JP2002144589A

JP2002144589A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2002144589A
Application number: JP2000347777A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hashimoto; 憲一郎橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン基板の割れ、基板同志の接合不良が
発生する。【解決手段】振動板１０を形成しない面の高濃度ｐ型不
純物層２１ｂの不純物のドース量が振動板１０を形成す
る面の高濃度ｐ型不純物層２１ａの不純物のドース量よ
りも小さくなるように、シリコン基板２１の両面に高濃
度ｐ型不純物層を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジ
ェット記録装置において使用するインクジェットヘッド
としては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する吐出室（インク流路、インク室、圧力室、液
室、加圧室、加圧液室等とも称される。）と、この圧力
発生室の壁面を形成する振動板と、この振動板を変形変
位させる駆動手段（圧電素子或いは振動板に対向する電
極）とを備え、駆動手段で振動板を変形させて、吐出室
内の圧力／体積を変化させることによりノズルからイン
ク滴を吐出させるインクジェットヘッドが知られてい
る。

【０００３】このような振動板を用いるインクジェット
ヘッドのうち、特に振動板とこれに対向する電極を用い
る静電型インクジェットヘッドにおいては、振動板の機
械的変位特性はインク摘吐出特性に大きく影響し、振動
板の薄膜化、高精度化が必要になる。

【０００４】ところで、従前、振動板をシリコン（Ｓ
ｉ）基板にエッチングすることにより形成する場合、エ
ッチング時間を管理して振動板の厚みを管理する方法が
取られている。しかし、インクジェットヘッドが小型高
性能化するにしたがって、振動板は薄膜化し、更に厚み
精度が要求されるようになると、エッチング時間の管理
だけでは困難となっている。

【０００５】そこで、特開平６−７１８８２号公報など
に記載されているように、エッチストップ技術を用い、
ｐ型不純物層ではエッチング速度が遅いことを利用し、
ｐ型不純物層のみをシリコン基板にエッチングすること
により残留せしめて、振動板となる薄膜を形成する方法
などが取られている。

【０００６】このように、シリコン基板にｐ型不純物層
を形成する方法としては、液体、固体等をソースとする
気相拡散法、イオン注入法、拡散源をシリコン基板に直
接コーティングする塗布法等がある。

【０００７】しかしながら、上記ｐ型不純物層を形成す
る方法のうち、イオン注入法は、高価な注入装置を必要
としたり、或いは、ドープできる濃度や深さに限界があ
る。また、気相拡散法は、基板に接するのが気体である
ため、基板表面での拡散源の濃度が低く、高濃度に深く
拡散させることが難しい。

【０００８】これに対し、塗布法による不純物拡散では
シリコン基板上に固体である高濃度拡散源が接している
ため、ガスが接する気相拡散方法と比較して、高濃度の
拡散や短時間の拡散が可能である。

【０００９】しかし、シリコン基板の片側のみに高濃度
不純物層を形成すると、シリコン基板の厚みが薄い場
合、高濃度不純物層の引っ張り応力により高濃度不純物
層を形成する側に向かって凹形に反りが発生するという
問題がある。シリコン基板に反りが発生すると、シリコ
ン基板が割れてしまったり、或いはその後の電極を形成
した基板やノズルを形成した基板との接合において接合
不良が発生したり、或いはまた、ウェハカセット、ウェ
ハホルダー、ウェハチャック等の治具、搬送装置等にセ
ットできなくなるといった問題が生じる。

【００１０】そこで、従来のインクジェットヘッドにあ
っては、特開平９−２１６３５７号公報に記載されてい
るように、振動板を形成する基板の両面に、拡散剤をス
ピンコーティングし、その後クリーンオーブンでベーク
乾燥して高濃度不純物拡散層を形成することによって、
高濃度不純物拡散層の応力によるシリコン基板の反りを
緩和するものが提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインクジェットヘッドのように、拡散剤を基板
の両面にスピンコーティングし、その後クリーンオーブ
ンでベーク乾燥することで基板の両面に高濃度不純物拡
散層を形成する場合、拡散剤をシリコン基板の両面にコ
ーティングするためには、表面（振動板を形成しない
面）に拡散剤をコーティングした後、裏面（振動板を形
成する面）に拡散剤をコーティングするときに、その表
面側の拡散剤の乾燥が不完全な状態でチャッキングしな
ければならないので、そのとき、乾燥の不完全な状態の
拡散剤に異物が付着したり、或いは拡散剤が剥げ落ちた
り、むらが生じたりするという課題がある。

【００１２】ここで、裏面をコーティングする前にベー
クを入れて、その表面側の拡散剤を乾燥させるという方
法も取ることができるが、表面と裏面についてそれぞれ
コーティング後にベークを入れなければならないので、
製造工程が多くなり、製造コストが高くなるといった問
題が生じる。また、両面にコーティングするので、拡散
剤の材料コスト、コーティングのための工程コストが、
片面の場合に比べて２倍となるといった問題がある。

【００１３】また、上述したように、塗布拡散以外の方
法で不純物層を形成するには、固体拡散法、イオン注入
法、気相拡散法等がある。ここで、固体拡散法で基板の
両面に拡散層を形成しようとする場合には、シリコン基
板の両面側に固体拡散源をおくことによって可能である
が、材料コスト、工程コストが高くなる。また、イオン
注入法においても基板の両面に拡散層を形成することが
可能であるが、イオン注入を２回行う必要があり、これ
もコスト高である。さらに、気相拡散法においては、両
面に拡散層を形成する場合でも片面と同等のコストで可
能であるが、前述したように高濃度に深く拡散層を形成
することが困難であり、エッチングストップにより振動
板を形成するには不向きである。

