JP2002240299A - Method for manufacturing ink jet head - Google Patents

Method for manufacturing ink jet head

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JP2002240299A
JP2002240299A JP2001038884A JP2001038884A JP2002240299A JP 2002240299 A JP2002240299 A JP 2002240299A JP 2001038884 A JP2001038884 A JP 2001038884A JP 2001038884 A JP2001038884 A JP 2001038884A JP 2002240299 A JP2002240299 A JP 2002240299A
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JP
Japan
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diaphragm
substrate
boron
temperature
doped layer
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JP2001038884A
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Japanese (ja)
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Katsuharu Arakawa
克治 荒川
Seiji Yamazaki
成二 山崎
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an ink jet head in which a diaphragm to be formed by an etching stop technique is formed highly accurately up to a sub micrometer thickness. SOLUTION: A boron dope layer 4 is formed to a Dope face of an Si substrate 1 under conditions of a diffusion temperature of 1025-1200 deg.C and a diffusion time of 0.5 hr or shorter. SiO2 films 5a are formed to both faces of the Si substrate 1 at a low temperature. The SiO2 film 5 formed to a Cav face 2 of the Si substrate 1 is patterned, and thereafter the boron dope layer 4 is formed by the etching stop technique as the diaphragm 4a.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、記録を必要とする
時にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるイ
ンクジェットヘッド記録装置の主要部であるインクジェ
ットヘッドの製造方法の関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an ink-jet head, which is a main part of an ink-jet head recording apparatus for ejecting ink droplets only when recording is necessary and attaching the ink droplets to a recording sheet.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より知られているインクジェットヘッ
ドには、基板の面部に設けられたノズル孔からインク液
滴を吐出させるフェイスインクジェットタイプ、基板の
端部に設けられたノズル孔からインク液滴を吐出させる
エッジインクジェットタイプのものがあるが、何れのタ
イプも3枚の基板を重ねて接合した積層構造となってい
る。積層された3枚の基板のうち中間の基板は、Siか
らなり、底壁を振動板とする複数の凹部状の吐出室と、
各吐出室にインクを供給するための凹部状のリザーバー
と、このリザーバーと各吐出室とを結ぶ細溝状のオリフ
ィスとが形成されている。そして、基板全面には、熱酸
化による熱酸化膜が絶縁膜として施されており、これ
は、インクジェット駆動時の絶縁破壊やショートを防止
するための膜である。この従来のインクジェットヘッド
の振動板は図5に示す各工程を経て形成されている。図
5は従来のインクジェットヘッドの中間の基板の製造方
法を示す工程図である。 (a)まず、Si基板1の両面のCav面2とDope
面3を鏡面研磨し、厚み180μmの基板を作製する。 (b)次に、そのSi基板1のDope面にボロン拡散
板(図示せず)を対向させ、摂氏1100度の温度で6
時間加熱処理してSi基板1のDope面3にボロン
(B)を拡散させ、ボロンドープ層4を形成する。な
お、この他に高濃度のボロンドープ層を形成する手段と
して、熱酸化を行う方法がある。 (c)Dope面にボロンドープ層を形成したSi基板
1を熱酸化炉にセットして酸素及び水蒸気雰囲気にし、
摂氏1100度の温度で4時間熱酸化処理を施し、Si
基板1の表面に1.2μmの熱酸化膜(SiO膜)5
を形成する。 (d)そして、そのSi基板1の両面にレジスト6をコ
ーティングし、Cav面2側に吐出室等を作り込むため
のレジストパターニングを施す。 (e)レジストパターニングを施したCav面2をフッ
酸水溶液でエッチングしてSiO膜5をパターニング
し、Si基板1の両面のレジスト6を剥離する。この
時、レジスト6がコーティングされたSiO膜が残留
する。 (f)そのSi基板1を35wt%の高濃度の水酸化カ
リウム水溶液に浸し、Siエッチングを行い、エッチン
グ部Si厚みが10μmになるまでエッチングを継続す
る。その後は、Si基板1を3wt%の低濃度の水酸化
カリウム水溶液に浸してSiエッチングを行い、ボロン
ドープ層4に達したときエッチングがストップしてボロ
ンドープ層4が残留する。このボロンドープ層の厚みは
2μmで、振動板4aとなる。 (g)そして、Si基板1に残留したSiO膜をフッ
酸水溶液でエッチング除去し、その後、Si基板1の表
面に熱酸化によって0.1μmのSiO膜を形成し、
これを絶縁膜とする。図6に示すように、例えばフェイ
スインクジェットタイプの場合、以上のように各工程を
経て作製された振動板4aを有し、さらにリザーバー7
と吐出室8と貫通孔9を作製したSi基板1の上面に
は、吐出室8と連通するノズル孔12及びリザーバー7
と連通するインク供給口13及び吐出室8とリザーバー
7を連通させる細溝を有する基板(Si製)11が接合
され、また、下面には振動板4aと対向する電極22が
装着された基板(ガラス製)21が接合される。Si基
板1に形成された貫通孔9は、Si基板1の下面に接合
されたガラス製基板21の電極22と、この電気的に接
続するた22にパルスを印可する駆動回路(図示せず)
とを電気的に接続するためのものである。
2. Description of the Related Art A conventionally known ink jet head has a face ink jet type in which ink droplets are ejected from nozzle holes provided in a surface portion of a substrate, and ink droplets are supplied from nozzle holes provided in an end portion of a substrate. There is an edge ink jet type for discharging, and each type has a laminated structure in which three substrates are overlapped and joined. An intermediate substrate of the three laminated substrates is made of Si, and has a plurality of concave discharge chambers having a bottom wall as a diaphragm,
