JP2001347658A - Electrostatic actuator, its manufacturing method and liquid drop discharge head - Google Patents

Electrostatic actuator, its manufacturing method and liquid drop discharge head

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JP2001347658A
JP2001347658A JP2000169978A JP2000169978A JP2001347658A JP 2001347658 A JP2001347658 A JP 2001347658A JP 2000169978 A JP2000169978 A JP 2000169978A JP 2000169978 A JP2000169978 A JP 2000169978A JP 2001347658 A JP2001347658 A JP 2001347658A
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Japan
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substrate
electrode
diaphragm
silicon
oxide film
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JP2000169978A
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Kaihei Itsushiki
海平 一色
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic actuator for deflecting a diaphragm by an electrostatic force by impressing a voltage between the diaphragm and an electrode while an electrode substrate is set oppositely via a predetermined gap to the diaphragm which can be formed inexpensively with a high density, a method for manufacturing the electrostatic actuator and an electrostatic type discharge head. SOLUTION: A diaphragm substrate 1 and the electrode substrate 2 are directly joined without using an adhesive. Moreover, a silicon oxide film 11 for forming the gap is set to the side of the electrode substrate 2 and a join face at the side of the diaphragm substrate is made flat.

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液滴吐出ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic actuator, a method of manufacturing the same, and a droplet discharge 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. An 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
下側に個別電極(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 an individual electrode (electrode) is formed is arranged below the first substrate, and the electrodes are opposed to each other with a predetermined gap placed on the diaphragm. An electric actuator is constructed, and by applying a voltage between the diaphragm and the electrode of the actuator, the diaphragm is flexed by electrostatic force to change the internal volume of the liquid chamber, and ink droplets from nozzles communicating with the liquid chamber. Is 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、例えばノズル密度(吐出密度)
が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1μ
m以下にしなくてはならない。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, for example, the nozzle density (discharge density)
In order to manufacture a high-density ink-jet head that exceeds 150 dpi, the gap between the diaphragm and the electrode must be 1 μm.
m. 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1.5nm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 1.5 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、微小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液滴吐出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 a droplet discharge 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、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、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電極基板側
に設け、振動板基板側の接合面が平面になっている構成
とした。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electrostatic actuator comprising: a diaphragm substrate on which a diaphragm is formed; and an electrode substrate on which an electrode is formed. In an electrostatic actuator in which a diaphragm is deformed by applying a voltage between an electrode and a diaphragm, a diaphragm substrate and an electrode substrate are not bonded to each other without using an adhesive. Direct joining, and
A silicon oxide film for forming a gap was provided on the electrode substrate side, and the bonding surface on the diaphragm substrate side was flat.

【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、振動板基板
に電極基板との接合面側に高濃度の不純物が注入された
シリコンウエハを用いて、このシリコンウエハの接合面
側に酸化膜を形成した後、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 of the present invention, wherein the diaphragm substrate has a high height on the side of the joint surface with the electrode substrate. Using a silicon wafer into which a high concentration impurity has been implanted, an oxide film is formed on the bonding surface side of the silicon wafer, and then the silicon wafer is 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
シリコンウエハを用いて、このシリコンウエハの電極基
板との接合面側に生成する酸化膜層及び化合物層を取り
除いた後、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 of the present invention, wherein the diaphragm substrate has a height higher than that of the surface to be joined to the electrode substrate. An oxide film layer and a compound layer generated on the surface of the silicon wafer to be bonded to the electrode substrate are removed by using a silicon wafer into which impurities of a concentration are implanted, and then the silicon wafer is bonded to 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、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に熱酸化法によってシリコン
酸化膜を形成した後、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, wherein a semiconductor substrate having an SOI structure is used as a diaphragm substrate. Then, after a silicon oxide film is formed on the bonding surface of the semiconductor substrate with the electrode substrate by a thermal oxidation method, the semiconductor substrate is 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、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に生成する自然酸化膜を取り
除いた後、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 a 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. After removing a natural oxide film formed on the bonding surface of the semiconductor substrate with the electrode substrate, the semiconductor substrate is bonded 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、電極基板に
シリコンウェハを用いて、このシリコンウェハ全面に熱
酸化法によってシリコン酸化膜を形成、電極の厚さとギ
ャップ層の厚さになる深さにまでエッチングし、このエ
ッチングされた領域内に電極を形成した後、振動板基板
と接合する構成とした。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, a silicon wafer is used as an electrode substrate. A silicon oxide film is formed by thermal oxidation, etched to a depth corresponding to the thickness of the electrode and the thickness of the gap layer, an electrode is formed in the etched region, and then joined to the diaphragm substrate. did.

【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、電極基板に
シリコンウェハを用いて、このシリコンウェハの電極形
成領域以外の部分にシリコン窒化膜を形成した後、電極
形成領域を選択的に熱酸化することで、必要なギャップ
層と電極の厚さになるまで酸化膜を成長させた後、酸化
膜と窒化膜を除去することで、シリコン基板にギャップ
層を形成し、次いで、犠牲酸化となる表面酸化を行った
後、この酸化膜を除去し、更に全面に熱酸化方法によっ
て電極とシリコン基板との絶縁に必要な厚さにまでシリ
コン酸化膜を形成した後、電極を形成し、振動板基板と
接合する構成とした。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrostatic actuator according to the first aspect, wherein the silicon wafer is used as an electrode substrate. After a silicon nitride film is formed in a portion other than the electrode formation region, the oxide film is grown by selectively thermally oxidizing the electrode formation region until the required gap layer and electrode thickness are obtained. Then, a gap layer is formed on the silicon substrate by removing the nitride film, and then a surface oxidation, which is a sacrificial oxidation, is performed. Then, the oxide film is removed. After forming a silicon oxide film to a thickness necessary for the insulation, an electrode is formed and the structure is joined to the diaphragm substrate.

【0020】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、アクチュ
エータが本発明に係る静電型アクチュエータである構成
とした。
In the droplet discharge head according to the present invention, the actuator is an electrostatic actuator according to the present invention.

【0021】[0021]

【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本発明に係る液滴吐出ヘッドで
あるインクジェットヘッドを示す振動板長手方向の模式
的断面図、図2は同ヘッドの振動板短手方向の模式的断
面説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in the longitudinal direction of a diaphragm showing an ink jet head which is a droplet discharge head according to the present invention provided with the electrostatic actuator according to the present invention, and FIG. It is a schematic cross section explanatory view.

【0022】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、液室6に流体抵抗部7を
介してインクを供給する共通インク流路8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;
And a common ink flow path 8 for supplying ink to the liquid chamber 6 via a fluid resistance portion 7.

【0023】振動板基板1には、シリコン基板を用い
て、液室6及び液室6の底面をなす振動板10を形成す
る凹部と、流体抵抗部7を形成する溝部と、共通インク
流路8を形成する貫通穴などを形成している。なお、こ
の振動板基板1は、例えば、シリコン基板を酸化膜を介
して接合したSOI基板を用いて形成することができ
る。この場合、液室6となる凹部をKOH水溶液などの
エッチング液を用いてエッチングすることにより、酸化
膜をエッチストップ層として振動板10を高精度に形成
できる。また、シリコン基板に高濃度P型不純物拡散
層、例えばボロン拡散層を形成し、このボロン拡散層を
エッチングストップ層としてエッチストップすることに
よっても振動板10を高精度に形成することができる。
The diaphragm substrate 1 is made of a silicon substrate, and is formed by using a silicon substrate, a concave portion forming a liquid chamber 6 and a diaphragm 10 forming a bottom surface of the liquid chamber 6, a groove portion forming a fluid resistance portion 7, a common ink flow path. 8 are formed. The diaphragm substrate 1 can be formed using, for example, an SOI substrate in which a silicon substrate is bonded via an oxide film. In this case, the diaphragm 10 can be formed with high accuracy by using the oxide film as an etch stop layer by etching the concave portion serving as the liquid chamber 6 using an etching solution such as a KOH aqueous solution. Also, the diaphragm 10 can be formed with high precision by forming a high-concentration P-type impurity diffusion layer, for example, a boron diffusion layer on a silicon substrate, and performing an etch stop using the boron diffusion layer as an etching stop layer.