【００１４】さらに、シリコン基板の両面に拡散剤を塗
布して高濃度不純物層を両面に形成した場合、振動板や
吐出室を形成するための水酸化カリウム水溶液などによ
る異方性エッチングにおいては、シリコン基板の表面に
形成した高濃度不純物層のためにエッチングが進まず、
エッチング時間がかかり、コストが高くなるという課題
もある。

【００１５】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、低コストで、シリコン基板の反りを緩和したイ
ンクジェットヘッドを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板を形
成する基板は両面に高濃度ｐ型不純物層を形成したシリ
コン基板であり、振動板を形成しない面の高濃度ｐ型不
純物層の不純物のドース量が振動板を形成する面の高濃
度ｐ型不純物層の不純物のドース量よりも小さい構成と
したものである。

【００１７】ここで、振動板を形成しない面の高濃度ｐ
型不純物層の不純物のドース量が振動板を形成する面の
高濃度ｐ型不純物層の不純物のドース量の２０〜９５％
の範囲内にあることが好ましい。また、高濃度ｐ型不純
物層が塗布拡散法で形成されることが好ましい。さら
に、シリコン基板の型がｐ型であることが好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明を適用した静電
型インクジェットヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘ
ッドのノズル板を除いた上面説明図、図３は同ヘッドの
吐出室長辺方向に沿う模式的断面説明図、図４は同ヘッ
ドの吐出室短辺方向に沿う模式的断面説明図である。

【００１９】このインクジェットヘッドは、第一基板で
ある流路基板１と、流路基板１の下側に設けた第二基板
である電極基板３と流路基板１の上側に設けた第三基板
であるノズル板４とを積層した構造を有し、これらによ
り、複数のノズル５、各ノズル５が連通するインク流路
である吐出室６、吐出室６に流体抵抗部７を介して連通
する共通インク室８などを形成している。

【００２０】流路基板１には、吐出室６及びこの吐出室
６の底部となる壁面を形成する振動板１０を形成する凹
部、共通インク室８を形成する凹部などを形成してい
る。

【００２１】この振動板１０を形成する基板である流路
基板１は、両面に高濃度ｐ型不純物層である高濃度ボロ
ン拡散層２１ａ、２１ｂを形成したｐ型のシリコン基板
２１であり、振動板１０を形成しない面の高濃度ボロン
拡散層２１ｂのボロンのドース量は振動板を形成する面
の高濃度ボロン拡散層２１のボロンのドース量よりも小
さくしている。ここで、高濃度ｐ型不純物としては、ボ
ロンを用いているが、ボロン（Ｂ）の他、ガリウム（Ｇ
ａ）、アルミニウム（Ａｌ）等も用いることができる。

【００２２】そして、ここでは、流路基板１は振動板と
なる厚み（深さ）に高濃度ｐ型不純物であるボロンを拡
散して高濃度ボロン拡散層２１ａ及びこれよりドーズ料
の小さい高濃度ボロン拡散層２１ｂを形成し、高濃度ボ
ロン拡散層２１ａをエッチングストップ層として高濃度
ボロン拡散層２１ｂ側から異方性エッチングすることに
より、吐出室６となる凹部等を形成するときに所望の厚
さの振動板１０を形成したものである。

【００２３】なお、流路基板１の全面には、インクジェ
ットヘッド駆動時に絶縁破壊やショートが起こるのを防
止するため熱酸化により０．１μｍのＳIＯ₂などの絶縁
膜１１を成膜している。

【００２４】電極基板３には、凹部１４を形成して、こ
の凹部１４の底面に振動板１０に所定のギャップ１６を
置いて対向する電極１５を形成し、この電極１５と振動
板１０によって、振動板１５を変位させて吐出室６の内
容積を変化させるアクチュエータ部を構成している。こ
の電極基板３の電極１５上には振動板１０との接触によ
って電極１５が破損するのを防止するため、ＳIＯ₂の絶
縁層１７を成膜している。なお、電極１５を電極基板３
の端部付近まで延設して外部駆動回路と接続手段を介し
て接続するための電極パッド部１５ａを形成している。

【００２５】この電極基板３は、ガラス基板又はシリコ
ン基板の表面に厚さ２μｍの熱酸化膜３ａを形成した厚
さ０．６μｍのシリコン基板上に、ＨＦ水溶液などでエ
ッチングにより凹部１４を形成し、この凹部１４に窒化
チタンなどの高耐熱性を有する電極材料をスパッタ、Ｃ
ＶＤ、蒸着などの成膜技術で所望の厚さに成膜し、その
後、フォトレジストを形成してエッチングすることによ
り、凹部１４にのみ電極１５を形成したものである。ま
た、シリコン基板には、インク供給口（インク取入口）
１８となる貫通穴が設けられている。

【００２６】このインク供給口１８となる貫通穴は、流
路基板１と電極基板３を接合したときに、共通インク室
８の下側に配置されるように設けられ、吐出室６の並び
に沿って平行に長方形形状を形成している。このときイ
ンク供給口１８（貫通穴）の流路基板１側での幅は共通
インク室８の幅よりも小さい方が好ましい。

