CN1974216A - 液滴喷出头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可使喷嘴高密度化且可防止喷嘴间的压力干涉的液滴喷出头及其制造方法。该液滴喷出头为四层结构，其具备：喷嘴衬底(1)，其具有多个喷嘴孔(11)；腔衬底(3)，其具有与各喷嘴孔(11)连通且在室内产生压力从而从所述喷嘴孔(11)喷出液滴的多个独立的喷出室(31)；储藏室衬底(2)，其具有与所述喷出室(31)共同连通的储藏室(23)，其中，设有使储藏室衬底(2)的一部分薄壁化的隔膜部(25)，所述隔膜部(25)构成了形成储藏室(23)的壁面。
Description
技术领域
本发明涉及喷墨头等液滴喷出头及其制造方法。
背景技术
作为用于喷出液滴的液滴喷出头，例如搭载于喷墨水记录装置上的喷墨头已为人所公知。喷墨头通常构成为，具备形成有用于喷出墨水滴的多个喷嘴孔的喷嘴衬底、和与该喷嘴衬底接合且在其与喷嘴衬底之间形成有与所述喷嘴孔连通的喷出室、储藏室等的墨水流路的腔衬底，通过利用驱动部对喷出室施加压力，从选择的喷嘴孔喷出墨水滴。作为驱动机构，有利用静电力的方式、或利用压电元件的压电方式、利用发热元件的方式等。
在这样的喷墨头中，为了印刷速度的高速化及彩色化，而寻求具有多个喷嘴列的结构的喷墨头。进而，近年来喷嘴密度高密度化且长尺寸化(每一列的喷嘴数目的增加)，喷墨头内的致动器数目也逐渐增加。
在喷墨头中，由于设置了分别与喷嘴孔共同连通的储藏室，因而随着喷嘴密度的高密度化，喷出室的压力也传递到储藏室，该压力的影响也波及到其它喷嘴孔。例如，若通过驱动致动器，而对储藏室施加正压，则从本应喷出墨水滴的喷嘴孔(驱动喷嘴)以外的非驱动喷嘴孔也漏出墨水滴，或相反，若对储藏室施加负压，则应从驱动喷嘴喷出的墨水滴的喷出量减少，导致印字质量劣化。因此，为了防止这样的喷嘴间的压力干涉，提出了在喷嘴衬底上设置了用于缓冲储藏室压力变动的隔膜部的喷墨头(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：特开平11-115179号公报
但是，在现有的喷墨头中，也如专利文献1所示，由于是储藏室形成于与喷出室同一的衬底(腔衬底)上的结构，因而从确保储藏室体积的观点来看，难以在与储藏室同一的衬底上设置压力变动缓冲部即隔膜部。基于所述理由，隔膜部形成于喷嘴衬底，但若采用该结构，则强度低的部位露出到外面，因此使隔膜部变薄也是有限度的，另外，还需要保护盖等其它部件。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可使喷嘴高密度化且可防止喷嘴间的压力干涉的液滴喷出头及其制造方法。
为了解决所述课题，本发明提供一种液滴喷出头，其是四层结构的液滴喷出头，具备：喷嘴衬底，其具有多个喷嘴孔；腔衬底，其具有与各喷嘴孔连通且在室内产生压力从而从所述喷嘴孔喷出液滴的多个独立的喷出室；储藏室衬底，其具有与所述喷出室共同连通的储藏室，其中，设有使储藏室衬底的一部分薄壁化的隔膜部，所述隔膜部构成了形成储藏室的壁面。
在本发明的液滴喷出头中，由于隔膜部和喷出室设置于不同的衬底(储藏室衬底及腔衬底)上，因此能够确保储藏室的体积，并且能够在其内部设置隔膜部。因此，可使喷嘴高密度化，并且能够通过在储藏室的壁的一部分设置的隔膜部防止喷嘴间的压力干涉。
此外，根据本发明，所述隔膜部形成在所述储藏室衬底的与所述腔衬底的接合面(也称为C面)侧。
通过在储藏室衬底的C面侧形成隔膜部，能够增大隔膜部的面积，从而能够增大隔膜部的压力缓冲效果。
在这种情况下，所述隔膜部被所述腔衬底盖住从而与外部遮断。
通过这种构成，由于外力不直接施加于隔膜部，因而能够减薄隔膜部，并且不需要保护盖等特别的保护部件。
此外，根据本发明，所述隔膜部形成在所述储藏室衬底的与所述喷嘴衬底的接合面(也称为N面)侧。
隔膜部也可设置于储藏室衬底的与C面的相反的N面侧。在这种情况下，也同样能够增大隔膜部的面积，从而能够增大隔膜部的压力缓冲效果。
