喷嘴基板、液滴喷头及其制造方法、以及液滴喷出装置的制作方法

专利名称：喷嘴基板、液滴喷头及其制造方法、以及液滴喷出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种墨水喷头等所使用的喷嘴基板、液滴喷头及喷 嘴基板和液滴喷头的制造方法以及液滴喷出装置。
背景技术：
喷墨式记录装置中所安装的墨水喷头一^:包括喷嘴基板，形 成有用于排出墨水滴的多个喷嘴孔；以及形成有排出室、贮液器等 墨水流路的空腔基板，其中，该排出室与该喷嘴基板接合，并在与 喷嘴基板之间与所述喷嘴孔连通，并且，该墨水喷头由驱动部向排 出室施加压力，从而从所选择的喷嘴孔排出墨水滴。作为驱动单元， 有利用静电的方式、基于压电元件的压电方式、利用发热元件的方 式等。近年来，对于墨水喷头，要求印字、画质等的高品质化的呼声 不断高涨，因此，通过设置多列喷嘴列、增加每一列的喷嘴数量， 实现多喷嘴、使喷嘴列加长等，以期实现喷嘴密度的高密度化以及 排出性能的提高。基于这样的背景，关于墨水喷头的喷嘴部， 一直 以来，提出了各种方法、提案。例如，在专利文件1中，公开了在表面取向(100)的硅基板 上，通过各向异性湿式蚀刻贯穿形成四角锥状喷嘴的技术。了通过交替反复进行各向同性干式蚀刻 和各向异性干式蚀刻，在硅基板上形成锥状喷嘴的纟支术。在专利文件3中，公开了以下技术在表面取向(100)的硅 基板上，通过各向异性湿式蚀刻形成未贯穿的锥状喷嘴部，从该硅 基板的另一面侧通过各向异性干式蚀刻贯穿形成圓筒状的垂直喷 嘴部。在专利文件4中，公开了以下技术在表面取向(100)的硅 基板上，通过各向异性湿式蚀刻形成蚀刻槽，将该石圭基才反浸入电解 质;容液中，在施加相反偏压的状态下进4于各向异性湿式蚀刻，乂人而 形成喷嘴。在专利文件5中，/>开了以下技术在表面取向(100)的硅 基板上，通过各向异性干式蚀刻分两级形成小径圆筒状的第 一喷嘴 部以及大径圓筒状的第二喷嘴部。日本专利文件1:特开昭56 - 135075号7>报(图2 )曰本专利文件2:特开2006 - 45656号公报(图4、图16 )日本专利文件3:特开平10 - 315461号7>才艮(图1、图2)曰本专矛J文4牛4:净争开2000 - 203030号乂^净艮(图1 )曰本专利文件5:特开平11 - 28820号公报(图3、图4 )但是，在日本上述专利文件1~5中记载的技术中，存在以下 的问题。在专利文件1中，由于通过各向异性湿式蚀刻形成喷嘴，所以， 喷嘴锥部的倾斜角度依赖于硅单晶基板的表面取向，限制提高喷嘴的密度。而且，喷嘴前端形状由于石圭的表面取向而形成为四角形， 难以^f呆持液滴的直向性。而且，由于喷嘴排出口上没有垂直部，所 以难以稳定地维持弯液面。在专利文件2中，喷嘴侧壁的才艮切(undercut)因各向同性干 式蚀刻而进展，因此，难以控制喷嘴直径。此外，由于喷嘴排出口 没有垂直部，所以难以稳定地维持弯液面。在专利文件3中，通过各向异性湿式蚀刻形成喷嘴锥部，因此， 喷嘴锥部的倾斜角度依赖于硅单晶基板的表面取向，提高喷嘴密度 存在限制。此外，需要喷嘴锥部和垂直部的两面定位，因此，和从 一面进4于定位并加工的情况相比，其4青度下降。在专利文件4中，通过各向异性湿式蚀刻形成喷嘴锥部，因此， 喷嘴锥部的倾斜角度依赖于硅单晶基板的表面取向，提高喷嘴密度 存在限制。此外，喷嘴锥部和垂直部的界线不明确，难以进4于喷嘴 的流路阻力的调整，即难以调整喷嘴长度。在专利文件5中，在第一喷嘴部和第二喷嘴部之间有圆环状的 阶梯部，在该阶梯部产生墨水流的沉淀，因此，存在产生流动的紊 流或流^各阻力增加等的问题。发明内容为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可以实现排出 特性提高和喷嘴密度高密度化的喷嘴基板、液滴喷头及其制造方 法、液滴喷出装置。