JP2001315340A

JP2001315340A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2001315340A
Application number: JP2000132765A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hashimoto; 憲一郎橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2001-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】静電型インクジェットヘッドにおける振動板
を精度良く作製するとともに、個別電極が形成された基
板と強固に接合できることにより、歩留まりがよく、安
価で、しかも、インク吐出安定性がよいインクジェット
ヘッドを実現する。【解決手段】インク液滴を吐出する単一または複数の
ノズル孔１１１と、該ノズル孔１１１のそれぞれに連通
する吐出室１１６と、該吐出室１１６の少なくとの一方
の壁を構成する振動板１０８と、該振動板１０８に変形
を生じさせる駆動手段とを備え、前記駆動手段が振動板
１０８を静電気力により変形させる個別電極１０６から
なるインクジェットヘッド２００において、振動板１０
８が形成された第１の基板２０１と個別電極１０６が形
成された第２の基板２０２との接合が少なくともＢ₂Ｏ₃
層１０３が介されてなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインク液滴を吐出
し、記録媒体にインクを付着させて記録させるインクジ
ェット記録装置のインクジェットヘッドに関し、特にそ
の駆動方式として静電気力を利用するインクジェットヘ
ッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドは、記録時の騒音
がきわめて少ないこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど
多くの利点を有する。この中でも記録の必要なときにの
みインク液滴を吐出する、いわゆる、オンデマンド方式
が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないた
め、現在では主流となってきている。

【０００３】このオンデマンド方式のインクジェットヘ
ッドとしては、たとえば、特開平６−７１８８２号公報
に開示されているごとく、駆動手段に静電気力を利用し
たインクジェットヘッドがある。該開示例のインクジェ
ットヘッドにおいては、２つの対向する電極間に電圧が
印加されると、静電気力により振動板がたわみ、続いて
印加電圧を切ると、たわんでいた振動板がもとに戻り、
インクを加圧してインク滴として吐出させるものであ
り、低騒音、高印字品質、長寿命および低コストである
という利点を有している。

【０００４】図１１は前記公報に記載されている従来の
インクジェットヘッドの一実施例を示すための分解斜視
図であり、一部断面図で示している。本インクジェット
ヘッドは３枚の基板１，２，３を重ねて接合した積層構
造から成っており、上面から接合される第３の基板３の
面に設けられたノズル孔４よりインク液滴を吐出させる
ようにしたサイドシュータタイプの例を示している。ま
た図１２は、本実施例における第１の基板１の製造工程
を示す図である。

【０００５】ここで、図１１において、１０がインクジ
ェットヘッドを示し、前述のように、１，２，３が基
板、４がノズル孔を示している。また、５は振動板、６
はインクの吐出室、７はオリフィスを形成する流体抵
抗、８は共通インク室をそれぞれ示す。また、１２，１
４，２５は凹部、１３は細溝、２１は電極、２２はリー
ド部、２３は端子部、２４は絶縁部、３１はインク供給
口、３２は接続パイプ、３３はチューブである。また、
図１２において、６５はシリコン基板、４１ａおよび４
１ｂはシリコン酸化膜、６６は振動板５を構成すること
になる高濃度Ｂ（ホウ素）ドープ層、６７はシリコン酸
化膜をエッチング除去した後のシリコン基板の露出部、
７１はエッチング終点検出用パターン、７２は貫通孔で
ある。

【０００６】中間の第１の基板１は、シリコン基板であ
り、底壁を振動板５とする吐出室６を構成することにな
る凹部１２と、吐出室６の後部に設けられた流体抵抗７
を構成することになる細溝１３と、それぞれの吐出室６
にインクを供給するための共通インク室８を構成するこ
とになる凹部１４とを有する。

【０００７】振動板５は、高濃度のＢ（ホウ素）ドープ
層６６であって、該ドープ層６６は所望の振動板厚と同
じだけの厚さを有している。ドーパントがＢ（ホウ素）
の場合、アルカリ液による異方性エッチングにおけるエ
ッチングレートは、高濃度（約５×１０¹⁹／ｃｍ³以
上）の領域において、非常に小さくなる。吐出室６の底
壁を構成する振動板の形成領域を高濃度Ｂドープ層によ
って形成することとし、吐出室６、共通インク室８を形
成する際に、アルカリ異方性エッチングによりエッチン
グを行うと、高濃度Ｂドープ層６６が露出した時点でエ
ッチングレートが極端に小さくなる、いわゆる、エッチ
ングストップの性質を利用することにより、振動板５、
吐出室６などを所望形状に作製することができる。ま
た、該エッチングストップの技術を利用すれば、振動板
５の厚さを精度良く作製することが可能となる。

【０００８】第１の基板１の下面において、吐出室６の
底壁を構成する振動板５および共通インク室８の底壁の
形状に相当する部分に高濃度Ｂドープ層６６を形成する
ための作製方法を図１２にしたがって、次に説明する。