A concave reservoir for supplying ink to each discharge chamber and a narrow groove-shaped orifice connecting this reservoir and each discharge chamber are formed. Then, a thermal oxide film by thermal oxidation is applied as an insulating film on the entire surface of the substrate, and is a film for preventing dielectric breakdown and short circuit at the time of inkjet driving. The diaphragm of this conventional inkjet head is formed through the steps shown in FIG. FIG. 5 is a process chart showing a method for manufacturing an intermediate substrate of a conventional inkjet head. (A) First, Cav surface 2 on both surfaces of Si substrate 1 and Dope
The surface 3 is mirror-polished to produce a substrate having a thickness of 180 μm. (B) Then, a boron diffusion plate (not shown) is made to face the Dope surface of the Si substrate 1 and the Si substrate 1 is heated at a temperature of 1100 degrees C.
Boron (B) is diffused into the Dope surface 3 of the Si substrate 1 by performing a heat treatment for a time to form a boron doped layer 4. In addition, as another means for forming a high-concentration boron-doped layer, there is a method of performing thermal oxidation. (C) The Si substrate 1 having the boron doped layer formed on the Dope surface is set in a thermal oxidation furnace to be in an oxygen and water vapor atmosphere,
Thermal oxidation treatment at a temperature of 1100 degrees Celsius for 4 hours
1.2 μm thermal oxide film (SiO 2 film) 5 on the surface of substrate 1
To form (D) Then, a resist 6 is coated on both surfaces of the Si substrate 1, and a resist patterning for forming a discharge chamber or the like is performed on the Cav surface 2 side. (E) The SiO 2 film 5 is patterned by etching the resist-patterned Cav surface 2 with a hydrofluoric acid aqueous solution, and the resists 6 on both surfaces of the Si substrate 1 are peeled off. At this time, the SiO 2 film coated with the resist 6 remains. (F) The Si substrate 1 is immersed in a 35% by weight aqueous solution of potassium hydroxide at a high concentration to perform Si etching, and the etching is continued until the thickness of the etched portion Si becomes 10 μm. Thereafter, the Si substrate 1 is immersed in a 3 wt% aqueous solution of potassium hydroxide at a low concentration to perform Si etching. When the Si substrate 1 reaches the boron doped layer 4, the etching is stopped and the boron doped layer 4 remains. The thickness of this boron-doped layer is 2 μm, and it becomes the diaphragm 4a. (G) Then, the SiO 2 film remaining on the Si substrate 1 is removed by etching with a hydrofluoric acid aqueous solution. Thereafter, a 0.1 μm SiO 2 film is formed on the surface of the Si substrate 1 by thermal oxidation.
This is used as an insulating film. As shown in FIG. 6, for example, in the case of a face ink jet type, it has a diaphragm 4a manufactured through the above-described steps, and further has a reservoir 7
The nozzle hole 12 and the reservoir 7 communicating with the discharge chamber 8 are provided on the upper surface of the Si substrate 1 on which the discharge chamber 8 and the through hole 9 are formed.
(Si) 11 having an ink supply port 13 communicating with the substrate and a narrow groove for communicating the discharge chamber 8 with the reservoir 7, and a substrate (on the lower surface, on which an electrode 22 facing the diaphragm 4 a is mounted) (Made of glass) 21 is joined. The through-hole 9 formed in the Si substrate 1 has an electrode 22 of a glass substrate 21 bonded to the lower surface of the Si substrate 1 and a drive circuit (not shown) for applying a pulse to the electrically connected 22.
And for electrically connecting the