在该情况下，所述隔膜部被所述喷嘴衬底盖住从而与外部遮断。
通过这种构成，和所述情况相同，由于外力不直接施加于隔膜部，因而能够减薄隔膜部，并且不需要保护盖等特别的保护部件。
此外，根据本发明，所述隔膜部在所述储藏室的相反侧具有封闭的空间部。
隔膜部可在该空间部内振动变位。
而且，所述空间部由在所述储藏室的相反侧的所述储藏室衬底的表面形成的凹部构成。
此外，根据本发明，所述隔膜部由选择性地扩散了硼而成的硼扩散层构成。
通过仅将隔膜部制成为硼扩散层，发挥了蚀刻停止功能，因此能够形成厚度精度高的隔膜部。
此外，所述储藏室衬底优选使用面方位为(100)的硅衬底。
若使用面方位为(100)的硅衬底，则由于在储藏室衬底的湿式蚀刻工序中能够形成厚度均匀、表面粗糙度小的蚀刻面，因此能够形成深度均匀的储藏室和厚度均匀的隔膜部。
此外，在本发明的液滴喷出头中，电极衬底经由绝缘膜与所述腔衬底接合，所述电极衬底在凹部内形成有用于通过静电力驱动所述喷出室底部的振动膜的独立电极。
由此，能够形成静电驱动方式的液滴喷出头，能够提供高密度、喷嘴间的压力干涉小且喷出特性良好的液滴喷出头。
此外，本发明提供一种液滴喷出头的制造方法，其中，在从硅衬底的一面将与隔膜部对应的部分蚀刻了需要的深度之后，从所述硅衬底的相反侧的面通过湿式蚀刻加工成为储藏室的凹部，从而形成所述隔膜部。
根据本发明的制造方法，同时对多个具有隔膜部且面积和深度大的储藏室进行蚀刻，由此能够高效地加工。
此外，本发明提供一种液滴喷出头的制造方法，其中，从硅衬底的一面将与隔膜部对应的部分蚀刻需要的深度，并在由此形成的凹部中选择性地扩散硼，之后从所述硅衬底的相反侧的面通过湿式蚀刻加工成为储藏室的凹部，从而形成所述隔膜部。
根据本发明的制造方法，由于湿式蚀刻的蚀刻速率在硼扩散区域中极低，因而通过控制扩散区域的厚度能够形成厚度精度良好的极薄的隔膜部。
此外，本发明提供一种液滴喷出头的制造方法，其中，在成为所述储藏室的凹部的湿式蚀刻的加工中，以蚀刻速率快的浓度开始湿式蚀刻，中途切换为蚀刻速率慢的浓度而进行湿式蚀刻。
由此，能够同时提高储藏室的加工效率和隔膜部的厚度精度。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的喷墨头的概略构成的分解立体图。
图2是表示组装状态的喷墨头的剖面图。
图3是图1的喷墨头的储藏室衬底的俯视图。
图4是同储藏室衬底的后视图。
图5是为制造第一实施方式的喷墨头而使用的储藏室衬底的制造工序的剖面图。
图6是接着图5的储藏室衬底的制造工序的剖面图。
图7是表示第一实施方式的喷墨头的制造方法的制造工序的剖面图。
图8是接着图7的制造工序的剖面图。
图9是接着图8的制造工序的剖面图。
图10是表示本发明第一实施方式的喷墨头的概略构成的分解立体图。
图11是表示组装状态的喷墨头的剖面图。
图12是图10的喷墨头的储藏室衬底的俯视图。
图13是图10的喷墨头的储藏室衬底的后视图。
图14是为制造第二实施方式的喷墨头而使用的储藏室衬底的制造工序的剖面图。
图15是接着图14的制造工序的剖面图。
符号说明
1喷嘴衬底、2储藏室衬底、3腔衬底、4电极衬底、5驱动控制电路、10喷墨头、11喷嘴孔、21喷嘴连通孔、22、22A供给口、23、23A储藏室、24、24A凹部、25、25A隔膜部、26、26A凹部(空间部)、27墨水供给孔、28第二凹部、29墨水保护膜、31喷出室、32振动膜、33第一凹部、34绝缘膜、35墨水供给孔、36共同电极、37墨水保护膜、41独立电极、42凹部、43密封材、44电极取出部、45墨水供给孔、200硅衬底、203硼扩散层
具体实施方式
下面，参照附图说明应用了本发明的液滴喷出头的具体实施方式。在此，作为液滴喷出头的一例，参照附图1～4对从设置于喷嘴衬底表面上的喷嘴孔喷出墨水滴的面喷出型喷墨头进行说明。还有，本发明并不限定于下图所示的结构和形状，同样也可以适用于从设置于衬底端部上的喷嘴孔喷出墨水滴的边缘喷出型液滴喷出头。此外，致动器采用了静电驱动方式，但也可以采用其它的驱动方式。
