JPH11277741A - インクジェットヘッド用静電アクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents
インクジェットヘッド用静電アクチュエータ及びその製造方法Info
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- JPH11277741A JPH11277741A JP8694898A JP8694898A JPH11277741A JP H11277741 A JPH11277741 A JP H11277741A JP 8694898 A JP8694898 A JP 8694898A JP 8694898 A JP8694898 A JP 8694898A JP H11277741 A JPH11277741 A JP H11277741A
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- jet head
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 インクジェットヘッドにおいて、ｐ型不純物
原子（ボロン原子）を高密度に混入する利点（振動板の
厚さを制御よく形成すること）を利用すると共に、混入
したことによる欠点である振動板の残留応力及び、結晶
欠陥の発生を抑制防止する。 【解決手段】 ノズル３１と、該ノズルに連通するイン
ク流路の一部に設けられた振動板３５と、該振動板に対
向して設けられた個別電極３６とを有し、前記振動板３
５に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電
圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記
ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッド
において、該振動板３５をシリコン単結晶により形成
し、かつ、ｐ型不純物原子の拡散領域３４を前記振動板
３５の流路側からその厚さの１／３以下の厚さの領域に
限定し、この領域にのみｐ型不純物原子（ボロン原子）
を高密度（１×１０19個／ｃｍ3以上）で混入拡散す
る。
原子（ボロン原子）を高密度に混入する利点（振動板の
厚さを制御よく形成すること）を利用すると共に、混入
したことによる欠点である振動板の残留応力及び、結晶
欠陥の発生を抑制防止する。 【解決手段】 ノズル３１と、該ノズルに連通するイン
ク流路の一部に設けられた振動板３５と、該振動板に対
向して設けられた個別電極３６とを有し、前記振動板３
５に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電
圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記
ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッド
において、該振動板３５をシリコン単結晶により形成
し、かつ、ｐ型不純物原子の拡散領域３４を前記振動板
３５の流路側からその厚さの１／３以下の厚さの領域に
限定し、この領域にのみｐ型不純物原子（ボロン原子）
を高密度（１×１０19個／ｃｍ3以上）で混入拡散す
る。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はオンデマンド式イン
クジェットプリンタヘッド用静電アクチュエータ及びそ
の製造方法に関するものである。
クジェットプリンタヘッド用静電アクチュエータ及びそ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】インク液滴をノズルから直接記録媒体上
に噴射し記録するインクジェットプリンタにおいて、必
要な時のみインクを吐出するオンデマンド方式は、イン
クを回収するための機構が不要なため低価格化、小型化
が可能であり、カラー化にも容易に対応できる特徴を持
っている。インクを吐出させる方式としては、ピエゾ素
子の変位によりインク室に圧力波を発生させ、ノズルよ
りインクを吐出させる電気機械変換方式と、短時間で高
温まで加熱されるヒータによりインク室に気泡を発生さ
せ、気泡の体積膨張によりインクを吐出させる電気熱変
換方式などがある。
に噴射し記録するインクジェットプリンタにおいて、必
要な時のみインクを吐出するオンデマンド方式は、イン
クを回収するための機構が不要なため低価格化、小型化
が可能であり、カラー化にも容易に対応できる特徴を持
っている。インクを吐出させる方式としては、ピエゾ素
子の変位によりインク室に圧力波を発生させ、ノズルよ
りインクを吐出させる電気機械変換方式と、短時間で高
温まで加熱されるヒータによりインク室に気泡を発生さ
せ、気泡の体積膨張によりインクを吐出させる電気熱変
換方式などがある。
【０００３】一方、振動板を静電力により変位させイン
ク室に圧力波を発生させる静電アクチュエータ方式のイ
ンクジェットヘッドについては、ウエハプロセスでの作
製が可能であることから、高密度化が容易で、かつ大量
に特性の安定した素子を作製できる。また、平面構造を
