JP2003011359A - Ink jet head and its manufacturing method - Google Patents
Ink jet head and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びその製造方法に関し、特に静電型インクジェットヘッ
ド及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head and a manufacturing method thereof, and more particularly to an electrostatic ink jet head and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置或いは画像形成装置として用い
るインクジェット記録装置において使用するインクジェ
ットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、こ
のノズルが連通する液室(インク流路、圧力室、吐出
室、加圧液室等とも称される。)と、この液室の少なく
とも一部の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向
する対向電極とを有し、振動板と対向電極との間に電圧
を印加することで発生する静電気力により振動板を変形
変位させて、液室内の圧力/体積を変化させることによ
りノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェッ
トヘッドが知られている。2. Description of the Related Art An ink jet head used in an ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying machine, a plotter or an image forming apparatus, has a nozzle for ejecting ink droplets and a liquid chamber communicating with the nozzle. (Also referred to as an ink flow path, a pressure chamber, a discharge chamber, a pressurized liquid chamber, etc.), a diaphragm forming at least a part of the wall surface of the liquid chamber, and a counter electrode facing the diaphragm. In addition, the electrostatic force generated by applying a voltage between the vibrating plate and the counter electrode deforms and displaces the vibrating plate to change the pressure / volume in the liquid chamber to eject ink droplets from the nozzle. Electric type inkjet heads are known.
【0003】このような静電型インクジェットヘッドと
しては、例えば特開平6−71882号公報に記載され
ているように、振動板及び液室を形成したシリコン基板
からなる第1基板と、シリコン酸化膜に凹部を形成し
て、この凹部底面に対向電極を形成したシリコン基板か
らなる第2基板と、ノズルを形成した第3基板とをSi
−Siの直接接合法で接合し、振動板と対向電極との間
のギャップ長を凹部の段差深さと対向電極厚みで規定す
るものが知られている。また、上記公報には、電極とし
てシリコン基板注中の拡散層を用いることも開示されて
いる。As such an electrostatic ink jet head, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-71882, a first substrate made of a silicon substrate having a vibrating plate and a liquid chamber, and a silicon oxide film. A second substrate made of a silicon substrate having a concave portion formed on the bottom surface of the concave portion and a counter electrode formed on the bottom surface of the concave portion, and a third substrate having a nozzle formed thereon are made of Si.
A method is known in which a Si-Si direct bonding method is used and the gap length between the diaphragm and the counter electrode is defined by the step depth of the recess and the counter electrode thickness. Further, the above publication also discloses the use of a diffusion layer in the silicon substrate as an electrode.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の静電型
インクジェットヘッドのように第2基板のシリコン酸化
膜に凹部を形成して振動板と対向電極との間のギャップ
長を凹部の段差深さと対向電極厚みで規定する場合、ギ
ャップ長が大きく凹部深さに対して電極厚みが薄い場合
には、ギャップ長精度は凹部深さの精度でほぼ決まる
が、低電圧化のためにギャップ長を小さくしようとする
と、ギャップ長バラツキが大きくなってしまうという課
題がある。As in the conventional electrostatic ink jet head described above, a recess is formed in the silicon oxide film of the second substrate so that the gap length between the diaphragm and the counter electrode can be adjusted by the step depth of the recess. When the gap length is large and the electrode thickness is thin relative to the depth of the recess, the accuracy of the gap length is almost determined by the precision of the depth of the recess. If it is made smaller, there is a problem that the gap length variation becomes larger.
【0005】この場合、電極厚みを薄くすればギャップ
長バラツキを小さく抑えることもできるが、電極の抵抗
が高くなってしまうために、駆動電圧を大きくできない
という課題が生じる。In this case, if the electrode thickness is reduced, the gap length variation can be suppressed to a small level, but the resistance of the electrode becomes high, which causes a problem that the drive voltage cannot be increased.
【0006】具体的に説明すると、ギャップ長=1.
8μmの場合(それぞれの公差を10%とする)、凹部
深さ=2.0μm±0.2μm、電極厚さ=0.2μm
±0.02μmとしたとき、ギャップ深さ=1.8μm
±0.22μmとなって、ギャップ深さのバラツキは±
12%となる。これに対して、電極厚みをそのままとし
てギャップ長を小さくした場合、例えばギャップ長=
0.2μmの場合(それぞれの公差を10%とする)、
凹部深さ=0.4μm±0.04μm、電極厚さ=0.
2μm±0.02μmとしたとき、ギャップ深さ=0.
2μm±0.06μmとなって、ギャップ深さのバラツ
キは±30%になってしまう。Specifically, the gap length = 1.
In case of 8 μm (each tolerance is 10%), recess depth = 2.0 μm ± 0.2 μm, electrode thickness = 0.2 μm
Gap depth = 1.8 μm when ± 0.02 μm
± 0.22μm, the gap depth variation is ±
It will be 12%. On the other hand, when the gap length is reduced by keeping the electrode thickness as it is, for example, the gap length =
In the case of 0.2 μm (each tolerance is 10%),
Recess depth = 0.4 μm ± 0.04 μm, electrode thickness = 0.
When 2 μm ± 0.02 μm, the gap depth = 0.
The difference is 2 μm ± 0.06 μm, and the variation in the gap depth is ± 30%.
【0007】この場合、電極厚みを薄くすると、例えば
電極厚みを0.02μmにすると、ギャップ長=0.
2μmの場合(それぞれの公差を10%とする)、凹部
深さ=0.4μm±0.04μm、電極厚さ=0.02
μm±0.002μmとなり、ギャップ深さ=0.2μ
m±0.0024μmとなって、ギャップ深さのバラツ
キは±12%に維持することができるが、電極の厚みが
薄くなることで電極の抵抗が高くなってしまう。In this case, when the electrode thickness is reduced, for example, when the electrode thickness is 0.02 μm, the gap length = 0.
In the case of 2 μm (each tolerance is 10%), recess depth = 0.4 μm ± 0.04 μm, electrode thickness = 0.02
μm ± 0.002 μm, gap depth = 0.2 μ
The variation of the gap depth can be maintained within ± 12%, and the resistance of the electrode becomes high due to the thin thickness of the electrode.
【0008】この場合、上述したように、シリコン基板
中の拡散層を電極として用いる構造を採用することで、
電極の厚みによるギャップ(Gap)精度の低下は起こ
らないが、pn接合により電極と基板を分離することに
なるため、片側の電圧しかかけられないことと、耐圧確
保のためのプロセスが複雑になること、及び静電型イン
クジェットヘッドの電極のように比較的面積の大きい場
合にはpn接合の歩留まりを確保することが難しいとい
う課題が別途生じる。また、振動室(振動板が変形する
空間を含む室)周囲が完全に封止される構造ではないの
で、動作時の異物侵入を防ぐためには別途封止材にて封
止を行う必要があるし、製造工程中(パッド部の振動板
開口後封止するまでの間)に異物がギャップ内に侵入す
るおそれがある。In this case, as described above, by adopting the structure in which the diffusion layer in the silicon substrate is used as the electrode,
Although the accuracy of the gap does not decrease due to the thickness of the electrode, since the electrode and the substrate are separated by the pn junction, only one side voltage can be applied and the process for ensuring the breakdown voltage becomes complicated. Another problem is that it is difficult to secure the yield of the pn junction when the area of the electrode of the electrostatic inkjet head is relatively large. Further, since the circumference of the vibration chamber (the chamber including the space where the diaphragm is deformed) is not completely sealed, it is necessary to separately seal with a sealing material in order to prevent foreign matter from entering during operation. However, there is a risk that foreign matter may enter the gap during the manufacturing process (until sealing after opening the vibration plate of the pad portion).
【0009】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、インク滴吐出特性のバラツキを低減した信頼性
の高いインクジェットヘッドを得ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain a highly reliable ink jet head in which variations in ink droplet ejection characteristics are reduced.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、対向電極若
しくは対向電極材料上に振動板とのギャップを形成する
ギャップスペーサ部を設け、このギャプスペーサ部及び
対向電極表面にボロン及び/又は燐を含むシリコン酸化
膜を形成したものである。In order to solve the above problems, an ink jet head according to the present invention is provided with a gap spacer portion for forming a gap with a diaphragm on a counter electrode or a counter electrode material. A silicon oxide film containing boron and / or phosphorus is formed on the surface of the portion and the counter electrode.
