, casein-bichromate, PVA-diazo, acrylic photoresist, etc. Such water-soluble photoresists, polycinnamate vinyl, cyclized rubber-azide, polyvinyl cinnamylidene acetate, polycinnamic acid β-vinyloxyethyl ester and the like oil-soluble photoresist.
Examples of the positive resist material include oil-soluble photoresists such as o-naphthoquinonediazide.
また、このような樹脂材料には、金属粒子が含まれていてもよい。これにより、充填物３８の熱伝導率を向上させることができることから、充填物３８への金属粒子の充填量およびその種類を適宜設定することにより、充填物３８の熱伝導性を比較的容易に制御することができる。すなわち、充填物３８の熱容量と構造体３６の熱容量との差が小さくなるように比較的容易に制御することができる。
Further, such resin material may contain metal particles. As a result, the thermal conductivity of the
金属粒子としては、特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｐｔ等の元素（原子）のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
金属粒子の粒径は、その平均粒径が５〜２００ｎｍ程度であるのが好ましく、１０〜５０ｎｍ程度であるのがより好ましい。これにより、金属粒子を樹脂材料中に分散させて、充填物３８の熱伝導率の向上を確実に図ることができる。
Although it does not specifically limit as a metal particle, For example, Al, Zn, Sn, Li, Be, Na, Mg, K, Ca, Sr, Cr, Mn, Co, Ni, Ga, Hf, Ta, In, Ti, The thing containing at least 1 sort (s) of elements (atoms), such as Cu, Ag, Au, Fe, and Pt, is mentioned.
The average particle size of the metal particles is preferably about 5 to 200 nm, more preferably about 10 to 50 nm. Thereby, the metal particles can be dispersed in the resin material, and the thermal conductivity of the
また、このような樹脂材料は、導電性を有するものを用いるのが好ましい。これにより、後工程［８−３］において、構造体３６が設けられた母材１０’をチャンバ内に設置する際に、静電チャック等により静電力を利用して母材１０’と非接触な状態で、チャンバ内に固定することができるという利点が得られる。
このような導電性を有する樹脂材料としては、前述したような樹脂材料に金属粒子を添加したものの他、例えば、金属アンミン錯体、金属シアノ錯体、金属ハロゲノ錯体のような金属錯体や、ポリチオフェン系化合物、カルバゾール系化合物、アリールアミン系化合物、トリアゾール系化合物のような導電性有機材料を添加したもの等が挙げられる。
Moreover, it is preferable to use what has electroconductivity as such a resin material. Thereby, in the post-process [8-3], when the
Examples of such conductive resin materials include those obtained by adding metal particles to the resin material as described above, for example, metal complexes such as metal ammine complexes, metal cyano complexes, metal halogeno complexes, and polythiophene compounds. , Carbazole-based compounds, arylamine-based compounds, and triazole-based compounds added with conductive organic materials.
なお、上述したように、空間３７に充填物３８が充填されるが、その充填量および熱伝導率は、後工程［８−３］において母材１０’の下側から冷却ガスにより冷却する際に、母材１０’の各領域において、母材１０’から冷却ガスへと伝達される熱量が等しくなるように、すなわち、充填物３８の熱容量と構造体３６の熱容量との差が小さくなるように設定（調整）すればよい。
換言すれば、熱伝導率が比較的低い場合には、充填量を少なく設定すればよく、熱伝導率が比較的高い場合には、充填量を多く設定すればよい。これにより、母材１０’を均一に冷却することができる。
なお、薄膜３９の構成材料等によっては、空間３７に充填物３８を充填する本工程［８−１］を省略してもよい。
As described above, the
In other words, when the thermal conductivity is relatively low, the filling amount may be set small, and when the thermal conductivity is relatively high, the filling amount may be set large. Thereby, base material 10 'can be cooled uniformly.