本发明所涉及的喷嘴基板包括硅基板；以及用于喷出液滴的 喷嘴孔，其中，该喷嘴孔包括第一喷嘴部，形成为与硅基板表面 垂直；第二喷嘴部，与第一喷嘴部同轴设置，剖面面积形成为大于6第一喷p觜部；以及倾杀牛部，倾4+部的剖面面积/人第一喷P觜部朝向第 二喷卩紫部递增。根据上述喷嘴形状、构造，第一喷嘴部和第二喷嘴部之间部通 过阶梯部而是以倾斜部连接，因此，可以抑制墨水流的紊乱，可以使墨水流聚集在喷嘴孔的中心轴方向进行排出。因此，可以提高排 出特性。而且，第二喷嘴部以及倾杀牛部的剖面形状优选正方形或长方形。因为第二喷嘴部以及倾斜部的剖面形状为不纟皮石圭结晶方位所 束缚的形状，所以，可以使喷嘴密度实现高密度化。上通过各向异性干式蚀刻形成喷嘴孔的步骤，其中，喷嘴孔包括 与硅基板表面垂直的第一喷嘴部；以及第二喷嘴部，与第一喷嘴部 同轴，剖面面积大于第一喷嘴部，并且该剖面形状为多角形；在喷嘴孔的内壁整个表面上形成保护膜的步骤；选择性地除去在第一喷 嘴部和第二喷嘴部之间的阶梯部上形成的保护膜的步骤；以及通过各向异性湿式蚀刻形成倾^f部的步骤，其中，倾4牛部的剖面面积,人 第二喷嘴部朝向第 一喷嘴部递减。在本发明的喷嘴基板的制造方法中，在通过各向异性干式蚀刻 形成包括第一喷嘴部以及剖面形状为多角形的第二喷嘴部的喷嘴 孔之后，在喷嘴孔的内壁整个表面上形成保护膜，在选择性地-f义除去第 一喷嘴部和第二喷嘴部之间的阶梯部上形成的保护膜之后，通 过各向异性湿式蚀刻^f吏阶梯部形成为倾斜状。由此，可以^(氐成本地制造能够实现排出特性提高以及喷嘴密度高密度化的喷嘴基板。这时，通过各向异性干式蚀刻实施除去阶梯部上形成的保护 膜。此外，优选在喷嘴孔的内壁上形成的保护膜为热氧化膜。而且， 为了通过各向异性干式蚀刻使阶梯部形成为倾斜状，优选使用以与面(111)正交的方式表现的表面取向(100)的单晶硅基板，该面(111)与构成倾杀牛部的剖面形一犬的边中的至少四条边平4亍。本发明所涉及的液滴喷头包括上述4壬一项喷嘴基才反，可以实现 排出特性提高以及喷嘴密度高密度化。本发明所涉及的液滴喷头的制造方法是一种应用上述任一种 喷嘴基一反的制造方法来制造液滴喷头的方法，可以制造能够实现排 出特性提高以及喷嘴密度高密度化的液滴喷头。本发明所涉及的液滴喷出装置安装有上述液滴喷头，可以获得 能够实现排出特性提高以及喷嘴密度高密度化的液滴喷出装置。


图1是本实施方式所涉及的表示墨水喷头的概略构成的分解立体图；图2是表示装配状态的图1右半部分概略构成的墨水喷头的局 部剖面图；图3是图2的墨水喷头的俯一见图；图4是表示喷嘴形状的一个例子的放大图，图4 (a)是从下面 观察喷嘴基板时的背视图，图4 ( b )是图4(a)图的A-A剖面图；图5是表示喷嘴形状的其他例子的放大图；图6是表示喷嘴基板的制造步骤的局部剖面图；图7是表示图6之后的制造步骤的局部剖面图；图8是表示图7之后的制造步骤的局部剖面图；图9是表示图8之后的制造步骤的局部剖面图；图IO是表示图9之后的制造步骤的局部剖面图；图11是表示图8(1)、图8 (m)步骤中的喷嘴形状的说明图；图12是表示在现有的喷嘴形状中适用本发明的加工法的情况 以及本发明的喷嘴形状的说明图；图13是表示使用了本发明的一实施方式所涉及的墨水喷头的 喷墨式打印才几的立体图。具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的包括喷嘴基板的液滴喷头的一个 实施方式进行说明。这里，作为液滴喷头的一个例子，参照图1~ 图4,对静电驱动方式的墨水喷头进4亍说明。此外，本发明除了喷 嘴形状之外，并不限定于以下图中所示的结构、形状，此外，本发 明不4又适用于面排出型(face discharge type )，也可以适用于边纟彖 4非出型(edge discharge type )。而且，关于马区动方式，也可以适 用于基于其他的不同驱动方式而排出液滴的液滴喷头以及液滴排 出装置。