【００２７】すなわち、結晶面方位（１１０）のシリコ
ン基板で共通インク室８を形成すると、共通インク室８
の隔壁は鋸状になるが、このとき、インク供給口１８
（貫通穴）の流路基板１側での幅が共通インク室８の幅
よりも大きいと、鋸歯がインク供給口１８からのインク
の流れの中に存在することになり、インクが効率よく流
れなくなり、インク供給が不十分となるおそれがある。
そこで、インク供給口１８（貫通穴）の流路基板１側で
の幅を共通インク室８の幅よりも小さくすることで、イ
ンクの効率的な流れを確保することができる。

【００２８】上述した流路基板１と電極基板３とを陽極
接合、直接接合等のプロセスで接合した後、ギャップ１
６の開口部をエポキシ樹脂などの封止材１９で外気から
気密封止する。なお、流路基板１と電極基板３とを接合
した後のギャップ１６の長さ（振動板１０と電極１５と
の間隔）は、０．２μｍとなっている。

【００２９】ノズル板４は、例えばガラス又はプラスチ
ック、ステンレス等の金属、シリコン等の薄板からな
り、吐出室６に対応する位置に吐出室６の個数分のノズ
ル５が形成されている。また、流路基板１の吐出室６と
共通インク室８を連通するように流体抵抗部７を形成し
ている。このノズル板４と振動板１０を形成するシリコ
ン基板２１との接合によって、ノズル５に連通する吐出
室６、流体抵抗部７及び共通インク室８が区画形成され
る。

【００３０】また、流路基板１には共通電極１２を設け
ている。この共通電極１２は、Ａｌ等の金属をスパッタ
してシンタリング（熱拡散）することにより付設してお
り、流路基板１との導通を確保して、半導体基板よりな
る流路基板１とオーミックコンタクトを取っている。そ
して、共通電極１２と各個別の電極１５に通じる電極パ
ッド部１５ａに、例えばリード線をボンディングしてド
ライバ２０を接続する。

【００３１】さらに、インク供給口１８にはインク供給
管を接着して接続することにより、共通インク室８、吐
出室６等には、インクタンク（図示省略）からインク供
給口１８を通して供給されたインクを充填する。なお、
使用するインクとしては、水、アルコール、トルエン等
の主溶媒にエチレングリコールなどの界面活性剤と、染
料又は顔料とを溶解又は分散させることにより調製した
ものを用いているが、インクジェットヘッドにヒーター
などを付設すれば、ホットメルトインクも使用できる。

【００３２】このように構成したインクジェットヘッド
においては、個別の電極１５に対して、ドライバ２０に
より、例えば、正の電圧パルスを印加することで、電極
１５の表面が正の電位に帯電し、この電極１５に対向す
る振動板１０の下面は負の電位に帯電するので、振動板
１０は静電気力によって吸引されて個別の電極１５との
間隔が狭まる方向へ撓む。このとき、振動板１０が撓む
ことにより、インクがリザーバ（共通インク室）８から
オリフィス（流体抵抗部）７を経由して吐出室６に供給
される。

【００３３】そこで、個別の電極１５へ印加している電
圧パルスをオフにし、蓄えられている電荷を放電するこ
とによって、上述のように撓んだ振動板１０は元の位置
に復元し、この復元動作によって、吐出室６の内圧が急
激に上昇して、ノズル５からインク滴が記録紙（図示省
略）に向けて吐出される。

【００３４】この実施形態の流路基板１を形成するシリ
コン基板２１としては、ｐ型シリコン基板を用いてい
る。すなわち、流路基板１を形成するシリコン基板２１
としてｎ型シリコン基板を用いると、高濃度ボロン拡散
層２１ａ、２１ｂはｐ型であるので、共通電極１２から
振動板１０の間はｐｎｐ接合が形成され、整流作用によ
り電流が流れなくなり、駆動できなくなる。そこで、こ
の実施形態ではシリコン基板２１としてｐ型を用いてい
るので、電流が流れなくなることはない。しかも、共通
電極１２の接続部には高濃度ボロン拡散層２１ｂを形成
しているので、コンタクト抵抗が小さく、高効率の駆動
が可能になる。

【００３５】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について図５以降をも参照して説明する。まず、図５
（ａ）に示すように、流路基板１となる高濃度ボロン拡
散層２１ａ、２１ｂを形成したシリコン基板２１を製造
する。ここでは、結晶面方位（１１０）の厚さ２００μ
ｍのｐ型シリコン基板２１を用いて塗布拡散法によりボ
ロンを拡散することにより、高濃度ボロン拡散層２１
ａ、２１ｂを形成した。この高濃度ボロン拡散層２１ａ
は後に振動板１０を形成するものであり、また、高濃度
ボロン拡散層２１ｂは応力によるシリコン基板２１の反
りを緩和するためのものである。

【００３６】具体的には、シリコン基板２１をアンモニ
ア過水（液温８０℃）にて５分、塩酸過水（温度８０
℃）にて５分で洗浄した後、その１０％のフッ酸にて３
０秒間表面の酸化膜を除去し、図８に示すように、シリ
コン基板２１の一面に塗布拡散源３１をスピンコートに
よって塗布する。