【0011】本発明に係るインクジェットヘッドは、振
動板若しくは振動板材料上に対向電極とのギャップを形
成するギャップスペーサ部を設け、このギャプスペーサ
部及び振動板表面にボロン及び/又は燐を含むシリコン
酸化膜を形成したものである。In the ink jet head according to the present invention, a gap spacer portion for forming a gap with the counter electrode is provided on the diaphragm or the diaphragm material, and the gap spacer portion and the diaphragm surface are made of silicon containing boron and / or phosphorus. An oxide film is formed.
【0012】本発明に係るインクジェットヘッドは、対
向電極若しくは対向電極材料上に振動板とのギャップを
形成するギャップスペーサ部を設け、このギャプスペー
サ部及び対向電極表面にボロン及び/又は燐を含むシリ
コン酸化膜と絶縁膜との積層膜を形成したものである。In the ink jet head according to the present invention, a gap spacer portion for forming a gap with the diaphragm is provided on the counter electrode or the counter electrode material, and the gap spacer portion and the counter electrode surface are made of silicon containing boron and / or phosphorus. A laminated film of an oxide film and an insulating film is formed.
【0013】本発明に係るインクジェットヘッドは、振
動板若しくは振動板材料上に対向電極とのギャップを形
成するギャップスペーサ部を設け、このギャプスペーサ
部及び振動板表面にボロン及び/又は燐を含むシリコン
酸化膜と絶縁膜との積層膜を形成したものである。In the ink jet head according to the present invention, a gap spacer portion for forming a gap with the counter electrode is provided on the diaphragm or the diaphragm material, and the gap spacer portion and the diaphragm surface are made of silicon containing boron and / or phosphorus. A laminated film of an oxide film and an insulating film is formed.
【0014】これらの本発明に係るインクジェットヘッ
ドにおいては、振動板及び対向電極のいずれか一方を共
通電極とし、他方を個別電極として、個別電極側にギャ
ップスペーサ部を形成することが好ましい。また、振動
板を個別電極とすることが好ましい。In these ink jet heads according to the present invention, it is preferable that one of the vibrating plate and the counter electrode is a common electrode and the other is an individual electrode, and the gap spacer portion is formed on the individual electrode side. Further, it is preferable that the diaphragm be an individual electrode.
【0015】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、本発明に係るインクジェットヘッドを製造する
方法であって、振動板又は対向電極上にギャップスペー
サ部となる材料を成膜する工程と、ギャップスペーサと
なる材料を振動板又は対向電極と選択的にエッチングし
てギャップを形成する工程を経た後、ボロン及び/又は
燐を含むシリコン酸化膜を成膜する構成としたものであ
る。A method of manufacturing an ink jet head according to the present invention is a method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, which comprises a step of forming a material for a gap spacer portion on a diaphragm or a counter electrode, and a gap spacer. After a step of selectively etching a material to be a diaphragm or a counter electrode to form a gap, a silicon oxide film containing boron and / or phosphorus is formed.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。まず、本発明の第1実施形態
に係るインクジェットヘッドについて図1及び図2を参
照して説明する。なお、図1は同ヘッドの振動板長手方
向の断面説明図、図2は同ヘッドの振動板短手方向の断
面説明図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, an inkjet head according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm.
【0017】このインクジェットヘッドは、シリコン基
板を用いた流路基板である第1基板1と、この第1基板
1の下側に設けたシリコン基板を用いた電極基板である
第2基板2と、第1基板1の上側に設けたノズルユニッ
ト3とを備え、ノズルユニット3は流路形成板4、共通
インク室形成板5及びノズル板6からなり、複数のイン
ク滴を吐出するノズル孔7、各ノズル孔7が連通するイ
ンク流路である液室8、各液室8にインク供給路を兼ね
た流体抵抗部9を介して連通する共通インク室10及び
ノズル孔7と液室8とを連通するノズル連通路11など
を形成している。This ink jet head includes a first substrate 1 which is a flow path substrate using a silicon substrate, and a second substrate 2 which is an electrode substrate using a silicon substrate provided on the lower side of the first substrate 1. A nozzle unit 3 provided on the upper side of the first substrate 1. The nozzle unit 3 includes a flow path forming plate 4, a common ink chamber forming plate 5, and a nozzle plate 6, and nozzle holes 7 for ejecting a plurality of ink droplets. A liquid chamber 8 that is an ink flow path through which each nozzle hole 7 communicates, a common ink chamber 10 that communicates with each liquid chamber 8 through a fluid resistance portion 9 that also serves as an ink supply path, and a nozzle hole 7 and a liquid chamber 8. A nozzle communication path 11 and the like that communicate with each other are formed.
【0018】第1基板1にはベース基板12に酸化膜1
3を介して活性層14を接合したSOI(Silicon On I
nsulator)基板を用いて、このSOI基板のベース基板
12をエッチングして液室8を形成するとともに酸化膜
22で液室8側を被覆された活性層13からなる振動板
15を形成している。ここでは、ベース基板12の液室
8を形成していない部分は液室間の隔壁16となる。The first substrate 1 has a base substrate 12 and an oxide film 1
SOI (Silicon On I) in which the active layer 14 is joined via
The base substrate 12 of this SOI substrate is etched to form the liquid chamber 8 and the diaphragm 15 including the active layer 13 whose side is covered with the oxide film 22 is formed. . Here, a portion of the base substrate 12 where the liquid chamber 8 is not formed serves as a partition 16 between the liquid chambers.
【0019】なお、この第1基板1は、例えば、シリコ
ン基板に予め振動板厚さにボロンを注入してエッチング
ストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、第2基板2
側と接合した後、液室8となる凹部などをKOH水溶液
などのエッチング液を用いて異方性エッチングし、この
とき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振
動板15を形成したものでもよい。In the first substrate 1, for example, a high-concentration boron layer serving as an etching stop layer is formed by previously injecting boron into a diaphragm to a silicon substrate to form a second substrate 2
After bonding with the side, the concave portion or the like which becomes the liquid chamber 8 is anisotropically etched using an etching solution such as a KOH aqueous solution, and at this time, the high-concentration boron layer serves as an etching stop layer to form the diaphragm 15. Good.
【0020】なお、振動板15表面に保護膜を形成する
ことも可能である。特に、振動板15を単結晶シリコン
基板から形成した場合、これを熱酸化することによって
熱酸化膜を容易に表面に形成することができる。この熱
酸化膜は絶縁性・欠陥・界面準位等の特性が非常にすぐ
れた絶縁膜である。A protective film may be formed on the surface of the diaphragm 15. Particularly, when the diaphragm 15 is formed of a single crystal silicon substrate, a thermal oxide film can be easily formed on the surface by thermally oxidizing the diaphragm. This thermal oxide film is an insulating film having excellent properties such as insulating properties, defects and interface states.
【0021】一方、第2基板2には、単結晶シリコン基
板を用いて熱酸化法などで形成したシリコン酸化膜など
からなる絶縁膜21を形成し、この絶縁膜21上に振動
板15に所定のギャップ17を置いて対向する対向電極
22を形成する電極部材(電極材料)23を配置し、こ
れらの振動板15と対向電極22とによって振動板15
を静電気力で変形させる静電アクチュエータを構成して
いる。On the other hand, on the second substrate 2, an insulating film 21 made of a silicon oxide film or the like formed by a thermal oxidation method using a single crystal silicon substrate is formed, and the diaphragm 15 is formed on the insulating film 21 in a predetermined manner. The electrode member (electrode material) 23 that forms the counter electrode 22 facing each other with the gap 17 is arranged, and the vibration plate 15 and the counter electrode 22 form the vibration plate 15
It constitutes an electrostatic actuator that deforms the electrostatic force.