Depending on the constituent material of the
［８−２］ 次に、図６（ｃ）および図７に示すように、酸化膜５１上に、各吐出液貯留空間１２を形成する領域に対応する第１の開口部５６１と、吐出液供給空間１３を形成する領域の縁部に沿って設けられた第２の開口部５６２を備え、第１の開口部５６１の平均幅と、第２の開口部５６２の全体の平均幅とがほぼ等しいレジスト層（マスク）５６を形成する（第２の工程）。
[8-2] Next, as shown in FIG. 6C and FIG. 7, a
レジスト層５６は、例えば、フォトリソグラフィー法等により得ることができる。
具体的には、酸化膜５１上に、レジスト材料を塗布（供給）した後、第１の開口部および第２の開口部の形状に対応したフォトマスクを介してこのレジスト材料を、ｉ線、紫外線および電子線等により露光・現像することにより得ることができる。
レジスト材料およびレジスト材料を塗布する方法としては、前記工程［８−１］で説明したレジスト材料、および、樹脂材料を含む溶液または分散液を塗布する方法と同様のものを用いることができる。
The resist
Specifically, after a resist material is applied (supplied) onto the
As the resist material and the method for applying the resist material, the same method as the method for applying the resist material and the solution or dispersion containing the resin material described in the step [8-1] can be used.
なお、レジスト層５６は、本実施形態のようなレジスト材料を主材料として構成されるものの他、例えば、レジスト層５６の下に金属層（下層）が設けられた積層体であってもよい。
これにより、次工程［８−３］において、この積層体をマスクとして用いて、ドライエッチング法により吐出液流路を形成する際に、母材１０’をエッチング（加工）するのにしたがって、積層体もエッチングされるのをより好適に防止または抑制して、より寸法精度の優れた吐出液流路を形成することができる。
The resist
Thus, in the next step [8-3], when the discharge liquid flow path is formed by the dry etching method using the stacked body as a mask, the
このような金属層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒのうちの少なくとも１種を主材料とするものが挙げられる。
なお、金属層は、酸化膜５１上のほぼ全面に金属膜を形成し、さらにこの金属膜上に前述したような方法でレジスト層５６を形成した後、レジスト層５６をマスクとして用いて、ウエットエッチング法により、この金属膜をレジスト層５６と同様の形状にエッチングすることにより得ることができる。
Examples of such a metal layer include a layer mainly composed of at least one of Al, Cu, Fe, Ni, and Cr.
The metal layer is formed by forming a metal film on almost the entire surface of the
なお、ウエットエッチング法に用いるエッチング液としては、例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨのようなアルカリ金属水酸化物の水溶液、Ｍｇ（ＯＨ）２のようなアルカリ土類金属水酸化物の水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等のアミド系有機溶媒等が挙げられ、これらを単独または混合して用いることができる。 Examples of the etchant used in the wet etching method include an aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as NaOH and KOH, an aqueous solution of an alkaline earth metal hydroxide such as Mg (OH) 2 , and tetramethylammonium hydro Examples include aqueous solutions of oxides, amide-based organic solvents such as N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA), and the like. These can be used alone or in combination.
［８−３］ 次に、図８（ａ）に示すように、母材１０’の下側すなわち充填物３８の下側から冷却ガスを吹き付けて母材１０’を冷却しつつ、母材１０’に対してレジスト層５６を介してドライエッチングを施すことにより、レジスト層５６の第１の開口部５６１および第２の開口部５６２から露出する母材１０’を薄膜３９に到達するまで除去して、第１の開口部５６１および第２の開口部５６２の形状に対応した凹部を形成する（第３の工程）。
[8-3] Next, as shown in FIG. 8A, the
ドライエッチング法は、チャンバと、チャンバ内にプラズマ発生用ガスを導入するための第１の導入バルブと、母材１０’を冷却するための冷却ガスを導入するための第２の導入バルブと、チャンバ内に対向するように設けられた一対の電極と、一方の電極側に設けられた母材１０’を設置するための設置台とを備えたドライエッチング装置を用いて行うものである。
