JP2002264089A - Micro-actuator and its manufacturing method, and ink-jet head and its manufacturing method - Google Patents

Micro-actuator and its manufacturing method, and ink-jet head and its manufacturing method

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JP2002264089A
JP2002264089A JP2001063649A JP2001063649A JP2002264089A JP 2002264089 A JP2002264089 A JP 2002264089A JP 2001063649 A JP2001063649 A JP 2001063649A JP 2001063649 A JP2001063649 A JP 2001063649A JP 2002264089 A JP2002264089 A JP 2002264089A
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diaphragm
substrate
silicon substrate
layer
jet head
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JP2001063649A
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Inventor
Hidekazu Ota
英一 太田
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the thickness dispersion of a vibrating plate, reduce cost and improve reliability. SOLUTION: In the method of manufacturing this micro-actuator with the vibrating plate as a movable part, the vibrating plate is formed by forming a layer with a light element previously implanted in a silicon substrate, and after jointing the layer with the light element implanted in the silicon substrate, to a base substrate, heat treatment is applied to separate and transfer the layer with the light element implanted, to the base substrate to provide the micro- actuator with little thickness dispersion of the vibrating plate.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はマイクロアクチュエータ
及びその製造方法並びにインクジェットヘッド及びその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microactuator and a method for manufacturing the same, and an ink jet head and a method for manufacturing the same.

【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、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、この吐出室の
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。
2. Description of the Related Art As an ink jet head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, and a copying apparatus or an ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus, a nozzle for discharging ink droplets and a discharge chamber (ink flow) communicating with the nozzle are used. Channel, ink chamber, pressure chamber, liquid chamber,
Also referred to as a pressurized chamber, a pressurized liquid chamber, and the like. ), A vibrating plate forming the wall surface of the discharge chamber, and a driving unit (a piezoelectric element or an electrode facing the vibrating plate) for deforming and displacing the vibrating plate. 2. Description of the Related Art An inkjet head that ejects ink droplets from nozzles by changing the pressure / volume in a room is known.

【0003】このようなインクジェットヘッドでは、可
動部分となる振動板とこれを駆動する駆動手段でマイク
ロアクチュエータを構成している。振動板を可動部分と
するマイクロアクチュエータは、上述したインクジェッ
トヘッド以外にも、マイクロポンプ、マイクロスイッチ
(マイクロリレー)、マルチ光学レンズのアクチュエー
タ(マイクロミラー)、マイクロ流量計、圧力センサな
どにも用いられているが、以下ではインクジェットヘッ
ドを主にして説明する。
In such an ink jet head, a microactuator is constituted by a diaphragm serving as a movable portion and a driving means for driving the diaphragm. The microactuator having a diaphragm as a movable part is used for a micropump, a microswitch (microrelay), a multi-optical lens actuator (micromirror), a micro flowmeter, a pressure sensor, and the like in addition to the above-described inkjet head. However, the following mainly describes the inkjet head.

【0004】振動板を可動部分とするマイクロアクチュ
エータを備えたインクジェットヘッド、特に、振動板と
対向電極とを有す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がインク滴吐出特性に大
きく影響することから、振動板の薄膜化、高精度化が必
要になる。
In an ink jet head having a microactuator having a vibrating plate as a movable portion, particularly in an electrostatic ink jet head having a vibrating plate and a counter electrode, the mechanical displacement characteristics of the vibrating plate are large in the ink droplet ejection characteristics. Therefore, it is necessary to make the diaphragm thinner and more precise.

【0005】そのため、従来のインクジェットヘッドに
あっては、例えば特開平6−71882号公報に記載さ
れているように、シリコン基板に振動板厚さの高濃度ボ
ロン拡散層を形成し、高濃度ボロン拡散層がエッチング
ストップ層となるエッチストップ技術を用いて、シリコ
ン基板を異方性エッチングすることにより高濃度ボロン
拡散層からなる振動板を形成するようにしている。
For this reason, in a conventional ink jet head, a high-concentration boron diffusion layer having a thickness of a vibration plate is formed on a silicon substrate as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-71882. A diaphragm made of a high-concentration boron diffusion layer is formed by anisotropically etching a silicon substrate using an etch stop technique in which the diffusion layer serves as an etching stop layer.

【0006】また、特開平9−216360号公報に記
載されているように、結晶面方位(111)の第1シリ
コン基板と結晶面方位(110)の第2シリコン基板と
を貼り合せて接合基板を形成し、この接合基板の(11
1)面側より研磨することで振動板の厚みまで薄くし、
更に(110)面側からエッチングして(111)面で
エッチストップすることで第1シリコン基板から振動板
を作製するようにしている。
Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-216360, a first silicon substrate having a crystal plane orientation (111) and a second silicon substrate having a crystal plane orientation (110) are bonded to each other to form a bonding substrate. Is formed, and (11)
1) Polishing from the surface side to reduce the thickness of the diaphragm,
Further, the diaphragm is manufactured from the first silicon substrate by etching from the (110) plane side and performing etch stop on the (111) plane.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たボロン拡散層をエッチストップとして振動板を形成す
る場合には、次のような課題がある。すなわち、振動
板の板厚精度(ばらつき)が±10%程度と限界があ
る。エッチングした部分のシリコン基板が無駄にな
り、特に、振動板のみを残すロストウエハ法では振動板
以外のシリコンはエッチングされるために大部分が除去
され無駄となる。ボロンを高濃度にドープするために
基板に結晶欠陥が多く発生し、長期信頼性に対して悪影
響を及ぼす。ボロンを高濃度にドープするために振動
板に強い応力が発生し、振動(変位)特性を阻害する。
ボロンドープ条件及びエッチング条件のばらつきの影
響を受け易く製造時の管理に手間がかかる。
However, when a diaphragm is formed using the above-described boron diffusion layer as an etch stop, there are the following problems. That is, the thickness accuracy (variation) of the diaphragm is limited to about ± 10%. The etched silicon substrate is wasted, and in particular, in the lost wafer method in which only the diaphragm is left, most of the silicon other than the diaphragm is etched, so that most of the silicon is removed and wasted. Due to the high concentration of boron, many crystal defects occur on the substrate, which has a bad influence on long-term reliability. Due to the high doping of boron, a strong stress is generated in the diaphragm, which hinders the vibration (displacement) characteristics.
It is susceptible to variations in boron doping conditions and etching conditions, and it takes time and effort to control during manufacturing.

【0008】また、2枚のシリコンウエハを貼り合せた
基板から振動板を作製する場合には、次のような課題が
ある。すなわち、振動板の板厚精度(ばらつき)に±
15%程度と限界がある。研磨精度と元の基板厚さに依
存するために、ボロン拡散層を用いる場合よりも更に精
度が低下する。振動板の厚さまで研磨するために大部
分のシリコン基板が無駄になる。研磨工程で基板に微
細なクラック或いは研磨粉が発生し、後工程のエッチン
グ時に振動板の破壊或いはピンホールの原因なる。
[0008] Further, when a diaphragm is manufactured from a substrate on which two silicon wafers are bonded, there are the following problems. That is, the thickness accuracy (variation) of the diaphragm is ±
There is a limit of about 15%. Since it depends on the polishing accuracy and the original substrate thickness, the accuracy is further reduced as compared with the case where the boron diffusion layer is used. Most silicon substrates are wasted to polish to the thickness of the diaphragm. Fine cracks or polishing powder is generated on the substrate during the polishing process, which causes breakage of the diaphragm or pinholes during etching in the subsequent process.

