JP2000203023A - Electrostatic actuator, manufacture thereof and ink jet head - Google Patents

Electrostatic actuator, manufacture thereof and ink jet head

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JP2000203023A
JP2000203023A JP1029399A JP1029399A JP2000203023A JP 2000203023 A JP2000203023 A JP 2000203023A JP 1029399 A JP1029399 A JP 1029399A JP 1029399 A JP1029399 A JP 1029399A JP 2000203023 A JP2000203023 A JP 2000203023A
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diaphragm
silicon
oxide film
electrode
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Kaihei Itsushiki
海平 一色
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Ricoh Co Ltd
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    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14314Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive electrostatic actuator, and a manufacturing method thereof, in which high density can be realized. SOLUTION: A diaphragm substrate 1 and an electrode substrate 2 are bonded directly without using any adhesive and a silicon oxide 9 for forming a gap is provided on the diaphragm substrate 1 side. Alternatively, a silicon oxide of having a thickness becoming a gap is formed by thermal oxidation on a silicon wafer where impurities are implanted heavily to the diaphragm substrate 1 on the side being bonded to the electrode substrate 2 and then it is patterned into a desired shape before being bonded to the electrode substrate 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は静電型アクチュエータ及
びその製造方法並びにインクジェットヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic actuator, a method of manufacturing the same, and an ink jet head.

【0002】[0002]

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録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は、インク滴を吐出
するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室(液
室、圧力室、加圧液室、インク流路等とも称される。)
と、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生
するエネルギー発生手段(アクチュエータ)とを備え
て、アクチュエータを駆動することで吐出室内インクを
加圧してノズル孔からインク滴を吐出させるものであ
り、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク
・オン・デマンド方式のものが主流である。そして、イ
ンク滴(記録液体)の発生方法及び飛翔方向を制御する
ための制御方法により、幾つかの方式に大別される。
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, a copying apparatus, etc. has a nozzle hole for discharging ink droplets and a discharge chamber (liquid chamber, pressure chamber) communicating with the nozzle hole. Chamber, pressurized liquid chamber, ink channel, etc.)
And an energy generating means (actuator) for generating energy for pressurizing the ink in the discharge chamber, and driving the actuator to pressurize the ink in the discharge chamber to discharge ink droplets from the nozzle holes. The ink-on-demand type that ejects ink droplets only when recording is necessary is the mainstream. The method is roughly classified into several methods according to a method of generating ink droplets (recording liquid) and a control method for controlling a flying direction.

【0003】ここで、静電型アクチュエータを用いるイ
ンクジェットヘッドとして、例えば、特開平4−522
14号公報、特開平3−293141号公報などに記載
されているように、シリコン基板からなる第1の基板
(振動板基板)にエッチングによって液室とこの液室の
一壁面を形成する振動板とを形成し、この第1の基板の
下側に電極を形成した第2の基板(電極基板)を配置し
て、振動板に所定ギャップを置いて電極を対向させるこ
とで静電型アクチュエータを構成し、このアクチュエー
タの振動板と電極間に電圧を印加することで、静電力に
よって振動板を撓ませて液室の内容積を変化させて液室
に連通するノズルからインク滴を吐出させるものが知ら
れている。
Here, as an ink jet head using an electrostatic actuator, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-522
No. 14, JP-A-3-293141, etc., a diaphragm which forms a liquid chamber and one wall surface of this liquid chamber by etching a first substrate (diaphragm substrate) made of a silicon substrate Is formed, and a second substrate (electrode substrate) on which electrodes are formed is disposed below the first substrate, and the electrodes are opposed to each other with a predetermined gap between the diaphragm and the electrostatic actuator. By applying a voltage between the diaphragm and the electrodes of this actuator, the diaphragm is flexed by electrostatic force to change the internal volume of the liquid chamber and eject ink droplets from nozzles communicating with the liquid chamber. It has been known.

【0004】このような静電型アクチュエータを用いた
インクジェットヘッドにおいては、静電力を利用するた
めのギャップ精度が重要である。特に高精細な画像を得
るためのインクジェットヘッドを製作する場合、高密度
のドットを実現しなくてはならず、振動板として使える
ピッチも小さくなる。そして、振動板の大きさが小さく
なると、振動板を変形させるための大きな力が必要にな
り、静電型アクチュエータで大きな力を発生させるに
は、振動板と電極との間に与える駆動電圧を大きくして
電界を強くするか、ギャップを小さくして電界を強くす
るしか方法がない。
[0004] In an ink jet head using such an electrostatic actuator, gap accuracy for utilizing electrostatic force is important. In particular, when manufacturing an ink jet head for obtaining a high-definition image, high-density dots must be realized, and the pitch that can be used as a diaphragm is reduced. When the size of the diaphragm is reduced, a large force for deforming the diaphragm is required. To generate a large force by the electrostatic actuator, a driving voltage applied between the diaphragm and the electrode is required. There is no alternative but to increase the electric field by increasing it or to increase the electric field by reducing the gap.

【0005】この場合、駆動電圧を大きくすることは、
ドライブ回路が高価になり、場合によっては汎用品が利
用できず、一層のコスト高を招くことになると共に、消
費電力が増大するなど問題が多くなることから、印加電
圧(駆動電圧)を大きくせずにギャップを精度良くコン
トロールし、より小さなギャップでアクチュエータを駆
動することが望まれる。
In this case, increasing the driving voltage requires
The drive circuit becomes expensive, and in some cases, general-purpose products cannot be used, which leads to higher costs and more problems such as an increase in power consumption. It is desired to control the gap with high precision and drive the actuator with a smaller gap.

【0006】ところが、例えば150dpiを上回るよう
な高密度のインクジェットヘッドを製作するには、振動
板と電極とのギャップを1μm以下にしなくてはならな
い。また、振動板の駆動方式として非当接駆動、すなわ
ち、振動板と電極とが当接しない状態で振動板を駆動す
る方式を採用したときには、振動板の変形で振動板と電
極が接触しないように製作しなければならない。このよ
うに高精度のギャップを形成するには、LSI等の半導
体製造技術を用いることが好ましい。
However, in order to manufacture a high-density ink-jet head exceeding 150 dpi, for example, the gap between the diaphragm and the electrode must be 1 μm or less. In addition, when a non-contact drive, that is, a method in which the diaphragm is driven in a state where the diaphragm and the electrode do not contact each other is adopted as a driving method of the diaphragm, the diaphragm and the electrode do not contact due to deformation of the diaphragm. Must be manufactured. In order to form such a high-precision gap, it is preferable to use a semiconductor manufacturing technique such as LSI.

【0007】この場合、ギャップコントロールをする上
で電極基板と振動板基板との接合方法が重要になる。す
なわち、半導体製造技術を用いて精度良く電極基板や、
振動板を製造したとしても、その接合でギャップ精度が
狂ってしまっては高密度インクジェットヘッドを実用化
することができない。そこで、シリコン基板を用いて直
接接合することが知られている。
In this case, a method of bonding the electrode substrate and the diaphragm substrate becomes important in controlling the gap. That is, using a semiconductor manufacturing technology, the electrode substrate and
Even if a diaphragm is manufactured, a high-density ink-jet head cannot be put to practical use if the gap accuracy is deviated by the joining. Therefore, it is known to perform direct bonding using a silicon substrate.

【0008】この直接接合は、基板表面に親水化処理を
施した後、両基板を静かに張り合わせ、熱処理を加える
ことで両基板を接合するものである。この直接接合は特
殊な処理を施すわけではないので、その基板の持つ表面
性が非常に重要である。例えば、表面粗さや、表面のウ
ネリなどは、接合性に大きな影響を及ぼし、一般には、
表面粗さが15nm程度以上あると接合性が悪くなると
されている(例えば、応用物理 第60巻第8(199
1)P.790)。
In this direct bonding, after the surfaces of the substrates are subjected to a hydrophilization treatment, the two substrates are gently bonded to each other and heat-treated to bond the two substrates. Since the direct bonding does not require any special treatment, the surface properties of the substrate are very important. For example, surface roughness, surface undulations, etc. have a large effect on bondability, and in general,
It is said that if the surface roughness is about 15 nm or more, the bondability deteriorates (for example, Applied Physics Vol. 60, No. 8 (199).
1) P.I. 790).

【0009】つまり、シリコン基板の直接接合を行なう
場合、接合面を荒らしてしまうようなプロセスであって
はいけない。しかしながら、半導体製造プロセスでは、
その工程中にイオン注入や、フォトレジストのアッシン
グ工程、化学薬品による洗浄、エッチングなど、接合表
面を荒らしてしまう可能性のある工程が繰り返されるた
め、プロセス設計が重要になる。
That is, when performing direct bonding of silicon substrates, the process must not be such that the bonding surface is roughened. However, in the semiconductor manufacturing process,
During this process, processes that may damage the bonding surface, such as ion implantation, photoresist ashing, cleaning with chemicals, and etching, are repeated, so that process design becomes important.

【0010】そのため、例えば、特開平5−50601
号公報、特開平6−71882号公報に記載されている
ように、シリコン基板に異方性エッチングを施して電極
溝を形成し、陽極接合によって振動板基板と電極基板を
接合する方法が行われている。陽極接合は、300〜4
50℃程度に加熱した環境下で、接合すべき基板間に数
百ボルトの電圧を印加して接合するものである。
[0010] Therefore, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-50601
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-71882, a method is used in which anisotropic etching is performed on a silicon substrate to form an electrode groove, and the diaphragm substrate and the electrode substrate are joined by anodic bonding. ing. Anodic bonding is 300-4
In an environment heated to about 50 ° C., a voltage of several hundred volts is applied between substrates to be bonded to perform bonding.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うに振動板と電極基板とを陽極接合で接合する場合に
は、接合拡散層の形成された半導体基板に高温下で電圧
を印加するとジヤンクションが破壊されてしまう懸念
や、一方の基板がほぼガラス基板に限定されてしまうな
どの問題がある。基板がガラスに限定されてしまうと、
加工精度の問題から、微少なギャップの形成が困難にな
る。
However, when the diaphragm and the electrode substrate are bonded by anodic bonding as described above, when a voltage is applied at a high temperature to the semiconductor substrate on which the bonding diffusion layer is formed, a junction is generated. There is a problem that the substrate is destroyed, or one of the substrates is almost limited to a glass substrate. If the substrate is limited to glass,
Due to the problem of processing accuracy, it is difficult to form a minute gap.

【0012】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、安価で高密度化が可能な静電型アクチュエータ及
びその製造方法並びにインクジェットヘッドを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide an inexpensive and high-density electrostatic actuator, a method of manufacturing the same, and an ink jet head.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1の静電型アクチュエータは、振動板を形成
した振動板基板と、個別電極を形成した電極基板とを絶
縁膜となるシリコン酸化膜によってギャップを形成して
接合し、前記電極と振動板との間に電圧を印加すること
で前記振動板が変形する静電型アクチュエータにおい
て、前記振動板基板と電極基板とを接着剤を用いないで
直接接合し、且つ前記ギャップを形成するためのシリコ
ン酸化膜を前記振動板基板側に設けた構成とした。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electrostatic actuator in which a diaphragm substrate on which a diaphragm is formed and an electrode substrate on which individual electrodes are formed are formed as insulating films. In an electrostatic actuator in which a gap is formed by a silicon oxide film and joined, and the diaphragm is deformed by applying a voltage between the electrode and the diaphragm, the diaphragm substrate and the electrode substrate are bonded with an adhesive. And a silicon oxide film for forming the gap is provided on the diaphragm substrate side.

【0014】請求項2の静電型アクチュエータの製造方
法は、上記請求項1の静電型アクチュエータを製造する
静電型アクチュエータの製造方法において、前記振動板
基板に半導体基板の前記電極基板の接合面側に高濃度の
不純物が注入されたシリコンウエハを用いて、このシリ
コンウエハに熱酸化によって前記ギャップとなる厚さの
シリコン酸化膜を形成した後、接合面側のシリコン酸化
膜を所望の形状にパターニングして前記電極基板と接合
する構成とした。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, further comprising joining the electrode substrate of a semiconductor substrate to the diaphragm substrate. A silicon oxide film having a thickness corresponding to the gap is formed on the silicon wafer by thermal oxidation using a silicon wafer into which high-concentration impurities are implanted on the surface side, and then the silicon oxide film on the bonding surface side has a desired shape. And bonded to the electrode substrate.

【0015】請求項3の静電型アクチュエータの製造方
法は、上記請求項1の静電型アクチュエータをする静電
型アクチュエータの製造方法において、前記振動板基板
にSOI構造を持つ半導体基板を用いて、この半導体基
板の前記電極基板との接合面側に、熱酸化法によってア
クチュエータの必要ギャップとなる厚さのシリコン酸化
膜を形成した後、接合面側のシリコン酸化膜を所望の形
状にパターニングし、前記電極基板と接合する構成とし
た。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, wherein a semiconductor substrate having an SOI structure is used as the diaphragm substrate. After forming a silicon oxide film having a thickness corresponding to a required gap of the actuator by a thermal oxidation method on a bonding surface side of the semiconductor substrate with the electrode substrate, the silicon oxide film on the bonding surface side is patterned into a desired shape. And the electrode substrate.

【0016】請求項4の静電型アクチュエータの製造方
法は、上記請求項1の静電型アクチュエータを製造する
静電型アクチュエータの製造方法において、前記振動板
基板にシリコン基板を用いて、このシリコン基板の前記
電極基板との接合面上に、前記振動板の厚さとなるシリ
コン窒化膜を全面に形成した後、この窒化膜上にシリコ
ン酸化膜をアクチュエータの必要ギャップとなる厚さに
まで成膜した後、接合面側のシリコン酸化膜を所望の形
状にパターニングし、前記電極基板と接合する構成とし
た。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, further comprising using a silicon substrate as the diaphragm substrate. After a silicon nitride film having the thickness of the vibration plate is formed on the entire surface of the substrate at the joint surface with the electrode substrate, a silicon oxide film is formed on the nitride film to a thickness that is necessary for the actuator. After that, the silicon oxide film on the bonding surface side was patterned into a desired shape, and the silicon oxide film was bonded to the electrode substrate.

【0017】請求項5の静電型アクチュエータの製造方
法は、上記請求項1の静電型アクチュエータを製造する
静電型アクチュエータの製造方法において、前記振動板
基板にシリコンウェハを用いて、このシリコンウエハの
前記電極基板との接合面上に前記振動板の厚さとなるシ
リコン窒化膜を形成した後、前記振動板を形成する領域
にのみシリコン窒化膜を残してパターニングした後、こ
の窒化膜をマスクとして熱酸化を行い、選択的に前記シ
リコン基板を酸化し、アクチュエータの必要ギャップと
なる厚さにまで酸化膜を成長させた後、前記電極基板と
接合する構成とした。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the electrostatic actuator manufacturing method for manufacturing the electrostatic actuator according to the first aspect, wherein a silicon wafer is used as the diaphragm substrate. After forming a silicon nitride film having a thickness of the vibration plate on a bonding surface of the wafer with the electrode substrate, patterning the silicon nitride film only in a region where the vibration plate is formed, and then masking the nitride film Then, thermal oxidation is performed to selectively oxidize the silicon substrate, grow an oxide film to a thickness that becomes a necessary gap of the actuator, and then bond the silicon substrate to the electrode substrate.

【0018】請求項6の静電型アクチュエータの製造方
法は、上記請求項1の静電型アクチュエータを製造する
静電型アクチュエータの製造方法において、前記振動板
に半導体基板の前記電極基板との接合面側に高濃度の不
純物が注入されたシリコンウェハを用いて、このシリコ
ンウエハの接合面側の前記振動板となる領域をマスクし
た後、熱酸化によって酸化することで、前記振動板とな
る領域以外を選択的に酸化し、アクチュエータの必要ギ
ャップとなる厚さに形成した後、前記マスクを除去し、
前記電極基板と接合する構成とした。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect of the present invention, wherein the vibration plate is connected to a semiconductor substrate and the electrode substrate. After masking the region to be the vibration plate on the bonding surface side of the silicon wafer using a silicon wafer into which high-concentration impurities are implanted on the surface side, the region to be the vibration plate is oxidized by thermal oxidation. Other than selectively oxidizing, after forming the required thickness of the actuator gap, the mask is removed,
It was configured to be bonded to the electrode substrate.

【0019】請求項7の静電型アクチュエータの製造方
法は、上記請求項1の静電型アクチュエータを製造する
静電型アクチュエータの製造方法において、前記振動板
基板にSOI構造を持つ半導体基板を用いて、この半導
体基板の前記電極基板との接合面上の前記振動板となる
領域をマスクした後、熱酸化によって酸化することで、
前記振動板となる領域以外を選択的に酸化し、アクチュ
エータの必要ギャップとなる厚さにまで酸化膜を形成し
た後、前記マスクを除去し、前記電極基板と接合する構
成とした。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, a semiconductor substrate having an SOI structure is used as the diaphragm substrate. Then, after masking the region to be the vibration plate on the bonding surface of the semiconductor substrate with the electrode substrate, by oxidizing by thermal oxidation,
After selectively oxidizing a region other than the region serving as the vibration plate and forming an oxide film to a thickness that is necessary for the actuator, the mask is removed and the structure is joined to the electrode substrate.

【0020】請求項8の静電型アクチュエータの製造方
法は、上記請求項2又は3の静電型アクチュエータの製
造方法において、酸化膜のパターニング中に前記振動板
基板の接合面側にシリコン酸化膜の薄膜を残し、又はパ
ターニング終了後再度熱酸化を行って振動板裏側に酸化
膜を形成した構成とした。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the second or third aspect, wherein the silicon oxide film is formed on the bonding surface of the diaphragm substrate during the patterning of the oxide film. After the patterning was completed, thermal oxidation was performed again to form an oxide film on the back side of the diaphragm.

【0021】請求項9の静電型アクチュエータの製造方
法は、上記請求項1の静電型アクチュエータを製造する
静電型アクチュエータの製造方法において、前記電極基
板はシリコン基板上に前記電極に対応するレジストパタ
ーンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、
イオン注入を行った後熱処理を行って活性層を形成する
工程を有し、前記振動板基板と接合する前に接合面の酸
化膜を完全に除去した後前記振動板基板と接合する構成
とした。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, the electrode substrate corresponds to the electrode on a silicon substrate. A resist pattern is formed, and using this resist pattern as a mask,
A step of forming an active layer by performing heat treatment after performing ion implantation, and configured to completely remove an oxide film on a bonding surface before bonding to the diaphragm substrate before bonding to the diaphragm substrate. .