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の製造方
法のうち工程(C)で説明したようにSi基板1のDo
pe面3にボロンドープ層4を形成した後に、エッチン
グ保護膜となるSiO膜5をSi基板1の表面に熱酸
化で形成しているが、このSiO膜を施すときの温度
が摂氏1100度の高温であるため、Si基板1のDo
pe面3に高濃度に拡散されたボロンがさらにSi基板
1内に熱拡散してしまい、このため、高精度なサブミク
ロン厚みの振動板4aを作製することができなかった。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、エッチング保護膜の形成時の熱酸化によるボロンの
熱拡散を防止し、サブミクロン厚みまで高精度な振動板
を提供できるインクジェットヘッドの製造方法を得るこ
とを目的とする。
As described in the step (C) of the conventional manufacturing method described above, the Do
After the boron doped layer 4 is formed on the pe surface 3, an SiO 2 film 5 serving as an etching protection film is formed on the surface of the Si substrate 1 by thermal oxidation. The temperature at which the SiO 2 film is applied is 1100 degrees Celsius. High temperature, the Do of Si substrate 1
Boron diffused at a high concentration on the pe surface 3 is further thermally diffused into the Si substrate 1, so that it was not possible to manufacture a highly accurate submicron-thick diaphragm 4a.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and is intended to prevent the thermal diffusion of boron due to thermal oxidation at the time of forming an etching protective film, and to manufacture an ink jet head capable of providing a diaphragm with high accuracy up to a submicron thickness. The aim is to get the method.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】(1)本発明に係るイン
クジェットヘッドの製造方法は、エッチング保護膜を低
温で形成する工程を有し、ボロンドープ層が形成された
Si基板を所定濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、エ
ッチングストップ技術により当該ボロンドープ層を振動
板として形成するインクジェットヘッドの製造方法にお
いて、ボロンドープ層を拡散温度摂氏1025度〜12
00度、拡散時間0.5hr以上で形成する。この温
度、時間範囲でBを拡散することで、インクジェットヘ
ッドに適した厚みの振動板を形成することができる。 (2)本発明は、エッチングストップ技術により形成さ
れる振動板の厚みを0.4μm以上、16μm以下で加
工できる。また、本発明においては、従来の振動板と比
べて、振動板の厚みを0.4μmまでのかなり薄い振動
板も形成可能であるため、より精度の良いインクジェッ
トヘッドを提供できる。(3)本発明に係るインクジェ
ットヘッドの製造方法は、エッチング保護膜の形成温度
が摂氏800度以下である。この低温によってボロンド
ープ層内のボロンの拡散を抑えることができ、このた
め、エッチングストップ技術による薄い振動板を形成す
ることができる。
(1) A method of manufacturing an ink jet head according to the present invention includes a step of forming an etching protective film at a low temperature, and a method of forming a silicon substrate on which a boron-doped layer is formed at a predetermined concentration of hydroxylation. In a method of manufacturing an ink jet head in which a boron-doped layer is formed as a vibration plate by an etching stop technique by immersing in a potassium aqueous solution, the boron-doped layer has a diffusion temperature of 1025 ° C. to 12 ° C.
It is formed at a diffusion time of 0.5 hours or more at 00 degrees. By diffusing B in this temperature and time range, a diaphragm having a thickness suitable for an inkjet head can be formed. (2) According to the present invention, the thickness of the diaphragm formed by the etching stop technique can be set to 0.4 μm or more and 16 μm or less. Further, in the present invention, it is possible to form a considerably thin diaphragm having a thickness of up to 0.4 μm as compared with a conventional diaphragm, so that it is possible to provide a more accurate inkjet head. (3) In the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention, the formation temperature of the etching protection film is 800 ° C. or less. This low temperature can suppress the diffusion of boron in the boron-doped layer, so that a thin diaphragm can be formed by the etching stop technique.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】実施の形態1.本発明の実施の形
態1は、Si基板1のDope面にボロンドープ層を形
成してからエッチング保護膜を両面に形成し、所定厚さ
の振動板が得られるようにしたものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 In the first embodiment of the present invention, a boron-doped layer is formed on the Dope surface of the Si substrate 1, and then an etching protection film is formed on both surfaces so that a diaphragm having a predetermined thickness can be obtained.