【0009】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、振動板厚のバラツキの少ないマイクロアクチュ
エータ及びその製造方法並びにインクジェットヘッド及
びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a microactuator having a small variation in diaphragm thickness, a method of manufacturing the same, and an ink jet head and a method of manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るマイクロアクチュエータは、振動板は
シリコン基板に軽元素を打ち込んだ層で形成されている
構成としたものである。ここで、振動板に対向する電極
を有し、振動板を静電力で変形させるものであることが
好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, a microactuator according to the present invention has a configuration in which a diaphragm is formed of a layer obtained by implanting a light element into a silicon substrate. Here, it is preferable to have an electrode facing the diaphragm and deform the diaphragm by electrostatic force.

【0011】本発明に係るマイクロアクチュエータの製
造方法は、本発明に係るマイクロアクチュエータを製造
する製造方法であって、シリコン基板に予め軽元素を打
ち込んだ層を形成して、このシリコン基板の軽元素を打
ち込んだ層をベース基板に接合した後、熱処理を加え
て、軽元素を打ち込んだ層をベース基板に剥離転写する
構成としたものである。
A method for manufacturing a microactuator according to the present invention is a method for manufacturing a microactuator according to the present invention, wherein a layer in which a light element is implanted in advance on a silicon substrate is formed, and the light element of the silicon substrate is formed. Is bonded to the base substrate, and then a heat treatment is applied to peel off and transfer the light-element-implanted layer to the base substrate.

【0012】本発明に係るインクジェットヘッドは、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
室と、この吐出室の壁面を形成する振動板と、この振動
板を変形させる駆動手段とを備え、振動板はシリコン基
板に軽元素を打ち込んだ層で形成されている構成とした
ものである。
An ink jet head according to the present invention comprises a nozzle for discharging ink droplets, a discharge chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the discharge chamber, and a driving means for deforming the diaphragm. The vibration plate has a structure in which a light element is implanted into a silicon substrate.

【0013】ここで、駆動手段は振動板に対向する電極
であることが好ましい。また、振動板はベース基板に接
合され、このベース基板はシリコン基板からなることが
好ましい。或いは、振動板はベース基板に接合され、こ
のベース基板はガラス基板からなることが好ましい。
Here, the driving means is preferably an electrode facing the diaphragm. Further, the diaphragm is bonded to a base substrate, and the base substrate is preferably made of a silicon substrate. Alternatively, the diaphragm is bonded to a base substrate, and the base substrate is preferably made of a glass substrate.

【0014】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、本発明に係るインクジェットヘッドを製造する
製造方法であって、第1シリコン基板に予め軽元素を打
ち込んだ層を形成して、この第1シリコン基板の軽元素
を打ち込んだ層を第2シリコン基板に接合した後、熱処
理を加えて、軽元素を打ち込んだ層を第2シリコン基板
に剥離転写し、次いで第2シリコン基板をエッチングし
て振動板及び吐出室を形成する構成としたものである。
A method of manufacturing an ink jet head according to the present invention is a method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, wherein a layer in which a light element is implanted in advance on a first silicon substrate is formed. After bonding the light-element-implanted layer of the substrate to the second silicon substrate, heat treatment is applied to peel and transfer the light-element-implanted layer to the second silicon substrate. And a discharge chamber is formed.

【0015】[0015]

【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マイ
クロアクチュエータの断面説明図である。このマイクロ
アクチュエータは、可動部分となる振動板1を、シリコ
ン基板に水素イオンなどの軽元素を打ち込んだ層(以下
「打ち込み層」という。)2から形成し、この振動板1
を含む打ち込み層2はシリコン基板に熱酸化膜などの絶
縁層を形成した基板或いはパイレックス(登録商標)ガ
ラスなどの絶縁性基板からなるベース基板3に接合し
て、このベース基板3には凹部(電極形成甲溝)4を形
成し、この凹部4底面に振動板1に対向する電極5を配
設している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional explanatory view of a microactuator to which the present invention is applied. In this microactuator, a diaphragm 1 as a movable portion is formed from a layer (hereinafter referred to as “implanted layer”) 2 in which light elements such as hydrogen ions are implanted into a silicon substrate.
Is bonded to a base substrate 3 made of a silicon substrate on which an insulating layer such as a thermal oxide film is formed or an insulating substrate such as Pyrex (registered trademark) glass. An electrode forming groove 4 is formed, and an electrode 5 facing the diaphragm 1 is provided on the bottom surface of the concave portion 4.

【0016】このマイクロアクチュエータを静電型アク
チュエータとして用いる場合には、振動番1と電極5と
の間に例えば駆動回路により0V〜35Vのパルス電位
を印加することにより、電極5の表面がプラスに帯電す
ると対応する振動板1の下面がマイナス電位に帯電する
ので、振動板1は静電力により電極5側に変形し、ここ
で電極5へのパルス電位の印加をオフにすると、電極5
の表面に蓄積された電荷の放電に伴い振動板1が復元す
る。この振動板1のモーションを駆動源として用いるこ
とでアクチュエータとして機能させることができる。
When this micro-actuator is used as an electrostatic actuator, the surface of the electrode 5 becomes positive by applying a pulse potential of 0 V to 35 V between the vibration number 1 and the electrode 5 by a drive circuit, for example. When charged, the lower surface of the corresponding diaphragm 1 is charged to a negative potential, so that the diaphragm 1 is deformed toward the electrode 5 by electrostatic force, and when the application of the pulse potential to the electrode 5 is turned off, the electrode 5
The diaphragm 1 is restored with the discharge of the electric charges accumulated on the surface of the diaphragm 1. By using the motion of the diaphragm 1 as a drive source, it can function as an actuator.

【0017】また、このマイクロアクチュエータを容量
型圧力センサとして用いる場合には、振動板1に被計測
対象である外力を与える構成とすることで、振動板1と
電極5間の電気容量変化を計測することにより、振動板
1の変形量、すなわち、その変形を生じせしめた外力を
計測することができる。
When the microactuator is used as a capacitive pressure sensor, a configuration is used in which an external force to be measured is applied to the diaphragm 1 to measure a change in electric capacitance between the diaphragm 1 and the electrode 5. By doing so, it is possible to measure the amount of deformation of diaphragm 1, that is, the external force that caused the deformation.