【0024】電極基板2には、シリコン基板を用いて表
面にシリコン酸化膜11を形成し、このシリコン酸化膜
11に電極形成溝12を形成し、この電極形成溝12の
底面に振動板基板1の振動板10とギャップ14を介し
て対向する電極13を設けている。これらの振動板10
と電極13によって振動板7を静電力で変形変位させて
液室6内のインクを加圧してノズル5からインク滴を吐
出させるためのマイクロアクチュエータである静電型ア
クチュエータを構成している。
On the electrode substrate 2, a silicon oxide film 11 is formed on the surface using a silicon substrate, an electrode forming groove 12 is formed in the silicon oxide film 11, and the diaphragm substrate 1 is formed on the bottom of the electrode forming groove 12. The electrode 13 opposing the diaphragm 10 via a gap 14 is provided. These diaphragms 10
The electrode 13 constitutes an electrostatic actuator which is a microactuator for deforming and displacing the vibration plate 7 by electrostatic force to pressurize ink in the liquid chamber 6 and discharge ink droplets from the nozzle 5.

【0025】そして、この電極基板2の電極13表面に
は振動板10との接触による損傷などを防止するために
SiO2膜などの酸化膜系絶縁膜或いはSi34膜などの
窒化膜系絶縁膜からなる保護膜(絶縁膜)15を成膜し
ている。
On the surface of the electrode 13 of the electrode substrate 2, an oxide-based insulating film such as a SiO 2 film or a nitride-based film such as a Si 3 N 4 film is used to prevent damage due to contact with the diaphragm 10. A protective film (insulating film) 15 made of an insulating film is formed.

【0026】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10と電極1
3とのギャップを規定するシリコン酸化膜11を電極基
板2側に設けて、振動板基板1の電極基板2との接合面
は平面(表面粗さRa=1.4nm以下)にしている。
Here, the diaphragm substrate 1 and the electrode substrate 2 are directly joined without using an adhesive, and the diaphragm 10 and the electrode substrate 1 are joined together.
The silicon oxide film 11 defining the gap with the electrode substrate 3 is provided on the electrode substrate 2 side, and the bonding surface of the diaphragm substrate 1 with the electrode substrate 2 is made flat (surface roughness Ra = 1.4 nm or less).

【0027】ノズル板3は、金属層、或いは金属層と高
分子層とを直接接合した積層部材、樹脂部材、ニッケル
電鋳などでノズル5を形成したものであり、ノズル面
(吐出方向の表面:吐出面)には、インクとの撥水性を
確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティン
グなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
The nozzle plate 3 has a nozzle 5 formed of a metal layer, a laminated member in which a metal layer and a polymer layer are directly joined, a resin member, nickel electroforming, or the like. : Ejection surface), in order to ensure water repellency with the ink, a water repellent film is formed by a known method such as a plating film or a water repellent coating.

【0028】このように構成したインクジェットヘッド
においては、振動板10を共通電極とし、電極13を個
別電極として、振動板10と電極13との間に駆動電圧
を印加することによって、振動板10と電極13との間
に発生する静電力によって振動板10が電極13側に変
形変位し、この状態から振動板10と電極13間の電荷
を放電させることによって振動板10が復帰変形して、
液室6の内容積(体積)/圧力が変化することによっ
て、ノズル5からインク滴が吐出される。
In the ink jet head configured as described above, the diaphragm 10 is used as a common electrode, and the electrode 13 is used as an individual electrode. The diaphragm 10 is deformed and displaced toward the electrode 13 due to an electrostatic force generated between the electrode 13 and the diaphragm 10. By returning the electric charge between the diaphragm 10 and the electrode 13 from this state, the diaphragm 10 is returned and deformed.
When the internal volume (volume) / pressure of the liquid chamber 6 changes, ink droplets are ejected from the nozzles 5.

【0029】そして、このインクジェットヘッドにおい
ては、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10と電極13とのギャップ
を規定するシリコン酸化膜11を電極基板2側に設け
て、振動板基板1の電極基板2との接合面は平面にして
いるので、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。
In this ink jet head, the diaphragm substrate 1 and the electrode substrate 2 are directly joined without using an adhesive, and the silicon oxide film 11 defining the gap between the diaphragm 10 and the electrode 13 is covered with the electrode. Since it is provided on the substrate 2 side and the bonding surface of the diaphragm substrate 1 with the electrode substrate 2 is flat, when manufacturing an actuator using a semiconductor process, the bonding surface of the diaphragm substrate 1 and the electrode substrate 2 is used. It is possible to obtain an actuator portion by direct bonding without causing any warpage, thereby improving gap accuracy and obtaining a higher density inkjet head.

【0030】また、振動板基板1及び電極基板2にシリ
コン基板を用いているので、熱膨張等のストレスを受け
難く、接合信頼性が向上する。さらに、振動板基板1側
の接合面が平面であるので、電極基板側の接合面がすべ
て接合に寄与することができ、接合強度が向上する。
Further, since a silicon substrate is used for the diaphragm substrate 1 and the electrode substrate 2, stress such as thermal expansion is hardly received, and bonding reliability is improved. Furthermore, since the bonding surface on the diaphragm substrate 1 side is flat, all the bonding surfaces on the electrode substrate side can contribute to bonding, and the bonding strength is improved.

【0031】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実施形態を適用して本発明に係るイン
クジェットヘッドを製造する方法について図3乃至図図
5を参照して説明する。なお、図3は振動板基板となる
シリコン基板の製造工程を説明する説明図、図4は電極
基板の製造工程を説明する説明図、図5は振動板基板と
電極基板とを接合してインクジェットヘッドとする工程
を説明する説明図である。
Next, a method for manufacturing an ink jet head according to the present invention by applying the first embodiment of the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory view for explaining a manufacturing process of a silicon substrate to be a diaphragm substrate, FIG. 4 is an explanatory view for explaining a manufacturing process of an electrode substrate, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a process of forming a head.

【0032】先ず、振動板基板となるシリコン基板の製
造工程について図3を参照して説明する。同図(a)に
示すように振動板基板となるシリコン基板21として、
P型の極性を持つ結晶面方位が(110)で、両面を鏡
面に研磨したシリコン基板を用いている。このようなシ
リコン基板21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, a process for manufacturing a silicon substrate serving as a diaphragm substrate will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, as a silicon substrate 21 serving as a diaphragm substrate,
A silicon substrate having a P-type polarity and a crystal plane orientation of (110) and both surfaces mirror-polished is used. The reason why such a silicon substrate 21 is used is to obtain a processed shape with high accuracy by utilizing the plane anisotropy of the wet etching rate of silicon.

【0033】そして、同図(b)に示すように、シリコ
ン基板21の電極基板との接合面となる側の面には、固
体拡散法、塗布拡散法、或いはイオン注入法等により、
高濃度のボロンを注入して、高濃度ボロン層22を形成
している。この高濃度ボロン層22の厚さは、振動板1
0の厚さになるように拡散している。
Then, as shown in FIG. 2B, the surface of the silicon substrate 21 which is to be bonded to the electrode substrate is formed by a solid diffusion method, a coating diffusion method, an ion implantation method, or the like.
High concentration boron is implanted to form a high concentration boron layer 22. The thickness of the high-concentration boron layer 22 is
It diffuses to a thickness of zero.

【0034】また、シリコン基板21のボロンが注入さ
れた側の表面には、熱拡散の過程で、ボロン拡散層22
の表面にシリコンとボロンの化合物層23が生成し、さ
らにこの化合物層23の上にボロンを含んだシリコン酸
化膜24が形成される。この不純物を含むシリコン酸化
膜24をそのまま接合に用いても良いが、このままで
は、振動板を形成する面に化合物層23が残存してしま
うため、振動板をアクチュエータとして動作させる際の
振動設計が難しくなる。
The surface of the silicon substrate 21 on the side where boron is implanted is subjected to the boron diffusion layer 22 during the thermal diffusion process.
A compound layer 23 of silicon and boron is formed on the surface of the semiconductor layer, and a silicon oxide film 24 containing boron is formed on the compound layer 23. The silicon oxide film 24 containing this impurity may be used for bonding as it is, but if it is left as it is, the compound layer 23 remains on the surface on which the diaphragm is formed. It becomes difficult.