【0022】請求項10の静電型アクチュエータの製造
方法は、上記請求項1の静電型アクチュエータを製造す
る静電型アクチュエータの製造方法において、前記電極
基板はシリコン基板上に不純物の注入されたポリシリコ
ン膜又は金属系導電膜を堆積した後、絶縁膜となるシリ
コン酸化膜を形成し、電極パターンを覆う形状の保護膜
を形成し、この保護膜をマスクとしてエッチングを行っ
て接合面となるシリコン基板を露出させた後、前記振動
板基板と接合する構成とした。
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, the electrode substrate is formed by implanting impurities on a silicon substrate. After depositing a polysilicon film or a metal-based conductive film, a silicon oxide film serving as an insulating film is formed, a protective film having a shape covering the electrode pattern is formed, and etching is performed using the protective film as a mask to form a bonding surface. After exposing the silicon substrate, the silicon substrate was joined to the diaphragm substrate.

【0023】請求項11の静電型アクチュエータは、振
動板及び個別電極を形成した振動板基板と、共通電極を
形成した電極基板とを絶縁膜となるシリコン酸化膜によ
ってギャップを形成して接合し、前記個別電極と共通電
極との間に電圧を印加することで前記振動板が変形する
静電型アクチュエータであって、前記振動板基板は低抵
抗のシリコン基板であり、前記振動板基板と電極基板は
接着剤を用いないで直接接合し、かつギャップを形成す
るためのシリコン酸化膜を前記振動板基板側に設けた構
成とした。
According to the eleventh aspect of the present invention, the diaphragm substrate on which the diaphragm and the individual electrodes are formed and the electrode substrate on which the common electrode is formed are joined by forming a gap with a silicon oxide film serving as an insulating film. An electrostatic actuator in which the diaphragm is deformed by applying a voltage between the individual electrode and the common electrode, wherein the diaphragm substrate is a low-resistance silicon substrate, and the diaphragm substrate and the electrode The substrate was directly bonded without using an adhesive, and a silicon oxide film for forming a gap was provided on the diaphragm substrate side.

【0024】請求項12の静電型アクチュエータの製造
方法は、上記請求項11の静電型アクチュエータを製造
する静電型アクチュエータの製造方法において、前記振
動板を形成する半導体基板がSOI構造を持っており、
接合面となる第1の導電型をもつシリコン面上に、熱酸
化法によってアクチュエータの必要ギャップとなる厚さ
のシリコン酸化膜を形成した後、接合面側のシリコン酸
化膜を所望の形状にレジストでパターニングし、このパ
ターン膜をマスクとして第2の導電型となるイオン注入
を行って、振動板個々に個別電極を形成した後、シリコ
ン基板との接合時の直接接合の熱で注入したイオンを活
性化させる構成とした。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the eleventh aspect, the semiconductor substrate forming the diaphragm has an SOI structure. And
After a silicon oxide film is formed on the silicon surface of the first conductivity type, which is the bonding surface, by a thermal oxidation method to a thickness that will be the required gap for the actuator. After ion-implantation of the second conductivity type is performed using this pattern film as a mask to form individual electrodes for each of the diaphragms, ions implanted by the heat of direct bonding at the time of bonding with the silicon substrate are used. It was configured to be activated.

【0025】請求項13の静電型アクチュエータの製造
方法は、上記請求項11の静電型アクチュエータを製造
する静電型アクチュエータの製造方法において、前記振
動板を形成する半導体基板がシリコンウェハであり、接
合面となるシリコン面上に振動板の厚さとなるシリコン
窒化膜を形成した後、この窒化膜上にシリコン酸化膜を
アクチュエータの必要ギャップとなる厚さにまで堆積形
成し、このシリコン酸化膜を所望の形状にレジストでパ
ターニングした後、このレジストの付いた振動板基板に
導電性の膜を堆積し、レジスト膜ごと振動板以外の部分
の導電性の膜を除去することで、振動板個々に個別電極
を形成した後、シリコン基板と直接接合する構成とし
た。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the eleventh aspect, the semiconductor substrate forming the diaphragm is a silicon wafer. After forming a silicon nitride film having a thickness of a diaphragm on a silicon surface serving as a bonding surface, a silicon oxide film is deposited and formed on the nitride film to a thickness required for a necessary gap of an actuator. After patterning with a resist into a desired shape, a conductive film is deposited on the diaphragm substrate with the resist, and the resist film and the conductive film in portions other than the diaphragm are removed, thereby individually forming the diaphragm. After the individual electrodes are formed on the silicon substrate, they are directly bonded to the silicon substrate.

【0026】請求項14のインクジェットヘッドは、イ
ンク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐出室
と、この吐出室の壁面を形成する振動板及びこの振動板
に所定のギャップをおいて対向配置した電極からなるア
クチュエータとを備え、前記振動板と電極との間に電圧
を印加することで前記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において、前記アクチュエ
ータが前記請求項1又は11の静電型アクチュエータか
らなる構成とした。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an ink jet head comprising: a nozzle for discharging ink droplets; a discharge chamber communicating with the nozzle; a vibration plate forming a wall surface of the discharge chamber; 12. An electrostatic ink jet head comprising: an actuator formed of an electrode formed by applying a voltage between the vibration plate and the electrode to discharge ink droplets from the nozzle. It was configured as an electric actuator.

【0027】請求項15のインクジェットヘッドは、イ
ンク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐出室
と、この吐出室の壁面を形成する振動板及びこの振動板
に所定のギャップをおいて対向配置した電極からなるア
クチュエータとを備え、前記振動板と電極との間に電圧
を印加することで前記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において、前記アクチュエ
ータが前記請求項2乃至10及び12乃至14のいずれ
かの製造方法で製造した静電型アクチュエータからなる
構成とした。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an ink-jet head comprising: a nozzle for discharging ink droplets; a discharge chamber communicating with the nozzle; a vibration plate forming a wall surface of the discharge chamber; 13. An electrostatic ink jet head comprising: an actuator formed of an electrode formed by applying a voltage between the vibration plate and the electrode to discharge ink droplets from the nozzle. To 14 comprising an electrostatic actuator manufactured by any one of the manufacturing methods.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面をも参照して説明する。図1は本発明に係る静電型
アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの第1実
施形態を示す模式的断面図である。このインクジェット
ヘッドは、請求項1の発明に係る静電型アクチュエータ
を備えたものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of an ink jet head provided with an electrostatic actuator according to the present invention. This ink jet head includes the electrostatic actuator according to the first aspect of the present invention.

【0029】このインクジェットヘッドは、振動板基板
1と、この振動板基板1の下側に設けた電極基板2と、
振動板基板1の上側に設けたノズルプレート3とを備
え、インク滴を吐出する複数のノズル5と、各ノズル5
が連通する吐出室(液室)6などを形成している。
This ink jet head includes a diaphragm substrate 1, an electrode substrate 2 provided below the diaphragm substrate 1,
A plurality of nozzles 5 for discharging ink droplets, comprising: a nozzle plate 3 provided above the diaphragm substrate 1;
Form a discharge chamber (liquid chamber) 6 and the like.

【0030】振動板基板1には、液室6を形成する凹部
7と、凹部7の底部をなし、共通電極となる振動板8
と、電極基板2の電極とのギャップを形成するシリコン
酸化膜9とを設けている。なお、この振動板基板1若し
くはこの振動板基板1とノズルプレート3との間に介在
させる共通液室部材などに液室6にインクを供給する共
通インク室、共通インク室と液室6とを連通する流体抵
抗部などを形成する。
The vibrating plate 1 has a concave portion 7 forming a liquid chamber 6 and a vibrating plate 8 forming a bottom of the concave portion 7 and serving as a common electrode.
And a silicon oxide film 9 for forming a gap between the electrode and the electrode substrate 2. The common ink chamber for supplying ink to the liquid chamber 6 and the common ink chamber and the liquid chamber 6 are connected to the vibrating plate substrate 1 or a common liquid chamber member interposed between the vibrating plate substrate 1 and the nozzle plate 3. A fluid resistance portion and the like that communicate with each other are formed.

【0031】電極基板2には振動板基板1の振動板8と
シリコン酸化膜9で形成されるギャップを介して対向す
る個別電極10を設けている。これらの振動板8と個別
電極10によって液室6内のインクを加圧してノズル5
から吐出させるためのアクチュエータを構成している。
The electrode substrate 2 is provided with an individual electrode 10 facing the diaphragm 8 of the diaphragm substrate 1 via a gap formed by the silicon oxide film 9. The ink in the liquid chamber 6 is pressurized by the vibrating plate 8 and the individual electrodes 10 to
An actuator for discharging from the liquid is constituted.

【0032】ここで、振動板基板1と電極基板2とは接
着剤を用いないで直接接合し、且つ振動板8と個別電極
10とのギャップを形成するシリコン酸化膜9を振動板
基板1側に設けている。これにより、半導体プロセスを
用いてアクチュエータを製造する場合に、振動板基板1
と電極基板2との接合面のあれを発生させることなく、
直接接合によるアクチュエータ部を得ることができて、
ギャップ精度が向上し、より高密度のインクジェットヘ
ッドを得ることができる。
Here, the diaphragm substrate 1 and the electrode substrate 2 are directly joined without using an adhesive, and the silicon oxide film 9 forming a gap between the diaphragm 8 and the individual electrode 10 is attached to the diaphragm substrate 1 side. Is provided. Thereby, when manufacturing the actuator using the semiconductor process, the diaphragm substrate 1
Without causing the joint surface between the electrode substrate 2 and the
Actuator part by direct joining can be obtained,
The gap accuracy is improved, and a higher density inkjet head can be obtained.

【0033】次に、図2は本発明に係る静電型アクチュ
エータを備えたインクジェットヘッドの第2実施形態を
示す模式的断面図である。このインクジェットヘッドは
請求項11に係る静電型アクチュエータを備えたもので
ある。
Next, FIG. 2 is a schematic sectional view showing a second embodiment of an ink jet head provided with an electrostatic actuator according to the present invention. This ink jet head includes the electrostatic actuator according to claim 11.

【0034】このインクジェットヘッドは、振動板基板
11と、この振動板基板11の下側に設けた電極基板1
2と、振動板基板11の上側に設けたノズルプレート1
3とを備え、インク滴を吐出する複数のノズル15と、
各ノズル15が連通する吐出室(液室)16などを形成
している。
This ink jet head includes a diaphragm substrate 11 and an electrode substrate 1 provided below the diaphragm substrate 11.
2 and a nozzle plate 1 provided above the diaphragm substrate 11
3, a plurality of nozzles 15 for discharging ink droplets,
A discharge chamber (liquid chamber) 16 to which each nozzle 15 communicates is formed.

【0035】振動板基板11には、液室16を形成する
凹部17と、凹部17の底部をなす振動板18と、各液
室16に対応して振動板18に設けた個別電極20と、
共通電極となる電極基板12とのギャップを形成するシ
リコン酸化膜19とを設けている。なお、この振動板基
板11若しくはこの振動板基板11とノズルプレート1
3との間に介在させる共通液室部材などに液室16にイ
ンクを供給する共通インク室、共通インク室と液室16
とを連通する流体抵抗部などを形成する。
The vibrating plate substrate 11 has a concave portion 17 forming a liquid chamber 16, a vibrating plate 18 forming the bottom of the concave portion 17, an individual electrode 20 provided on the vibrating plate 18 corresponding to each liquid chamber 16,
A silicon oxide film 19 for forming a gap with the electrode substrate 12 serving as a common electrode is provided. The diaphragm plate 11 or the diaphragm plate 11 and the nozzle plate 1
3, a common ink chamber for supplying ink to the liquid chamber 16 to a common liquid chamber member interposed between the common ink chamber and the common ink chamber and the liquid chamber 16.
To form a fluid resistance portion or the like that communicates with.

【0036】振動板基板11の個別電極20と電極基板
12は振動板基板11のシリコン酸化膜19で形成され
るギャップを介して対向し、これらの個別電極20を含
む振動板18と電極基板12によって液室16内のイン
クを加圧してノズル15から吐出させるためのアクチュ
エータを構成している。
The individual electrodes 20 and the electrode substrate 12 of the diaphragm substrate 11 face each other via a gap formed by the silicon oxide film 19 of the diaphragm substrate 11, and the diaphragm 18 including these individual electrodes 20 and the electrode substrate 12 This constitutes an actuator for pressurizing the ink in the liquid chamber 16 and discharging the ink from the nozzle 15.

【0037】ここで、振動板基板11と電極基板12と
は接着剤を用いないで直接接合し、且つ振動板基板11
の個別電極20と電極基板12のギャップを形成するシ
リコン酸化膜19を振動板基板11側に設けている。こ
れにより、半導体プロセスを用いてアクチュエータを製
造する場合に、振動板基板11と電極基板12との接合
面のあれを発生させることなく、直接接合によるアクチ
ュエータ部を得ることができて、ギャップ精度が向上
し、より高密度のインクジェットヘッドを得ることがで
きる。
Here, the diaphragm substrate 11 and the electrode substrate 12 are directly joined without using an adhesive, and
A silicon oxide film 19 that forms a gap between the individual electrode 20 and the electrode substrate 12 is provided on the diaphragm substrate 11 side. Accordingly, when an actuator is manufactured using a semiconductor process, an actuator portion can be obtained by direct bonding without causing a deviation in a bonding surface between the diaphragm substrate 11 and the electrode substrate 12, and gap accuracy can be improved. Thus, it is possible to obtain a higher density inkjet head.

【0038】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の製造方法の第1実施形態について図3乃至図5を参照
して説明する。なお、図3は請求項2に係る発明を適用
した振動板基板の製造工程を説明する説明図、図4は請
求項9に係る発明を適用した電極基板の製造工程を説明
する説明図、図5は図3の振動板基板と図4の電極基板
とを接合して静電型アクチュエータを製作する工程を説
明する説明図である。
Next, a first embodiment of a method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a diaphragm substrate to which the invention according to claim 2 is applied, and FIG. 4 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of an electrode substrate to which the invention according to claim 9 is applied. FIG. 5 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing the electrostatic actuator by bonding the diaphragm substrate of FIG. 3 and the electrode substrate of FIG.

【0039】先ず、図3(a)に示すように振動板基板
となるシリコン基板31は、P型の極性を持つ結晶面方
位が<110>の基板であり、その両面を鏡面に研磨して
いる。このようなシリコン基板を使用するのは、シリコ
ンのウェットエッチング速度の面異方性を利用し、精度
の良い加工形状を得るためである。
First, as shown in FIG. 3A, a silicon substrate 31 serving as a diaphragm substrate is a substrate having a P-type polarity and a crystal plane orientation of <110>. I have. Such a silicon substrate is used in order to obtain an accurate processed shape by utilizing the plane anisotropy of the wet etching rate of silicon.

【0040】このシリコン基板31の電極基板との接合
面となる側の面には、固体拡散法等によって高濃度のボ
ロンを注入して、高濃度ボロン層32を形成している。
この高濃度ボロン層32の厚さは、振動板の厚さになる
ように拡散している。このシリコン基板を出発材料とし
て使用する。
A high-concentration boron layer 32 is formed by injecting high-concentration boron into the surface of the silicon substrate 31 on the side to be joined to the electrode substrate by a solid diffusion method or the like.
The thickness of the high-concentration boron layer 32 is diffused so as to be equal to the thickness of the diaphragm. This silicon substrate is used as a starting material.

【0041】そして、同図(b)に示すように、このシ
リコン基板31をパイロ酸化(ウェット酸化)法や、ド
ライ酸化等の熱酸化法によって酸化し、シリコン基板3
1の表面にシリコン酸化膜34を形成する。このときの
シリコン酸化膜34の厚さは、静電型アクチュエータの
ギャップに等しい分の厚さとする。本実施形態では約4
00μmの厚さに形成した。
Then, as shown in FIG. 2B, the silicon substrate 31 is oxidized by a pyro-oxidation (wet oxidation) method or a thermal oxidation method such as dry oxidation.
A silicon oxide film 34 is formed on the surface of the substrate 1. At this time, the thickness of the silicon oxide film 34 is equal to the gap of the electrostatic actuator. In this embodiment, about 4
It was formed to a thickness of 00 μm.

【0042】次に、同図(c)に示すように、このシリ
コン基板31の両面にフォトレジスト膜35を塗布形成
した後、同図(d)に示すように、両面露光機を用い
て、フォトレジスト膜35に接合面側の振動板と個別電
極とのギャップ部分となる開口パターン37と、振動板
を形成するためのエッチング開口部分となるパターン3
6を形成する。ここで、両面露光機を利用するのは、ギ
ャップ部分となる開口パターン37とエッチング開口部
分となるパターン36の位置合わせ精度を確保するため
である。
Next, as shown in FIG. 2C, a photoresist film 35 is applied on both sides of the silicon substrate 31 and then, as shown in FIG. An opening pattern 37 serving as a gap between the diaphragm and the individual electrode on the bonding surface side of the photoresist film 35, and a pattern 3 serving as an etching opening for forming the diaphragm.
6 is formed. Here, the use of the double-sided exposure machine is to ensure the positioning accuracy of the opening pattern 37 serving as a gap portion and the pattern 36 serving as an etching opening portion.

【0043】そして、フォトレジスト膜35をマスクと
して、5%程度の濃度の弗化水素溶液を用いて、シリコ
ン酸化膜34をエッチングし、同図(e)に示すよう
に、シリコン酸化膜4にエッチング開口38及びギャッ
プ開口39を形成した後、フォトレジスト膜35を除去
する。
Then, using the photoresist film 35 as a mask, the silicon oxide film 34 is etched using a hydrogen fluoride solution having a concentration of about 5% to form a silicon oxide film 4 as shown in FIG. After forming the etching opening 38 and the gap opening 39, the photoresist film 35 is removed.

【0044】このフォトレジスト膜35の剥離には、フ
ォトレジストメーカ一が指定する剥離液を使ったプロセ
スとすることが好ましい。酸素プラズマを使ったフォト
レジストのアッシング装置を使用しても良いが、その場
合はシリコン酸化膜34にダメージ(表面荒れや、レジ
スト灰の残など)が出ないようにしておく必要がある。
The removal of the photoresist film 35 is preferably performed by a process using a remover specified by a photoresist maker. A photoresist ashing device using oxygen plasma may be used, but in this case, it is necessary to prevent the silicon oxide film 34 from being damaged (surface roughness, resist ash residue, etc.).

【0045】一方、図4(a)に示すように、電極基板
となるシリコン基板41は、P型の極性を持ちその結晶
面方位が<110>である基板であり、振動板基板との接
合面側を鏡面に仕上げている。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, the silicon substrate 41 serving as an electrode substrate is a substrate having P-type polarity and having a crystal plane orientation of <110>. The surface side is mirror-finished.

