專利名稱：液滴噴出頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨頭等液滴噴出頭及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為用于噴出液滴的液滴噴出頭，例如搭載于噴墨水記錄裝置上的噴墨頭已為人所公知。噴墨頭通常構(gòu)成為，具備形成有用于噴出墨水滴的多個噴嘴孔的噴嘴襯底、和與該噴嘴襯底接合且在其與噴嘴襯底之間形成有與所述噴嘴孔連通的噴出室、儲藏室等的墨水流路的腔襯底，通過利用驅(qū)動部對噴出室施加壓力，從選擇的噴嘴孔噴出墨水滴。作為驅(qū)動機構(gòu)，有利用靜電力的方式、或利用壓電元件的壓電方式、利用發(fā)熱元件的方式等。
在這樣的噴墨頭中，為了印刷速度的高速化及彩色化，而尋求具有多個噴嘴列的結(jié)構(gòu)的噴墨頭。進而，近年來噴嘴密度高密度化且長尺寸化(每一列的噴嘴數(shù)目的增加)，噴墨頭內(nèi)的致動器數(shù)目也逐漸增加。
在噴墨頭中，由于設置了分別與噴嘴孔共同連通的儲藏室，因而隨著噴嘴密度的高密度化，噴出室的壓力也傳遞到儲藏室，該壓力的影響也波及到其它噴嘴孔。例如，若通過驅(qū)動致動器，而對儲藏室施加正壓，則從本應噴出墨水滴的噴嘴孔(驅(qū)動噴嘴)以外的非驅(qū)動噴嘴孔也漏出墨水滴，或相反，若對儲藏室施加負壓，則應從驅(qū)動噴嘴噴出的墨水滴的噴出量減少，導致印字質(zhì)量劣化。因此，為了防止這樣的噴嘴間的壓力干涉，提出了在噴嘴襯底上設置了用于緩沖儲藏室壓力變動的隔膜部的噴墨頭(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1特開平11-115179號公報但是，在現(xiàn)有的噴墨頭中，也如專利文獻1所示，由于是儲藏室形成于與噴出室同一的襯底(腔襯底)上的結(jié)構(gòu)，因而從確保儲藏室體積的觀點來看，難以在與儲藏室同一的襯底上設置壓力變動緩沖部即隔膜部。基于所述理由，隔膜部形成于噴嘴襯底，但若采用該結(jié)構(gòu)，則強度低的部位露出到外面，因此使隔膜部變薄也是有限度的，另外，還需要保護蓋等其它部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可使噴嘴高密度化且可防止噴嘴間的壓力干涉的液滴噴出頭及其制造方法。
為了解決所述課題，本發(fā)明提供一種液滴噴出頭，其是四層結(jié)構(gòu)的液滴噴出頭，具備噴嘴襯底，其具有多個噴嘴孔；腔襯底，其具有與各噴嘴孔連通且在室內(nèi)產(chǎn)生壓力從而從所述噴嘴孔噴出液滴的多個獨立的噴出室；儲藏室襯底，其具有與所述噴出室共同連通的儲藏室，其中，設有使儲藏室襯底的一部分薄壁化的隔膜部，所述隔膜部構(gòu)成了形成儲藏室的壁面。
在本發(fā)明的液滴噴出頭中，由于隔膜部和噴出室設置于不同的襯底(儲藏室襯底及腔襯底)上，因此能夠確保儲藏室的體積，并且能夠在其內(nèi)部設置隔膜部。因此，可使噴嘴高密度化，并且能夠通過在儲藏室的壁的一部分設置的隔膜部防止噴嘴間的壓力干涉。
此外，根據(jù)本發(fā)明，所述隔膜部形成在所述儲藏室襯底的與所述腔襯底的接合面(也稱為C面)側(cè)。
通過在儲藏室襯底的C面?zhèn)刃纬筛裟げ?，能夠增大隔膜部的面積，從而能夠增大隔膜部的壓力緩沖效果。
在這種情況下，所述隔膜部被所述腔襯底蓋住從而與外部遮斷。
通過這種構(gòu)成，由于外力不直接施加于隔膜部，因而能夠減薄隔膜部，并且不需要保護蓋等特別的保護部件。
此外，根據(jù)本發(fā)明，所述隔膜部形成在所述儲藏室襯底的與所述噴嘴襯底的接合面(也稱為N面)側(cè)。
隔膜部也可設置于儲藏室襯底的與C面的相反的N面?zhèn)?。在這種情況下，也同樣能夠增大隔膜部的面積，從而能夠增大隔膜部的壓力緩沖效果。
在該情況下，所述隔膜部被所述噴嘴襯底蓋住從而與外部遮斷。
通過這種構(gòu)成，和所述情況相同，由于外力不直接施加于隔膜部，因而能夠減薄隔膜部，并且不需要保護蓋等特別的保護部件。
此外，根據(jù)本發(fā)明，所述隔膜部在所述儲藏室的相反側(cè)具有封閉的空間部。
隔膜部可在該空間部內(nèi)振動變位。
而且，所述空間部由在所述儲藏室的相反側(cè)的所述儲藏室襯底的表面形成的凹部構(gòu)成。
此外，根據(jù)本發(fā)明，所述隔膜部由選擇性地擴散了硼而成的硼擴散層構(gòu)成。