【0035】そこで、同図(c)に示すように、このシ
リコン基板21を弗化水素水に浸漬して、表面のシリコ
ン酸化膜24を除去した後、弗化水素水と硝酸水溶液と
の混合液に浸漬することにより、シリコン基板21表面
に形成されたシリコンとボロンの化合物層23を取り去
る。この時、シリコン基板21のボロン拡散層22表面
が僅かにエッチングされる。
Then, as shown in FIG. 3C, the silicon substrate 21 is immersed in a hydrogen fluoride solution to remove the silicon oxide film 24 on the surface, and then mixed with a hydrogen fluoride solution and an aqueous nitric acid solution. By dipping in the liquid, the silicon and boron compound layer 23 formed on the surface of the silicon substrate 21 is removed. At this time, the surface of the boron diffusion layer 22 of the silicon substrate 21 is slightly etched.

【0036】この場合、拡散条件を最適化することで、
このシリコン基板21のボロン拡散層22表面の荒れを
少なくすることもできるが、ここでは、同図(d)に示
すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)
等の手法を用いて、表面研磨を施している。なお、現在
のCMP技術では、研磨量が0.1μmであれば表面粗
さをRa値で0.2nm程度(直接接合が充分可能なレ
ベルの鏡面仕上げ)に仕上げることができて、研磨量を
加味して拡散条件を設定することにより、精度良く振動
板を形成することができる。
In this case, by optimizing the diffusion conditions,
Although the roughness of the surface of the boron diffusion layer 22 of the silicon substrate 21 can be reduced, here, as shown in FIG.
The surface is polished using such a technique. In the present CMP technology, if the polishing amount is 0.1 μm, the surface roughness can be finished to a Ra value of about 0.2 nm (mirror finish of a level that enables direct bonding sufficiently), and the polishing amount is reduced. By setting the diffusion conditions in consideration of the above, the diaphragm can be formed with high accuracy.

【0037】このように、振動板基板に電極基板との接
合面側に高濃度の不純物が注入されたシリコンウエハを
用いて、このシリコンウエハの電極基板との接合面側に
生成する酸化膜層及び化合物層を取り除いた後、電極基
板と接合することにより、振動設計が容易になる。
As described above, by using a silicon wafer in which a high-concentration impurity is implanted into the vibration substrate on the bonding surface side with the electrode substrate, an oxide film layer formed on the bonding surface side of the silicon wafer with the electrode substrate is used. Also, by removing the compound layer and then bonding to the electrode substrate, vibration design becomes easy.

【0038】次に、電極基板の製造工程について図4を
参照して説明する。同図(a)に示すように、電極基板
2となるシリコン基板31として、P型の極性を持ちそ
の結晶面方位が(100)で、振動板基板と接合する接
合面側を鏡面に仕上げたシリコン基板、ここではシリコ
ンウエハを用いている。なお、このようなシリコン基板
31を使用することにより、最も一般的で多く使われて
いるシリコンウエハで電極基板を形成できてコストの低
減を図れる。
Next, the manufacturing process of the electrode substrate will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, a silicon substrate 31 serving as the electrode substrate 2 has a P-type polarity, has a crystal plane orientation of (100), and has a mirror-finished surface to be bonded to the diaphragm substrate. A silicon substrate, here, a silicon wafer is used. By using such a silicon substrate 31, the electrode substrate can be formed from the most common and widely used silicon wafer, and the cost can be reduced.

【0039】そこで、同図(b)に示すように、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31の
表面にシリコン酸化膜11となるシリコン酸化膜32を
形成する。このシリコン酸化膜32の厚さは、静電型ア
クチュエータの振動板10と電極13との間の距離であ
るギャップ長(本実施形態では約500nm)、電極材
料の厚さ(本実施形態では電極の厚さ約150nm+保
護膜の厚さ150nm)及び電極13と電極基板2(シ
リコン基板31)との電気的絶縁性が確保できる厚さ
(本実施形態では厚さ約500nm)の合計に略等しい
分の厚さとする。ここでは、シリコン酸化膜32の厚さ
を約1500nmとした。
Therefore, as shown in FIG. 2B, the silicon substrate 31 is oxidized by a thermal oxidation method such as a pyro-oxidation (wet oxidation) method or a dry oxidation method, and a silicon oxide film 11 is formed on the surface of the silicon substrate 31. A silicon oxide film 32 is formed. The thickness of the silicon oxide film 32 is determined by the gap length (about 500 nm in the present embodiment) which is the distance between the vibration plate 10 and the electrode 13 of the electrostatic actuator, and the thickness of the electrode material (the electrode in the present embodiment). (The thickness of about 150 nm + the thickness of the protective film 150 nm) and the thickness (about 500 nm in the present embodiment) at which electrical insulation between the electrode 13 and the electrode substrate 2 (silicon substrate 31) can be ensured. Min thickness. Here, the thickness of the silicon oxide film 32 is set to about 1500 nm.

【0040】次に、シリコン酸化膜32の表面にフォト
レジストを塗布し、その後、露光、現像を行って、同図
(c)に示すように、シリコン酸化膜32の接合面側に
電極形成溝12に対応する開口34を有するフォトレジ
ストパターン33を形成する。
Next, a photoresist is applied to the surface of the silicon oxide film 32, and thereafter, exposure and development are performed to form an electrode forming groove on the bonding surface side of the silicon oxide film 32, as shown in FIG. A photoresist pattern 33 having an opening 34 corresponding to 12 is formed.

【0041】そして、同図(d)に示すように、このフ
ォトレジストパターン33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32を約8
00nmの深さまでウエットエッチングして、電極形成
溝12を形成する。ここで、このウェットエッチングの
深さ方向のばらつきは1%程度であり、アクチュエータ
の機能に影響するものではない。
Then, as shown in FIG. 3D, using the photoresist pattern 33 as a mask, a silicon oxide film 32 is formed by using a hydrogen fluoride solution having a concentration of about 5% to about 8%.
The electrode forming groove 12 is formed by wet etching to a depth of 00 nm. Here, the variation in the depth direction of the wet etching is about 1%, and does not affect the function of the actuator.

【0042】次に、フォトレジストパターン33を除去
する。このフォトレジストパターン33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。例えば、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32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、RCA洗
浄で知られるようなウェット洗浄を施しておく必要があ
る。
Next, the photoresist pattern 33 is removed. The removal of the photoresist pattern 33 is preferably a process using a remover specified by a photoresist maker. For example, a photoresist ashing apparatus using oxygen plasma may be used. In this case, RCA cleaning is performed to prevent the silicon oxide film 32 from being damaged (surface roughness, residual resist ash, etc.). It is necessary to perform wet cleaning that can be performed.

【0043】続いて、同図(e)に示すように、電極1
3となる窒化チタン膜35をスパッタ等の方法で堆積形
成し、この窒化チタン層35の上に電極絶縁保護膜膜1
5となるシリコン酸化膜36を堆積形成し、図示しない
フォトレジストをシリコン酸化膜36上に塗布し、この
フォトレジストを露光、現像して、電極13に対応する
部分をマスクするレジストパターンを形成する。
Subsequently, as shown in FIG.
3 is formed by sputtering or the like, and an electrode insulating protective film 1 is formed on the titanium nitride layer 35.
A silicon oxide film 36 serving as No. 5 is deposited, a photoresist (not shown) is applied on the silicon oxide film 36, and the photoresist is exposed and developed to form a resist pattern for masking a portion corresponding to the electrode 13. .

【0044】そして、このレジストパターンをマスクと
して、シリコン酸化膜36を弗化水素溶液でエッチング
し、更に残存しているシリコン酸化膜36をマスクとし
て窒化チタン層35をアンモニアと過酸化水素水との水
溶液でエッチングして、同図(f)に示すように、シリ
コン酸化膜32からなるシリコン酸化膜11の電極形成
溝12に窒化チタンからなる電極13及びシリコン酸化
膜からなる絶縁膜15とを形成した電極基板2を得る。
Then, using this resist pattern as a mask, the silicon oxide film 36 is etched with a hydrogen fluoride solution, and further using the remaining silicon oxide film 36 as a mask, the titanium nitride layer 35 is etched with ammonia and hydrogen peroxide solution. By etching with an aqueous solution, an electrode 13 made of titanium nitride and an insulating film 15 made of a silicon oxide film are formed in an electrode forming groove 12 of a silicon oxide film 11 made of a silicon oxide film 32 as shown in FIG. The obtained electrode substrate 2 is obtained.