基本とすることから小型化が容易である長所を持ち、特
開平２−２８９５３１号公報、特開平５−５０６０１号
公報、特開平６−７１８８２号公報等において、単結晶
シリコンを材料とした多くの構造が開示されている。こ
れらの静電方式ヘッドでは、液室の底面を構成する振動
板に対向する位置に平行平板電極が形成され、静電引力
と振動板の剛性による振動でインクを吸引、吐出する。
ク室に圧力波を発生させる静電アクチュエータ方式のイ
ンクジェットヘッドについては、ウエハプロセスでの作
製が可能であることから、高密度化が容易で、かつ大量
に特性の安定した素子を作製できる。また、平面構造を
基本とすることから小型化が容易である長所を持ち、特
開平２−２８９５３１号公報、特開平５−５０６０１号
公報、特開平６−７１８８２号公報等において、単結晶
シリコンを材料とした多くの構造が開示されている。こ
れらの静電方式ヘッドでは、液室の底面を構成する振動
板に対向する位置に平行平板電極が形成され、静電引力
と振動板の剛性による振動でインクを吸引、吐出する。
【０００４】静電型ヘッドでは静電アクチュエータの振
動板の厚さを制御良く形成することが必要である。振動
板の形成方法としては、特開平６−７１８８２号公報、
特開平９−２３４８７３号公報に開示されているよう
に、ｐ型不純物層のエッチング速度が遅いことを利用し
てシリコン基板中にボロンドープ領域を形成し、水酸化
カリウム溶液でエッチングを行い、ボロンドープ領域の
みを残留させて振動板となる薄膜を形成することができ
る。
動板の厚さを制御良く形成することが必要である。振動
板の形成方法としては、特開平６−７１８８２号公報、
特開平９−２３４８７３号公報に開示されているよう
に、ｐ型不純物層のエッチング速度が遅いことを利用し
てシリコン基板中にボロンドープ領域を形成し、水酸化
カリウム溶液でエッチングを行い、ボロンドープ領域の
みを残留させて振動板となる薄膜を形成することができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ｐ型不純物層のエッチ
ング速度が遅いことを利用し、シリコン基板中にボロン
ドープ領域を形成し、水酸化カリウム溶液でエッチング
を行い、ボロンドープ領域のみを残留させて形成させた
振動板は、ボロン原子が高濃度に混入しているために残
量応力が発生し、またボロン原子の混入に誘起された結
晶欠陥が多く存在する。これら残留応力、結晶欠陥は振
動板の振動特性を劣化させ、また結晶欠陥が成長し振動
板に微細な孔が形成されることがある。
ング速度が遅いことを利用し、シリコン基板中にボロン
ドープ領域を形成し、水酸化カリウム溶液でエッチング
を行い、ボロンドープ領域のみを残留させて形成させた
振動板は、ボロン原子が高濃度に混入しているために残
量応力が発生し、またボロン原子の混入に誘起された結
晶欠陥が多く存在する。これら残留応力、結晶欠陥は振
動板の振動特性を劣化させ、また結晶欠陥が成長し振動
板に微細な孔が形成されることがある。
【０００６】本発明ではそのような高濃度ボロン混入の
振動板の欠点を解決することを目的とする。
振動板の欠点を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ノズ
ルと、該ノズルに連通するインク流路と、流路の一部に
設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられた個
別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電極
と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静
電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出
するインクジェットヘッドにおいて、該振動板がシリコ
ン単結晶により形成され、該振動板の流路側からその厚
さの一部領域においてのみ、ｐ型不純物原子が拡散され
ている領域が形成されているインクジェットヘッド用静
電アクチュエータである。
ルと、該ノズルに連通するインク流路と、流路の一部に
設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられた個
別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電極
と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静
電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出
するインクジェットヘッドにおいて、該振動板がシリコ
ン単結晶により形成され、該振動板の流路側からその厚
さの一部領域においてのみ、ｐ型不純物原子が拡散され
ている領域が形成されているインクジェットヘッド用静
電アクチュエータである。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１に記載された
インクジェットヘッド用アクチュエータでの振動板にお
いて、前記ｐ型不純物原子濃度が１×１０19個／ｃｍ3