【００３７】このようにシリコン基板２１に塗布拡散源
３１をスピンコートで塗布する場合、放射状に厚さむら
（ストライエーション）が発生することがある。そのよ
うな場合には、スピンコート時の風切り及び塗布拡散源
３１のスピンコート中の乾燥を防ぐため、シリコン基板
２１全体を覆う蓋をかぶせると良い。

【００３８】また、ストライエーションによって、ドラ
イブ後に、Ｂ₂Ｏ₃層を除去した後の高濃度ボロン拡散層
２１ａ、２１ｂの表面に数十μｍのピッチで凹凸が発生
し、後の電極基板３との接合で不良が発生することがあ
るので、スピンコート時に均一に塗布することが重要で
ある。

【００３９】なお、塗布拡散源３１としては例えば東京
応化工業製のＦＭＫ−５８、ＭＭＫ−４０、６ＭＫ−３
７、３Ｍ−２３等（いずれも商品名）を用いることがで
きるが、その他のものを用いることもできる。ここでは
塗布拡散源３１に上記３Ｍ−２３（商品名）を用いた。
これは比較的ボロン濃度の低い塗布拡散源であり、スピ
ンコート後に常温で乾燥するので、塗布後のベークを特
に入れなくてもよいが、ボロン濃度の高い塗布拡散源を
用いる場合にはスピンコート後にベークを入れたほうが
よい。

【００４０】塗布拡散源３１の塗布後、図８に示すよう
に、複数枚のシリコン基板２１を石英或いはＳｉＣなど
でできたボート３２に４ｍｍの間隔を隔てて並べ、窒素
を流した温度８００℃の炉の中にロードする。その後、
１０分間は窒素に濃度２〜３％の酸素を混入する。この
酸素は拡散源に含まれる有機物を酸化して飛ばすために
用いられる。その後、炉の温度を６℃／分のレートで１
１２５℃まで上昇させ、その状態で４０分保持した後、
３℃／分のレートで８００℃まで下げシリコン基板２１
を取り出す。

【００４１】これにより、両面に高濃度ボロン拡散層２
１ａ、２１ｂが形成されたシリコン基板２１が得られ
た。このとき、シリコン基板２１の塗布拡散源３１を塗
布した面には、図９に線ａで示すように、ピーク濃度１
Ｅ２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ³、表面からの深さ２μｍでの
濃度５Ｅ１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となる高濃度ボロン拡
散層が形成されたので、これを振動板１０を形成する高
濃度ボロン拡散層２１ａとする。

【００４２】また、シリコン基板２１の塗布拡散源３１
を塗布していない面には、図９に線ｂで示すように、ピ
ーク濃度７Ｅ１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ³、表面からの深さ
２μｍでの濃度３Ｅ１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となる高濃
度ボロン拡散層が形成されたので、これを振動板１０を
形成しない面の高濃度ボロン拡散層２１ｂとする。

【００４３】すなわち、通常はシリコン基板の高濃度ボ
ロン拡散層を形成しない面には酸化膜などの膜を付けて
おくが、ここではシリコン基板の塗布拡散源を形成しな
い面には何も膜を形成しておらず、ボート３２上で向か
い合った隣接するシリコン基板２１、２１の一方に形成
した塗布拡散源３１によって他方の塗布拡散源を形成し
ない面にもボロンが拡散され、この結果、一枚のシリコ
ン基板には塗布拡散源を形成した面にドーズ量が大きい
高濃度ボロン拡散層が形成され、塗布拡散源を形成して
いない面に相対的にドーズ量が小さい高濃度ボロン拡散
層が形成される。したがって、塗布拡散源を形成してい
ない面のドーズ量はシリコン基板２１、２１の間隔によ
って調整することができる。

【００４４】ここでは、各シリコン基板２１を４ｍｍの
間隔を隔てて並べた結果、振動板を形成しない面（塗布
拡散源３１を形成しない面）には、振動板を形成する面
（塗布拡散源３１を形成した面）のドーズ量と比較して
６８％のドーズ量で高濃度ボロン拡散層２１ｂが形成さ
れた。この場合、各シリコン基板２１の間隔が狭すぎる
と拡散ドライブで基板２１同士が接触し、貼り付いてし
まうことがあるので、各シリコン基板２１の間隔は１ｍ
ｍ以上とすることが好ましく、また、この間隔が広すぎ
ると拡散炉内のガスの流れが安定しなくなるので、各シ
リコン基板２１の間隔は１２ｍｍ以下にすることが好ま
しい。

【００４５】このようなシリコン基板２１、２１の間隔
で拡散を行った場合、塗布拡散源３１を形成しない面に
も、塗布拡散源３１を形成した面のドーズ量の２０％〜
９５％のドーズ量で高濃度ボロン拡散層を形成できる。
このように、振動板を形成しない面の高濃度ボロン拡散
層２１ｂのボロンのドーズ量を振動板を形成する面の高
濃度ボロン拡散層２１ａのボロンのドーズ量の２０％〜
９５％にすることで、振動板を形成する高濃度ボロン拡
散層２１ａの応力によるシリコン基板２１の反りを緩和
することができる。

【００４６】また、厚さ２００μｍ以下の薄いシリコン
基板を用いる場合には、特に振動板を形成しない面の高
濃度不純物拡散層のドーズ量を振動板を形成する面の高
濃度不純物拡散層のドーズ量の４０％以上にすること
で、シリコン基板の反りを確実に緩和することできる。