【0046】そして、同図(b)に示すように、シリコ
ン基板41の面にバッファ酸化膜となるシリコン酸化膜
44を熱酸化法によって形成する。このときのシリコン
酸化膜44の膜厚は、イオン注入に耐え得る程度の膜厚
が必要である。ここでは約1μm厚さに形成した。
Then, as shown in FIG. 2B, a silicon oxide film 44 serving as a buffer oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 41 by a thermal oxidation method. At this time, the thickness of the silicon oxide film 44 needs to be large enough to withstand ion implantation. Here, it was formed to a thickness of about 1 μm.

【0047】続いて、同図(c)に示すように、このシ
リコン基板41の接合面(鏡面側)にフォトレジスト膜
45を形成した後、イオン注入を行う領域のみフォトレ
ジスト膜45が開口するようにパターニングして開口4
6を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, after a photoresist film 45 is formed on the bonding surface (mirror side) of the silicon substrate 41, the photoresist film 45 is opened only in the region where the ion implantation is to be performed. Opening 4
6 is formed.

【0048】その後、同図(d)に示すように、このフ
ォトレジスト膜45をマスクとして、シリコン酸化膜1
4をエッチングする。続いて、フォトレジスト膜45を
除去し、高濃度のアルカリ金属の水酸化物溶液(例えば
80℃に加熱した30%−KOH溶液)中にシリコン基
板41を浸し、シリコン面を選択的にエッチングして凹
部47を形成する。このときのエッチング量は、接合時
のアライメントに使用するので、目視で分る程度の深さ
までエッチングすれば良い。ここでは、約100μmの
深さにまでエッチングした。
Thereafter, as shown in FIG. 4D, the silicon oxide film 1 is
4 is etched. Subsequently, the photoresist film 45 is removed, the silicon substrate 41 is immersed in a high concentration alkali metal hydroxide solution (for example, a 30% -KOH solution heated to 80 ° C.), and the silicon surface is selectively etched. Thus, a concave portion 47 is formed. Since the etching amount at this time is used for alignment at the time of bonding, it is sufficient that the etching is performed to a depth that can be visually recognized. Here, etching was performed to a depth of about 100 μm.

【0049】そして、このシリコン基板41の凹部47
に電極とするためのイオン注入を行う。ここでは、P型
のシリコン基板41を使用しているので、燐等のN型と
なる不純物イオンを注入して、凹部47にイオン層49
を形成する。なお、イオン注入は70keV−3E18
cm3の条件で行った。
The concave portion 47 of the silicon substrate 41
Then, ion implantation for forming an electrode is performed. Here, since the P-type silicon substrate 41 is used, N-type impurity ions such as phosphorus are implanted, and the ion
To form The ion implantation was performed at 70 keV-3E18.
cm 3 .

【0050】続いて、同図(e)に示すように、シリコ
ン基板41表面に形成したバッファ酸化膜44を5%程
度の濃度の弗化水素溶液を用いて完全に除去して電極基
板とする。
Subsequently, as shown in FIG. 4E, the buffer oxide film 44 formed on the surface of the silicon substrate 41 is completely removed using a hydrogen fluoride solution having a concentration of about 5% to form an electrode substrate. .

【0051】次に、上述のようにして作成した振動板基
板となるシリコン基板31と電極基板となるシリコン基
板41の直接接合を行う。まず、上記のシリコン基板3
10と電極基板41を洗浄する。ここでは、アンモニア
水+過酸化水素水+水を用いた洗浄を行い、ウェハ表面
のゴミを除去した。次に、室温での接合性を高める目的
で親水性を付与する処理を行う。ここでは、硫酸+過酸
化水素水を用いた薬液処理を行った。
Next, the silicon substrate 31 serving as the diaphragm substrate and the silicon substrate 41 serving as the electrode substrate formed as described above are directly joined. First, the above silicon substrate 3
10 and the electrode substrate 41 are washed. Here, cleaning using ammonia water + hydrogen peroxide water + water was performed to remove dust on the wafer surface. Next, a treatment for imparting hydrophilicity is performed for the purpose of improving the bonding property at room temperature. Here, a chemical solution treatment using sulfuric acid + hydrogen peroxide solution was performed.

【0052】そして、アライナーを用いて、シリコン基
板31のギャップ形成用のシリコン酸化膜34のパター
ン(特に、アライメント用のパターンを作っておいても
よい)と、シリコン基板41のイオン注入領域を示す彫
り込みパターン(特に、アライメント用のパターンを作
っておいてもよい)を使ってアライメントを取り、静か
に貼り合わせる。
Using the aligner, the pattern of the silicon oxide film 34 for forming the gap of the silicon substrate 31 (especially, the alignment pattern may be formed) and the ion-implanted region of the silicon substrate 41 are shown. Align using a carved pattern (especially an alignment pattern may be created) and glue gently.

【0053】続いて、初期ボイドの発生がないかIRイ
ンスペクション装置等を用いて検査した後、拡散炉等の
加熱炉に入れて加熱し、図5(a)に示すように、シリ
コン基板31となるシリコン基板41同士を接合させ
る。このとき、同時にシリコン基板41に注入したイオ
ン層19が活性化して個別電極51として使用できる状
態になる。なお、このときの条件は850℃、2時間で
行った。また、シリコン基板41の表面にはエッチング
保護膜52を形成している。
Subsequently, after inspecting for the occurrence of initial voids using an IR inspection apparatus or the like, the wafer is placed in a heating furnace such as a diffusion furnace and heated, and as shown in FIG. Are bonded together. At this time, the ion layer 19 implanted into the silicon substrate 41 is simultaneously activated to be in a state where it can be used as the individual electrode 51. The conditions at this time were 850 ° C. for 2 hours. An etching protection film 52 is formed on the surface of the silicon substrate 41.

【0054】次に、同図(b)に示すように、シリコン
基板31側のエッチング用開口38部分を残して表面に
ついているシリコン酸化膜34をマスクとして、高濃度
のアルカリ金属の水酸化物溶液(例えば、80℃に加熱
した30%−KOH溶液)中にシリコン基板を浸し、シ
リコン面を選択的にエッチングして振動板によって加圧
される液室となる凹部53を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, using the silicon oxide film 34 on the surface except the etching opening 38 on the silicon substrate 31 as a mask, a high concentration alkali metal hydroxide solution is used. The silicon substrate is immersed in (for example, a 30% -KOH solution heated to 80 ° C.) and the silicon surface is selectively etched to form a concave portion 53 which becomes a liquid chamber to be pressurized by the vibration plate.

【0055】このとき、シリコン基板31のエッチング
は高濃度に注入されたボロン層32の領域までくると、
自発的にエッチングがストップするため、極薄い振動板
54を精度良く作り出すことができる。ここでは約2μ
mの厚さの振動板54を形成した。
At this time, when the etching of the silicon substrate 31 reaches the region of the boron layer 32 implanted at a high concentration,
Since the etching stops spontaneously, an extremely thin diaphragm 54 can be produced with high accuracy. Here is about 2μ
The diaphragm 54 having a thickness of m was formed.

【0056】その後、同図(c)に示すように振動板基
板となるシリコン基板31のシリコン酸化膜34及び電
極基板となるシリコン基板41の保護膜52を除去して
静電型アクチュエータを得た。なお、この静電型アクチ
ュエータは、振動板54の厚さ2μm、振動板54と個
別電極51との間のギャップの距離500nm(400
nm+100nm)となる。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, the silicon oxide film 34 of the silicon substrate 31 serving as the diaphragm substrate and the protective film 52 of the silicon substrate 41 serving as the electrode substrate were removed to obtain an electrostatic actuator. . In this electrostatic actuator, the thickness of the diaphragm 54 is 2 μm, and the gap distance between the diaphragm 54 and the individual electrode 51 is 500 nm (400 nm).
nm + 100 nm).

【0057】このようにして得られた静電型アクチュエ
ータは、高濃度ボロン層32からなる振動板54を形成
したシリコン基板からなる振動板基板31と、個別電極
51を形成したシリコン基板からなる電極基板41とを
絶縁膜となるシリコン酸化膜34によってギャップを形
成して接着剤を用いないで直接接合し、且つギャップを
形成するためのシリコン酸化膜34を振動板基板31側
に設けたものである。
The electrostatic actuator thus obtained is composed of a diaphragm substrate 31 formed of a silicon substrate on which a diaphragm 54 formed of a high-concentration boron layer 32 is formed, and an electrode formed of a silicon substrate on which an individual electrode 51 is formed. A gap is formed between the substrate 41 and the silicon oxide film 34 serving as an insulating film and is directly joined without using an adhesive, and the silicon oxide film 34 for forming the gap is provided on the diaphragm substrate 31 side. is there.

【0058】このように、振動板基板と電極基板とを接
着剤を用いないで直接接合し、且つギャップを形成する
ためのシリコン酸化膜を振動板基板側に設けることによ
って、半導体製造プロセスを用いることによる接合面の
あれを発生させることなく、直接接合による静電型アク
チュエータを得ることができ、ギャップ精度が向上し
て、更により高密度のデバイスを得ることができる。
As described above, a semiconductor manufacturing process is used by directly joining the diaphragm substrate and the electrode substrate without using an adhesive and providing a silicon oxide film for forming a gap on the diaphragm substrate side. Therefore, it is possible to obtain an electrostatic actuator by direct bonding without causing a change in the bonding surface, thereby improving the gap accuracy and obtaining a device with higher density.

【0059】そして、この場合、上述したように、振動
板基板に半導体基板の電極基板の接合面側に高濃度の不
純物が注入されたシリコンウエハを用いて、このシリコ
ンウエハに熱酸化によってギャップとなる厚さのシリコ
ン酸化膜を形成した後、接合面側のシリコン酸化膜を所
望の形状にパターニングして電極基板と接合することに
より、振動板基板と電極基板とを接着剤を用いないで直
接接合し、且つギャップを形成するためのシリコン酸化
膜を振動板基板側に設けた静電型アクチュエータを製造
することができる。
In this case, as described above, using a silicon wafer in which a high-concentration impurity is implanted into the diaphragm substrate on the bonding surface side of the electrode substrate of the semiconductor substrate, the gap is formed by thermal oxidation on the silicon wafer. After forming a silicon oxide film of a certain thickness, the silicon oxide film on the bonding surface is patterned into a desired shape and bonded to the electrode substrate, so that the diaphragm substrate and the electrode substrate can be directly connected without using an adhesive. An electrostatic actuator in which a silicon oxide film for bonding and forming a gap is provided on the diaphragm substrate side can be manufactured.

【0060】また、上述したように、電極基板はシリコ
ン基板上に電極に対応するレジストパターンを形成し、
このレジストパターンをマスクとして、イオン注入を行
った後熱処理を行って電極となる活性層を形成する工程
を有し、振動板基板と接合する前に接合面の酸化膜を完
全に除去した後振動板基板と接合することによって、振
動板基板と電極基板とを接着剤を用いないで直接接合
し、且つギャップを形成するためのシリコン酸化膜を振
動板基板側に設けた静電型アクチュエータを製造するこ
とができる。
Further, as described above, the electrode substrate forms a resist pattern corresponding to the electrode on the silicon substrate,
Using the resist pattern as a mask, a step of forming an active layer to be an electrode by performing heat treatment after performing ion implantation, and after removing an oxide film on a bonding surface completely before bonding with the diaphragm substrate, Manufactures an electrostatic actuator in which a diaphragm substrate and an electrode substrate are directly joined without using an adhesive by bonding to a plate substrate, and a silicon oxide film for forming a gap is provided on the diaphragm substrate side. can do.

【0061】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の第2実施形態について図6及び図7を参照して説明す
る。図6は請求項3に係る発明を適用した振動板基板の
製造工程を説明する説明図、図7は図6の振動板基板と
図4の電極基板とを接合して静電型アクチュエータを製
作する工程を説明する説明図である。
Next, a second embodiment of the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is an explanatory view for explaining a manufacturing process of a diaphragm substrate to which the invention according to claim 3 is applied. FIG. 7 is a diagram illustrating a method of manufacturing an electrostatic actuator by bonding the diaphragm substrate of FIG. 6 and the electrode substrate of FIG. FIG. 4 is an explanatory view illustrating a step of performing

【0062】同図(a)に示すように、振動板基板とな
るシリコン基板60は、SOI(Silicon on Insulato
r)の構造を持つウェハを利用する。振動板を彫り込む
ためのシリコン面61はP型の極性を持ちその結晶面方
位が<110>であり、振動板となるシリコン面62は、
板厚を振動板の厚さ(ここでは約2μm)に仕上げてお
り、その結晶面方位は<100>である。極性はP型及び
N型のいずれでもよいが、P型の方がコスト的には安く
なる。また、シリコン面61とシリコン面62との中間
に挟まれる絶縁層はシリコン酸化膜63であり、その厚
さは約150〜200μmのSOI基板を使用した。こ
のシリコン基板60の両面は鏡面に研磨している。この
シリコン基板60を出発材料として使用する。
As shown in FIG. 1A, a silicon substrate 60 serving as a diaphragm substrate is formed by SOI (Silicon on Insulato).
A wafer having the structure of r) is used. The silicon surface 61 for engraving the diaphragm has P-type polarity and its crystal plane orientation is <110>.
The plate thickness is finished to the thickness of the diaphragm (here, about 2 μm), and its crystal plane orientation is <100>. The polarity may be either P-type or N-type, but P-type is cheaper in cost. The insulating layer sandwiched between the silicon surface 61 and the silicon surface 62 is a silicon oxide film 63, and an SOI substrate having a thickness of about 150 to 200 μm was used. Both surfaces of the silicon substrate 60 are mirror-polished. This silicon substrate 60 is used as a starting material.

【0063】同図(b)に示すように、このシリコン基
板60をパイロ酸化(ウエット酸化)法や、ドライ酸化
等の熱酸化法によって酸化し、シリコン基板60の表面
にシリコン酸化膜64を形成する。このときのシリコン
酸化膜64の厚さは、静電型アクチュエータのギャップ
に等しい分の厚さとする。ここでは、約400μmの厚
さに形成した。
As shown in FIG. 2B, the silicon substrate 60 is oxidized by a pyro-oxidation (wet oxidation) method or a thermal oxidation method such as dry oxidation to form a silicon oxide film 64 on the surface of the silicon substrate 60. I do. At this time, the thickness of the silicon oxide film 64 is equal to the gap of the electrostatic actuator. Here, it was formed to a thickness of about 400 μm.

【0064】次に、同図(c)に示すように、このシリ
コン基板60の両面にフォトレジスト膜65を塗布形成
した後、同図(d)に示すように、両面露光機を用い
て、フォトレジスト膜65に接合面側のギャップ部分と
なるパターン67と、振動板を形成するためのエッチン
グ開口部分となるパターン66を形成する。ここで、両
面露光機を利用するのは、ギャップ層となるパターン
と、エッチング開口部分の位置合わせ精度を確保するた
めである。
Next, as shown in FIG. 2C, a photoresist film 65 is applied on both sides of the silicon substrate 60, and then, as shown in FIG. A pattern 67 to be a gap portion on the bonding surface side and a pattern 66 to be an etching opening portion for forming a diaphragm are formed on the photoresist film 65. Here, the use of the double-sided exposure machine is to ensure the positioning accuracy of the pattern to be the gap layer and the etching opening.

【0065】そして、同図(e)に示すように、フォト
レジスト膜65をマスクとして、5%程度の濃度の弗化
水素溶液を用いて、シリコン酸化膜64をエッチングし
てエッチング開口68及びギャップ開口69を形成し、
フォトレジスト膜65を除去する。
Then, as shown in FIG. 7E, the silicon oxide film 64 is etched using a photoresist film 65 as a mask and a hydrogen fluoride solution having a concentration of about 5% to form an etching opening 68 and a gap. Forming an opening 69,
The photoresist film 65 is removed.

【0066】このフォトトレジストの剥離には、フォト
レジストメーカ一が指定する剥離液を使ったプロセスと
することが好ましい。酸素プラズマを使ったフォトレジ
ストのアッシング装置を使用しても良いが、その場合は
シリコン酸化膜64にダメージ(表面荒れや、レジスト
灰の残など)が出ないようにしておく必要がある。
The photoresist is preferably stripped using a stripping solution specified by a photoresist maker. A photoresist ashing device using oxygen plasma may be used, but in this case, it is necessary to prevent the silicon oxide film 64 from being damaged (surface roughness, resist ash residue, etc.).

【0067】その後、この振動板基板となるシリコン基
板60と図4と同様にして形成した電極基板41とを、
図7(a)に示すように前述した第1実施形態と同様な
工程を経て直接接合する。そして、同図(b)に示すよ
うに、シリコン基板60のシリコン面61側のエッチン
グ用開口68を残して表面に付いているシリコン酸化膜
64をマスクとして、高濃度のアルカリ金属の水酸化物
溶液中にシリコン基板を浸し、シリコン面61を選択的
にエッチングして液室となる凹部53を形成する。な
お、この場合、電極基板41の外表面にはエッチングの
ための保護膜52を設けている。
Thereafter, the silicon substrate 60 serving as the diaphragm substrate and the electrode substrate 41 formed in the same manner as in FIG.
As shown in FIG. 7A, direct bonding is performed through the same steps as in the first embodiment described above. Then, as shown in FIG. 6B, using a silicon oxide film 64 formed on the surface of the silicon substrate 60 except for the etching opening 68 on the silicon surface 61 side as a mask, a high concentration alkali metal hydroxide is used. A silicon substrate is immersed in a solution, and a silicon surface 61 is selectively etched to form a concave portion 53 serving as a liquid chamber. In this case, a protective film 52 for etching is provided on the outer surface of the electrode substrate 41.

【0068】このとき、シリコン基板60のシリコン面
61のエッチングは、シリコン酸化膜64の絶縁層まで
エッチングされると、自発的にエッチングがストップす
るため、極薄いシリコン面62からなる振動板54を精
度良く作り出すことができる。その後、同図(c)に示
すようにシリコン基板60のシリコン酸化膜64及び電
極基板41の保護膜52を除去する。このとき、シリコ
ン面62で形成される振動板54に対応する絶縁膜とし
てのシリコン酸化膜63の部分も除去されて振動板54
が形成され、この振動板54に対向する個別電極51と
をギャップを置いて対向させた静電型アクチュエータを
得る。
At this time, the etching of the silicon surface 61 of the silicon substrate 60 is stopped spontaneously when the insulating layer of the silicon oxide film 64 is etched. It can be produced with high accuracy. Thereafter, the silicon oxide film 64 of the silicon substrate 60 and the protective film 52 of the electrode substrate 41 are removed as shown in FIG. At this time, a portion of the silicon oxide film 63 as an insulating film corresponding to the vibration plate 54 formed by the silicon surface 62 is also removed.
Is formed, and an electrostatic actuator is obtained in which the individual electrode 51 facing the vibration plate 54 is opposed with a gap.