以上であるインクジェットヘッド用静電アクチュエータ
である。
インクジェットヘッド用アクチュエータでの振動板にお
いて、前記ｐ型不純物原子濃度が１×１０19個／ｃｍ3
以上であるインクジェットヘッド用静電アクチュエータ
である。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
されたインクジェットヘッド用アクチュエータにおい
て、前記振動板の濃度が１×１０19個／ｃｍ3以上のｐ
型不純物原子が拡散されている領域は、少なくとも前記
振動板厚さの１／３以下であるインクジェットヘッド用
静電アクチュエータである。
されたインクジェットヘッド用アクチュエータにおい
て、前記振動板の濃度が１×１０19個／ｃｍ3以上のｐ
型不純物原子が拡散されている領域は、少なくとも前記
振動板厚さの１／３以下であるインクジェットヘッド用
静電アクチュエータである。
【００１０】請求項４の発明は、請求項１又は２に記載
されたインクジェットヘッド用アクチュエータにおい
て、前記振動板はその表面が単結晶シリコンの結晶面
（１００）面に配向しているインクジェットヘッド用静
電アクチュエータである。
されたインクジェットヘッド用アクチュエータにおい
て、前記振動板はその表面が単結晶シリコンの結晶面
（１００）面に配向しているインクジェットヘッド用静
電アクチュエータである。
【００１１】請求項５の発明は、請求項１又は２に記載
されたインクジェットヘッド用アクチュエータにおい
て、前記振動板はその表面が単結晶シリコンの結晶面
（１１０）面に配向し、前記振動板の長辺方向は、前記
単結晶シリコンの結晶方位の〈１１１〉方向に沿って形
成されている、インクジェットヘッド用静電アクチュエ
ータである。
されたインクジェットヘッド用アクチュエータにおい
て、前記振動板はその表面が単結晶シリコンの結晶面
（１１０）面に配向し、前記振動板の長辺方向は、前記
単結晶シリコンの結晶方位の〈１１１〉方向に沿って形
成されている、インクジェットヘッド用静電アクチュエ
ータである。
【００１２】請求項６の発明は、請求項４又は５に記載
されたインクジェットヘッド用アクチュエータにおい
て、前記振動板はインク流路と一体に形成されている、
インクジェットヘッド用静電アクチュエータである。
されたインクジェットヘッド用アクチュエータにおい
て、前記振動板はインク流路と一体に形成されている、
インクジェットヘッド用静電アクチュエータである。
【００１３】請求項７の発明は、請求項１に記載された
インクジェットヘッド用アクチュエータの製造方法であ
って、単結晶シリコン基板表面に、ｐ型不純物原子の拡
散層であるボロン拡散層を形成し、該ボロン拡散層上に
単結晶シリコン層を形成し、該単結晶シリコン層を介し
て前記単結晶シリコン基板と個別電極を有する支持基板
とを接合し、エッチング速度が前記ｐ型不純物原子の濃
度に依存するエッチング液により、前記単結晶シリコン
基板をエッチングして流路を形成する、インクジェット
ヘッド用静電アクチュエータの製造方法である。
インクジェットヘッド用アクチュエータの製造方法であ
って、単結晶シリコン基板表面に、ｐ型不純物原子の拡
散層であるボロン拡散層を形成し、該ボロン拡散層上に
単結晶シリコン層を形成し、該単結晶シリコン層を介し
て前記単結晶シリコン基板と個別電極を有する支持基板
とを接合し、エッチング速度が前記ｐ型不純物原子の濃
度に依存するエッチング液により、前記単結晶シリコン
基板をエッチングして流路を形成する、インクジェット
ヘッド用静電アクチュエータの製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施例により本発明の構成及び製
造法を説明する。図１は、請求項１乃至５に係る発明の
インクジェットヘッド用静電アクチュエータの構成を示
す。図中、３５は単結晶シリコンで形成される振動板で
ある。単結晶シリコン材料としてはシリコン（１００）
ウエハー、あるいはシリコン（１１０）ウエハーを用い
ることができる。振動板厚は静電アクチュエータの変位
量と共通及び対向電極間に印加する電圧から決めること
ができるが、通常は２.０〜５.０μｍの範囲である。こ
の振動板はシリコン基板表面にｐ型不純物原子拡散領域
を形成した後にシリコンのエピタキシャル成長法により
形成される。
造法を説明する。図１は、請求項１乃至５に係る発明の
インクジェットヘッド用静電アクチュエータの構成を示
す。図中、３５は単結晶シリコンで形成される振動板で
ある。単結晶シリコン材料としてはシリコン（１００）
ウエハー、あるいはシリコン（１１０）ウエハーを用い
ることができる。振動板厚は静電アクチュエータの変位
量と共通及び対向電極間に印加する電圧から決めること
ができるが、通常は２.０〜５.０μｍの範囲である。こ
の振動板はシリコン基板表面にｐ型不純物原子拡散領域
を形成した後にシリコンのエピタキシャル成長法により
形成される。
【００１５】振動板中の流路３３に向いている側にｐ型
不純物原子が拡散している領域３４が形成されている。
ｐ型不純物原子としてはボロン原子を用いるのが一般的
であるので、本明細書では以後ｐ型不純物原子という言