【0006】以下、振動板が形成されるまでの工程を図
1に基づいて記述する。図1は本発明の実施の形態1に
係るインクジェットヘッドの中間の基板の製造方法を示
す工程図である。なお、図5で説明した従来例と同一又
は相当部分には同じ符号を用いて説明する。
Hereinafter, steps until a diaphragm is formed will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a process chart showing a method for manufacturing an intermediate substrate of an inkjet head according to Embodiment 1 of the present invention. Note that the same or corresponding parts as those of the conventional example described with reference to FIG.

【0007】(a)まず、Si基板1のCav面2とD
ope面3をそれぞれ鏡面研磨し、例えば厚み140μ
mの基板を作製する。
(A) First, the Cav surface 2 of the Si substrate 1 and D
Each of the ope surfaces 3 is mirror-polished to a thickness of, for example, 140 μm.
m substrates are prepared.

【0008】(b)Dope面3にボロン拡散板(図示
せず)を対向させ、例えば摂氏1050度の温度で8時
間加熱処理してDope面3にボロン(B)を拡散さ
せ、ボロンドープ層4を形成する。
(B) A boron diffusion plate (not shown) is opposed to the Dope surface 3, and is heated at, for example, a temperature of 1050 degrees Celsius for 8 hours to diffuse boron (B) into the Dope surface 3, thereby forming a boron doped layer 4. To form

【0009】(c)そのSi基板1をプラズマCVD装
置にセットして例えば摂氏360度の温度で成膜処理を
施し、ボロンドープ層4の面に例えば2μmのSiO
膜5aをエッチング保護膜として形成する。
(C) The Si substrate 1 is set in a plasma CVD apparatus, and a film forming process is performed at a temperature of, for example, 360 degrees Celsius, and the surface of the boron-doped layer 4 is made of, for example, 2 μm SiO 2.
The film 5a is formed as an etching protection film.

【0010】(D)その後、そのSi基板1の両面にレ
ジスト6をコーティングし、Cav面2面に吐出室を作
り込むためのレジストパターニングを施す。
(D) Thereafter, a resist 6 is coated on both surfaces of the Si substrate 1, and resist patterning is performed on the two surfaces of the Cav surface to form a discharge chamber.

【0011】(E)レジストパターニングを施したCa
v面2をフッ酸水溶液でエッチングしてSiO膜をパ
ターニングし、Si基板1の両面のレジスト6を剥離す
る。
(E) Ca with resist patterning
The v surface 2 is etched with a hydrofluoric acid aqueous solution to pattern the SiO 2 film, and the resists 6 on both surfaces of the Si substrate 1 are peeled off.