【0069】このように振動板基板にSOI構造を持つ
半導体基板を用いて、この半導体基板の電極基板との接
合面側に、熱酸化法によってアクチュエータの必要ギャ
ップとなる厚さのシリコン酸化膜を形成した後、接合面
側のシリコン酸化膜を所望の形状にパターニングし、電
極基板と接合することによって、振動板基板と電極基板
とを接着剤を用いないで直接接合し、且つギャップを形
成するためのシリコン酸化膜を振動板基板側に設けた静
電型アクチュエータを製造することができる。
Using a semiconductor substrate having an SOI structure as the vibration plate substrate, a silicon oxide film having a thickness required to provide a necessary gap for the actuator is formed on the bonding surface side of the semiconductor substrate with the electrode substrate by a thermal oxidation method. After the formation, the silicon oxide film on the bonding surface side is patterned into a desired shape and bonded to the electrode substrate, thereby directly bonding the diaphragm substrate and the electrode substrate without using an adhesive, and forming a gap. Actuator in which a silicon oxide film is provided on the diaphragm substrate side for this purpose.

【0070】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の第3実施形態について図8及び図9を参照して説明す
る。図8は請求項4に係る発明を適用した振動板基板の
製造工程を説明する説明図、図9は図8の振動板基板と
図4の電極基板とを接合して静電型アクチュエータを製
作する工程を説明する説明図である。
Next, a third embodiment of the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a diaphragm substrate to which the invention according to claim 4 is applied, and FIG. 9 is a diagram illustrating a method of manufacturing an electrostatic actuator by bonding the diaphragm substrate of FIG. 8 and the electrode substrate of FIG. FIG. 4 is an explanatory view illustrating a step of performing

【0071】同図(a)に示すように、振動板基板とな
るシリコン基板71は、その結晶面方位が<110>であ
り、両面を鏡面に研磨している。このシリコン基板71
を出発材料として使用する。そして、このシリコン基板
71の電極基板との接合面側にCVD法を用いて、シリ
コン窒化膜72を堆積させる。このときにシリコン窒化
膜72の膜厚は振動板の膜厚とする。
As shown in FIG. 7A, a silicon substrate 71 serving as a diaphragm substrate has a crystal plane orientation of <110>, and both surfaces are polished to a mirror surface. This silicon substrate 71
Is used as starting material. Then, a silicon nitride film 72 is deposited on the side of the silicon substrate 71 to be bonded to the electrode substrate by using the CVD method. At this time, the thickness of the silicon nitride film 72 is the thickness of the diaphragm.

【0072】次に、同図(b)に示すように、シリコン
基板71の全面にシリコン酸化膜74を形成する。シリ
コン窒化膜72上には熱酸化膜が殆ど成長しないので、
CVD法等の方法でシリコン酸化膜74を形成する。こ
のときのシリコン酸化膜74の厚さは、静電型アクチュ
エータのギャップに等しい分の厚さとする。ここでは、
約400nmの厚さに形成した。
Next, as shown in FIG. 7B, a silicon oxide film 74 is formed on the entire surface of the silicon substrate 71. Since a thermal oxide film hardly grows on the silicon nitride film 72,
A silicon oxide film 74 is formed by a method such as a CVD method. At this time, the thickness of the silicon oxide film 74 is equal to the gap of the electrostatic actuator. here,
It was formed to a thickness of about 400 nm.

【0073】そして、同図(c)に示すようにシリコン
基板71の両面にフォトレジスト75を塗布した後、同
図(d)に示すように、両面露光機を用いて、接合面側
のギャップ部分となるパターン77と、振動板を形成す
るためのエッチング開口部分となるパターン76を形成
する。ここで、両面露光機を利用するのは、ギャップ層
となるパターンと、エッチング開口部分の位置合わせ精
度を確保するためである。
Then, after a photoresist 75 is applied to both surfaces of the silicon substrate 71 as shown in FIG. 7C, the gap on the bonding surface side is applied using a double-sided exposure machine as shown in FIG. A pattern 77 to be a portion and a pattern 76 to be an etching opening for forming a diaphragm are formed. Here, the use of the double-sided exposure machine is to ensure the positioning accuracy of the pattern to be the gap layer and the etching opening.

【0074】次に、フォトレジスト75をマスクとし
て、5%程度の濃度の弗化水素溶液を用いて、シリコン
酸化膜74をエッチングしてエッチング開口78及びギ
ャップ開口79を形成し、同図(e)に示すようにフォ
トレジストを除去する。このフォトレジストの剥離に
は、フォトレジストメーカ一が指定する剥離液を使った
プロセスとする事が望ましい。酸素プラズマを使ったフ
ォトレジストのアッシング装置を使用しても良いが、そ
の場合はシリコン酸化膜にダメージ(表面荒れや、レジ
スト灰の残など)が出ないようにしておく必要がある。
Next, using the photoresist 75 as a mask, the silicon oxide film 74 is etched using a hydrogen fluoride solution having a concentration of about 5% to form an etching opening 78 and a gap opening 79. The photoresist is removed as shown in FIG. It is preferable that the photoresist is stripped by a process using a stripping solution specified by a photoresist maker. A photoresist ashing device using oxygen plasma may be used, but in that case, it is necessary to prevent the silicon oxide film from being damaged (rough surface, residual resist ash, etc.).

【0075】その後、図9(a)に示すように、前述し
た第1実施形態と同様な方法で振動板基板71と図4に
示す電極基板41と直接接合させる。そして、同図
(b)に示すように、シリコン基板71側のエッチング
用開口78部分を残して表面に付いているシリコン酸化
膜74をマスクとして、高濃度のアルカリ金属の水酸化
物溶液中にシリコン基板を浸し、シリコン面を選択的に
エッチングして液室となる凹部53を形成する。なお、
この場合、電極基板41の外表面にはエッチングのため
の保護膜52を設けている。
Thereafter, as shown in FIG. 9A, the diaphragm substrate 71 and the electrode substrate 41 shown in FIG. 4 are directly joined by the same method as in the first embodiment. Then, as shown in FIG. 4B, the silicon oxide film 74 on the surface is used as a mask except for the etching opening 78 on the silicon substrate 71 side, and the resultant is immersed in a high-concentration alkali metal hydroxide solution. The silicon substrate is immersed, and the silicon surface is selectively etched to form a concave portion 53 serving as a liquid chamber. In addition,
In this case, a protective film 52 for etching is provided on the outer surface of the electrode substrate 41.

【0076】このとき、シリコン基板71のエッチング
は、シリコン窒化膜72までエッチングされると、自発
的にエッチングがストップするため、極薄いシリコン窒
化膜72からなる振動板54を精度良く作り出すことが
できる。その後、同図(c)に示すように振動板基板7
1のシリコン酸化膜74及び電極基板41の保護膜52
を除去して振動板54と、振動板54に対向する個別電
極51とをギャップを置いて対向させた静電型アクチュ
エータを得る。
At this time, when the silicon substrate 71 is etched down to the silicon nitride film 72, the etching stops spontaneously, so that the diaphragm 54 made of the extremely thin silicon nitride film 72 can be produced with high accuracy. . Thereafter, as shown in FIG.
1 silicon oxide film 74 and protective film 52 of electrode substrate 41
Is removed to obtain an electrostatic actuator in which the diaphragm 54 and the individual electrodes 51 facing the diaphragm 54 face each other with a gap therebetween.

【0077】このように振動板基板にシリコン基板を用
いて、このシリコン基板の電極基板との接合面上に、振
動板の厚さとなるシリコン窒化膜を全面に形成した後、
この窒化膜上にシリコン酸化膜をアクチュエータの必要
ギャップとなる厚さにまで成膜した後、接合面側のシリ
コン酸化膜を所望の形状にパターニングし、電極基板と
接合することにより、振動板基板と電極基板とを接着剤
を用いないで直接接合し、且つギャップを形成するため
のシリコン酸化膜を振動板基板側に設けた静電型アクチ
ュエータを製造することができる。
As described above, the silicon substrate is used as the diaphragm substrate, and the silicon nitride film having the thickness of the diaphragm is formed on the entire surface of the bonding surface of the silicon substrate with the electrode substrate.
After forming a silicon oxide film on this nitride film to a thickness that is necessary for the actuator, the silicon oxide film on the bonding surface side is patterned into a desired shape, and bonded to an electrode substrate, thereby forming a diaphragm substrate. It is possible to manufacture an electrostatic actuator in which the substrate and the electrode substrate are directly bonded without using an adhesive, and a silicon oxide film for forming a gap is provided on the diaphragm substrate side.

【0078】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の製造方法の第4実施形態について図10を参照して説
明する。図10は請求項5に係る発明を適用した製造工
程を説明する説明図である。先ず、同図(a)に示すよ
うに、振動板基板となるシリコン基板81は、その結晶
面方位が<110>であり、両面を鏡面に研磨している。
このシリコン基板81を出発材料として使用する。
Next, a fourth embodiment of the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process to which the invention according to claim 5 is applied. First, as shown in FIG. 1A, a silicon substrate 81 serving as a diaphragm substrate has a crystal plane orientation of <110>, and both surfaces are polished to a mirror surface.
This silicon substrate 81 is used as a starting material.

【0079】そして、シリコン基板81にバッファー酸
化膜となるシリコン酸化膜を薄く形成する(図示せ
ず)。このシリコン基板81にCVD法を用いて、シリ
コン窒化膜82を堆積させる。このときのシリコン窒化
膜82の膜厚は振動板の膜厚とする。
Then, a thin silicon oxide film serving as a buffer oxide film is formed on the silicon substrate 81 (not shown). A silicon nitride film 82 is deposited on the silicon substrate 81 by using the CVD method. At this time, the thickness of the silicon nitride film 82 is the thickness of the diaphragm.

【0080】次に、同図(b)に示すように、シリコン
基板81の電極基板との接合面側にフォトレジスト85
を塗布し、同図(c)に示すように振動板の形状に対応
する振動板パターン部分89を残したパターニングをす
る。続いて、このフォトレジスト85の振動板パターン
部分89をマスクとして、シリコン窒化膜82をエッチ
ングして、シリコン酸化膜82を振動板形状にする。
Next, as shown in FIG. 9B, a photoresist 85 is formed on the side of the silicon substrate 81 which is to be bonded to the electrode substrate.
Is applied, and patterning is performed while leaving a diaphragm pattern portion 89 corresponding to the shape of the diaphragm as shown in FIG. Subsequently, using the diaphragm pattern portion 89 of the photoresist 85 as a mask, the silicon nitride film 82 is etched to make the silicon oxide film 82 into a diaphragm shape.

【0081】そして、同図(d)に示すように、フォト
レジスト85を剥離した後、パイロ酸化等の方法でシリ
コン基板81を熱酸化する。これによって、シリコン窒
化膜82で覆われた領域には酸化膜が成長せず、選択的
にシリコン酸化膜84が形成される。このときのシリコ
ン酸化膜84の厚さは、静電型アクチュエータのギャッ
プに等しい分の厚さとする。ここでは、約400μmの
厚さに形成した。
Then, as shown in FIG. 2D, after the photoresist 85 is removed, the silicon substrate 81 is thermally oxidized by a method such as pyro-oxidation. As a result, the oxide film does not grow in the region covered with the silicon nitride film 82, and the silicon oxide film 84 is selectively formed. At this time, the thickness of the silicon oxide film 84 is equal to the gap of the electrostatic actuator. Here, it was formed to a thickness of about 400 μm.

【0082】次に、同図(e)に示すように、このシリ
コン基板81の上面にフォトレジスト85を塗布した
後、両面露光機を用いて、液室凹部を形成するためのエ
ッチング部分のパターン86を形成し、同図(f)に示
すように、シリコン酸化膜84をエッチングしてエッチ
ング開口88を形成し、フォトレジスト85を除去し
て、振動板基板を得る。
Next, as shown in FIG. 7E, after a photoresist 85 is applied on the upper surface of the silicon substrate 81, the pattern of the etched portion for forming the liquid chamber concave portion is formed by using a double-sided exposure machine. 86, the silicon oxide film 84 is etched to form an etching opening 88, and the photoresist 85 is removed to obtain a diaphragm substrate, as shown in FIG.

【0083】このフォトレジストの剥離には、フォトレ
ジストメーカ一が指定する剥離液を使ったプロセスとす
ることが好ましい。酸素プラズマを使ったフォトレジス
トのアッシング装置を使用しても良いが、その場合はシ
リコン酸化膜にダメージ(表面荒れや、レジスト灰の残
など)が出ないようにしておく必要がある。
It is preferable that the photoresist is stripped by a process using a stripper specified by a photoresist maker. A photoresist ashing device using oxygen plasma may be used, but in that case, it is necessary to prevent the silicon oxide film from being damaged (rough surface, residual resist ash, etc.).

【0084】その後、上述した各実施形態と同様にし
て、振動板基板となるシリコン基板81と電極基板41
とを直接接合し、シリコン基板81側のエッチング用開
口88部分を残して表面についているシリコン酸化膜8
4をマスクとして、高濃度のアルカリ金属の水酸化物溶
液(例えば、80℃に加熱した30%−KOH溶液)中
にシリコン基板を浸し、シリコン基板81を選択的にエ
ッチングして液室となる凹部53を形成する。このと
き、シリコン基板のエッチングは、シリコン基板81の
シリコン窒化膜82までエッチングされると、自発的に
エッチングがストップため、極薄いシリコン窒化膜から
なる振動板54を精度良く作り出すことができる。
Thereafter, in the same manner as in each of the above-described embodiments, the silicon substrate 81 serving as the diaphragm substrate and the electrode substrate 41 are formed.
And the silicon oxide film 8 on the surface except the etching opening 88 on the silicon substrate 81 side.
Using the mask 4 as a mask, the silicon substrate is immersed in a high-concentration alkali metal hydroxide solution (for example, a 30% -KOH solution heated to 80 ° C.), and the silicon substrate 81 is selectively etched to form a liquid chamber. A recess 53 is formed. At this time, when the silicon substrate is etched down to the silicon nitride film 82 of the silicon substrate 81, the etching is stopped spontaneously, so that the diaphragm 54 made of an extremely thin silicon nitride film can be accurately produced.

【0085】その後、同図(g)に示すように振動板基
板となるシリコン基板81のシリコン酸化膜84及び電
極基板41の保護膜を除去して振動板54と、振動板5
4に対向する個別電極51とをギャップを置いて対向さ
せた静電型アクチュエータを得る。
Thereafter, the silicon oxide film 84 of the silicon substrate 81 and the protective film of the electrode substrate 41 are removed as shown in FIG.
Thus, an electrostatic actuator is obtained in which the individual electrode 51 facing 4 is opposed to the individual electrode 51 with a gap.

【0086】このように振動板基板にシリコンウェハを
用いて、このシリコンウエハの電極基板との接合面上に
振動板の厚さとなるシリコン窒化膜を形成した後、振動
板を形成する領域にのみシリコン窒化膜を残してパター
ニングした後、この窒化膜をマスクとして熱酸化を行
い、選択的にシリコン基板を酸化し、アクチュエータの
必要ギャップとなる厚さにまで酸化膜を成長させた後、
電極基板と接合することによって、振動板基板と電極基
板とを接着剤を用いないで直接接合し、且つギャップを
形成するためのシリコン酸化膜を振動板基板側に設けた
静電型アクチュエータを製造することができる。
After using the silicon wafer as the diaphragm substrate and forming the silicon nitride film having the thickness of the diaphragm on the bonding surface of the silicon wafer with the electrode substrate, only the region where the diaphragm is to be formed is formed. After patterning while leaving the silicon nitride film, thermal oxidation is performed using this nitride film as a mask to selectively oxidize the silicon substrate and grow the oxide film to the thickness required for the actuator,
Manufactures an electrostatic actuator in which a diaphragm substrate and an electrode substrate are directly bonded without using an adhesive by bonding with an electrode substrate, and a silicon oxide film for forming a gap is provided on the diaphragm substrate side. can do.

【0087】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の製造方法の第5実施形態について図11を参照して説
明する。図11は請求項6に係る発明を適用した製造工
程を説明する説明図である。同図(a)に示すように、
振動板基板となるシリコン基板91は、P型の極性を持
ちその結晶面方位が<110>であり、両面を鏡面に研磨
している。このシリコン基板91の電極基板との接合面
となる側の面には、固体拡散法等の手段を用いて、高濃
度のボロンが注入して、高濃度ボロン層92を形成して
いる。この高濃度ボロン層92の厚さは、振動板の厚さ
になるように拡散させてある。このシリコン基板を出発
材料として使用する。
Next, a fifth embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an explanatory view for explaining a manufacturing process to which the invention according to claim 6 is applied. As shown in FIG.
The silicon substrate 91 serving as the diaphragm substrate has P-type polarity, has a crystal plane orientation of <110>, and has both surfaces mirror-polished. A high-concentration boron layer 92 is formed by injecting high-concentration boron into the surface of the silicon substrate 91 on the side that is to be bonded to the electrode substrate, using a solid diffusion method or the like. The thickness of the high-concentration boron layer 92 is diffused so as to be equal to the thickness of the diaphragm. This silicon substrate is used as a starting material.

【0088】先ず、このシリコン基板91にはバッファ
ー酸化膜となるシリコン酸化膜を薄く形成する(図示せ
ず)。そして、同図(b)に示すように、このシリコン
基板91の電極基板との接合面側にCVD法を用いて、
シリコン窒化膜93を堆積させる。
First, a thin silicon oxide film serving as a buffer oxide film is formed on the silicon substrate 91 (not shown). Then, as shown in FIG. 6B, the silicon substrate 91 is bonded to the electrode substrate by using the CVD method on the bonding surface side.
A silicon nitride film 93 is deposited.

【0089】そして、このシリコン基板91の接合面側
にフォトレジスト95を塗布し、振動板の形状に対応す
る振動板パターン部分99を残したパターニングをす
る。続いて、同図(c)に示すように、このフォトレジ
スト95の振動板パターン部分99をマスクとして、シ
リコン窒化膜93及び高濃度ボロン層92をエッチング
して、高濃度ボロン層92を振動板形状にする。
Then, a photoresist 95 is applied to the bonding surface side of the silicon substrate 91 and is patterned while leaving a diaphragm pattern portion 99 corresponding to the shape of the diaphragm. Subsequently, as shown in FIG. 3C, the silicon nitride film 93 and the high-concentration boron layer 92 are etched by using the diaphragm pattern portion 99 of the photoresist 95 as a mask, thereby forming the high-concentration boron layer 92 into the diaphragm. Shape.