葉の代わりにボロン原子という言葉を用いる。拡散領域
３４の厚さは振動板３５の厚さの１／３以下であれば本
発明の目的を達成することができるが、厚さは形成可能
な範囲で薄いほど望ましい。また拡散領域３４における
ボロン原子の濃度は１×１０19個／ｃｍ3以上であれば
本発明の目的を達成することができるが、濃度は形成可
能な範囲で高いほど望ましい。
不純物原子が拡散している領域３４が形成されている。
ｐ型不純物原子としてはボロン原子を用いるのが一般的
であるので、本明細書では以後ｐ型不純物原子という言
葉の代わりにボロン原子という言葉を用いる。拡散領域
３４の厚さは振動板３５の厚さの１／３以下であれば本
発明の目的を達成することができるが、厚さは形成可能
な範囲で薄いほど望ましい。また拡散領域３４における
ボロン原子の濃度は１×１０19個／ｃｍ3以上であれば
本発明の目的を達成することができるが、濃度は形成可
能な範囲で高いほど望ましい。
【００１６】図中、３３は流路を形成する部材である。
その材料としては金属，ガラス，シリコン，有機材料等
種々可能であるが、インクジェットヘッドの液室流路と
しての信頼性の要求から適切なものを選択するべきであ
る。流路を構成する部材３３にはインク液滴を吐出させ
るためのノズル３１を形成したノズルプレート３２が接
合されている。これら流路を構成する部材３３，ノズル
３１，ノズルプレート３２の寸法は、本発明の静電アク
チュエータを用いてインクジェットヘッドを形成する場
合に最適な寸法に設計されるものである。
その材料としては金属，ガラス，シリコン，有機材料等
種々可能であるが、インクジェットヘッドの液室流路と
しての信頼性の要求から適切なものを選択するべきであ
る。流路を構成する部材３３にはインク液滴を吐出させ
るためのノズル３１を形成したノズルプレート３２が接
合されている。これら流路を構成する部材３３，ノズル
３１，ノズルプレート３２の寸法は、本発明の静電アク
チュエータを用いてインクジェットヘッドを形成する場
合に最適な寸法に設計されるものである。
【００１７】振動板３５は、その流路を構成する部材３
３と接合されている反対側の面が個別電極３６が形成さ
れた支持基板３７と接合されている。支持基板の材料と
してガラスを選択する場合には振動板３５を形成する単
結晶シリコンと膨張係数が近く、単結晶シリコンと陽極
接合可能なガラスを選択する必要がある。例えばコーニ
ング社製パイレックスガラス＃７７４０，岩城硝子社製
ＳＷ３，ホーヤ社製ＳＤ２とが支持基板のガラス材料と
して適切である。本実施例では振動板３５と個別電極３
６との間に静電力を発生させるために必要なギャップＧ
をガラス基板側に形成したが、このギャップＧは振動板
３５側に形成することもできる。ギャップＧの寸法は静
電アクチュエータの変位量ｔと共通及び対向電極間に印
加する電圧から決めることができるが、通常は０.２か
ら１.０μｍの範囲である。ギャップ形成法としてはガ
ラスのウエット／ドライエッチング法を用いる。個別電
極としてはＰｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ａｌなどの金属薄膜単体
及びそれらの合金化薄膜を使用することができる。薄膜
の形成方法としてはスパッタ法，真空蒸着等を用いるこ
とができる。こうして形成されたガラス製支持基板３７
は、陽極接合法により振動板３５と接合されている。
３と接合されている反対側の面が個別電極３６が形成さ
れた支持基板３７と接合されている。支持基板の材料と
してガラスを選択する場合には振動板３５を形成する単
結晶シリコンと膨張係数が近く、単結晶シリコンと陽極
接合可能なガラスを選択する必要がある。例えばコーニ
ング社製パイレックスガラス＃７７４０，岩城硝子社製
ＳＷ３，ホーヤ社製ＳＤ２とが支持基板のガラス材料と
して適切である。本実施例では振動板３５と個別電極３
６との間に静電力を発生させるために必要なギャップＧ
をガラス基板側に形成したが、このギャップＧは振動板
３５側に形成することもできる。ギャップＧの寸法は静
電アクチュエータの変位量ｔと共通及び対向電極間に印
加する電圧から決めることができるが、通常は０.２か
ら１.０μｍの範囲である。ギャップ形成法としてはガ
ラスのウエット／ドライエッチング法を用いる。個別電
極としてはＰｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ａｌなどの金属薄膜単体
及びそれらの合金化薄膜を使用することができる。薄膜
の形成方法としてはスパッタ法，真空蒸着等を用いるこ
とができる。こうして形成されたガラス製支持基板３７
は、陽極接合法により振動板３５と接合されている。
【００１８】単結晶シリコンも支持基板３７の材料とし
て用いることができる。この場合個別電極３６としては
シリコン基板との間に絶縁層を介して金属薄膜で形成す
る、あるいは基板と反対の導電型を有する不純物を基板
中に拡散させて形成する等の方法を用いる。この場合は
支持基板３７は振動板３５とシリコン／シリコンの直接
接合法で接合されている。
て用いることができる。この場合個別電極３６としては
シリコン基板との間に絶縁層を介して金属薄膜で形成す
る、あるいは基板と反対の導電型を有する不純物を基板