图1是分解表示本实施方式所涉及的墨水喷头构成的示意分解 立体图，用剖面表示局部。图2是表示装配状态的图1的右半部分 的概略构成的墨水喷头剖面图，图3是图2的墨水喷头的俯视图。此外，图4是表示喷嘴形状的一个例子的i文大图，图4(a)是乂人下 面观察喷嘴基板时的背视图，图4 (b)是图4 (a)的A-A剖面图。如图1以及图2所示，本实施方式的墨水喷头10是通过粘贴 以下部分而构成的以失见定间^巨i殳置有多个喷鳴1L 11的喷嘴基4反1; 对于各喷嘴孔ll,独立地设置有墨水提供路径的空腔基板2;面对 空腔基板2的振动板22配置有独立电极31的电极基板3。喷鳴b基才反1包4舌例3。表面耳又向(surface orientation) (100)的 单晶硅基板。这里，用于排出墨水滴的喷嘴孔11包括第一喷嘴部 lla、第二喷嘴部llb、倾4斗部llc。第一喷"觜部11a相^j"于喷p觜基 板l的表面(墨水排出面)la垂直地形成为小直径的圆筒状，第二 喷嘴部lib与第 一喷嘴部lla设置在同轴上，并且与第 一喷嘴部lla 相比其剖面面积更大，剖面形状形成为多角形，例如四角形。此外， 倾^f部lie形成为其剖面面积^Mv第一喷嘴部lla朝向第二喷嘴部 lib递增。因此，在第一喷嘴部lla和第二喷鳴t部lib之间没有阶 梯部，从多角形剖面的第二喷嘴部lib至圓形剖面的第一喷嘴部 lla ，基于倾斜部11c〗吏剖面面积顺利地缩d、并连4妻。喷嘴的流^^阻力由该第一喷嘴部lla的孔径和长度规定。如果 第二喷嘴部lib的大小已经确定，则可以基于单晶硅基板的表面取 向角度6唯一地确定第一喷嘴部lla和倾斜部11c的连4妄位置lid (参照图4(b))，因此，可以通过磨削或蚀刻加工单晶硅基板的厚 度即、基板表面(墨水排出面)la，正确地调整第一喷嘴部lla的 长度(喷嘴长度)。此外，倾斜部lie的剖面形状在连接位置lid 为圓形。该喷嘴孔11为上述的形状以及构造，所以，第二喷嘴部lib 整流流入的墨水流，倾名牛部lie将该墨水流顺利地向喷嘴中心轴110方向引导，由于第一喷嘴部lla为圓筒状的垂直部，因此，稳定地 维持弯液面的同时，沿喷嘴中心轴IIO方向笔直地排出墨水滴。因此，在第一喷鳴b部11a和第二喷鳴b部llb之间没有阶梯部， 不会产生沉淀，所以，可以以稳定的墨水排出量，沿喷嘴中心轴IIO 方向笔直地排出墨水滴。如图4A所示，第二喷嘴部lib的剖面形状形成为正方形， <旦 是，并不l又限于正方形。例如如图5所示，也可以形成为长方形。 这时，如果以长方形的长边与喷嘴列方向形成直角的方式进行配 置，则可以使喷嘴间隔更小，从而可以提高喷嘴密度，增加每一列 的喷嘴lt量，即实现多喷嘴以及加长。此外，圆筒状的第一喷嘴部lla为小于等于内接于第二喷嘴部 lib的正方形或者长方形的长边的内接圆的小圓形孔即可。因此，4艮据本实施方式的喷嘴孔11的构成，可以同时实现换: 高喷嘴流路特性的性能以及高密度化。空腔基板2由例如表面取向(110)的单晶硅基板制成。对硅 基4反实施各向异性湿式蚀刻，A人而分区形成用于构成墨水流3各的排 出室21以及贮液器23的凹部24、 25。在该空腔基4反2上粘着冲妾合 有上述喷嘴基板1,如图2所示，在喷嘴基板1和空腔基板2之间 分区形成有与各喷嘴孔11连通的墨水流路。此外，排出室21(凹 部24)的底壁作为4展动才反22发4军作用。另一个凹部25用于储存液状材料的墨水，构成共同连通于各 排出室21的贮液器(共用墨水室)23。然后，贮液器23 (凹部25 ) 通过各个细槽状的节流孔26与各排出室21连通。此外，在贮液器 23的底部设置有贯穿后述的电极基板3的孔，通过该孔的墨水供给孔34从未图示的墨盒提供墨水。此外，节流孔26也可以形成在喷 嘴基板1的背面、即与空腔基板2接合的接合面lb侧。