通過僅將隔膜部制成為硼擴散層，發(fā)揮了蝕刻停止功能，因此能夠形成厚度精度高的隔膜部。
此外，所述儲藏室襯底優(yōu)選使用面方位為(100)的硅襯底。
若使用面方位為(100)的硅襯底，則由于在儲藏室襯底的濕式蝕刻工序中能夠形成厚度均勻、表面粗糙度小的蝕刻面，因此能夠形成深度均勻的儲藏室和厚度均勻的隔膜部。
此外，在本發(fā)明的液滴噴出頭中，電極襯底經(jīng)由絕緣膜與所述腔襯底接合，所述電極襯底在凹部內(nèi)形成有用于通過靜電力驅(qū)動所述噴出室底部的振動膜的獨立電極。
由此，能夠形成靜電驅(qū)動方式的液滴噴出頭，能夠提供高密度、噴嘴間的壓力干涉小且噴出特性良好的液滴噴出頭。
此外，本發(fā)明提供一種液滴噴出頭的制造方法，其中，在從硅襯底的一面將與隔膜部對應的部分蝕刻了需要的深度之后，從所述硅襯底的相反側(cè)的面通過濕式蝕刻加工成為儲藏室的凹部，從而形成所述隔膜部。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，同時對多個具有隔膜部且面積和深度大的儲藏室進行蝕刻，由此能夠高效地加工。
此外，本發(fā)明提供一種液滴噴出頭的制造方法，其中，從硅襯底的一面將與隔膜部對應的部分蝕刻需要的深度，并在由此形成的凹部中選擇性地擴散硼，之后從所述硅襯底的相反側(cè)的面通過濕式蝕刻加工成為儲藏室的凹部，從而形成所述隔膜部。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，由于濕式蝕刻的蝕刻速率在硼擴散區(qū)域中極低，因而通過控制擴散區(qū)域的厚度能夠形成厚度精度良好的極薄的隔膜部。
此外，本發(fā)明提供一種液滴噴出頭的制造方法，其中，在成為所述儲藏室的凹部的濕式蝕刻的加工中，以蝕刻速率快的濃度開始濕式蝕刻，中途切換為蝕刻速率慢的濃度而進行濕式蝕刻。
由此，能夠同時提高儲藏室的加工效率和隔膜部的厚度精度。


圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的噴墨頭的概略構(gòu)成的分解立體圖。
圖2是表示組裝狀態(tài)的噴墨頭的剖面圖。
圖3是圖1的噴墨頭的儲藏室襯底的俯視圖。
圖4是同儲藏室襯底的后視圖。
圖5是為制造第一實施方式的噴墨頭而使用的儲藏室襯底的制造工序的剖面圖。
圖6是接著圖5的儲藏室襯底的制造工序的剖面圖。
圖7是表示第一實施方式的噴墨頭的制造方法的制造工序的剖面圖。
圖8是接著圖7的制造工序的剖面圖。
圖9是接著圖8的制造工序的剖面圖。
圖10是表示本發(fā)明第一實施方式的噴墨頭的概略構(gòu)成的分解立體圖。
圖11是表示組裝狀態(tài)的噴墨頭的剖面圖。
圖12是圖10的噴墨頭的儲藏室襯底的俯視圖。
圖13是圖10的噴墨頭的儲藏室襯底的后視圖。
圖14是為制造第二實施方式的噴墨頭而使用的儲藏室襯底的制造工序的剖面圖。
圖15是接著圖14的制造工序的剖面圖。
符號說明1噴嘴襯底、2儲藏室襯底、3腔襯底、4電極襯底、5驅(qū)動控制電路、10噴墨頭、11噴嘴孔、21噴嘴連通孔、22、22A供給口、23、23A儲藏室、24、24A凹部、25、25A隔膜部、26、26A凹部(空間部)、27墨水供給孔、28第二凹部、29墨水保護膜、31噴出室、32振動膜、33第一凹部、34絕緣膜、35墨水供給孔、36共同電極、37墨水保護膜、41獨立電極、42凹部、43密封材、44電極取出部、45墨水供給孔、200硅襯底、203硼擴散層具體實施方式

下面，參照

應用了本發(fā)明的液滴噴出頭的具體實施方式

。在此，作為液滴噴出頭的一例，參照附圖1～4對從設置于噴嘴襯底表面上的噴嘴孔噴出墨水滴的面噴出型噴墨頭進行說明。還有，本發(fā)明并不限定于下圖所示的結(jié)構(gòu)和形狀，同樣也可以適用于從設置于襯底端部上的噴嘴孔噴出墨水滴的邊緣噴出型液滴噴出頭。此外，致動器采用了靜電驅(qū)動方式，但也可以采用其它的驅(qū)動方式。
實施方式1圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的噴墨頭的概略構(gòu)成的分解立體圖，圖2是表示組裝狀態(tài)的噴墨頭的剖面圖。此外，圖3及圖4是作為該噴墨頭的構(gòu)成要素的儲藏室襯底的俯視圖和后視圖。還有，在圖1及圖2中，表示了與通常使用的狀態(tài)上下相反的狀態(tài)。