【0022】そして、各対向電極22(電極部材23)
上にHTO膜などからなるギャップスペーサ部24を形
成し、これらの対向電極22表面及びギャップスペーサ
部24の表面にボロン及び/又は燐を含むシリコン酸化
膜25を形成している。このボロン及び/又は燐を含む
シリコン酸化膜25は対向電極22表面部分では対向電
極22と振動板15との接触による電気的ショートなど
を防止するための保護膜を兼ねている。Each counter electrode 22 (electrode member 23)
A gap spacer portion 24 made of an HTO film or the like is formed thereon, and a silicon oxide film 25 containing boron and / or phosphorus is formed on the surfaces of the counter electrode 22 and the gap spacer portion 24. The silicon oxide film 25 containing boron and / or phosphorus also serves as a protective film on the surface portion of the counter electrode 22 for preventing electrical short circuit due to contact between the counter electrode 22 and the diaphragm 15.
【0023】なお、このシリコン酸化膜25としては、
ボロンを含むシリコン酸化膜(BSG膜:Boro-Silicat
e Glass)、ボロンを含まず、燐素を含むシリコン酸化
膜(PSG膜:Phospho-Silicate Glass)、或いは、ボ
ロン及び燐を含むシリコン酸化膜(BPSG膜:BoroPh
ospho-Silicate Glass)を用いることができる。As the silicon oxide film 25,
Silicon oxide film containing boron (BSG film: Boro-Silicat)
e Glass), a silicon oxide film not containing boron but containing phosphorus (PSG film: Phospho-Silicate Glass), or a silicon oxide film containing boron and phosphorus (BPSG film: BoroPh)
ospho-Silicate Glass) can be used.
【0024】これらの第1基板1と第2基板2とはボロ
ン及び/又は燐を含むシリコン酸化膜25を介した直接
接合で接合している。このようなボロン及び/又は燐を
含むシリコン酸化膜25は、1000℃以下の低温で軟
化性を示すので、シリコン酸化膜25を成膜後、熱処理
によりリフローさせることで、良好な直接接合が可能な
表面性が得られる。The first substrate 1 and the second substrate 2 are directly joined to each other through the silicon oxide film 25 containing boron and / or phosphorus. Since the silicon oxide film 25 containing boron and / or phosphorus exhibits softening property at a low temperature of 1000 ° C. or less, good direct bonding can be achieved by reflowing by heat treatment after forming the silicon oxide film 25. A good surface property can be obtained.
【0025】ノズルユニット3の流路形成板4にはイン
ク供給路(流体抵抗部)9を形成する通孔及びノズル連
通路11を形成する通孔を、共通インク室形成板5には
共通インク室10を形成する貫通孔及びノズル連通路1
1を形成する通孔を、ノズル板6にはノズル孔7を形成
している。そして、このノズルユニット3の流路形成板
4を接着剤30にて第1基板1上に接合している。The flow passage forming plate 4 of the nozzle unit 3 has a through hole for forming an ink supply passage (fluid resistance portion) 9 and a through hole for forming a nozzle communication passage 11, and the common ink chamber forming plate 5 has a common ink. Through-hole and nozzle communication path 1 forming chamber 10
Nozzle holes 7 are formed in the nozzle plate 6 and through holes forming No. 1 are formed. Then, the flow path forming plate 4 of the nozzle unit 3 is bonded onto the first substrate 1 with the adhesive 30.
【0026】なお、ノズル板6の表面には撥水性処理を
施している。また、ノズルユニット3には共通インク室
10に外部からインクを供給するための図示しないイン
ク供給口部を設けている。さらに、液室8及び振動板1
5を形成した流路基板上にノズル孔を形成したノズル板
6を接合した構造などにすることもできる。The surface of the nozzle plate 6 is treated to be water repellent. Further, the nozzle unit 3 is provided with an ink supply port (not shown) for supplying ink to the common ink chamber 10 from the outside. Furthermore, the liquid chamber 8 and the diaphragm 1
It is also possible to adopt a structure in which the nozzle plate 6 having nozzle holes formed thereon is joined to the flow path substrate having the holes 5 formed thereon.
【0027】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板15と対向電極22との間に駆動電圧を印加する
と、振動板15と対向電極22との間に発生する静電力
により振動板15が電極側に変位変形し、それに伴ない
共通インク室10から流体抵抗部9を通ってインクが液
室8に供給される。その後、電圧を0に戻したときに変
位している振動板15がその弾性力によって元の位置に
戻ろうとする力によりノズル孔7からインク滴が吐出さ
れる。In this ink jet head, when a driving voltage is applied between the vibrating plate 15 and the counter electrode 22, the vibrating plate 15 is displaced to the electrode side by the electrostatic force generated between the vibrating plate 15 and the counter electrode 22. The ink is deformed, and accordingly, ink is supplied to the liquid chamber 8 from the common ink chamber 10 through the fluid resistance portion 9. After that, when the voltage is returned to 0, the vibrating plate 15 which is displaced causes the elastic force to return to the original position, so that ink droplets are ejected from the nozzle holes 7.
【0028】ここで、このインクジェットヘッドにおい
ては、振動板15と対向電極22との間のギャップ長は
ギャップスペーサ部24の厚みで一義的に決まり、また
対向電極22上の保護膜の厚みもシリコン酸化膜25の
厚みで一義的に決まるので、高精度のギャップを形成す
ることができ、インク滴吐出特性のバラツキが低減す
る。Here, in this ink jet head, the gap length between the diaphragm 15 and the counter electrode 22 is uniquely determined by the thickness of the gap spacer portion 24, and the thickness of the protective film on the counter electrode 22 is also made of silicon. Since it is uniquely determined by the thickness of the oxide film 25, it is possible to form a highly accurate gap and reduce variations in ink droplet ejection characteristics.
【0029】次に、このインクジェットヘッドを製造す
る本発明に係る製造方法の第1実施形態について図3を
も参照して説明する。同図(a)に示すように、支持基
板としての第2基板2としてシリコンウェハを用い、絶
縁膜21として1.0μm程度の酸化膜を熱酸化により
形成する。その後、電極部材23としてWSi(厚み
0.20μm)/poly−Si(厚み0.15μm,
リンドープ)の積層膜を成膜しフォトリソ/エッチング
により個別の対向電極22に分離する。続いて、ギャッ
プスペーサ部24を形成するためのギャップスペーサ材
料31(ここではHTO膜)を厚さ0.20μmに成膜
する。Next, a first embodiment of a manufacturing method according to the present invention for manufacturing this ink jet head will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, a silicon wafer is used as the second substrate 2 as a supporting substrate, and an oxide film of about 1.0 μm is formed as the insulating film 21 by thermal oxidation. After that, as the electrode member 23, WSi (thickness 0.20 μm) / poly-Si (thickness 0.15 μm,
A phosphorus-doped) laminated film is formed and separated into individual counter electrodes 22 by photolithography / etching. Then, a gap spacer material 31 (here, an HTO film) for forming the gap spacer portion 24 is formed to a thickness of 0.20 μm.
【0030】ここで、CMP(Chemical Mechanical
Polishing)により、ギャップスペーサ材料31の表面
荒さを小さくすることも可能である。CMP工程の必要
性は、この時点でのギャップスペーサ材料31の表面荒
さと後工程で成膜する絶縁膜25の厚さ・フロー性等に
より決まり、材料の種類・形成条件・厚み等により必要
な場合もあれば不要な場合もある。この実施形態ではC
MP工程は省略している。Here, CMP (Chemical Mechanical)
It is also possible to reduce the surface roughness of the gap spacer material 31 by Polishing). The necessity of the CMP step is determined by the surface roughness of the gap spacer material 31 at this point and the thickness / flowability of the insulating film 25 formed in the subsequent step. In some cases, it may not be necessary. In this embodiment, C
The MP process is omitted.
【0031】次いで、同図(b)に示すように、フォト
リソ/エッチング工程によりギャップ17を形成される
部分のギャップスペーサ材料31をエッチングしてギャ
ップスペーサ部24を形成する。このとき、BHFによ
るウェットエッチ又はCHF 3+CF4等によるドライ
エッチにより、ギャップスペーサ材料31を対向電極2
2に対して選択的にエッチングすることができる。した
がって、このときに形成されるギャップ深さはギャップ
スペーサ部24の膜厚(ギャップスペーサ材料31の膜
厚)で規定される。Then, as shown in FIG.
The gap 17 is formed by the litho / etching process.
The gap spacer material 31 in the part is etched to form a gap.
The up spacer portion 24 is formed. At this time, according to BHF
Wet etch or CHF Three+ CFFourDry by etc.
