JP2006205572A - Manufacturing method for three-dimensional hollow structure, and manufacturing method for liquid ejection head - Google Patents

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清明 小川
Tetsuro Fukui
哲朗 福井
Katsumi Aoki
活水 青木
Makoto Kurotobi
誠 黒飛
Hirokazu Komuro
博和 小室
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a three-dimensional structure, which enables a shape of a hollow area to be arbitrarily designed. <P>SOLUTION: This method for manufacturing the three-dimensional hollow structure comprises at least a step of partially forming a porous area in a silicon substrate, a step of forming a silicon layer on the substrate forming the porous area and of partially forming the porous area in the silicon layer, and a step of forming a hollow area by removing the porous area by etching. The method for manufacturing the three-dimensional hollow structure is used for the manufacture of the an ejection head of an inkjet recording apparatus with good positional accuracy, excellent in heat resistance and durability by virtue of the absence of a joint. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等に応用され得るシリコン(以下、「Si」という)基体の加工方法、特に、三次元形状を任意に設計できる中空領域を有するSiから成る三次元中空構造体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for processing a silicon (hereinafter referred to as “Si”) substrate that can be applied to a semiconductor element, a light-transmitting substrate, a microelectromechanical mechanism, and the like, in particular, a Si having a hollow region in which a three-dimensional shape can be arbitrarily designed. The present invention relates to a method for producing a three-dimensional hollow structure.

また、本発明は、インクジェット記録装置の液体吐出ヘッド(以下、「吐出ヘッド」という)の製造方法において、各種の吐出方法に対応可能な吐出ヘッドの製造方法、特に、吐出ヘッドの筐体部等に接合部分を有さず、かつSi材料の一体基板を用いて作製された吐出ヘッドの製造方法に関する。   In addition, the present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head (hereinafter referred to as “discharge head”) of an ink jet recording apparatus, and a method for manufacturing a discharge head that is compatible with various discharge methods. The present invention relates to a method for manufacturing a discharge head that has no joint portion and is manufactured using an integrated substrate of Si material.

上記Si基体としては、直下に支持体のない無支持薄層構造を有するSi基体が提案されており、その加工方法としては、非多孔質Siの表面又は表面裏面とも部分的に多孔質を形成し、表面から裏面まで多孔質化し、その前後で薄層を形成後多孔質をエッチング除去して空洞を形成する方法が提案されている。また、部分的に多孔質を形成する方法として、部分的にマスクで覆い、露出した部分を多孔質化する方法、部分的に高抵抗化し、露出した低抵抗部分を多孔質化する方法が提案されている(下記特許文献1参照)。   As the Si substrate, a Si substrate having an unsupported thin layer structure without a support directly underneath has been proposed, and as a processing method thereof, a porous material is partially formed on the surface or back surface of non-porous Si. Then, a method has been proposed in which a void is formed by forming a porous layer from the front surface to the back surface, forming a thin layer before and after that, and then removing the porous material by etching. In addition, as a method of partially forming a porous structure, a method of partially covering with a mask and making the exposed portion porous is proposed, and a method of partially increasing the resistance and making the exposed low resistance portion porous. (See Patent Document 1 below).

図18は、特許文献1におけるSi基体及びその加工方法を示す図である。   FIG. 18 is a diagram showing a Si substrate and a processing method thereof in Patent Document 1.

図18において、非多孔質Siの表面裏面とも部分的にマスクで覆い、露出した部分を表面から裏面まで多孔質化し、その後薄層として作用し、かつ最終的に無支持薄層となり得る層を形成している。   In FIG. 18, the front and back surfaces of the non-porous Si are partially covered with a mask, the exposed portion is made porous from the front surface to the back surface, and then acts as a thin layer and can finally become an unsupported thin layer. Forming.

すなわち、非多孔質Si基板201の表面裏面ともマスク202で覆い、部分的に窓をあける((a))。ここで、マスクとして、フッ酸に対して耐性の強いポリイミド膜、アピエゾンワックス、高抵抗のエピタキシャル膜や高抵抗の非エピタキシャル堆積膜などが用いられる。次に、露出した部分を表面から裏面まで多孔質化し多孔質Si領域203とする((b))。その後、マスク12を剥離し((c))、どちらか一方の面に、最終的に無支持薄層となり得る薄層204を形成する((d))。次に、多孔質Si領域203を化学エッチングして除去する((e))。このように、非多孔質Si基板201を部分的に1ケ所以上、直下に支持体のない薄層204を片面に残して、穴を開けることができる。   That is, the front and back surfaces of the non-porous Si substrate 201 are covered with the mask 202, and a window is partially opened ((a)). Here, a polyimide film, apizone wax, a high-resistance epitaxial film, a high-resistance non-epitaxial deposition film, or the like that is highly resistant to hydrofluoric acid is used as the mask. Next, the exposed portion is made porous from the front surface to the back surface to form a porous Si region 203 ((b)). Thereafter, the mask 12 is peeled off ((c)), and a thin layer 204 that can finally become an unsupported thin layer is formed on either side ((d)). Next, the porous Si region 203 is removed by chemical etching ((e)). In this way, it is possible to make a hole by leaving the non-porous Si substrate 201 partially in one or more places, leaving a thin layer 204 without a support directly on one side.

一方、近年、パソコンなどの印刷装置としてインクジェット記録装置を用いたプリンタは、印字性能が良く取り扱いが簡単で、かつ低コストなどの理由から広く普及している。このインクジェット記録装置には、熱エネルギによってインク等の記録液中に気泡を発生させ、その気泡による圧力波により液滴を吐出させるもの、静電力により液滴を吐出させるもの、圧電素子のような振動子による圧力波を利用して液滴を吐出させるもの等、種々の方式がある。   On the other hand, in recent years, printers using an ink jet recording apparatus as a printing apparatus such as a personal computer are widely used for reasons such as good printing performance, easy handling, and low cost. In this ink jet recording apparatus, a bubble is generated in a recording liquid such as ink by thermal energy, and a droplet is discharged by a pressure wave due to the bubble, a droplet is discharged by an electrostatic force, a piezoelectric element, etc. There are various methods such as a method of ejecting droplets using pressure waves generated by a vibrator.

一般に、圧電素子を用いたものは、例えば、共通液室に液体供給路を介して連通した個別液室とその個別液室に連通した吐出口とを備え、その個別液室に圧電素子が接合された振動板が設けられて構成されたd31モードの吐出ヘッドがある。このような構成において、圧電素子に所定の電圧を印加して圧電素子を伸縮させることにより、撓み変位を起こさせて圧力室内の記録液を圧縮することにより吐出口から液滴を吐出させる。また、d33モードあるいはd31モードとして圧電体膜の厚み方向の変位を利用したピストンモードの吐出ヘッドや、シェアモードとして知られるd15モードを利用した圧電型吐出ヘッドがある。 In general, a device using a piezoelectric element includes, for example, an individual liquid chamber that communicates with a common liquid chamber via a liquid supply path, and a discharge port that communicates with the individual liquid chamber. There is a d 31- mode ejection head that is provided with the above-described diaphragm. In such a configuration, by applying a predetermined voltage to the piezoelectric element and expanding and contracting the piezoelectric element, the recording liquid in the pressure chamber is compressed by causing a bending displacement to discharge the droplet from the discharge port. Further, there are a piston mode ejection head that utilizes displacement in the thickness direction of the piezoelectric film as the d 33 mode or the d 31 mode, and a piezoelectric ejection head that utilizes a d 15 mode known as a shear mode.

また、熱エネルギを利用したものとしては、吐出口、個別液室、液体供給路等を発熱素子となる抵抗体を有する基板上に形成し個別液室内で気泡を発生させ液体を吐出させるものがある。   In addition, as a method using thermal energy, a discharge port, an individual liquid chamber, a liquid supply path, and the like are formed on a substrate having a resistor serving as a heating element, and bubbles are generated in the individual liquid chamber to discharge the liquid. is there.

更に、静電力を利用した方式は、振動板を静電気力で変位させ液体を吐出させるものである。   Further, the method using electrostatic force is a method in which a diaphragm is displaced by electrostatic force to discharge a liquid.

このようなインクジェット記録装置の吐出ヘッドにおいて、その製造方法として二つの基板を接合して作製する方法が知られている(下記特許文献2,3参照)。
特開平5−90113号公報 特開2004−42397号公報 特開2000−326516号公報 特開2001−63865号公報
As a manufacturing method of such an ejection head of an ink jet recording apparatus, a method in which two substrates are bonded is known (see Patent Documents 2 and 3 below).
JP-A-5-90113 JP 2004-42397 A JP 2000-326516 A JP 2001-63865 A

しかしながら、上記特許文献1におけるSi基体の製造方法で製造された上記構造は、形成される穴の形状は自由に設計することができず、各単一機能を満たす一部品にしかならない。そのため、製品として機能するためには、その他多数部品と組み合わせる必要があり、組立精度が低下する恐れがある。また微小化が困難であり、製品が大きくなってしまう懸念がある。   However, in the structure manufactured by the Si substrate manufacturing method in Patent Document 1, the shape of the hole to be formed cannot be designed freely, and it is only one part satisfying each single function. Therefore, in order to function as a product, it is necessary to combine it with many other parts, and there is a risk that the assembly accuracy will be reduced. In addition, there is a concern that miniaturization is difficult and the product becomes large.

一方、インクジェット記録装置の上記従来の液体吐出ヘッドにおいて、いずれの吐出ヘッドも、吐出口、個別液室、液体供給路等を構成する材料にSiやSiO、SUS、感光性材料等の材料が用いられており、それらは成膜プロセスあるいは接合、接着などにより作製されている。 On the other hand, in the conventional liquid discharge heads of the ink jet recording apparatus, any of the discharge heads is made of a material such as Si, SiO 2 , SUS, or photosensitive material as a material constituting the discharge port, the individual liquid chamber, the liquid supply path, and the like. They are used, and are produced by a film forming process, bonding, adhesion, or the like.