The dry etching method includes a chamber, a first introduction valve for introducing a plasma generating gas into the chamber, a second introduction valve for introducing a cooling gas for cooling the base material 10 ', This is performed using a dry etching apparatus provided with a pair of electrodes provided so as to face each other in the chamber and an installation base for installing a
すなわち、ドライエッチング法は、一方の電極と構造体３６とが対向するように母材１０’を、この電極側に設けられた設置台にセットし、チャンバ内を減圧する。そして、第２の導入バルブから導入した冷却ガスを母材１０’の下側に吹き付け、かつ、第１の導入バルブから導入したプラズマ発生用ガスを一対の電極間に供給した状態で、この電極間に高周波電圧を印加するものである。これにより、電極間の間でプラズマが発生し、これにより生じたイオンや電子が第１の開口部５６１および第２の開口部５６２から露出する母材１０’の上面に衝突することとなる。その結果、母材１０’の構成材料が叩き出されて、第１の開口部５６１および第２の開口部５６２から露出する母材１０’が薄膜３９に到達するまで除去されることとなる。その結果、第１の開口部５６１および第２の開口部５６２の形状に対応した凹部が形成される。
ここで、第２の開口部５６２は、図６（ｃ）および図７に示すように、吐出液供給空間１３を形成する領域の縁部に沿って設けられるが、第１の開口部５６１側の連通部５６２ａと、この連通部５６２ａに対向する対向部５６２ｂと、これら連通部５６２ａと対向部５６２ｂとを連結する連結部５６２ｃとで構成されている。
That is, in the dry etching method, the
Here, as shown in FIG. 6C and FIG. 7, the
このような第２の開口部５６２において、連通部（第１の辺に沿った部分）５６２ａの平均幅Ｗ２が、第１の開口部５６１の平均幅Ｗ１とほぼ等しくなっているのが好ましい。これにより、形成される各吐出液貯留空間１２と吐出液供給空間１３とが連通する領域においてほぼ均一な速さで母材１０’を除去することができることから、この領域においてマイクロローディング効果が発生するのを確実に防止してオーバーエッチングが生じるのを確実に防止することができる。その結果、吐出液供給空間１３から各吐出液貯留空間１２へインクを供給する際に、これらが連通する領域における乱流の発生が確実に防止される。これにより、吐出液供給空間１３から吐出液貯留空間１２へのインクの供給を円滑に行うことができる。
In such a
また、第２の開口部５６２において、連通部（第１の辺に沿った部分）５６２ａの平均幅Ｗ２が、第１の開口部５６１の平均幅Ｗ１とほぼ等しくなっているのに加えて、対向部（第２の辺に沿った部分）５６２ｂの平均幅Ｗ３も、第１の開口部５６１の平均幅Ｗ１とほぼ等しくなっているのがより好ましい。これにより、対向部５６２ｂにおいても第１の開口部５６１および連結部５６２ｃとほぼ均一な速さで母材１０’を除去することができることから、吐出液貯留空間１２と反対側の側壁においてもオーバーエッチングが生じるのを確実に防止することができる。その結果、吐出液供給空間１３の吐出液貯留空間１２と反対側の側壁においても乱流が生じるのが防止されることから、吐出液供給空間１３から各吐出液貯留空間１２へのインクの供給がより円滑に行われることとなる。
In addition, in the
さらに、本実施形態で示したように、第２の開口部５６２の全体の平均幅、すなわち、連通部５６２ａの平均幅Ｗ２、対向部５６２ｂの平均幅Ｗ３および連結部５６２ｃの平均幅Ｗ４が、それぞれ、第１の開口部５６１の平均幅Ｗ１とほぼ等しくなっているが特に好ましい。これにより、第１の開口部５６１と第２の開口部５６２との全体に亘ってほぼ均一な速さで母材１０’を除去することができる。これにより、吐出液供給空間１３の側壁にオーバーエッチングが生じるのを確実に防止することができる。その結果、吐出液供給空間１３において、乱流が生じるのが防止されることから、吐出液供給空間１３から吐出液貯留空間１２へのインクの供給をさらに円滑に行うことができる。
Furthermore, as shown in the present embodiment, the average width of the entire
換言すれば、マスクが備える開口部同士の幅が異なることに起因して生じるマイクロローディング効果の発生をより確実に防止または抑制することができる。その結果、第１の開口部５６１および第２の開口部５６２で開口する領域において、薄膜３９を均一に露出させることができる。これにより、寸法精度に優れた凹部を形成することができる。さらには、第２の開口部５６２に対応する領域に存在する薄膜３９の一部すなわち金属層９５が損傷するのを好適に防止または低減することができる。
In other words, it is possible to more reliably prevent or suppress the occurrence of the microloading effect caused by the difference between the widths of the openings provided in the mask. As a result, the
さらに、本実施形態では、空間３７および構造体３６を覆うように充填物３８が充填されていることから、母材１０’を均一な温度に冷却することができる。その結果、母材１０’のエッチングレートがより均一なものとなることから、第２の開口部５６２の平均幅を第１の開口部５６１の平均幅とほぼ等しくすることにより得られる効果がより顕著に発揮されることとなる。また、金属層９５に接触するように充填物３８が充填されていることから、たとえ、第１の開口部５６１と第２の開口部５６２とにおけるエッチングレートに差が生じたとしても、金属層９５の損傷をより的確に防止または低減することができる。