【０００９】まず、シリコン酸化膜４１ａ，４１ｂを形
成したシリコン基板６５の下面のシリコン酸化膜４１ｂ
の上に振動板（高濃度Ｂドープ層）５、共通インク室８
の底壁および電極のリード部（図示せず）の各形状に相
当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、
シリコン酸化膜４１ｂの露出部分（振動板・共通インク
室の底壁・電極のリード部に相当する部分）をフッ酸系
エッチング液にてエッチング除去した後、該フォトレジ
ストパターンを除去する（図１２（Ｂ））。次いで、シ
リコン基板６５の露出したシリコン部６７への高濃度Ｂ
ドープを行う（図１２（Ｃ））。

【００１０】次いで、上面のシリコン酸化膜４１ａの上
に、吐出室６、共通インク室８の形状に相当するフォト
レジストパターン（図示せず）を形成し、シリコン酸化
膜４１ａの露出部分をフッ酸系エッチング液にてエッチ
ング除去した後、該フォトレジストパターンを除去する
（図１２（Ｄ））。最後に、シリコン基板６５のアルカ
リ異方性エッチングを行う。上述の如く、アルカリ液に
よる異方性エッチングにおけるエッチングレートは高濃
度Ｂドープ領域で大幅に低下し、エッチングストップ状
態となり、振動板５が形成される（図１２（Ｅ））。

【００１１】図１１において、下面から接合される第２
の基板２は、従来例では、パイレックス（登録商標）ガ
ラス基板あるいはシリコン基板を用いているが、基板中
の欠陥やコストの面からシリコン基板が有利である。シ
リコン基板を用いている場合、シリコン基板２の上面に
形成した凹部２５にＢ（ホウ素）をドープしたｐ型層に
よって電極２１を形成している。さらに、端子部２３を
除き、全面に絶縁部２４を形成して、第２の基板２が完
成される。以上の工程により作製された基板１及び２
は、Ｓｉ−Ｓｉ直接接合法により接合され、さらに、ノ
ズル孔４を形成している第３の基板３が第１の基板１に
接合されて、インクジェットヘッド構造が構成される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したごとく、特開
平６−７１８８２号公報により開示されているインクジ
ェットヘッド１０は振動板５として高濃度Ｂドープ層が
用いられており、振動板５の厚さを精度良く作製するこ
とが可能である。しかしながら、基板１と基板２のＳｉ
−Ｓｉ直接接合においては、両者の接合面の表面が非常
に滑らかなものが要求されるにもかかわらず、基板１の
シリコン酸化膜４１ｂは高濃度Ｂドープ層を形成する際
に表面荒れが生じ、基板２との強固な接合が不可能であ
る。また、水酸化カリウムＫＯＨ水溶液等のアルカリ液
による異方性エッチングによって振動板５を形成する場
合、共通インク室８の底壁部もエッチングをストップさ
せなければならないので、該底壁部に対応する基板１の
下面にも高濃度Ｂドープ層が形成されなければならな
い。しかしながら、上述の通り、高濃度Ｂドープ層が形
成された面は表面荒れが生じる。共通インク室８に対応
する基板１の下面が、基板２と強固に接合されなければ
ならないにもかかわらず、高濃度Ｂドープ層の表面荒れ
のために強固な接合ができなく、歩留まりが低下した
り、吐出不良などが生じるという問題がある。

【００１３】またＳｉ−Ｓｉ直接接合法は１１００℃な
どと非常に高温で処理しなければ強固な接合を得ること
ができない。したがって、必然的に基板２の電極に用い
る材料が限られてしまい、特開平６−７１８８２号公報
の例に示されるような不純物拡散による電極となってし
まう。しかし、シリコンに不純物を拡散して形成された
電極は、高温には耐えうるが、金属電極に比べると電気
抵抗が高く、駆動効率が良くない欠点が伴う。

【００１４】本発明は、前記課題を鑑みてなされたもの
であり、振動板を精度良く作製し、かつ、電極が形成さ
れた基板２との強固な接合を実現し、歩留まりがよく安
価で、しかも、インク吐出安定性のよいインクジェット
ヘッドを提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、イン
ク液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、前記ノ
ズル孔のそれぞれに連通する吐出室と、前記吐出室の少
なくとも一方の壁を構成する振動板と、前記振動板に変
形を生じさせる駆動手段とを備え、前記駆動手段が前記
振動板を静電気力により変形させる個別電極からなるイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記振動板が形成された
基板と前記個別電極が形成された基板との接合が少なく
ともＢ₂Ｏ₃層が介されてなされることを特徴としたもの
である。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記振動板のピークＢ（ホウ素）濃度が５×１０¹⁹
／ｃｍ³以上の濃度からなることを特徴としたものであ
る。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明において、前記個別電極と対向する前記振動板の面に
Ｂ₂Ｏ₃層が存在しないことを特徴としたものである。

【００１８】請求項４の発明は、インク液滴を吐出する
単一または複数のノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれ
に連通する吐出室と、前記吐出室の少なくとも一方の壁
を構成する振動板と、前記振動板に変形を生じさせる駆
動手段とを備え、前記駆動手段が前記振動板を静電気力
により変形させる個別電極からなるインクジェットヘッ
ドにおいて、前記振動板が形成された基板と前記個別電
極が形成された基板との接合がシリコンとボロンの化合
物層を酸化させて形成したＢＳＧ層が介されてなること
を特徴としたものである。