圖1、2表示的本實施方式的噴墨頭(液滴噴出頭的一例)10并不如現(xiàn)有普通的靜電驅(qū)動方式的噴墨頭那樣是將噴嘴襯底、腔襯底、電極襯底這三個襯底貼合而成的三層結(jié)構(gòu)，而是將噴嘴襯底1、儲藏室襯底2、腔襯底3、電極襯底4這四個襯底按此順序貼合而成的四層結(jié)構(gòu)。即，噴出室31和儲藏室23設置于不同的襯底上。下面詳述各個襯底的構(gòu)成。
噴嘴襯底1由厚度約50μm的硅襯底制成。在噴嘴襯底1上以規(guī)定的間距設置有多個噴嘴孔11。不過，出于簡明的目的，圖1示出了一列五個噴嘴孔11。此外，也可以排列多列噴嘴列。
各噴嘴孔11由與襯底面垂直且同軸的小孔的噴射口部分11a及比噴射口部分11a的徑大的導入口部分11b構(gòu)成。
儲藏室襯底2例如由厚度約180μm的面方位(100)的硅襯底制成。在該儲藏室襯底2上設置有垂直貫通儲藏室襯底2且與各噴嘴孔11獨立連通的徑稍大(徑與導入口部分11b的徑相等或比其大)的噴嘴連通孔21。此外，形成有成為經(jīng)由各供給孔22與各噴嘴連通孔21及各噴嘴孔11連通的共同儲藏室23(共同墨水室)的凹部24。該凹部24在平面方向上延伸，形成為面積大的矩形形狀，且與噴嘴襯底1接合的一側(cè)面(以下，也稱作N面)開口。而且，在該凹部24的底部的一部分形成有隔膜部25。此外，在隔膜部25下方即與腔襯底3接合的一側(cè)面(以下，也稱作C面)上形成有凹部26，凹部26是容許隔膜部25撓曲的空間部。該空間部26被腔襯底3蓋住而密封。
此外，在成為儲藏室23的凹部24的底部，在避開了隔膜部25的位置分別作為貫通孔而設有所述供給口22和用于從外部向儲藏室23供給墨水的墨水供給孔27。
進而，在儲藏室襯底2的C面上形成有構(gòu)成下述的腔襯底3的噴出室31的一部分的細槽狀的第二凹部28。第二凹部28為防止因使腔襯底3變薄而導致的在噴出室31中的流路電阻的增加而設置，但也可以省略第二凹部28。
還有，雖省略了圖示，不過為了防止墨水導致的硅腐蝕，而在儲藏室襯底2的整個表面上形成有例如由熱氧化膜(SiO2膜)構(gòu)成的保護膜。
由于貫通儲藏室襯底2的噴嘴連通孔21與噴嘴襯底1的噴嘴孔11同軸設置，因此能夠獲得墨水滴噴出的直進性，因而噴出特性顯著地提高。特別是，由于能夠使微小的墨水滴彈附于目標處，因此能夠避免彩色邊紋等，能夠忠實地再現(xiàn)微妙的灰度變化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更鮮明的高品位的畫質(zhì)。
腔襯底3例如由厚度約30μm的硅襯底制成。在該腔襯底3上設置有成為與各噴嘴連通孔21獨立連通的噴出室31的第一凹部33。而且，通過該第一凹部33和所述第二凹部28劃分形成了各個噴出室31。此外，噴出室31(第一凹部33)的底壁構(gòu)成了振動膜32。振動膜32可以由通過在硅中擴散高濃度的硼而形成的硼擴散層構(gòu)成。通過設置硼擴散層，能夠充分發(fā)揮蝕刻停止(etching stop)作用，因此能夠高精度地調(diào)整振動膜32的厚度或表面粗糙度。
在腔襯底3的至少下面形成有例如由以TEOS(TetraethylorthosilicateTetraethoxysilane四乙氧基硅烷、硅酸乙酯)為原料的經(jīng)等離子體CVD(Chemical Vapor Deposition化學氣相沉積法)得到的SiO2膜構(gòu)成的厚度0.1μm的絕緣膜34。該絕緣膜34為防止驅(qū)動噴墨頭10時的絕緣破壞或短路而設置。在腔襯底3的上面形成有與儲藏室襯底2同樣的墨水保護膜(未圖示)。此外，在腔襯底3上設置有與儲藏室襯底2的墨水供給孔27連通的墨水供給孔35。
電極襯底4例如由厚度約1mm的玻璃襯底制成。其中，適用熱膨脹系數(shù)與腔襯底3的硅襯底接近的硼硅酸類的耐熱硬質(zhì)玻璃。通過使用硼硅酸類的耐熱硬質(zhì)玻璃，在陽極接合電極襯底4和腔襯底3時，由于兩襯底的熱膨脹系數(shù)接近，因而能夠降低在電極襯底4和腔襯底3之間產(chǎn)生的應力，其結(jié)果是能夠在不產(chǎn)生剝離等問題的情況下牢固地接合電極襯底4和腔襯底3。