实施方式1
图1是表示本发明第一实施方式的喷墨头的概略构成的分解立体图，图2是表示组装状态的喷墨头的剖面图。此外，图3及图4是作为该喷墨头的构成要素的储藏室衬底的俯视图和后视图。还有，在图1及图2中，表示了与通常使用的状态上下相反的状态。
图1、2表示的本实施方式的喷墨头(液滴喷出头的一例)10并不如现有普通的静电驱动方式的喷墨头那样是将喷嘴衬底、腔衬底、电极衬底这三个衬底贴合而成的三层结构，而是将喷嘴衬底1、储藏室衬底2、腔衬底3、电极衬底4这四个衬底按此顺序贴合而成的四层结构。即，喷出室31和储藏室23设置于不同的衬底上。下面详述各个衬底的构成。
喷嘴衬底1由厚度约50μm的硅衬底制成。在喷嘴衬底1上以规定的间距设置有多个喷嘴孔11。不过，出于简明的目的，图1示出了一列五个喷嘴孔11。此外，也可以排列多列喷嘴列。
各喷嘴孔11由与衬底面垂直且同轴的小孔的喷射口部分11a及比喷射口部分11a的径大的导入口部分11b构成。
储藏室衬底2例如由厚度约180μm的面方位(100)的硅衬底制成。在该储藏室衬底2上设置有垂直贯通储藏室衬底2且与各喷嘴孔11独立连通的径稍大(径与导入口部分11b的径相等或比其大)的喷嘴连通孔21。此外，形成有成为经由各供给孔22与各喷嘴连通孔21及各喷嘴孔11连通的共同储藏室23(共同墨水室)的凹部24。该凹部24在平面方向上延伸，形成为面积大的矩形形状，且与喷嘴衬底1接合的一侧面(以下，也称作N面)开口。而且，在该凹部24的底部的一部分形成有隔膜部25。此外，在隔膜部25下方即与腔衬底3接合的一侧面(以下，也称作C面)上形成有凹部26，凹部26是容许隔膜部25挠曲的空间部。该空间部26被腔衬底3盖住而密封。
此外，在成为储藏室23的凹部24的底部，在避开了隔膜部25的位置分别作为贯通孔而设有所述供给口22和用于从外部向储藏室23供给墨水的墨水供给孔27。
进而，在储藏室衬底2的C面上形成有构成下述的腔衬底3的喷出室31的一部分的细槽状的第二凹部28。第二凹部28为防止因使腔衬底3变薄而导致的在喷出室31中的流路电阻的增加而设置，但也可以省略第二凹部28。
还有，虽省略了图示，不过为了防止墨水导致的硅腐蚀，而在储藏室衬底2的整个表面上形成有例如由热氧化膜(SiO2膜)构成的保护膜。
由于贯通储藏室衬底2的喷嘴连通孔21与喷嘴衬底1的喷嘴孔11同轴设置，因此能够获得墨水滴喷出的直进性，因而喷出特性显著地提高。特别是，由于能够使微小的墨水滴弹附于目标处，因此能够避免彩色边纹等，能够忠实地再现微妙的灰度变化，从而能够实现更鲜明的高品位的画质。
腔衬底3例如由厚度约30μm的硅衬底制成。在该腔衬底3上设置有成为与各喷嘴连通孔21独立连通的喷出室31的第一凹部33。而且，通过该第一凹部33和所述第二凹部28划分形成了各个喷出室31。此外，喷出室31(第一凹部33)的底壁构成了振动膜32。振动膜32可以由通过在硅中扩散高浓度的硼而形成的硼扩散层构成。通过设置硼扩散层，能够充分发挥蚀刻停止(etching stop)作用，因此能够高精度地调整振动膜32的厚度或表面粗糙度。
在腔衬底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)为原料的经等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积法)得到的SiO2膜构成的厚度0.1μm的绝缘膜34。该绝缘膜34为防止驱动喷墨头10时的绝缘破坏或短路而设置。在腔衬底3的上面形成有与储藏室衬底2同样的墨水保护膜(未图示)。此外，在腔衬底3上设置有与储藏室衬底2的墨水供给孔27连通的墨水供给孔35。
电极衬底4例如由厚度约1mm的玻璃衬底制成。其中，适用热膨胀系数与腔衬底3的硅衬底接近的硼硅酸类的耐热硬质玻璃。通过使用硼硅酸类的耐热硬质玻璃，在阳极接合电极衬底4和腔衬底3时，由于两衬底的热膨胀系数接近，因而能够降低在电极衬底4和腔衬底3之间产生的应力，其结果是能够在不产生剥离等问题的情况下牢固地接合电极衬底4和腔衬底3。