更に、半導体プロセスにのせるためにSi基板が主に用いられるが、出来上がってくる吐出ヘッドは、Siとの異種材料が構成材料の一部を占めるため、耐久性、寸法精度に課題を有するものであった。例えば、接着剤を用いた方法では、個別液室に接着剤が入らないように液だまりを基板中に準備する方法が提案されているが、不純物として液中に溶出する問題が発生する。また、接着剤層の膜厚ばらつきによる寸法誤差のため、各吐出口からの液体の吐出特性のばらつきの問題や、吐出ヘッド自体を長尺にした場合、異種材料で接合された吐出ヘッドである場合、長時間の使用での環境変化により応力が加わり、素子自身が撓み、吐出性能が変化する問題、膜剥がれ等による吐出不良の問題があった。また、d31撓みモードの吐出ヘッドでは、剛性のある振動板を利用するため、筐体と振動板中に異種材料層が含まれた場合、素子の反りや振動板の剥離、割れの発生の怖れがあった。 In addition, Si substrates are mainly used for semiconductor processes, but the resulting ejection head has problems in durability and dimensional accuracy because different materials from Si occupy a part of the constituent materials. Met. For example, in the method using an adhesive, there has been proposed a method of preparing a liquid pool in the substrate so that the adhesive does not enter the individual liquid chamber. In addition, due to dimensional errors due to variations in the thickness of the adhesive layer, there are problems with variations in the discharge characteristics of the liquid from each discharge port, and when the discharge head itself is long, it is a discharge head joined with a different material. In this case, there is a problem that stress is applied due to an environmental change after a long period of use, the element itself bends, the discharge performance changes, and the discharge failure occurs due to film peeling. In addition, since the ejection head in the d 31 flexure mode uses a rigid diaphragm, if a dissimilar material layer is included in the casing and the diaphragm, element warpage, separation of the diaphragm, and generation of cracks may occur. I was scared.

そこで、本発明の第一の目的は、Si基体に任意の形状の中空領域を形成することにより、選択的にかつ微細に、複合機能を持ちえる構造に加工し、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等に応用され得るSiから成る三次元中空構造体を製造する方法を提供することにある。   Accordingly, a first object of the present invention is to form a hollow region of an arbitrary shape in a Si base, thereby selectively and finely processing it into a structure having a composite function. Another object of the present invention is to provide a method for producing a three-dimensional hollow structure made of Si that can be applied to a microelectromechanical mechanism or the like.

また、本発明の第二の目的は、実質的に接合部がなく、筐体が一体的に形成されている吐出ヘッドを製造する方法を提供することにある。また、熱膨張率の違いによる膜剥離、剥がれ等の問題のない、かつ位置精度の良い吐出ヘッドを製造する方法を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a discharge head that is substantially free of joints and in which a casing is integrally formed. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an ejection head that is free from problems such as film peeling and peeling due to a difference in coefficient of thermal expansion and has high positional accuracy.

上記課題を解決するため、本発明の三次元中空構造体の製造方法は、Si基体中に部分的に多孔質領域を形成する工程、前記多孔質領域を形成した基体上にSi層を形成し、前記Si層中に部分的に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a method for producing a three-dimensional hollow structure according to the present invention includes a step of partially forming a porous region in a Si substrate, and forming a Si layer on the substrate on which the porous region is formed. And at least a step of forming a porous region in the Si layer and a step of etching away the porous region to form a hollow region.

また、本発明の三次元中空構造体の製造方法は、Si基体中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程、前記高濃度不純物領域を形成した基体上にSi層を形成し、前記Si層中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程、前記高濃度不純物領域に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする。   The method for producing a three-dimensional hollow structure of the present invention includes a step of partially forming a high concentration impurity region in a Si substrate, forming a Si layer on the substrate on which the high concentration impurity region is formed, At least a step of forming a high concentration impurity region in the layer, a step of forming a porous region in the high concentration impurity region, and a step of etching away the porous region to form a hollow region. Features.

更に、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、Si基体中に部分的に多孔質部を形成する工程、前記基体上にSi層を形成し、前記Si層中に部分的に多孔質部を形成する工程、液体吐出源を形成する工程、前記多孔質部を除去することにより少なくとも個別液室、及び前記個別液室と連通する液体供給路を形成する工程を有することを特徴とする。   Furthermore, in the method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention, a step of forming a porous portion partially in a Si substrate, a Si layer is formed on the substrate, and a porous portion is partially formed in the Si layer. A step of forming, a step of forming a liquid discharge source, and a step of forming at least an individual liquid chamber and a liquid supply path communicating with the individual liquid chamber by removing the porous portion.

本発明の三次元中空構造体の製造方法によれば、Si基体に中空領域の形状を任意に設計することができる。   According to the method for producing a three-dimensional hollow structure of the present invention, the shape of the hollow region can be arbitrarily designed in the Si substrate.

また、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、少なくとも液体供給路、液体が圧力を受ける個別液室がSi材料であり、その構成部材中において接合部がなく、一体的に形成された吐出ヘッドを製造し、それにより熱膨張率の違いによる膜剥離、剥がれ等の問題のなく耐熱性、耐久性に優れ、かつ位置精度の良い吐出ヘッドを製造することができる。   Further, according to the method for manufacturing a liquid discharge head of the present invention, at least the liquid supply path and the individual liquid chamber that receives the pressure of the liquid are made of Si material, and there are no joints in the constituent members, and they are integrally formed. By manufacturing a discharge head, it is possible to manufacture a discharge head that is excellent in heat resistance, durability, and positional accuracy without problems such as film peeling and peeling due to a difference in thermal expansion coefficient.

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。第1の実施形態は、非多孔質Si中の多孔質領域を除去して中空領域を形成する例、第2の実施形態は、非多孔質Si中の不純物領域を除去して中空領域を形成する例であり、第3の実施形態は、第1,2の実施形態におけるSi一体化の三次元中空構造体の作製方法をプリンタの吐出ヘッドの作製方法に応用した例である。   Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The first embodiment is an example in which a porous region in non-porous Si is removed to form a hollow region, and the second embodiment is a method in which an impurity region in non-porous Si is removed to form a hollow region. In the third embodiment, the Si integrated three-dimensional hollow structure manufacturing method in the first and second embodiments is applied to a printer discharge head manufacturing method.

[第1の実施形態]
以下、本発明の好適な第1の実施形態に係る三次元中空構造体の作製方法について説明する。
[First embodiment]
Hereinafter, a method for producing a three-dimensional hollow structure according to a preferred first embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明の好適な第1の実施形態に係る三次元中空構造体の作製方法を模式的に示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a method for producing a three-dimensional hollow structure according to a preferred first embodiment of the present invention.

まず、図1(a)に示す工程では、非多孔質Si11の表面をマスク12で覆い、部分的に窓を空ける。ここで、マスク材としては、フッ酸に対して耐性の強いポリイミド膜、アピエゾンワックス、窒化膜などが好適である。   First, in the step shown in FIG. 1A, the surface of the non-porous Si 11 is covered with a mask 12 and a window is partially opened. Here, as the mask material, a polyimide film, an apizone wax, a nitride film, or the like that is highly resistant to hydrofluoric acid is suitable.

次いで、図1(b)に示す工程では、非多孔質Si11の露出した部分に多孔質領域13を形成する。多孔質領域13は、例えば、電解液(化成液)中で陽極化成処理(陽極処理)を施すことによって形成することができる。ここで、電解液としては、例えば、フッ化水素を含む溶液、フッ化水素及びエタノールを含む溶液、フッ化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。また、多孔質領域13を互いに多孔度の異なる2層以上の層からなる多層構造としても良い。ここで、多層構造の多孔質領域13は、表面側に第1の多孔度を有する第1の多孔質Si層、その下に、第1の多孔度より大きい第2の多孔度を有する第2の多孔質Si層を含むことが好ましい。ここで、第1の多孔度としては、10%〜30%が好ましく、15%〜25%が更に好ましい。また、第2の多孔度としては、10%〜70%が好ましい。なお、多孔質領域13の形成は、陽極化成の代わりに他の方法、例えばステインエッチによって行っても良い。   Next, in the step shown in FIG. 1B, the porous region 13 is formed in the exposed portion of the nonporous Si11. The porous region 13 can be formed, for example, by performing anodizing treatment (anodic treatment) in an electrolytic solution (chemical conversion solution). Here, as the electrolytic solution, for example, a solution containing hydrogen fluoride, a solution containing hydrogen fluoride and ethanol, a solution containing hydrogen fluoride and isopropyl alcohol, and the like are suitable. The porous region 13 may have a multilayer structure including two or more layers having different porosities. Here, the porous region 13 having a multilayer structure includes a first porous Si layer having a first porosity on the surface side, and a second porosity having a second porosity larger than the first porosity below the first porous Si layer. It is preferable that the porous Si layer is included. Here, the first porosity is preferably 10% to 30%, and more preferably 15% to 25%. The second porosity is preferably 10% to 70%. The formation of the porous region 13 may be performed by another method, such as stain etching, instead of anodizing.

次いで、図1(c)に示す工程では、マスク12を剥離し、多孔質領域13が部分的に1層配置した構造が形成される。   Next, in the step shown in FIG. 1C, the mask 12 is peeled off to form a structure in which one layer of the porous region 13 is disposed.

次いで、図1(d)に示す工程では、多孔質領域13が部分的に配置された図1(c)の基板上に非多孔質Si層14を形成する。非多孔質Si層14としては、単結晶Si層、多結晶Si層、非晶質Si層等のSi層であっても何ら問題ない。更に、非多孔質Si層14の表面をマスク12で覆い、部分的に窓を空ける。   Next, in the step shown in FIG. 1D, a non-porous Si layer 14 is formed on the substrate of FIG. 1C in which the porous region 13 is partially arranged. There is no problem even if the non-porous Si layer 14 is a Si layer such as a single crystal Si layer, a polycrystalline Si layer, or an amorphous Si layer. Further, the surface of the non-porous Si layer 14 is covered with a mask 12 to partially open a window.

次いで、図1(e)に示す工程では、非多孔質Si層14の露出した部分に多孔質領域13を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 1 (e), the porous region 13 is formed in the exposed portion of the non-porous Si layer 14.

次いで、図1(f)に示す工程では、マスク12を剥離し、多孔質領域13が部分的に2層配置した構造が形成される。   Next, in the step shown in FIG. 1F, the mask 12 is peeled off, and a structure in which the porous region 13 is partially arranged in two layers is formed.

次いで、図1(g)〜(h)に示す工程では、図1(d)〜(e)に示す工程を同様に繰り返し実施し、多孔質領域13が部分的に多層配置された三次元中空構造体が形成される。   Next, in the steps shown in FIGS. 1 (g) to (h), the steps shown in FIGS. 1 (d) to (e) are repeated in the same manner, and the three-dimensional hollow in which the porous regions 13 are partially arranged in multiple layers. A structure is formed.