中に拡散させて形成する等の方法を用いる。この場合は
支持基板３７は振動板３５とシリコン／シリコンの直接
接合法で接合されている。
【００１９】図２に請求項６に係る発明のインクジェッ
トヘッド用静電アクチュエータの構成を示す。図中、振
動板４５，ボロン原子拡散領域４４，ノズル４１，ノズ
ルプレート４２，個別電極４６，支持基板４７はそれぞ
れ図１に示した振動板３５，ボロン原子拡散領域３４，
ノズル３１，ノズルプレート３２，個別電極３６，支持
基板３７と同様である。図２の構成では流路を構成する
部材〔図中（４３）〕が振動板４５と一体に作られてい
る。
トヘッド用静電アクチュエータの構成を示す。図中、振
動板４５，ボロン原子拡散領域４４，ノズル４１，ノズ
ルプレート４２，個別電極４６，支持基板４７はそれぞ
れ図１に示した振動板３５，ボロン原子拡散領域３４，
ノズル３１，ノズルプレート３２，個別電極３６，支持
基板３７と同様である。図２の構成では流路を構成する
部材〔図中（４３）〕が振動板４５と一体に作られてい
る。
【００２０】図３は、図１に示す静電アクチュエータの
具体的な作製プロセスを説明するための図である。単結
晶シリコン基板としてシリコン（１００）ウエハーを用
いた（図３（Ａ））。この基板表面に、ｐ型不純物原子
拡散領域５２を形成するためにＢＦ３をソースガスとし
たイオン注入法を用いた。イオン注入時の加速電圧を４
０ＫｅＶ、ドーズ量１.５×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2で打
ち込み、その後電気炉中で窒素雰囲気中８００℃、３０
分間熱処理した。以上の処理で、単結晶シリコン基板５
１の表面から深さ０.７ミクロンの位置までボロン原子
の濃度が１.２×１０19個／ｃｍ3である拡散領域５２が
形成された（図３（Ｂ））。
具体的な作製プロセスを説明するための図である。単結
晶シリコン基板としてシリコン（１００）ウエハーを用
いた（図３（Ａ））。この基板表面に、ｐ型不純物原子
拡散領域５２を形成するためにＢＦ３をソースガスとし
たイオン注入法を用いた。イオン注入時の加速電圧を４
０ＫｅＶ、ドーズ量１.５×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2で打
ち込み、その後電気炉中で窒素雰囲気中８００℃、３０
分間熱処理した。以上の処理で、単結晶シリコン基板５
１の表面から深さ０.７ミクロンの位置までボロン原子
の濃度が１.２×１０19個／ｃｍ3である拡散領域５２が
形成された（図３（Ｂ））。
【００２１】次いで、この単結晶シリコン基板５１のボ
ロン原子の拡散領域５２の上に振動板となる単結晶シリ
コン５３を形成する。単結晶シリコンの形成は原料ガス
としてシリコンＨ４（１００％）を用い、温度９５０℃
でのシリコンエピタキシャル成長法により行った。エピ
タキシャル成長した単結晶シリコン５３の膜厚は１.８
ミクロンである（図３（Ｃ））。
ロン原子の拡散領域５２の上に振動板となる単結晶シリ
コン５３を形成する。単結晶シリコンの形成は原料ガス
としてシリコンＨ４（１００％）を用い、温度９５０℃
でのシリコンエピタキシャル成長法により行った。エピ
タキシャル成長した単結晶シリコン５３の膜厚は１.８
ミクロンである（図３（Ｃ））。
【００２２】個別電極５４を形成する支持基板５５は、
コーニング社製パイレックスガラス＃７７４０を用い
た。パイレックスガラス＃７７４０上にエッチングガス
ＣＦ４，Ｈ２を用いたドライエッチングの手法により深
さ０.５ミクロンのギャップを幅１００ミクロンで形成
した。次いで、Ｐｔ膜を２０００オングストローム、Ｔ
ａ２０５膜を１０００オングストロームで連続形成し、
フォトリソ、ドライエッチングの手法を用いてギャップ
中に個別電極５４を形成した。
コーニング社製パイレックスガラス＃７７４０を用い
た。パイレックスガラス＃７７４０上にエッチングガス
ＣＦ４，Ｈ２を用いたドライエッチングの手法により深
さ０.５ミクロンのギャップを幅１００ミクロンで形成
した。次いで、Ｐｔ膜を２０００オングストローム、Ｔ
ａ２０５膜を１０００オングストロームで連続形成し、
フォトリソ、ドライエッチングの手法を用いてギャップ
中に個別電極５４を形成した。
【００２３】単結晶シリコン基板５１と個別電極支持基
板５５は陽極接合法により接合する。ガラス支持基板側
５５に針電極により負に、シリコン基板５１を置いた台
電極には正になるように配線する。大気圧の空気中また
はＡｒ，Ｎ2，Ｈｅなど不活性ガス中で、４００℃に加
熱し、前記電極に前記極性に８００Ｖを印加する。この
ようにして、ガラス支持基板５５とシリコン基板５１と
を陽極接合する（図３（Ｄ））。
板５５は陽極接合法により接合する。ガラス支持基板側
５５に針電極により負に、シリコン基板５１を置いた台
電極には正になるように配線する。大気圧の空気中また
はＡｒ，Ｎ2，Ｈｅなど不活性ガス中で、４００℃に加
熱し、前記電極に前記極性に８００Ｖを印加する。この
ようにして、ガラス支持基板５５とシリコン基板５１と
を陽極接合する（図３（Ｄ））。
【００２４】次いで、振動板を形成するために、シリコ