在電極襯底4上，在與腔襯底3的各振動膜32相對的表面的位置分別設置了凹部42。各凹部42通過蝕刻形成約0.3μm的深度。而且，通常在各凹部42的底面上，通過進行濺射而形成有例如厚度0.1μm的由ITO(Indium Tin Oxide銦錫氧化物)構(gòu)成的獨立電極41。因此，在振動膜32和獨立電極41之間形成的間隙G(空隙)由該凹部42的深度、獨立電極41及覆蓋振動膜32的絕緣膜34的厚度決定。該間隙(電極間間隙)G對噴墨頭的噴出特性影響較大。在本實施方式的情況下，電極間間隙G為0.2μm。該電極間間隙G的開放端部通過由環(huán)氧膠粘劑等制成的密封材氣密性密封。由此，能夠防止異物或濕氣等侵入電極間間隙，能夠較高地保持噴墨頭10的可靠性。
還有，獨立電極41的材料并不限定于ITO，也可以使用IZO(IndiumZinc Oxide)或金、銅等金屬。不過，由于ITO透明，故能夠容易地確認振動膜的接觸狀態(tài)，基于該理由等，通常采用ITO。
此外，獨立電極41的端子部41a在儲藏室襯底2及腔襯底3的端部開口的電極取出部44露出，在電極取出部44上搭載了例如驅(qū)動IC等驅(qū)動控制電路5的柔性配線襯底(未圖示)與各獨立電極41的端子部41a和設置于腔襯底3端部的共同電極36連接。
在電極襯底4上設有與墨水盒(未圖示)連接的墨水供給孔45。墨水供給孔45通過設置于腔襯底3上的墨水供給孔36及設置于儲藏室襯底2上的墨水供給孔27與儲藏室23連通。
在此，簡要說明所述那樣構(gòu)成的噴墨頭10的動作。
在噴墨頭10中，外部墨水盒(未圖示)內(nèi)的墨水通過墨水供給孔45、35、27供給到儲藏室23內(nèi)，進而墨水從各供給口分別經(jīng)過各噴出室31、噴嘴連通孔21而裝滿到噴嘴孔11的前端。此外，用于控制噴墨頭10的動作的驅(qū)動IC等驅(qū)動控制電路5連接到各獨立電極41和設置于腔襯底3上的共同電極36之間。因此，若通過該驅(qū)動控制電路5對獨立電極41供給驅(qū)動信號(脈沖電壓)，則從驅(qū)動控制電路5對獨立電極41施加脈沖電壓，使獨立電極41帶正電，另一方面，與之對應的振動膜32帶負電。此時，由于在獨立電極41和振動膜32之間產(chǎn)生靜電力(庫侖力)，故振動膜32因該靜電力而被拉近到獨立電極41側(cè)而彎曲。由此，噴出室31的容積增大。接著，若切斷脈沖電壓，則所述靜電力消失，振動膜32通過其彈力而恢復原狀，此時，噴出室31的容積急劇減少，因此，通過此時的壓力，噴出室31內(nèi)的墨水的一部分通過噴嘴連通孔21形成為墨水滴，從噴嘴孔11噴出。然后，通過再次施加脈沖電壓使振動膜32向獨立電極41側(cè)彎曲，墨水從儲藏室23通過供給口22而補給于噴出室31。
根據(jù)該第一實施方式的噴墨頭10的構(gòu)成，在驅(qū)動所述那樣的噴墨頭10時，噴出室31的壓力也被傳遞到儲藏室23。此時，由于在儲藏室23的底部的一部分設置有隔膜部25，因此，若儲藏室23成為正壓，則隔膜部25在凹部26的空間部內(nèi)向下方撓曲，相反，若儲藏室23成為負壓，則隔膜部25向上方彎曲，因此，能夠緩沖儲藏室23內(nèi)的壓力變動，從而能夠防止噴嘴間的壓力干涉。因此，能夠消除諸如從驅(qū)動噴嘴以外的非驅(qū)動噴嘴漏出墨水、或需要從驅(qū)動噴嘴噴出的噴出量減少之類的不良情況。
此外，由于隔膜部25設置于儲藏室23的底部，因而能夠增大隔膜部25的面積，從而能夠增大壓力緩沖效果。
進而，由于隔膜部25被腔襯底3蓋住而不露出到外部，因而能夠可靠地保護由薄膜部構(gòu)成的隔膜部25不受外力影響，且完全不需要保護蓋等特別的保護部件。因此，可以實現(xiàn)噴墨頭10的小型化及低成本化。
還有，由于隔膜部25如上所述具有較大的面積，因而在密閉的空間部26內(nèi)也能夠可靠地變位(振動)。此外，根據(jù)需要，也可以在腔襯底3和電極襯底4上設置從外部與空間部26連通的小的通氣孔(未圖示)。
接著，參照圖5～9說明第一實施方式的噴墨頭10的制造方法。還有，下面所示的襯底厚度或蝕刻深度、溫度、壓力等值只不過是一例，本發(fā)明并不限定于這些值。
首先，參照圖5及圖6的工序剖面圖說明用于制造第一實施方式的噴墨頭而使用的儲藏室襯底的制造方法。
首先，準備面方位(100)、厚度180μm的硅襯底200，在該硅襯底200的整個表面形成厚度1.6μm的SiO2膜201(圖5(a))。SiO2膜201是通過例如在熱氧化裝置中設置硅襯底200，使其在氧化溫度1075℃、氧氣和水蒸氣的混合氣氛中進行8小時的熱氧化而形成的。SiO2膜201用作硅的耐蝕刻材。