次いで、図1(i)に示す工程では、マスク12を剥離し、多孔質領域13のみを選択的にエッチング除去し、中空領域15が部分的に多層配置された三次元中空構造体が形成される。   Next, in the step shown in FIG. 1 (i), the mask 12 is peeled off, and only the porous region 13 is selectively removed by etching to form a three-dimensional hollow structure in which the hollow regions 15 are partially multilayered. The

ここで、作用について説明すると、本発明に用いられる多孔質Siは、陽極化成時の電流の流れに沿って形成されるため、マスクや不純物濃度分布を設けることなどにより、電流の流れを制御することができ、ほぼ任意の形状、多孔度に非多孔質Siを加工することが可能となる。また多孔質Siはその内部に大量の空隙が形成されているため、体積に比べて表面積が飛躍的に増大する。その結果、非多孔質Siに比べて著しく速い速度で化学エッチングすることが可能となり、精度よく、微細に、三次元多孔質構造体及び三次元中空構造体を作製することができる。   Here, the operation will be described. Since the porous Si used in the present invention is formed along the flow of current during anodization, the flow of current is controlled by providing a mask or impurity concentration distribution. It is possible to process non-porous Si in almost any shape and porosity. In addition, since a large amount of voids are formed inside the porous Si, the surface area increases dramatically compared to the volume. As a result, chemical etching can be performed at a significantly higher rate than non-porous Si, and a three-dimensional porous structure and a three-dimensional hollow structure can be produced with high accuracy and fineness.

更に、上記加工法により、中空領域15を深さ方向に多層に結合すれば、任意の形状の空間を得ることができる。また、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等の各機能を満たす設計に合わせた構造、性質の中空領域を有するSi基体を作製することができる。   Furthermore, if the hollow region 15 is joined in multiple layers in the depth direction by the above processing method, a space of an arbitrary shape can be obtained. In addition, it is possible to manufacture a Si substrate having a hollow region having a structure and properties adapted to a design satisfying each function such as a semiconductor element, a light-transmitting substrate, and a micro electro mechanical mechanism.

以下、本実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。   Hereinafter, although this embodiment is described based on an Example, this invention is not limited to this Example.

〔実施例1〕
本発明の実施例に係る三次元中空構造体の作製方法を図1に示す。本実施例は、第1の実施形態に対応する。
[Example 1]
A method for producing a three-dimensional hollow structure according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. This example corresponds to the first embodiment.

まず、非多孔質Si11として、P型(100)の比抵抗0.01ΩcmSi基板を使用し、Si基板上に、マスク12として、1μmのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより多孔質領域を形成する部分を窓開けした(図1(a))。   First, a P-type (100) specific resistance 0.01 Ωcm Si substrate was used as non-porous Si11, and a 1 μm polyimide film was applied as a mask 12 on the Si substrate. Thereafter, a window for forming a porous region was opened by photolithography (FIG. 1A).

次に、部分的に窓開けされたSi基板に陽極化成を行った。陽極化成は49%フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を1:1の割合で混合した溶液中で14分間、電流密度10mA/cmで行った。多孔質化されたSi層13の厚みは15μmであった(図1(b))。 Next, anodization was performed on a partially opened Si substrate. Anodization was carried out for 14 minutes at a current density of 10 mA / cm 2 in a solution in which a 49% hydrofluoric acid solution and an alcohol solution were mixed at a ratio of 1: 1. The thickness of the porous Si layer 13 was 15 μm (FIG. 1B).

次に、マスク12を剥離し、多孔質領域13が部分的に1層配置されたSi基板が形成された(図1(c))。   Next, the mask 12 was peeled off to form a Si substrate in which the porous region 13 was partially disposed in one layer (FIG. 1C).

次に、酸素雰囲気で400℃、60分間の熱処理を行い多孔質Si層13の表面を安定化させた。その後、多孔質領域13が部分的に配置されたSi基板上にSiをエピタキシャル成長させて、10μmのエピタキシャルSi層14を形成した。   Next, heat treatment was performed at 400 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere to stabilize the surface of the porous Si layer 13. Thereafter, Si was epitaxially grown on the Si substrate on which the porous region 13 was partially arranged, thereby forming an epitaxial Si layer 14 having a thickness of 10 μm.

次に、エピタキシャルSi層14上に、マスク12として、1μmのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより多孔質領域を形成する部分を窓開けした(図1(d))。   Next, a 1 μm polyimide film was applied and formed as a mask 12 on the epitaxial Si layer 14. Thereafter, a window for forming a porous region was opened by photolithography (FIG. 1D).

次に、部分的に窓開けされたエピタキシャルSi層14に陽極化成を行った。陽極化成は49%フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を1:1の割合で混合した溶液中で9分間、電流密度10mA/cmで行った。多孔質化されたSi層13の厚みは10μmであった(図1(e))。 Next, anodization was performed on the epitaxial Si layer 14 partially opened. Anodization was carried out for 9 minutes at a current density of 10 mA / cm 2 in a solution in which a 49% hydrofluoric acid solution and an alcohol solution were mixed at a ratio of 1: 1. The thickness of the porous Si layer 13 was 10 μm (FIG. 1E).

次に、マスク12を剥離し、多孔質領域13が部分的に2層配置されたSi基板が形成された(図1(f))。   Next, the mask 12 was peeled off to form a Si substrate in which the porous region 13 was partially disposed in two layers (FIG. 1 (f)).

次に、酸素雰囲気で400℃、60分間の熱処理を行い多孔質Si層13の表面を安定化させた。その後、多孔質領域13が部分的に配置されたSi基板上にSiをエピタキシャル成長させて、5μmのエピタキシャルSi層14を形成した。   Next, heat treatment was performed at 400 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere to stabilize the surface of the porous Si layer 13. Thereafter, Si was epitaxially grown on the Si substrate on which the porous region 13 was partially disposed, thereby forming an epitaxial Si layer 14 having a thickness of 5 μm.

次に、エピタキシャルSi層14上に、マスク12として、1μmのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより多孔質領域を形成する部分を窓開けした(図1(g))。   Next, a 1 μm polyimide film was applied and formed as a mask 12 on the epitaxial Si layer 14. Thereafter, a window for forming a porous region was opened by photolithography (FIG. 1 (g)).

次に、部分的に窓開けされたエピタキシャルSi層14に陽極化成を行った。陽極化成は49%フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を1:1の割合で混合した溶液中で4分間、電流密度10mA/cmで行った。多孔質化されたSi層13の厚みは5μmであった(図1(h))。 Next, anodization was performed on the epitaxial Si layer 14 partially opened. Anodization was carried out at a current density of 10 mA / cm 2 for 4 minutes in a solution in which a 49% hydrofluoric acid solution and an alcohol solution were mixed at a ratio of 1: 1. The thickness of the porous Si layer 13 was 5 μm (FIG. 1 (h)).

次に、マスク12を剥離し、基板をフッ化水素酸:過酸化水素:水=2:8:90溶液に90分間浸し、多孔質領域13をエッチング除去した。中空領域15が部分的に多層配置された三次元中空構造Si基板が形成された(図1(i))。
[第2の実施形態]
以下、本発明の好適な第2の実施形態に係る基板の作製方法について説明する。
Next, the mask 12 was peeled off, the substrate was immersed in a hydrofluoric acid: hydrogen peroxide: water = 2: 8: 90 solution for 90 minutes, and the porous region 13 was removed by etching. A three-dimensional hollow structure Si substrate in which the hollow regions 15 are partially arranged in multiple layers was formed (FIG. 1 (i)).
[Second Embodiment]
Hereinafter, a method for manufacturing a substrate according to a preferred second embodiment of the present invention will be described.

図2は、本発明の好適な第2の実施形態に係る基板の作製方法を示す概念図である。   FIG. 2 is a conceptual diagram showing a method for manufacturing a substrate according to a preferred second embodiment of the present invention.

まず、図2(a)に示す工程では、非多孔質Si21の表面をマスク22で覆い、部分的に窓を空ける。ここで、非多孔質Siとしては、高抵抗N型基板が好適であり、マスク22としては、イオン注入の保護膜としてフォトレジスト膜、窒化膜などが好適である。   First, in the step shown in FIG. 2A, the surface of the non-porous Si 21 is covered with a mask 22 and a window is partially opened. Here, as the non-porous Si, a high-resistance N-type substrate is suitable, and as the mask 22, a photoresist film, a nitride film, or the like is suitable as a protective film for ion implantation.

次いで、図2(b)に示す工程では、非多孔質Si21の露出した部分に不純物領域23を形成する。ここで、不純物領域23は、As及びBをイオン注入等により、高濃度に形成することが望ましい。   Next, in the step shown in FIG. 2B, an impurity region 23 is formed in the exposed portion of the non-porous Si 21. Here, the impurity region 23 is desirably formed at a high concentration by ion implantation of As and B.

次いで、図2(c)に示す工程では、マスク22を剥離し、不純物領域23が部分的に1層配置した構造が形成される。   Next, in the step shown in FIG. 2C, the mask 22 is peeled off, and a structure in which one impurity layer 23 is partially disposed is formed.

次いで、図2(d)に示す工程では、不純物領域23が部分的に配置された図2(c)の基板上に非多孔質Si層24を形成する。ここで非多孔質Si層24の形成は、同非多孔質Si21上への形成のため、従来技術により、容易に、精度よく形成することが可能である。更に、非多孔質Si層24の表面をマスク22で覆い、部分的に窓を空ける。   2D, a non-porous Si layer 24 is formed on the substrate of FIG. 2C in which the impurity region 23 is partially arranged. Here, since the non-porous Si layer 24 is formed on the non-porous Si 21, it can be easily and accurately formed by conventional techniques. Further, the surface of the non-porous Si layer 24 is covered with a mask 22 to partially open a window.

次いで、図2(e)に示す工程では、非多孔質Si層24の露出した部分に不純物領域23を形成する。ここで、不純物領域23は、As及びBをイオン注入等により、高濃度に形成することが望ましい。   Next, in the step shown in FIG. 2E, an impurity region 23 is formed in the exposed portion of the non-porous Si layer 24. Here, the impurity region 23 is desirably formed at a high concentration by ion implantation of As and B.