此外，在空腔基板2的整个表面或者至少在与电极基板3的对 置面上，通过热氧4匕法或以 TEOS(Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane:正硅酸乙酯、硅酸乙酯)为原料气体的等离子CVD (Chemical Vapor D印osition: 4匕学气相:^积)法形成包4# Si02月莫或 所谓的High - k材(高电容率4册才及绝缘膜)等绝缘膜27。 _没置该绝 缘膜27的目的在于防止驱动墨水喷头时破坏绝缘或短路。接合于空腔基板2的下侧的电极基板3例如由厚度约lmm的 玻璃基板制成。在电极基板3上，在与空腔基板2的各振动板22 对置的位置上，通过蚀刻形成有期望的深度的凹部32。而且，在各 凹部32中，一^殳情况下，例如以0.1 jum的厚度通过喷镀形成包括 ITO (Indium Tin Oxide:铟锡氧化物)的独立电才及31。因此，在才展 动才反22和独立电才及31之间形成有具有失见定间隔的间隙(空隙， void )。独立电极31包括导线部31a以及连接于柔性配线基板(未图 示)的终端部31b。终端部31b在为了配线而在空腔基板2的末端 部开口的电才及取出部35内露出。将如上所述制成的喷嘴基板1、空腔基板2以及电极基板3如 图2所示i也进4亍结合，乂人而制成墨水喷头10的主体部。即、空腔 基板2和电极基板3通过阳极连接而接合，喷嘴基板1通过粘着接 合在该空腔基4反2的上表面上。而且，振动4反22和独立电才及31之 间形成的间隙的开放端部由环氧系树脂等密封件36严密地密封。 由此，可以防止潮气或尘埃等4曼入间隙，从而高度〗呆持墨氷喷头10 的可靠性。最后，如图2、图3中的简略图示，采用导电性粘着剂等将安 装有驱动器IC等驱动控制电路40的所述柔性配线基板(未图示) 连接于各独立电极31的终端部31b和在空腔基板2上设置的共同 电极28。由此，完成了墨水喷头10。下面，对如上所述构成的墨水喷头10的动作进行说明。墨水,人贮液器23充满至喷嘴基纟反1的喷嘴孔11的前端，并且 在各墨水流路中不产生气泡。在进行打印时，由驱动器IC等驱动控制电^各40进行喷嘴选4奪， 在振动;f反22和独立电才及31之间施加^L定的力永沖电压，乂人而发生静 电引力，振动板22被拉向独立电极31侧并挠曲，与独立电极31 抵接，并使排出室21内发生负压。由此，贮液器23中的墨水通过 节流孔26被吸引到排出室21中，并发生墨水的振动(弯液面振动)。 在该墨水的振动为大致最大时，解除电压，则振动4反22/人独立电 极31脱离，基于当时的振动板22的还原力，将墨水从喷嘴孔11 押出，并向纪录纸(未图示)喷出墨水滴。下面，参照图6~图IO对该墨水喷头10的制造方法进行说明， 这里主要对喷嘴基板1的制造方法进行说明。图6 ~图10是表示喷 嘴基板1的制造步骤的局部剖面图。(a)首先，如图6(a)所示，准备厚度280jum、表面取向(100) 的单晶硅基板100，在该硅基板100的整个表面上均匀地形成膜厚 1 jum的热氧化膜(Si02膜)101。例如，在热氧化装置中放置硅基 板IOO，以氧化温度为1075"、在氧气和水蒸气的混合气氛中进4亍 四小时的热氧化，从而形成该Si02膜101。 Si02膜101用作硅的耐 蚀刻材料。(b) 接着，如图6(b)所示，在硅基板100的一面、即与空 腔基板2接合一侧的面(接合面)lOOa的Si02膜101上涂覆抗蚀 剂(resist) 102,并且形成作为喷嘴孔11的第二喷嘴部lib的多角 形部110a (例如、成为正方形的部分)的图案。(c) 4妾着，如图6(c)所示，例如通过以1比6的比例;'昆合 了氢氟酸水溶液(aqueous hydrofluoric acid solution )和氟化镇水溶 液(ammonium fluoride solution)的》爰沖氛氣酉臾7jc〉容液(buffered hydrofluoric acid solution)半蚀刻Si02月莫101, /人而Y吏成为第二 喷嘴部lib的多角形部110a的Si02膜101变薄。