在电极衬底4上，在与腔衬底3的各振动膜32相对的表面的位置分别设置了凹部42。各凹部42通过蚀刻形成约0.3μm的深度。而且，通常在各凹部42的底面上，通过进行溅射而形成有例如厚度0.1μm的由ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)构成的独立电极41。因此，在振动膜32和独立电极41之间形成的间隙G(空隙)由该凹部42的深度、独立电极41及覆盖振动膜32的绝缘膜34的厚度决定。该间隙(电极间间隙)G对喷墨头的喷出特性影响较大。在本实施方式的情况下，电极间间隙G为0.2μm。该电极间间隙G的开放端部通过由环氧胶粘剂等制成的密封材气密性密封。由此，能够防止异物或湿气等侵入电极间间隙，能够较高地保持喷墨头10的可靠性。
还有，独立电极41的材料并不限定于ITO，也可以使用IZO(IndiumZinc Oxide)或金、铜等金属。不过，由于ITO透明，故能够容易地确认振动膜的接触状态，基于该理由等，通常采用ITO。
此外，独立电极41的端子部41a在储藏室衬底2及腔衬底3的端部开口的电极取出部44露出，在电极取出部44上搭载了例如驱动IC等驱动控制电路5的柔性配线衬底(未图示)与各独立电极41的端子部41a和设置于腔衬底3端部的共同电极36连接。
在电极衬底4上设有与墨水盒(未图示)连接的墨水供给孔45。墨水供给孔45通过设置于腔衬底3上的墨水供给孔36及设置于储藏室衬底2上的墨水供给孔27与储藏室23连通。
在此，简要说明所述那样构成的喷墨头10的动作。
在喷墨头10中，外部墨水盒(未图示)内的墨水通过墨水供给孔45、35、27供给到储藏室23内，进而墨水从各供给口分别经过各喷出室31、喷嘴连通孔21而装满到喷嘴孔11的前端。此外，用于控制喷墨头10的动作的驱动IC等驱动控制电路5连接到各独立电极41和设置于腔衬底3上的共同电极36之间。因此，若通过该驱动控制电路5对独立电极41供给驱动信号(脉冲电压)，则从驱动控制电路5对独立电极41施加脉冲电压，使独立电极41带正电，另一方面，与之对应的振动膜32带负电。此时，由于在独立电极41和振动膜32之间产生静电力(库仑力)，故振动膜32因该静电力而被拉近到独立电极41侧而弯曲。由此，喷出室31的容积增大。接着，若切断脉冲电压，则所述静电力消失，振动膜32通过其弹力而恢复原状，此时，喷出室31的容积急剧减少，因此，通过此时的压力，喷出室31内的墨水的一部分通过喷嘴连通孔21形成为墨水滴，从喷嘴孔11喷出。然后，通过再次施加脉冲电压使振动膜32向独立电极41侧弯曲，墨水从储藏室23通过供给口22而补给于喷出室31。
根据该第一实施方式的喷墨头10的构成，在驱动所述那样的喷墨头10时，喷出室31的压力也被传递到储藏室23。此时，由于在储藏室23的底部的一部分设置有隔膜部25，因此，若储藏室23成为正压，则隔膜部25在凹部26的空间部内向下方挠曲，相反，若储藏室23成为负压，则隔膜部25向上方弯曲，因此，能够缓冲储藏室23内的压力变动，从而能够防止喷嘴间的压力干涉。因此，能够消除诸如从驱动喷嘴以外的非驱动喷嘴漏出墨水、或需要从驱动喷嘴喷出的喷出量减少之类的不良情况。
此外，由于隔膜部25设置于储藏室23的底部，因而能够增大隔膜部25的面积，从而能够增大压力缓冲效果。
进而，由于隔膜部25被腔衬底3盖住而不露出到外部，因而能够可靠地保护由薄膜部构成的隔膜部25不受外力影响，且完全不需要保护盖等特别的保护部件。因此，可以实现喷墨头10的小型化及低成本化。
还有，由于隔膜部25如上所述具有较大的面积，因而在密闭的空间部26内也能够可靠地变位(振动)。此外，根据需要，也可以在腔衬底3和电极衬底4上设置从外部与空间部26连通的小的通气孔(未图示)。
接着，参照图5～9说明第一实施方式的喷墨头10的制造方法。还有，下面所示的衬底厚度或蚀刻深度、温度、压力等值只不过是一例，本发明并不限定于这些值。
首先，参照图5及图6的工序剖面图说明用于制造第一实施方式的喷墨头而使用的储藏室衬底的制造方法。