【0045】このとき、シリコン基板31からなる電極
基板2上の窒化チタン膜35は除去されるが、このとき
のエッチャントであるアンモニアと過酸化水素水の水溶
液は、RCA洗浄におけるSC−1洗浄液と同じであ
り、窒化チタン層35がなくなった後でも、接合面とな
るシリコン酸化膜11の表面が荒らされることは無い。
ここでは、電極材料として窒化チタンを用いたが、他の
導電性セラミック、高融点金属、又は、導電性を持たせ
たポリシリコン等を用いても良い。
At this time, the titanium nitride film 35 on the electrode substrate 2 made of the silicon substrate 31 is removed. At this time, the aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide as the etchant is mixed with the SC-1 cleaning solution in the RCA cleaning. Similarly, even after the titanium nitride layer 35 disappears, the surface of the silicon oxide film 11 serving as a bonding surface is not roughened.
Here, titanium nitride is used as the electrode material, but other conductive ceramics, high melting point metals, or polysilicon having conductivity may be used.

【0046】このように、電極基板にシリコンウェハを
用いて、このシリコンウェハ全面に熱酸化法によってシ
リコン酸化膜を形成し、個別電極の厚さとギャップ層の
厚さになる深さにまでエッチングし、このエッチングさ
れた領域内に個別電極を形成した後、振動板基板と接合
することにより、簡単なプロセスで安価に高精度のギャ
ップを形成することができる。
As described above, using a silicon wafer as the electrode substrate, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the silicon wafer by the thermal oxidation method, and the silicon oxide film is etched to the depths of the individual electrodes and the gap layer. After the individual electrodes are formed in the etched region and then joined to the diaphragm substrate, a high-precision gap can be formed at a low cost by a simple process.

【0047】次に、上述した振動板基板1となるシリコ
ン基板21とシリコン基板を用いた電極基板2と接合工
程について図5を参照して説明する。まず、シリコン基
板21と電極基板2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。そして、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, a description will be given, with reference to FIG. 5, of a bonding process between the silicon substrate 21 serving as the diaphragm substrate 1 and the electrode substrate 2 using the silicon substrate. First, the silicon substrate 21 and the electrode substrate 2 are cleaned. Here, cleaning using ammonia water + hydrogen peroxide water + water was performed to remove dust on the wafer surface. Then, 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.

【0048】次いで、アライナー等を用いて、シリコン
基板21と電極基板2に形成された各々のオリエンテー
ションフラットを使って、アライメントを取り、静かに
貼り合わせる。続いて、初期ボイドの発生がないかをI
R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、同図(a)に示すように、
振動板基板1となるシリコン基板21と電極基板2のシ
リコン基板同士をシリコン酸化膜11を介して直接接合
させる。なお、このときの条件は、窒素雰囲気下で、8
50℃−2時間で行った。
Next, alignment is performed using an orientation flat formed on the silicon substrate 21 and the electrode substrate 2 using an aligner or the like, and gently bonded together. Subsequently, it is determined whether or not initial voids are generated.
After inspection using an R inspection device or the like, the sample is placed in a heating furnace such as a diffusion furnace and heated, and as shown in FIG.
The silicon substrate 21 serving as the diaphragm substrate 1 and the silicon substrate serving as the electrode substrate 2 are directly bonded via the silicon oxide film 11. The conditions at this time are as follows:
Performed at 50 ° C. for 2 hours.

【0049】その後、同図(b)に示すように、貼り合
せたウェハのシリコン基板21側を所定の厚さにまで研
磨加工する。このとき、貼り合せたウェハは剥離するこ
とがなく、十分な接合強度があるものとなった。本実施
形態では、インクジェットヘッドの噴射特性を得るため
に、貼り合せたウェハの研磨加工を行ったが、必要とさ
れる噴射特性を得られれば、この研磨加工を省くことも
できる。
Thereafter, as shown in FIG. 5B, the silicon wafer 21 side of the bonded wafer is polished to a predetermined thickness. At this time, the bonded wafer did not peel off, and had sufficient bonding strength. In this embodiment, in order to obtain the ejection characteristics of the ink jet head, the bonded wafers are polished. However, if the required ejection characteristics can be obtained, the polishing process can be omitted.

【0050】さらに、研磨後に貼り合せたウェハ(シリ
コン基板21及び電極基板2)の全面に、CVD等の方
法でシリコン窒化膜41を堆積し、このシリコン窒化膜
41にフォトレジストを塗布形成した後、IR透過法に
より、電極パターンに対応した液室パターンに対応して
フォトレジストをパターンニングし、同図(c)に示す
ように、このフォトレジストパターンをマスクとして、
ドライエッチング等の方法でシリコン窒化膜41をパタ
ーニングして開口部42を形成した後、フォトレジスト
を除去する。
Further, a silicon nitride film 41 is deposited on the entire surface of the wafer (silicon substrate 21 and electrode substrate 2) after polishing by CVD or the like, and a photoresist is applied to the silicon nitride film 41. The photoresist is patterned in accordance with the liquid chamber pattern corresponding to the electrode pattern by the IR transmission method, and as shown in FIG.
After the opening 42 is formed by patterning the silicon nitride film 41 by a method such as dry etching, the photoresist is removed.

【0051】次に、同図(d)に示すように、パターニ
ングしたシリコン窒化膜41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21及び電極
基板2の接合部材を浸し、シリコン基板21を選択的に
エッチングして液室6となる凹部43等を形成した振動
板基板1を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, using the patterned silicon nitride film 41 as a mask, a high concentration alkali metal hydroxide solution (for example, a 30% -KOH solution heated to 80 ° C.). The joining member of the silicon substrate 21 and the electrode substrate 2 is immersed therein, and the silicon substrate 21 is selectively etched to form the diaphragm substrate 1 in which the concave portion 43 serving as the liquid chamber 6 is formed.

【0052】このとき、シリコン基板21のエッチング
は高濃度に注入されたボロン層の領域までくると、自発
的にエッチングがストップするため、高濃度ボロン拡散
層22からなる極薄い振動板10を精度良く作り出すこ
とができる。ここでは約2μmの厚さの振動板10を形
成した。さらに、シリコン基板21自体のエッチング異
方性によって、液室6(凹部43)も±1μm以内の精
度でエッチングすることができた。
At this time, when the etching of the silicon substrate 21 reaches the region of the boron layer implanted at a high concentration, the etching is stopped spontaneously. Can produce well. Here, the diaphragm 10 having a thickness of about 2 μm was formed. Further, due to the etching anisotropy of the silicon substrate 21 itself, the liquid chamber 6 (the concave portion 43) could be etched with an accuracy within ± 1 μm.

【0053】なお、ここでは、オリエンテーションフラ
ットを使ったアライメントを行ったが、研磨加工等が必
要でなければ、予めシリコン基板21の表面にシリコン
窒化膜等でギャップ形成用のパターン(特にアライメン
ト用のパターンを作っておいてもよい。)を作っておい
て、電極基板2の電極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。)
を用いて、アライメントを取り、静かに貼り合せる方法
を用いることもできる。
In this case, the alignment using the orientation flat was performed. However, if polishing or the like is not required, a pattern for gap formation (particularly, alignment) is formed on the surface of the silicon substrate 21 with a silicon nitride film or the like in advance. A pattern may be formed.), And an engraving pattern (particularly, a pattern for alignment may be formed) indicating the electrode region of the electrode substrate 2.
A method of taking alignment and bonding gently can also be used.

【0054】その後、図示しないが、前述したとおり、
振動板基板1上にノズルプレート3を接合してインクジ
ェットヘッドを完成する。
Thereafter, although not shown, as described above,
The ink jet head is completed by joining the nozzle plate 3 to the diaphragm substrate 1.