【0012】(F)そして、Si基板1を35wt%の
高濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、Siエッチング
を行う。この時、Si基板1のCav面に露出している
Siから基板がエッチングされて行く。そして、エッチ
ング部Si厚みが10μmになるまでエッチングを継続
する。次に、Si基板1を3wt%の低濃度の水酸化カ
リウム水溶液に浸してSiエッチングを行い、ボロンド
ープ層4に達したときエッチングがストップしてボロン
ドープ層4が残留する。このボロンドープ層の厚みは2
μmで、振動板4aとなる。
(F) Then, the Si substrate 1 is immersed in a 35% by weight aqueous solution of potassium hydroxide to carry out Si etching. At this time, the substrate is etched from the Si exposed on the Cav surface of the Si substrate 1. Then, the etching is continued until the thickness of the etched portion Si becomes 10 μm. Next, the Si substrate 1 is immersed in a 3 wt% aqueous solution of potassium hydroxide having a low concentration to perform Si etching. When the Si substrate 1 reaches the boron doped layer 4, the etching is stopped and the boron doped layer 4 remains. The thickness of this boron doped layer is 2
When it is μm, it becomes the diaphragm 4a.

【0013】(G)その後は、Si基板1に残留したS
iO膜5をフッ酸水溶液を用いてエッチング除去し、
Si基板1の表面にCVD装置によって0.1μmのS
iO 膜5を絶縁膜として形成する。
(G) After that, S remaining on the Si substrate 1
iO2The film 5 is removed by etching using a hydrofluoric acid aqueous solution,
The surface of the Si substrate 1 is coated with 0.1 μm S
iO 2The film 5 is formed as an insulating film.

【0014】以上のように実施の形態1においては、S
i基板1のボロンドープ層4にSiO膜を施すとき摂
氏800度以下の温度で行うようにしたので、ボロンド
ープ層内のボロンを抑えることができ、このため、エッ
チングストップ技術により形成される振動板4aの厚み
を0.8μmで加工することが可能になった。以下、ボ
ロンドープ層の形成の拡散時間、拡散温度について図2
に基づいて詳述する。図2は本発明の実施の形態1に係
るボロンドープ層形成における拡散時間及び拡散温度と
振動板厚みの関係を示すグラフである。
As described above, in the first embodiment, S
When the SiO 2 film is applied to the boron-doped layer 4 of the i-substrate 1, the temperature is set to 800 ° C. or less, so that boron in the boron-doped layer can be suppressed, and therefore, the diaphragm formed by the etching stop technique 4a can be processed at a thickness of 0.8 μm. Hereinafter, the diffusion time and the diffusion temperature for forming the boron doped layer are shown in FIG.
It will be described in detail based on. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the diffusion time and the diffusion temperature and the diaphragm thickness in the formation of the boron doped layer according to the first embodiment of the present invention.

【0015】振動板厚みが0.4μm未満の場合、振動
板の厚みとしては薄すぎて、インク吐出に必要な振動板
の反発力が十分に得られなかったり、インクジェットヘ
ッド駆動時の振動に耐えられず振動板が破損してしま
う。さらに、振動板上に絶縁膜としてSiO2を成膜し
た時、薄い振動板ほどSiO2の膜応力によって振動板
の変形が発生し易くなる。これらのことから、振動板厚
みの下限としては0.4μmが最適となる。
When the thickness of the vibration plate is less than 0.4 μm, the thickness of the vibration plate is too small to obtain a sufficient repulsion force of the vibration plate required for ink ejection or to withstand vibration during driving of the ink jet head. The diaphragm will be damaged. Further, when SiO 2 is formed as an insulating film on the diaphragm, the thinner the diaphragm is, the more easily the diaphragm is deformed by the film stress of SiO 2 . From these facts, 0.4 μm is optimal as the lower limit of the diaphragm thickness.