【0090】その後、同図(d)に示すように、フォト
レジスト95を剥離した後、パイロ酸化等の方法でシリ
コン基板91を熱酸化する。これによって、シリコン窒
化膜93で覆われた領域には酸化膜が成長せず、選択的
にシリコン酸化膜94が形成される。このときのシリコ
ン酸化膜94の厚さは、静電型アクチュエータのギャッ
プに等しい分の厚さとする。ここでは、約400μmの
厚さに形成した。
Thereafter, as shown in FIG. 9D, after the photoresist 95 is removed, the silicon substrate 91 is thermally oxidized by a method such as pyro-oxidation. As a result, the oxide film does not grow in the region covered with the silicon nitride film 93, and the silicon oxide film 94 is selectively formed. At this time, the thickness of the silicon oxide film 94 is equal to the gap of the electrostatic actuator. Here, it was formed to a thickness of about 400 μm.

【0091】次に、同図(e)に示すように、このシリ
コン基板91の凹部形成のためのエッチング面にフォト
レジスト95を塗布した後、両面露光機を用いて、振動
板を形成するためのエッチング開口部分となるパターン
96を形成し、同図(f)に示すように、シリコン酸化
膜94をエッチングしてエッチング開口98を形成し、
フォトレジスト95を除去して、シリコン窒化膜93を
除去して振動板基板を得る。
Next, as shown in FIG. 9E, a photoresist 95 is applied to an etching surface of the silicon substrate 91 for forming a concave portion, and then a diaphragm is formed by using a double-sided exposure machine. A pattern 96 to be an etching opening portion is formed, and the silicon oxide film 94 is etched to form an etching opening 98 as shown in FIG.
The photoresist 95 is removed, and the silicon nitride film 93 is removed to obtain a diaphragm substrate.

【0092】このフォトレジストの剥離には、フォトレ
ジストメーカ一が指定する剥離液を使ったプロセスとす
ることが好ましい。酸素プラズマを使ったフォトレジス
トのアッシング装置を使用しても良いが、その場合はシ
リコン酸化膜にダメージ(表面荒れや、レジスト灰の残
など)が出ないようにしておく必要がある。
It is preferable that the photoresist is stripped by a process using a stripper specified by a photoresist maker. A photoresist ashing device using oxygen plasma may be used, but in that case, it is necessary to prevent the silicon oxide film from being damaged (rough surface, residual resist ash, etc.).

【0093】その後、上述した各実施形態と同様にし
て、振動板基板となるシリコン基板91と電極基板41
とを直接接合し、シリコン基板91側のエッチング用開
口67部分を残して表面についているシリコン酸化膜9
4をマスクとして、高濃度のアルカリ金属の水酸化物溶
液中にシリコン基板を浸し、シリコン面を選択的にエッ
チングして液室となる凹部53を形成する。このとき、
シリコン基板のエッチングは、シリコン基板91に注入
された高濃度ボロン層92までエッチングされると、自
発的にエッチングがストップため、極薄いボロン層から
なる振動板54を精度良く作り出すことができる。
Thereafter, in the same manner as in each of the above-described embodiments, the silicon substrate 91 serving as a diaphragm substrate and the electrode substrate 41 are formed.
And the silicon oxide film 9 on the surface except for the etching opening 67 on the silicon substrate 91 side.
Using the mask 4 as a mask, the silicon substrate is immersed in a high-concentration alkali metal hydroxide solution, and the silicon surface is selectively etched to form a concave portion 53 serving as a liquid chamber. At this time,
In the etching of the silicon substrate, the etching is stopped spontaneously when the high-concentration boron layer 92 injected into the silicon substrate 91 is etched, so that the diaphragm 54 made of an extremely thin boron layer can be accurately produced.

【0094】その後、同図(g)に示すように振動板基
板となるシリコン基板91のシリコン酸化膜94及び電
極基板41の保護膜を除去して振動板54と、振動板5
4に対向する個別電極51とをギャップを置いて対向さ
せた静電型アクチュエータを得る。
Thereafter, the silicon oxide film 94 of the silicon substrate 91 and the protective film of the electrode substrate 41 are removed to remove the vibration plate 54 and the vibration plate 5 as shown in FIG.
Thus, an electrostatic actuator is obtained in which the individual electrode 51 facing 4 is opposed to the individual electrode 51 with a gap.

【0095】このように振動板に半導体基板の電極基板
との接合面側に高濃度の不純物が注入されたシリコンウ
ェハを用いて、このシリコンウエハの接合面側の振動板
となる領域をマスクした後、熱酸化によって酸化するこ
とで、振動板となる領域以外を選択的に酸化し、アクチ
ュエータの必要ギャップとなる厚さに形成した後、マス
クを除去し、電極基板と接合することにより、振動板基
板と電極基板とを接着剤を用いないで直接接合し、且つ
ギャップを形成するためのシリコン酸化膜を振動板基板
側に設けた静電型アクチュエータを製造することができ
る。
By using a silicon wafer in which a high-concentration impurity is implanted into the vibration plate on the bonding surface side of the semiconductor substrate with the electrode substrate, an area to be the vibration plate on the bonding surface side of the silicon wafer is masked. Later, by oxidizing by thermal oxidation, the region other than the region that becomes the diaphragm is selectively oxidized. After forming the thickness to be the necessary gap of the actuator, the mask is removed, and the vibration is formed by joining with the electrode substrate. It is possible to manufacture an electrostatic actuator in which a plate substrate and an electrode substrate are directly joined without using an adhesive, and a silicon oxide film for forming a gap is provided on the diaphragm substrate side.

【0096】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の製造方法の第6実施形態について図12を参照して説
明する。なお、同図は請求項7に係る発明を適用した製
造工程を説明する説明図である。
Next, a sixth embodiment of the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process to which the invention according to claim 7 is applied.

【0097】同図(a)に示すように、振動板基板とな
るシリコン基板100は、SOI構造を持つウェハを利
用する。振動板を彫り込むためのシリコン面101はP
型の極性を持ちその結晶面方位が<110>であり、振動
板となるシリコン面102は、板厚が振動板の厚さ(こ
こでは約2μm)に仕上げており、その結晶面方位は<
100>である。極性はP型及びN型のいずれでもよい
が、P型の方がコスト的には安くなる。また、シリコン
面101とシリコン面102との中間に挟まれる絶縁層
はシリコン酸化膜103であり、その厚さは約150〜
200μmのSOI基板を使用した。このシリコン基板
100の両面は鏡面に研磨している。このシリコン基板
100を出発材料として使用する。
As shown in FIG. 9A, a silicon substrate 100 serving as a diaphragm substrate uses a wafer having an SOI structure. The silicon surface 101 for engraving the diaphragm is P
It has the polarity of the mold, its crystal plane orientation is <110>, and the silicon surface 102 serving as the diaphragm is finished to the thickness of the diaphragm (about 2 μm here), and its crystal plane orientation is <
100>. The polarity may be either P-type or N-type, but P-type is cheaper in cost. The insulating layer sandwiched between the silicon surface 101 and the silicon surface 102 is a silicon oxide film 103 having a thickness of about 150 to
A 200 μm SOI substrate was used. Both surfaces of the silicon substrate 100 are mirror-polished. This silicon substrate 100 is used as a starting material.

【0098】先ず、シリコン基板30にバッファ酸化膜
となるシリコン酸化膜を薄く形成する(図示せず)。そ
して、同図(b)に示すように、このシリコン基板10
0上にCVD法を用いて、シリコン窒化膜110を堆積
させる。そして、シリコン基板100の接合面側にフォ
トレジスト105を塗布し、振動板の形状をなす振動板
パターン部分109を残したパターニングをする。
First, a thin silicon oxide film serving as a buffer oxide film is formed on the silicon substrate 30 (not shown). Then, as shown in FIG.
On the substrate 0, a silicon nitride film 110 is deposited using a CVD method. Then, a photoresist 105 is applied to the bonding surface side of the silicon substrate 100, and patterning is performed while leaving a diaphragm pattern portion 109 in the shape of a diaphragm.

【0099】続いて、同図(c)に示すように、フォト
レジスト105の振動板パターン部分109をマスクと
して、シリコン窒化膜110及びシリコン面102をエ
ッチングして振動板の形状に造り込む。その後、同図
(d)に示すようにフォトレジスト105を剥離した
後、パイロ酸化等の方法でシリコン基板100を熱酸化
する。これによって、シリコン窒化膜110で覆われた
領域には酸化膜が成長せず、選択的にシリコン酸化膜1
04が形成される。このときシリコン酸化膜104の厚
さは、静電型アクチュエータのギャップに等しい分の厚
さとする。ここでは、約400μmの厚さに形成した。
Subsequently, as shown in FIG. 9C, the silicon nitride film 110 and the silicon surface 102 are etched into the shape of the diaphragm by using the diaphragm pattern portion 109 of the photoresist 105 as a mask. Thereafter, as shown in FIG. 4D, after the photoresist 105 is peeled off, the silicon substrate 100 is thermally oxidized by a method such as pyro-oxidation. As a result, the oxide film does not grow in the region covered with the silicon nitride film 110, and the silicon oxide film 1 is selectively grown.
04 is formed. At this time, the thickness of the silicon oxide film 104 is equal to the gap of the electrostatic actuator. Here, it was formed to a thickness of about 400 μm.

【0100】次に、同図(e)に示すように、このシリ
コン基板100のシリコン面101への凹部形成のため
のエッチング面にフォトレジスト105を塗布した後、
両面露光機を用いて、振動板を形成するためのエッチン
グ開口106となるパターンを形成し、同図(f)に示
すように、シリコン酸化膜104をエッチングしてエッ
チング開口108を形成し、フォトレジスト105を除
去して、シリコン窒化膜110を除去して振動板基板を
得る。
Next, as shown in FIG. 10E, a photoresist 105 is applied to an etching surface for forming a concave portion on the silicon surface 101 of the silicon substrate 100,
Using a double-sided exposure machine, a pattern to be an etching opening 106 for forming a diaphragm is formed, and as shown in FIG. The resist 105 is removed, and the silicon nitride film 110 is removed to obtain a diaphragm substrate.

【0101】このフォトレジストの剥離には、フォトレ
ジストメーカ一が指定する剥離液を使ったプロセスとす
る事が望ましい。酸素プラズマを使ったフォトレジスト
のアッシング装置を使用しても良いが、その場合はシリ
コン酸化膜にダメージ(表面荒れや、レジスト灰の残な
ど)が出ないようにしておく必要がある。
It is preferable that the photoresist is stripped by a process using a stripper specified by a photoresist maker. A photoresist ashing device using oxygen plasma may be used, but in that case, it is necessary to prevent the silicon oxide film from being damaged (rough surface, residual resist ash, etc.).

【0102】その後、同図(g)に示すように、前述し
た第1実施形態と同様にして、振動板基板となるシリコ
ン基板100のシリコン面101を電極基板41と直接
接合させる。次の工程として、シリコン基板100側の
エッチング用の開口108部分を残して表面についてい
るシリコン酸化膜104をマスクとして、高濃度のアル
カリ金属の水酸化物溶液中にシリコン基板を浸し、シリ
コン面を選択的にエッチングして、液室となる凹部53
を形成する。このときシリコン基板100のエッチング
は、この時SOI基板の層間絶縁膜であるシリコン酸化
膜103の領域までくると、自発的にエッチングがスト
ップするため、極薄いシリコン面102からなる振動板
54を精度良く作り出すことができる。
Thereafter, as shown in FIG. 10G, the silicon surface 101 of the silicon substrate 100 serving as the diaphragm substrate is directly bonded to the electrode substrate 41 in the same manner as in the first embodiment. In the next step, the silicon substrate is immersed in a high-concentration alkali metal hydroxide solution using the silicon oxide film 104 on the surface except for the opening 108 for etching on the silicon substrate 100 side as a mask. The concave portion 53 which becomes a liquid chamber by being selectively etched
To form At this time, when the etching of the silicon substrate 100 reaches the region of the silicon oxide film 103 which is an interlayer insulating film of the SOI substrate, the etching is stopped spontaneously. Can produce well.

【0103】このように、振動板基板にSOI構造を持
つ半導体基板を用いて、この半導体基板の電極基板との
接合面上の振動板となる領域をマスクした後、熱酸化に
よって酸化することで、振動板となる領域以外を選択的
に酸化し、アクチュエータの必要ギャップとなる厚さに
まで酸化膜を形成した後、マスクを除去し、電極基板と
接合することによって、振動板基板と電極基板とを接着
剤を用いないで直接接合し、且つギャップを形成するた
めのシリコン酸化膜を振動板基板側に設けた静電型アク
チュエータを製造することができる。
As described above, by using a semiconductor substrate having an SOI structure as a diaphragm substrate and masking a region to be a diaphragm on a bonding surface of the semiconductor substrate with an electrode substrate, the substrate is oxidized by thermal oxidation. By selectively oxidizing the region other than the region that will become the diaphragm, forming an oxide film to a thickness that is necessary for the actuator, removing the mask, and joining the diaphragm to the electrode substrate, And an electrostatic actuator in which a silicon oxide film for forming a gap is provided on the diaphragm substrate side directly without using an adhesive.

【0104】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の製造方法の第7実施形態について図11を参照して説
明する。同図(a)は第1実施形態における振動板基板
の他の実施形態を、同図(b)は第2実施形態における
振動板基板の他の実施形態を示す説明図である。この実
施形態においては、振動板基板31又は61の電極面側
に絶縁膜を残すことで電極とのリークや貼り付きを防止
するものである。絶縁膜は、熱酸化等の方法でシリコン
酸化膜を形成してもよいし、すでにあるシリコン酸化膜
34、64を極薄く残して絶縁膜111としてもよい。
これにより、電極基板の製造方法の自由度が高くなる。
Next, a seventh embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7A is an explanatory diagram showing another embodiment of the diaphragm substrate according to the first embodiment, and FIG. 7B is an explanatory diagram showing another embodiment of the diaphragm substrate according to the second embodiment. In this embodiment, leakage or sticking to the electrodes is prevented by leaving an insulating film on the electrode surface side of the diaphragm substrate 31 or 61. As the insulating film, a silicon oxide film may be formed by a method such as thermal oxidation, or the insulating film 111 may be formed by leaving the existing silicon oxide films 34 and 64 extremely thin.
This increases the degree of freedom in the method of manufacturing the electrode substrate.

【0105】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の製造方法の第8実施形態について図12を参照して説
明する。図12は請求項10に係る発明を適用した電極
基板の製造工程を説明する説明図である。先ず、同図
(a)に示す電極基板となるシリコン基板121は、P
型の極性を持ちその結晶面方位が<110>の基板であ
り、振動板基板との接合面側を鏡面に仕上げている。
Next, an eighth embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process of an electrode substrate to which the invention according to claim 10 is applied. First, a silicon substrate 121 serving as an electrode substrate shown in FIG.
It is a substrate having the polarity of the mold and the crystal plane orientation of <110>, and the bonding surface side with the diaphragm substrate is mirror-finished.

【0106】そこで、同図(b)に示すように、このシ
リコン基板121の表面にバッファ酸化膜となるシリコ
ン酸化膜124を熱酸化法によって形成する。このとき
のシリコン酸化膜124の膜厚は、ウェットエッチング
に耐え得る程度の膜厚が必要である。ここでは約1μm
の厚さに形成した。
Therefore, as shown in FIG. 2B, a silicon oxide film 124 serving as a buffer oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 121 by a thermal oxidation method. At this time, the thickness of the silicon oxide film 124 needs to be large enough to withstand wet etching. Here is about 1μm
It was formed in thickness.

【0107】続いて、このシリコン基板121の接合面
(鏡面側)にフォトレジスト125を塗布した後、電極
を形成する領域のみ開口126が形成されるようにパタ
ーニングした後、フォトレジスト125をマスクとし
て、シリコン酸化膜124をエッチングして開口126
を形成する。
Subsequently, after a photoresist 125 is applied to the bonding surface (mirror side) of the silicon substrate 121, patterning is performed so that an opening 126 is formed only in a region where an electrode is to be formed, and the photoresist 125 is used as a mask. The silicon oxide film 124 is etched to form an opening 126.
To form

【0108】そして、同図(c)に示すように、フォト
レジスト125を除去し、高濃度のアルカリ金属の水酸
化物溶液中にシリコン基板121を浸し、シリコン面を
選択的にエッチングする。このときのエッチング量は、
電極材料が埋め込まれる程度の深さまでエッチングす
る。ここでは、約300nmの深さにまでエッチングし
た。次に、電極材料とシリコン基板121との絶縁膜と
なるシリコン酸化膜127を形成する。このときの絶縁
膜となるシリコン酸化膜127の厚さは約100μmの
厚さとした。
Then, as shown in FIG. 9C, the photoresist 125 is removed, the silicon substrate 121 is immersed in a high-concentration alkali metal hydroxide solution, and the silicon surface is selectively etched. The etching amount at this time is
Etching is performed to such a depth that the electrode material is embedded. Here, etching was performed to a depth of about 300 nm. Next, a silicon oxide film 127 serving as an insulating film between the electrode material and the silicon substrate 121 is formed. At this time, the thickness of the silicon oxide film 127 serving as an insulating film was about 100 μm.

【0109】次に、同図(d)に示すように、電極とな
る不純物の導入されたポリシリコン128をCVD等の
方法で堆積する。このとき、電極材料は窒化チタンなど
高融点金属系の材料でも構わない。また、電極材料の厚
さは約100μmとした。続いて、キャップとなるシリ
コン酸化膜129をCVD等の方法で堆積し、電極の絶
縁性を確保する。
Next, as shown in FIG. 4D, polysilicon 128 doped with impurities to be an electrode is deposited by a method such as CVD. At this time, the electrode material may be a high melting point metal material such as titanium nitride. The thickness of the electrode material was about 100 μm. Subsequently, a silicon oxide film 129 serving as a cap is deposited by a method such as CVD to secure the insulating properties of the electrodes.

【0110】そして、フォトレジストを塗布し、これを
電極の形状に露光・現像して電極形状のパターン130
を形成した後、同図(e)に示すように、このフォトレ
ジストのパターンをマスクとして、シリコン酸化膜12
9、電極材料であるポリシリコン128、シリコン酸化
膜127とエツチングし、同図(f)に示すように、フ
ォトレジストパターン130を除去してポリシリコンか
らなる個別電極51を形成した電極基板を得る。
Then, a photoresist is applied, and this is exposed and developed into an electrode shape to form an electrode-shaped pattern 130.
After the formation of the silicon oxide film 12 as shown in FIG.
9. Etching with polysilicon 128 and silicon oxide film 127, which are electrode materials, and removing the photoresist pattern 130 to obtain an electrode substrate on which individual electrodes 51 made of polysilicon are formed as shown in FIG. .