【００１９】請求項５の発明は、インク液滴を吐出する
単一または複数のノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれ
に連通する吐出室と、前記吐出室の少なくとも一方の壁
を構成する振動板と、前記振動板に変形を生じさせる駆
動手段とを備え、前記駆動手段が前記振動板を静電気力
により変形させる個別電極からなるインクジェットヘッ
ドにおいて、前記振動板が形成された基板と前記個別電
極が形成された基板との接合が高濃度Ｂ（ホウ素）ドー
プ層から酸化膜にＢ（ホウ素）を拡散して形成したＢＳ
Ｇ層が介されてなることを特徴としたものである。

【００２０】請求項６の発明は、インク液滴を吐出する
単一または複数のノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれ
に連通する吐出室と、前記吐出室の少なくとも一方の壁
を構成する振動板と、前記振動板に変形を生じさせる駆
動手段とを備え、前記駆動手段が前記振動板を静電気力
により変形させる個別電極からなるインクジェットヘッ
ドにおいて、前記振動板が形成された基板の面のうち、
前記個別電極が形成された基板を接合した面の反対側の
面に、第３の基板を接合する場合に、前記振動板が形成
された基板と前記第３の基板との接合が少なくともＢ₂
Ｏ₃層が介されてなされることを特徴としたものであ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の静電型インクジェ
ットヘッドの実施例を図面に従って詳細に説明する。図
１は本発明の第１の実施例によるインクジェットヘッド
の分解斜視図で、一部断面図で示している。本実施例は
インク液滴を基板の面部に設けられたノズル孔から吐出
させるサイドシュータタイプの例を示すものである。

【００２２】本発明のインクジェットヘッド２００は、
従来の技術で示した場合と同様に、３枚の基板２０１，
２０２，２０３を重ねて接合した積層構造となってい
る。

【００２３】中間に位置する第１の基板２０１は、シリ
コン基板１００からなり、底壁を振動板１０８とする吐
出室１１６を構成することになる凹部１４１と、凹部１
４１の後部に設けられた流体抵抗１１７を構成すること
になる細溝１４２と、各吐出室１１６にインクを供給す
るための共通インク室１１８を構成することになる凹部
１４３とを有する。

【００２４】また、本実施例においては、基板１００の
下部にはＢ（ホウ素）ドープ層１０２を有し、さらに、
Ｂ₂Ｏ₃層１０３が形成されている。また、基板１００の
上部にはシリコン窒化膜１０１が形成されている。

【００２５】第１の基板２０１の下面に接合される下側
の第２の基板２０２はシリコン基板１０４からなり、前
記吐出室１１６の底壁と対向する各々の位置に該底壁の
形状とほぼ同じ形状の電極１０６を有する。電極１０６
はリード部１４４および端子部１４５を持つ。また、基
板１０４の上面および下面は電極１０６，リード部１４
４および端子部１４５を除き、シリコン酸化膜１０５に
より覆われている。

【００２６】第１の基板２０１の上面に接合される上側
の第３の基板２０３は第１，第２の基板と同じくシリコ
ン基板１１０からなり、基板１１０の面部には前記吐出
室１１６の凹部１４１と連通するような位置にノズル孔
１１１を設け、また、前記の共通インク室１１８の凹部
１４３と連通するようにインク供給口１４７を設けてい
る。インク供給口１４７は、接続パイプ１４８およびチ
ューブ１４９を介して図示していないインクタンクに接
続される。

【００２７】図２は本実施例におけるインクジェットヘ
ッドの製造工程を示す図である。図２に従って、製造工
程を以下に説明する。まず、結晶面方位（１００）のｐ
型のシリコンウェハを両面研磨して、第１の基板１００
として厚さ２００μｍのシリコン基板１００を作製す
る。該シリコン基板１００に減圧化学気相堆積法ＬＰ−
ＣＶＤによりシリコン窒化膜１０１を形成した後、該シ
リコン基板１００の下面のシリコン窒化膜１０１をドラ
イエッチングにより除去する（図２（Ａ））。次に、シ
リコン基板１００の下面に固体拡散法により８５０℃で
１時間の条件でＢ（ボロン、ホウ素）を拡散し、Ｂドー
プ層１０２を形成させる。該固体拡散法において、シリ
コン基板１００の下面にはドーパントとなるＢ₂Ｏ₃層１
０３が形成される。（図２（Ｂ））。

【００２８】次に、シリコン基板１００の上面のシリコ
ン窒化膜１０１に吐出室１１６、流体抵抗１１７、共通
インク室１１８のパターンをフォトリソグラフ技術によ
りパターン形成する（図２（Ｃ））。続いて、電極１０
６を形成したシリコン基板１０４からなる第２の基板２
０２とパターンのアライメントをして直接接合する（図
２（Ｄ））。該直接接合においては、シリコン基板１０
０の下面のＢ₂Ｏ₃層１０３とシリコン基板１０４の上面
に形成されているシリコン酸化膜１０５とが接合される
ことになる。接合条件として、減圧中にて４５０℃加熱
で３０分の条件で行った結果、強固な接合が得られるこ
とを確認した。すなわち、シリコン基板１００の下面に
は、前述のように、Ｂドープ層１０２の形成時のドーパ
ントとなるＢ₂Ｏ₃層１０３が形成されており、このＢ₂
Ｏ₃層１０３は低融点であり、４５０℃程度の低い温度
においても、シリコン熱酸化膜１０５に対して強固な接
合が可能となる。