【００４７】さらに、高濃度不純物拡散層を塗布拡散法
で形成することにより、両面に高濃度不純物拡散層を形
成する場合にも、材料コスト、工程コストともに片面に
高濃度不純物層を形成する場合と同等にすることがで
き、低コスト化を図れる。

【００４８】すなわち、通常、塗布拡散でシリコン基板
２１の両面に不純物拡散層を形成するためには、シリコ
ン基板の両面に塗布拡散源を塗布するので、材料コス
ト、工程コストが高くなる。また、固体拡散法で通常の
片面だけの拡散を行う場合には、図１０（ａ）に示すよ
うに、固体拡散源３３が１枚に対してシリコン基板２１
は２枚拡散できるが、両面に不純物拡散層を形成する場
合には、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板２１の
両側に固体拡散源３３を配置しなければならず、固体拡
散源３３のコスト或いはシリコン基板２１の処理数が少
なくなるために、工程コストが高くなる。

【００４９】これに対して、上述したように、シリコン
基板２１の片面に塗布拡散源を塗布して、複数枚のシリ
コン基板２１を所定の間隔で配置することにより、材料
コスト、工程コストとともに片面だけに拡散を行う場合
と同等でありながら、両面にも不純物拡散層を形成する
ことできる。

【００５０】次いで、上述したようにシリコン基板２１
の両面に高濃度ボロン拡散層２１ａ、２１ｂを形成した
後、高濃度ボロン拡散層２１ａ、２１ｂの表面に形成さ
れたＢ₂Ｏ₃層をフッ酸により除去する。Ｂ₂Ｏ₃層の下に
シリコンとボロンの化合物層が形成されており、これを
除去する場合は、酸化することによってフッ酸で除去で
きるようになる。このように酸化してフッ酸でシリコン
とボロンの化合物層を除去しても、ボロンの拡散された
シリコン基板２１の表面にはマイクロラフネスが生じて
いるので、後に行う直接接合で接合することができな
い。

【００５１】そこで、更にＣＭＰ（Chemical-Mechanica
l-Polishing）研磨を行って、シリコンとボロンの化合
物層ごと除去し、シリコン基板２１の表面として直接接
合可能な表面性（表面粗さＲａ＝５ｎｍ以下）を得る。
ＣＭＰ研磨では、最表面を１０００Å以下の研磨量で面
内均一に研磨することができるので、高濃度ボロン拡散
層２１ａの変化は微量である。この場合、その研磨量を
見込んでボロンを拡散させる拡散条件を決定すればよ
い。また、酸化してフッ酸処理してシリコンとボロンの
化合物層を除去してからＣＭＰ研磨を行ってもよい。

【００５２】図５に戻って、上述したようにしてシリコ
ン基板２１を製造する一方、同図（ｂ）に示すように、
別の工程で電極基板３となるシリコン基板２７を製造す
る。ここでは、両面研磨の厚さ６００μmの結晶面方位
（１００）の両面研磨したシリコン基板２７に熱酸化膜
３ａを形成し、この熱酸化膜３ａにエッチングにより凹
部１４を形成し、凹部１４内に個別の電極１５、絶縁層
１７等を形成した。なお、凹部１４や個別の電極１５の
吐出室長手方向はシリコン基板２７（電極基板３）の結
晶軸＜１１０＞方向に平行に形成する。

【００５３】そして、これらの流路基板１となるシリコ
ン基板２１を電極基板３となるシリコン基板２７上に直
接接合で接合する。ここでは、減圧下においてプリボン
ドしたものを１０００℃、２時間の熱処理をすることに
より接合した。このとき結晶面方位（１１０）のシリコ
ン基板２１の結晶軸＜１−１２＞方向と結晶面方位（１
００）のシリコン基板２７の結晶軸＜１１０＞方向とが
平行となるように貼り合わる。

【００５４】続いて、同図（ｃ）に示すように、接合し
たシリコン基板２１、２７の各外面にＬＰ−ＣＶＤによ
りシリコン窒化膜２８ａ，２８ｂを形成する。なお、Ｌ
Ｐ−ＣＶＤ窒化膜以外にも、プラズマ窒化膜、プラズマ
酸化膜、熱酸化膜又はＮｉ、Ｚｒ、Ａｕ等の耐アルカリ
の金属膜等も用いることができる。

【００５５】次に、シリコン基板２７上のシリコン窒化
膜２８ｂ上にレジストをコートし、露光、現像によりイ
ンク供給口１８の形状のレジストパターンを形成する。
このパターンはシリコン基板２７の結晶軸＜１１０＞方
向に平行な一辺を持つ長方形形状とする。このとき、流
路基板１となるシリコン基板２１に形成する共通インク
室８とインク供給口１８のパターンの位置が一致するよ
うにＩＲ光によりアライメントする。

【００５６】この場合、シリコンは長波長の光で透過率
が高くなるので、ＩＲ光によって内部の段差や金属膜の
パターンを見ることができる。ただし、シリコン表面が
鏡面でない場合、鮮明なＩＲ像が得られなく精密なアラ
イメントが困難となるが、ここではシリコン基板２７に
は両面研磨のシリコン基板を用いているのでＩＲアライ
メントでＩＲ像をはっきり見ることができ、正確なアラ
イメントが可能となる。なお、シリコン基板２７に片面
研磨の基板を用い、シリコン基板２１との接合後にシリ
コン基板２７を研磨しても良く、ＩＲアライメント時に
シリコン基板２７の表面が鏡面となっていればよい。