这时，墨水排出 侧的面100b的Si02月莫101也^皮蚀刻，Si02膜101的厚度减少。(d) 接着，如图6(d)所示，通过石克酸清洗来剥离上述抗蚀 膜102。(e )接着，如图6 ( e )所示，在硅基板100的接合面100a侧 再次涂覆抗蚀膜103，并形成作为喷嘴孔11的第一喷嘴部lla的小 圓形吾P 110b的图案。(f)接着，如图7 (f)所示，用RIE ( Reactive Ion Etching: 反应离子蚀刻)装置对Si02膜101进4亍干式蚀刻，/人而形成作为第 一喷鳴"L lla的小圆形部110b的SK)2膜101的开口 。由于用干式蚀刻形成作为第一喷嘴孔lla的小圓形部110b的 SiOJ莫101的开口 ，因此，与湿式蚀刻的情况相比，还可以才是高喷 嘴直径的精度。(g ) 4妄着，fe口图7 ( g )戶斤示，通过石克酉臾^^先等剥离石圭基4反100 的4妻合面100a侧所i殳置的抗/J:虫力莫103。(h) 接着，如图7 (h)所示，采用ICP (Inductively Coupled Plasma:电感偶合等离子体)干式蚀刻装置对SiCb膜101的开口部 以例如50 jum的深度垂直地进行各向异性干式蚀刻，形成圓形孔的 第一喷嘴部lla。在这种情况下，作为蚀刻气体，例如使用C4F8(氟 化碳)、SF6(氟化硫)，并且只要交替使用这些蚀刻气体即可。这 里，C4F8用于^f呆护圓形孔部的侧面，以-使蚀刻不要向所形成的圓形 孔部的侧面方向进行，SF6用于促进圓形孔部的垂直方向的蚀刻。(i) *接着，如图7 (i)所示，为只去除作为第二喷嘴部lib 的角孔部的Si02膜101 ，用緩冲氟酸水溶液(hydrofluoric acid )进行半独刻。(j)接着，如图7 (j)所示，再次利用ICP干式蚀刻装置， 对Si02膜101的开口部以例如20jum的深度垂直地进行各向异性 干式蚀刻，形成角孔部的第二喷嘴部llb。(k)接着，如图8 (k)所示，在没有去除上述(j)步骤中的 硅基板表面的Si02膜101而是保留的状态下，对硅基板100进行热 氧化，形成热氧化膜(SiCb膜)104。该Si02膜104作为保护膜而 形成在喷嘴孔11的内壁(第一喷嘴部lla以及第二喷嘴部lib的侧 面和底面)整个表面。这里，将硅基板100设置在热氧化装置中， 以氧化温度1000。C、氧化时间三小时、处于氧气气氛中的条件，进 行热氧化处理，从而在包括喷嘴孑L 11内壁的硅基板100的整个表 面上再形成膜厚0.1 jam的Si02膜104。由此，Si02膜104的膜厚 形成为与喷嘴孔11内壁的Si02膜104的板厚相比，硅基板表面 的Si02膜104的膜厚更厚。(1) 4妄着，如图8 (1)所示，用RIE ( Reactive Ion Etching )干式蚀刻装置进行各向异性干式蚀刻，从而选择性地除去第一喷嘴部lla的底部llf以及阶梯部lie的Si02力莫104。这时，第一喷嘴 部lla的垂直的侧面的SiCb膜104几乎不#皮4曼蚀。(m)接着，如图8 (m)所示，用25%TMAH水溶液对硅基 板100进行各向异性湿式蚀刻，从而使第一喷嘴部lla的阶梯部lie 形成为倒四角锥状。由此，在第一喷嘴部lla和第二喷嘴部llb之 间形成倾4斗部llc。这里，参照图11、图12进一步详细说明。图11 (a)是表示 上述(1)的步骤中的喷嘴形状的俯一见图(上图)以及B-B剖面图 (下图)，图11 (b)是表示上述(m)步骤中的喷嘴形态的俯视图 (上图)以及B-B剖面图(下图)。但是，在俯一见图中省略了 Si02 膜104的图示。图12 (a)是表示对现有的喷嘴形态适用本发明的 加工方法的情况的说明图，图12 (b)是表示本发明的喷嘴形态的 说明图。