【００２９】ここで、図３を用いて、第２の基板２０２
の製造工程を説明する。まず、両面研磨したシリコン基
板１０４に熱酸化処理を施し、シリコン基板１０４の両
面にシリコン熱酸化膜１０５を形成する（図３
（Ａ））。次に、上面のシリコン酸化膜１０５上にフォ
トリソグラフ技術により振動板１０８の形状に対応する
個別電極１０６形状、リード部１４４の形状および端子
部１４５の形状のフォトレジストパターンを形成し、フ
ッ酸系エッチング液によりフォトレジストパターンの開
口部のシリコン酸化膜をエッチングした後、フォトレジ
ストパターンを除去する（図３（Ｂ））。次に、エッチ
ングを施した個所すなわち振動板１０８に対向するそれ
ぞれの位置に振動板１０８の形状と類似した形状で金属
電極材料をスパッタして、個別電極１０６を形成し、さ
らに、リード部１４４および端子部１４５もスパッタに
より形成して、シリコン基板１０４を用いた第２の基板
２０２が完成する（図４（Ｃ））。金属電極材料として
は、Ａｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｃｒなどを一層あるいは
多層にしたものを用いることができる。

【００３０】図２（Ｅ）に戻って、第１の基板２０１の
異方性エッチング工程を説明する。水酸化カリウムＫＯ
Ｈ水溶液２５ｗｔ％、８０℃中の条件にて、シリコン基
板１００の異方性エッチングを行う。振動板１０８の厚
みが３μｍになったところで、異方性エッチングを停止
させた結果、３μｍ厚の振動板１０８と金属電極１０６
とからなる静電型アクチュエータ部が完成する（図２
（Ｅ））。なお、異方性エッチングを行う際、封止治具
１０７にて第２の基板２０２をＫＯＨ水溶液によるエッ
チングから保護している。ただし、第２の基板２０２の
該エッチング保護方法は封止治具１０７に限るものでは
なく、第２の基板２０２に耐エッチング膜、たとえば、
シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを成膜しておいて
もよい。

【００３１】最後に、ノズル１１１孔を形成した基板１
１０からなる第３の基板２０３を第１の基板２０１のシ
リコン窒化膜１０１上に接合することによって、インク
ジェットヘッドが完成する（図２（Ｆ））。

【００３２】本実施例では、シリコン基板１００からな
る第１の基板２０１と、シリコン基板１０４からなる第
２の基板２０２との強固な接合が４５０℃程度の低温で
行えるため、第２の基板２０２の電極材料として金属を
用いることができ、電極の電気抵抗を小さくできる。し
たがって、振動板１０８の駆動効率を向上させ、駆動周
波数を高くすることが可能となる。

【００３３】しかしながら、両面研磨したとしても、も
ともとのシリコン基板１００の厚さにむらがあるため
に、３μｍ厚の振動板１０８を精度良く作製することは
難しい。この解決策としては、ｐ型シリコン基板１００
の下面にｎ型シリコン層をエピタキシャル成長やインプ
ラ、拡散などの手法により形成させて、ｐｎ界面を有す
るシリコン基板を作製し、該シリコン基板を電気化学的
な異方性エッチングによってｐｎ界面でエッチングスト
ップさせる方法、あるいは、ＳＯＩ（Silicon OnInsula
tor）基板を用いて、酸化膜でエッチングをストップさ
せる方法などを使用することによって、振動板１０８の
厚さを精度良く作製させることが可能になる。

【００３４】また、Ｂ₂Ｏ₃層１０３を形成してから、第
２の基板２０２との接合までに半日程度の時間が経過す
ると、接合強度が低下する傾向が見られた。前記の時間
が経過している場合、接合した基板２０１，２０２を７
００℃〜１１００℃で本焼することによって強固な接合
が得られた。ただし、第２の基板２０２の個別電極材料
には高耐熱性金属を用いる必要がある。あるいは、シリ
コン基板１０４にＰ，ＢあるいはＳｂなどの不純物をイ
ンプラなどにより、打ち込み、抵抗を下げた拡散層電極
を形成するなどの方法を用いる必要がある。

【００３５】本発明では、第２の基板２０２を構成する
基板１０４の接合表面がシリコン熱酸化膜としている
が、これに限るものではない。シリコン基板、シリコン
窒化膜あるいはガラスの接合表面を用いても、４５０℃
程度の低温で、第１の基板２０１との強固な接合が可能
であった。

【００３６】次に、本発明にかかる第２の実施例を図４
に基づいて説明する。前述の第１の実施例においては、
８５０℃、１時間の条件で第１の基板２０１であるシリ
コン基板１００の下面にＢ（ホウ素）を拡散したが、本
実施例では、１１５０℃、２時間の条件でＢ（ホウ素）
を拡散した。該条件で拡散を行った結果、ピーク値が２
×１０²⁰／ｃｍ³、深さ３μｍでも１×１０²⁰／ｃｍ³で
ある高濃度Ｂドープ層１０９が得られた。高濃度Ｂドー
プ層１０９の形成の際、前記の第１の実施例の場合と同
様に、シリコン基板１００の下面にはＢ₂Ｏ₃層１０３が
形成される（図４（Ｂ））。続いて、前述の第１の実施
例の場合と同様の工程により、シリコン基板１００の上
面に形成されているシリコン窒化膜１０１に吐出室１１
６，流体抵抗１１７，共通インク室１１８のパターンを
パターン形成した後（図４（Ｃ））、シリコン基板１０
４からなる第２の基板２０２と直接接合する（図４
（Ｄ））。該直接接合においても、シリコン基板１００
の下面のＢ₂Ｏ₃層１０３とシリコン基板１０４の上面の
シリコン酸化膜１０５とが接合されるものであり、前述
の第１の実施例の場合と同様に、低温での接合が可能で
ある。