【0111】ここでは、フォトエッチングによって電極
形状を得たが、図15に示すように、キャップとなるシ
リコン酸化膜129を堆積した後、同図(e)に示すよ
うにCMP(Chemical MechanlcaI Polishing)等の方
法で、シリコン基板121表面まで研磨しても良い。こ
のとき、シリコン基板面(接合界面)は面一に仕上げら
れ、面精度、粗さともに均一化される利点がある。
Here, the electrode shape is obtained by photoetching. However, as shown in FIG. 15, after a silicon oxide film 129 serving as a cap is deposited, as shown in FIG. 15E, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed as shown in FIG. The surface of the silicon substrate 121 may be polished by such a method. At this time, the surface of the silicon substrate (bonding interface) is finished to be flush, and there is an advantage that both surface accuracy and roughness are made uniform.

【0112】その後、前記のような方法で振動板基板と
直接接合させることで、静電型アクチュエータを得るこ
とができる。
Thereafter, the electrostatic actuator can be obtained by directly bonding to the diaphragm substrate by the method described above.

【0113】このように、電極基板はシリコン基板上に
不純物の注入されたポリシリコン膜を堆積した後、絶縁
膜となるシリコン酸化膜を形成し、電極パターンを覆う
形状の保護膜を形成し、この保護膜をマスクとしてエッ
チングを行って接合面となるシリコン基板を露出させた
後、振動板基板と接合するので、埋め込み型の電極構造
を得ることができ、電極へのコンタクトが振動板基板側
からでも、電極基板側からでも取ることができ、アクチ
ュエータの機能デバイスへの搭載に自由度が増す。
As described above, the electrode substrate is formed by depositing the impurity-implanted polysilicon film on the silicon substrate, forming a silicon oxide film serving as an insulating film, and forming a protective film covering the electrode pattern. Etching is performed using this protective film as a mask to expose the silicon substrate serving as a bonding surface, and then bonding to the diaphragm substrate, so that a buried electrode structure can be obtained, and the contact to the electrode is made to the diaphragm substrate side Or from the electrode substrate side, which increases the degree of freedom in mounting the actuator on a functional device.

【0114】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の製造方法の第9実施形態について図16及び図17を
参照して説明する。図16は請求項12に係る発明を適
用した請求項11の静電型アクチュエータの製造工程を
説明する説明図、図17は振動板基板と電極基板との接
合工程を説明する説明図である。
Next, a ninth embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is an explanatory view for explaining a manufacturing process of the electrostatic actuator according to claim 11 to which the invention according to claim 12 is applied, and FIG. 17 is an explanatory view for explaining a bonding step between the diaphragm substrate and the electrode substrate.

【0115】ここでの静電型アクチュエータは、上述し
た静電型アクチュエータと個別電極の取り方に違いがあ
り、上述した静電型アクチュエータは、振動板基板と電
極基板が別個に存在し、それぞれの機能を分けていた
が、請求項11の静電型アクチュエータでは従前電極を
形成していた電極基板が共通電極(グランド・レベル)
となり、振動板に個別に電圧が印加できるような構成に
している。
The electrostatic actuator here is different from the above-mentioned electrostatic actuator in the way of taking individual electrodes. In the above-mentioned electrostatic actuator, a diaphragm substrate and an electrode substrate are provided separately. In the electrostatic actuator according to the eleventh aspect, the electrode substrate on which the conventional electrode is formed is a common electrode (ground level).
Thus, the configuration is such that a voltage can be individually applied to the diaphragm.

【0116】そこで、図16(a)に示すように、振動
板基板となるシリコン基板140は、SOI構造を持つ
ウェハを利用する。振動板を彫り込むためのシリコン面
141はP型の極性を持ちその結晶面方位が<110>で
あり、振動板となるシリコン面142は、板厚が振動板
の厚さ(ここでは約2μm)に仕上げられており、結晶
面方位は<110>であり、極性はP型である。また、中
間に挟まれる絶縁層143は、シリコン酸化膜であり、
その厚さは約150〜200μmのSOI基板を使用し
た。両面が鏡面に研磨されている。このシリコン基板を
出発材料として使用する。
Therefore, as shown in FIG. 16A, a silicon substrate 140 serving as a diaphragm substrate uses a wafer having an SOI structure. The silicon surface 141 for engraving the diaphragm has P-type polarity and its crystal plane orientation is <110>, and the silicon surface 142 serving as the diaphragm has a thickness of about 2 μm (here, about 2 μm). ), The crystal plane orientation is <110>, and the polarity is P-type. Further, the insulating layer 143 sandwiched in the middle is a silicon oxide film,
An SOI substrate having a thickness of about 150 to 200 μm was used. Both sides are mirror-polished. This silicon substrate is used as a starting material.

【0117】まず、同図(b)に示すように、このシリ
コン基板140をパイロ酸化(ウェット酸化)法や、ド
ライ酸化等の熱酸化法によって酸化し、シリコン基板1
40の表面にシリコン酸化膜144を形成する。このと
きのシリコン酸化膜144の厚さは、静電型アクチュエ
ータのギャップに等しい分の厚さとする。ここでは、約
400μmの厚さに形成した。
First, as shown in FIG. 13B, the silicon substrate 140 is oxidized by a pyro-oxidation (wet oxidation) method or a thermal oxidation method such as dry oxidation.
A silicon oxide film 144 is formed on the surface of the substrate 40. At this time, the thickness of the silicon oxide film 144 is equal to the gap of the electrostatic actuator. Here, it was formed to a thickness of about 400 μm.

【0118】次に、同図(c)に示すように、このシリ
コン基板140の両面にフォトレジスト145を塗布し
た後、同図(d)に示すように両面露光機を用いて、電
極基板との接合面側のギャップ部分となるパターン12
7と、振動板を形成するためのエッチング開口部分とな
るパターン126を形成する。ここで、両面露光機を利
用するのは、ギャップ層となるパターンと、エッチング
開口部分の位置合わせ精度を確保するためである。
Next, as shown in FIG. 14C, a photoresist 145 is applied to both sides of the silicon substrate 140, and then, as shown in FIG. 12 to be the gap part on the joining surface side of
7 and a pattern 126 to be an etching opening for forming a diaphragm is formed. Here, the use of the double-sided exposure machine is to ensure the positioning accuracy of the pattern to be the gap layer and the etching opening.

【0119】次に、フォトレジスト145をマスクとし
て、5%程度の濃度の弗化水素溶液を用いて、シリコン
酸化膜144をエッチングする。この後、同図(e)に
示すように、フォトレジスト145の膜をマスクとし
て、振動板となるシリコン基板面に注入後にN型となる
イオン149を注入し、フォトレジスト145を除去し
て振動板基板を得る。
Next, using the photoresist 145 as a mask, the silicon oxide film 144 is etched using a hydrogen fluoride solution having a concentration of about 5%. Thereafter, as shown in FIG. 3E, using the film of the photoresist 145 as a mask, ions 149 which become N-type after being implanted into the silicon substrate surface which becomes the vibration plate are removed, and the photoresist 145 is removed to oscillate. Obtain a plate substrate.

【0120】このフォトレジストの剥離には、フォトレ
ジストメーカ一が指定する剥離液を使ったプロセスとす
ることが好ましい。酸素プラズマを使ったフォトレジス
トのアッシング装置を使用しても良いが、その場合はシ
リコン酸化膜にダメージ(表面荒れや、レジスト灰の残
など)が出ないようにしておく必要がある。
The photoresist is preferably stripped by a process using a stripper specified by a photoresist maker. A photoresist ashing device using oxygen plasma may be used, but in that case, it is necessary to prevent the silicon oxide film from being damaged (rough surface, residual resist ash, etc.).

【0121】その後、図17(a)に示すように、この
振動板基板となるシリコン基板140を保護膜152を
設けた電極基板151と直接接合させる。このとき熱で
シリコン基板140に注入したイオン149が活性化さ
れ、個別電極150として機能する。
Thereafter, as shown in FIG. 17A, the silicon substrate 140 serving as the diaphragm substrate is directly bonded to the electrode substrate 151 provided with the protective film 152. At this time, the ions 149 implanted into the silicon substrate 140 are activated by heat, and function as the individual electrodes 150.

【0122】そして、同図(b)に示すように、シリコ
ン基板140側のエッチング開口148部分を残して表
面についているシリコン酸化膜144をマスクとして、
高濃度のアルカリ金属の水酸化物溶液中にシリコン基板
を浸し、シリコン面を選択的にエッチングして、液室と
なる凹部153を形成し、その後、同図(c)に示すよ
うに酸化膜除去工程を経て凹部153の底部にあるシリ
コン酸化膜143等を除去して、振動板154を形成す
る。
Then, as shown in FIG. 12B, the silicon oxide film 144 on the surface except for the etching opening 148 on the silicon substrate 140 side is used as a mask.
The silicon substrate is immersed in a high-concentration alkali metal hydroxide solution, and the silicon surface is selectively etched to form a concave portion 153 serving as a liquid chamber. Then, as shown in FIG. Through a removing step, the silicon oxide film 143 and the like at the bottom of the concave portion 153 are removed to form the vibration plate 154.

【0123】このときシリコン基板140のエッチング
は、シリコン酸化膜143の絶縁層までエッチングされ
ると、自発的にエッチングがストップするため、極薄い
振動板154を精度良く作り出すことができる。なお、
振動板154上のシリコン酸化膜143は上述したよう
に後の酸化膜除去工程で除去されるので、振動特性に影
響は出ない。
At this time, since the etching of the silicon substrate 140 is stopped spontaneously when the insulating layer of the silicon oxide film 143 is etched, an extremely thin diaphragm 154 can be produced with high accuracy. In addition,
Since the silicon oxide film 143 on the vibration plate 154 is removed in the subsequent oxide film removing step as described above, the vibration characteristics are not affected.

【0124】このように、振動板を形成する半導体基板
がSOI構造を持っており、接合面となる第1の導電型を
もつシリコン面上に、熱酸化法によってアクチュエータ
の必要ギャップとなる厚さのシリコン酸化膜を形成した
後、接合面側のシリコン酸化膜を所望の形状にレジスト
でパターニングし、このパターン膜をマスクとして第2
の導電型となるイオン注入を行って、振動板個々に個別
電極を形成した後、低抵抗のシリコン基板との接合時の
直接接合の熱で注入したイオンを活性化させることによ
り、振動板基板と電極基板とを接着剤を用いないで直接
接合し、且つギャップを形成するためのシリコン酸化膜
を振動板基板側に設けた静電型アクチュエータを製造す
ることができる。
As described above, the semiconductor substrate forming the diaphragm has the SOI structure, and the silicon substrate having the first conductivity type serving as the bonding surface is formed on the silicon surface having the thickness necessary for the necessary gap of the actuator by the thermal oxidation method. After the formation of the silicon oxide film, the silicon oxide film on the bonding surface side is patterned into a desired shape with a resist.
After forming individual electrodes for each diaphragm by performing ion implantation of the conductivity type of the diaphragm, the diaphragm substrate is activated by activating the implanted ions by heat of direct bonding at the time of bonding with a low-resistance silicon substrate. And the electrode substrate can be directly bonded without using an adhesive, and an electrostatic actuator in which a silicon oxide film for forming a gap is provided on the diaphragm substrate side can be manufactured.

【0125】次に、本発明に係る静電型アクチュエータ
の製造方法の第10実施形態について図18及び図19
を参照して説明する。図18は請求項13に係る発明を
適用して振動板基板を製造する工程を説明する説明図、
図19は振動板基板と電極基板とを接合して静電型アク
チュエータを製作する工程を説明する説明図である。
Next, a tenth embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 18 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing a diaphragm substrate by applying the invention according to claim 13;
FIG. 19 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing an electrostatic actuator by bonding a diaphragm substrate and an electrode substrate.

【0126】先ず、図18(a)に示すように、振動板
基板となるシリコン基板141は、その結晶面方位が<
110>であり、両面を鏡面に研磨している。このシリ
コン基板161を出発材料として使用する。
First, as shown in FIG. 18A, a silicon substrate 141 serving as a diaphragm substrate has a crystal plane orientation of <
110>, and both sides are mirror-polished. This silicon substrate 161 is used as a starting material.

【0127】そして、このシリコン基板161にCVD
法を用いてシリコン窒化膜162を堆積させる。このと
きのシリコン窒化膜162の膜厚は振動板の厚さとす
る。次に、同図(b)に示すように、シリコン基板16
1の全面にシリコン酸化膜164を形成する。このと
き、シリコン窒化膜162上には熱酸化膜が殆ど成長し
ないので、CVD法等の方法でシリコン酸化膜164を
形成する。このときのシリコン酸化膜144の厚さは、
静電型アクチュエータのギャップに等しい分の厚さとす
る。ここでは、約400μmの厚さに形成した。
Then, the silicon substrate 161 is
A silicon nitride film 162 is deposited using a method. The thickness of the silicon nitride film 162 at this time is the thickness of the diaphragm. Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 164 is formed on the entire surface of the substrate 1. At this time, since a thermal oxide film hardly grows on the silicon nitride film 162, the silicon oxide film 164 is formed by a method such as the CVD method. At this time, the thickness of the silicon oxide film 144 is
The thickness is set to be equal to the gap of the electrostatic actuator. Here, it was formed to a thickness of about 400 μm.

【0128】次に、同図(c)に示すように、このシリ
コン基板161の両面にフォトレジスト165を塗布し
た後、同図(d)に示すように、両面露光機を用いて、
接合面側のギャップ部分となるパターン167と、振動
板を形成するためのエッチング開口部分となるパターン
166を形成する。ここで、両面露光機を利用するの
は、ギャップ層となるパターンと、エッチング開口部分
の位置合わせ精度を確保するためである。
Next, as shown in FIG. 13C, a photoresist 165 is applied to both sides of the silicon substrate 161 and then, as shown in FIG.
A pattern 167 serving as a gap portion on the joining surface side and a pattern 166 serving as an etching opening portion for forming a diaphragm are formed. Here, the use of the double-sided exposure machine is to ensure the positioning accuracy of the pattern to be the gap layer and the etching opening.

【0129】そして、フォトレジスト165をマスクと
して、5%程度の濃度の弗化水素溶液を用いて、シリコ
ン酸化膜164をエッチングして開口168、169を
形成する。この後、同図(e)に示すように、窒化チタ
ン等の高融点金属系の薄膜170をスパッタ等の方法で
堆積する。このときの薄膜形成方法は、スパッタ等のス
テップカバレージの良くない方法が好ましい。
Then, using the photoresist 165 as a mask, the silicon oxide film 164 is etched using a hydrogen fluoride solution having a concentration of about 5% to form openings 168 and 169. Thereafter, as shown in FIG. 3E, a thin film 170 of a high melting point metal such as titanium nitride is deposited by a method such as sputtering. At this time, the method of forming a thin film is preferably a method with poor step coverage such as sputtering.

【0130】次に、同図(g)に示すようにフォトレジ
スト165を除去して振動板基板を得る。このとき、フ
ォトレジスト165の剥離と同時にフォトレジスト膜上
部に残る電極用薄膜170も剥離(リフトオフ法)させ
る。この方法を使うことによって、振動板裏面に個別電
極を形成することができる。
Next, the photoresist 165 is removed to obtain a diaphragm substrate as shown in FIG. At this time, at the same time as the photoresist 165 is peeled, the electrode thin film 170 remaining on the photoresist film is also peeled (lift-off method). By using this method, an individual electrode can be formed on the back surface of the diaphragm.

【0131】その後、図19(a)に示すように、前記
のような方法で振動板基板となるシリコン基板161と
保護膜172を設けた電極基板171と直接接合させ
る。次の工程として、同図(b)に示すようにシリコン
基板161側のエッチング用の開口168を残して表面
についているシリコン酸化膜164をマスクとして、高
濃度のアルカリ金属の水酸化物溶液中にシリコン基板を
浸し、シリコン面を選択的にエッチングして液室となる
凹部173を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 19A, the silicon substrate 161 serving as a diaphragm substrate and the electrode substrate 171 provided with the protective film 172 are directly bonded by the above-described method. In the next step, a silicon oxide film 164 on the surface is used as a mask while leaving an opening 168 for etching on the silicon substrate 161 side as shown in FIG. The silicon substrate is immersed, and the silicon surface is selectively etched to form a concave portion 173 serving as a liquid chamber.

【0132】このときシリコン基板のエッチングは、シ
リコン基板反対側のシリコン窒化膜162までエッチン
グされると、自発的にエッチングがストップするため、
極薄いシリコン窒化膜による振動板174を精度良く作
り出すことができる。その後、同図(c)に示すように
シリコン酸化膜164等を除去して静電型アクチュエー
タを得る。
At this time, when the silicon substrate is etched to the silicon nitride film 162 on the opposite side of the silicon substrate, the etching stops spontaneously.
The vibration plate 174 made of an extremely thin silicon nitride film can be accurately produced. Thereafter, the silicon oxide film 164 and the like are removed as shown in FIG.

【0133】このように、振動板を形成する半導体基板
がシリコンウェハであり、接合面となるシリコン面上に
振動板の厚さとなるシリコン窒化膜を形成した後、この
窒化膜上にシリコン酸化膜をアクチュエータの必要ギャ
ップとなる厚さにまで堆積形成し、このシリコン酸化膜
を所望の形状にレジストでパターニングした後、このレ
ジストの付いた振動板基板に導電性の膜を堆積し、レジ
スト膜ごと振動板以外の部分の導電性の膜を除去するこ
とで、振動板個々に個別電極を形成した後、低抵抗のシ
リコン基板と直接接合することにより、振動板基板と電
極基板とを接着剤を用いないで直接接合し、且つギャッ
プを形成するためのシリコン酸化膜を振動板基板側に設
けた静電型アクチュエータを製造することができる。
As described above, the semiconductor substrate forming the diaphragm is a silicon wafer, a silicon nitride film having a thickness of the diaphragm is formed on a silicon surface serving as a bonding surface, and then a silicon oxide film is formed on the nitride film. The silicon oxide film is patterned into a desired shape with a resist, and then a conductive film is deposited on the diaphragm substrate with the resist. After removing the conductive film on the part other than the diaphragm, individual electrodes are formed for each diaphragm, and then directly bonded to a low-resistance silicon substrate, an adhesive is applied between the diaphragm substrate and the electrode substrate. It is possible to manufacture an electrostatic actuator in which a silicon oxide film for directly bonding and forming a gap is provided on the diaphragm substrate side without using it.