【0055】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2実施形態における振動板基板となるシ
リコン基板の製造工程について図6を参照して説明す
る。ここでも、同図(a)に示すように振動板基板とな
るシリコン基板21として、P型の極性を持つ結晶面方
位が(110)で、両面を鏡面に研磨したシリコン基板
を用いている。
Next, a manufacturing process of a silicon substrate serving as a diaphragm substrate in a second embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. Also in this case, as shown in FIG. 3A, a silicon substrate having a P-type crystal plane orientation of (110) and both surfaces mirror-polished is used as a silicon substrate 21 serving as a diaphragm substrate.

【0056】そして、同図(b)に示すように、シリコ
ン基板21の電極基板との接合面となる側の面には、固
体拡散法、塗布拡散法、或いはイオン注入法等により、
高濃度のボロンを注入して、高濃度ボロン層22を形成
している。この高濃度ボロン層22の厚さは、振動板1
0の厚さになるように拡散している。
Then, as shown in FIG. 2B, the surface of the silicon substrate 21 which is to be joined to the electrode substrate is formed by a solid diffusion method, a coating diffusion method, an ion implantation method, or the like.
High concentration boron is implanted to form a high concentration boron layer 22. The thickness of the high-concentration boron layer 22 is
It diffuses to a thickness of zero.

【0057】また、シリコン基板21のボロンが注入さ
れた側の表面には、熱拡散の過程で、ボロン拡散層22
の表面にシリコンとボロンの化合物層23が生成し、さ
らにこの化合物層23の上にボロンを含んだシリコン酸
化膜24が形成される。この不純物を含むシリコン酸化
膜24をそのまま接合に用いても良いが、このままで
は、振動板を形成する面に化合物層23が残存してしま
うため、振動板をアクチュエータとして動作させる際の
振動設計が難しくなる。
The surface of the silicon substrate 21 on the side where boron is implanted is subjected to the boron diffusion layer 22 during the thermal diffusion process.
A compound layer 23 of silicon and boron is formed on the surface of the semiconductor layer, and a silicon oxide film 24 containing boron is formed on the compound layer 23. The silicon oxide film 24 containing this impurity may be used for bonding as it is, but if it is left as it is, the compound layer 23 remains on the surface on which the diaphragm is formed. It becomes difficult.

【0058】そこで、同図(c)に示すように、このシ
リコン基板21を弗化水素水に浸漬して、表面のシリコ
ン酸化膜24を除去した後、弗化水素水と硝酸水溶液と
の混合液に浸漬することにより、シリコン基板21表面
に形成されたシリコンとボロンの化合物層23を取り去
る。
Then, as shown in FIG. 3C, the silicon substrate 21 is immersed in a hydrogen fluoride solution to remove the silicon oxide film 24 on the surface, and then mixed with a hydrogen fluoride solution and an aqueous nitric acid solution. By dipping in the liquid, the silicon and boron compound layer 23 formed on the surface of the silicon substrate 21 is removed.

【0059】次いで、同図(d)に示すように、CMP
(Chemical Mechanical Polishing)等の手法を用い
て、表面研磨を施している。なお、現在のCMP技術で
は、研磨量が0.1μmであれば表面粗さをRa値で
0.2nm程度(直接接合が充分可能なレベルの鏡面仕
上げ)に仕上げることができて、研磨量を加味して拡散
条件を設定することにより、精度良く振動板を形成する
ことができる。
Next, as shown in FIG.
(Chemical Mechanical Polishing) or the like, and the surface is polished. In the present CMP technology, if the polishing amount is 0.1 μm, the surface roughness can be finished to a Ra value of about 0.2 nm (mirror finish of a level that enables direct bonding sufficiently), and the polishing amount is reduced. By setting the diffusion conditions in consideration of the above, the diaphragm can be formed with high accuracy.

【0060】その後、同図(e)に示すように、ウェハ
全体を熱酸化法によって酸化し、シリコン基板21(高
濃度ボロン拡散層22を含む。)の全面にシリコン酸化
膜25を形成する。このときのシリコン酸化膜25の厚
さは約200nmに成長させた。
Thereafter, as shown in FIG. 3E, the entire wafer is oxidized by a thermal oxidation method to form a silicon oxide film 25 on the entire surface of the silicon substrate 21 (including the high-concentration boron diffusion layer 22). At this time, the thickness of the silicon oxide film 25 was grown to about 200 nm.

【0061】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3実施形態における電極基板の製造工程
について図7を参照して説明する。ここでは、同図
(a)に示すように、電極基板2となるシリコン基板5
1として、P型の極性を持ちその結晶面方位が(10
0)で、振動板基板と接合する接合面側を鏡面に仕上げ
たシリコン基板、ここではシリコンウエハを用いてい
る。
Next, a process of manufacturing an electrode substrate in a third embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, as shown in FIG. 1A, a silicon substrate 5 serving as an electrode substrate 2 is formed.
As one, it has P-type polarity and its crystal plane orientation is (10
In (0), a silicon substrate, whose surface to be bonded to the diaphragm substrate is mirror-finished, here, a silicon wafer is used.

【0062】そして、同図(b)に示すように、シリコ
ン基板51の表面にバッファ酸化膜となるシリコン酸化
膜52を熱酸化法によって形成する。続いて、同図
(c)に示すように、このシリコン基板51にシリコン
窒化膜53をCVD等の方法で堆積し、シリコン窒化膜
53上にフォトレジストを塗布する。
Then, as shown in FIG. 3B, a silicon oxide film 52 serving as a buffer oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 51 by a thermal oxidation method. Subsequently, as shown in FIG. 3C, a silicon nitride film 53 is deposited on the silicon substrate 51 by a method such as CVD, and a photoresist is applied on the silicon nitride film 53.

【0063】この後、このフォトレジストを電極10を
形成する電極形成溝12となる領域のみ開口するように
パターニングし、このフォトレジストをマスクとして、
シリコン窒化膜53をエッチングして、開口部54を有
するシリコン窒化膜53のマスクを形成した後、フォト
レジストを除去する。
Thereafter, the photoresist is patterned so as to be opened only in a region to be the electrode forming groove 12 for forming the electrode 10, and the photoresist is used as a mask.
After etching the silicon nitride film 53 to form a mask of the silicon nitride film 53 having the opening 54, the photoresist is removed.

【0064】そして、このシリコン窒化膜53をマスク
として、パイロ酸化(ウェット酸化)、あるいは、ドラ
イ酸化等の熱酸化を行い、シリコン窒化膜53の開口部
54を選択的に酸化(LOCOS:Local Oxidation of
Silicon)する。このとき、シリコン酸化膜55を約3
000nmの厚さにまで成長させた。このようなLOC
OSをすると、シリコン基板51が酸化される厚さ(シ
リコン基板51の酸化領域56)とシリコン基板53表
面からシリコン酸化膜55が突出する部分の厚さが、略
1:1になる。
Then, using the silicon nitride film 53 as a mask, thermal oxidation such as pyro-oxidation (wet oxidation) or dry oxidation is performed to selectively oxidize the opening 54 of the silicon nitride film 53 (LOCOS: Local Oxidation). of
Silicon). At this time, the silicon oxide film 55 is
It was grown to a thickness of 000 nm. Such LOC
When the OS is performed, the thickness at which the silicon substrate 51 is oxidized (the oxidized region 56 of the silicon substrate 51) and the thickness of the portion where the silicon oxide film 55 protrudes from the surface of the silicon substrate 53 become approximately 1: 1.

【0065】この後、シリコン酸化膜55を弗化水素溶
液で浸漬させることにより、完全に取り去ると、シリコ
ン基板53に約1500nmの深さの溝57が形成され
る。更に、このシリコン基板51をパイロ酸化(ウェッ
ト酸化)、あるいは、ドライ酸化等の熱酸化(犠牲酸
化)をすることにより、約200nmの厚さのシリコン
酸化膜を形成した後、同図(e)に示すように、このシ
リコン酸化膜を弗化水素溶液で完全に取り去る。
Thereafter, when the silicon oxide film 55 is completely removed by dipping in a hydrogen fluoride solution, a groove 57 having a depth of about 1500 nm is formed in the silicon substrate 53. Further, the silicon substrate 51 is subjected to thermal oxidation (sacrifice oxidation) such as pyro-oxidation (wet oxidation) or dry oxidation to form a silicon oxide film having a thickness of about 200 nm. As shown in (1), the silicon oxide film is completely removed with a hydrogen fluoride solution.