By etching, the gap spacer material 31 is applied to the counter electrode 2
It can be etched selectively with respect to 2. did
Therefore, the gap depth formed at this time is the gap
Thickness of the spacer portion 24 (film of the gap spacer material 31
Thickness).
【0032】その後、同図(c)に示すように、対向電
極22表面及びギャップスペーサ部24の全面にシリコ
ン酸化膜25を常圧CVD法により成膜する。ここで
は、ボロン4.0wt%程度、燐4.5wt%程度を含
むシリコン酸化膜、いわゆるBPSG膜を0.15μm
程度デポする。そして、表面荒さの低減,膜中のガス出
しのため、高温でシリコン酸化膜25のデンシファイを
行う。ここでは、1050℃−60min、窒素雰囲気中で
行った。Thereafter, as shown in FIG. 3C, a silicon oxide film 25 is formed on the surface of the counter electrode 22 and the entire surface of the gap spacer portion 24 by the atmospheric pressure CVD method. Here, a silicon oxide film containing about 4.0 wt% of boron and about 4.5 wt% of phosphorus, a so-called BPSG film, is formed by 0.15 μm.
Depot about. Then, the silicon oxide film 25 is densified at a high temperature in order to reduce surface roughness and discharge gas in the film. Here, it was performed in a nitrogen atmosphere at 1050 ° C. for 60 minutes.
【0033】そして、同図(d)に示すように、第2基
板2上に液室8、振動板15等を形成する第1基板1と
なる例えばSOI基板、高濃度ボロン拡散層を形成した
単結晶シリコン基板などのシリコン基板32を、親水化
処理,密着,熱処理の工程により接合する。Then, as shown in FIG. 3D, for example, an SOI substrate to be the first substrate 1 for forming the liquid chamber 8, the vibration plate 15 and the like, and a high concentration boron diffusion layer are formed on the second substrate 2. A silicon substrate 32 such as a single crystal silicon substrate is bonded by the steps of hydrophilic treatment, adhesion and heat treatment.
【0034】ここでは、親水化処理;硫酸+過酸化水素
水、水洗、アンモニア+過酸化水素水、水洗熱処理;1
000℃,60min,窒素雰囲気中の条件で接合を行っ
た。Here, hydrophilization treatment: sulfuric acid + hydrogen peroxide water, water washing, ammonia + hydrogen peroxide water, water washing heat treatment; 1
Bonding was performed at 000 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere.
【0035】この場合、個別電極である対向電極22側
にギャップスペーサ部24が形成されていることから、
振動板15とのアライメント精度はさほど厳しくなく行
うことができる。In this case, since the gap spacer portion 24 is formed on the side of the counter electrode 22 which is an individual electrode,
The alignment accuracy with the diaphragm 15 can be performed so not so severely.
【0036】次いで、図示を省略するが、シリコン基板
32をアルカリ水溶液(KOH水溶液等)での異方性エ
ッチングにより加圧液室8及び振動板15を形成、ノズ
ルユニット3を接合することでインクジェットヘッドが
完成する。Next, although not shown, the silicon substrate 32 is anisotropically etched with an alkaline aqueous solution (KOH aqueous solution or the like) to form the pressurized liquid chamber 8 and the vibrating plate 15, and the nozzle unit 3 is joined to form an ink jet. The head is completed.
【0037】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の第2実施形態について図3及び図4を参照して説明す
る。なお、図3は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明
図、図3は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図であ
る。このインクジェットヘッドでは、振動板15(振動
板材料であるベース基板14)上にギャップスペーサ部
24を形成し、このギャップスペーサ24とその開口部
分、すなわち、振動板15として機能する部分(ギャッ
プ17に面した部分)の表面にボロン及び/又は燐を含
むシリコン酸化膜25を形成している。この場合のシリ
コン酸化膜25は振動板15の保護膜,振動板15と対
向電極22の短絡防止膜としても機能している。また、
図示は省略するが、対向電極22表面にも保護膜を形成
することも可能である。Next, a second embodiment of the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm. In this ink jet head, a gap spacer portion 24 is formed on a vibration plate 15 (base substrate 14 which is a vibration plate material), and the gap spacer 24 and its opening, that is, a portion functioning as the vibration plate 15 (in the gap 17). A silicon oxide film 25 containing boron and / or phosphorus is formed on the surface of the facing portion). In this case, the silicon oxide film 25 also functions as a protective film for the diaphragm 15 and a short-circuit preventing film for the diaphragm 15 and the counter electrode 22. Also,
Although illustration is omitted, it is also possible to form a protective film on the surface of the counter electrode 22.
【0038】このように構成した場合にも、振動板15
と対向電極22との間のギャップ長はギャップスペーサ
部24の厚みで一義的に決まり、また振動板15上の保
護膜の厚みもシリコン酸化膜25の厚みで一義的に決ま
るので、高精度のギャップを形成することができ、イン
ク滴吐出特性のバラツキが低減する。Even in the case of such a configuration, the diaphragm 15
Since the gap length between the counter electrode 22 and the counter electrode 22 is uniquely determined by the thickness of the gap spacer portion 24, and the thickness of the protective film on the vibration plate 15 is also uniquely determined by the thickness of the silicon oxide film 25, it is highly accurate. A gap can be formed, and variations in ink droplet ejection characteristics are reduced.
【0039】次に、このインクジェットヘッドを製造す
る本発明に係る製造方法の第2実施形態について図6を
も参照して説明する。なお、ここでは振動板15を高濃
度ボロン拡散層で形成する例で説明する。先ず、同図
(a)に示すように、第1基板1として結晶面方位(1
10)の単結晶シリコン基板33であるシリコンウェハ
を用い、このシリコン基板33にボロン濃度が5×10
19/cm3以上になるようにボロン拡散して高濃度ボロン
拡散層34を形成する。そして、ギャップスペーサ部2
4を形成するためのギャップスペーサ材料31として例
えばHTO膜を厚さ0.20μmに成膜する。Next, a second embodiment of the manufacturing method according to the present invention for manufacturing this ink jet head will be described with reference to FIG. Here, an example in which the diaphragm 15 is formed of a high-concentration boron diffusion layer will be described. First, as shown in FIG. 1A, the crystal plane orientation (1
The silicon wafer which is the single crystal silicon substrate 33 of 10) is used, and the silicon substrate 33 has a boron concentration of 5 × 10 5.
Boron is diffused so as to have a concentration of 19 / cm 3 or more to form a high-concentration boron diffusion layer 34. Then, the gap spacer portion 2
As the gap spacer material 31 for forming 4, a HTO film, for example, is formed to a thickness of 0.20 μm.
【0040】次いで、同図(b)に示すように、フォト
リソ/エッチング工程によりギャップ17を形成される
部分のギャップスペーサ材料31をエッチングしてギャ
ップスペーサ部24を形成する。このとき、BHFによ
るウェットエッチ又はCHF 3+CF4等によるドライ
エッチにより、ギャップスペーサ材料31を振動板15
(この段階では高濃度ボロン拡散層34である。)に対
して選択的にエッチングすることができる。したがっ
て、このときに形成されるギャップ深さはギャップスペ
ーサ部24の膜厚(ギャップスペーサ材料31の膜厚)
で規定される。Then, as shown in FIG.
The gap 17 is formed by the litho / etching process.
The gap spacer material 31 in the part is etched to form a gap.
The up spacer portion 24 is formed. At this time, according to BHF
Wet etch or CHF Three+ CFFourDry by etc.
By etching, the gap spacer material 31 is moved to the diaphragm 15
(This is the high-concentration boron diffusion layer 34 at this stage.)
Can be selectively etched. According to
The gap depth formed at this time is
Thickness of the sensor portion 24 (thickness of the gap spacer material 31)
Stipulated in.