次いで、図2(c)〜(e)に示す工程を同様に繰り返し実施し、図2(f)に示す工程で不純物領域23が拡散により結合するよう熱処理を実施し、不純物領域23が部分的に多層配置した三次元中空構造体が形成される。   Next, the steps shown in FIGS. 2C to 2E are repeated in the same manner, and in the step shown in FIG. 2F, heat treatment is performed so that the impurity regions 23 are bonded by diffusion, and the impurity regions 23 are partially formed. A three-dimensional hollow structure having a multi-layer arrangement is formed.

次いで、図2(g)に示す工程では、非多孔質Si21に不純物領域23を形成した部分に多孔質領域25を形成する。多孔質領域25は、例えば、電解液(化成液)中で陽極化成処理(陽極処理)を施すことによって、不純物領域23を濃度分布に沿って形成することができる。ここで、電解液としては、例えば、フッ化水素を含む溶液、フッ化水素及びエタノールを含む溶液、フッ化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。また、多孔質領域25を互いに多孔度の異なる2層以上の層からなる多層構造としても良い。なお、多孔質領域25の形成は、陽極化成の代わりに他の方法、例えばステインエッチによって行っても良い。   Next, in the step shown in FIG. 2G, the porous region 25 is formed in the portion where the impurity region 23 is formed in the non-porous Si 21. The porous region 25 can form the impurity region 23 along the concentration distribution by, for example, performing anodizing treatment (anodic treatment) in an electrolytic solution (chemical conversion solution). Here, as the electrolytic solution, for example, a solution containing hydrogen fluoride, a solution containing hydrogen fluoride and ethanol, a solution containing hydrogen fluoride and isopropyl alcohol, and the like are suitable. The porous region 25 may have a multilayer structure including two or more layers having different porosities. The formation of the porous region 25 may be performed by another method such as stain etching instead of anodizing.

次いで、図2(h)に示す工程では、マスク22を剥離し、多孔質領域25のみを選択的にエッチング除去し、中空領域26が部分的に多層配置した三次元中空構造体が形成される。   Next, in the step shown in FIG. 2 (h), the mask 22 is peeled off, and only the porous region 25 is selectively removed by etching to form a three-dimensional hollow structure in which the hollow regions 26 are partially arranged in multiple layers. .

以下、本実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。   Hereinafter, although this embodiment is described based on an Example, this invention is not limited to this Example.

〔実施例2〕
本発明の実施例に係る基板の作製方法を図2に示す。本実施例は、第2の実施形態に係る基板の作製方法に対応する。
[Example 2]
A method for manufacturing a substrate according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. This example corresponds to the substrate manufacturing method according to the second embodiment.

まず、非多孔質Si21として、N型(100)の比抵抗5ΩcmSi基板を使用し、Si基板上に、マスク22として、1μmのフォトレジスト膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより不純物領域を形成する部分を窓開けした(図2(a))。   First, an N-type (100) specific resistance 5 Ωcm Si substrate was used as the non-porous Si 21, and a 1 μm photoresist film was applied and formed as a mask 22 on the Si substrate. Thereafter, a window was formed in the portion where the impurity region was formed by photolithography (FIG. 2A).

次に、部分的に窓開けされたSi基板の表面にAs及びBイオンを注入した。イオン注入はAs濃度6E19atms/cm、B濃度6E18atms/cmで行った。(図2(b))。 Next, As and B ions were implanted into the surface of the Si substrate partially opened. Ion implantation was performed at an As concentration of 6E19 atms / cm 3 and a B concentration of 6E18 atms / cm 3 . (FIG. 2 (b)).

次に、マスク22を剥離し、不純物領域23が部分的に1層配置されたSi基板が形成された(図2(c))。   Next, the mask 22 was peeled off to form a Si substrate in which the impurity region 23 was partially disposed in one layer (FIG. 2C).

次に、不純物領域23が部分的に配置されたSi基板上にSiをエピタキシャル成長させて、0.3μmのエピタキシャルSi層24を形成した。   Next, Si was epitaxially grown on the Si substrate in which the impurity region 23 was partially disposed, thereby forming an epitaxial Si layer 24 having a thickness of 0.3 μm.

次に、エピタキシャルSi層24上に、マスク22として、1μmのフォトレジスト膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより不純物領域を形成する部分を窓開けした(図2(d))。   Next, a 1 μm photoresist film was applied as a mask 22 on the epitaxial Si layer 24 to form a film. Thereafter, a window was formed in the portion where the impurity region was formed by photolithography (FIG. 2D).

次に、部分的に窓開けされたエピタキシャルSi層24の表面にAs及びBイオンを注入した。イオン注入はAs濃度6E19atms/cm、B濃度6E18atms/cmで行った。(図2(e))。 Next, As and B ions were implanted into the surface of the epitaxial Si layer 24 partially opened. Ion implantation was performed at an As concentration of 6E19 atms / cm 3 and a B concentration of 6E18 atms / cm 3 . (FIG. 2 (e)).

次に、図2(c)〜(e)に示す工程を同様に繰り返し実施した。このときマスク22としては、LPCVD法により窒化膜を成膜した。その後不純物領域23が拡散により結合するよう、窒素雰囲気で1000℃、30分間の熱処理を行い、不純物領域23が部分的に多層配置されたSi基板が形成された(図2(f))。   Next, the steps shown in FIGS. 2C to 2E were repeated in the same manner. At this time, a nitride film was formed as the mask 22 by LPCVD. Thereafter, heat treatment was performed at 1000 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere so that the impurity regions 23 were bonded by diffusion, thereby forming a Si substrate in which the impurity regions 23 were partially arranged in layers (FIG. 2F).

次に、部分的に窓開けされた不純物領域23に陽極化成を行った。陽極化成は49%フッ化水素酸溶液とアルコール溶液と水を2:1:7の割合で混合した溶液中で、最初、電流密度4mA/cmで90秒間、続けて、電流密度43mA/cmで9秒間、続けて、電流密度170mA/cmで6秒間行った。不純物領域23に沿って、深さにより多孔度の異なる多孔質領域25が形成された(図2(g))。 Next, anodization was performed on the impurity region 23 partially opened. Anodization is performed in a solution in which a 49% hydrofluoric acid solution, an alcohol solution, and water are mixed at a ratio of 2: 1: 7, first at a current density of 4 mA / cm 2 for 90 seconds, and then at a current density of 43 mA / cm. 2 for 9 seconds, followed by a current density of 170 mA / cm 2 for 6 seconds. A porous region 25 having a different porosity depending on the depth was formed along the impurity region 23 (FIG. 2G).

次に、マスク22を剥離し、基板をフッ化水素酸:過酸化水素:水=2:8:90溶液に30分間浸し、多孔質領域25をエッチング除去した。中空領域26が部分的に多層配置された三次元中空構造Si基板が形成された(図2(h))。   Next, the mask 22 was peeled off, and the substrate was immersed in a hydrofluoric acid: hydrogen peroxide: water = 2: 8: 90 solution for 30 minutes to remove the porous region 25 by etching. A three-dimensional hollow structure Si substrate in which the hollow regions 26 were partially arranged in a multilayer was formed (FIG. 2 (h)).

基板を前記溶液に15分間浸した場合、表面の多孔質領域のみを残し、多孔質領域25をエッチング除去した。多孔質領域25と中空領域26が部分的に多層配置された三次元中空構造Si基板が形成された(後述の図3(g)、図4(g))。   When the substrate was immersed in the solution for 15 minutes, only the porous region on the surface was left, and the porous region 25 was removed by etching. A three-dimensional hollow structure Si substrate in which the porous region 25 and the hollow region 26 are partially arranged in layers was formed (FIGS. 3G and 4G described later).

以上、第1の実施形態、第2の実施形態について説明したが、次に、中空領域について種々の形態の例を説明する。   The first embodiment and the second embodiment have been described above. Next, examples of various forms of the hollow region will be described.

図3,4は、三次元中空構造体において、中空領域について種々の形態の例を示した断面図、上面図である。図3の(a)〜(g)は、それぞれ図4の(a)〜(g)に対応している。各部分が多層配置された中空領域を示している。   3 and 4 are a cross-sectional view and a top view showing examples of various forms of the hollow region in the three-dimensional hollow structure. (A) to (g) in FIG. 3 correspond to (a) to (g) in FIG. 4, respectively. A hollow region in which each part is arranged in multiple layers is shown.

中空領域は、同一構造体内に1つ又は複数存在している。複数存在する場合、それらの三次元形状は、同一であっても異なっていても良い。   One or more hollow regions exist in the same structure. When there are a plurality of them, their three-dimensional shapes may be the same or different.

(a)は、中空領域の三次元形状が任意であることを示している。すなわち深さ方向に対して垂直断面形状(横幅)が変化している。1つの層の多孔質領域に対応する中空領域の部分では垂直断面形状は、同じであるが、後述の第3の実施形態の図13にも示すように単調に変化させても良い。各多孔質領域の厚さ、及び垂直断面形状を自由に選べば中空領域の三次元形状を任意に設計することができる。   (A) has shown that the three-dimensional shape of a hollow area | region is arbitrary. That is, the vertical cross-sectional shape (lateral width) changes with respect to the depth direction. In the hollow region corresponding to the porous region of one layer, the vertical cross-sectional shape is the same, but may be monotonously changed as shown in FIG. 13 of the third embodiment described later. If the thickness of each porous region and the vertical cross-sectional shape are freely selected, the three-dimensional shape of the hollow region can be arbitrarily designed.

(b)は、同一構造体において、2以上の中空領域が有る例である。   (B) is an example having two or more hollow regions in the same structure.

(c)〜(e)は、2以上の分離した中空領域がある深さにおいて結合されている例である。   (C) to (e) are examples in which two or more separated hollow regions are joined at a certain depth.

(f)は、構造体の両端面において中空領域が外部空間に連通している例である。   (F) is an example in which the hollow region communicates with the external space on both end faces of the structure.

(g)は、多孔質領域が混在している例である。   (G) is an example in which porous regions are mixed.