なお、薄膜３９は、ドライエッチングによるエッチングを停止させるエッチングストップ層として機能するものである。母材１０’の下側の面に、薄膜３９を設けることにより、母材１０’のエッチングを確実に停止させることができる。
Furthermore, in this embodiment, since the filling
The
この薄膜３９は、ドライエッチングによるエッチングレートが母材１０’の構成材料（Ｓｉ）よりも遅い材料で構成される単層のものであればよいが、本実施形態のように、吐出液供給空間１３が形成される領域において１層（金属層９５）で構成され、それ以外の領域において積層体（弾性膜５０および絶縁体膜５５）で構成されている部分を含んでいるのが好ましい。これにより、１層で構成される部分を特にエッチングレートが遅い材料で構成させることができ、積層体で構成される部分を振動板としての機能を発揮し得るもので構成させることができる。すなわち、薄膜３９を、その各領域に応じて、目的とする機能を選択的に発揮し得るものとすることができる。
The
このような薄膜３９の構成材料としては、上述した金属層９５の構成材料であるＡｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒや、弾性膜５０の構成材料であるＳｉＯ２の他、例えば、Ｓｉよりもエッチングレートが遅い金属材料を用いることができる。このような金属材料を薄膜３９の主材料として構成される場合においても、エッチングを停止させるエッチングストップ層としての機能を薄膜３９に確実に発揮させることができる。
Ｓｉよりもエッチングレートが遅い金属材料としては、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＰｔおよびＡｌ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これにより、エッチングを停止させるエッチングストップ層としての機能を薄膜３９により確実に発揮させることができる。
薄膜３９の厚さは、３００〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましい。これにより、ドライエッチングを施す際に、薄膜３９が損傷するのを的確に防止または抑制して、母材１０’のエッチングを確実に停止することができる。
Examples of the constituent material of the
Examples of the metal material having a slower etching rate than Si include Au, Ti, W, Ni, Cr, Fe, Pt, and Al, and one or more of these can be used in combination. Thereby, the function as an etching stop layer for stopping etching can be surely exhibited by the
The thickness of the
プラズマ発生用ガスとしては、例えば、フッ素系ガス、塩素および臭素のうちの少なくとも１種を含有するハロゲン系ガス等が挙げられるが、本実施形態のように流路形成母材１０’がシリコン単結晶で構成される場合には、ＳＦ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＢｒＦ３、ＣＦ４／Ｏ２、Ｃｌ２、ＳＦ６／Ｎ２／Ａｒ、ＢＣｌ２／Ｃｌ２／Ａｒガスを用いるのが好ましく、特に、ＳＦ６およびＣ４Ｆ８ガスのうちのいずれかを単独で、またはこれらの混合ガスを用いるのが好ましい。 Examples of the plasma generating gas include a fluorine-based gas, a halogen-based gas containing at least one of chlorine and bromine, and the like. When composed of crystals, it is preferable to use SF 6 , C 4 F 8 , CBrF 3 , CF 4 / O 2 , Cl 2 , SF 6 / N 2 / Ar, BCl 2 / Cl 2 / Ar gas. In particular, it is preferable to use any one of SF 6 and C 4 F 8 gases alone or a mixed gas thereof.
冷却ガスとしては、冷却効率に優れ、プラズマの発生に影響を与えないようなものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素のような不活性ガス等が挙げられ、これらの中でも、ヘリウムを主成分とするのが好ましい。ヘリウムは、特に冷却効果に優れるものであることから冷却ガスとして好適に用いられる。
また、冷却ガスの温度は、−２０〜３０℃程度であるのが好ましく、−１０〜２０℃程度であるのがより好ましい。これにより、母材１０’を冷却して適切な温度を維持することができるようになる。
The cooling gas is not particularly limited as long as it has excellent cooling efficiency and does not affect the generation of plasma. For example, an inert gas such as helium, argon, nitrogen, etc. Among these, helium is preferred as the main component. Helium is preferably used as a cooling gas because it has a particularly excellent cooling effect.