【0016】前述のように振動板厚みの下限を0.4μ
mとした時、図2より拡散温度が1025℃の場合、拡
散時間が8時間以上のとき振動板厚みの下限0.4μm
を超え、振動板が形成可能であるが、B濃度のピーク濃
度自体が低くなるため、エッチングストップの作用が小
さく振動板の精度は低い。拡散温度が摂氏1025度未
満の場合、さらにBのピーク濃度が低下して振動板精度
が悪化することや、拡散が長時間となってしまうことか
ら、拡散温度の下限としては摂氏1025度以上が最適
である。
As described above, the lower limit of the diaphragm thickness is set to 0.4 μm.
2, when the diffusion temperature is 1025 ° C., when the diffusion time is 8 hours or more, the lower limit of the diaphragm thickness is 0.4 μm.
Is exceeded, and a diaphragm can be formed. However, since the peak concentration of the B concentration itself is low, the effect of the etching stop is small and the accuracy of the diaphragm is low. When the diffusion temperature is lower than 1025 degrees Celsius, the peak concentration of B is further reduced and the accuracy of the diaphragm is deteriorated, and the diffusion takes a long time. Therefore, the lower limit of the diffusion temperature is 1025 degrees Celsius or more. Optimal.

【0017】次にボロンドープ層に形成に使用する加熱
炉及びB板の最高使用温度から拡散温度の上限は摂氏1
200度となる。図2より、この拡散温度摂氏1200
度で振動板厚み下限値の厚み0.4μmの振動板を形成
するために必要な拡散時間は0.5hrであり、拡散時
間0.5hr未満では、どの拡散温度でも厚み0.4μ
mの振動板を形成することは不可能である。したがっ
て、厚み0.4μm以上の振動板を形成するためには、
拡散時間0.5hr以上が必要条件となる。
Next, from the maximum operating temperature of the heating furnace and the B plate used for forming the boron doped layer, the upper limit of the diffusion temperature is 1 degree Celsius.
200 degrees. FIG. 2 shows that the diffusion temperature was 1200 ° C.
The diffusion time required to form a diaphragm having a thickness of 0.4 μm, which is the lower limit of the diaphragm thickness in degrees, is 0.5 hr. If the diffusion time is less than 0.5 hr, the thickness is 0.4 μm at any diffusion temperature.
It is impossible to form a diaphragm of m. Therefore, in order to form a diaphragm having a thickness of 0.4 μm or more,
A necessary condition is a diffusion time of 0.5 hr or more.

【0018】続いて、本発明において形成する振動板厚
みの上限について、図3に基づいて説明する。図3は本
発明で形成されるインクジェットヘッドの解像度(1イ
ンチ当りのノズル数(npi))と必要振動板厚みの関
係を示す図である。振動板厚みは拡散時間を長く設定さ
えすれば厚くすることが可能であり、インクジェットヘ
ッドとして最適な振動板厚みの上限は、インクジェット
ヘッドの解像度から設定される。解像度を下げるほど、
すなわち振動板の幅を広げるほど、静電駆動に適した振
動板の剛性を得るために、図3のように振動板厚みは厚
くなる。解像度50npi未満のインクジェットは実用
性が低く、本発明では解像度50npi以上のインクジ
ェットヘッドが作製可能である厚み16μm以下の振動
板を形成できる方法を提供できれば良い。また、厚み1
6μm以上の振動板は、従来技術でも十分作製可能であ
り、振動板形成に要するボロン拡散時間が非常に長くな
るため、あえて本発明を適用する意味なない。これらの
ことから、振動板厚みの上限は16μmとなる。
Next, the upper limit of the thickness of the diaphragm formed in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the resolution (number of nozzles per inch (npi)) of the inkjet head formed according to the present invention and the required diaphragm thickness. The diaphragm thickness can be increased as long as the diffusion time is set longer, and the upper limit of the diaphragm thickness optimum for an inkjet head is set from the resolution of the inkjet head. The lower the resolution,
That is, as the width of the diaphragm increases, the diaphragm thickness increases as shown in FIG. 3 in order to obtain rigidity of the diaphragm suitable for electrostatic driving. Ink jets having a resolution of less than 50 npi have low practicality. In the present invention, it is sufficient to provide a method capable of forming a diaphragm having a thickness of 16 μm or less that can produce an ink jet head having a resolution of 50 npi or more. In addition, thickness 1
A diaphragm having a thickness of 6 μm or more can be sufficiently manufactured by the conventional technique, and the boron diffusion time required for forming the diaphragm becomes extremely long. Therefore, it is meaningless to apply the present invention. For these reasons, the upper limit of the diaphragm thickness is 16 μm.