[第3の実施形態]
以下、第3の実施形態は、インクジェット記録装置の吐出ヘッドの作製方法において、非多孔質Si中の多孔質領域を除去して中空領域を形成する第1の実施形態を応用した例として専ら説明しているが、非多孔質Si中の不純物領域を除去して中空領域を形成する第2の実施形態を応用することもできる。なお、第1,2の実施形態における「中空領域」、「多孔質領域」は、第3の実施形態では、それぞれ「空間部」、「多孔質部」に対応する。
[Third embodiment]
Hereinafter, the third embodiment will be described exclusively as an example in which the first embodiment in which the porous region in the non-porous Si is removed to form the hollow region in the method of manufacturing the ejection head of the ink jet recording apparatus is applied. However, the second embodiment in which the impurity region in the non-porous Si is removed to form the hollow region can also be applied. The “hollow region” and the “porous region” in the first and second embodiments correspond to the “space portion” and the “porous portion”, respectively, in the third embodiment.

本実施形態により作製されるインクジェット記録装置の吐出ヘッドにおいて、まず、振動板を用いたd31モードの撓み変位を用いた吐出ヘッドについて説明する。 In the ejection head of the ink jet recording apparatus manufactured according to the present embodiment, first, the ejection head using the d 31 mode bending displacement using the vibration plate will be described.

図5は、d31撓みモードの吐出ヘッドの概略図、図6は、同じく吐出ヘッドの個別液室を短手方向から見た断面図、図7は、同じく吐出ヘッドの個別液室を長手方向から見た断面図である。 FIG. 5 is a schematic view of the ejection head in the d 31 flexure mode, FIG. 6 is a sectional view of the individual liquid chamber of the ejection head viewed from the short side direction, and FIG. 7 is the longitudinal direction of the individual liquid chamber of the ejection head. It is sectional drawing seen from.

図中、31は圧電体膜、32は下部電極、33は振動板、34は上部電極、35は個別液室、36は吐出口、37は個別液室と吐出口を結ぶ連通孔、38はSi基板である。圧電体膜を挟む上下電極間に電圧を掛けることにより圧電体膜が伸縮しようとするのを振動板が抑制することにより振動板が個別液室側の上下方向に変位し、液室に満たされた液に圧力が加わり、吐出口から液滴が吐出される。図7において、51は液体供給路、52は共通液室である。   In the figure, 31 is a piezoelectric film, 32 is a lower electrode, 33 is a diaphragm, 34 is an upper electrode, 35 is an individual liquid chamber, 36 is a discharge port, 37 is a communication hole connecting the individual liquid chamber and the discharge port, 38 is Si substrate. By applying a voltage between the upper and lower electrodes sandwiching the piezoelectric film, the diaphragm suppresses the piezoelectric film from expanding and contracting, so that the vibrating plate is displaced in the vertical direction on the individual liquid chamber side to fill the liquid chamber. Pressure is applied to the liquid and droplets are discharged from the discharge port. In FIG. 7, 51 is a liquid supply path, 52 is a common liquid chamber.

本実施形態により作製される吐出ヘッドは、例えば、上記構成であるが、図5で例示した接合部41,42,43のいずれかの接合部を有しない吐出ヘッドであり、又は上記すべての接合部を有しない吐出ヘッドである。「いずれかの接合部を有しない吐出ヘッド」とは、例えば、個別液室や液体流路の空間部で形状、流路断面積が異なる領域において同材料で形成され接合部を有しない三次元中空構造体を意味する。特に通常のエッチングでは不可能なエッチング除去部が小さくてかつエッチングがストップする方向に除去部の面積が大きな部分を有し、かつその領域で接合部、接着部を有しない吐出ヘッドである。   The ejection head manufactured according to the present embodiment has, for example, the above-described configuration, but is an ejection head that does not have any one of the junctions 41, 42, and 43 illustrated in FIG. The ejection head does not have a portion. “Discharge head that does not have any of the joints” means, for example, a three-dimensional structure that is formed of the same material in a region having different shapes and cross-sectional areas of the individual liquid chambers or liquid flow paths and does not have a joint. Means a hollow structure. In particular, the discharge head has a small etching removal portion, which is impossible with normal etching, and has a portion with a large area in the direction in which etching stops, and does not have a bonding portion or an adhesion portion in that region.

図8は、エッチング除去された空間部に接合部を有しない三次元中空構造体の例を示す図である。(a),(b)は、短手方向、長手方向のそれぞれの断面図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional hollow structure that does not have a joint in the etched space. (A), (b) is sectional drawing of each of a transversal direction and a longitudinal direction.

図中、振動板61がエッチストップ層として機能する方向にエッチング除去された空間部62,63において空間部62の面積が小さく、そこを介して大面積な空間部63を有し、その三次元中空構造体中に接合部、接着部を有しないものである。また、振動板61の薄膜と筐体部64の間に異種材料の部分がないことが本実施形態による特徴である。図8の液体供給路、個別液室の形成された構造部に吐出口を有する基板を接合して液体吐出ヘッドとする場合も本発明の範囲であるが、吐出口を有する部分も一体形成することが更に好ましい。上記実施の形態は、振動板を有するd31モードの撓みモードの圧電ヘッドの例で説明したが、上記接合部を有しない本発明の特徴は、d33モード/d31モードのピストンモード、d15モード、静電ヘッド、熱を利用したサーマルヘッド等のすべてにおいて実施される。 In the figure, the area of the space 62 is small in the spaces 62 and 63 in which the vibration plate 61 is etched away in the direction of functioning as an etch stop layer, and the space 63 has a large area through the space 62 and 63. The hollow structure does not have a joint portion or an adhesive portion. Further, the present embodiment is characterized in that there is no portion of a different material between the thin film of the vibration plate 61 and the housing portion 64. Although it is within the scope of the present invention, a substrate having a discharge port is joined to the structure having the liquid supply path and the individual liquid chamber in FIG. 8 to form a liquid discharge head, the portion having the discharge port is also integrally formed. More preferably. Although the above embodiment has been described with an example of a d 31 mode flexural mode piezoelectric head having a diaphragm, the present invention having no joint is characterized by a d 33 mode / d 31 mode piston mode, d It is implemented in all of 15 modes, electrostatic heads, thermal heads using heat, and the like.

図9には、ピストンモードと言われるd33モードの吐出ヘッドの概略図を示した。 FIG. 9 shows a schematic diagram of a discharge head of the d 33 mode called piston mode.

図中71,71′は積層圧電体膜であり、33は振動板、36は吐出口である。積層圧電体膜61,61′中には、1層の圧電体膜にかかる電界強度が大きくなるように、複数の電極層が積層されている。積層圧電体膜の層数は、吐出ヘッドからの吐出量、吐出力により2層から100層までで設計される。   In the figure, reference numerals 71 and 71 ′ denote laminated piezoelectric films, reference numeral 33 denotes a diaphragm, and reference numeral 36 denotes a discharge port. In the laminated piezoelectric films 61 and 61 ′, a plurality of electrode layers are laminated so that the electric field strength applied to one piezoelectric film is increased. The number of layers of the laminated piezoelectric film is designed from 2 layers to 100 layers depending on the ejection amount and ejection force from the ejection head.

図10には、シェアモードと言われるd15モードの吐出ヘッドの概略図を示した。 FIG. 10 shows a schematic diagram of a discharge head of the d 15 mode called shear mode.

図中81は圧電体膜であり、その上に櫛歯電極(不図示)が設けられ、圧電体膜中を斜めに電界がかけられ、圧電体膜の変位により、液体が吐出される。   In the figure, reference numeral 81 denotes a piezoelectric film, on which a comb electrode (not shown) is provided, an electric field is applied obliquely in the piezoelectric film, and liquid is discharged by displacement of the piezoelectric film.

図11には、発熱素子を有する吐出ヘッドの断面概略図を示した。   FIG. 11 shows a schematic cross-sectional view of an ejection head having a heating element.

図中36と36′は吐出口、35は個別液室であり、吐出口36と36′は千鳥配列するように配置される。92は液体供給路であり、91が発熱素子を示している。93,94,95はSi材料の部分であり、前述したようにその間に接合層、接着層は介在しない。発熱素子は、薄膜形成法で成膜されるが、93あるいは94の部分に有する構造であっても良い。   In the figure, 36 and 36 'are discharge ports, 35 is an individual liquid chamber, and the discharge ports 36 and 36' are arranged in a staggered arrangement. Reference numeral 92 denotes a liquid supply path, and 91 denotes a heating element. Reference numerals 93, 94, and 95 are Si material portions, and as described above, no bonding layer or adhesive layer is interposed therebetween. The heating element is formed by a thin film forming method, but may have a structure at 93 or 94.

図12に、静電型液体吐出ヘッドの長手方向の断面概略図を示す。   FIG. 12 is a schematic cross-sectional view in the longitudinal direction of the electrostatic liquid discharge head.

図中、101は振動板、102は吐出口、103は個別液室、105は共通液室である。少なくとも上記部分を構成する材料は、Si材料で出来ておりこの層間に接合層、接着層はない。104はギャップ部、106は絶縁層、107は電極である。絶縁層106と電極107の界面は、接合されていても良いし、絶縁層上に電極が成膜された形態であっても良い。従来の静電方式の吐出ヘッドでは、吐出口を有する基板と振動板を有する基板は、同材料であっても接合、接着により形成されていたため接合層、接着層が必ず存在した。本発明は、そのような異層の存在がないため、寿命の長いかつ環境耐性の良好な吐出ヘッドを提供する。   In the figure, 101 is a diaphragm, 102 is a discharge port, 103 is an individual liquid chamber, and 105 is a common liquid chamber. The material constituting at least the above part is made of Si material, and there is no bonding layer or adhesive layer between these layers. Reference numeral 104 denotes a gap portion, 106 denotes an insulating layer, and 107 denotes an electrode. The interface between the insulating layer 106 and the electrode 107 may be bonded, or an electrode may be formed on the insulating layer. In the conventional electrostatic discharge head, the substrate having the discharge port and the substrate having the vibration plate are formed by bonding and bonding even if they are made of the same material. The present invention provides a discharge head having a long life and good environmental resistance since there is no such different layer.

各吐出ヘッドの吐出口側の面に撥水処理を施すことは、液滴吐出方向を揃える意味で好ましい態様である。   Applying water repellent treatment to the surface on the discharge port side of each discharge head is a preferable aspect in terms of aligning the droplet discharge direction.

次に、本発明の吐出ヘッドの製造方法に関して説明する。   Next, the manufacturing method of the ejection head of the present invention will be described.