ン基板側を濃度２０ｗｔ％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）
溶液でエッチングする。エッチング温度は８０℃で行っ
た。この濃度２０ｗｔ％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶
液によるエッチングでは、ボロンが高濃度に拡散してい
る領域ではエッチング速度が低下する。例えば、ボロン
濃度が１×１０18個／ｃｍ3から１×１０19個／ｃｍ3に
増加するとエッチングレートは１.７ミクロン／分から
０.５ミクロン／分と１／３以下になる。またボロン濃
度が１×１０20個／ｃｍ3まで増加した場合にはエッチ
ングレートは０.１ミクロン／分と著しく低下する。こ
のエッチングレートの低下を利用して容易にエッチング
の終点が検出できた。エッチングにより形成した単結晶
シリコンの振動板の厚さは２.４ミクロンであった。こ
の工程で静電アクチュエータの部分が完成する（図３
（Ｅ））。最後に、別途形成した流路を構成する部材５
７，ノズル５９を備えたノズルプレート５８を上記静電
アクチュエータ部に接着（接合）し、インクジェットヘ
ッドが完成する（図３（Ｆ））。
ン基板側を濃度２０ｗｔ％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）
溶液でエッチングする。エッチング温度は８０℃で行っ
た。この濃度２０ｗｔ％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶
液によるエッチングでは、ボロンが高濃度に拡散してい
る領域ではエッチング速度が低下する。例えば、ボロン
濃度が１×１０18個／ｃｍ3から１×１０19個／ｃｍ3に
増加するとエッチングレートは１.７ミクロン／分から
０.５ミクロン／分と１／３以下になる。またボロン濃
度が１×１０20個／ｃｍ3まで増加した場合にはエッチ
ングレートは０.１ミクロン／分と著しく低下する。こ
のエッチングレートの低下を利用して容易にエッチング
の終点が検出できた。エッチングにより形成した単結晶
シリコンの振動板の厚さは２.４ミクロンであった。こ
の工程で静電アクチュエータの部分が完成する（図３
（Ｅ））。最後に、別途形成した流路を構成する部材５
７，ノズル５９を備えたノズルプレート５８を上記静電
アクチュエータ部に接着（接合）し、インクジェットヘ
ッドが完成する（図３（Ｆ））。
【００２５】図４は、図２に示す静電アクチュエータの
具体的な作製プロセスを説明するため図である。単結晶
シリコン基板６１としてシリコン（１１０）ウエハーを
用いた（図４（Ａ））。この基板表面にｐ型不純物原子
拡散領域６２を形成するためにＢＦ３をソースガスとし
たイオン注入法を用いた。イオン注入時の加速電圧を４
０ＫｅＶ、ドーズ量１.７×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2で打
ち込み、その後電気炉中で窒素雰囲気８００℃、３０分
間熱処理した。以上の処理で、単結晶シリコン基板６１
の表面から深さ０.７ミクロンの位置までボロン原子の
濃度が１.２×１０20個／ｃｍ3である拡散領域６２が形
成された（図４（Ｂ））。
具体的な作製プロセスを説明するため図である。単結晶
シリコン基板６１としてシリコン（１１０）ウエハーを
用いた（図４（Ａ））。この基板表面にｐ型不純物原子
拡散領域６２を形成するためにＢＦ３をソースガスとし
たイオン注入法を用いた。イオン注入時の加速電圧を４
０ＫｅＶ、ドーズ量１.７×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2で打
ち込み、その後電気炉中で窒素雰囲気８００℃、３０分
間熱処理した。以上の処理で、単結晶シリコン基板６１
の表面から深さ０.７ミクロンの位置までボロン原子の
濃度が１.２×１０20個／ｃｍ3である拡散領域６２が形
成された（図４（Ｂ））。
【００２６】次いで、この単結晶シリコン基板６１のボ
ロン原子の拡散領域６２の上に振動板となる単結晶シリ
コン６３を形成する。単結晶シリコンの形成は原料ガス
としてＳｉＨ4（１００％）を用い、温度９５０℃での
シリコンエピタキシャル成長法により行った。エピタキ
シャル成長した前記単結晶シリコン６３の膜厚は１.８
ミクロンである（図４（Ｃ））。個別電極６４を形成す
る支持基板６５はシリコン（１００）ｐ型低抵抗ウエハ
ーを用いた。シリコンウエハー上にエッチングガスＳＦ
６、Ｈ2を用いたドライエッチングの手法により深さ０.
５ミクロンのギャップを幅１００ミクロンで形成した。
次いで、イオン注入法によりリンを基板中に注入し、ギ
ャップ中にｎ型の個別電極６４を形成した。
ロン原子の拡散領域６２の上に振動板となる単結晶シリ
コン６３を形成する。単結晶シリコンの形成は原料ガス
としてＳｉＨ4（１００％）を用い、温度９５０℃での
シリコンエピタキシャル成長法により行った。エピタキ
シャル成長した前記単結晶シリコン６３の膜厚は１.８
ミクロンである（図４（Ｃ））。個別電極６４を形成す
る支持基板６５はシリコン（１００）ｐ型低抵抗ウエハ
ーを用いた。シリコンウエハー上にエッチングガスＳＦ
６、Ｈ2を用いたドライエッチングの手法により深さ０.