【0018】なお、電極に代えて、圧電素子などの電気
機械変換素子で振動板を駆動することもできるし、ある
いは形状記憶合金、バイメタルなどの駆動手段を用いて
振動板を駆動することもできる。
The diaphragm can be driven by an electromechanical transducer such as a piezoelectric element instead of the electrode, or the diaphragm can be driven by using a drive means such as a shape memory alloy or bimetal. .

【0019】このように振動板1をシリコン基板に水素
イオンなどの軽元素を打ち込んだ打ち込み層2で形成す
ることにより、振動板1の板厚精度は軽元素の打ち込み
精度にのみ依存するので、バラツキが極めて小さくな
り、これにより安定したアクチュエート動作或いは計測
動作を行うことができ、チャンネル間での動作や計測の
バラツキも低減する。
Since the diaphragm 1 is formed by the implantation layer 2 in which light elements such as hydrogen ions are implanted in the silicon substrate, the thickness accuracy of the diaphragm 1 depends only on the implantation accuracy of the light elements. The variation is extremely small, so that a stable actuating operation or measurement operation can be performed, and the variation in operation or measurement between channels is also reduced.

【0020】そこで、このマイクロアクチュエータを製
造する本発明に係る製造方法について図2を参照して説
明する。まず、同図(a)に示すようなシリコンウエハ
であるシリコン基板11を用いて、同図(b)に示すよ
うにシリコン基板11の所定位置(深さ方向)に水素イ
オン等の軽元素イオンをイオンインプラテイション法に
よって打ち込んで打ち込み欠陥層(打ち込み層)12を
形成して、振動板用基板10を得る。
A method of manufacturing the microactuator according to the present invention will be described with reference to FIG. First, using a silicon substrate 11 which is a silicon wafer as shown in FIG. 1A, light element ions such as hydrogen ions are placed at predetermined positions (depth direction) of the silicon substrate 11 as shown in FIG. Is implanted by an ion implantation method to form an implantation defect layer (implantation layer) 12 to obtain the diaphragm substrate 10.

【0021】ここで、打ち込み深さはイオンの加速エネ
ルギー、即ち、イオン注入エネルギーによって制御する
ことができる。なお、シリコンウエハ全面域に均一深さ
(一定の振動板厚さ)で欠陥層を設けるのが一般的であ
るが、注入マスク層を利用して深さ方向に多段階に注入
深さを変えて、振動板の板厚に分布を持たせることもで
きる。
Here, the implantation depth can be controlled by the ion acceleration energy, that is, the ion implantation energy. In general, a defect layer is provided at a uniform depth (constant diaphragm thickness) over the entire surface of a silicon wafer, but the implantation depth is changed in multiple steps in the depth direction using an implantation mask layer. Thus, the thickness of the diaphragm can be distributed.

【0022】また、ドーズ量は、後工程の剥離のための
アニール温度にも依存するが、概ね5×10E15〜1
0E19cm−2が好適であった。打ち込み深さは、1
μmの場合は80〜180KeV程度であった。これら
の条件は、所望の振動板板厚をそのばらつきによってそ
の組み合わせと数値の範囲を適宜変更すべきものであ
り、特に上記範囲に限定されるものではない。
Although the dose depends on the annealing temperature for peeling in a later step, it is generally 5 × 10E15 to 1 × 10E15
0E19 cm -2 was preferred. Driving depth is 1
In the case of μm, it was about 80 to 180 KeV. These conditions are to appropriately change the combination and the range of numerical values according to the variation of the desired diaphragm thickness, and are not particularly limited to the above ranges.

【0023】一方、同図(c)に示すように、ベース基
板となるシリコン基板13に熱酸化法などで酸化膜13
aを形成し、この酸化膜13aに凹部4を形成し、この
凹部4の底面に電極5を配設する。なお、電極5の表面
には振動板1との電気的ショートなどを防止するための
絶縁保護膜膜7を成膜する。
On the other hand, as shown in FIG. 1C, an oxide film 13 is formed on a silicon substrate 13 serving as a base substrate by a thermal oxidation method or the like.
a, a concave portion 4 is formed in the oxide film 13a, and an electrode 5 is provided on the bottom surface of the concave portion 4. Note that an insulating protective film 7 is formed on the surface of the electrode 5 to prevent an electrical short circuit with the diaphragm 1.

【0024】そして、このシリコン基板13上に振動板
用基板10をプレ接合する。すなわち、互いに境面に近
い平滑面を有する10、13基板の表面に−OH基付加
処理を行った後、両基板10、13を当接させると−O
H基間に水素結合が生じてプレ接合を実現することがで
きる。
Then, the diaphragm substrate 10 is pre-joined on the silicon substrate 13. That is, after performing the -OH group addition process on the surfaces of the substrates 10 and 13 having smooth surfaces close to each other, the substrates 10 and 13 are brought into contact with each other.
A hydrogen bond is generated between the H groups, and pre-joining can be realized.

【0025】さらに、この状態で400〜600℃のア
ニールを行う。これにより、注入によって形成されてい
る打ち込み欠陥層12に存在するマイクロキャビティー
が成長拡大し、振動板用基板10内に亀裂及び剥離が生
じる。このときの剥離点は、概ね水素イオン分布のピー
ク点に一致する。この段階で、振動板用基板13からの
シリコンの薄層である打ち込み欠陥層12が剥離されベ
ース基板となるシリコン基板13に転写されて打ち込み
層2となる。
Further, annealing at 400 to 600 ° C. is performed in this state. As a result, the microcavities existing in the implantation defect layer 12 formed by the implantation grow and expand, and cracks and separation occur in the diaphragm substrate 10. The separation point at this time substantially coincides with the peak point of the hydrogen ion distribution. At this stage, the implantation defect layer 12, which is a thin layer of silicon, from the diaphragm substrate 13 is peeled off and transferred to the silicon substrate 13 serving as the base substrate to form the implantation layer 2.

【0026】具体的に、ドーズ量:8×10E16、加
速電圧:150KeVで400nm厚の酸化膜マスク層
を介して水素イオンを注入した場合は約1.3μmに分
布のピークがあり、この基板をアニールし薄層振動板に
分離隔離した場合、厚さの中心値は約1.25μmで公
差は3σで5nmであった。
More specifically, when hydrogen ions are implanted through a 400 nm-thick oxide mask layer at a dose of 8 × 10E16 and an acceleration voltage of 150 KeV, a distribution peak appears at about 1.3 μm. When annealed and separated into a thin-layer diaphragm, the center value of the thickness was about 1.25 μm and the tolerance was 5 nm at 3σ.

【0027】そこで、1000℃以上の高温でアニール
することで、同図(d)に示すように、薄層の振動板1
を形成する転写された打ち込み層2がベース基板である
シリコン基板13に、より強固に接合されて、マイクロ
アクチュエータが完成する。
Then, by annealing at a high temperature of 1000 ° C. or more, as shown in FIG.
Is firmly bonded to the silicon substrate 13 as the base substrate to complete the microactuator.