Moreover, it is preferable that the temperature of a cooling gas is about -20-30 degreeC, and it is more preferable that it is about -10-20 degreeC. Thereby, it becomes possible to cool the base material 10 'and maintain an appropriate temperature.
なお、本実施形態では、充填物３８に冷却ガスを直接吹き付ける場合について説明したが、このような場合に限定されず、例えば、図８（ａ）に示すように母材１０’に冷却ガスを吹き付ける際に、保護基板を充填物３８に接触（接合）させた状態で冷却するようにしてもよい。これにより、母材１０’を設置台に設置する際に、充填物３８が傷つけられるのを防止することができる。
なお、このような保護基板の接合は、前記工程［８−１］の後に、前述したような接合部材３５ａを介した状態で充填物３８と保護基板とを接触させることにより行うことができる。
In the present embodiment, the case where the cooling gas is blown directly onto the
In addition, joining of such a protective substrate can be performed by making the
このような保護基板は、特に限定されないが、例えば、金属材料を主材料として構成されているのが好ましい。これにより、金属材料が熱伝導率の高い材料であることから、保護基板から冷却ガスへと熱量の伝達がより円滑に行われて、母材１０’をより効率よく冷却することができる。
このような金属材料としては、特に限定されないが、前記工程［８−１］で説明した金属粒子の構成材料と同様のものが挙げられる。
Although such a protective substrate is not particularly limited, for example, it is preferable that the protective substrate is composed mainly of a metal material. Thereby, since the metal material is a material having high thermal conductivity, the amount of heat is more smoothly transferred from the protective substrate to the cooling gas, and the
Although it does not specifically limit as such a metal material, The thing similar to the constituent material of the metal particle demonstrated by the said process [8-1] is mentioned.
［８−４］ 次に、レジスト層５６および充填物３８を同時または個別に除去する。
なお、レジスト層５６の構成材料、および、充填物３８の構成材料として、それぞれ、前述したようなもののうち、ほぼ同様の化学的性質を有するものや、同一のものを選択した場合には、レジスト層５６および充填物３８を同時に除去することができる。
このようなレジスト層５６および充填物３８の除去は、例えば、大気圧または減圧下において酸素プラズマやオゾン蒸気に晒すこと、または、これらのものを溶解し得るアセトン、アルキルベンゼンスルホン酸のようなレジスト剥離液に浸漬することにより、レジスト層５６および充填物３８の全てまたはその一部を液状化することにより行うことができる。
[8-4] Next, the resist
In addition, as the constituent material of the resist
Such removal of the resist
［８−５］ 次に、図９（ａ）に示すように、凹部が形成された母材１０’に撥液処理を施すことにより、撥液膜５７を形成する。
この撥液膜５７は、例えば、凹部が形成された母材１０’のほぼ全面に液状の撥液膜形成用材料を供給した後、必要に応じて、乾燥すること等により形成することができる。
また、撥液膜形成用材料には、撥液膜５７の構成材料および／またはその前駆体を溶媒または分散媒に混合して調製した溶液または分散液を用いることができる。
[8-5] Next, as shown in FIG. 9A, a
The
As the liquid repellent film forming material, a solution or dispersion prepared by mixing the constituent material of the
また、溶媒または分散媒としては、前記工程［８−１］で説明したのと同様のものを用いることができる。
なお、本実施形態のように撥液処理を施すことにより撥液膜５７を形成する場合の他、例えば、フッ素イオン等の撥液性を付与し得るイオンを母材１０’に注入（打ち込む）するようにしてもよい。
Moreover, as a solvent or a dispersion medium, the thing similar to what was demonstrated by the said process [8-1] can be used.