如图11 (a)所示，当对喷嘴孔ll实施各向异性干式蚀刻时， 选才奪性地4又除去第一喷嘴部lla的底部llf和阶梯部lie的SiCb膜 104。接着，如图11 (b)所示，当实施各向异性湿式蚀刻时，沿着 硅的(100)表面取向在倾斜方向上进行蚀刻，从而第一喷嘴部lla 的底部llf以及阶梯部11e^皮加工成倒四角锥状。因此，阶梯部lie 成为其剖面面积乂人第二喷嘴部llb朝向笫一喷嘴部lla递减的倾在牛 部llc。如果示意性地表示该喷嘴形态，则如图12 (b)所示。针对 于此，当对现有的喷嘴形态(参照专利文件5)适用本发明的加工 方法时，即、对于包^^形成为两级圆筒状的第一喷嘴部lla和第二 喷嘴部llb，、以及圓环状的阶梯部lle，的喷嘴孔，如果在除去阶梯 部lle，的SiOJ莫之后，进4亍各向异性湿式蚀刻，由于该阶梯部lle， 的圓的士刀线方向成为石圭的(111)面，因jt匕，々虫刻向边方向以及四 角方向4亍进，阶梯部11eq皮加工成倒四角锥状。因此，在四角部发 生根切(undercut),喷^觜剖面面积在阶牙弟部lie处发生急剧的变4匕，并产生漩涡等，在排出特性上并不是优 选的。因此，在本发明中，从最初开始使第二喷嘴部llb形成角孔状， 在阶梯部lie不会发生如上所述的才艮切。下面，再次回到图8继续进^f亍i兌明。(n )如图8 ( n )所示，使用氟酸7jc溶液将上述Si02膜104全 部除去，并以0.1 jum的厚度再次形成热氧化板(SiCb膜)105。热 氧化板105的成膜条件与上述(k )步骤中所示条件相同。(o)接着，如图8 (o)(之后至图9 (r)，是以反转图8 (n) 所示的硅基板100的上下的状态进行表示)所示，在硅基板100的 接合面100a上通过双面粘着薄片50粘贴包括玻璃等透明材料的支 撑基板120。该双面粘着薄片50采用例如"ir/P7 7 BG(SelfaBG， 注册商标积水化学工业)。双面粘着薄片50是包括自身剥离层51 的薄片(自身剥离型薄片)，其两面包括粘着面，在其中一个面上 还包括自身剥离层51,该自身剥离层51由于紫外线或热等的刺激 而导致粘着力降l氐。这样，将仅包括双面粘着薄片50的粘着面的面50a对准支撑 基板120的面，将包括双面粘着薄片50的自身剥离层51 —侧的面 50b对准石圭基玲反100的粘着面100a,将这些面在减压环境下(10Pa 以下)、例如真空中进4亍粘贴。由此，不会在粘着界面上残留气泡， 可以实现干净的粘着。如果在粘着界面上残留有气泡，则会成为通 过研磨加工而变薄的硅基板100的板厚不均匀的原因。而且，只要 通过双面粘着薄片50粘贴石圭基^反100和支撑基寿反120即可，所以， 不会像现有技术一样，发生粘着树脂等异物进入硅基板100的喷嘴 孑L11的情况，因此，乂人石圭基^反100分离双面粘着薄片50时，不会17在硅基板100上发生裂紋或缺口，可以提高喷嘴基板l的产量，飞跃性地提高生产性。而且，在上述i兌明中，示出了^又在双面粘着薄片50的一个面 50b上包括自身剥离层51的情况，但是，也可以在双面粘着薄片 50的两个面、即面50a、 50b上设置自身剥离层51。在这种情况下， 在进行硅基板100的薄板化加工时，可以在包括自身剥离层的两个 面50a、 50b上分别粘着硅基板100和支撑基板120的状态下，加 工硅基板100,在进行处理之后，可以在包括自身剥离层的两个面 50a、 50b上，剥离硅基板100和支撑基板120。(p)接着，如图9(p)所示，通过晶背研磨机(back grinder) (未图示)对硅基板100的墨水排出侧的面100b进行磨削加工， 并佳^圭基一反100变薄直至第一喷嘴部lla的前端形成开口 。而且， 也可以通过磨光器、CMP装置对喷嘴面100b进4亍研磨，l吏第一喷 嘴部lla的前端部形成开口。