【００３７】次に、水酸化カリウムＫＯＨ水溶液１０ｗ
ｔ％、８０℃中の条件にて、シリコン基板１００の異方
性エッチングを行った。第２の実施例では、シリコン基
板１００の下面へのＢ（ホウ素）の拡散は１１５０℃、
２時間の条件で行っているので、シリコン基板１００の
下部には高濃度Ｂドープ層１０９が形成されている。周
知のように、５×１０¹⁹／ｃｍ³以上の高濃度Ｂドープ
層においては、ＥＤＰやＫＯＨなどのアルカリエッチン
グ液によるエッチングレートが極端に低下する。シリコ
ン基板１００のエッチングが進み、シリコン基板１００
の下面から３μｍの位置から形成されている高濃度Ｂド
ープ層１０９に達すると、１０ｗｔ％の水酸化カリウム
ＫＯＨ水溶液においては、エッチングレートが極端に低
下し、いわゆるエッチングストップとなる（図４
（Ｅ））。この結果、シリコン基板１００の下面から３
μｍの高濃度Ｂドープ層１０９が残ることになり、吐出
室１１６の底壁部においては、厚さ３μｍの均一な厚み
を有する振動板１０８を形成することができた。以降
は、前述の第１の実施例と同じ工程により、インクジェ
ットヘッドが完成する。

【００３８】すなわち、本実施例では、高濃度Ｂドープ
層１０９によるエッチングストップ技術を用いることに
より、振動板１０８を均一の厚さ３μｍで精度良く作製
することができ、また、Ｂ₂Ｏ₃層１０３とシリコン酸化
膜１０５とを介してシリコン基板１００とシリコン基板
１０４とは強固に接合することが可能であるので、ばら
つきが少なく、歩留まりが高く、かつ、信頼性の高いイ
ンクジェットヘッドの実現が可能である。

【００３９】また、塗付拡散源たとえば東京応化工業３
Ｍ−２３、６ＭＫ−３７、ＭＭＫ−４０などによって形
成したＢ₂Ｏ₃層１０３においても、接合が可能であり、
かつ、塗布拡散によっても、高濃度Ｂドープ層１０９の
形成は可能であり、振動板の厚さを精度良く作製でき
た。

【００４０】次に、本発明にかかる第３の実施例を図５
に基づいて説明する。インクジェットプリンタの印字速
度を高速にする場合、ノズル孔の数を増やす方法と、イ
ンク吐出の駆動周波数を上げる方法とがある。本発明に
かかる前述の第１および第２の実施例に示すインクジェ
ットヘッドにおいては、インク吐出の駆動周波数を高く
して、高速の印字速度を実現する場合、振動板１０８と
電極１０６との間に介在するＢ₂Ｏ₃層１０３に残留する
電荷の影響がでてくる場合がある。この場合、図５のご
とき構成とすることにより、解決することができる。す
なわち、Ｂ₂Ｏ₃層１０３上にフォトリソグラフ技術によ
り振動板１０８の形状に相当するフォトレジストパター
ンを形成し、フォトレジストパターンの開口部にあるＢ
₂Ｏ₃層をフッ酸系エッチング液により除去した後、フォ
トレジストパターンを除去する（図５（Ａ））。

【００４１】続いて、前述の第１および第２の実施例の
場合と同様に、シリコン基板１０４からなる第２の基板
２０２と直接接合する（図５（Ｂ））。なお、Ｂ₂Ｏ₃層
はパターニング工程を経ているため、直接接合における
接合強度が小さく場合がある。この場合、接合直前にフ
ッ酸を用いてライトエッチングすることにより、強固な
接合が得られるようになる。以降は、前述の各実施例と
同じ工程により、インクジェットヘッドが完成する。

【００４２】本実施例では、振動板１０８と個別電極１
０６との間にＢ₂Ｏ₃層が存在しないので、残留電荷の問
題がなく、インクジェットヘッドの高周波駆動が可能と
なる。なお、必要に応じて、個別電極１０６の上にプラ
ズマＣＶＤ酸化膜などのパシベーション膜を設けても良
い。