首先，准备面方位(100)、厚度180μm的硅衬底200，在该硅衬底200的整个表面形成厚度1.6μm的SiO2膜201(图5(a))。SiO2膜201是通过例如在热氧化装置中设置硅衬底200，使其在氧化温度1075℃、氧气和水蒸气的混合气氛中进行8小时的热氧化而形成的。SiO2膜201用作硅的耐蚀刻材。
接着，对硅衬底200的与腔衬底的接合面(以下称为C面)侧的SiO2膜201涂敷抗蚀剂，通过光刻法形成分别与喷嘴连通孔21、第二凹部28、供给口22、墨水供给孔27的外周部及隔膜部25对应的部分21a、28a、22a、27a、25a的图案并进行蚀刻(图5(b))。此时，例如使用混合了氟酸水溶液和氟化铵水溶液得到的缓冲氟酸水溶液进行蚀刻，使得C面上的各个部分21a、28a、22a、27a、25a的SiO2膜201的残余膜厚成为如下关系。
SiO2膜201的残余膜厚：喷嘴连通孔部分21a＝0＜供给口部分22a＝墨水供给孔外周部分27a＜第二凹部部分28a＝隔膜部25a
之后，剥离抗蚀剂。
接着，通过ICP(Inductively Coupled Plasma)干式蚀刻对与C面的喷嘴连通孔21对应的部分21a进行深度150μm左右的各向异性干式蚀刻(图5(c))。作为该情况下的蚀刻气体，例如交替使用C4F8(氟化碳)和SF6(氟化硫)即可。在此，C4F8用于保护孔部21a的侧面，使得不沿着孔部21a的侧面方向进行蚀刻，SF6用于促进沿着孔部21a的垂直方向的蚀刻。
接着，对与供给口22对应的部分22a及与墨水供给孔27的外周部对应的部分27a的SiO2膜201进行适度蚀刻，使这些部分22a、27a开口，之后，通过使用了所述两种蚀刻气体的ICP干式蚀刻进行深度15μm左右的各向异性干式蚀刻(图5(d))。
接着，对与第二凹部28对应的部分28a及与隔膜部25对应的部分25a的SiO2膜201进行适度蚀刻，使这些部分28a、25a开口，之后，通过使用了所述两种蚀刻气体的ICP干式蚀刻进行深度25μm左右的各向异性干式蚀刻(图6(e))。此时，对与所述喷嘴连通孔21对应的孔部21a进行更深的蚀刻，形成贯通硅衬底200的喷嘴连通孔21。
接着，将所述SiO2膜201全部剥离后，再次通过热氧化在硅衬底200的整个表面形成厚度1.1μm的SiO2膜202。然后，对硅衬底200的与喷嘴衬底的接合面(以下称为N面)侧的SiO2膜202涂敷抗蚀剂，通过光刻法形成与成为储藏室23的凹部24对应的部分24a的图案并进行蚀刻(图6(f))。之后，剥离抗蚀剂。
然后，将硅衬底200浸渍于氢氧化钾水溶液中，对成为储藏室23的凹部24进行深度150μm左右的湿式蚀刻(图6(g))。其结果是，隔膜部25的厚度成为5μm左右。还有，在该湿式蚀刻工序中，优选最初使用蚀刻速率快的浓度(例如35wt％)的氢氧化钾水溶液，中途换用蚀刻速率慢的浓度(例如3wt％)的氢氧化钾水溶液，来进行蚀刻。由此，能够抑制隔膜部25的表面粗糙，对提高表面精度及防止表面缺陷是有效的。
最后，将SiO2膜202全部剥离后，再次通过干式氧化在硅衬底200的整个表面形成厚度约0.1μm的墨水保护膜29(参见图6(h))。还有，在剥离了SiO2膜202时，墨水供给孔27成为贯通孔。
按照如上方式，形成储藏室衬底2的各个部分21～28。
接着，参照图7～9说明第一实施方式的喷墨头的制造方法。
在此，参照图7、8简单地说明将硅衬底300与电极衬底4接合之后，由该硅衬底300制造腔板3的方法。
电极衬底4按如下方式制造。
首先，在由硼硅酸玻璃等构成的厚度约1mm的玻璃衬底400上，例如使用金·铬的蚀刻掩模通过氟酸进行蚀刻，由此形成凹部42。还有，该凹部42是比独立电极41的形状略大的槽状的凹部，按独立电极41而形成多个。
然后，在凹部42的内部例如通过溅射形成由ITO(Indium Tin Oxide)构成的独立电极41。
然后，通过喷射等形成成为墨水供给孔45的孔部分45a，由此制成电极衬底4。