【0028】このようにシリコン基板に軽元素を打ち込
んで形成した薄層の振動板では、従前のボロン拡散層に
よるエッチングストップ或いは貼り合せシリコン基板の
研磨によって形成した振動板に対して、次のような利点
がある。すなわち、振動板厚の精度は水素イオンの注
入精度のみに依存するため非常にばらつきが小さくな
り、量産対応でも±数%〜0.数%に維持することがで
きる。薄層振動板(打ち込み層)剥離/転写された残
りのシリコン基板は、表面を軽く研磨して鏡面にして、
再度水素イオンを注入すれば振動板用基板として再利用
が可能になり、シリコン基板の無駄が生じない。ボロ
ンをドープしないため基板に結晶欠陥が発生しない。
同じくボロンをドープしないため振動板に応力が発生し
ない。ばらつき因子が少なく管理が容易である。研
磨に付随する振動板の欠陥の発生がない。
In a thin-layer diaphragm formed by implanting a light element into a silicon substrate as described above, a diaphragm formed by polishing a conventional silicon substrate by etching stop by a boron diffusion layer or polishing the bonded silicon substrate is as follows. There are significant advantages. That is, since the accuracy of the vibration plate thickness depends only on the accuracy of hydrogen ion implantation, the variation is very small, and ± several% to 0.1% even in mass production. It can be maintained at a few percent. The remaining silicon substrate peeled / transferred from the thin-layer vibration plate (implanted layer) is lightly polished to a mirror surface,
If hydrogen ions are implanted again, it can be reused as a substrate for a diaphragm, and waste of the silicon substrate does not occur. Since boron is not doped, no crystal defects occur on the substrate.
Similarly, no stress is generated in the diaphragm because boron is not doped. There are few variation factors and management is easy. There is no occurrence of a defect of the diaphragm accompanying polishing.

【0029】次に、ベース基板としてパイレックスガラ
スなどのガラス基板を使用した場合について図3を参照
して説明する。先ず、振動板用基板10の作製までの工
程は上記シリコン基板をベース基板に用いる場合と同様
である。一方、ベース基板となるパイレックスガラス基
板23に凹部4を形成し、この凹部4の底面に電極5を
配設する。なお、電極5の表面には振動板1との電気的
ショートなどを防止するための絶縁保護膜膜7を成膜す
ることは同様である。
Next, a case where a glass substrate such as Pyrex glass is used as a base substrate will be described with reference to FIG. First, steps up to the production of the diaphragm substrate 10 are the same as those in the case where the silicon substrate is used as a base substrate. On the other hand, a concave portion 4 is formed in a Pyrex glass substrate 23 serving as a base substrate, and an electrode 5 is provided on the bottom surface of the concave portion 4. It is the same to form an insulating protective film 7 on the surface of the electrode 5 for preventing an electrical short-circuit with the diaphragm 1 or the like.

【0030】そこで、同図(c)に示すように、ベース
基板となるパイレックスガラス基板23と振動板用基板
10とを陽極接合で接合する。すなわち、振動板用基板
10とパイレックスガラス基板23と当接せしめ、約2
50℃〜400℃の加熱雰囲気下で、振動板用基板10
側を+電位に、パイレックスガラス基板23側を−電位
にし、約200Vから500V程度の電界を印加すと、
パイレックスガラス基板23中の可動イオンが移動し両
基板10、23間に大きな静電圧力がかかる。更に、ガ
ラス中の酸素イオンが+方向、すなわち、振動板用基板
10側に移動してSiと結合し両基板10、23の接合
が完了する。
Then, as shown in FIG. 1C, the Pyrex glass substrate 23 serving as a base substrate and the diaphragm substrate 10 are bonded by anodic bonding. That is, the diaphragm substrate 10 is brought into contact with the Pyrex glass substrate 23,
In a heating atmosphere at 50 ° C. to 400 ° C., the vibration
When the electric field of about 200 V to about 500 V is applied by setting the side to the + potential and setting the Pyrex glass substrate 23 side to the − potential,
The movable ions in the Pyrex glass substrate 23 move, and a large electrostatic pressure is applied between the substrates 10 and 23. Further, the oxygen ions in the glass move in the + direction, that is, toward the side of the diaphragm substrate 10 and bond with Si, whereby the bonding of the two substrates 10 and 23 is completed.

【0031】なお、ガラスの材質に関しては、シリコン
と熱膨張率の差が少なく、絶縁耐圧がある程度あり、か
つ、可動イオン存在していれば、特にパイレックスガラ
スに限定されるものではない。また、シリコン同士の接
合の場合でも、両基板の間にパイレックスガラスと同じ
機能を有する薄膜を介在せしめることによって陽極接合
させることが可能である。
The glass material is not particularly limited to Pyrex glass as long as it has a small difference in thermal expansion coefficient from silicon, has a certain withstand voltage, and has mobile ions. Also, in the case of bonding silicon, anodic bonding can be achieved by interposing a thin film having the same function as Pyrex glass between the two substrates.

【0032】その後、接合された振動板用基板10に4
00〜600℃のアニールを行うことで、前述したと同
様に振動板用基板10内に亀裂及び剥離が生じシリコン
の薄層である打ち込み欠陥層12がパイレックスガラス
基板23側に剥離転写されて、同図(d)に示すように
パイレックスガラス基板23に振動板1を形成する打ち
込み層2が接合される。
After that, 4
By performing the annealing at 00 to 600 ° C., cracks and separation occur in the diaphragm substrate 10 as described above, and the implantation defect layer 12 which is a thin layer of silicon is separated and transferred to the Pyrex glass substrate 23 side, As shown in FIG. 3D, the implanted layer 2 forming the diaphragm 1 is joined to the Pyrex glass substrate 23.

【0033】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
について図4以降を参照して説明する。図4は本発明に
係る静電型インクジェットヘッドの分解斜視説明図、図
5は同ヘッドのノズル板を透過状態で示す上面説明図、
図6は同ヘッドの振動板長手方向に沿う模式的断面説明
図、図7は同ヘッドの振動板短手方向に沿う模式的断面
説明図である。
Next, the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIG. 4 is an exploded perspective view of the electrostatic inkjet head according to the present invention, FIG. 5 is a top view showing a nozzle plate of the head in a transparent state,
FIG. 6 is a schematic cross-sectional explanatory view of the head along the diaphragm longitudinal direction, and FIG. 7 is a schematic cross-sectional explanatory view of the head along the diaphragm short direction.

【0034】このインクジェットヘッドは、流路基板4
1と、この流路基板41の下面に設けた振動板42と、
振動板42の下側に設けた電極基板43と、流路基板4
1の上側に設けたノズル板44とを重ねて接合した積層
構造体であり、これらにより、複数のノズル45、各ノ
ズル45が連通するインク流路である吐出室46、吐出
室46に流体抵抗部47を介して連通する共通インク室
48などを形成している。
This ink jet head is provided with a flow path substrate 4
1, a diaphragm 42 provided on the lower surface of the flow path substrate 41,
An electrode substrate 43 provided below the diaphragm 42;
1 is a laminated structure in which a nozzle plate 44 provided on the upper side of the nozzle 1 is overlapped and joined, and a plurality of nozzles 45, a discharge chamber 46 which is an ink flow path communicating with each nozzle 45, and a fluid resistance A common ink chamber 48 and the like that communicate with each other via the portion 47 are formed.