【００４３】次に、本発明にかかる第４の実施例を図６
に基づいて説明する。前述の第２の実施例において示し
た場合と同様に、シリコン基板１００の下部に高濃度Ｂ
ドープ層１０９を、また、シリコン基板１００の下面に
Ｂ₂Ｏ₃層１０３を形成する（図６（Ａ））。さらに、シ
リコン基板１００の下面に形成されているＢ₂Ｏ₃層１０
３をフッ酸系エッチング液により除去する（図６
（Ｂ））。なお、高濃度Ｂドープ層１０９を形成したと
き、高濃度Ｂドープ層１０９とＢ₂Ｏ₃層１０３との界面
には極く薄いＳｉＢ₄層１１２が形成されている。ま
た、ＳｉＢ₄層１１２はフッ酸系エッチング液ではエッ
チングされないので、Ｂ₂Ｏ₃層１０３を除去した後で
も、図６（Ｂ）に示すように、シリコン基板１００の下
面に極く薄く残っている。次に、８００℃、３０分の条
件で水蒸気酸化を施すと、ＳｉＢ₄層１１２は酸化さ
れ、Ｂが含まれた酸化層（ＢＳＧ層）１１３が形成され
る（図６（Ｃ））。

【００４４】以降は、前述の各実施例の場合と同様に、
シリコン基板１００からなる第１の基板２０１とシリコ
ン基板１０４からなる第２の基板２０２とを接合する
が、本実施例においては、酸化層１１３を介して接合す
ることになる。その他は、前述の各実施例と同じ工程に
よりインクジェットヘッドが完成する。

【００４５】前記酸化層１１３は低融点であるので、前
述の各実施例の場合と同様に、低い温度領域において強
固な接合が可能である。また、高濃度Ｂドープ層１０９
作製時に形成されるＢ₂Ｏ₃層１０３よりも、酸化層１１
３は駆動時における残留電荷が少ないので、インクジェ
ットヘッドの高周波駆動が可能である。また、Ｂ₂Ｏ₃層
１０３よりも膜厚の制御性がよい。

【００４６】次に、本発明にかかる第５の実施例を図７
に基づいて説明する。図７（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ
図６（Ａ）乃至（Ｃ）と全く同じ工程である。次いで、
シリコン基板１００の下面に形成されている酸化層１１
３をフッ酸系エッチング液により除去する（図８
（Ｄ））。この場合、前述の第４の実施例において記載
したように、ＳｉＢ₄層は酸化されて酸化層１１３とな
ってしまっているので、フッ酸系エッチング液により除
去され、シリコン基板１００のシリコン表面が露出す
る。

【００４７】次に、さらに、９００℃〜１０００℃、３
０分の条件で水蒸気酸化を施すと、シリコン基板１００
の下表面に酸化層（ＢＳＧ層）１１４が形成される（図
７（Ｅ））。このとき、高濃度Ｂドープ層１０９からＢ
（ホウ素）が酸化層１１４側に拡散される温度で酸化し
ているので、酸化層１１４にはＢ（ホウ素）が多く含ま
れて、低融点となっている。

【００４８】したがって、前述の各実施例の場合と同様
な方法により強固な接合が可能となる。また、本実施例
において形成された酸化層１１４も駆動時における残留
電荷が少ないので、インクジェットヘッドの高周波駆動
が可能である。また、酸化層１１４の厚さは水蒸気酸化
の温度と時間をパラメータとして高精度に制御でき、か
つ、層全面の厚さの均一性も達成できるので、ばらつき
の少ないインクジェットヘッドが作製できる。

【００４９】なお、第４および第５の各実施例におい
て、酸化層を形成する方法として、水蒸気酸化を例とし
て示しているが、ドライ酸化法を用いることも可能であ
る。

【００５０】次に、本発明にかかる第６の実施例を図８
に基づいて説明する。本実施例は第１の基板２０１の上
面に接合して、吐出室１１６等を形成する第３の基板２
０３の製造方法に関するものである。すなわち、図８
（Ａ）に示すように、両面研磨した結晶面方位（１０
０）のシリコン基板１１５の下面に固体拡散法により８
５０℃で１時間の条件でＢ（ホウ素）を拡散し、Ｂドー
プ層１２１およびＢ₂Ｏ₃層１２２を形成する。

【００５１】一方、第１の基板２０１を構成するシリコ
ン基板１００に対して、たとえば、前述の第２，第４ま
たは第５の実施例における場合と同様の方法を用いて、
下部に高濃度Ｂドープ層１０９を形成した後、吐出室１
１６、液体抵抗溝１２０、ノズル溝１１９および共通イ
ンク室１１８を形成し、さらに、シリコン基板１０４か
らなる第２の基板２０２を直接接合する。なお、本実施
例においては、ノズル溝１１９が第１の基板２０１の端
部に設けられるエッジシュータタイプのインクジェット
ヘッドを構成できるように、上述のごとく、ノズル溝１
１９の細溝も形成されている。

【００５２】次に、下面にＢ₂Ｏ₃層１２２が形成された
シリコン基板１１５からなる第３の基板２０３を、シリ
コン基板１００からなる第１の基板２０１の上面にＢ₂
Ｏ₃層１２２を介して接合し、インクジェットヘッドを
完成させる（図８（Ｂ））。なお、接合条件は前述の各
実施例に示した場合と同様に４５０℃、３０分の条件で
ある。

【００５３】また、図８（Ｂ）は吐出室１１６の長手方
向からみた断面図を示すものであり、第１の基板２０１
を構成するシリコン基板１００の端部にノズル溝１１９
が形成されており、インク液滴がノズル溝１１９から噴
射される、いわゆる、エッジシュータタイプのインクジ
ェットヘッドを構成している。