【0066】この犠牲酸化の目的は、LOCOS法によ
ってシリコン基板51に形成された溝の端部がなだらか
なスロープ58を形成することで生ずる振動板基板との
接合上の問題点をなくすことにある。
The purpose of this sacrificial oxidation is to eliminate the problem of bonding with the diaphragm substrate caused by forming a gentle slope 58 at the end of the groove formed in the silicon substrate 51 by the LOCOS method. .

【0067】すなわち、LOCOS法によってシリコン
基板51に形成された溝の端部のように、決まった結晶
面が出ていないような面では、酸化レートの速い面が突
出して酸化されてしまい、均一な酸化膜厚が得られにく
く、一般に接合面よりも角上に突出したような形状にな
り易い。
That is, on a surface such as an end of a groove formed in the silicon substrate 51 by the LOCOS method, where a predetermined crystal plane is not formed, a surface having a high oxidation rate protrudes and is oxidized. It is difficult to obtain a proper oxide film thickness, and in general, it tends to have a shape protruding above the bonding surface at a corner.

【0068】このような線に近い面ができてしまうと、
振動板基板と直接接合できる領域が非常に狭くなり、シ
リコン酸化膜自体が熱変形するような温度(1200℃
程度以上)にまで接合温度をあげないと接合しなくな
る。ところが、このようなシリコン酸化膜自体が熱変形
する温度まで温度を上げると、シリコン酸化膜自体が変
形してしまうために、アクチュエータのギャップ精度が
得難くなるうえ、このような高い温度に耐えられる電極
材料の選定が困難になる。
When a surface close to such a line is formed,
The temperature (1200 ° C.) is such that the area that can be directly bonded to the diaphragm substrate becomes very narrow and the silicon oxide film itself is thermally deformed.
If the bonding temperature is not increased to about (above the level), bonding will not be achieved. However, if the temperature is increased to such a temperature that the silicon oxide film itself is thermally deformed, the silicon oxide film itself is deformed, so that it is difficult to obtain the gap accuracy of the actuator, and it is possible to withstand such a high temperature. It becomes difficult to select an electrode material.

【0069】そこで、本発明ではギャップ層を形成する
形成する前に犠牲酸化をすることによって、接合面より
も高い面が発生しないようにしている。このように犠牲
酸化を行うことで、酸化レートが速い部分ではシリコン
基板51自体も多く酸化されるため、犠牲酸化層を取り
去った後は、同図(f)に示すように、周囲よりも窪ん
だ状態になるので、絶縁層となる厚さにシリコン基板5
1を酸化すると、振動板との接合面よりも突出した領域
がない電極基板となるシリコン基板51とすることがで
きる。
Therefore, in the present invention, by performing sacrificial oxidation before forming the gap layer, a surface higher than the bonding surface is prevented from being generated. By performing the sacrificial oxidation in this way, the silicon substrate 51 itself is also oxidized more in the portion where the oxidation rate is high, and after the sacrificial oxide layer is removed, as shown in FIG. So that the thickness of the silicon substrate 5
When 1 is oxidized, the silicon substrate 51 can be an electrode substrate having no region protruding from the joint surface with the diaphragm.

【0070】その後、シリコン基板51に電極13及び
絶縁膜15を形成する。なお、その後の、振動板基板1
となるシリコン基板と直接接合するが、この工程は前述
したと同様である。
After that, the electrode 13 and the insulating film 15 are formed on the silicon substrate 51. In addition, the diaphragm board 1 after that
This step is performed in the same manner as described above.

【0071】このように、電極基板にシリコンウェハを
用いて、このシリコンウェハの電極形成領域以外の部分
にシリコン窒化膜を形成した後、電極形成領域を選択的
に熱酸化することで、必要なギャップ層と電極の厚さに
なるまで酸化膜を成長させた後、酸化膜と窒化膜を除去
することで、シリコン基板にギャップ層を形成し、次い
で、犠牲酸化となる表面酸化を行った後、この酸化膜を
除去し、更に全面に熱酸化方法によって電極とシリコン
基板との絶縁に必要な厚さにまでシリコン酸化膜を形成
した後、電極を形成し、振動板基板と接合することによ
り、簡単なプロセスで低コストの電極基板を形成するこ
とができるとともに、高精度のギャップを得ることがで
きる。
As described above, by using a silicon wafer as an electrode substrate, forming a silicon nitride film on a portion other than the electrode formation region of the silicon wafer, and selectively thermally oxidizing the electrode formation region, After growing the oxide film until the thickness of the gap layer and the electrode is reached, the oxide film and the nitride film are removed to form a gap layer on the silicon substrate, and then, after performing a surface oxidation that is a sacrificial oxidation, This oxide film is removed, and a silicon oxide film is further formed on the entire surface to a thickness necessary for insulation between the electrode and the silicon substrate by a thermal oxidation method, and then the electrode is formed and joined to the diaphragm substrate. In addition, a low-cost electrode substrate can be formed by a simple process, and a highly accurate gap can be obtained.

【0072】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実施形態における振動板基板の製造工
程について図8を参照して説明する。ここでは、振動板
基板となるシリコン基板として、SOI(Silicon On I
nsulator)の構造を持つウェハであるSOIウェハ(S
OI基板)61を用いている。
Next, the manufacturing process of the diaphragm substrate in the fourth embodiment of the manufacturing method of the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, SOI (Silicon On I) is used as a silicon substrate serving as a diaphragm substrate.
(SOI) wafer (S)
OI substrate) 61 is used.

【0073】このSOI基板61は、振動板を彫り込む
(液室となる凹部を形成する)ためのシリコン面62は
P型の極性を持ち、その結晶面方位が(110)であ
り、また、振動板となるシリコン面63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(100)である。これらのシリコン面62
と63との間の絶縁層であるシリコン酸化膜64が約5
00nmのSOI基板を用いた。なお、両面は鏡面に研
磨している。
In the SOI substrate 61, the silicon surface 62 for engraving the diaphragm (forming a concave portion serving as a liquid chamber) has P-type polarity, its crystal plane orientation is (110), and The silicon surface 63 serving as the diaphragm is finished to have a thickness of the diaphragm (about 2 μm in this case), and has a crystal plane orientation of (100). These silicon surfaces 62
The silicon oxide film 64 which is an insulating layer between
A 00 nm SOI substrate was used. In addition, both surfaces are polished to a mirror surface.

【0074】このSOI基板61を用いた場合には、前
述した図5に示すように、SOI基板61を電極基板2
に接合した後、エッチングでシリコン面62に液室とな
る凹部を彫り込み、シリコン酸化膜64をエッチングス
トップ層としてエッチングを停止することで、振動板1
0が得られる。
When the SOI substrate 61 is used, as shown in FIG.
After etching, a concave portion serving as a liquid chamber is carved in the silicon surface 62 by etching, and etching is stopped using the silicon oxide film 64 as an etching stop layer.
0 is obtained.

【0075】このようにSOIウェハを使用すること
で、振動板10と電極基板2とを接合面の表面粗さの良
い状態で接合することができて、電極基板2との直接接
合性を高めることができる。また、SOIウェハの中間
絶縁層をエッチングストップ層として利用できるため、
振動板10の反電極側(液室側)の面粗さも小さくな
り、理想条件に近い振動特性の振動板を得ることができ
る。
By using the SOI wafer in this manner, the vibration plate 10 and the electrode substrate 2 can be bonded with a good surface roughness of the bonding surface, and the direct bonding with the electrode substrate 2 is improved. be able to. Also, since the intermediate insulating layer of the SOI wafer can be used as an etching stop layer,
The surface roughness of the diaphragm 10 on the opposite electrode side (liquid chamber side) is also reduced, and a diaphragm having vibration characteristics close to ideal conditions can be obtained.