接著，對硅襯底200的與腔襯底的接合面(以下稱為C面)側(cè)的SiO2膜201涂敷抗蝕劑，通過光刻法形成分別與噴嘴連通孔21、第二凹部28、供給口22、墨水供給孔27的外周部及隔膜部25對應的部分21a、28a、22a、27a、25a的圖案并進行蝕刻(圖5(b))。此時，例如使用混合了氟酸水溶液和氟化銨水溶液得到的緩沖氟酸水溶液進行蝕刻，使得C面上的各個部分21a、28a、22a、27a、25a的SiO2膜201的殘余膜厚成為如下關(guān)系。
SiO2膜201的殘余膜厚噴嘴連通孔部分21a＝0＜供給口部分22a＝墨水供給孔外周部分27a＜第二凹部部分28a＝隔膜部25a之后，剝離抗蝕劑。
接著，通過ICP(Inductively Coupled Plasma)干式蝕刻對與C面的噴嘴連通孔21對應的部分21a進行深度150μm左右的各向異性干式蝕刻(圖5(c))。作為該情況下的蝕刻氣體，例如交替使用C4F8(氟化碳)和SF6(氟化硫)即可。在此，C4F8用于保護孔部21a的側(cè)面，使得不沿著孔部21a的側(cè)面方向進行蝕刻，SF6用于促進沿著孔部21a的垂直方向的蝕刻。
接著，對與供給口22對應的部分22a及與墨水供給孔27的外周部對應的部分27a的SiO2膜201進行適度蝕刻，使這些部分22a、27a開口，之后，通過使用了所述兩種蝕刻氣體的ICP干式蝕刻進行深度15μm左右的各向異性干式蝕刻(圖5(d))。
接著，對與第二凹部28對應的部分28a及與隔膜部25對應的部分25a的SiO2膜201進行適度蝕刻，使這些部分28a、25a開口，之后，通過使用了所述兩種蝕刻氣體的ICP干式蝕刻進行深度25μm左右的各向異性干式蝕刻(圖6(e))。此時，對與所述噴嘴連通孔21對應的孔部21a進行更深的蝕刻，形成貫通硅襯底200的噴嘴連通孔21。
接著，將所述SiO2膜201全部剝離后，再次通過熱氧化在硅襯底200的整個表面形成厚度1.1μm的SiO2膜202。然后，對硅襯底200的與噴嘴襯底的接合面(以下稱為N面)側(cè)的SiO2膜202涂敷抗蝕劑，通過光刻法形成與成為儲藏室23的凹部24對應的部分24a的圖案并進行蝕刻(圖6(f))。之后，剝離抗蝕劑。
然后，將硅襯底200浸漬于氫氧化鉀水溶液中，對成為儲藏室23的凹部24進行深度150μm左右的濕式蝕刻(圖6(g))。其結(jié)果是，隔膜部25的厚度成為5μm左右。還有，在該濕式蝕刻工序中，優(yōu)選最初使用蝕刻速率快的濃度(例如35wt％)的氫氧化鉀水溶液，中途換用蝕刻速率慢的濃度(例如3wt％)的氫氧化鉀水溶液，來進行蝕刻。由此，能夠抑制隔膜部25的表面粗糙，對提高表面精度及防止表面缺陷是有效的。
最后，將SiO2膜202全部剝離后，再次通過干式氧化在硅襯底200的整個表面形成厚度約0.1μm的墨水保護膜29(參見圖6(h))。還有，在剝離了SiO2膜202時，墨水供給孔27成為貫通孔。
按照如上方式，形成儲藏室襯底2的各個部分21～28。
接著，參照圖7～9說明第一實施方式的噴墨頭的制造方法。
在此，參照圖7、8簡單地說明將硅襯底300與電極襯底4接合之后，由該硅襯底300制造腔板3的方法。
電極襯底4按如下方式制造。
首先，在由硼硅酸玻璃等構(gòu)成的厚度約1mm的玻璃襯底400上，例如使用金·鉻的蝕刻掩模通過氟酸進行蝕刻，由此形成凹部42。還有，該凹部42是比獨立電極41的形狀略大的槽狀的凹部，按獨立電極41而形成多個。
然后，在凹部42的內(nèi)部例如通過濺射形成由ITO(Indium Tin Oxide)構(gòu)成的獨立電極41。
然后，通過噴射等形成成為墨水供給孔45的孔部分45a，由此制成電極襯底4。
然后，準備例如厚度約220μm的實施了表面加工及表面加工變質(zhì)層的除去處理(前處理)的硅襯底300，在該硅襯底300的單面上成膜例如由以TEOS為原料的經(jīng)等離子體CVD(Chemical Vapor Deposition)形成的厚度0.1μm的SiO2膜構(gòu)成的絕緣膜34(圖7(b))。絕緣膜34的成膜例如在溫度360℃、高頻功率250W、壓力66.7Pa(0.5Torr)、氣體流量為TEOS流量100cm3/min(100sccm)、氧氣流量1000cm3/min(1000sccm)的條件下進行。此外，硅襯底300優(yōu)選使用具有需要厚度的硼摻雜層(未圖示)的硅襯底。