本発明の吐出ヘッドの製造方法は、Si基体中に部分的に多孔質部を形成する工程、前記多孔質部を形成した基体上にSi層を形成し、前記Si層中に部分的に多孔質部を形成する工程、液体吐出源を形成する工程、前記多孔質部を除去することにより少なくとも個別液室、及び前記個別液室と連通する液体供給路を形成する工程を有する。多孔質部とは、密度が低くなった部分でありエッチング速度が非多孔質部と一桁以上早くなる部分である。そのために、エッチング処理した場合に、多孔質部が選択的に除去され、目的とする三次元中空構造体が得られる。   The method for producing a discharge head according to the present invention includes a step of forming a porous portion in a Si substrate, a Si layer is formed on the substrate on which the porous portion is formed, and a porous portion is formed in the Si layer. Forming a mass part, forming a liquid discharge source, and removing the porous part to form at least an individual liquid chamber and a liquid supply path communicating with the individual liquid chamber. The porous part is a part where the density is low and the etching rate is one digit or more faster than that of the non-porous part. Therefore, when an etching process is performed, the porous portion is selectively removed, and the target three-dimensional hollow structure is obtained.

また、個別液室、及び前記個別液室と連通する液体供給路と共に吐出口を形成することもできる。   Further, the discharge port can be formed together with the individual liquid chamber and the liquid supply path communicating with the individual liquid chamber.

本発明の吐出ヘッドの製造方法では、一方の面が開いた個別液室、吐出口、吐出口と個別液室を繋ぐ連通孔を本方法で形成した後、別の基板上にある上下電極、圧電体膜、振動板を形成した物を接合し、吐出ヘッドを作製することも可能であるが、好ましくは、振動板までを形成した後、電極、圧電体膜を形成し、その後、多孔質部を除去する工程が好ましい。   In the manufacturing method of the discharge head of the present invention, after forming the individual liquid chamber having one side opened, the discharge port, and the communication hole connecting the discharge port and the individual liquid chamber by this method, the upper and lower electrodes on another substrate, It is possible to produce a discharge head by joining a piezoelectric film and a diaphragm, but preferably after forming the diaphragm, an electrode and a piezoelectric film are formed, and then a porous film is formed. The step of removing the part is preferable.

次に、本発明の吐出ヘッドの製造方法を構成する主要な技術について説明する。   Next, main techniques constituting the method of manufacturing the ejection head according to the present invention will be described.

本発明は、Si基板上に部分的に多孔質部を形成する工程、その上にSiエピタキシャル層を形成する工程と該Si層中に部分的に多孔質部を形成する工程を1回以上行い、多孔質部をエッチング工程で除去し、デバイスを製造する方法を、吐出ヘッドを製造する方法に応用したものである。三次元構造を有する吐出ヘッドにおいて、例えば、個別液室や流路部等を多孔質部で形成しておき、最終的にその部分を除去することにより、デバイスを製造する方法である。そのために三次元中空構造体中に本質的に接合部、接着部が介在せず、応力による反りや熱的な影響で膜が剥離するような問題のないデバイスとなる。多孔質部の形成方法としては、陽極化成処理により行うが他の方法でも良い。   In the present invention, the step of partially forming a porous portion on a Si substrate, the step of forming a Si epitaxial layer thereon, and the step of partially forming a porous portion in the Si layer are performed at least once. The method of manufacturing a device by removing a porous portion in an etching process is applied to a method of manufacturing a discharge head. In a discharge head having a three-dimensional structure, for example, a device is manufactured by forming an individual liquid chamber, a flow path portion, and the like with a porous portion and finally removing the portion. For this reason, there are essentially no joints and adhesions in the three-dimensional hollow structure, and the device is free from problems such that the film is peeled off due to warping due to stress or thermal effects. As a method for forming the porous portion, anodizing treatment is performed, but other methods may be used.

多孔質部を選択的に行うためにSi表面上にマスク層を形成し、マスクのない部分が化成処理され、多孔質部となる。マスク材としては、SiC、SiN、非晶質Si、ポリマー、ワックス等の化成処理によりダメージを受け難い物であれば良い。化成処理後、上記マスクを除去し、単結晶Siを多孔質部上にも成膜し、必要に応じて更に多孔質部を作成するようにマスクの形成、化成処理を施す。最終的にこのように作成した多孔質部を内部に有するSi基板に必要に応じて機能層(例えば圧電素子や発熱素子)を形成し、多孔質部をエッチング除去し、吐出ヘッドとしての空間部を形成することができる。機能層の形成は、多孔質部のエッチング除去後でも良い。このように、吐出源となる機能層を保持する材料が、筐体と共に三次元空間部を形成し、吐出ヘッドの構成材料と実質的に同一材料で構成される吐出ヘッドとすることができる。   In order to selectively perform the porous portion, a mask layer is formed on the Si surface, and the portion without the mask is subjected to chemical conversion treatment to become a porous portion. The mask material may be any material that is not easily damaged by chemical conversion treatment such as SiC, SiN, amorphous Si, polymer, and wax. After the chemical conversion treatment, the mask is removed, a single crystal Si film is formed on the porous portion, and a mask is formed and chemical conversion treatment is performed so as to further create a porous portion as necessary. Finally, a functional layer (for example, a piezoelectric element or a heating element) is formed on the Si substrate having the porous part created in this way as needed, and the porous part is removed by etching to form a space part as an ejection head. Can be formed. The functional layer may be formed after the porous portion is removed by etching. As described above, the material that holds the functional layer serving as the discharge source forms a three-dimensional space portion together with the housing, and the discharge head can be formed of substantially the same material as the constituent material of the discharge head.

多孔質部は、密度が半分以下に減少した層であるため、化学エッチング速度が、通常の単結晶層のエッチング速度に比べて、著しく増速され、多孔質部のみが除去され、かつ多孔質部が除去された構造体の中に接合部のない三次元中空構造体を提供することができる。   Since the porous part is a layer whose density is reduced to less than half, the chemical etching rate is significantly increased compared to the etching rate of a normal single crystal layer, only the porous part is removed, and the porous part is porous. It is possible to provide a three-dimensional hollow structure having no joint in the structure from which the portion has been removed.

多孔質部は、層中で密度が異なる構造となっていても良いし、基板内の異なる多孔質部の密度が異なっていても良い。それは、多孔質部の体積が異なるためにエッチング速度が異ならせることにより、設計通りの寸法になるため好ましい。これは、陽極化成処理中に電流密度を変化させることにより達成される。   The porous part may have a structure with different densities in the layer, or the density of different porous parts in the substrate may be different. It is preferable because the dimensions are as designed by making the etching rate different because the volume of the porous portion is different. This is achieved by changing the current density during the anodization process.

このようにして作製される吐出ヘッドは、個別液室や液体流路及び/又は吐出口が内包されたSi材料の三次元中空構造体中に接合層、接着層のない構造となる。   The discharge head manufactured in this way has a structure without a bonding layer and an adhesive layer in a three-dimensional hollow structure made of Si material in which individual liquid chambers, liquid flow paths, and / or discharge ports are included.

図13(a)〜(j)は、接合層、接着層のないSi材料の三次元中空構造体の形成過程を示す図である。   FIGS. 13A to 13J are diagrams showing a process of forming a three-dimensional hollow structure of Si material without a bonding layer and an adhesive layer.

図13において、d31撓みモードの吐出ヘッドを製造する工程を例にしており、簡略化するために個別液室となる部分を1ヶ所しか図示していないが、実際は、規則的に複数個配列された形で作成される。(a)は、Si基板111の表裏面にマスク112を形成した状態である。これを陽極化成処理し前記マスクを除去した状態が(b)である。113は陽極化成処理部を示す。陽極化成処理した多孔質部も含めその上にSiをエピタキシャル成長させ単結晶Si層114を作成する((c))。更に、(d)のようにマスク112を形成し、陽極化成処理により多孔質部115を作成する((e))。更に、この上に(c)工程と同様にSi層116を形成する((f))。このようにして作成した基板は、多孔質部を内包する同一材料で出来た基板となる。この上に撓みモードを利用したd31モードの圧電素子を形成するために、(g)のように振動板に対応するSi層116上に下部電極117、圧電体膜118、上部電極119を設ける。(g)では、上部電極及び圧電体膜は、個別液室となる多孔質部上にパターニングされた状態で図示されているが、通常、下部電極上全体に圧電体膜、上部電極を形成し、その後、エッチング処理等によりパターンニングされる。あるいは、エアロゾルデポジション法等の方法で圧電体膜を形成する場合は、マスクを介して成膜できるため、前記エッチング処理なしで、パターニングされた圧電体膜が形成される。 FIG. 13 shows an example of a process of manufacturing a discharge head in the d 31 flexure mode, and only one portion serving as an individual liquid chamber is shown for the sake of simplicity. Created in the form. (A) is a state in which a mask 112 is formed on the front and back surfaces of the Si substrate 111. The state in which this is anodized and the mask is removed is (b). Reference numeral 113 denotes an anodizing treatment section. A single crystal Si layer 114 is formed by epitaxially growing Si on the anodized porous portion including the porous portion ((c)). Further, a mask 112 is formed as shown in (d), and the porous portion 115 is formed by anodizing treatment ((e)). Further, an Si layer 116 is formed thereon ((f)) as in the step (c). The substrate thus prepared is a substrate made of the same material that encloses the porous portion. In order to form a d 31 mode piezoelectric element using the flexure mode thereon, a lower electrode 117, a piezoelectric film 118, and an upper electrode 119 are provided on the Si layer 116 corresponding to the diaphragm as shown in (g). . In (g), the upper electrode and the piezoelectric film are illustrated in a state of being patterned on the porous portion serving as the individual liquid chamber, but usually the piezoelectric film and the upper electrode are formed on the entire lower electrode. Thereafter, patterning is performed by an etching process or the like. Alternatively, when the piezoelectric film is formed by a method such as the aerosol deposition method, the film can be formed through a mask, so that the patterned piezoelectric film is formed without the etching process.

続いて、(h)の120の箇所は、多孔質部がエッチング処理により除去され空間部となったことを意味している。   Subsequently, 120 in (h) means that the porous portion has been removed by etching to become a space portion.