In addition to forming the
また、撥液処理を凹部が形成された母材１０’のほぼ全面に施すことなく、例えば、凹部の内面に選択的に施すようにしてもよい。かかる構成とする場合には、凹部の内面に撥液膜を形成するようにするのが好ましい。これにより、比較的容易に、凹部の内面に撥液性を付与することができる。
なお、ヘッド１に吐出させるインクの種類等によっては、母材１０’に撥液膜５７を形成する本工程［８−５］を省略してもよい。
Further, for example, the liquid repellent treatment may be selectively performed on the inner surface of the concave portion without being performed on almost the entire surface of the
Note that this step [8-5] of forming the
［８−６］ 次に、図９（ｂ）に示すように、吐出液供給空間１３形成する領域に残存する母材１０’と、薄膜３９すなわち金属層９５とを除去することにより、吐出液供給空間１３を形成して基板１０を得る（第４の工程）。
これにより、貫通部１１０を介して吐出液供給空間１３と吐出液供給路３１とが連通されることとなり、リザーバ１００が形成される。
なお、母材１０’のおよび薄膜３９の除去には、前記工程［３］の積層体のパターニングで説明したのと同様の方法を用いることができる。
[8-6] Next, as shown in FIG. 9B, the
As a result, the discharge
For removing the
［９］ 次に、酸化膜５１を介して、インクを液滴として吐出するノズル孔３２１が複数設けられたノズルプレート３２０を基板１０の他方の面側に接合する（第５の工程）。
［１０］ 次に、リザーバ形成基板３０上に駆動ＩＣ１２０を実装すると共に、コンプライアンス基板４０を接合する。さらに、駆動ＩＣ１２０と下電極膜６０およびリード電極９０の接続部６０ａ，９０ａとの間を、ワイヤボンディングすることにより接続配線１３０を形成する。
以上のような工程を経て、ヘッド１が製造される。
[9] Next, the
[10] Next, the
The head 1 is manufactured through the steps as described above.
なお、このようなヘッド１は、上述したような製造方法により１つずつ形成されるものであってもよいし、ウェハ上に、同時に多数形成した後、分割することにより得られるものであってもよい。
また、本実施形態では、圧電素子３００を備える母材１０’にリザーバ形成基板３０を接合した後に、母材１０’にドライエッチングを施して基板１０を得る場合について説明したが、このような場合に限定されず、例えば、ドライエッチングにより基板１０を形成（加工）する工程と、リザーバ形成基板３０を接合する工程との順序を逆にして行うようにしてもよい。なお、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、本実施形態のように、母材１０’にリザーバ形成基板３０を接合した後に、母材１０’にドライエッチングを施して基板１０を得る場合に適用するのが好ましい。これにより、前記工程［８−３］において、薄膜３９が損傷するのを防止または低減することができることから、前記工程［８−５］において、母材１０’に形成された凹部に撥液処理を施す際に、この薄膜３９が隔壁となり吐出液供給路３１に撥液処理が施されるのを確実に防止することができる。
以上、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、任意の目的の工程が１または２以上追加されていてもよい。
Such heads 1 may be formed one by one by the above-described manufacturing method, or may be obtained by forming a large number of wafers at the same time and then dividing them. Also good.
Further, in the present embodiment, the case where the
The method for manufacturing a droplet discharge head, the droplet discharge head, and the droplet discharge apparatus according to the present invention have been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to these.
In addition, in the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, one or two or more steps for an arbitrary purpose may be added.
１……インクジェット式記録ヘッド １０’……母材 １０……基板 １２……吐出液貯留空間 １３……吐出液供給空間 ３２０……ノズルプレート ３２１……ノズル孔 ３０……リザーバ形成基板 ３１……吐出液供給路 ３２……圧電素子収納部 ３５……接着剤層 ３５ａ……接合部材 ３６……構造体 ３７……空間 ３８……充填物 ３９……薄膜 ４０……コンプライアンス基板 ４１……封止膜 ４２……固定板 ４３……開口部 ５０……弾性膜 ５１……酸化膜 ５２……二酸化シリコン膜 ５５……絶縁体膜 ５６……レジスト層 ５８……振動板 ５６１……第１の開口部 ５６２……第２の開口部 ５６２ａ……連通部 ５６２ｂ……対向部 ５６２ｃ……連結部 ５７……撥液膜 ６０……下電極膜 ６０ａ、９０ａ……接続部 ７０……圧電体層 ７０’……第１の金属層 ８０……上電極膜 ８０’……第２の金属層 ９０……リード電極 ９１……密着膜 ９２……金属膜 ９５……金属層 １００……リザーバ １１０……貫通部 １１１……第１の貫通孔 １１２……第２の貫通孔 １１３……第３の貫通孔 １２０……駆動ＩＣ １３０……接続配線 ３００……圧電素子 ２……インクジェットプリンタ ２２……装置本体 ２２１……トレイ ２２２……排紙口 ２３……ヘッドユニット ２３１……インクカートリッジ ２３２……キャリッジ ２４……印刷装置 ２４１……キャリッジモータ ２４２……往復動機構 ２４３……キャリッジガイド軸 ２４４……タイミングベルト ２５……給紙装置 ２５１……給紙モータ ２５２……給紙ローラ ２５２ａ……従動ローラ ２５２ｂ……駆動ローラ ２６……制御部 ２７……操作パネル Ｐ……記録用紙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet recording head 10 '...