【0035】流路基板41には単結晶シリコン基板を用
いて複数の吐出室46及び共通インク室48を形成する
凹部を形成している。この流路基板41の下面に、吐出
室46の底面である壁面を形成するシリコン基板に水素
イオンなどの軽元素を打ち込んだ打ち込み層50から形
成した振動板42を設けている。
In the flow path substrate 41, a recess for forming a plurality of ejection chambers 46 and a common ink chamber 48 is formed using a single crystal silicon substrate. On the lower surface of the flow path substrate 41, there is provided a vibration plate 42 formed from an implantation layer 50 in which a light element such as hydrogen ions is implanted into a silicon substrate forming a wall surface which is a bottom surface of the discharge chamber 46.

【0036】電極基板43には、凹部54を形成して、
この凹部54の底面に振動板42に所定のギャップ46
を置いて対向する第二電極である電極55を形成し、こ
の電極55と振動板42によって、振動板42を変位さ
せて吐出室46の内容積を変化させるマイクロアクチュ
エータを構成している。この電極基板43の電極55上
には振動板42との接触時にショートにより電極55が
破損するのを防止するため、例えばシリコン酸化膜など
の絶縁層57を薄く成膜している。更に、電極55を電
極基板43の端部付近まで引き出し部55aを介して延
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55bを形成している。
A recess 54 is formed in the electrode substrate 43,
A predetermined gap 46 is formed between the diaphragm 42 and the bottom surface of the recess 54.
The electrode 55 which is the second electrode facing the electrode is formed, and the electrode 55 and the vibration plate 42 constitute a microactuator that displaces the vibration plate 42 to change the internal volume of the discharge chamber 46. On the electrode 55 of the electrode substrate 43, a thin insulating layer 57 such as a silicon oxide film is formed on the electrode 55 in order to prevent the electrode 55 from being damaged by a short circuit at the time of contact with the diaphragm 42. Further, the electrode 55 is extended to near the end of the electrode substrate 43 via a lead-out portion 55a, and an electrode pad portion 55b for connecting to an external drive circuit via a connection means is formed.

【0037】この電極基板43は、結晶面方位(10
0)のシリコン基板を用いて、このシリコン基板に熱酸
化法で熱酸化膜43aを形成し、HF水溶液などでエッ
チングにより電極形成用溝54を形成し、この溝44に
窒化チタン(TiN)などの高耐熱性を有する電極材料
をスパッタ、CVD、蒸着などの成膜技術で所望の厚さ
に成膜し、その後、この窒化チタン膜をパターニングし
て電極55を形成したものである。
The electrode substrate 43 has a crystal plane orientation (10
Using the silicon substrate 0), a thermal oxide film 43a is formed on the silicon substrate by a thermal oxidation method, an electrode forming groove 54 is formed by etching with an HF aqueous solution or the like, and titanium nitride (TiN) or the like is formed in the groove 44. The electrode material having high heat resistance is formed to a desired thickness by a film forming technique such as sputtering, CVD, or vapor deposition, and then, the titanium nitride film is patterned to form the electrode 55.

【0038】電極基板43の電極55の材料としては、
TiNを用いているが、この他、通常半導体素子の形成
プロセスで一般的に用いられるAl、Cr、Ni等の金
属材料や、Ti、W等の高融点金属、または不純物によ
り低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることも
できる。
As a material of the electrode 55 of the electrode substrate 43,
Although TiN is used, a metal material such as Al, Cr, and Ni that is generally used in a process of forming a semiconductor element, a high-melting metal such as Ti and W, or a metal whose resistance is reduced by impurities is also used. A crystalline silicon material or the like can also be used.

【0039】これらの流路基板41(正確には振動板4
2)と電極基板43とは、電極基板43をシリコン基板
で形成しているので場合、酸化膜を介した直接接合法で
接合している。なお、電極基板43をパイレックスガラ
スなどのガラス基板で形成した場合には陽極接合で、或
いは電極基板43をシリコン基板で形成してパイレック
スガラスを介した陽極接合で、若しくは、電極基板43
をシリコン基板で形成して金等のバインダーを接合面に
介在させた共晶接合で接合することもできる。
The flow path substrate 41 (more precisely, the diaphragm 4
Since the electrode substrate 43 is formed of a silicon substrate, the electrode substrate 43 is bonded to the electrode substrate 43 by a direct bonding method via an oxide film. When the electrode substrate 43 is formed of a glass substrate such as Pyrex glass, the electrode substrate 43 is formed of a silicon substrate and formed by anodic bonding via Pyrex glass.
May be formed on a silicon substrate, and bonded by eutectic bonding in which a binder such as gold is interposed on the bonding surface.

【0040】ノズル板44は多数のノズル45を形成す
るとともに、共通インク室48と吐出室46とを連通す
る流体抵抗部47となる溝及び共通インク室48に外部
からインクを供給するためのインク供給口59を形成
し、また、吐出面には撥水処理を施している。このノズ
ル板44としては、例えば、Ni電鋳工法で製作しため
っき膜、シリコン基板、SUSなどの金属、樹脂とジル
コニアなどの金属層の複層構造のものなども用いること
ができる。ここでは、ノズル板44は流路基板41に接
着剤にて接合している。
The nozzle plate 44 forms a large number of nozzles 45, and serves as a groove serving as a fluid resistance portion 47 that connects the common ink chamber 48 and the discharge chamber 46, and ink for supplying ink to the common ink chamber 48 from outside. The supply port 59 is formed, and the ejection surface is subjected to a water-repellent treatment. As the nozzle plate 44, for example, a plated film manufactured by a Ni electroforming method, a silicon substrate, a metal such as SUS, or a multilayer structure of a resin and a metal layer such as zirconia can be used. Here, the nozzle plate 44 is bonded to the flow path substrate 41 with an adhesive.

【0041】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板42をGNDとして、第1電極を兼ねた振動板42
と第2電極である電極55の間に例えば10〜35Vの
パルス電位を印加することで、電極55がプラス電位に
帯電して、振動板42の表面にマイナス電荷が誘起さ
れ、電極間(振動板42と電極55との間)の静電引力
で振動板42が電極55側に当接するまで変形し、吐出
室46内にインクが充填される。続いて、電極55の電
圧印加をOFFにすると、電極間に蓄積された電荷の放
電に伴ない振動板42が吐出室46側に復元する。その
際、吐出室46内に急激な体積変化/圧力変化が生じ、
充填されたインクがノズル45よりインク滴として吐出
される。
In this ink jet head, the vibration plate 42 is set to GND, and the vibration plate 42 serving also as the first electrode is used.
By applying a pulse potential of, for example, 10 to 35 V between the electrode 55 and the second electrode 55, the electrode 55 is charged to a positive potential, and a negative charge is induced on the surface of the diaphragm 42. The diaphragm 42 is deformed by the electrostatic attraction between the plate 42 and the electrode 55) until the diaphragm 42 comes into contact with the electrode 55, and the discharge chamber 46 is filled with ink. Subsequently, when the voltage application to the electrode 55 is turned off, the diaphragm 42 is restored to the discharge chamber 46 side due to the discharge of the electric charge accumulated between the electrodes. At that time, a rapid volume change / pressure change occurs in the discharge chamber 46,
The filled ink is ejected from the nozzle 45 as an ink droplet.