【0134】[0134]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の静電型
アクチュエータによれば、振動板を形成した振動板基板
と、個別電極を形成した電極基板とを絶縁膜となるシリ
コン酸化膜によってギャップを形成して接合し、前記電
極と振動板との間に電圧を印加することで振動板が変形
する静電型アクチュエータにおいて、振動板基板と電極
基板とを接着剤を用いないで直接接合し、且つギャップ
を形成するためのシリコン酸化膜を振動板基板側に設け
た構成としたので、半導体プロセスを用いてアクチュエ
ータを製造する場合に、振動板基板と電極基板との接合
面のあれを発生させることなく直接接合でき、低コスト
で高密度の静電型アクチュエータを得ることができる。
As described above, according to the electrostatic actuator of the first aspect, the diaphragm substrate on which the diaphragm is formed and the electrode substrate on which the individual electrodes are formed are formed by the silicon oxide film serving as an insulating film. In an electrostatic actuator in which a diaphragm is deformed by applying a voltage between the electrode and the diaphragm, a diaphragm substrate and an electrode substrate are directly joined without using an adhesive. In addition, since a silicon oxide film for forming a gap is provided on the diaphragm substrate side, when manufacturing an actuator using a semiconductor process, the roughness of the joint surface between the diaphragm substrate and the electrode substrate is reduced. Direct bonding can be performed without causing the generation, and a low-cost and high-density electrostatic actuator can be obtained.

【0135】請求項2の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、上記請求項1の静電型アクチュエータを製
造する静電型アクチュエータの製造方法において、振動
板基板に半導体基板の電極基板の接合面側に高濃度の不
純物が注入されたシリコンウエハを用いて、このシリコ
ンウエハに熱酸化によってギャップとなる厚さのシリコ
ン酸化膜を形成した後、接合面側のシリコン酸化膜を所
望の形状にパターニングして電極基板と接合する構成と
したので、半導体製造プロセスを用いることによる接合
面のあれを発生させることなく、直接接合による静電型
アクチュエータを得ることができ、ギャップ精度が向上
して、更により高密度のデバイスを得ることができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 2, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 1, the bonding of the electrode substrate of the semiconductor substrate to the diaphragm substrate is performed. Using a silicon wafer into which high-concentration impurities are implanted on the surface side, a silicon oxide film having a thickness serving as a gap is formed on the silicon wafer by thermal oxidation, and then the silicon oxide film on the bonding surface side is formed into a desired shape. Since it is configured to be patterned and bonded to the electrode substrate, it is possible to obtain an electrostatic actuator by direct bonding without generating a roughness of a bonding surface by using a semiconductor manufacturing process, and improve a gap accuracy, Even higher density devices can be obtained.

【0136】請求項3の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、上記請求項1の静電型アクチュエータをす
る静電型アクチュエータの製造方法において、振動板基
板にSOI構造を持つ半導体基板を用いて、この半導体
基板の電極基板との接合面側に、熱酸化法によってアク
チュエータの必要ギャップとなる厚さのシリコン酸化膜
を形成した後、接合面側のシリコン酸化膜を所望の形状
にパターニングし、電極基板と接合する構成としたの
で、半導体製造プロセスを用いることによる接合面のあ
れを発生させることなく、直接接合による静電型アクチ
ュエータを得ることができ、ギャップ精度が向上して、
更により高密度のデバイスを得ることができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, wherein a semiconductor substrate having an SOI structure is used as a diaphragm substrate. Then, a silicon oxide film having a thickness that is necessary for the actuator is formed on the bonding surface side of the semiconductor substrate with the electrode substrate by a thermal oxidation method, and then the silicon oxide film on the bonding surface side is patterned into a desired shape. , Because it is configured to be bonded to the electrode substrate, it is possible to obtain an electrostatic actuator by direct bonding without causing a roughened bonding surface by using a semiconductor manufacturing process, and improve the gap accuracy,
Even higher density devices can be obtained.

【0137】請求項4の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、上記請求項1の静電型アクチュエータを製
造する静電型アクチュエータの製造方法において、振動
板基板にシリコン基板を用いて、このシリコン基板の電
極基板との接合面上に、振動板の厚さとなるシリコン窒
化膜を全面に形成した後、この窒化膜上にシリコン酸化
膜をアクチュエータの必要ギャップとなる厚さにまで成
膜した後、接合面側のシリコン酸化膜を所望の形状にパ
ターニングし、電極基板と接合する構成としたので、半
導体製造プロセスを用いることによる接合面のあれを発
生させることなく、直接接合による静電型アクチュエー
タを得ることができ、ギャップ精度が向上して、更によ
り高密度のデバイスを得ることができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of the fourth aspect, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of the first aspect, a silicon substrate is used as a diaphragm substrate. After a silicon nitride film having a thickness of a diaphragm was formed on the entire surface of the bonding surface of the silicon substrate with the electrode substrate, a silicon oxide film was formed on the nitride film to a thickness that required an actuator gap. After that, the silicon oxide film on the bonding surface was patterned into a desired shape and bonded to the electrode substrate. An actuator can be obtained, the gap accuracy can be improved, and an even higher density device can be obtained.

【0138】請求項5の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、上記請求項1の静電型アクチュエータを製
造する静電型アクチュエータの製造方法において、振動
板基板にシリコンウェハを用いて、このシリコンウエハ
の電極基板との接合面上に振動板の厚さとなるシリコン
窒化膜を形成した後、振動板を形成する領域にのみシリ
コン窒化膜を残してパターニングした後、この窒化膜を
マスクとして熱酸化を行い、選択的にシリコン基板を酸
化し、アクチュエータの必要ギャップとなる厚さにまで
酸化膜を成長させた後、電極基板と接合する構成とした
ので、半導体製造プロセスを用いることによる接合面の
あれを発生させることなく、直接接合による静電型アク
チュエータを得ることができ、ギャップ精度が向上し
て、更により高密度のデバイスを得ることができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of the fifth aspect, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of the first aspect, a silicon wafer is used as a diaphragm substrate. After forming a silicon nitride film having a thickness of the diaphragm on the bonding surface of the silicon wafer with the electrode substrate, patterning is performed while leaving the silicon nitride film only in a region where the diaphragm is to be formed. Oxidation, selective oxidation of the silicon substrate, growth of an oxide film to the thickness required for the required actuator gap, and then bonding to the electrode substrate, the bonding surface using a semiconductor manufacturing process It is possible to obtain an electrostatic actuator by direct bonding without causing roughness, improving the gap accuracy and further increasing the density. It can be obtained device.

【0139】請求項6の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、上記請求項1の静電型アクチュエータを製
造する静電型アクチュエータの製造方法において、振動
板に半導体基板の電極基板との接合面側に高濃度の不純
物が注入されたシリコンウェハを用いて、このシリコン
ウエハの接合面側の振動板となる領域をマスクした後、
熱酸化によって酸化することで、振動板となる領域以外
を選択的に酸化し、アクチュエータの必要ギャップとな
る厚さに形成した後、マスクを除去し、電極基板と接合
する構成としたので、半導体製造プロセスを用いること
による接合面のあれを発生させることなく、直接接合に
よる静電型アクチュエータを得ることができ、ギャップ
精度が向上して、更により高密度のデバイスを得ること
ができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 6, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 1, the bonding of the vibration plate to the electrode substrate of the semiconductor substrate is performed. After using a silicon wafer in which high-concentration impurities are implanted on the surface side, a region to be a diaphragm on the bonding surface side of the silicon wafer is masked,
By oxidizing by thermal oxidation, it selectively oxidizes the area other than the area that will become the diaphragm, forms a thickness that will be the necessary gap of the actuator, removes the mask, and joins the electrode substrate It is possible to obtain an electrostatic actuator by direct bonding without causing the bonding surface to be rough due to the use of the manufacturing process, to improve the gap accuracy, and to obtain a higher density device.

【0140】請求項7の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、上記請求項1の静電型アクチュエータを製
造する静電型アクチュエータの製造方法において、振動
板基板にSOI構造を持つ半導体基板を用いて、この半
導体基板の電極基板との接合面上の振動板となる領域を
マスクした後、熱酸化によって酸化することで、振動板
となる領域以外を選択的に酸化し、アクチュエータの必
要ギャップとなる厚さにまで酸化膜を形成した後、マス
クを除去し、電極基板と接合する構成としたので、半導
体製造プロセスを用いることによる接合面のあれを発生
させることなく、直接接合による静電型アクチュエータ
を得ることができ、ギャップ精度が向上して、更により
高密度のデバイスを得ることができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 7, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 1, the semiconductor substrate having the SOI structure is used as the diaphragm substrate. After masking the area that will become the diaphragm on the joint surface of the semiconductor substrate with the electrode substrate using this, it is oxidized by thermal oxidation to selectively oxidize the area other than the area that will become the diaphragm, and the necessary gap for the actuator is obtained. After the oxide film is formed to the thickness required, the mask is removed and the structure is joined to the electrode substrate. A mold actuator can be obtained, the gap accuracy can be improved, and an even higher density device can be obtained.

【0141】請求項8の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、上記請求項2又は3の静電型アクチュエー
タの製造方法において、酸化膜のパターニング中に振動
板基板の接合面側にシリコン酸化膜の薄膜を残し、又は
パターニング終了後再度熱酸化を行って振動板裏側に酸
化膜を形成した構成としたので、半導体製造プロセスを
用いることによる接合面のあれを発生させることなく、
直接接合による静電型アクチュエータを得ることがで
き、ギャップ精度が向上して、更により高密度のデバイ
スを得ることができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 8, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 2 or 3, the silicon oxide is formed on the bonding surface side of the diaphragm substrate during the patterning of the oxide film. Since the thin film of the film is left, or the thermal oxidation is performed again after the patterning is completed to form an oxide film on the back side of the vibration plate, without causing the roughness of the bonding surface by using the semiconductor manufacturing process,
An electrostatic actuator by direct bonding can be obtained, the gap accuracy can be improved, and an even higher density device can be obtained.

【0142】請求項9の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、上記請求項1の静電型アクチュエータを製
造する静電型アクチュエータの製造方法において、電極
基板はシリコン基板上に電極に対応するレジストパター
ンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、イ
オン注入を行った後熱処理を行って活性層を形成する工
程を有し、振動板基板と接合する前に接合面の酸化膜を
完全に除去した後振動板基板と接合する構成としたの
で、半導体製造プロセスを用いることによる接合面のあ
れを発生させることなく、直接接合による静電型アクチ
ュエータを得ることができ、ギャップ精度が向上して、
更により高密度のデバイスを得ることができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 9, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 1, the electrode substrate corresponds to the electrode on the silicon substrate. Forming a resist pattern, using this resist pattern as a mask, performing a heat treatment after performing ion implantation and forming an active layer, and completely removes an oxide film on a bonding surface before bonding to a diaphragm substrate After that, it is configured to be joined to the diaphragm substrate, so that it is possible to obtain an electrostatic actuator by direct joining without causing a deviation of the joining surface by using a semiconductor manufacturing process, improving the gap accuracy,
Even higher density devices can be obtained.

【0143】請求項10の静電型アクチュエータの製造
方法によれば、上記請求項1の静電型アクチュエータを
製造する静電型アクチュエータの製造方法において、電
極基板はシリコン基板上に不純物の注入されたポリシリ
コン膜又は金属系導電膜を堆積した後、絶縁膜となるシ
リコン酸化膜を形成し、電極パターンを覆う形状の保護
膜を形成し、この保護膜をマスクとしてエッチングを行
って接合面となるシリコン基板を露出させた後、振動板
基板と接合する構成としたので、電極へのコンタクトが
いずれの基板側からでも取ることができ、アクチュエー
タの機能デバイスの搭載の自由度が高くなる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of the first aspect, the electrode substrate is formed by implanting impurities on a silicon substrate. After depositing a polysilicon film or a metal-based conductive film, a silicon oxide film serving as an insulating film is formed, a protective film having a shape covering the electrode pattern is formed, and etching is performed using the protective film as a mask to form a bonding surface. Since the silicon substrate is exposed and then joined to the diaphragm substrate, the electrodes can be contacted from any substrate side, and the degree of freedom in mounting the actuator functional device is increased.

【0144】請求項11の静電型アクチュエータによれ
ば、振動板及び個別電極を形成した振動板基板と、共通
電極を形成した電極基板とを絶縁膜となるシリコン酸化
膜によってギャップを形成して接合し、個別電極と共通
電極との間に電圧を印加することで振動板が変形する静
電型アクチュエータであって、振動板基板は低抵抗のシ
リコン基板であり、振動板基板と電極基板は接着剤を用
いないで直接接合し、かつギャップを形成するためのシ
リコン酸化膜を振動板基板側に設けた構成としたので、
半導体プロセスを用いてアクチュエータを製造する場合
に、振動板基板と電極基板との接合面のあれを発生させ
ることなく直接接合でき、低コストで高密度の静電型ア
クチュエータを得ることができる。
According to the electrostatic actuator of the eleventh aspect, a gap is formed between the diaphragm substrate on which the diaphragm and the individual electrodes are formed and the electrode substrate on which the common electrode is formed by the silicon oxide film serving as an insulating film. An electrostatic actuator in which the diaphragm is deformed by applying a voltage between the individual electrode and the common electrode by bonding, the diaphragm substrate is a low-resistance silicon substrate, and the diaphragm substrate and the electrode substrate are Because the silicon oxide film for bonding directly and forming a gap was provided on the diaphragm substrate side without using an adhesive,
In the case of manufacturing an actuator using a semiconductor process, direct bonding can be performed without causing any deviation in the bonding surface between the diaphragm substrate and the electrode substrate, and a low-cost, high-density electrostatic actuator can be obtained.

【0145】請求項12の静電型アクチュエータの製造
方法によれば、上記請求項11の静電型アクチュエータ
を製造する静電型アクチュエータの製造方法において、
振動板を形成する半導体基板がSOI構造を持ってお
り、接合面となる第1の導電型をもつシリコン面上に、
熱酸化法によってアクチュエータの必要ギャップとなる
厚さのシリコン酸化膜を形成した後、接合面側のシリコ
ン酸化膜を所望の形状にレジストでパターニングし、こ
のパターン膜をマスクとして第2の導電型となるイオン
注入を行って、振動板個々に個別電極を形成した後、シ
リコン基板との接合時の直接接合の熱で注入したイオン
を活性化させる構成としたので、電極へのコンタクトが
いずれの基板側からでも取ることができ、アクチュエー
タの機能デバイスの搭載の自由度が高くなる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 12, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of manufacturing the electrostatic actuator of claim 11,
The semiconductor substrate forming the diaphragm has an SOI structure, and on a silicon surface having a first conductivity type serving as a bonding surface,
After forming a silicon oxide film having a thickness to be a necessary gap of the actuator by a thermal oxidation method, the silicon oxide film on the bonding surface side is patterned with a resist into a desired shape, and the second conductivity type is formed using the pattern film as a mask. After the individual electrodes are formed on each of the vibrating plates by performing ion implantation, the implanted ions are activated by the heat of direct bonding at the time of bonding with the silicon substrate. It can be taken from the side, and the degree of freedom in mounting the functional device of the actuator is increased.

【0146】請求項13の静電型アクチュエータの製造
方法によれば、上記請求項11の静電型アクチュエータ
を製造する静電型アクチュエータの製造方法において、
振動板を形成する半導体基板がシリコンウェハであり、
接合面となるシリコン面上に振動板の厚さとなるシリコ
ン窒化膜を形成した後、この窒化膜上にシリコン酸化膜
をアクチュエータの必要ギャップとなる厚さにまで堆積
形成し、このシリコン酸化膜を所望の形状にレジストで
パターニングした後、このレジストの付いた振動板基板
に導電性の膜を堆積し、レジスト膜ごと振動板以外の部
分の導電性の膜を除去することで、振動板個々に個別電
極を形成した後、シリコン基板と直接接合する構成とし
たので、電極へのコンタクトがいずれの基板側からでも
取ることができ、アクチュエータの機能デバイスの搭載
の自由度が高くなる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 13, in the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 11,
The semiconductor substrate forming the diaphragm is a silicon wafer,
After forming a silicon nitride film having a thickness of a diaphragm on a silicon surface serving as a bonding surface, a silicon oxide film is deposited and formed on the nitride film to a thickness required for a necessary gap of an actuator, and the silicon oxide film is formed. After patterning with a resist into a desired shape, a conductive film is deposited on the diaphragm substrate with the resist, and the resist film and the conductive film in portions other than the diaphragm are removed. Since the individual electrodes are formed and then directly joined to the silicon substrate, the electrodes can be contacted from any substrate side, and the degree of freedom in mounting the actuator functional device is increased.

【0147】請求項14のインクジェットヘッドによれ
ば、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐
出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板及びこの振
動板に所定のギャップをおいて対向配置した電極からな
るアクチュエータとを備え、振動板と電極との間に電圧
を印加することで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において、アクチュエータが請
求項1又は11の静電型アクチュエータからなる構成と
したので、低コストで高密度のインクジェットヘッドを
得ることができる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, there is provided a nozzle for discharging ink droplets, a discharge chamber to which the nozzle communicates, a diaphragm forming a wall surface of the discharge chamber, and a predetermined gap provided between the diaphragm and the diaphragm. 12. An electrostatic ink jet head comprising: an actuator having electrodes arranged opposite to each other; wherein a voltage is applied between the diaphragm and the electrodes to eject ink droplets from nozzles, wherein the actuator is an electrostatic ink jet head according to claim 1 or 11. Since the actuator is constituted by an actuator, a high-density inkjet head can be obtained at low cost.

【0148】請求項15のインクジェットヘッドによれ
ば、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐
出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板及びこの振
動板に所定のギャップをおいて対向配置した電極からな
るアクチュエータとを備え、振動板と電極との間に電圧
を印加することで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において、アクチュエータが請
求項2乃至10及び12乃至14のいずれかの製造方法
で製造した静電型アクチュエータからなる構成としたの
で、低コストで高密度のインクジェットヘッドを得るこ
とができる。。
According to the ink jet head of the fifteenth aspect, a nozzle for discharging ink droplets, a discharge chamber to which the nozzle communicates, a vibration plate forming a wall surface of the discharge chamber, and a predetermined gap between the vibration plate and the vibration plate. 15. An electrostatic ink jet head comprising: an actuator having electrodes arranged opposite to each other, wherein the actuator applies a voltage between the diaphragm and the electrodes to eject ink droplets from nozzles, wherein the actuators are used. Since the configuration is made of the electrostatic actuator manufactured by any one of the above manufacturing methods, a low-cost, high-density inkjet head can be obtained. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る静電型アクチュエータを備えたイ
ンクジェットヘッドの第1実施形態を示す模式的断面図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a first embodiment of an inkjet head including an electrostatic actuator according to the present invention.

【図2】本発明に係る静電型アクチュエータを備えたイ
ンクジェットヘッドの第2実施形態を示す模式的断面図
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a second embodiment of an inkjet head including an electrostatic actuator according to the present invention.

【図3】請求項2に係る発明を適用した振動板基板の製
造工程を説明する説明図
FIG. 3 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a diaphragm substrate to which the invention according to claim 2 is applied.

【図4】請求項9に係る発明を適用した電極基板の製造
工程を説明する説明図
FIG. 4 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of an electrode substrate to which the invention according to claim 9 is applied.