然后，經(jīng)由絕緣膜34陽極接合該硅襯底300和如圖7(a)所示那樣制成的電極襯底4(圖7(c))。陽極接合是指，在將硅襯底300和電極襯底4加熱到360℃之后，將負極與電極襯底4連接，將正極與硅襯底300連接，并施加800V的電壓進行陽極接合。
接著，例如通過背磨床(back grinder)或拋光機對陽極接合后的所述硅襯底300的表面進行磨削加工，進而用氫氧化鉀水溶液對表面進行10～20μm的蝕刻，除去加工變質(zhì)層，使厚度減薄至例如30μm(圖7(d))。
接著，在該薄板化后的硅襯底300的表面上，通過例如等離子體CVD成膜厚度約1.0μm的成為蝕刻掩模的TEOS氧化膜301(圖7(e))。
然后，在該TEOS氧化膜301表面上涂敷抗蝕劑(未圖示)，使用光刻法形成抗蝕劑的圖案并蝕刻TEOS氧化膜301，由此將與噴出室31、墨水供給孔35及電極取出部44對應的部分31a、35a及44a開口(見圖7(f))。然后，開口后剝離抗蝕劑。
接著，將該陽極接合結(jié)束后的襯底用氫氧化鉀水溶液蝕刻，由此在薄板化后的硅襯底300上形成成為噴出室31的第一凹部33和成為墨水供給孔35的貫通孔(圖8(g))。此時，成為電極取出部44的部分44a尚未被貫通，被限制在襯底厚度變薄的程度內(nèi)。還有，TEOS蝕刻掩模301的厚度也變薄。還有，在該蝕刻工序中，最初使用濃度35wt％的氫氧化鉀水溶液進行蝕刻，直至硅襯底300的殘余厚度達到例如5μm，然后換用3wt％的氫氧化鉀水溶液進行蝕刻。由此，由于充分發(fā)揮蝕刻停止作用，故可防止振動膜32的表面粗糙，且能夠?qū)⑵浜穸刃纬蔀?.80±0.05μm的高精度厚度。蝕刻停止定義為從蝕刻面產(chǎn)生的氣泡已停止的狀態(tài)，在實際的濕式蝕刻中，借助氣泡停止產(chǎn)生作為蝕刻已停止的判斷依據(jù)。
然后，在蝕刻后剝離抗蝕劑。
在硅襯底300的蝕刻完成后，用氟酸水溶液進行蝕刻，由此除去在硅襯底300的上面形成的TEOS氧化膜301(圖8(h))。
接著，在硅襯底300的形成有成為噴出室31的第一凹部33的表面上，通過等離子體CVD形成例如厚度0.1μm的由TEOS膜構(gòu)成的墨水保護膜37。
之后，通過RIE(Reactive Ion Etching)等對電極取出部44進行開口。此外，使用環(huán)氧樹脂等密封材43將振動膜32和獨立電極41之間的電極間間隙的開放端部氣密性密封(圖8(j))。此外，由Pt(白金)等金屬電極構(gòu)成的共同電極36通過濺射形成在硅襯底300表面的端部。
如上，由與電極襯底4接合后的狀態(tài)的硅襯底300制作腔襯底3。
然后，通過膠粘劑將所述那樣制成有噴嘴連通孔21、供給口22、儲藏室23、隔膜部25等的儲藏室襯底2與該腔襯底3粘接(圖9k)。
最后，通過膠粘劑將預先形成有噴嘴孔11的噴嘴襯底1粘接到儲藏室襯底2上(圖9(l))。然后，若通過切割而分離為各自的頭，則可制成如圖2所示的噴墨頭10的主體部(圖9(m))。
如上所述，依據(jù)本實施方式的噴墨頭的制造方法，在接合了硅襯底300和電極襯底4之后，采用形成噴出室等的各部分的方法，由此容易處理硅襯底300，因而能減少襯底的裂紋，并能實現(xiàn)襯底的大口徑化。若能實現(xiàn)大口徑化，則能從一片襯底上取出多個噴墨頭，從而能提高生產(chǎn)率。
第二實施方式圖10是表示本發(fā)明的第二實施方式的噴墨頭10的概略構(gòu)成的分解立體圖，圖11是表示組裝狀態(tài)的噴墨頭的剖面圖，圖12及圖13是如圖10所示的噴墨頭的儲藏室襯底的俯視圖和后視圖。
與第一實施方式相反，第二實施方式的噴墨頭10將由面方向(100)的硅襯底構(gòu)成的儲藏室襯底2的隔膜部25A設置在儲藏室襯底2的N面(與噴嘴襯底1的接合面)側(cè)。即，成為儲藏室23A的凹部24A(參照圖11～13)在C面(與腔襯底3的接合面)側(cè)開口，成為容許隔膜部25A向上方的變位的空間部的凹部26A在儲藏室襯底2的N面?zhèn)乳_口。此外，隔膜部25A如后述的儲藏室襯底2的制造工序圖所示，由選擇性地擴散了硼而成的硼擴散層形成，由此通過厚度精度高的隔膜部構(gòu)成。然而，隔膜部25A并不限定于采用硼擴散層制作。
此外，在第二實施方式中，由于噴嘴襯底2以外的噴嘴襯底1、腔襯底3及電極襯底4的構(gòu)成與第一實施方式相同，因而對各部標注相同的附圖標記，省略其說明。