【0042】ここで、振動板42はシリコン基板に予め
軽元素イオンを打ち込んだ打ち込み層50で形成してい
るので、前述したように振動板厚みのばらつきが低減
し、これにより安定したインク滴吐出動作を行うことが
できて、インク滴吐出特性のバラツキも低減して、高品
質の画像を記録することができるようになる。
Here, since the vibration plate 42 is formed of the implantation layer 50 in which light element ions have been previously implanted into the silicon substrate, the variation in the thickness of the vibration plate is reduced as described above. The operation can be performed, the variation in the ink droplet ejection characteristics can be reduced, and a high-quality image can be recorded.

【0043】次に、このインクジェットヘッドを製造す
る本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法につい
て図8を参照して説明する。先ず、同図(a)に示すよ
うに、結晶面方位(111)の第1シリコン基板61に
水素イオンを注入して欠陥層62を形成して振動板用基
板60を得る。なお、ここでは、ドーズ量:5×10E
16、加速電圧:130Kevで350nm厚の酸化膜
マスク層を介して水素イオンを注入した。この条件下で
は、深さ約1.2μmに分布のピークがあった。
Next, a method of manufacturing the inkjet head according to the present invention for manufacturing the inkjet head will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, hydrogen ions are implanted into a first silicon substrate 61 having a crystal plane orientation (111) to form a defect layer 62, and a diaphragm substrate 60 is obtained. Here, the dose amount is 5 × 10E.
16. Hydrogen ions were implanted at an acceleration voltage of 130 KeV through a 350 nm thick oxide mask layer. Under these conditions, there was a distribution peak at a depth of about 1.2 μm.

【0044】そして、同図(b)に示すように、流路基
板41となる結晶面方位(110)又は(100)の第2
シリコン基板65を室温でプレ接合せしめた後、約50
0℃の熱処理を加えたところ、同図(c)に示すよう
に、振動板用基板60から打ち込み欠陥層62が第2シ
リコン基板65側に分離/転写された。このときの転写
後の欠陥層62の厚さは約1.1μmであった。これを
に、1000℃以上の高温でアニールすることで、転写
された欠陥層62がシリコン基板65とより強固に接合
した。
Then, as shown in FIG. 4B, the second crystal plane orientation (110) or (100) serving as the flow path substrate 41 is obtained.
After pre-joining the silicon substrate 65 at room temperature, about 50
When a heat treatment at 0 ° C. was applied, the implantation defect layer 62 was separated / transferred from the diaphragm substrate 60 to the second silicon substrate 65 side, as shown in FIG. At this time, the thickness of the defect layer 62 after the transfer was about 1.1 μm. This was annealed at a high temperature of 1000 ° C. or more, so that the transferred defect layer 62 was more firmly joined to the silicon substrate 65.

【0045】そこで、同図(d)に示すように、シリコ
ン基板65に図示しない所望の形状のエッチングマスク
層を形成した後に、(110)面側からKOHによる異
方性エッチングを行い、(111)面でエッチングスト
ップすることで振動板42及び吐出室46となる凹部を
有する流路基板41を形成した。このときのエッチング
条件は、KOH13wt%、80℃であった。
Therefore, as shown in FIG. 4D, after an etching mask layer having a desired shape (not shown) is formed on the silicon substrate 65, anisotropic etching with KOH is performed from the (110) plane side to form (111). The flow path substrate 41 having the vibration plate 42 and the concave portion serving as the discharge chamber 46 was formed by stopping the etching on the surface. The etching conditions at this time were KOH 13 wt% and 80 ° C.

【0046】一方、同図(e)に示すように、電極基板
43となる結晶面方位(100)のシリコン基板の全面
を熱酸化して約1.5μの熱酸化膜43aを形成した。
そして、熱酸化膜43aを所定形状に深さ約0.5μに
エッチングして電極形成用溝54を形成した。エッチャ
ントはBHFで室温で行った。この電極形成用溝54の
底面にTiNをスパッタにて0.1μ厚に成膜しドライ
エッチングによって電極形状にパターン化して電極55
を形成した。なお、電極材料としては特にTiNに限定
されることはなく、高融点の金属、たとえば、Ta、
W、Nb等でもさしつかえない。
On the other hand, as shown in FIG. 5E, the entire surface of the silicon substrate having the crystal plane orientation (100) to be the electrode substrate 43 was thermally oxidized to form a thermal oxide film 43a of about 1.5 μm.
Then, the thermal oxide film 43a was etched into a predetermined shape to a depth of about 0.5 μ to form an electrode forming groove 54. The etchant was performed in BHF at room temperature. A 0.1 μm thick TiN film is formed on the bottom surface of the electrode forming groove 54 by sputtering, and is patterned into an electrode shape by dry etching to form an electrode 55.
Was formed. The electrode material is not particularly limited to TiN, but may be a high melting point metal such as Ta,
Even W, Nb, etc. can be used.

【0047】更に、その上にP−CVDにてSiO
約0.15μmの厚さに成膜し、ドライエッチングによ
ってパターン化して絶縁膜57を形成した。絶縁膜57
は振動板42と対向電極55とが電気的に短絡すること
を防止するために設けられており、振動板42側に、又
は振動板42側にも形成することもできる。
Further, an SiO 2 film was formed thereon to a thickness of about 0.15 μm by P-CVD, and was patterned by dry etching to form an insulating film 57. Insulating film 57
Is provided to prevent the diaphragm 42 and the counter electrode 55 from being electrically short-circuited, and may be formed on the diaphragm 42 side or on the diaphragm 42 side.

【0048】そして、この電極基板43に振動板42及
び吐出室46等を形成した流路基板41を直接接合して
一体化した。最後に、同図(f)に示すように、ノズル
45及び流体抵抗部47を形成したノズル板45を流路
基板41上にエポキシ樹脂で接着接合してヘッドが完成
する。
Then, the flow path substrate 41 in which the vibration plate 42 and the discharge chamber 46 and the like were formed was directly joined to the electrode substrate 43 to be integrated. Finally, as shown in FIG. 6F, the nozzle plate 45 having the nozzles 45 and the fluid resistance portions 47 formed thereon is bonded to the flow path substrate 41 with an epoxy resin to complete the head.