【００５４】本実施例のインクジェットヘッドにインク
を封入して吐出室１１６等のインク液リークチェックを
行ったところ、インクジェットヘッドとして十分な封止
ができていることがわかった。また、Ｂ₂Ｏ₃層１２２は
樹脂接着剤などに比べ剛性が高く、インク噴射時の吐出
エネルギーのロスを少なくできるので、インクの吐出速
度を速くすることが可能であり、印字品質を向上させる
ことができる。

【００５５】また、本発明にかかる第７の実施例を図
９，図１０に基づいて説明する。本実施例は吐出室１１
６、共通インク室１１８を構成することになる各凹部お
よび流体抵抗溝１２０、ノズル孔１１９を構成すること
になる細溝を前記の第３の基板２０３の下部に形成する
ものである。まず、電極１０６を形成したシリコン基板
１０４からなる基板２０２の上面に、シリコン基板１２
３を接合する（図９（Ａ））。次に、シリコン基板１２
３を厚さ３μｍまでエッチングし、振動板１０８を得る
（図９（Ｂ））。次に、個別電極１０６取り出し部をド
ライエッチングで開口する（図９（Ｃ））。

【００５６】次に、前記の第３の基板２０３に相当する
基板の製造工程を図１０にしたがって説明する。まず、
シリコン基板１２４にシリコン窒化膜１２５を形成した
後、シリコン基板１２４の下面のシリコン窒化膜１２５
に、吐出室１１６、共通インク室１１８、ノズル溝１１
９、流体抵抗溝１２０などのパターンを形成し（図１０
（Ａ））、水酸化カリウムＫＯＨ水溶液によって窒化膜
パターン開口部を異方性エッチングする（図１０
（Ｂ））。次に、エッチングマスクとなっていたシリコ
ン窒化膜１２５を除去し、シリコン基板１２４だけにす
る（図１０（Ｃ））。次に、シリコン基板１２４の下面
に前述の第６の実施例と同様の手法によりＢ₂Ｏ₃層１２
２およびＢドープ層１２１を形成する（図１０
（Ｄ））。ここで、図１０（Ｃ）においてエッチングマ
スクとなっていたシリコン窒化膜１２５を除去したが、
該シリコン窒化膜１２５を除去ぜずに、Ｂ₂Ｏ₃層１２２
を形成しても良い。ただし、この場合、シリコン窒化膜
１２５が存在している個所にはＢドープ層１２１が形成
されないことになる。

【００５７】最後に、図９（Ｃ）で作成された構造体と
図１０（Ｄ）の構造体とを前述の各実施例に示した場合
と同様の手法により接合することによって、インクジェ
ットヘッドが完成する（図９（Ｄ））。

【００５８】また、前述の各実施例においては、結晶面
方位（１００）のシリコン基板を例としてあげたが、結
晶面方位（１１０）のシリコン基板を用いることもでき
る。結晶面方位（１１０）のシリコン基板では、（１１
１）結晶面が（１１０）結晶面の基板表面と＜２１１＞
方向で垂直に交わっており、すなわち、アルカリ液を用
いた異方性エッチングにより基板表面に対して垂直な壁
構造を形成することができる。このことを利用してノズ
ル、吐出室などからなるインクジェット構成単位を多数
配置する場合のピッチ間隔を狭めて、ノズルの高密度化
を実現することができる。

【００５９】

【発明の効果】（１）請求項１の作用効果請求項１のインクジェットヘッドにおいては、振動板を
構成する基板と個別電極が形成される基板との接合が少
なくともＢ₂Ｏ₃層が介されてなされるので、４５０℃程
度の低温で双方の基板の強固な接合が可能である。した
がって、個別電極材料として金属を用いることができ、
個別電極の電気抵抗を小さくできるので、振動板の駆動
効率を向上させ、駆動周波数を高くすることができる。

【００６０】（２）請求項２の作用効果請求項２のインクジェットヘッドにおいては、振動板の
Ｂ（ボロン、ホウ素）ピーク濃度が５×１０¹⁹／ｃｍ³
以上であるので、高濃度Ｂドープ層に基づくエッチング
ストップ技術を用いることにより、振動板を均一の厚さ
で精度良く作製できる。また、Ｂ₂Ｏ₃層を介することに
より、基板１００と基板１０４とは強固な接合が可能で
あるので、ばらつきが少なく、歩留まりが高く、かつ、
信頼性の高いインクジェットヘッドの実現が可能であ
る。

【００６１】（３）請求項３の作用効果請求項３のインクジェットヘッドにおいては、個別電極
と対向する振動板の面にはＢ₂Ｏ₃層がないので、残留電
荷の問題がなく、インクジェットヘッドの高周波駆動が
可能となる。

【００６２】（４）請求項４の作用効果請求項４のインクジェットヘッドにおいては、ＢＳＧ層
はＳｉＢ₄層を酸化して形成されるので、高濃度Ｂドー
プ層作製時に形成されるＢ₂Ｏ₃層よりも駆動時における
残留電荷が少なく、インクジェットヘッドの高周波駆動
が可能である。