这时，通过喷嘴内的研磨材*+的水洗 除去步骤等来清洗第一喷嘴部lla以及第二喷嘴部lib的内壁。或者，也可以通过干式蚀刻形成第一喷卩觜部lla的前端部的开 口，例如通过以SF6作为蚀刻气体的干式蚀刻，至第一喷嘴部lla 的前端部仅:石圭基一反100变薄，也可以通过以CF4或CHF3等作为蚀 刻气体的干式蚀刻，除去露出表面的第一喷嘴部lla的前端部的 SiCM莫105。(q)接着，如图9 (q)所示，在硅基板100的墨水排出侧的 面100b上，通过喷賊装置以0.1 iam的厚度成膜Si02膜106。这里， SiCb月莫106的成膜并不^f叉限于喷賊法，只要是在只又面粘着薄片50 不发生劣化的温度(20(TC左右)以下进行即可。但是，如果考虑 耐墨水性等(ink resistance property ),则需要成膜(dense film )致密的膜，从而优选4吏用ECR喷溅装置等可以在常温下成膜致密的 膜的装置。(r)接着，如图9 (r)所示，在硅基板100的墨水排出侧的 面100b上进一步实施驱墨水处理(ink repellent )。这时，通过蒸镀 或浸涂使包括F原子的具有驱墨水性的材料成膜，形成驱墨水层 107。这时，第一喷嘴部lla以及第二喷嘴部lib的内壁也净皮实施 驱墨水处理。(s)接着，如图9 (s)(之后至图10 (v)是以反转图9 (r) 所示的硅基板100的上下的状态表示)所示，在实施了驱墨处理的 墨水排出侧的面100b上，粘贴切割带60作为支持带。(t)接着， 如图9 (t)所示，从支撑基板120侧照射UV光。(u)这样，如图 10 (u)所示，乂人石圭基板100的4妾合面100a剥离双面粘着薄片50 的自身剥离层51,将支撑基板120从硅基板100上取下。(v )接着， 如图10 (v)所示，通过Ar喷溅或者02等离子处理，除去在石圭基 板100的4妄合面100a侧以及第一喷。觜部lla、第二喷"觜部lib的内 壁上多余形成的驱墨层107。(w)接着，如图10(w)(之后至图10(x)是以反转图10 (v)所示的硅基板100的上下的状态表示的)所示，将硅基板100 的接合面100a(位于与粘贴有切割带60的墨水排出侧的面100b相 反一侧的面)吸附固定在吸附卡具70上，并剥离作为支持带而粘 贴在墨水排出侧的面100b上的切割带60。(x)最后，如图10(x)所示，解除p及附卡具70的吸附固定， 乂人石圭基^反100回收喷嘴基4反1。由于在硅基;^反100上刻有喷嘴基板外轮廓槽，因此，在从吸附 卡具70拉起喷嘴基板1时，该喷嘴基板1被分割为独立的片。通过以上步骤，由硅基板100形成喷嘴基板1。此外，也有进 入喷嘴内的自身剥离层51附着残留在接合面100a侧的喷嘴棱线部 的情况，^f旦是，可以通过石克酸清洗等除去。接着，在如上所述构成的喷嘴基纟反1的接合面100a上粘贴空 腔基板2的接合面(未图示接合步骤)。经过以上步骤，形成喷嘴基板1和空腔基板2的接合体。之后，在包括喷嘴基板1和空腔基4反2的接合体上，在空腔基 板2的另一个4妄合面上粘贴电才及基4反3的4妄合面(未图示4妄合步 骤)。经过以上步骤，形成喷嘴基板1、空腔基板2以及电极基板3 的接合体，制成墨水喷头10。此外，在所述图7(h) 图8(o)的步骤中，第一喷嘴部lla 是在未贯穿硅基板100的状态下形成的，但是，也可以贯穿硅基板 100。根据本实施方式所涉及的喷嘴基板的制造方法，具有以下效 果。(l)不通过阶梯部，就可以倾斜状地连续形成圓筒状的第一喷嘴部lla和角孔状的第二喷嘴部llb，所以，可以同时实现排出特 性的提高以及喷嘴密度的高密度化。(2) 倾斜部llc的形状为以角孔状的第二喷嘴部lib为外缘 的倒四角锥状，所以，容易实现形状控制。(3) 只增加如现有4支术的两级喷嘴加工步艰《这样的、用于形 成阶梯部lie的步骤即可，可以使用现有的设备进行实施，因而无 需增加4殳资。