Claims (15)
一方の面に薄膜が設けられ、該薄膜を介して前記駆動素子が設けられた平板状の母材を用意する第１の工程と、
前記母材の他方の面に、前記各吐出液貯留空間を形成する領域に対応する第１の開口部と、前記吐出液供給空間を形成する領域の縁部に沿って設けられた第２の開口部とを備え、前記第２の開口部の前記第１の開口部側の平均幅が、前記第１の開口部の平均幅とほぼ等しいマスクを形成する第２の工程と、
前記母材に対して前記マスクを介して前記ドライエッチングを施すことにより、前記第１の開口部および前記第２の開口部から露出する前記母材を前記薄膜に到達するまで除去して凹部を形成する第３の工程と、
前記吐出液供給空間を形成する領域に残存する前記母材と前記薄膜とを除去することにより前記振動板および前記基板を得る第４の工程と、
前記ノズルプレートを、前記基板の前記振動板と反対側の面に接合する第５の工程とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A substrate having a plurality of narrow discharge liquid storage spaces for storing the discharge liquid, and a discharge liquid supply space that communicates with each of the discharge liquid storage spaces and supplies the discharge liquid to each of the discharge liquid storage spaces; A diaphragm provided in contact with one surface of the substrate so as to cover each discharge liquid storage space, and provided on the surface of the vibration plate opposite to the substrate corresponding to each discharge liquid storage space A plurality of drive elements for discharging droplets and a plurality of nozzle holes for discharging the discharge liquid as droplets, and the nozzle holes correspond to the discharge liquid storage spaces. A liquid droplet ejection head comprising a nozzle plate joined to the other surface of
A first step of preparing a flat base material provided with a thin film on one surface and the driving element provided through the thin film;
A second opening provided on the other surface of the base material along a first opening corresponding to a region forming each discharge liquid storage space and an edge of a region forming the discharge liquid supply space. A second step of forming a mask comprising: an opening, wherein an average width of the second opening on the first opening side is approximately equal to an average width of the first opening;
By subjecting the base material to the dry etching through the mask, the base material exposed from the first opening and the second opening is removed until reaching the thin film, thereby forming a recess. A third step of forming;
A fourth step of obtaining the diaphragm and the substrate by removing the base material and the thin film remaining in a region forming the discharge liquid supply space;
And a fifth step of bonding the nozzle plate to a surface of the substrate opposite to the vibration plate.
前記マスクは、前記第２の開口部の前記第１の辺に沿った部分の平均幅が、前記第１の開口部の平均幅とほぼ等しくなっている請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 The discharge liquid supply space has a shape having a first side on the first opening side and a second side facing the first side in plan view,
2. The droplet discharge head according to claim 1, wherein an average width of a portion of the mask along the first side of the second opening is substantially equal to an average width of the first opening. Manufacturing method.
前記第４の工程において、前記母材と前記薄膜を除去することにより、前記吐出液貯留空間と前記吐出液供給路とを連通させる請求項１ないし９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 A discharge liquid supply path substrate in which a drive element storage space for storing the drive elements and a discharge liquid supply path for supplying the discharge liquid to the discharge liquid supply space are formed on the one surface of the base material. However, the discharge liquid supply path is joined so as to correspond to a region forming the discharge liquid storage space of the base material,
10. The droplet discharge head according to claim 1, wherein, in the fourth step, the discharge liquid storage space and the discharge liquid supply path are communicated with each other by removing the base material and the thin film. Production method.
前記第３の工程において、前記充填物の存在により前記吐出液供給空間が形成される領域に存在する前記薄膜の損傷を防止または低減する請求項１０に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 Prior to the third step, filling the discharge liquid supply path with a filler so as to contact the thin film;
The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 10, wherein in the third step, damage to the thin film existing in a region where the discharge liquid supply space is formed due to the presence of the filler is prevented or reduced.
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