【0041】その後、同図(c)に示すように、高濃度
ボロン拡散層34の振動板15となる部分の表面及びギ
ャップスペーサ部24の全面にシリコン酸化膜25を常
圧CVD法により成膜する。ここでは、ボロン4.0w
t%程度、燐4.5wt%程度を含むシリコン酸化膜、
いわゆるBPSG膜を0.15μm程度デポする。そし
て、表面荒さの低減,膜中のガス出しのため、高温で絶
縁膜25のデンシファイを行う。ここでは、1050℃
−60min、窒素雰囲気中で行った。Thereafter, as shown in FIG. 6C, a silicon oxide film 25 is formed by atmospheric pressure CVD on the surface of the portion of the high-concentration boron diffusion layer 34 to be the vibration plate 15 and the entire surface of the gap spacer portion 24. To do. Here, Boron 4.0w
a silicon oxide film containing about t% and about 4.5 wt% phosphorus,
A so-called BPSG film is deposited by about 0.15 μm. Then, the insulating film 25 is densified at a high temperature in order to reduce surface roughness and discharge gas in the film. Here, 1050 ℃
It was performed in a nitrogen atmosphere for -60 min.
【0042】次いで、シリコン基板33に対向電極22
が形成された第2基板2を、親水化処理,ギャップスペ
ーサ部24のパターンと個別対向電極22のパターンの
アライメント,密着,熱処理の工程により、直接接合す
る。なお、接合条件は前記第1実施形態と同様とした。
この場合、共通電極側(振動板15側)にギャップスペ
ーサ部24を形成しているため、個別電極22とのアラ
イメントが必要となる。Next, the counter electrode 22 is formed on the silicon substrate 33.
The second substrate 2 on which is formed is directly bonded by the steps of hydrophilic treatment, alignment of the pattern of the gap spacer portion 24 and the pattern of the individual counter electrode 22, adhesion, and heat treatment. The joining conditions were the same as in the first embodiment.
In this case, since the gap spacer portion 24 is formed on the common electrode side (vibration plate 15 side), alignment with the individual electrode 22 is required.
【0043】次いで、図示を省略するが、シリコン基板
33を所定の液室高さに研磨し、アルカリ水溶液(KO
H水溶液等)での異方性エッチングにより加圧液室8及
び振動板15を形成して、ノズルユニット3を接合する
ことでインクジェットヘッドが完成する。Next, although not shown, the silicon substrate 33 is polished to a predetermined liquid chamber height to obtain an alkaline aqueous solution (KO).
An ink jet head is completed by forming the pressurized liquid chamber 8 and the vibrating plate 15 by anisotropic etching with a H aqueous solution or the like) and joining the nozzle unit 3 to each other.
【0044】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の第3実施形態について図7及び図8を参照して説明す
る。なお、図7は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明
図、図8は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図であ
る。このインクジェットヘッドでは、第1基板1の振動
板を個別振動板35に分離し、その上にギャップスペー
サ部24を形成し、ギャップスペーサ部24とその開口
部分、すなわち、個別振動板35のギャップ17に面す
る部分の表面にボロン及び/又は燐を含むシリコン酸化
膜25を形成している。この絶縁膜25は個別振動板の
保護膜としても機能している。Next, a third embodiment of the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. 7 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm. In this inkjet head, the diaphragm of the first substrate 1 is separated into the individual diaphragms 35, and the gap spacer portions 24 are formed on the individual diaphragms 35, and the gap spacer portions 24 and the openings thereof, that is, the gaps 17 of the individual diaphragms 35. A silicon oxide film 25 containing boron and / or phosphorus is formed on the surface of the portion facing the. The insulating film 25 also functions as a protective film for the individual diaphragm.
【0045】また、この実施形態においては、第2基板
42として導電性材料であるシリコン基板を用いている
ので、第2基板42の振動板35に対向する部分が対向
電極43として機能する。なお、第2基板42に絶縁性
基板を用いた場合には、その上に導電性の共通電極とな
る対向電極を別途形成すれば良い。また、導電性基板を
用いた場合であっても、抵抗の関係その他の理由で、別
途対向電極を形成することもできる。In addition, in this embodiment, since the silicon substrate which is a conductive material is used as the second substrate 42, the portion of the second substrate 42 facing the diaphragm 35 functions as the counter electrode 43. When an insulating substrate is used as the second substrate 42, a counter electrode serving as a conductive common electrode may be separately formed on the insulating substrate. In addition, even when a conductive substrate is used, a counter electrode can be separately formed due to resistance and other reasons.
【0046】さらに、図示は省略するが、対向電極を兼
ねる第2基板42上にも保護膜を形成することができ
る。特に、この例のように対向電極を兼ねる第2基板4
2にシリコン基板を用いた場合、それを熱酸化すること
により、絶縁性・欠陥・界面準位等の特性が非常にすぐ
れた熱酸化膜を得ることができる。Further, although not shown, a protective film can be formed on the second substrate 42 which also serves as a counter electrode. In particular, the second substrate 4 also serving as the counter electrode as in this example
When a silicon substrate is used for 2, by thermally oxidizing it, it is possible to obtain a thermal oxide film having very excellent characteristics such as insulation, defects and interface states.
【0047】このように構成した場合にも、振動板35
と対向電極43との間のギャップ長はギャップスペーサ
部24の厚みで一義的に決まり、また振動板35上の保
護膜の厚みもシリコン酸化膜25の厚みで一義的に決ま
るので、高精度のギャップを形成することができ、イン
ク滴吐出特性のバラツキが低減する。また、振動板35
を個別電極とし、対向電極を共通電極としたことから構
成部材が減少し、従ってまた工程数も減少するので、よ
り低コストのインクジェットヘッドが得られる。Even in the case of such a configuration, the diaphragm 35
The gap length between the counter electrode 43 and the counter electrode 43 is uniquely determined by the thickness of the gap spacer portion 24, and the thickness of the protective film on the vibration plate 35 is also uniquely determined by the thickness of the silicon oxide film 25. A gap can be formed, and variations in ink droplet ejection characteristics are reduced. In addition, the diaphragm 35
Since the individual electrodes are used as the individual electrodes and the counter electrodes are used as the common electrodes, the number of constituent members is reduced, and accordingly, the number of steps is also reduced, so that a lower cost inkjet head is obtained.
【0048】次に、このインクジェットヘッドを製造す
る本発明に係る製造方法の第3実施形態について図9を
も参照して説明する。先ず、同図(a)に示すように、
第1基板1として結晶面方位(110)の単結晶シリコ
ン基板51であるシリコンウェハを用い、このシリコン
基板51の表面に0.5μm程度の熱酸化膜52を形成
し、この熱酸化膜52表面にリンがドープされた振動板
材料であるポリシリコンを2.0μm程度成膜し、この
ポリシリコンをフォトリソ/エッチングにより個々の振
動板35に分割する。そして、ギャップスペーサ部24
を形成するためのギャップスペーサ材料31として例え
ばHTO膜を厚さ0.20μmに成膜する。Next, a third embodiment of the manufacturing method according to the present invention for manufacturing this ink jet head will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG.
A silicon wafer, which is a single crystal silicon substrate 51 having a crystal plane orientation (110), is used as the first substrate 1, a thermal oxide film 52 of about 0.5 μm is formed on the surface of the silicon substrate 51, and the surface of the thermal oxide film 52 is formed. Polysilicon, which is a diaphragm material doped with phosphorus, is deposited to a thickness of about 2.0 μm, and the polysilicon is divided into individual diaphragms 35 by photolithography / etching. Then, the gap spacer portion 24
For example, an HTO film is formed to a thickness of 0.20 μm as the gap spacer material 31 for forming the.
【0049】次いで、同図(b)に示すように、フォト
リソ/エッチング工程によりギャップ17を形成される
部分のギャップスペーサ材料31をエッチングしてギャ
ップスペーサ部24を形成する。このとき、BHFによ
るウェットエッチ又はCHF 3+CF4等によるドライ
エッチにより、ギャップスペーサ材料31を振動板35
に対して選択的にエッチングすることができる。したが
って、このときに形成されるギャップ深さはギャップス
ペーサ部24の膜厚(ギャップスペーサ材料31の膜
厚)で規定される。Then, as shown in FIG.
The gap 17 is formed by the litho / etching process.
The gap spacer material 31 in the part is etched to form a gap.
The up spacer portion 24 is formed. At this time, according to BHF
Wet etch or CHF Three+ CFFourDry by etc.
By etching, the gap spacer material 31 is moved to the diaphragm 35.
Can be selectively etched with respect to. But
The gap depth formed at this time is
Thickness of the pacer portion 24 (film of gap spacer material 31
Thickness).