然后，准备例如厚度约220μm的实施了表面加工及表面加工变质层的除去处理(前处理)的硅衬底300，在该硅衬底300的单面上成膜例如由以TEOS为原料的经等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition)形成的厚度0.1μm的SiO2膜构成的绝缘膜34(图7(b))。绝缘膜34的成膜例如在温度360℃、高频功率250W、压力66.7Pa(0.5Torr)、气体流量为TEOS流量100cm3/min(100sccm)、氧气流量1000cm3/min(1000sccm)的条件下进行。此外，硅衬底300优选使用具有需要厚度的硼掺杂层(未图示)的硅衬底。
然后，经由绝缘膜34阳极接合该硅衬底300和如图7(a)所示那样制成的电极衬底4(图7(c))。阳极接合是指，在将硅衬底300和电极衬底4加热到360℃之后，将负极与电极衬底4连接，将正极与硅衬底300连接，并施加800V的电压进行阳极接合。
接着，例如通过背磨床(back grinder)或抛光机对阳极接合后的所述硅衬底300的表面进行磨削加工，进而用氢氧化钾水溶液对表面进行10～20μm的蚀刻，除去加工变质层，使厚度减薄至例如30μm(图7(d))。
接着，在该薄板化后的硅衬底300的表面上，通过例如等离子体CVD成膜厚度约1.0μm的成为蚀刻掩模的TEOS氧化膜301(图7(e))。
然后，在该TEOS氧化膜301表面上涂敷抗蚀剂(未图示)，使用光刻法形成抗蚀剂的图案并蚀刻TEOS氧化膜301，由此将与喷出室31、墨水供给孔35及电极取出部44对应的部分31a、35a及44a开口(见图7(f))。然后，开口后剥离抗蚀剂。
接着，将该阳极接合结束后的衬底用氢氧化钾水溶液蚀刻，由此在薄板化后的硅衬底300上形成成为喷出室31的第一凹部33和成为墨水供给孔35的贯通孔(图8(g))。此时，成为电极取出部44的部分44a尚未被贯通，被限制在衬底厚度变薄的程度内。还有，TEOS蚀刻掩模301的厚度也变薄。还有，在该蚀刻工序中，最初使用浓度35wt％的氢氧化钾水溶液进行蚀刻，直至硅衬底300的残余厚度达到例如5μm，然后换用3wt％的氢氧化钾水溶液进行蚀刻。由此，由于充分发挥蚀刻停止作用，故可防止振动膜32的表面粗糙，且能够将其厚度形成为0.80±0.05μm的高精度厚度。蚀刻停止定义为从蚀刻面产生的气泡已停止的状态，在实际的湿式蚀刻中，借助气泡停止产生作为蚀刻已停止的判断依据。
然后，在蚀刻后剥离抗蚀剂。
在硅衬底300的蚀刻完成后，用氟酸水溶液进行蚀刻，由此除去在硅衬底300的上面形成的TEOS氧化膜301(图8(h))。
接着，在硅衬底300的形成有成为喷出室31的第一凹部33的表面上，通过等离子体CVD形成例如厚度0.1μm的由TEOS膜构成的墨水保护膜37。
之后，通过RIE(Reactive Ion Etching)等对电极取出部44进行开口。此外，使用环氧树脂等密封材43将振动膜32和独立电极41之间的电极间间隙的开放端部气密性密封(图8(j))。此外，由Pt(白金)等金属电极构成的共同电极36通过溅射形成在硅衬底300表面的端部。
如上，由与电极衬底4接合后的状态的硅衬底300制作腔衬底3。
然后，通过胶粘剂将所述那样制成有喷嘴连通孔21、供给口22、储藏室23、隔膜部25等的储藏室衬底2与该腔衬底3粘接(图9k)。
最后，通过胶粘剂将预先形成有喷嘴孔11的喷嘴衬底1粘接到储藏室衬底2上(图9(l))。然后，若通过切割而分离为各自的头，则可制成如图2所示的喷墨头10的主体部(图9(m))。
如上所述，依据本实施方式的喷墨头的制造方法，在接合了硅衬底300和电极衬底4之后，采用形成喷出室等的各部分的方法，由此容易处理硅衬底300，因而能减少衬底的裂纹，并能实现衬底的大口径化。若能实现大口径化，则能从一片衬底上取出多个喷墨头，从而能提高生产率。
第二实施方式
图10是表示本发明的第二实施方式的喷墨头10的概略构成的分解立体图，图11是表示组装状态的喷墨头的剖面图，图12及图13是如图10所示的喷墨头的储藏室衬底的俯视图和后视图。