【0076】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実施形態における振動板基板の製造工
程について図9を参照して説明する。ここでも、同図
(a)に示すように、上記第4実施形態におけると同様
なSOIウェハ(SOI基板)61を出発材料に用い
て、同図(b)に示すようにSOIウェハ61全体をパ
イロ酸化(ウェット酸化)あるいはドライ酸化によって
約200nmの厚さに酸化し、接合面側にシリコン酸化
膜65を形成する。
Next, the manufacturing process of the diaphragm substrate in the fifth embodiment of the method of manufacturing the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. Also in this case, as shown in FIG. 13A, the same SOI wafer (SOI substrate) 61 as in the fourth embodiment is used as a starting material, and as shown in FIG. Oxidation is performed to a thickness of about 200 nm by pyro-oxidation (wet oxidation) or dry oxidation, and a silicon oxide film 65 is formed on the bonding surface side.

【0077】このシリコン酸化膜65は、静電気力によ
って振動する振動板10と電極13との間の放電による
特性劣化を防止して、長期振動特性の安定を図ることが
できる。
The silicon oxide film 65 can prevent the characteristic deterioration due to the discharge between the vibration plate 10 and the electrode 13 vibrating due to the electrostatic force, and can stabilize the long-term vibration characteristic.

【0078】ただし、このように振動板10の電極側面
にシリコン酸化膜を形成し、電極基板側のシリコン酸化
膜との直接接合を行う場合には接合温度が高くなる。す
なわち、シリコンウェハの直接接合を行う場合、その接
合面がシリコンとシリコンの場合、シリコンとシリコン
酸化膜の場合、又は、シリコン酸化膜とシリコン酸化膜
の場合で、各々実用強度が得られるまでの温度が異な
り、通常は、シリコンとシリコンの場合が最も温度が低
く、続いて、シリコンとシリコン酸化膜の場合、次い
で、シリコン酸化膜とシリコン酸化膜の場合が最も温度
が高くて1100℃程度の温度が必要とされている。ま
た、シリコンとシリコンの接合の場合は、接合にあたっ
て界面での接合反応によるボイドの発生が発生し易く、
この場合もボイドが発生しないような温度で焼成する必
要がある。
However, when the silicon oxide film is formed on the electrode side surface of the diaphragm 10 and the direct bonding with the silicon oxide film on the electrode substrate side is performed, the bonding temperature becomes high. That is, when the direct bonding of the silicon wafer is performed, the bonding surface is made of silicon and silicon, the silicon and silicon oxide film, or the silicon oxide film and silicon oxide film. The temperatures are different, and the temperature is usually lowest in the case of silicon and silicon, followed by silicon and the silicon oxide film, and then in the case of the silicon oxide film and the silicon oxide film at the highest temperature of about 1100 ° C. Temperature is needed. Also, in the case of bonding silicon and silicon, voids are likely to occur due to a bonding reaction at the interface during bonding,
Also in this case, it is necessary to fire at a temperature at which voids do not occur.

【0079】上記各実施形態においては、本発明に係る
静電アクチュエータを液滴吐出ヘッドに適用した例で説
明したが、これに限るものではなく、例えば、インク以
外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐
出する液滴吐出ヘッドにも適用でき、或いは静電型アク
チュエータとしてはマイクロモータのアクチュエータ部
などにも適用することができる。
In each of the above embodiments, an example was described in which the electrostatic actuator according to the present invention was applied to a droplet discharge head. However, the present invention is not limited to this. For example, droplets other than ink, such as The present invention can also be applied to a droplet discharge head that discharges the liquid resist described above, or can be applied to an actuator portion of a micromotor as an electrostatic actuator.

【0080】また、液滴吐出ヘッドとして、振動板変位
方向とノズル滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方
式で説明しているが、振動板変位方向とノズル滴吐出方
向が直交するサイドシュータ方式にすることもできる。
Also, the droplet discharge head has been described as a side shooter system in which the diaphragm displacement direction and the nozzle droplet discharge direction are the same, but a side shooter system in which the diaphragm displacement direction and the nozzle droplet discharge direction are orthogonal to each other. You can also.

【0081】[0081]

【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電極基板側に設け、振動板基
板側の接合面が平面になっている構成としたので、半導
体プロセスによる接合面のあれを発生させることなく、
接合面を全て接合に用いて直接接合でき、接合強度及び
ギャップ精度が向上し、低コストで高密度のアクチュエ
ータを得ることができるようになる。
As described above, according to the electrostatic actuator of the first aspect, the silicon substrate for directly joining the diaphragm substrate and the electrode substrate without using an adhesive and for forming a gap. An oxide film is provided on the electrode substrate side, and the bonding surface on the diaphragm substrate side is configured to be flat.
The entire joining surface can be used directly for joining, so that joining strength and gap accuracy are improved, and a low-cost, high-density actuator can be obtained.

【0082】請求項3の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、振動板基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エハを
用いて、この半導体基板の電極基板との接合面側に生成
する酸化膜層や化合物層を取り除いた後、電極基板と接
合する構成としたので、本発明に係る静電型アクチュエ
ータを低コストで製造することができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of claim 3, the semiconductor substrate is formed by using a silicon wafer in which a high-concentration impurity is implanted on the vibration substrate on the side of the semiconductor substrate bonded to the electrode substrate. After removing an oxide film layer or a compound layer formed on the side of the joint surface with the electrode substrate, the structure is joined to the electrode substrate, so that the electrostatic actuator according to the present invention can be manufactured at low cost.

【0083】請求項4の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、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に熱
酸化法によってシリコン酸化膜を形成した後、電極基板
と接合する構成としたので、本発明に係る静電型アクチ
ュエータを製造することができるとともに、振動板の特
性が向上する。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of the fourth aspect, a semiconductor substrate having an SOI structure is used as a diaphragm substrate, and silicon oxide is formed on a bonding surface of the semiconductor substrate with an electrode substrate by a thermal oxidation method. Since the film is formed and then joined to the electrode substrate, the electrostatic actuator according to the present invention can be manufactured, and the characteristics of the diaphragm are improved.

【0084】請求項5の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、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に生
成する自然酸化膜を取り除いた後、電極基板と接合する
構成としたので、本発明に係る静電型アクチュエータを
製造することができるとともに、振動板の特性が向上す
る。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of the fifth aspect, a semiconductor substrate having an SOI structure is used as a diaphragm substrate, and a natural oxide film formed on a joint surface of the semiconductor substrate with an electrode substrate is formed. After removal, the structure is joined to the electrode substrate, so that the electrostatic actuator according to the present invention can be manufactured and the characteristics of the diaphragm are improved.

【0085】請求項6の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、電極基板にシリコンウェハを用いて、この
シリコンウェハ全面に熱酸化法によってシリコン酸化膜
を形成、電極の厚さとギャップ層の厚さになる深さにま
でエッチングし、このエッチングされた領域内に電極を
形成した後、振動板基板と接合する構成としたので、本
発明に係る静電型アクチュエータを低コストで製造する
ことができるとともにギャップ精度が向上する。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of the sixth aspect, a silicon wafer is used as an electrode substrate, and a silicon oxide film is formed on the entire surface of the silicon wafer by a thermal oxidation method. Etching to a depth that is small, electrodes are formed in the etched region, and then the structure is joined to the diaphragm substrate, so that the electrostatic actuator according to the present invention can be manufactured at low cost. And the gap accuracy is improved.