(4) 无需掩模等，可以选择性地仅除去喷嘴内壁的阶梯部以 及底部的氧化板。(5) 可以在喷嘴内壁以良好地覆盖范围形成氧化膜。在上述实施方式中，对喷嘴基板和墨水喷头、以及喷嘴基板和 墨水喷头的制造方法进行了说明。但是，本发明并非限定于上述实 施方式，可以在本发明的思想范围内进行各种变更。例如，通过改变从喷嘴孔排出的液状材料，除了图13所示的喷墨式打印机200 之外，还可以用作以下各种用途的液滴喷出装置，所述各种用途是 液晶显示器的彩色滤光器的制造、有机EL显示装置的发光部分的 形成、基因才企查等所4吏用的生物分子溶液的^t列阵(microarray )的制造等。附图才示i己1喷嘴基板3电极基板 11喷嘴孔 lib第二喷嘴部 21排出室 23贮'液器 27纟色缘板 31独立电^f及 34墨水供给孔 36密封件 100硅基板2空腔基才反10墨水喷头lla第一喷鳴b部lie倾斜部22振动板26节;充孑L28共同电才及32凹部35电才及取出部40马区动4空韦'J电^各104 Si。2膜(热氧化板)200喷墨式打印枳^
权利要求
1.一种喷嘴基板，其特征在于，包括硅基板；以及用于喷出液滴的喷嘴孔，其中，所述喷嘴孔包括第一喷嘴部，形成为与所述硅基板的表面垂直；第二喷嘴部，与所述第一喷嘴部同轴设置，剖面面积形成为大于所述第一喷嘴部；以及倾斜部，所述倾斜部的剖面面积从所述第一喷嘴部朝向所述第二喷嘴部递增。
2. 根据权利要求l所述的喷嘴基板，其特征在于，所述第二喷嘴部以及所述倾杀+部的剖面形状为正方形或 长方形。
3. —种喷嘴基板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤在硅基板上通过各向异性干式蚀刻形成喷嘴孔的步骤， 其中，所述喷嘴孔包括与所述硅基板的表面垂直的第一喷嘴 部；以及第二喷嘴部，与所述第一喷嘴部同轴，剖面面积大于 所述第一喷嘴部，并且该剖面形状为多角形；在所述喷嘴孔的内壁整个表面上形成保护膜的步骤；选择性地除去在所述第一喷嘴部和所述第二喷嘴部之间 的阶梯部上形成的所述保护膜的步骤；以及通过各向异性湿式蚀刻形成倾杀+部的步艰《，其中，所述 倾斜部的剖面面积从所述第二喷嘴部朝向所述第 一喷嘴部递减o
4. 根据权利要求3所述的喷嘴基板的制造方法，其特征在于，形成于所述阶梯部的所述保护膜的除去是通过各向异性 干式蚀刻来实施的。
5. 根据权利要求3或4所述的喷嘴基板的制造方法，其特征在于，形成于所述喷嘴孔的内壁的所述保护膜是热氧化膜。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的喷嘴基板的制造方法，其特 征在于，使用表面取向为(100)的单晶石圭基4反，并在构成所述第 二喷嘴部的剖面形状的边中，至少四条边与晶体取向(111) 平行。
7. —种液滴喷头，其特征在于，包括根据权利要求1或2所述的 喷嘴基板。
8. —种液滴喷头的制造方法，其特4正在于，应用根据权利要求3至6中任一项所述的喷嘴基板的制造 方法制造'液滴喷头。
9. 一种液滴喷出装置，其特征在于，安装有根据权利要求7所述 的-液滴喷头。
全文摘要
本发明提供一种可以实现排出特性提高、喷嘴密度高密度化的喷嘴基板、液滴喷头以及喷嘴基板、液滴喷头的制造方法和液滴喷出装置。其中，用于排出液滴的喷嘴孔(11)包括形成为与硅基板表面垂直的第一喷嘴部(11a)；第二喷嘴部(11b)，与第一喷嘴部同轴设置，其剖面面积大于第一喷嘴部的剖面面积；以及倾斜部(11c)，其剖面面积从第一喷嘴部朝向第二喷嘴部递增。
文档编号B41J2/16GK101327682SQ200810126670
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月17日 优先权日2007年6月18日
发明者大谷和史, 荒川克治 申请人:精工爱普生株式会社