【0019】本発明においては、振動板の厚み精度を確
保するため、Si基板に一度拡散したボロンが再拡散
し、濃度低下しないような温度でエッチング保護膜を形
成することが必要である。ボロンの拡散係数は、摂氏8
00度で5×1017cm/secとなり、摂氏10
25度時の拡散係数5×1014cm/secの千分
の一程度となるため、摂氏800度の処理ではボロンの
拡散はほとんど無視できる。
In the present invention, in order to ensure the thickness accuracy of the diaphragm, it is necessary to form the etching protection film at a temperature at which the boron once diffused into the Si substrate does not re-diffuse and the concentration does not decrease. The diffusion coefficient of boron is 8 degrees Celsius.
It becomes 5 × 10 17 cm 2 / sec at 00 degrees, and it becomes 10 degrees Celsius.
Since the diffusion coefficient at 25 degrees is about 1 / 1,000 of 5 × 10 14 cm 2 / sec, the diffusion of boron can be almost ignored in the treatment at 800 degrees Celsius.

【0020】例えば、摂氏800度以上の高い温度でエ
ッチング保護膜を形成した場合の問題点について述べ
る。図4はSi基板表面に形成されたボロンドープ層の
拡散深さによるボロン濃度の変化すなわちボロン濃度プ
ロファイルを示す図であり、ボロン拡散のみの場合と、
ボロン拡散後にエッチング保護膜を成膜温度が摂氏10
75度の熱酸化法で形成した場合、それぞれのボロン濃
度プロファイルである。
For example, a problem when the etching protection film is formed at a high temperature of 800 ° C. or more will be described. FIG. 4 is a diagram showing a change in the boron concentration depending on the diffusion depth of the boron-doped layer formed on the surface of the Si substrate, that is, a boron concentration profile.
After the boron diffusion, an etching protection film is formed at a temperature of 10 degrees Celsius.
These are boron concentration profiles when formed by a thermal oxidation method at 75 degrees.

【0021】高い成膜温度を必要とする熱酸化法でエッ
チング保護膜を形成すると熱酸化時の高温でボロンが再
拡散するために、図4のように、ボロン拡散のみの場合
では基板表面にあったボロン濃度のピークの位置が、熱
酸化後で低く、深くシフトいることが解る。このような
シフトが起こるとボロン濃度の低下によって振動板の精
度が悪化する。振動板精度を確保するため、エッチング
保護膜の形成はボロンが再拡散しない摂氏800度以下
で行うことが必要である。したがって、エッチング保護
膜の形成は摂氏800度以下で行えば良く、この温度以
下で形成でき、水酸化カリウムに対する耐エッチング性
があれば、熱CVD法、プラズマCVD法でSiO
SiN等を形成しても、スパッタ法でSiOを形成し
ても良い。
When an etching protection film is formed by a thermal oxidation method requiring a high film forming temperature, boron re-diffuses at a high temperature during the thermal oxidation. Therefore, as shown in FIG. It can be seen that the position of the peak of the existing boron concentration is low and deeply shifted after the thermal oxidation. When such a shift occurs, the accuracy of the diaphragm deteriorates due to a decrease in the boron concentration. In order to ensure the accuracy of the diaphragm, it is necessary to form the etching protection film at 800 degrees Celsius or less at which boron does not re-diffuse. Therefore, the formation of the etching protection film may be performed at a temperature of 800 degrees Celsius or less. If the etching protection film can be formed at a temperature of not more than 800 degrees Celsius and has an etching resistance to potassium hydroxide, SiO 2 ,
SiN or the like may be formed, or SiO 2 may be formed by a sputtering method.