【００５７】また、水酸化カリウム水溶液などのアルカ
リ液で異方性エッチングすることにより、後にシリコン
基板２７にインク供給口１８となる貫通穴を形成すると
き、この結晶面方位（１００）の面を異方性エッチング
することで５４．７゜の角度でテーパーが形成されるの
で貫通穴の大きさはシリコン基板２７の厚さによって変
化する。したがって、シリコン基板２７の厚さを制御す
ることを考えれば、シリコン基板２１との接合の後に研
磨するよりも、予めシリコン基板２７を両面研磨し、厚
さを制御したほうがよい。

【００５８】次に、同図（ｄ）に示すように、レジスト
の開口部のシリコン窒化膜２８ｂをドライエッチにより
エッチング除去し、レジストをレジスト剥離液、硫酸等
のウェットプロセス或いは酸素プラズマアッシャーなど
のドライプロセスなどによって除去する。

【００５９】続いて、同図（ｅ）に示すように、濃度２
５ｗｔ％、温度９０℃の水酸化カリウム水溶液によりシ
リコン基板２７を異方性エッチングすることによって、
インク供給口１８となる貫通穴２９の一部を形成する。
このエッチング液では結晶面方位（１００）の面のエッ
チングは２．５μm／分の速さで進行する。エッチング
が進行し熱酸化膜３ａに達すると、熱酸化膜３ａのエッ
チレートが非常に小さいためエッチングは停止する。

【００６０】上述したように、シリコン窒化膜２８ｂの
長方形開口パターンの一辺はシリコン基板２７の結晶軸
＜１１０＞方向に平行となっているので、結晶面方位
（１００）の面の異方性エッチングでは５４．７゜の角
度で結晶面方位（１１１）の面よりなるテーパ面が形成
される。ここでは、１．３５ｍｍの幅の開口をエッチン
グした結果、熱酸化膜３ａに到達したところのインク供
給口１８となる貫通穴２９の幅は０．５ｍｍとなる。

【００６１】次に、図６（ａ）に示すように、フッ酸系
エッチング液により貫通穴２９によって露出している熱
酸化膜３ａを除去する。

【００６２】続いて、同図（ｂ）に示すように、シリコ
ン基板２１上のシリコン窒化膜２８ａ上にレジストをコ
ートし、露光、現像により吐出室６や共通インク室８な
どのレジストパターンを形成する。この場合、上述した
ように電極基板３の個別の電極１５と吐出室６のパター
ンの位置が一致するようにＩＲ光によりアライメントす
る。また、凹部１４や個別の電極１５の吐出室長手方向
はシリコン基板２７の結晶軸＜１１０＞方向に平行であ
り、シリコン基板２７の結晶軸＜１１０＞方向とシリコ
ン基板２１との結晶軸＜１−１２＞方向とを平行に接合
しているので、吐出室長手方向は必然的にシリコン基板
２１の結晶軸＜１−１２＞方向となる。

【００６３】そして、レジストの開口部のシリコン窒化
膜２８ａをドライエッチによりエッチング除去し、レジ
ストを除去する。続いて、同図（ｃ）に示すように、３
０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液によって温度８０℃に
て、シリコン基板２１の露出部分を高濃度ボロン拡散層
２１ａの手前まで異方性エッチングする。

【００６４】この場合、シリコン基板２１の上側及び下
側は高濃度ボロン拡散層２１ａ、２１ｂが形成されてい
るので周知のごとく高濃度ボロン拡散層２１ａ、２１ｂ
のエッチレートは低くなるが、高濃度ボロン拡散層２１
ｂは高濃度ボロン拡散層２１ａよりもボロンの濃度が低
くなっているので、エッチレートの低下が小さい。しか
も、高濃度ボロン拡散層２１ａ、２１ｂでは低濃度の水
酸化カリウム水溶液ではエッチレートが非常に小さくな
るが、上述したように高濃度の水酸化カリウム水溶液を
用いた場合には、エッチレートの低下は小さく、高濃度
ボロン拡散層２１ｂをエッチングすることが可能であ
る。

【００６５】また、シリコン基板２１は結晶面方位（１
１０）の基板を用いているので、貫通穴２９の吐出室長
手方向（紙面垂直方向）はシリコン基板２１の結晶軸が
一致せず、若干横方向にエッチングが進行する。

【００６６】次に、同図（ｄ）に示すように、エッチン
グ液をＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を過飽和状態
に添加した３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液に変え
て、温度８０℃にてシリコン基板２１を異方性エッチン
グし、吐出室６、共通インク室８、高濃度ボロン拡散層
２１ａからなる振動板１０を形成した流路基板１を形成
する。

【００６７】このエッチング液ではシリコン基板２１の
結晶面方位（１１０）の面のエッチングは１．５μm／
分の速さで進行する。また、このエッチング液では高濃
度ボロン拡散層２１ａに達すると、エッチレートは急激
に低下する。エッチング終了時にはエッチレート比（高
濃度ボロン拡散層２１ａのエッチレート／結晶面方位
（１１０）の面のエッチレート）は１／１５０に低下
し、厚さ２μmの振動板１０が得られた。また、このと
き、貫通口２９部分のシリコン基板２１は両面からエッ
チングが進み高濃度ボロン拡散層２１ａが貫通する。