【0086】請求項7の静電型アクチュエータの製造方
法によれば、電極基板にシリコンウェハを用いて、この
シリコンウェハの電極形成領域以外の部分にシリコン窒
化膜を形成した後、電極形成領域を選択的に熱酸化する
ことで、必要なギャップ層と電極の厚さになるまで酸化
膜を成長させた後、酸化膜と窒化膜を除去することで、
シリコン基板にギャップ層を形成し、次いで、犠牲酸化
となる表面酸化を行った後、この酸化膜を除去し、更に
全面に熱酸化方法によって電極とシリコン基板との絶縁
に必要な厚さにまでシリコン酸化膜を形成した後、電極
を形成し、振動板基板と接合する構成としたので、振動
板と電極とが非平行な本発明に係る静電型アクチュエー
タを低コストで製造することができる。
According to the method of manufacturing an electrostatic actuator of the present invention, a silicon wafer is used as an electrode substrate, and a silicon nitride film is formed on a portion other than the electrode formation region of the silicon wafer. By selectively oxidizing thermally, after growing an oxide film to the required thickness of the gap layer and the electrode, by removing the oxide film and the nitride film,
After forming a gap layer on the silicon substrate, and then performing surface oxidation as a sacrificial oxidation, the oxide film is removed, and the entire surface is further thermally oxidized to a thickness necessary for insulation between the electrode and the silicon substrate. After the silicon oxide film is formed, the electrodes are formed and the structure is joined to the diaphragm substrate, so that the electrostatic actuator according to the present invention in which the diaphragm and the electrodes are not parallel can be manufactured at low cost. .

【0087】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、静
電型アクチュエータが本発明に係る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 droplet discharge head of the present invention, since the electrostatic actuator is constituted by the electrostatic actuator of the present invention, a low-cost and high-density ink jet 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振動板長手方向の模式的断面図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in the longitudinal direction of a diaphragm of an inkjet head having an electrostatic actuator according to the present invention.

【図2】同ヘッドの振動板短手方向の模式的断面説明図FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view of the head in a lateral direction of a diaphragm.

【図3】本発明に係る静電型アクチュエータの製造方法
の第1実施形態における振動板基板となるシリコン基板
の製造工程を説明する説明図
FIG. 3 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing a silicon substrate to be a diaphragm substrate in the first embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention.

【図4】同じく電極基板の製造工程を説明する説明図FIG. 4 is an explanatory view for explaining a manufacturing process of the electrode substrate.

【図5】同じく振動板基板と電極基板とを接合してイン
クジェットヘッドとする工程を説明する説明図
FIG. 5 is an explanatory view similarly illustrating a process of joining a diaphragm substrate and an electrode substrate to form an ink jet head.

【図6】本発明に係る静電型アクチュエータの製造方法
の第2実施形態における振動板基板となるシリコン基板
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 silicon substrate to be a diaphragm substrate in a second embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention.

【図7】本発明に係る静電型アクチュエータの製造方法
の第3実施形態における電極基板の製造工程を説明する
説明図
FIG. 7 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing an electrode substrate in a third embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention.

【図8】本発明に係る静電型アクチュエータの製造方法
の第4実施形態における振動板基板となるシリコン基板
を説明する説明図
FIG. 8 is an explanatory view illustrating a silicon substrate serving as a diaphragm substrate in a fourth embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention.

【図9】本発明に係る静電型アクチュエータの製造方法
の第5実施形態における振動板基板となるシリコン基板
の製造工程を説明する説明図
FIG. 9 is an explanatory view illustrating a process of manufacturing a silicon substrate to be a diaphragm substrate in a fifth embodiment of the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…振動板基板、2…電極基板、3…ノズルプレート、
5…ノズル、6…液室、7…流体抵抗部、8…共通イン
ク流路、11…シリコン酸化膜、12…電極形成溝、1
3…電極、14…ギャップ、15…絶縁保護膜、21、
31…シリコン基板、61…SOI基板。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... diaphragm board, 2 ... electrode board, 3 ... nozzle plate,
Reference numeral 5: nozzle, 6: liquid chamber, 7: fluid resistance portion, 8: common ink channel, 11: silicon oxide film, 12: electrode forming groove, 1
3 ... electrode, 14 ... gap, 15 ... insulating protective film, 21,
31: silicon substrate; 61: SOI substrate.

Claims (8)

【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、前記振動板基板と前記電
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電極基
板側に設け、前記振動板基板側の接合面が平面になって
いる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 bonded without using an adhesive, and a silicon oxide film for forming the gap is formed. An electrostatic actuator provided on the electrode substrate side, wherein a joint surface on the diaphragm substrate side is flat.
【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エハを用いて、前記シリ
コンウエハの接合面側に酸化膜を形成した後、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。
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 a high-concentration impurity is implanted on the side of the diaphragm substrate to be bonded to the electrode substrate, forming an oxide film on the side of the silicon wafer to be bonded to the electrode substrate, A method for manufacturing an electrostatic actuator, comprising:
【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エハを用いて、このシリコンウ
エハの前記電極基板との接合面側に生成する酸化膜層及
び化合物層を取り除いた後、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。
3. The method of manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a silicon wafer in which a high-concentration impurity is implanted on the vibration substrate on a bonding surface side with the electrode substrate. A method for manufacturing an electrostatic actuator, comprising removing an oxide film layer and a compound layer generated on a bonding surface side of the silicon wafer with the electrode substrate, and then bonding the silicon wafer to the electrode substrate.
【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に熱酸化法によ
ってシリコン酸化膜を形成した後、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。
4. 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. A method for manufacturing an electrostatic actuator, comprising: forming a silicon oxide film on a surface by a thermal oxidation method; and bonding the silicon oxide film to the electrode substrate.
【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に生成する自然
酸化膜を取り除いた後、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 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. A method for manufacturing an electrostatic actuator, comprising removing a natural oxide film formed on a surface and then bonding the same 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、前記電
極基板にシリコンウェハを用いて、このシリコンウェハ
全面に熱酸化法によってシリコン酸化膜を形成し、前記
個別電極の厚さとギャップ層の厚さになる深さにまでエ
ッチングし、このエッチングされた領域内に前記個別電
極を形成した後、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。
6. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a silicon oxide film is formed on the entire surface of the silicon wafer by a thermal oxidation method using a silicon wafer as the electrode substrate. Etching to a depth corresponding to the thickness of the individual electrode and the thickness of the gap layer, forming the individual electrode in the etched region, and then bonding to the diaphragm substrate. Manufacturing method of die-type actuator.
【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、前記電
極基板にシリコンウェハを用いて、このシリコンウェハ
の電極形成領域以外の部分にシリコン窒化膜を形成した
後、前記電極形成領域を選択的に熱酸化することで、必
要なギャップ層と個別電極の厚さになるまで酸化膜を成
長させた後、前記酸化膜と窒化膜を除去することで、シ
リコン基板にギャップ層を形成し、次いで、犠牲酸化と
なる表面酸化を行った後、この酸化膜を除去し、更に全
面に熱酸化方法によって前記個別電極と前記シリコン基
板との絶縁に必要な厚さにまでシリコン酸化膜を形成し
た後、前記個別電極を形成し、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。
7. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a silicon wafer is used as the electrode substrate, and a silicon nitride film is formed on a portion of the silicon wafer other than the electrode formation region. After the formation, by selectively thermally oxidizing the electrode forming region, an oxide film is grown until the required gap layer and the thickness of the individual electrode are obtained, and then the oxide film and the nitride film are removed. Forming a gap layer on a silicon substrate, and then performing surface oxidation as a sacrificial oxidation, removing the oxide film, and further performing thermal oxidation on the entire surface to insulate the individual electrodes from the silicon substrate. A method for manufacturing an electrostatic actuator, comprising: forming a silicon oxide film to a thickness, forming the individual electrodes, and bonding the individual electrodes to the diaphragm substrate.
【請求項8】 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
個別電極からなるアクチュエータとを備え、前記振動板
と個別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液滴吐出ヘッドにおいて、前記
アクチュエータが前記請求項1、9又は10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液滴吐出
ヘッド。
8. An actuator 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, and individual electrodes arranged opposite to the vibration plate with a predetermined gap therebetween. 11. A droplet discharge head that discharges ink droplets from the nozzles by applying a voltage between the diaphragm and the individual electrodes, wherein the actuator includes the electrostatic actuator according to claim 1. A droplet discharge head comprising a mold actuator.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005532199A (en) * 2002-07-03 2005-10-27 スペクトラ インコーポレイテッド Print head
JP2007152913A (en) * 2005-12-08 2007-06-21 Seiko Epson Corp Manufacturing method for piezoelectric element and manufacturing method for liquid jet head
JP7447594B2 (en) 2020-03-19 2024-03-12 株式会社リコー Device manufacturing method and device

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