５ミクロンのギャップを幅１００ミクロンで形成した。
次いで、イオン注入法によりリンを基板中に注入し、ギ
ャップ中にｎ型の個別電極６４を形成した。
【００２７】単結晶シリコン基板６１と個別電極支持基
板６５は酸化膜を介したシリコン／シリコン直接接合法
により接合する。両方のシリコン基板の接合面に熱酸化
膜をそれぞれ１０００オングストローム形成してこの酸
化膜を介して密着させ、減圧、窒素雰囲気中で８００
℃、２時間熱処理した。このようにしてシリコン基板で
ある個別電極支持基板６５とシリコン基板６１とを接合
する（図４（Ｄ））。
板６５は酸化膜を介したシリコン／シリコン直接接合法
により接合する。両方のシリコン基板の接合面に熱酸化
膜をそれぞれ１０００オングストローム形成してこの酸
化膜を介して密着させ、減圧、窒素雰囲気中で８００
℃、２時間熱処理した。このようにしてシリコン基板で
ある個別電極支持基板６５とシリコン基板６１とを接合
する（図４（Ｄ））。
【００２８】次いで、振動板６３と流路を構成する部材
６１ａを一体で形成するためにエッチングのマスクとな
るＴａ２０５膜６６をスパッタ法により５０００オング
ストローム形成し、流路形状にフォトリソエッチングし
た。この時流路の長手方向の壁６１ａがシリコン（１１
１）面で形成されるようにマスク６６の方向を設定する
（図４（Ｅ））。このＴａ２０５膜６６をエッチングマ
スクとして、シリコン基板６１側を濃度２０ｗｔ％の水
酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液でエッチングする。エッチ
ング温度は８０℃で行った。エッチングにより形成した
単結晶シリコンの振動板６３の厚さは２.５ミクロンで
あり、流路の長手方向の壁６１ａは振動板に対して垂直
に形成された。この工程で流路を一体形成した静電アク
チュエータが完成する（図４（Ｆ））。最後に、別途形
成したノズル６８を備えたノズルプレート６７を上記静
電アクチュエータ部に接着（接合）し、インクジェット
ヘッドが完成する（図４（Ｇ））。
６１ａを一体で形成するためにエッチングのマスクとな
るＴａ２０５膜６６をスパッタ法により５０００オング
ストローム形成し、流路形状にフォトリソエッチングし
た。この時流路の長手方向の壁６１ａがシリコン（１１
１）面で形成されるようにマスク６６の方向を設定する
（図４（Ｅ））。このＴａ２０５膜６６をエッチングマ
スクとして、シリコン基板６１側を濃度２０ｗｔ％の水
酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液でエッチングする。エッチ
ング温度は８０℃で行った。エッチングにより形成した
単結晶シリコンの振動板６３の厚さは２.５ミクロンで
あり、流路の長手方向の壁６１ａは振動板に対して垂直
に形成された。この工程で流路を一体形成した静電アク
チュエータが完成する（図４（Ｆ））。最後に、別途形
成したノズル６８を備えたノズルプレート６７を上記静
電アクチュエータ部に接着（接合）し、インクジェット
ヘッドが完成する（図４（Ｇ））。
【００２９】
【発明の効果】請求項１に対応する効果：振動板中にｐ
型不純物原子が拡散されている領域が限定されているの
で、残留応力が小さく、結晶欠陥が少ない振動板とする
ことができる。
型不純物原子が拡散されている領域が限定されているの
で、残留応力が小さく、結晶欠陥が少ない振動板とする
ことができる。
【００３０】請求項２に対応する効果：拡散領域が限定
されたｐ型不純物原子濃度が１×１０19個／ｃｍ3以上
あるので、エッチング速度が十分に遅くなり、振動板板
厚の制御性を高くすることができる。
されたｐ型不純物原子濃度が１×１０19個／ｃｍ3以上
あるので、エッチング速度が十分に遅くなり、振動板板
厚の制御性を高くすることができる。
【００３１】請求項３に対応する効果：濃度が１×１０
19個／ｃｍ3以上のｐ型不純物原子が拡散されている領
域が振動板板厚の１／３以下であるので、振動板の残量
応力及び結晶欠陥も十分に少なくすることができる。
19個／ｃｍ3以上のｐ型不純物原子が拡散されている領
域が振動板板厚の１／３以下であるので、振動板の残量
応力及び結晶欠陥も十分に少なくすることができる。
【００３２】請求項４に対応する効果：その振動板の表
面がシリコン（１００）面であるので、エッチングによ
る表面がなめらかに得られ、振動時に応力集中の少ない
振動板とすることができる。
面がシリコン（１００）面であるので、エッチングによ
る表面がなめらかに得られ、振動時に応力集中の少ない
振動板とすることができる。
【００３３】請求項５に対応する効果：振動板上に振動
板と一体化してシリコンの結晶面（１１１）で形成され
る垂直な壁が形成できるので、振動板アクチュエータの
利用範囲を広げることができる。
板と一体化してシリコンの結晶面（１１１）で形成され
る垂直な壁が形成できるので、振動板アクチュエータの
利用範囲を広げることができる。
【００３４】請求項６に対応する効果：インク流路が振
動板と一体で形成されているので、インク漏れのない信
頼性の高いインクジェットヘッドとすることができる。
動板と一体で形成されているので、インク漏れのない信
頼性の高いインクジェットヘッドとすることができる。
【００３５】請求項７に対する効果：振動板中にｐ型不
純物原子が拡散されている領域が限定され、残留応力が
小さく結晶欠陥が少ない振動板を有するインクジェット
ヘッド用アクチュエータを形成することができる。
純物原子が拡散されている領域が限定され、残留応力が
小さく結晶欠陥が少ない振動板を有するインクジェット
ヘッド用アクチュエータを形成することができる。
【図１】 本発明の静電アクチュエータを用いたインク
ジェットヘッドの実施例を示す図である。
ジェットヘッドの実施例を示す図である。
【図２】 本発明の流路と一体化して形成された静電ア
クチュエータを用いたインクジェットヘッドの実施例を
示す図である。
クチュエータを用いたインクジェットヘッドの実施例を
示す図である。
【図３】 本発明の静電アクチュエータの作製工程の一
例を説明するための図である。
例を説明するための図である。
【図４】 本発明の流路と一体化して形成される静電ア
クチュエータの作製工程の他の例を説明するための図で
ある。
クチュエータの作製工程の他の例を説明するための図で
ある。
３１，４１，５９，６８…ノズル、３２，４２，５８，
６７…ノズルプレート、３３，４３，５７，６１ａ…流
路を構成する部材、３４，４４，５２，６２…ｐ型不純
物原子拡散領域（ボロン原子拡散領域）、３５，４５…
シリコン振動板、３６，４６…個別電極、３７，４７…
支持基板、５１，６５…シリコン（１００）基板、５
３，６３…エピタキシャルシリコン層、５４…Ｔａ２０
５／Ｐｔ電極、５５…支持基板（パイレックスガラス＃