このように形成された吐出ヘッドをそのまま使用するか、あるいは(i)で示されるように先端が吐出口の部分122を有する基板121を接合して形成しても良いし、また、122の部分をSi基板の陽極化成処理により作成し個別液室部123まで上記方法で作成する方法も本発明の範囲であり、後者はより好ましい態様である。この場合は、(j)で示されるように124の接合部もないすべてがSiで出来た一体型の吐出ヘッドが得られる。また、エッチング除去する部分が多孔質部以外の部分をドライプロセス等の他のプロセスで行い、三次元形状を完成させても良い。すなわち、本発明は、三次元中空構造体の内部に接合部、接着部がない吐出ヘッドデバイスの製造方法であり、その実現手段の一つとして多孔質部の形成、Si層の形成を1回以上行い、多孔質部の少なくとも一部が除去される製造方法が例示される。   The discharge head thus formed may be used as it is, or may be formed by bonding a substrate 121 having a discharge port portion 122 at the tip as shown in (i). A method in which an anodizing process is performed on the Si substrate and the individual liquid chamber part 123 is prepared by the above method is also within the scope of the present invention, and the latter is a more preferable embodiment. In this case, as shown in (j), an integrated discharge head which is entirely made of Si and does not have 124 junctions can be obtained. Further, the part to be etched away may be a part other than the porous part by other processes such as a dry process to complete the three-dimensional shape. That is, the present invention is a method of manufacturing a discharge head device having no joint or adhesive inside the three-dimensional hollow structure. As one of the means for realizing the method, the porous portion and the Si layer are formed once. The manufacturing method in which at least a part of the porous portion is removed as described above is exemplified.

ドライプロセスと多孔質部の除去手段を併用することにより容易に、個別液室、吐出口、液体吐出源、及び個別液室と吐出口を繋ぐ連通孔を有する吐出ヘッドにおいて、連通孔と吐出口の形状が、個別液室からテーパ形状を有する部分と、吐出口近傍では一定の口径を保持する部分とを含むことを特徴とする吐出ヘッドが得られる。例えば、図13のテーパ形状を有する部分120と、吐出口まで一定の口径を保持した部分122を有する吐出ヘッドが得られ、この形状により液滴の吐出特性が良好となる。圧電体膜を利用した吐出ヘッドでは、上記構造を有することは、特性の良い吐出ヘッドを得ることができる。すなわち、テーパ部を有することにより、圧力波の減少が少なくなること、及び一定口径を有する部分でメニスカス制御を行うことにより、振動板の変位量に応じて一定で安定したメニスカス制御を行えるため、一定量の液滴を安定かつ高速度で吐出することができる。   In a discharge head having an individual liquid chamber, a discharge port, a liquid discharge source, and a communication hole connecting the individual liquid chamber and the discharge port, the communication hole and the discharge port can be easily obtained by using the dry process and the removal means of the porous portion in combination. The discharge head is characterized in that the shape includes a portion having a tapered shape from the individual liquid chamber and a portion having a constant diameter in the vicinity of the discharge port. For example, an ejection head having a portion 120 having a tapered shape as shown in FIG. 13 and a portion 122 having a constant diameter up to the ejection port can be obtained, and this shape improves droplet ejection characteristics. With an ejection head using a piezoelectric film, having the above structure makes it possible to obtain an ejection head with good characteristics. That is, by having a tapered portion, the decrease in pressure waves is reduced, and by performing meniscus control at a portion having a constant aperture, constant and stable meniscus control can be performed according to the displacement amount of the diaphragm. A certain amount of droplets can be discharged stably and at high speed.

テーパ部の角度をθ、太径と細径の差を2a、テーパを有する膜厚をbとした時、tanθ=b/aと定義すると、θは50°以上86°以下が好ましい。また、一定部の口径は10〜40μmが好ましい。   When the angle of the tapered portion is θ, the difference between the large diameter and the small diameter is 2a, and the film thickness having the taper is b, θ is preferably 50 ° or more and 86 ° or less when defined as tan θ = b / a. The diameter of the fixed portion is preferably 10 to 40 μm.

陽極化成処理は、HF溶液中で行うことが望ましい。HFのエタノール溶液が好ましい。陽極化成処理により多孔質Si層を作成するためには、単結晶Si層に正孔が必要であり、N型Siに比べてP型Siの方が多孔質Siに変質させ易いが、N型Siも正孔を注入することにより対応することができる。   The anodizing treatment is desirably performed in an HF solution. An ethanol solution of HF is preferred. In order to create a porous Si layer by anodizing treatment, holes are required in the single crystal Si layer, and P-type Si is easier to be transformed into porous Si than N-type Si. Si can also be dealt with by injecting holes.

多孔質Siの構造は、溶液の濃度、電流密度、Siの比抵抗によって制御できる。また、多孔質部の厚さは、陽極化成処理の時間で制御する。製造工程中、多孔質部の孔の内壁を酸化処理するために200℃から500℃の範囲でドライ酸化することは、好ましい態様である。好ましい温度範囲は、300℃から450℃である。この過程を経ることにより、後工程で機能膜(例えば、圧電体膜や発熱素子用の抵抗膜)を作成・成膜する工程で700℃以上の工程があっても、孔の凝集が発生せず、エッチング特性を悪化させることがない。   The structure of porous Si can be controlled by the solution concentration, current density, and Si resistivity. Further, the thickness of the porous portion is controlled by the time of anodizing treatment. During the production process, it is a preferred embodiment that dry oxidation is performed in the range of 200 ° C. to 500 ° C. to oxidize the inner walls of the pores of the porous portion. A preferred temperature range is 300 ° C to 450 ° C. Through this process, even if there is a process of 700 ° C. or higher in the process of forming and forming a functional film (for example, a piezoelectric film or a resistance film for a heating element) in a later process, the aggregation of holes occurs. In addition, the etching characteristics are not deteriorated.

多孔質部が部分的に形成された基板上に、Si層のエピタキシャル形成を行う(例えば図13の(c)工程)。このエピタキシャル成膜は、通常の方法で行うことができ、例えば、ソースガスをSiHとする減圧CVD法で成膜することができる。 An Si layer is epitaxially formed on the substrate on which the porous portion is partially formed (for example, step (c) in FIG. 13). This epitaxial film formation can be performed by a normal method, for example, it can be formed by a low pressure CVD method using a source gas of SiH 4 .

本発明では、上記多孔質部形成工程とSi層形成工程を、複数回繰り返すことができる。複数回繰り返すことにより、基板中に異なる寸法の多孔質部が三次元的に配置される。これらを作成した後、機能層を成膜しても良いし、上記多孔質部形成とSi層形成の途中に機能層の成膜を行っても良い。   In the present invention, the porous part forming step and the Si layer forming step can be repeated a plurality of times. By repeating a plurality of times, porous portions having different dimensions are three-dimensionally arranged in the substrate. After creating these, the functional layer may be formed, or the functional layer may be formed during the formation of the porous portion and the Si layer.

次に、本実施形態の撓みモードのd31用圧電体膜について説明する。 Next, the d 31 piezoelectric film for flexure mode of the present embodiment will be described.

圧電体膜は、上記エピタキシャル形成したSi層上に下部電極を介して形成する。形成方法は、薄膜形成方法としては、スパッタ法、CVD法、ゾルゲル法、MBE法、PLD法、水熱合成、ガスデポジション法等の方法が用いられる。焼結法、溶融法で作成したセラミックスあるいは単結晶物を薄膜切断後、接合して形成しても良いが、好ましくは、薄膜形成方法で形成する。   The piezoelectric film is formed on the epitaxially formed Si layer via a lower electrode. As the forming method, as a thin film forming method, a sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, an MBE method, a PLD method, a hydrothermal synthesis, a gas deposition method, or the like is used. A ceramic or single crystal produced by a sintering method or a melting method may be formed by cutting a thin film and then joining, but it is preferably formed by a thin film forming method.

本実施形態の圧電体膜は、圧電体膜及び/又は電歪膜を意味する。圧電体膜に用いられる材料としては、ペロブスカイト型化合物が挙げられる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛PZT(登録商標)[Pb(ZrTi1−X)O]やチタン酸バリウムBaTiOなどの圧電材料やリラクサ系材料の電歪材料である。チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のxは0.45から0.65のMPB(morphotoropic phase boundary)組成が好ましいが、それ以外の組成比でも良い。 The piezoelectric film of this embodiment means a piezoelectric film and / or an electrostrictive film. Examples of the material used for the piezoelectric film include perovskite compounds. For example, an electrostrictive material of the piezoelectric material and a relaxor material such as lead zirconate titanate PZT (TM) [Pb (Zr X Ti 1 -X) O 3] or barium titanate BaTiO 3. MP of lead zirconate titanate (PZT) preferably has a morphotoropic phase boundary (MPB) composition of 0.45 to 0.65, but other composition ratios may be used.

本実施形態で使用する電歪材料としては以下の材料が選択できる。   The following materials can be selected as the electrostrictive material used in the present embodiment.

例えば、PMN[Pb(MgNb1−X)O],PNN[Pb(NbNi1−X)O],PSN[Pb(ScNb1−X)O],PZN[Pb(ZnNb1−X)O],PMN−PT{(1−y)[Pb(MgNb1−X)O]−y[PbTiO]},
PSN−PT{(1−y)[Pb(ScNb1−X)O]−y[PbTiO]},PZN−PT{(1−y)[Pb(ZnNb1−X)O]−y[PbTiO]},LN[LiNbO]、KN[KNbO]である。
For example, PMN [Pb (Mg X Nb 1-X) O 3], PNN [Pb (Nb X Ni 1-X) O 3], PSN [Pb (Sc X Nb 1-X) O 3], PZN [Pb (Zn X Nb 1-X) O 3], PMN-PT {(1-y) [Pb (Mg X Nb 1-X) O 3] -y [PbTiO 3]},
PSN-PT {(1-y ) [Pb (Sc X Nb 1-X) O 3] -y [PbTiO 3]}, PZN-PT {(1-y) [Pb (Zn X Nb 1-X) O 3 ] -y [PbTiO 3 ]}, LN [LiNbO 3 ], KN [KNbO 3 ].

ここで、x及びyは1以下で0以上の数である。例えば、PMNの場合xは0.2〜0.5で、PSNではxは0.4〜0.7が好ましく、PMN−PTのyは0.1〜0.4、PSN−PTのyは0.3〜0.5、PZN−PTのyは0.03〜0.35が好ましい。また、PMN−PT,PZN−PT,PNN−PT,PSN−PTにZrがTiに代替されて含まれたPMN−PZT,PZN−PZT,PNN−PZT,PSN−PZT化合物であっても良い。   Here, x and y are numbers of 1 or less and 0 or more. For example, in the case of PMN, x is 0.2 to 0.5, and in PSN, x is preferably 0.4 to 0.7, PMN-PT y is 0.1 to 0.4, and PSN-PT y is 0.3 to 0.5 and y of PZN-PT is preferably 0.03 to 0.35. Further, PMN-PZT, PZN-PZT, PNN-PZT, and PSN-PZT compounds in which Zr is substituted for Ti in PMN-PT, PZN-PT, PNN-PT, and PSN-PT may be used.