与第一实施方式相反，第二实施方式的喷墨头10将由面方向(100)的硅衬底构成的储藏室衬底2的隔膜部25A设置在储藏室衬底2的N面(与喷嘴衬底1的接合面)侧。即，成为储藏室23A的凹部24A(参照图11～13)在C面(与腔衬底3的接合面)侧开口，成为容许隔膜部25A向上方的变位的空间部的凹部26A在储藏室衬底2的N面侧开口。此外，隔膜部25A如后述的储藏室衬底2的制造工序图所示，由选择性地扩散了硼而成的硼扩散层形成，由此通过厚度精度高的隔膜部构成。然而，隔膜部25A并不限定于采用硼扩散层制作。
此外，在第二实施方式中，由于喷嘴衬底2以外的喷嘴衬底1、腔衬底3及电极衬底4的构成与第一实施方式相同，因而对各部标注相同的附图标记，省略其说明。
在该储藏室衬底2上同样形成有与喷嘴衬底1的喷嘴孔11连通的圆筒状的喷嘴连通孔21。此外，构成各喷出室31的一部分的第二凹部28和成为储藏室23A的凹部24A经由细槽状的供给口22A连通。此外，设置于腔衬底3上的墨水供给孔35在该凹部24A的开口面开口。
第二实施方式的喷墨头10在其驱动时，设置于储藏室23A底部的隔膜部25A具有大的面积而在上下方向上振动，因而具有与第一实施方式同样的效果，能够防止喷嘴间的压力干涉。此外，隔膜部25A被喷嘴衬底1盖住，因而被可靠地保护为不受外力的影响，且也不需要特别的保护盖等。
接着，参照图14及15的工序剖面图说明为了制造第二实施方式的喷墨头而使用的储藏室衬底的制造方法。
首先，准备面方位(100)、厚度180μm的硅衬底200，在该硅衬底200的整个表面上形成厚度1μm的SiO2膜201(图14(a))。SiO2膜201是通过例如在热氧化装置中设置硅衬底200，使其在氧化温度1075℃、氧气和水蒸气的混合气氛中进行4小时的热氧化而形成的。SiO2膜201用作硅的耐蚀刻材料。
然后，对硅衬底200的N面侧的SiO2膜201涂敷抗蚀剂，通过光刻法形成与隔膜部25A对应的部分25a的图案并通过蚀刻进行开口(图14(b))。之后剥离所述抗蚀剂。
然后，将硅衬底200浸渍于氢氧化钾水溶液中，将与隔膜部25A对应的部分25a进行深度25μm左右的湿式蚀刻(图14(c))。由此，形成与隔膜部25A对应的凹部26A。
然后，仅对该凹部26A的部分选择性地适量扩散高浓度的硼(图14(d))。使扩散硼后而成的硼扩散层203的厚度最终与隔膜部25A的厚度相同，从而能够调整为希望的薄的厚度(5μm以下)。
然后，对硅衬底200的C面侧的SiO2膜201涂敷抗蚀剂，通过光刻法形成与喷嘴连通孔21对应的部分21a的图案并通过蚀刻进行开口(图14(e))。之后剥离抗蚀剂。
然后，通过ICP干式蚀刻，对与C面的喷嘴连通孔21对应的部分21a进行各向异性干式蚀刻，直至贯通硅衬底200(图15(f))。作为此情况下的蚀刻气体，例如只要交替使用C4F8(氟化碳)和SF6(氟化硫)即可。在此，C4F8用于保护孔部的侧面，使得蚀刻不在孔部的侧面方向上进行，SF6用于促进孔部的垂直方向的蚀刻。
然后，在将所述SiO2膜201全部剥离之后，再次通过热氧化在硅衬底200的整个表面上形成厚度1.1μm的SiO2膜202。之后，对硅衬底200的C面侧的SiO2膜202涂敷抗蚀剂，通过光刻法形成分别与供给口22A、储藏室23A和第二凹部28对应的部分22a、23a和28a的图案并通过蚀刻进行开口(图15(g))。此时，形成图案使得各部分的图案宽度成为如下的关系。
图案宽度：储藏室部分23a＞第二凹部部分28a＞供给口部分22a之后，剥离抗蚀剂。
然后，通过氢氧化钾水溶液的湿式蚀刻形成成为C面的储藏室23A的凹部24A(图15(h))。此时，成为储藏室23A的凹部24A通过硼扩散层203使蚀刻停止，从而形成与硼扩散层203的厚度对应的隔膜部25A。还有，在该湿式蚀刻工序中，如上所述使用两种不同浓度的氢氧化钾水溶液即可。即，优选最初以蚀刻速率快的浓度(例如35wt％)开始蚀刻，中途换以蚀刻速率慢的浓度(例如3wt％)进行蚀刻。此外，由于采用的是面方位为(100)的硅衬底，因此第二凹部28和供给口22A蚀刻到与开口宽度对应的深度后停止。