【0050】その後、同図(c)に示すように、振動板
35の表面及びギャップスペーサ部24の全面にシリコ
ン酸化膜25を常圧CVD法により成膜する。ここで
は、ボロン4.0wt%程度、燐4.5wt%程度を含
むシリコン酸化膜、いわゆるBPSG膜を0.15μm
程度デポする。そして、表面荒さの低減,膜中のガス出
しのため、高温で絶縁膜25のデンシファイを行う。こ
こでは、1050℃−60min、窒素雰囲気中で行った。Thereafter, as shown in FIG. 7C, a silicon oxide film 25 is formed on the surface of the diaphragm 35 and the entire surface of the gap spacer portion 24 by the atmospheric pressure CVD method. Here, a silicon oxide film containing about 4.0 wt% of boron and about 4.5 wt% of phosphorus, a so-called BPSG film, is formed by 0.15 μm.
Depot about. Then, the insulating film 25 is densified at a high temperature in order to reduce surface roughness and discharge gas in the film. Here, it was performed in a nitrogen atmosphere at 1050 ° C. for 60 minutes.
【0051】次いで、シリコン基板53に対向電極とな
る第2基板42を、親水化処理,密着,熱処理の工程に
より、直接接合する。なお、接合条件は、親水化処理;
硫酸+過酸化水素水、水洗、アンモニア+過酸化水素水、
水洗、熱処理;1000℃,60min,窒素雰囲気中と
した。この場合、個別電極側(振動板35側)にギャッ
プスペーサ部24を形成しているため、振動板35との
アライメント精度はそれほど厳しくない。Then, the second substrate 42, which will be the counter electrode, is directly bonded to the silicon substrate 53 by the steps of hydrophilic treatment, adhesion and heat treatment. The bonding conditions are hydrophilic treatment;
Sulfuric acid + hydrogen peroxide solution, washed with water, ammonia + hydrogen peroxide solution,
Washing with water, heat treatment; 1000 ° C., 60 minutes, nitrogen atmosphere. In this case, since the gap spacer portion 24 is formed on the individual electrode side (vibration plate 35 side), the alignment accuracy with the vibration plate 35 is not so severe.
【0052】次いで、図示を省略するが、シリコン基板
53を所定の液室高さに研磨し、アルカリ水溶液(KO
H水溶液等)での異方性エッチングにより加圧液室8及
び振動板35を形成して、ノズルユニット3を接合する
ことでインクジェットヘッドが完成する。Next, although not shown in the figure, the silicon substrate 53 is polished to a predetermined liquid chamber height to obtain an alkaline aqueous solution (KO).
An ink jet head is completed by forming the pressurized liquid chamber 8 and the vibrating plate 35 by anisotropic etching with an H aqueous solution or the like) and joining the nozzle unit 3 to each other.
【0053】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の第4実施形態について図10及び図11を参照して説
明する。なお、図10は同ヘッドの振動板長手方向の断
面説明図、図11は同ヘッドの振動板短手方向の断面説
明図である。このインクジェットヘッドは、第1実施形
態のインクジェットヘッドと同様に電極22(電極部材
23)上にギャップスペーサ部24を形成し、これらの
ギャップスペーサ部24及び電極22上にボロン及びリ
ンを含まない絶縁膜26を介してボロン及び/又はリン
を含むシリコン酸化膜25を形成している。Next, a fourth embodiment of the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm. In this inkjet head, the gap spacer portion 24 is formed on the electrode 22 (electrode member 23) similarly to the inkjet head of the first embodiment, and the gap spacer portion 24 and the electrode 22 are insulated not containing boron and phosphorus. The silicon oxide film 25 containing boron and / or phosphorus is formed through the film 26.
【0054】ここで、絶縁膜26としてはシリコン窒化
膜を用いている。シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜よ
りも高誘電率であることからより低電圧駆動が可能にな
る。また、シリコン窒化膜は緻密であることから比較的
薄い膜厚であっても、電極の保護効果が得られる。Here, a silicon nitride film is used as the insulating film 26. Since the silicon nitride film has a higher dielectric constant than the silicon oxide film, it can be driven at a lower voltage. Further, since the silicon nitride film is dense, the electrode protecting effect can be obtained even if the film thickness is comparatively thin.
【0055】また、図示は省略するが、振動板15表面
にも保護膜を形成することも可能である。とくに振動板
15を単結晶シリコン基板とした場合、それを熱酸化す
ることにより、絶縁性・欠陥・界面準位等の特性が非常
にすぐれた熱酸化膜を得ることができる。Although not shown, it is also possible to form a protective film on the surface of the diaphragm 15. In particular, when the diaphragm 15 is a single crystal silicon substrate, thermal oxidation of the single crystal silicon substrate makes it possible to obtain a thermal oxide film having excellent properties such as insulation, defects, and interface states.
【0056】このように異なる膜を積層することによ
り、より高性能のインクジェットヘッドを得ることがで
きる。そして、前記実施形態と同様に、振動板15と対
向電極22との間のギャップ長はギャップスペーサ部2
4の厚みで一義的に決まり、また対向電極22上の保護
膜の厚みも絶縁膜26とシリコン酸化膜25の厚みで一
義的に決まるので、高精度のギャップを形成することが
でき、インク滴吐出特性のバラツキが低減する。By stacking different films in this way, a higher performance ink jet head can be obtained. Then, as in the above-described embodiment, the gap length between the vibration plate 15 and the counter electrode 22 is determined by the gap spacer portion 2.
4 is uniquely determined, and the thickness of the protective film on the counter electrode 22 is also uniquely determined by the thicknesses of the insulating film 26 and the silicon oxide film 25. Therefore, a highly accurate gap can be formed, and the ink droplets can be formed. Variations in ejection characteristics are reduced.
【0057】次に、このインクジェットヘッドを製造す
る本発明に係る製造方法の第4実施形態について図12
をも参照して説明する。同図(a)に示すように、支持
基板としての第2基板2としてシリコンウェハを用い、
絶縁膜21として1.0μm程度の酸化膜を熱酸化によ
り形成する。その後、電極部材23としてWSi(厚み
0.20μm)/poly−Si(厚み0.15μm,
リンドープ)の積層膜を成膜しフォトリソ/エッチング
により個別の対向電極22に分離する。続いて、ギャッ
プスペーサ部24を形成するためのギャップスペーサ材
料31(ここではHTO膜)を厚さ0.20μmに成膜
する。Next, FIG. 12 shows the fourth embodiment of the manufacturing method according to the present invention for manufacturing this ink jet head.
The explanation will also be given with reference to As shown in FIG. 3A, a silicon wafer is used as the second substrate 2 as a supporting substrate,
As the insulating film 21, an oxide film of about 1.0 μm is formed by thermal oxidation. After that, as the electrode member 23, WSi (thickness 0.20 μm) / poly-Si (thickness 0.15 μm,
A phosphorus-doped) laminated film is formed and separated into individual counter electrodes 22 by photolithography / etching. Then, a gap spacer material 31 (here, an HTO film) for forming the gap spacer portion 24 is formed to a thickness of 0.20 μm.
【0058】ここで、CMP(Chemical Mechanical
Polishing)により、ギャップスペーサ材料31の表面
荒さを小さくすることも可能である。CMP工程の必要
性は、この時点でのギャップスペーサ材料31の表面荒
さと後工程で成膜する絶縁膜25の厚さ・フロー性等に
より決まり、材料の種類・形成条件・厚み等により必要
な場合もあれば不要な場合もある。この実施形態ではC
MP工程は省略している。Here, CMP (Chemical Mechanical)
It is also possible to reduce the surface roughness of the gap spacer material 31 by Polishing). The necessity of the CMP step is determined by the surface roughness of the gap spacer material 31 at this point and the thickness / flowability of the insulating film 25 formed in the subsequent step. In some cases, it may not be necessary. In this embodiment, C
The MP process is omitted.
【0059】次いで、同図(b)に示すように、フォト
リソ/エッチング工程によりギャップ17を形成される
部分のギャップスペーサ材料31をエッチングしてギャ
ップスペーサ部24を形成する。このとき、BHFによ
るウェットエッチ又はCHF 3+CF4等によるドライ
エッチにより、ギャップスペーサ材料31を対向電極2
2に対して選択的にエッチングすることができる。した
がって、このときに形成されるギャップ深さはギャップ
スペーサ部24の膜厚(ギャップスペーサ材料31の膜
厚)で規定される。Then, as shown in FIG.