７７４０）、６１…シリコン（１１０）基板、６４…ｎ
型拡散電極、６６…Ｔａ２０５マスク。
６７…ノズルプレート、３３，４３，５７，６１ａ…流
路を構成する部材、３４，４４，５２，６２…ｐ型不純
物原子拡散領域（ボロン原子拡散領域）、３５，４５…
シリコン振動板、３６，４６…個別電極、３７，４７…
支持基板、５１，６５…シリコン（１００）基板、５
３，６３…エピタキシャルシリコン層、５４…Ｔａ２０
５／Ｐｔ電極、５５…支持基板（パイレックスガラス＃
７７４０）、６１…シリコン（１１０）基板、６４…ｎ
型拡散電極、６６…Ｔａ２０５マスク。
Claims (7)
- 【請求項１】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
路と、流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に対
向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取り
付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加
し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズルか
らインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおい
て、該振動板がシリコン単結晶により形成され、該振動
板の流路側からその厚さの一部領域においてのみ、ｐ型
不純物原子が拡散されている領域が形成されていること
を特徴としたインクジェットヘッド用静電アクチュエー
タ。 - 【請求項２】 請求項１に記載されたインクジェットヘ
ッド用アクチュエータでの振動板において、前記ｐ型不
純物原子濃度が１×１０19個／ｃｍ3以上であることを
特徴とするインクジェットヘッド用静電アクチュエー
タ。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載されたインクジェ
ットヘッド用アクチュエータにおいて、前記振動板の濃
度が１×１０19個／ｃｍ3以上のｐ型不純物原子が拡散
されている領域は、少なくとも前記振動板厚さの１／３
以下であることを特徴とするインクジェットヘッド用静
電アクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項１又は２に記載されたインクジェ
ットヘッド用アクチュエータにおいて、前記振動板はそ
の表面が単結晶シリコンの結晶面（１００）面に配向し
ていることを特徴とするインクジェットヘッド用静電ア
クチュエータ。 - 【請求項５】 請求項１又は２に記載されたインクジェ
ットヘッド用アクチュエータにおいて、前記振動板はそ
の表面が単結晶シリコンの結晶面（１１０）面に配向
し、前記振動板の長辺方向は、前記単結晶シリコンの結
晶方位の〈１１１〉方向に沿って形成されている、こと
を特徴とするインクジェットヘッド用静電アクチュエー
タ。 - 【請求項６】 請求項４又は５に記載されたインクジェ
ットヘッド用アクチュエータにおいて、前記振動板はイ
ンク流路と一体に形成されている、ことを特徴とするイ
ンクジェットヘッド用静電アクチュエータ。 - 【請求項７】 請求項１に記載されたインクジェットヘ
ッド用アクチュエータの製造方法であって、単結晶シリ
コン基板表面に、ｐ型不純物原子の拡散層であるボロン
拡散層を形成し、該ボロン拡散層上に単結晶シリコン層
を形成し、該単結晶シリコン層を介して前記単結晶シリ
コン基板と個別電極を有する支持基板とを接合し、エッ
チング速度が前記ｐ型不純物原子の濃度に依存するエッ
チング液により、前記単結晶シリコン基板をエッチング
して流路を形成することを特徴とする、インクジェット
ヘッド用静電アクチュエータの製造成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8694898A JPH11277741A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | インクジェットヘッド用静電アクチュエータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8694898A JPH11277741A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | インクジェットヘッド用静電アクチュエータ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11277741A true JPH11277741A (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=13901104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8694898A Pending JPH11277741A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | インクジェットヘッド用静電アクチュエータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11277741A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7743503B2 (en) | 2004-09-06 | 2010-06-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing inkjet head |
| WO2025192849A1 (ko) * | 2024-03-11 | 2025-09-18 | 한국과학기술원 | 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 |
-
1998
- 1998-03-31 JP JP8694898A patent/JPH11277741A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7743503B2 (en) | 2004-09-06 | 2010-06-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing inkjet head |
| WO2025192849A1 (ko) * | 2024-03-11 | 2025-09-18 | 한국과학기술원 | 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 |
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