【００６８】上述したように、ここでは、シリコン基板
２１のエッチング液を途中で変えている。すなわち、最
初のエッチング液には高濃度ボロン拡散層２１ｂであっ
てもエッチングが進行するものを選ぶ。例えば、エッチ
ング液には３０ｗｔ％以上の高濃度の水酸化カリウム水
溶液を用いる。高濃度の水酸化カリウム水溶液であって
もエッチレートは低下するが、２μm程度の高濃度ボロ
ン拡散層２１ｂをエッチングすることは可能である。

【００６９】２番目のエッチング液にはＩＰＡを添加し
た水酸化カリウム水溶液或いは低濃度の水酸化カリウム
水溶液、ＥＤＰ等を用いて高濃度ボロン拡散層２１ａで
のエッチレートが小さくなるものを選ぶことにより、高
濃度ボロン拡散層２１ａに到達するとエッチレートが急
激に減少して、高濃度ボロン拡散層２１ａのみがシリコ
ン基板２１に残留する。

【００７０】以上の条件により振動板１０の厚さは３σ
で２±０．０８μm、エッチング表面性は光学干渉式表
面形状測定装置（ＺＹＧＯＭＡＸＩＭ３Ｄ）で測定し
た結果、表面粗さＲａ：０．０１μmのものが得られ
た。

【００７１】なお、水酸化カリウム水溶液はＥＤＰ（エ
チレンジアミンピロカテコール）に比べ、ボロン濃度に
対するエッチレートの低下が小さいが、水酸化カリウム
水溶液にＩＰＡを添加した場合、ＩＰＡを添加しない水
酸化カリウム水溶液よりもボロン濃度の低い結晶面方位
（１１０）の面のエッチレートに対する高濃度ボロン拡
散層２１ａのエッチレート比が小さくなる。ＩＰＡは沸
点が低く熱を加えると蒸発が激しいので、蒸気を冷却し
て液化しエッチング槽に戻すための環流装置を付けるの
が好ましい。

【００７２】また、高濃度ボロン拡散層２１ｂを水酸化
カリウムなどのエッチング液以外に、ドライエッチング
によってエッチングすることも可能である。高濃度ボロ
ン拡散層２１ｂが貫通した後に、上述したように高濃度
ボロン拡散層２１ａをエッチング液でエッチングする。
次に、シリコン窒化膜２８ｂ,２８ａを熱リン酸などに
よるウェットエッチによりエッチング除去する。なお、
このシリコン窒化膜２８ｂ,２８ａは除去せずにそのま
ま残しておいても良い。

【００７３】続いて、同図（ｄ）の線Ａ−Ａで示す位置
をダイシングすることによって、ウェハからチップサイ
ズに切り出す。その後、図７（ａ）に示すように、吐出
室６及び共通インク室８を保護するようにメタルマスク
３０をかぶせて、電極パッド部１５ａ上にある高濃度ボ
ロン拡散層２１ａをドライエッチによりエッチング除去
し、電極パッド部１５ａ上の絶縁層１７もドライエッチ
によりエッチング除去する。

【００７４】最後に、シリコン基板２１の高濃度ボロン
拡散層２１ｂ側にノズル板４を接合することによりイン
クジェットヘッドが完成する。このインクジェットヘッ
ドの共通電極１２と電極パッド部１５ａをドライバ２０
に接続することによりインクジェットヘッドの駆動が可
能となる。

【００７５】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の他の実施形態について図１１を参照して説明する。こ
のインクジェットヘッドは、電極基板４３にパイレック
スガラス（ホウ珪酸ガラス）４３を用いたものであり、
インク供給口１８の断面形状を除いてその他の構成は前
記実施形態のインクジェットヘッドと同様である。

【００７６】そこで、このインクジェットヘッドの製造
工程について図１２及び図１３を参照して説明する。ま
ず、同図（ａ）に示すように、結晶面方位（１１０）の
ｐ型のシリコン基板２１の両面に前述した方法により高
濃度ボロン拡散層２１ａ、２１ｂを形成し、同図（ｂ）
に示すように、このシリコン基板２１の両面に水酸化カ
リウム水溶液でエッチングするときのマスクとなるシリ
コン窒化膜２８ｂ、２８ａを形成する。

【００７７】そして、同図（ｃ）に示すように、シリコ
ン基板２１上のシリコン窒化膜２８ａ上にレジストをコ
ートし、露光、現像により吐出室６や共通インク室８な
どの形状のレジストパターンを形成する。次に、レジス
トの開口部のシリコン窒化膜２８ｂをドライエッチによ
りエッチング除去し、レジストを除去する。

【００７８】次に、同図（ｄ）に示すように、前述した
と同様に、３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液によって
温度８０℃にてシリコン基板２１の露出部分を高濃度ボ
ロン拡散層２１ａの手前まで異方性エッチングし、続い
て、同図（ｅ）に示すように、エッチング液をＩＰＡを
過飽和状態に添加した２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶
液に変えて、温度８０℃にてシリコン基板２１を異方性
エッチングして、高濃度ボロン拡散層２１ａをエッチン
グストップ層としてエッチングストップし、振動板１０
を形成する。そして、破線で示す位置で切断して１つの
チップを形成する。