The gap 17 is formed by the litho / etching process.
The gap spacer material 31 in the part is etched to form a gap.
The up spacer portion 24 is formed. At this time, according to BHF
Wet etch or CHF Three+ CFFourDry by etc.
By etching, the gap spacer material 31 is applied to the counter electrode 2
It can be etched selectively with respect to 2. did
Therefore, the gap depth formed at this time is the gap
Thickness of the spacer portion 24 (film of the gap spacer material 31
Thickness).
【0060】その後、同図(c)に示すように、対向電
極22表面及びギャップスペーサ部24の全面に絶縁膜
26としてのシリコン窒化膜を減圧CVD法により約
0.05μmの厚みで成膜し、この絶縁膜26上にシリ
コン酸化膜25を常圧CVD法により0.05μmの厚
みで成膜する。そして、表面荒さの低減,膜中のガス出
しのため、高温でデンシファイを行う。ここでは、10
50℃−60min、窒素雰囲気中で行った。Thereafter, as shown in FIG. 7C, a silicon nitride film as an insulating film 26 is formed on the surface of the counter electrode 22 and the entire surface of the gap spacer portion 24 by the low pressure CVD method to a thickness of about 0.05 μm. A silicon oxide film 25 is formed on the insulating film 26 by atmospheric pressure CVD to a thickness of 0.05 μm. Then, densification is performed at a high temperature in order to reduce the surface roughness and release gas in the film. Here, 10
It was carried out at 50 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere.
【0061】そして、同図(d)に示すように、第2基
板2上に液室8、振動板15等を形成する第1基板1と
なる例えばSOI基板、高濃度ボロン拡散層を形成した
単結晶シリコン基板などのシリコン基板32を、親水化
処理,密着,熱処理の工程により接合する。Then, as shown in FIG. 7D, for example, an SOI substrate to be the first substrate 1 for forming the liquid chamber 8, the vibration plate 15 and the like, and a high concentration boron diffusion layer are formed on the second substrate 2. A silicon substrate 32 such as a single crystal silicon substrate is bonded by the steps of hydrophilic treatment, adhesion and heat treatment.
【0062】ここでは、親水化処理;硫酸+過酸化水素
水、水洗、アンモニア+過酸化水素水、水洗熱処理;1
000℃,60min,窒素雰囲気中の条件で接合を行っ
た。Here, hydrophilization treatment: sulfuric acid + hydrogen peroxide water, water washing, ammonia + hydrogen peroxide water, water washing heat treatment; 1
Bonding was performed at 000 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere.
【0063】次いで、図示を省略するが、シリコン基板
32をアルカリ水溶液(KOH水溶液等)での異方性エ
ッチングにより加圧液室8及び振動板15を形成、ノズ
ルユニット3を接合することでインクジェットヘッドが
完成する。Next, although not shown, the silicon substrate 32 is anisotropically etched with an alkaline aqueous solution (KOH aqueous solution or the like) to form the pressurized liquid chamber 8 and the vibrating plate 15, and the nozzle unit 3 is joined to form an ink jet. The head is completed.
【0064】なお、上記各実施形態においては、振動板
の変位方向にインク滴が吐出するように形成したサイド
シュータ方式のヘッドで説明したが、振動板の変位方向
と交差する方向にインク滴が吐出するように形成したエ
ッジシュータ方式のヘッドにも同様に適用できる。ま
た、本発明は、インク滴を吐出するものに限らず、液体
レジストなどの液滴を吐出するものなどにも適用でき
る。In each of the above-described embodiments, the side shooter type head formed so that the ink droplets are ejected in the displacement direction of the vibration plate has been described. However, the ink droplets are generated in the direction intersecting the displacement direction of the vibration plate. The same applies to an edge shooter type head formed so as to eject ink. The present invention is not limited to ejecting ink droplets, but can be applied to ejecting droplets of liquid resist or the like.
【0065】さらに、本発明の実施形態で説明した振動
板と電極とから構成される静電アクチュエータは、イン
クジェットヘッドに限らず、マイクロ静電ポンプ、マイ
クロリレー、光スイッチ、マイクロスイッチ(マイクロ
リレー)、マルチ光学レンズのアクチュエータなどにも
用いることができる。Further, the electrostatic actuator composed of the vibration plate and the electrodes described in the embodiments of the present invention is not limited to the ink jet head, but is also a micro electrostatic pump, a micro relay, an optical switch, a micro switch (micro relay). It can also be used as an actuator for a multi-optical lens.
【0066】[0066]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、対向電極若しくは対向電極
材料上に振動板とのギャップを形成するギャップスペー
サ部を設け、このギャプスペーサ部及び対向電極表面に
ボロン及び/又は燐を含むシリコン酸化膜を形成したの
で、ギャップのバラツキが低減してインク滴吐出特性の
バラツキが低減する。As described above, according to the ink jet head of the present invention, the gap spacer portion forming the gap with the diaphragm is provided on the counter electrode or the counter electrode material, and the gap spacer portion and the counter electrode are provided. Since the silicon oxide film containing boron and / or phosphorus is formed on the surface, the variation in the gap is reduced and the variation in the ink droplet ejection characteristics is reduced.
【0067】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、振動板若しくは振動板材料上に対向電極とのギャッ
プを形成するギャップスペーサ部を設け、このギャプス
ペーサ部及び振動板表面にボロン及び/又は燐を含むシ
リコン酸化膜を形成したので、ギャップのバラツキが低
減してインク滴吐出特性のバラツキを低減する。According to the ink jet head of the present invention, the gap spacer portion for forming the gap with the counter electrode is provided on the diaphragm or the diaphragm material, and the gap spacer portion and the diaphragm surface are filled with boron and / or phosphorus. Since the containing silicon oxide film is formed, the variation in the gap is reduced and the variation in the ink droplet ejection characteristics is also reduced.
【0068】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、対向電極若しくは対向電極材料上に振動板とのギャ
ップを形成するギャップスペーサ部を設け、このギャプ
スペーサ部及び対向電極表面にボロン及び/又は燐を含
むシリコン酸化膜と絶縁膜との積層膜を形成したので、
ギャップのバラツキが低減してインク滴吐出特性のバラ
ツキを低減するとともに、より高性能化を図れる。According to the ink jet head of the present invention, the gap spacer portion for forming a gap with the diaphragm is provided on the counter electrode or the counter electrode material, and boron and / or phosphorus is provided on the gap spacer portion and the counter electrode surface. Since the laminated film of the silicon oxide film containing and the insulating film is formed,
Variations in the gap are reduced, variations in ink droplet ejection characteristics are reduced, and higher performance is achieved.
【0069】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、振動板若しくは振動板材料上に対向電極とのギャッ
プを形成するギャップスペーサ部を設け、このギャプス
ペーサ部及び振動板表面にボロン及び/又は燐を含むシ
リコン酸化膜と絶縁膜との積層膜を形成したので、ギャ
ップのバラツキが低減してインク滴吐出特性のバラツキ
を低減するとともに、より高性能化を図れる。According to the ink jet head of the present invention, the gap spacer portion forming the gap with the counter electrode is provided on the diaphragm or the diaphragm material, and the gap spacer portion and the diaphragm surface are filled with boron and / or phosphorus. Since the laminated film of the silicon oxide film containing the insulating film and the insulating film is formed, the variation in the gap is reduced, the variation in the ink droplet ejection characteristics is reduced, and the performance is further improved.
【0070】これらの本発明に係るインクジェットヘッ
ドにおいて、振動板及び対向電極のいずれか一方を共通
電極とし、他方を個別電極として、個別電極側にギャッ
プスペーサ部を形成することで、振動板と対向電極との
アライメントが不要になって低コスト化を図れる。ま
た、振動板を個別電極とすることで、部品点数、工程数
を減らすことができて低コスト化を図れる。In these ink jet heads according to the present invention, one of the vibrating plate and the counter electrode is used as a common electrode and the other is used as an individual electrode, and a gap spacer portion is formed on the individual electrode side to oppose the vibrating plate. Alignment with the electrodes is not required, and the cost can be reduced. Further, by using the diaphragm as an individual electrode, it is possible to reduce the number of parts and the number of steps, and to reduce the cost.