在該儲藏室襯底2上同樣形成有與噴嘴襯底1的噴嘴孔11連通的圓筒狀的噴嘴連通孔21。此外，構(gòu)成各噴出室31的一部分的第二凹部28和成為儲藏室23A的凹部24A經(jīng)由細槽狀的供給口22A連通。此外，設置于腔襯底3上的墨水供給孔35在該凹部24A的開口面開口。
第二實施方式的噴墨頭10在其驅(qū)動時，設置于儲藏室23A底部的隔膜部25A具有大的面積而在上下方向上振動，因而具有與第一實施方式同樣的效果，能夠防止噴嘴間的壓力干涉。此外，隔膜部25A被噴嘴襯底1蓋住，因而被可靠地保護為不受外力的影響，且也不需要特別的保護蓋等。
接著，參照圖14及15的工序剖面圖說明為了制造第二實施方式的噴墨頭而使用的儲藏室襯底的制造方法。
首先，準備面方位(100)、厚度180μm的硅襯底200，在該硅襯底200的整個表面上形成厚度1μm的SiO2膜201(圖14(a))。SiO2膜201是通過例如在熱氧化裝置中設置硅襯底200，使其在氧化溫度1075℃、氧氣和水蒸氣的混合氣氛中進行4小時的熱氧化而形成的。SiO2膜201用作硅的耐蝕刻材料。
然后，對硅襯底200的N面?zhèn)鹊腟iO2膜201涂敷抗蝕劑，通過光刻法形成與隔膜部25A對應的部分25a的圖案并通過蝕刻進行開口(圖14(b))。之后剝離所述抗蝕劑。
然后，將硅襯底200浸漬于氫氧化鉀水溶液中，將與隔膜部25A對應的部分25a進行深度25μm左右的濕式蝕刻(圖14(c))。由此，形成與隔膜部25A對應的凹部26A。
然后，僅對該凹部26A的部分選擇性地適量擴散高濃度的硼(圖14(d))。使擴散硼后而成的硼擴散層203的厚度最終與隔膜部25A的厚度相同，從而能夠調(diào)整為希望的薄的厚度(5μm以下)。
然后，對硅襯底200的C面?zhèn)鹊腟iO2膜201涂敷抗蝕劑，通過光刻法形成與噴嘴連通孔21對應的部分21a的圖案并通過蝕刻進行開口(圖14(e))。之后剝離抗蝕劑。
然后，通過ICP干式蝕刻，對與C面的噴嘴連通孔21對應的部分21a進行各向異性干式蝕刻，直至貫通硅襯底200(圖15(f))。作為此情況下的蝕刻氣體，例如只要交替使用C4F8(氟化碳)和SF6(氟化硫)即可。在此，C4F8用于保護孔部的側(cè)面，使得蝕刻不在孔部的側(cè)面方向上進行，SF6用于促進孔部的垂直方向的蝕刻。
然后，在將所述SiO2膜201全部剝離之后，再次通過熱氧化在硅襯底200的整個表面上形成厚度1.1μm的SiO2膜202。之后，對硅襯底200的C面?zhèn)鹊腟iO2膜202涂敷抗蝕劑，通過光刻法形成分別與供給口22A、儲藏室23A和第二凹部28對應的部分22a、23a和28a的圖案并通過蝕刻進行開口(圖15(g))。此時，形成圖案使得各部分的圖案寬度成為如下的關(guān)系。
圖案寬度儲藏室部分23a＞第二凹部部分28a＞供給口部分22a之后，剝離抗蝕劑。
然后，通過氫氧化鉀水溶液的濕式蝕刻形成成為C面的儲藏室23A的凹部24A(圖15(h))。此時，成為儲藏室23A的凹部24A通過硼擴散層203使蝕刻停止，從而形成與硼擴散層203的厚度對應的隔膜部25A。還有，在該濕式蝕刻工序中，如上所述使用兩種不同濃度的氫氧化鉀水溶液即可。即，優(yōu)選最初以蝕刻速率快的濃度(例如35wt％)開始蝕刻，中途換以蝕刻速率慢的濃度(例如3wt％)進行蝕刻。此外，由于采用的是面方位為(100)的硅襯底，因此第二凹部28和供給口22A蝕刻到與開口寬度對應的深度后停止。
即，各部的深度關(guān)系是儲藏室23A＞第二凹部28a＞供給口22a。
最后，在剝離所述SiO2膜202之后，再次通過干式氧化在硅襯底200的整個表面上形成厚度約0.1μm的墨水保護膜29(圖15(i))。
如上制成儲藏室襯底2。
然后，若使用依據(jù)所述方法制成的儲藏室襯底2，按照所述圖7～圖9說明的方式制造，則可制造第二實施方式的噴墨頭10。
根據(jù)第二實施方式的噴墨頭10的制造方法，由于通過選擇性地擴散了硼而成的硼擴散層形成了隔膜部25A，故能夠形成厚度精度高、表面精度優(yōu)良、表面缺陷少的由薄膜構(gòu)成的隔膜部。
第一實施方式的隔膜部25也可與第二實施方式同樣，通過選擇性地擴散了硼而成的硼擴散層來形成。
還有，隔膜部25、25A的可變位的空間部只要在儲藏室襯底2和腔襯底3或噴嘴襯底1的接合面之間形成即可，只要在其中任一或兩個襯底上形成凹部26、26A即可。