即，各部的深度关系是：储藏室23A＞第二凹部28a＞供给口22a。
最后，在剥离所述SiO2膜202之后，再次通过干式氧化在硅衬底200的整个表面上形成厚度约0.1μm的墨水保护膜29(图15(i))。
如上制成储藏室衬底2。
然后，若使用依据所述方法制成的储藏室衬底2，按照所述图7～图9说明的方式制造，则可制造第二实施方式的喷墨头10。
根据第二实施方式的喷墨头10的制造方法，由于通过选择性地扩散了硼而成的硼扩散层形成了隔膜部25A，故能够形成厚度精度高、表面精度优良、表面缺陷少的由薄膜构成的隔膜部。
第一实施方式的隔膜部25也可与第二实施方式同样，通过选择性地扩散了硼而成的硼扩散层来形成。
还有，隔膜部25、25A的可变位的空间部只要在储藏室衬底2和腔衬底3或喷嘴衬底1的接合面之间形成即可，只要在其中任一或两个衬底上形成凹部26、26A即可。
在所述实施方式中叙述了静电驱动方式的喷墨头及其制造方法，但本发明并不限定于所述实施方式，可在本发明的精神范围内进行各种变更。例如，本发明也可适用于静电驱动方式以外的驱动方式的喷墨头。在压电方式的情况下，只要取代电极衬底而将压电元件粘接于各喷出室的底部即可，在发泡方式的情况下，只要在各喷出室的内部设置发热元件即可。此外，通过变更从喷嘴孔喷出的液状材料，除喷墨打印机之外，还可以作为制造液晶显示器的滤色镜、形成有机EL显示装置的发光部分、制造用于基因检查等的生物分子溶液的微阵列等各种用途的液滴喷出装置加以利用。
Claims (13)
1.一种液滴喷出头，其是四层结构的液滴喷出头，具备：喷嘴衬底，其具有多个喷嘴孔；腔衬底，其具有与各喷嘴孔连通且在室内产生压力从而从所述喷嘴孔喷出液滴的多个独立的喷出室；储藏室衬底，其具有与所述喷出室共同连通的储藏室，其特征在于，
设有使储藏室衬底的一部分薄壁化的隔膜部，所述隔膜部构成了形成储藏室的壁面。
2.如权利要求1所述的液滴喷出头，其特征在于，所述隔膜部形成在所述储藏室衬底的与所述腔衬底的接合面侧。
3.如权利要求2所述的液滴喷出头，其特征在于，所述隔膜部被所述腔衬底盖住从而与外部遮断。
4.如权利要求1所述的液滴喷出头，其特征在于，所述隔膜部形成在所述储藏室衬底的与所述喷嘴衬底的接合面侧。
5.如权利要求4所述的液滴喷出头，其特征在于，所述隔膜部被所述喷嘴衬底盖住从而与外部遮断。
6.如权利要求1～5中任一项所述的液滴喷出头，其特征在于，所述隔膜部在所述储藏室的相反侧具有封闭的空间部。
7.如权利要求6所述的液滴喷出头，其特征在于，所述空间部由在所述储藏室的相反侧的所述储藏室衬底的表面形成的凹部构成。
8.如权利要求1～7中任一项所述的液滴喷出头，其特征在于，所述隔膜部由选择性地扩散了硼而成的硼扩散层构成。
9.如权利要求1～8中任一项所述的液滴喷出头，其特征在于，所述储藏室衬底使用面方位为(100)的硅衬底。
10.如权利要求1～9中任一项所述的液滴喷出头，其特征在于，电极衬底经由绝缘膜与所述腔衬底接合，所述电极衬底在凹部内形成有用于通过静电力驱动所述喷出室底部的振动膜的独立电极。
11.一种液滴喷出头的制造方法，其特征在于，在从硅衬底的一面将与隔膜部对应的部分蚀刻了需要的深度之后，从所述硅衬底的相反侧的面通过湿式蚀刻加工成为储藏室的凹部，从而形成所述隔膜部。
12.一种液滴喷出头的制造方法，其特征在于，从硅衬底的一面将与隔膜部对应的部分蚀刻需要的深度，并在由此形成的凹部中选择性地扩散硼，之后从所述硅衬底的相反侧的面通过湿式蚀刻加工成为储藏室的凹部，从而形成所述隔膜部。
13.如权利要求11或12所述的液滴喷出头的制造方法，其特征在于，在成为所述储藏室的凹部的湿式蚀刻的加工中，以蚀刻速率快的浓度开始湿式蚀刻，中途切换为蚀刻速率慢的浓度而进行湿式蚀刻。
Applications Claiming Priority (2)
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