【0049】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の製造方法の他の例について図9を参照して説明する。
先ず、同図(a)に示すように、結晶面方位(100)
のシリコン基板71に水素イオンを注入して欠陥層72
を形成して振動板用基板70を得る。なお、ここでは、
ドーズ量:8×10E16、加速電圧:170Kevで
250nm厚の酸化膜マスク層を介して水素イオンを注
入した。この条件下では、深さ約2.3μmに分布のピ
ークがあった。
Next, another example of the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG.
Implanting hydrogen ions into the silicon substrate 71 of FIG.
Is formed to obtain the diaphragm substrate 70. Here,
Hydrogen ions were implanted through an oxide mask layer having a thickness of 250 nm at a dose of 8 × 10E16 and an acceleration voltage of 170 Kev. Under these conditions, there was a distribution peak at a depth of about 2.3 μm.

【0050】一方、同図(b)に示すように、電極基板
43となるパイレックスガラス(具体的には#774
0)を使用して、これにウエットエッチングで深さ0.
45μmの電極形成用溝54を形成した。エッチャント
はBHFで室温で行った。この電極形成用溝54の底面
にTiNをスパッタにて0.1μ厚に成膜しドライエッ
チングによって電極形状にパターン化して電極55を形
成した。更に、その上にスパッタでTaを約0.
1μmの厚さに成膜し、ドライエッチングによってパタ
ーン化して絶縁膜57を形成した。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, Pyrex glass (specifically, # 774
0) and wet etching to a depth of 0.
A 45 μm electrode forming groove 54 was formed. The etchant was performed in BHF at room temperature. An electrode 55 was formed by depositing TiN to a thickness of 0.1 μm on the bottom surface of the electrode forming groove 54 by sputtering and patterning it into an electrode shape by dry etching. Further, Ta 2 O 5 is sputtered thereon to about 0.
A film was formed to a thickness of 1 μm and patterned by dry etching to form an insulating film 57.

【0051】そして、この電極基板43上に振動板用基
板70を陽極接合にて接合した。電圧は約400V、加
熱は330℃でN中で行った。この陽極接合が終了し
た後に、全体をN2中で約430℃、30分間アニール
することで、同図(c)に示すように振動板用基板70
から欠陥層72が分離(剥離)して、電極基板43上に
欠陥層72からなる振動板42が形成される。最後に、
同図(d)に示すように、振動板43上に異方性エッチ
ングとドライエッチングで吐出部46及びノズル45を
一体形成したシリコン基板75を接着剤にて接合して、
インクジェットヘッドを完成する。
Then, a diaphragm substrate 70 was bonded to the electrode substrate 43 by anodic bonding. The voltage was about 400 V and the heating was at 330 ° C. in N 2 . After the anodic bonding is completed, the whole is annealed at about 430 ° C. for 30 minutes in N 2 , thereby forming the diaphragm substrate 70 as shown in FIG.
The vibration layer 42 made of the defect layer 72 is formed on the electrode substrate 43 by separating (peeling) the defect layer 72. Finally,
As shown in FIG. 6D, a silicon substrate 75 integrally formed with the ejection part 46 and the nozzle 45 on the vibration plate 43 by anisotropic etching and dry etching is bonded with an adhesive.
Complete the inkjet head.

【0052】なお、上記実施形態においては、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、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。さらに、インクジェットヘッドだけでなく
液体レジスト等を吐出させるインクジェットヘッドなど
にも適用できる。
In the above embodiment, the present invention is applied to the ink jet head of the side shooter type in which the diaphragm displacement direction and the ink droplet ejection direction are the same, but the diaphragm displacement direction is orthogonal to the ink droplet ejection direction. The present invention can be similarly applied to an edge shooter type inkjet head. Further, the present invention can be applied not only to an inkjet head but also to an inkjet head that discharges a liquid resist or the like.

【0053】また、本発明に係るマイクロアクチュエー
タは、上述したインクジェットヘッド以外にも、マイク
ロポンプ、マイクロスイッチ(マイクロリレー)、マル
チ光学レンズのアクチュエータ(マイクロミラー)、マ
イクロ流量計、圧力センサなどにも同様に適用すること
ができる。
The microactuator according to the present invention can be applied to a micropump, a microswitch (microrelay), a multi-optical lens actuator (micromirror), a micro flow meter, a pressure sensor, etc., in addition to the above-described ink jet head. The same can be applied.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマイ
クロアクチュエータによれば、振動板はシリコン基板に
軽元素を打ち込んだ層で形成されている構成としたの
で、振動板厚さのバラツキが低減し、低コスト化を図
れ、信頼性が向上する。
As described above, according to the microactuator according to the present invention, since the diaphragm is formed of a layer in which a light element is implanted into a silicon substrate, the thickness of the diaphragm varies. The cost can be reduced, the cost can be reduced, and the reliability can be improved.

【0055】ここで、振動板に対向する電極を有し、振
動板を静電力で変形させることで、小型の動作信頼性に
優れた静電型マイクロアクチュエータを得ることができ
る。
Here, a small electrostatic microactuator having excellent operation reliability can be obtained by having an electrode facing the diaphragm and deforming the diaphragm with electrostatic force.

【0056】本発明に係るマイクロアクチュエータの製
造方法によれば、本発明に係るマイクロアクチュエータ
を製造する製造方法であって、シリコン基板に予め軽元
素を打ち込んだ層を形成して、このシリコン基板の軽元
素を打ち込んだ層をベース基板に接合した後、熱処理を
加えて、軽元素を打ち込んだ層をベース基板に剥離転写
する構成としたので、振動板厚さのバラツキが少なく、
低コスト化を図れ、信頼性が向上したマイクロアクチュ
エータを得ることができる。
According to the method for manufacturing a microactuator according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a microactuator according to the present invention, wherein a layer in which a light element is implanted in advance is formed on a silicon substrate. After joining the light element-implanted layer to the base substrate, heat treatment is applied, and the light element-implanted layer is peeled and transferred to the base substrate, so there is little variation in the diaphragm thickness.
A microactuator with reduced cost and improved reliability can be obtained.

【0057】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通す
る吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板と、こ
の振動板を変形させる駆動手段とを備え、振動板はシリ
コン基板に軽元素を打ち込んだ層で形成されている構成
としたので、振動板厚さのバラツキが低減して、インク
滴吐出特性が向上し、更に低コスト化を図れる。
According to the ink jet head of the present invention, a nozzle for discharging ink droplets, a discharge chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the discharge chamber, and a driving means for deforming the diaphragm The diaphragm is made of a layer in which a light element is implanted into a silicon substrate.Thus, variations in the thickness of the diaphragm are reduced, ink droplet ejection characteristics are improved, and costs are further reduced. I can do it.