【図5】図3の振動板基板と図4の電極基板とを接合し
て静電型アクチュエータを製作する工程を説明する説明
FIG. 5 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing an electrostatic actuator by bonding the diaphragm substrate of FIG. 3 and the electrode substrate of FIG. 4;

【図6】請求項3に係る発明を適用した振動板基板の製
造工程を説明する説明図
FIG. 6 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a diaphragm substrate to which the invention according to claim 3 is applied.

【図7】図6の振動板基板と図4の電極基板とを接合し
て静電型アクチュエータを製作する工程を説明する説明
FIG. 7 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing the electrostatic actuator by bonding the diaphragm substrate of FIG. 6 and the electrode substrate of FIG. 4;

【図8】請求項4に係る発明を適用した振動板基板の製
造工程を説明する説明図
FIG. 8 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a diaphragm substrate to which the invention according to claim 4 is applied.

【図9】図8の振動板基板と図4の電極基板とを接合し
て静電型アクチュエータを製作する工程を説明する説明
FIG. 9 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing the electrostatic actuator by bonding the diaphragm substrate of FIG. 8 and the electrode substrate of FIG. 4;

【図10】請求項5に係る発明を適用した製造工程を説
明する説明図
FIG. 10 is an explanatory view illustrating a manufacturing process to which the invention according to claim 5 is applied.

【図11】請求項6に係る発明を適用した製造工程を説
明する説明図
FIG. 11 is an explanatory view illustrating a manufacturing process to which the invention according to claim 6 is applied.

【図12】請求項7に係る発明を適用した製造工程を説
明する説明図
FIG. 12 is an explanatory view illustrating a manufacturing process to which the invention according to claim 7 is applied.

【図13】(a)は第1実施形態における振動板基板の
他の実施形態を、(b)は第2実施形態における振動板
基板の他の実施形態を示す説明図
13A is an explanatory view showing another embodiment of the diaphragm substrate according to the first embodiment, and FIG. 13B is an explanatory view showing another embodiment of the diaphragm substrate according to the second embodiment.

【図14】請求項10に係る発明を適用した製造工程を
説明する説明図
FIG. 14 is an explanatory view illustrating a manufacturing process to which the invention according to claim 10 is applied.

【図15】請求項10に係る発明を適用した他の製造工
程を説明する説明図
FIG. 15 is an explanatory view illustrating another manufacturing process to which the invention according to claim 10 is applied.

【図16】請求項12に係る発明を適用した請求項11
の静電型アクチュエータの製造工程を説明する説明図
FIG. 16 is an eleventh embodiment to which the invention according to the twelfth embodiment is applied.
Explanatory drawing explaining the manufacturing process of the electrostatic actuator of FIG.

【図17】振動板基板と電極基板との接合工程を説明す
る説明図
FIG. 17 is an explanatory view illustrating a bonding step between a diaphragm substrate and an electrode substrate.

【図18】請求項13に係る発明を適用した請求項11
の静電型アクチュエータの製造工程を説明する説明図
FIG. 18 is an eleventh embodiment to which the invention according to the thirteenth embodiment is applied.
Explanatory drawing explaining the manufacturing process of the electrostatic actuator of FIG.

【図19】振動板基板と電極基板との接合工程を説明す
る説明図
FIG. 19 is an explanatory view illustrating a bonding step between a diaphragm substrate and an electrode substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11…振動板基板、2、12…電極基板、3、13
…ノズルプレート、5、15…ノズル、6、16…液
室、7、17…凹部、8、18…振動板、9、19…シ
リコン酸化膜、10、20…個別電極。
1, 11: diaphragm substrate, 2, 12: electrode substrate, 3, 13
... Nozzle plate, 5, 15 ... Nozzle, 6, 16 ... Liquid chamber, 7, 17 ... Recess, 8, 18 ... Vibration plate, 9, 19 ... Silicon oxide film, 10, 20 ... Individual electrode.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動板を形成した振動板基板と、個別電
極を形成した電極基板とを絶縁膜となるシリコン酸化膜
によってギャップを形成して接合し、前記電極と振動板
との間に電圧を印加することで前記振動板が変形する静
電型アクチュエータにおいて、前記振動板基板と電極基
板とを接着剤を用いないで直接接合し、且つ前記ギャッ
プを形成するためのシリコン酸化膜を前記振動板基板側
に設けたことを特徴とする静電型アクチュエータ。
1. A diaphragm substrate on which a diaphragm is formed and an electrode substrate on which individual electrodes are formed are joined by forming a gap with a silicon oxide film serving as an insulating film, and a voltage is applied between the electrode and the diaphragm. In the electrostatic actuator in which the diaphragm is deformed by applying pressure, the diaphragm substrate and the electrode substrate are directly joined without using an adhesive, and the silicon oxide film for forming the gap is vibrated. An electrostatic actuator provided on a plate substrate side.
【請求項2】 請求項1に記載の静電型アクチュエータ
を製造する静電型アクチュエータの製造方法において、
前記振動板基板に半導体基板の前記電極基板の接合面側
に高濃度の不純物が注入されたシリコンウエハを用い
て、このシリコンウエハに熱酸化によって前記ギャップ
となる厚さのシリコン酸化膜を形成した後、接合面側の
シリコン酸化膜を所望の形状にパターニングして前記電
極基板と接合することを特徴とする静電型アクチュエー
タの製造方法。
2. A method of manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein the method includes the steps of:
Using a silicon wafer in which high-concentration impurities were implanted on the vibration plate substrate on the bonding surface side of the semiconductor substrate and the electrode substrate, a silicon oxide film having a thickness corresponding to the gap was formed on the silicon wafer by thermal oxidation. Thereafter, a method for manufacturing an electrostatic actuator, comprising: patterning a silicon oxide film on a bonding surface side into a desired shape and bonding the silicon oxide film to the electrode substrate.
【請求項3】 請求項1の静電型アクチュエータを製造
する静電型アクチュエータの製造方法において、前記振
動板基板にSOI構造を持つ半導体基板を用いて、この
半導体基板の前記電極基板との接合面側に、熱酸化法に
よってアクチュエータの必要ギャップとなる厚さのシリ
コン酸化膜を形成した後、接合面側のシリコン酸化膜を
所望の形状にパターニングし、前記電極基板と接合する
ことを特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。
3. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a semiconductor substrate having an SOI structure is used as the diaphragm substrate, and the semiconductor substrate is bonded to the electrode substrate. On the surface side, after forming a silicon oxide film having a thickness that becomes a necessary gap of the actuator by a thermal oxidation method, the silicon oxide film on the bonding surface side is patterned into a desired shape and bonded to the electrode substrate. Of manufacturing an electrostatic actuator.
【請求項4】 請求項1の静電型アクチュエータを製造
する静電型アクチュエータの製造方法において、前記振
動板基板にシリコン基板を用いて、このシリコン基板の
前記電極基板との接合面上に、前記振動板の厚さとなる
シリコン窒化膜を全面に形成した後、この窒化膜上にシ
リコン酸化膜をアクチュエータの必要ギャップとなる厚
さにまで成膜した後、接合面側のシリコン酸化膜を所望
の形状にパターニングし、前記電極基板と接合すること
を特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。
4. The method of manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a silicon substrate is used as the diaphragm substrate, and a silicon substrate is provided on a bonding surface of the silicon substrate with the electrode substrate. After a silicon nitride film having the thickness of the vibration plate is formed on the entire surface, a silicon oxide film is formed on the nitride film to a thickness that is necessary for the actuator, and then a silicon oxide film on the bonding surface side is desired. A method for manufacturing an electrostatic actuator, comprising:
【請求項5】 請求項1の静電型アクチュエータを製造
する静電型アクチュエータの製造方法において、前記振
動板基板にシリコンウェハを用いて、このシリコンウエ
ハの前記電極基板との接合面上に前記振動板の厚さとな
るシリコン窒化膜を形成した後、前記振動板を形成する
領域にのみシリコン窒化膜を残してパターニングした
後、この窒化膜をマスクとして熱酸化を行い、選択的に
前記シリコン基板を酸化し、アクチュエータの必要ギャ
ップとなる厚さにまで酸化膜を成長させた後、前記電極
基板と接合することを特徴とする静電型アクチュエータ
の製造方法。
5. The method of manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a silicon wafer is used as the diaphragm substrate and the silicon wafer is provided on a bonding surface of the silicon wafer with the electrode substrate. After forming a silicon nitride film having a thickness of the diaphragm, patterning is performed while leaving a silicon nitride film only in a region where the diaphragm is to be formed. Then, thermal oxidation is performed using the nitride film as a mask, and the silicon substrate is selectively formed. And oxidizing the oxide film to grow an oxide film to a thickness required for a necessary gap of the actuator, and then bonding the oxide film to the electrode substrate.
【請求項6】 請求項1の静電型アクチュエータを製造
する静電型アクチュエータの製造方法において、前記振
動板に半導体基板の前記電極基板との接合面側に高濃度
の不純物が注入されたシリコンウェハを用いて、このシ
リコンウエハの接合面側の前記振動板となる領域をマス
クした後、熱酸化によって酸化することで、前記振動板
となる領域以外を選択的に酸化し、アクチュエータの必
要ギャップとなる厚さに形成した後、前記マスクを除去
し、前記電極基板と接合することを特徴とする静電型ア
クチュエータの製造方法。
6. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a high-concentration impurity is implanted into said vibration plate on a bonding surface side of said semiconductor substrate with said electrode substrate. After masking the region serving as the vibration plate on the bonding surface side of the silicon wafer using a wafer, the region other than the region serving as the vibration plate is selectively oxidized by oxidizing by thermal oxidation. The method of manufacturing an electrostatic actuator, further comprising removing the mask and bonding to the electrode substrate after forming the mask to a thickness of:
【請求項7】 請求項1の静電型アクチュエータを製造
する静電型アクチュエータの製造方法において、前記振
動板基板にSOI構造を持つ半導体基板を用いて、この
半導体基板の前記電極基板との接合面上の前記振動板と
なる領域をマスクした後、熱酸化によって酸化すること
で、前記振動板となる領域以外を選択的に酸化し、アク
チュエータの必要ギャップとなる厚さにまで酸化膜を形
成した後、前記マスクを除去し、前記電極基板と接合す
ることを特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。
7. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a semiconductor substrate having an SOI structure is used as the diaphragm substrate, and the semiconductor substrate is bonded to the electrode substrate. After masking the area to be the diaphragm on the surface, by oxidizing by thermal oxidation, the area other than the area to be the diaphragm is selectively oxidized, and an oxide film is formed to a thickness that becomes a necessary gap of the actuator. And removing the mask and joining the mask to the electrode substrate.
【請求項8】 請求項2又は3に記載の静電型アクチュ
エータの製造方法において、酸化膜のパターニング中に
前記振動板基板の接合面側にシリコン酸化膜の薄膜を残
し、又はパターニング終了後再度熱酸化を行って振動板
裏側に酸化膜を形成したことを特徴とする静電型アクチ
ュエータの製造方法。
8. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 2, wherein a thin film of a silicon oxide film is left on the bonding surface side of the diaphragm substrate during the patterning of the oxide film, or after the patterning is completed, A method for manufacturing an electrostatic actuator, wherein an oxide film is formed on the back side of a diaphragm by performing thermal oxidation.
【請求項9】 請求項1の静電型アクチュエータを製造
する静電型アクチュエータの製造方法において、前記電
極基板はシリコン基板上に前記電極に対応するレジスト
パターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし
て、イオン注入を行った後熱処理を行って活性層を形成
する工程を有し、前記振動板基板と接合する前に接合面
の酸化膜を完全に除去した後前記振動板基板と接合する
ことを特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。
9. The method of manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein the electrode substrate forms a resist pattern corresponding to the electrode on a silicon substrate, and uses the resist pattern as a mask. Forming an active layer by performing a heat treatment after performing ion implantation, and completely bonding an oxide film on a bonding surface before bonding with the diaphragm substrate before bonding with the diaphragm substrate. A method for manufacturing an electrostatic actuator, which is characterized by the following.
【請求項10】 請求項1の静電型アクチュエータを製
造する静電型アクチュエータの製造方法において、前記
電極基板はシリコン基板上に不純物の注入されたポリシ
リコン膜又は金属系導電膜を堆積した後、絶縁膜となる
シリコン酸化膜を形成し、電極パターンを覆う形状の保
護膜を形成し、この保護膜をマスクとしてエッチングを
行って接合面となるシリコン基板を露出させた後、前記
振動板基板と接合することを特徴とする静電型アクチュ
エータの製造方法。
10. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein the electrode substrate is formed by depositing a polysilicon film or a metal-based conductive film into which impurities are implanted on a silicon substrate. Forming a silicon oxide film serving as an insulating film, forming a protective film having a shape covering the electrode pattern, performing etching using the protective film as a mask to expose a silicon substrate serving as a bonding surface, and then forming the diaphragm substrate And a method for manufacturing an electrostatic actuator.
【請求項11】 振動板及び個別電極を形成した振動板
基板と、共通電極を形成した電極基板とを絶縁膜となる
シリコン酸化膜によってギャップを形成して接合し、前
記個別電極と共通電極との間に電圧を印加することで前
記振動板が変形する静電型アクチュエータであって、前
記振動板基板は低抵抗のシリコン基板であり、前記振動
板基板と電極基板は接着剤を用いないで直接接合し、か
つギャップを形成するためのシリコン酸化膜を前記振動
板基板側に設けたことを特徴とする静電型アクチュエー
タ。
11. A diaphragm substrate on which a diaphragm and an individual electrode are formed and an electrode substrate on which a common electrode is formed are joined by forming a gap with a silicon oxide film serving as an insulating film, and the individual electrode and the common electrode are connected to each other. An electrostatic actuator in which the diaphragm is deformed by applying a voltage between the diaphragm and the diaphragm substrate is a low-resistance silicon substrate, and the diaphragm substrate and the electrode substrate do not use an adhesive. An electrostatic actuator, wherein a silicon oxide film for directly bonding and forming a gap is provided on the diaphragm substrate side.
【請求項12】 請求項11に記載の静電型アクチュエ
ータを製造する静電型アクチュエータの製造方法におい
て、前記振動板を形成する半導体基板がSOI構造を持
っており、接合面となる第1の導電型をもつシリコン面
上に、熱酸化法によってアクチュエータの必要ギャップ
となる厚さのシリコン酸化膜を形成した後、接合面側の
シリコン酸化膜を所望の形状にレジストでパターニング
し、このパターン膜をマスクとして第2の導電型となる
イオン注入を行って、振動板個々に個別電極を形成した
後、シリコン基板との接合時の直接接合の熱で注入した
イオンを活性化させることを特徴とする静電型アクチュ
エータの製造方法。
12. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 11, wherein the semiconductor substrate forming the vibration plate has an SOI structure and serves as a bonding surface. After a silicon oxide film having a thickness required for the actuator is formed on a silicon surface having a conductivity type by a thermal oxidation method, the silicon oxide film on the bonding surface is patterned into a desired shape with a resist. And ion implantation for forming the second conductivity type is performed using the mask as a mask to form individual electrodes for each of the vibration plates, and then the injected ions are activated by the heat of direct bonding at the time of bonding with the silicon substrate. Of manufacturing an electrostatic actuator.
【請求項13】 請求項11の静電型アクチュエータの
製造方法において、前記振動板を形成する半導体基板が
シリコンウェハであり、接合面となるシリコン面上に振
動板の厚さとなるシリコン窒化膜を形成した後、この窒
化膜上にシリコン酸化膜をアクチュエータの必要ギャッ
プとなる厚さにまで堆積形成し、このシリコン酸化膜を
所望の形状にレジストでパターニングした後、このレジ
ストの付いた振動板基板に導電性の膜を堆積し、レジス
ト膜ごと振動板以外の部分の導電性の膜を除去すること
で、振動板個々に個別電極を形成した後、シリコン基板
と直接接合することを特徴とする静電型アクチュエータ
の製造方法。
13. The method of manufacturing an electrostatic actuator according to claim 11, wherein the semiconductor substrate forming the diaphragm is a silicon wafer, and a silicon nitride film having a thickness of the diaphragm is formed on a silicon surface serving as a bonding surface. After formation, a silicon oxide film is deposited on the nitride film to a thickness required for the necessary gap of the actuator, and the silicon oxide film is patterned into a desired shape with a resist. The method is characterized in that a conductive film is deposited on the substrate, and the resist film and the conductive film other than the diaphragm are removed to form individual electrodes for the diaphragm and then directly bonded to the silicon substrate. A method for manufacturing an electrostatic actuator.
【請求項14】 インク滴を吐出するノズルと、ノズル
が連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動
板及びこの振動板に所定のギャップをおいて対向配置し
た電極からなるアクチュエータとを備え、前記振動板と
電極との間に電圧を印加することで前記ノズルからイン
ク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドにおい
て、前記アクチュエータが前記請求項1又は11に記載
の静電型アクチュエータからなることを特徴とするイン
クジェットヘッド。
14. An actuator comprising a nozzle for discharging ink droplets, a discharge chamber to which the nozzle communicates, a diaphragm forming a wall surface of the discharge chamber, and an electrode arranged opposite to the diaphragm with a predetermined gap. And an electrostatic inkjet head that ejects ink droplets from the nozzles by applying a voltage between the diaphragm and an electrode, wherein the actuator is the electrostatic actuator according to claim 1 or 11. An ink jet head, comprising:
【請求項15】 インク滴を吐出するノズルと、ノズル
が連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動
板及びこの振動板に所定のギャップをおいて対向配置し
た電極からなるアクチュエータとを備え、前記振動板と
電極との間に電圧を印加することで前記ノズルからイン
ク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドにおい
て、前記アクチュエータが前記請求項2乃至10及び1
2乃至14のいずれかに記載の製造方法で製造した静電
型アクチュエータからなることを特徴とするインクジェ
ットヘッド。
15. An actuator comprising: a nozzle for discharging ink droplets; a discharge chamber communicating with the nozzle; a diaphragm forming a wall surface of the discharge chamber; and an electrode disposed to face the diaphragm with a predetermined gap therebetween. 11. An electrostatic ink jet head comprising: a nozzle for ejecting ink droplets by applying a voltage between the vibration plate and an electrode, wherein the actuator comprises the actuator.
An inkjet head comprising an electrostatic actuator manufactured by the manufacturing method according to any one of 2 to 14.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002256188A (en) * 2001-03-02 2002-09-11 Ricoh Co Ltd Ink composition and ink jet recording device
KR100368929B1 (en) * 2000-02-01 2003-01-24 한국과학기술원 Method for fabricating a heater and a thermal inkjet printhead
US7109096B2 (en) * 2003-03-17 2006-09-19 Seiko Epson Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same

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