【0022】以上のように述べてきた方法、条件で振動
板を形成すれば、エッチングストップ技術により振動板
厚み下限0.4μmまでの高い精度の振動板を得ること
ができる。
If a diaphragm is formed under the above-described method and conditions, a diaphragm with a high precision of a diaphragm thickness lower limit of 0.4 μm can be obtained by the etching stop technique.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ボロンド
ープ層が形成されたSi基板にエッチング保護膜を施す
とき低温で行うようにしたので、ボロンドープ層内のボ
ロンを抑えることができ、拡散温度摂氏1025度〜1
200度、拡散時間0.5hr以上の条件で、エッチン
グストップ技術により形成される振動板の厚みを安定し
て最小0.4μmまで高精度に加工することが可能にな
る。
As described above, according to the present invention, when an etching protective film is applied to a Si substrate on which a boron-doped layer is formed, the etching protective film is formed at a low temperature, so that boron in the boron-doped layer can be suppressed and diffusion can be suppressed. Temperature 1025 degrees Celsius-1
Under conditions of 200 degrees and a diffusion time of 0.5 hr or more, the thickness of the diaphragm formed by the etching stop technique can be stably processed to a minimum of 0.4 μm with high precision.

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

【図1】本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘ
ッドの振動板の製造方法を示す工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing a method for manufacturing a diaphragm of an inkjet head according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1に係る拡散条件と振動板
厚みの関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between diffusion conditions and diaphragm thickness according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】本発明で形成されるインクジェットヘッドの解
像度と必要振動板厚みの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the resolution of an inkjet head formed according to the present invention and the required diaphragm thickness.

【図4】Si基板表面に形成されたボロンドープ層の拡
散深さによるボロン濃度の変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in boron concentration depending on the diffusion depth of a boron-doped layer formed on the surface of a Si substrate.

【図5】従来のインクジェットヘッドの振動板の製造方
法を示す工程図である。
FIG. 5 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a diaphragm of an inkjet head.

【図6】インクジェットヘッドの構成を説明するための
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an inkjet head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 Cav面 3 Dope面 4 ボロンドープ層 4a 振動板 5 SiO2(熱酸化) 5a SiO2(CVD) 6 レジスト 7 リザーバー 8 吐出室 9 貫通孔 10 細溝 11 Si基板 12 ノズル孔 21 ガラス製基板 22 電極1 Si substrate 2 Cav surface 3 Dope surface 4 boron-doped layer 4a diaphragm 5 SiO 2 (thermally oxidized) 5a SiO 2 (CVD) 6 resist 7 reservoir 8 discharge chamber 9 through holes 10 narrow groove 11 Si substrate 12 nozzle holes 21 made of glass Substrate 22 electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エッチング保護膜を低温で形成する工程を
有し、ボロンドープ層が形成されたSi基板を所定濃度
の水酸化カリウム水溶液に浸し、エッチングストップ技
術により当該ボロンドープ層を振動板として形成するイ
ンクジェットヘッドの製造方法において、ボロンドープ
層を拡散温度摂氏1025度〜摂氏1200度で、ボロ
ンドープ層を拡散時間0.5hr以上で形成することを
特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
A step of forming an etching protection film at a low temperature, immersing the Si substrate on which the boron-doped layer is formed in an aqueous solution of potassium hydroxide having a predetermined concentration, and forming the boron-doped layer as a diaphragm by an etching stop technique; A method for manufacturing an ink jet head, comprising: forming a boron-doped layer at a diffusion temperature of 1025 to 1200 degrees Celsius and forming a boron-doped layer for a diffusion time of 0.5 hr or more.
【請求項2】振動板の厚みが0.4μm以上、16μm
以下であることを特徴とする請求項1に記載のインクジ
ェットヘッドの製造方法。
2. The thickness of the diaphragm is 0.4 μm or more and 16 μm or more.
The method according to claim 1, wherein:
【請求項3】エッチング保護膜の形成温度が摂氏800
度以下であることを特徴とする請求項1に記載のインク
ジェットヘッドの製造方法。
3. The formation temperature of the etching protection film is 800 degrees Celsius.
2. The method according to claim 1, wherein the temperature is equal to or lower than the temperature.
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