【0058】ここで、駆動手段は振動板に対向する電極
とすることにより、ヘッドの高密度化、小型化を図るこ
とができる。また、振動板はベース基板に接合され、こ
のベース基板はシリコン基板からなることで、加工性が
向上し、低コスト化を図れる。或いは、振動板はベース
基板に接合され、このベース基板はガラス基板からなる
ことで、比較的低温で作製することができて、材料選択
の余地が広がる。
Here, when the driving means is an electrode facing the diaphragm, the density and size of the head can be reduced. Further, the diaphragm is bonded to a base substrate, and since the base substrate is made of a silicon substrate, workability is improved and cost can be reduced. Alternatively, the diaphragm is bonded to a base substrate, and since the base substrate is formed of a glass substrate, it can be manufactured at a relatively low temperature, so that there is more room for material selection.

【0059】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法によれば、本発明に係るインクジェットヘッドを製
造する製造方法であって、第1シリコン基板に予め軽元
素を打ち込んだ層を形成して、この第1シリコン基板の
軽元素を打ち込んだ層を第2シリコン基板に接合した
後、熱処理を加えて、軽元素を打ち込んだ層を第2シリ
コン基板に剥離転写し、次いで第2シリコン基板をエッ
チングして振動板及び吐出室を形成する構成としたの
で、低コスト化、高密度化、小型化を図れる。
According to the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, there is provided a method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, wherein a layer in which a light element is implanted in advance on a first silicon substrate is formed. After bonding the light element-implanted layer of the 1 silicon substrate to the second silicon substrate, heat treatment is applied to peel and transfer the light element-implanted layer to the second silicon substrate, and then etch the second silicon substrate. Since the diaphragm and the discharge chamber are formed, the cost, the density, and the size can be reduced.

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

【図1】本発明に係るマイクロアクチュエータを説明す
る断面説明図
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view illustrating a microactuator according to the present invention.

【図2】同マイクロアクチュエータを製造する本発明に
係る製造方法の一例を説明する工程図
FIG. 2 is a process diagram illustrating an example of a manufacturing method according to the present invention for manufacturing the microactuator.

【図3】同マイクロアクチュエータを製造する本発明に
係る製造方法の他の例を説明する工程図
FIG. 3 is a process chart for explaining another example of the manufacturing method according to the present invention for manufacturing the microactuator.

【図4】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示
す分解斜視説明図
FIG. 4 is an exploded perspective view showing an example of an inkjet head according to the present invention.

【図5】同ヘッドのノズル板を透過状態で示す上面図FIG. 5 is a top view showing the nozzle plate of the head in a transmission state.

【図6】同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the diaphragm.

【図7】同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of the head taken along the transverse direction of the diaphragm.

【図8】同インクジェットヘッドを製造する本発明に係
る製造方法の一例を説明する説明図
FIG. 8 is an explanatory view illustrating an example of a manufacturing method according to the present invention for manufacturing the inkjet head.

【図9】同インクジェットヘッドを製造する本発明に係
る製造方法の他の例を説明する説明図
FIG. 9 is an explanatory view illustrating another example of the manufacturing method according to the present invention for manufacturing the inkjet head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…振動板、2…打ち込み層、3…ベース基板、5…電
極、41…流路基板、42…振動板、43…電極基板、
44…ノズル板、46…吐出室、48…共通インク
室、、54…凹部、55…電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibration plate, 2 ... Implanted layer, 3 ... Base substrate, 5 ... Electrode, 41 ... Flow path substrate, 42 ... Vibration plate, 43 ... Electrode substrate,
44: nozzle plate, 46: discharge chamber, 48: common ink chamber, 54: recess, 55: electrode.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動板を可動部分とするマイクロアクチ
ュエータにおいて、前記振動板はシリコン基板に軽元素
を打ち込んだ層で形成されていることを特徴とするマイ
クロアクチュエータ。
1. A microactuator having a diaphragm as a movable portion, wherein the diaphragm is formed of a layer obtained by implanting a light element into a silicon substrate.
【請求項2】 請求項1に記載のマイクロアクチュエー
タにおいて、前記振動板に対向する電極を有し、前記振
動板を静電力で変形させることを特徴とするマイクロア
クチュエータ。
2. The microactuator according to claim 1, further comprising an electrode facing the diaphragm, wherein the diaphragm is deformed by electrostatic force.
【請求項3】 請求項1又は2に記載のマイクロアクチ
ュエータを製造する製造方法であって、シリコン基板に
予め軽元素を打ち込んだ層を形成して、このシリコン基
板の軽元素を打ち込んだ層をベース基板に接合した後、
熱処理を加えて、前記軽元素を打ち込んだ層を前記ベー
ス基板に剥離転写することを特徴とするマイクロアクチ
ュエータの製造方法。
3. A method for manufacturing a microactuator according to claim 1, wherein a layer in which a light element is implanted in advance is formed on a silicon substrate, and the layer in which the light element is implanted is formed on the silicon substrate. After bonding to the base substrate,
A method for manufacturing a microactuator, comprising: applying a heat treatment to peel and transfer the light-element-implanted layer to the base substrate.
【請求項4】 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と、この吐出室の壁面を形成する振
動板と、この振動板を変形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、前記振動板はシリコン基
板に軽元素を打ち込んだ層で形成されていることを特徴
とするインクジェットヘッド。
4. An ink jet head comprising: a nozzle for discharging ink droplets; a discharge chamber communicating with the nozzle; a diaphragm forming a wall surface of the discharge chamber; and a driving unit for deforming the diaphragm. An ink jet head, wherein the vibration plate is formed of a layer obtained by implanting a light element into a silicon substrate.
【請求項5】 請求項4に記載のインクジェットヘッド
において、前記駆動手段は前記振動板に対向する電極で
あることを特徴とするインクジェットヘッド。
5. The ink jet head according to claim 4, wherein said driving means is an electrode facing said diaphragm.
【請求項6】 請求項4又は5に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記振動板はベース基板に接合され、
このベース基板はシリコン基板からなることを特徴とす
るインクジェットヘッド。
6. The ink jet head according to claim 4, wherein the diaphragm is joined to a base substrate,
The ink jet head, wherein the base substrate is made of a silicon substrate.
【請求項7】 請求項4又は5に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記振動板はベース基板に接合され、
このベース基板はガラス基板からなることを特徴とする
インクジェットヘッド。
7. The ink jet head according to claim 4, wherein the diaphragm is joined to a base substrate,
The ink jet head, wherein the base substrate is made of a glass substrate.
【請求項8】 請求項4乃至7のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドを製造する製造方法であって、第1シ
リコン基板に予め軽元素を打ち込んだ層を形成して、こ
の第1シリコン基板の軽元素を打ち込んだ層を第2シリ
コン基板に接合した後、熱処理を加えて、前記軽元素を
打ち込んだ層を前記第2シリコン基板に剥離転写し、次
いで前記第2シリコン基板をエッチングして前記振動板
及び吐出室を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。
8. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 4, wherein a layer in which a light element is implanted in advance is formed on the first silicon substrate. After joining the layer into which the light element is implanted to the second silicon substrate, a heat treatment is applied, the layer into which the light element is implanted is peeled and transferred to the second silicon substrate, and then the second silicon substrate is etched by etching. A method for manufacturing an ink jet head, comprising forming a diaphragm and a discharge chamber.
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