【００６３】（５）請求項５の作用効果請求項５のインクジェットヘッドにおいては、ＢＳＧ層
が高濃度Ｂドープ層から酸化膜にＢ（ホウ素）を拡散し
て形成されるので、該ＢＳＧ層は駆動時における残留電
荷が少なく、インクジェットヘッドの高周波駆動が可能
である。また、前記ＢＳＧ層の厚さは水蒸気酸化の温度
と時間をパラメータとして高精度に制御でき、かつ、層
全面の厚さの均一性も達成できるので、ばらつきの少な
いインクジェットヘッドが作製できる。

【００６４】（６）請求項６の作用効果請求項６のインクジェットヘッドにおいては、振動板が
形成された基板と第３の基板との接合が少なくともＢ₂
Ｏ₃層が介されてなされるので、強固な接合が可能であ
る。したがって、インク噴射時の吐出エネルギーのロス
が少なく、吐出速度を速くすることが可能であり、印字
品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるインクジェットヘッドの第１
の実施例を示す分解斜視図である。

【図２】本発明にかかる第１の実施例における製造工
程図である。

【図３】本発明にかかる第１の実施例における第２の
基板の製造工程図である。

【図４】本発明にかかる第２の実施例における第１お
よび第２の基板の製造工程図である。

【図５】本発明にかかる第３の実施例における第１お
よび第２の基板の製造工程図である。

【図６】本発明にかかる第４の実施例における第１の
基板の製造工程図である。

【図７】本発明にかかる第５の実施例における第１の
基板の製造工程図である。

【図８】本発明にかかる第６の実施例を示す第３の基
板の製造工程と該第３の基板を用いたインクジェットヘ
ッドの断面図である。

【図９】本発明にかかる第７の実施例における製造工
程図である。

【図１０】本発明にかかる第７の実施例における上側
の基板の製造工程図である。

【図１１】従来のインクジェットヘッドの一実施例を
示す分解斜視図である。

【図１２】従来のインクジェットヘッドの一実施例に
おける第１の基板の製造工程図である。

【符号の説明】

１…第１の基板、２…第２の基板、３…第３の基板、４
…ノズル孔、５…振動板、６…吐出室、７…流体抵抗、
８…共通インク室、１０…インクジェットヘッド、１
２，１４，２５…凹部、１３…細溝、２１…電極、２２
…リード部、２３…端子部、２４…絶縁部、３１…イン
ク供給口、３２…接続パイプ、３３…チューブ、４１
ａ，４１ｂ…シリコン酸化膜、６５…シリコン基板、６
６…高濃度Ｂドープ層、６７…シリコン基板露出部、７
１…エッチング終点検出用パターン、７２…貫通孔、１
００，１０４，１１０，１１５…シリコン基板、１０１
…シリコン窒化膜、１０２…Ｂドープ層、１０３…Ｂ₂
Ｏ₃層、１０５…シリコン酸化膜、１０６…個別電極、
１０７…封止治具、１０８…振動板、１０９…高濃度Ｂ
ドープ層、１１１…ノズル孔、１１２…ＳｉＢ₄層、１
１３，１１４…ＢＳＧ層、１１６…吐出室、１１７…流
体抵抗、１１８…共通インク室、１１９…ノズル溝、１
２０…流体抵抗溝、１２１…Ｂドープ層、１２２…Ｂ₂
Ｏ₃層、１２３，１２４…シリコン基板、１２５…シリ
コン窒化膜、１４１，１４３…凹部、１４２…細溝、１
４４…リード部、１４５…端子部、１４７…インク供給
口、１４８…接続パイプ、１４９…チューブ、２００…
インクジェットヘッド、２０１…第１の基板、２０２…
第２の基板、２０３…第３の基板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク液滴を吐出する単一または複数の
ノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室
と、前記吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板
と、前記振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、
前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる
個別電極からなるインクジェットヘッドにおいて、前記
振動板が形成された基板と前記個別電極が形成された基
板との接合が少なくともＢ₂Ｏ₃層が介されてなされるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記振動板のピークＢ（ホウ素）濃度が５×
１０¹⁹／ｃｍ³以上の濃度からなることを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
【請求項３】請求項１または２に記載のインクジェッ
トヘッドにおいて、前記個別電極と対向する前記振動板
の面にＢ₂Ｏ₃層が存在しないことを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項４】インク液滴を吐出する単一または複数の
ノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室
と、前記吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板
と、前記振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、
前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる
個別電極からなるインクジェットヘッドにおいて、前記
振動板が形成された基板と前記個別電極が形成された基
板との接合がシリコンとボロンの化合物層を酸化させて
形成したＢＳＧ層が介されてなることを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項５】インク液滴を吐出する単一または複数の
ノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室
と、前記吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板
と、前記振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、
前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる
個別電極からなるインクジェットヘッドにおいて、前記
振動板が形成された基板と前記個別電極が形成された基
板との接合が高濃度Ｂ（ホウ素）ドープ層から酸化膜に
Ｂ（ホウ素）を拡散して形成したＢＳＧ層が介されてな
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】インク液滴を吐出する単一または複数の
ノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室
と、前記吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板
と、前記振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、
前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる
個別電極からなるインクジェットヘッドにおいて、前記
振動板が形成された基板の面のうち、前記個別電極が形
成された基板を接合した面の反対側の面に、第３の基板
を接合する場合に、前記振動板が形成された基板と前記
第３の基板との接合が少なくともＢ₂Ｏ₃層が介されてな
されることを特徴とするインクジェットヘッド。