【００７９】一方、同図（ｆ）に示すように、別工程
で、電極基板４３となるパイレックス（登録商標）ガラ
ス基板５０に凹部１４を０．５μｍの深さまでエッチン
グして形成し、この凹部１４に電極材料である金を０．
１μｍスパッタして形成し、これをパターニングして個
別の電極１５を形成し、更に絶縁層１７を形成する。な
お、電極パッド部１５ａもボンディングのための金をス
パッタする。

【００８０】そこで、図Ｂ（ａ）に示すようにシリコン
基板２１をパイレックスガラス基板５０上に重ね合わ
せ、シリコン基板２１上に電極板５２を、パイレックス
ガラス基板５０の下面に電極板５３を配設して、温度３
５０℃にて、電極板５２、５３間に電源５４から例えば
５００Ｖの直流電圧を印加することで、シリコン基板２
１とパイレックスガラス基板５０とを陽極接合によって
接合する。

【００８１】なお、シリコン基板２１はｐ型を用いてい
るので、陽極接合時にシリコン基板２１に接続する電極
を任意の場所から取ることができるが、ここでは、電極
板５２をシリコン基板２１の上面全面に接触させてコン
タクトを取っている。電極板５２との接触部分は高濃度
ボロン拡散層２１ｂが形成されているのでコンタクト抵
抗を小さくできるという効果もある。

【００８２】最後に、同図（ｂ）に示すように、シリコ
ン基板２１の高濃度ボロン拡散層２１ｂ側にノズル板４
を接合することによりインクジェットヘッドが完成す
る。

【００８３】なお、上記各実施形態においては、主とし
て本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じに
なるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用
したが、前述したように振動板変位方向とインク滴吐出
方向と直交するエッジシュータ方式のインクジェットヘ
ッドにも同様に適用することができる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、振動板を形成する基板は両
面に高濃度ｐ型不純物層を形成したシリコン基板であ
り、振動板を形成しない面の高濃度ｐ型不純物層の不純
物のドース量が振動板を形成する面の高濃度ｐ型不純物
層の不純物のドース量よりも小さくしたので、低コスト
で、高濃度ｐ型不純物層の応力によるシリコン基板の反
りを低減することができ、安価で安定したインクジェッ
トヘッドを得ることができる。

【００８５】ここで、振動板を形成しない面の高濃度ｐ
型不純物層の不純物のドース量が振動板を形成する面の
高濃度ｐ型不純物層の不純物のドース量の２０〜９５％
の範囲内にすることで、確実に高濃度ｐ型不純物層の応
力によるシリコン基板の反りを低減することができる。

【００８６】また、高濃度ｐ型不純物層を塗布拡散法で
形成することで、両面同時に高濃度ｐ型不純物層を形成
することが可能になり、片面に高濃度ｐ型不純物層を形
成するのと同等のコストでシリコン基板の反りを低減す
ることができる。

【００８７】さらに、シリコン基板の型がｐ型であるの
で、駆動回路を接続する共通電極もシリコン基板の任意
の場所に設けることができ、設計の自由度が大きくな
り、コンタクト抵抗が小さく、高効率の駆動が可能なイ
ンクジェットヘッドを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した静電型インクジェットヘッド
の分解斜視説明図

【図２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図

【図３】同ヘッドの吐出室長辺方向に沿う模式的断面説
明図

【図４】同ヘッドの吐出室短辺方向に沿う模式的断面説
明図

【図５】同ヘッドの製造工程の説明に供する模式的断面
説明図

【図６】同ヘッドの製造工程の説明に供する模式的断面
説明図

【図７】同ヘッドの製造工程の説明に供する模式的断面
説明図

【図８】図５（ａ）のシリコン基板の高濃度ボロン拡散
層の形成工程を説明する説明図

【図９】図８の製造工程で得られたシリコン基板のボロ
ン濃度分布図を説明する説明図

【図１０】シリコン基板の高濃度ボロン拡散層の形成工
程の比較例の説明に供する説明図

【図１１】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
ヘッドの吐出室長辺方向に沿う模式的断面説明図

【図１２】同ヘッドの製造工程の説明に供する模式的断
面説明図

【図１３】同ヘッドの製造工程の説明に供する模式的断
面説明図

【符号の説明】

１…流路基板、３…電極基板、３ａ…熱酸化膜、４…ノ
ズル板、５…ノズル、６…吐出室、１０…振動板、１５
…電極、２１…シリコン基板、２１ａ，２１ｂ…高濃度
ボロン拡散層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出するノズルと、前記ノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面で形成する振
動板と、この振動板を変形変位させる駆動手段とを備え
たインクジェットヘッドにおいて、前記振動板を形成す
る基板は両面に高濃度ｐ型不純物層を形成したシリコン
基板であり、前記振動板を形成しない面の高濃度ｐ型不
純物層の不純物のドース量が前記振動板を形成する面の
高濃度ｐ型不純物層の不純物のドース量よりも小さいこ
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、前記振動板を形成しない面の高濃度ｐ型不純
物層の不純物のドース量が前記振動板を形成する面の高
濃度ｐ型不純物層の不純物のドース量の２０〜９５％の
範囲内にあ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又は２に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記高濃度ｐ型不純物層が塗布拡散法
で形成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記シリコン基板の型がｐ
型であることを特徴とするインクジェットヘッド。