【0071】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法によれば、振動板又は対向電極上にギャップスペー
サ部となる材料を成膜する工程と、ギャップスペーサと
なる材料を振動板又は対向電極と選択的にエッチングし
てギャップを形成する工程を経た後、ボロン及び/又は
燐を含むシリコン酸化膜を成膜する構成としたので、振
動板又は対向電極をエッチングストップとしてギャップ
スペーサ部のみを選択的にエッチングでき、高精度に本
発明に係るインクジェットヘッドを製造できる。According to the method of manufacturing an ink jet head of the present invention, the step of forming a material for the gap spacer portion on the diaphragm or the counter electrode, and the material for the gap spacer selectively with the diaphragm or the counter electrode. Since the silicon oxide film containing boron and / or phosphorus is formed after the step of etching to form a gap, the gap spacer portion is selectively etched using the diaphragm or the counter electrode as an etching stop. Therefore, the inkjet head according to the present invention can be manufactured with high accuracy.
【図1】本発明の第1実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの振動板長手方向の断面説明図FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view in a longitudinal direction of a diaphragm of an inkjet head according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm.
【図3】本発明の第1実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの製造方法を説明する断面説明図FIG. 3 is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a method of manufacturing the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの振動板長手方向の断面説明図FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view in the longitudinal direction of the diaphragm of the inkjet head according to the second embodiment of the present invention.
【図5】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view of the same head in the lateral direction of the diaphragm.
【図6】本発明の第2実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの製造方法を説明する断面説明図FIG. 6 is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a method of manufacturing an inkjet head according to a second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの振動板長手方向の断面説明図FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view in the longitudinal direction of the diaphragm of the inkjet head according to the third embodiment of the present invention.
【図8】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of the same head in the lateral direction of the diaphragm.
【図9】本発明の第3実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの製造方法を説明する断面説明図FIG. 9 is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a method of manufacturing an inkjet head according to a third embodiment of the invention.
【図10】本発明の第4実施形態に係るインクジェット
ヘッドの振動板長手方向の断面説明図FIG. 10 is an explanatory cross-sectional view in the longitudinal direction of the diaphragm of the inkjet head according to the fourth embodiment of the present invention.
【図11】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view of the same head in the lateral direction of the diaphragm.
【図12】本発明の第4実施形態に係るインクジェット
ヘッドの製造方法を説明する断面説明図FIG. 12 is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a method of manufacturing an inkjet head according to a fourth embodiment of the present invention.
1…第1基板、2…第2基板、8…液室、15…振動
板、17…ギャップ、21…絶縁膜、22…対向電極、
24…ギャップスペーサ部、25…シリコン酸化膜、2
6…絶縁膜。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st substrate, 2 ... 2nd substrate, 8 ... Liquid chamber, 15 ... Vibration plate, 17 ... Gap, 21 ... Insulating film, 22 ... Counter electrode,
24 ... Gap spacer part, 25 ... Silicon oxide film, 2
6 ... Insulating film.
Claims (7)
ルが連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動
板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドにおいて、前記対向電極若
しくは対向電極材料上に前記振動板とのギャップを形成
するギャップスペーサ部を設け、このギャプスペーサ部
及び前記対向電極表面にボロン及び/又は燐を含むシリ
コン酸化膜を形成したことを特徴とするインクジェット
ヘッド。1. A vibrating plate comprising: a nozzle for ejecting ink droplets; a liquid chamber communicating with the nozzle; a vibrating plate forming a wall surface of the liquid chamber; and a counter electrode facing the vibrating plate. In an ink jet head that deforms ink with electrostatic force to eject ink droplets from the nozzles, a gap spacer portion that forms a gap with the diaphragm is provided on the counter electrode or counter electrode material, and the gap spacer portion and the counter electrode An inkjet head comprising a silicon oxide film containing boron and / or phosphorus formed on the electrode surface.
ルが連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動
板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板若し
くは振動板材料上に前記対向電極とのギャップを形成す
るギャップスペーサ部を設け、このギャプスペーサ部及
び前記振動板表面にボロン及び/又は燐を含むシリコン
酸化膜を形成したことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。2. A vibrating plate comprising: a nozzle for ejecting ink droplets; a liquid chamber communicating with the nozzle; a vibrating plate forming a wall surface of the liquid chamber; and a counter electrode facing the vibrating plate. In an ink jet head that deforms ink by electrostatic force to eject ink droplets from the nozzles, a gap spacer portion that forms a gap with the counter electrode is provided on the vibration plate or the vibration plate material. An ink jet head, characterized in that a silicon oxide film containing boron and / or phosphorus is formed on the surface of the plate.
ルが連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動
板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドにおいて、前記対向電極若
しくは対向電極材料上に前記振動板とのギャップを形成
するギャップスペーサ部を設け、このギャプスペーサ部
及び前記対向電極表面にボロン及び/又は燐を含むシリ
コン酸化膜と絶縁膜との積層膜を形成したことを特徴と
するインクジェットヘッド。3. A vibrating plate comprising: a nozzle for ejecting ink droplets; a liquid chamber communicating with the nozzle; a vibrating plate forming a wall surface of the liquid chamber; and a counter electrode facing the vibrating plate. In an ink jet head that deforms ink with electrostatic force to eject ink droplets from the nozzles, a gap spacer portion that forms a gap with the diaphragm is provided on the counter electrode or counter electrode material, and the gap spacer portion and the counter electrode An inkjet head comprising a laminated film of a silicon oxide film containing boron and / or phosphorus and an insulating film formed on an electrode surface.
ルが連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動
板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板若し
くは振動板材料上に前記対向電極とのギャップを形成す
るギャップスペーサ部を設け、このギャプスペーサ部及
び前記振動板表面にボロン及び/又は燐を含むシリコン
酸化膜と絶縁膜との積層膜を形成したことを特徴とする
インクジェットヘッド。4. A vibrating plate comprising: a nozzle for ejecting ink droplets; a liquid chamber communicating with the nozzle; a vibrating plate forming a wall surface of the liquid chamber; and a counter electrode facing the vibrating plate. In an ink jet head that deforms ink by electrostatic force to eject ink droplets from the nozzles, a gap spacer portion that forms a gap with the counter electrode is provided on the vibration plate or the vibration plate material. An inkjet head comprising a laminated film of a silicon oxide film containing boron and / or phosphorus and an insulating film formed on a plate surface.
クジェットヘッドにおいて、前記振動板及び対向電極の
いずれか一方を共通電極とし、他方を個別電極として、
個別電極側にギャップスペーサ部を形成したことを特徴
とするインクジェットヘッド。5. The inkjet head according to claim 1, wherein one of the diaphragm and the counter electrode is a common electrode, and the other is an individual electrode.
An ink jet head having a gap spacer portion formed on the individual electrode side.
クジェットヘッドにおいて、前記振動板を個別電極とし
たことを特徴とするインクジェットヘッド。6. The inkjet head according to claim 1, wherein the vibrating plate is an individual electrode.
クジェットヘッドを製造する製造方法であって、前記振
動板又は対向電極上にギャップスペーサ部となる材料を
成膜する工程と、前記ギャップスペーサとなる材料を前
記振動板又は対向電極と選択的にエッチングしてギャッ
プを形成する工程を経た後、前記ボロン及び/又は燐を
含むシリコン酸化膜を成膜することを特徴とするインク
ジェットヘッドの製造方法。7. The manufacturing method for manufacturing an inkjet head according to claim 1, wherein a step of forming a material for a gap spacer portion on the diaphragm or the counter electrode, and the gap. An inkjet head characterized in that a silicon oxide film containing boron and / or phosphorus is formed after a step of selectively etching a material to be a spacer with the vibration plate or the counter electrode to form a gap. Production method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001196594A JP2003011359A (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Ink jet head and its manufacturing method |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006159616A (en) * | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Canon Inc | Inkjet recording head |
US7766456B2 (en) | 2006-06-12 | 2010-08-03 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, liquid droplet discharging head, methods for manufacturing them, and liquid droplet discharging apparatus |
-
2001
- 2001-06-28 JP JP2001196594A patent/JP2003011359A/en active Pending
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