在所述實施方式中敘述了靜電驅(qū)動方式的噴墨頭及其制造方法，但本發(fā)明并不限定于所述實施方式，可在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)進行各種變更。例如，本發(fā)明也可適用于靜電驅(qū)動方式以外的驅(qū)動方式的噴墨頭。在壓電方式的情況下，只要取代電極襯底而將壓電元件粘接于各噴出室的底部即可，在發(fā)泡方式的情況下，只要在各噴出室的內(nèi)部設置發(fā)熱元件即可。此外，通過變更從噴嘴孔噴出的液狀材料，除噴墨打印機之外，還可以作為制造液晶顯示器的濾色鏡、形成有機EL顯示裝置的發(fā)光部分、制造用于基因檢查等的生物分子溶液的微陣列等各種用途的液滴噴出裝置加以利用。
權(quán)利要求
1.一種液滴噴出頭，其是四層結(jié)構(gòu)的液滴噴出頭，具備噴嘴襯底，其具有多個噴嘴孔；腔襯底，其具有與各噴嘴孔連通且在室內(nèi)產(chǎn)生壓力從而從所述噴嘴孔噴出液滴的多個獨立的噴出室；儲藏室襯底，其具有與所述噴出室共同連通的儲藏室，其特征在于，設有使儲藏室襯底的一部分薄壁化的隔膜部，所述隔膜部構(gòu)成了形成儲藏室的壁面。
2.如權(quán)利要求1所述的液滴噴出頭，其特征在于，所述隔膜部形成在所述儲藏室襯底的與所述腔襯底的接合面?zhèn)取?br> 3.如權(quán)利要求2所述的液滴噴出頭，其特征在于，所述隔膜部被所述腔襯底蓋住從而與外部遮斷。
4.如權(quán)利要求1所述的液滴噴出頭，其特征在于，所述隔膜部形成在所述儲藏室襯底的與所述噴嘴襯底的接合面?zhèn)取?br> 5.如權(quán)利要求4所述的液滴噴出頭，其特征在于，所述隔膜部被所述噴嘴襯底蓋住從而與外部遮斷。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項所述的液滴噴出頭，其特征在于，所述隔膜部在所述儲藏室的相反側(cè)具有封閉的空間部。
7.如權(quán)利要求6所述的液滴噴出頭，其特征在于，所述空間部由在所述儲藏室的相反側(cè)的所述儲藏室襯底的表面形成的凹部構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項所述的液滴噴出頭，其特征在于，所述隔膜部由選擇性地擴散了硼而成的硼擴散層構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項所述的液滴噴出頭，其特征在于，所述儲藏室襯底使用面方位為(100)的硅襯底。
10.如權(quán)利要求1～9中任一項所述的液滴噴出頭，其特征在于，電極襯底經(jīng)由絕緣膜與所述腔襯底接合，所述電極襯底在凹部內(nèi)形成有用于通過靜電力驅(qū)動所述噴出室底部的振動膜的獨立電極。
11.一種液滴噴出頭的制造方法，其特征在于，在從硅襯底的一面將與隔膜部對應的部分蝕刻了需要的深度之后，從所述硅襯底的相反側(cè)的面通過濕式蝕刻加工成為儲藏室的凹部，從而形成所述隔膜部。
12.一種液滴噴出頭的制造方法，其特征在于，從硅襯底的一面將與隔膜部對應的部分蝕刻需要的深度，并在由此形成的凹部中選擇性地擴散硼，之后從所述硅襯底的相反側(cè)的面通過濕式蝕刻加工成為儲藏室的凹部，從而形成所述隔膜部。
13.如權(quán)利要求11或12所述的液滴噴出頭的制造方法，其特征在于，在成為所述儲藏室的凹部的濕式蝕刻的加工中，以蝕刻速率快的濃度開始濕式蝕刻，中途切換為蝕刻速率慢的濃度而進行濕式蝕刻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可使噴嘴高密度化且可防止噴嘴間的壓力干涉的液滴噴出頭及其制造方法。該液滴噴出頭為四層結(jié)構(gòu)，其具備噴嘴襯底(1)，其具有多個噴嘴孔(11)；腔襯底(3)，其具有與各噴嘴孔(11)連通且在室內(nèi)產(chǎn)生壓力從而從所述噴嘴孔(11)噴出液滴的多個獨立的噴出室(31)；儲藏室襯底(2)，其具有與所述噴出室(31)共同連通的儲藏室(23)，其中，設有使儲藏室襯底(2)的一部分薄壁化的隔膜部(25)，所述隔膜部(25)構(gòu)成了形成儲藏室(23)的壁面。
文檔編號B41J2/16GK1974216SQ2006101631
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者大谷和史, 松野靖史 申請人:精工愛普生株式會社