圧電体層はABO型ペロブスカイト酸化物であることが好ましい。 The piezoelectric layer is preferably an ABO 3 type perovskite oxide.

圧電体膜は単一組成であっても良いし、2種類以上の組み合わせでも良い。又、上記主成分に微量の元素をドーピングした組成物であっても良い。本実施形態の圧電・電歪膜は、優れた圧電性を発現するために、結晶制御されたものが良い。好ましくは、擬似立方晶であるか、又は擬似立方晶、菱面体晶、正方晶のうち少なくとも二つが存在する混相系である。   The piezoelectric film may have a single composition or a combination of two or more. Moreover, the composition which doped the trace amount element to the said main component may be sufficient. The piezoelectric / electrostrictive film of this embodiment is preferably crystal-controlled in order to exhibit excellent piezoelectricity. Preferably, it is a pseudo-cubic crystal or a mixed phase system in which at least two of pseudo-cubic, rhombohedral and tetragonal crystals exist.

電極層及び誘電体層の成膜方法前述したように、スパッタ法、MO−CVD法、レーザーアブレーション法、ゾルゲル法、MBE法等であり、好ましくはスパッタ法、MO−CVD法、ゾルゲル法であり、より好ましくはMO−CVD法とスパッタ法である。   As described above, sputtering method, MO-CVD method, laser ablation method, sol-gel method, MBE method, etc., preferably sputtering method, MO-CVD method, sol-gel method. More preferably, the MO-CVD method and the sputtering method are used.

MO−CVD製法による、基板温度以外の条件としては基板上に原料ガスを連続的に供給するのではなく、断続的に供給するパルスMO−CVD法を採ることが好ましい。   As a condition other than the substrate temperature according to the MO-CVD method, it is preferable to adopt a pulse MO-CVD method in which the source gas is supplied continuously rather than continuously on the substrate.

圧電体膜を結晶制御する場合は、Si基板上に格子マッチングを取るためにバッファー層を形成することが好ましい。バッファー層は、蛍石型酸化物が好ましく、膜厚として、10nmから5μmである。蛍石型酸化物としては、例えば、AmO,CeO,CmO,KO,LiO,NaO,NpO,PaO,PuO,RbO,TbO,ThO,UO,ZrOであるが、好ましくはCeO,ZrOであり、振動板面に対してバッファー層の(100)面が平行な結晶構造が好ましい。ZrOは希土類元素をドーパントとして含むものであるのが好ましい。 When the crystal of the piezoelectric film is controlled, it is preferable to form a buffer layer on the Si substrate in order to obtain lattice matching. The buffer layer is preferably a fluorite-type oxide and has a thickness of 10 nm to 5 μm. The fluorite type oxide, for example, AmO 2, CeO 2, CmO 2, K 2 O, Li 2 O, Na 2 O, NpO 2, PaO 2, PuO 2, RbO 2, TbO 2, ThO 2, UO 2 , ZrO 2 , preferably CeO 2 , ZrO 2 , and a crystal structure in which the (100) plane of the buffer layer is parallel to the diaphragm surface is preferable. ZrO 2 preferably contains a rare earth element as a dopant.

撓みモードのd31あるいはピストンモードのd33モードの圧電体膜としては、上記材料が電極に挟まれ複数層積層されたものである。1層あたりの膜厚は、0.5μmから20μmで層数は、2層以上、100層以下であるが、5層以上、50層以下が好ましく用いられる。層間の電極は、Pt,Ni,Cu,Cr,Au,Ir,Ruなどの金属材料が好ましく用いられ、リーク防止のため、図9のように、交互の電極層が端面にまで露出しないように途中で止められている。これらの積層圧電体層は、多結晶材料で形成され、BaTiO系の材料で構成されていても良い。 As a piezoelectric film of the bending mode d 31 or piston mode d 33 mode, a plurality of layers of the above materials are sandwiched between electrodes. The film thickness per layer is 0.5 μm to 20 μm, and the number of layers is 2 or more and 100 or less, but preferably 5 or more and 50 or less. For the electrodes between the layers, metal materials such as Pt, Ni, Cu, Cr, Au, Ir, and Ru are preferably used, and in order to prevent leakage, alternate electrode layers are not exposed to the end faces as shown in FIG. Stopped on the way. These laminated piezoelectric layers may be made of a polycrystalline material and may be made of a BaTiO 3 based material.

ピストンモードの吐出ヘッドでは、振動板は、Si材料である必要はなく、個別液室までをSi材料で形成し、その上に薄膜の振動板を接合、接着した形態でも良い。Si以外の材料での振動板としては、ポリイミド等のポリマー材料や、Ti箔等の金属材料でも良い。これらの振動板と積層圧電体膜との位置合わせのために振動板上に突起となる金属材料やポリマー材料、ガラス材料を設けても良い。これらの突起と積層体を接着剤を用いて接合する。   In the piston mode discharge head, the diaphragm does not need to be made of Si material, and may be formed by forming the individual liquid chambers with Si material and bonding and bonding a thin film diaphragm thereon. As a diaphragm made of a material other than Si, a polymer material such as polyimide or a metal material such as Ti foil may be used. In order to align the diaphragm and the laminated piezoelectric film, a metal material, a polymer material, or a glass material that serves as a protrusion may be provided on the diaphragm. These protrusions and the laminate are joined using an adhesive.

本実施形態のd15モードの吐出ヘッドの圧電体膜は、図10の81で図示されたようにパターニングされていなくて良く、一定の厚みを有する圧電・電歪膜が個別液室の一方を塞ぐ形で接合、接着される。圧電・電歪膜上には、櫛形電極が配置され電界が圧電体膜81の膜厚に対して斜め方向に掛けられ、d15モードが利用できるようになる。 The piezoelectric film of the discharge head of the d 15 mode of the present embodiment may not be patterned as illustrated in 81 in FIG. 10, one piezoelectric-electrostrictive film of the individual liquid chamber having a constant thickness Bonded and bonded in a closed form. The piezoelectric-electrostrictive film, the electric field is arranged comb-shaped electrodes are subjected to an oblique direction with respect to the film thickness of the piezoelectric film 81, d 15 mode becomes available.

本実施形態の吐出源として熱的変位を用いた吐出ヘッドの発熱素子としては、下記の材料が用いられる。   The following materials are used as the heating elements of the ejection head using thermal displacement as the ejection source of the present embodiment.

TaN,TaNSiNの薄膜発熱素子が用いられる。それ以外でも、一般的な薄膜発熱素子であればよく、例えばサーメット材料やポリSi、合金、金属化合物等が挙げられる。   A thin film heating element of TaN or TaNSiN is used. Other than that, a general thin film heating element may be used, and examples thereof include a cermet material, poly-Si, an alloy, and a metal compound.

また、これらの成膜方法は、スパッタ法、真空蒸着、CVD法、塗布法などが挙げられる。   Examples of these film forming methods include sputtering, vacuum deposition, CVD, and coating.

また、必要に応じてインクから保護する保護膜が形成される。   Further, a protective film for protecting from ink is formed as necessary.

図14は、本実施形態により作製されたインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置の概略図である。上記特許文献4に開示されているものと同様の構成である。本発明は、これらにより、吐出特性が安定し、長寿命の、インクジェットヘッドが得られ、性能の良いインクジェット記録装置を達成することができる。   FIG. 14 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus using the ink jet head manufactured according to the present embodiment. The configuration is the same as that disclosed in Patent Document 4 above. Thus, the present invention can achieve an ink jet recording apparatus with stable ejection characteristics, a long-life ink jet head, and good performance.

図14の装置本体131において、下ケース132、上ケース133、アクセスカバー134は外装であり、135は排紙トレー、136は自動給送部である。   In the apparatus main body 131 of FIG. 14, a lower case 132, an upper case 133, and an access cover 134 are exteriors, 135 is a paper discharge tray, and 136 is an automatic feeding unit.

図14の外装をはずした動作機構部を図15に示す。記録媒体としての記録紙を装置本体内へ自動給送する自動給送部137と、自動給送部136から送出される記録紙を所定の記録位置へと導くとともに、記録位置から排出口141へと記録紙を導く搬送部142と、記録位置に搬送された記録紙に記録を行う記録部143と、記録部143に対する回復処理を行う回復部144とから構成されている。本実施形態のインクジェットヘッドは、キャリッジ145に配置され使用される。図14は、プリンタとしての例を示したが、本実施形態による吐出ヘッドは、Faxや複合機、複写機、あるいは産業用吐出装置に使用しても良い。   FIG. 15 shows the operating mechanism part with the exterior of FIG. 14 removed. An automatic feeding unit 137 for automatically feeding a recording sheet as a recording medium into the apparatus main body, and a recording sheet sent from the automatic feeding unit 136 are guided to a predetermined recording position, and from the recording position to the discharge port 141. And a transport unit 142 that guides the recording paper, a recording unit 143 that performs recording on the recording paper transported to the recording position, and a recovery unit 144 that performs recovery processing on the recording unit 143. The ink jet head of this embodiment is disposed on the carriage 145 and used. Although FIG. 14 shows an example of a printer, the discharge head according to the present embodiment may be used for a fax, a multifunction peripheral, a copying machine, or an industrial discharge apparatus.

次に、本実施形態をd31撓みモード、及びd33ピストンモードの各吐出ヘッドについて実施例を挙げて説明する。 Next, the present embodiment will be described with respect to each of the ejection heads in the d 31 bending mode and the d 33 piston mode.

〔実施例3−1〕
図16は、d31撓みモードの吐出ヘッドの長手方向から見た断面図である。
[Example 3-1]
FIG. 16 is a cross-sectional view of the ejection head in the d 31 flexure mode viewed from the longitudinal direction.

図13において、基板111として100μm厚のSi基板の両面に多孔質部が図のようにテーパ部113を形成するようにSiNのマスク112を形成した。上面の開口部が45μmφで下面の開口部を25μmφの大きさに設計した。電流密度30mA/cm、HF:HO:エタノール=1:1:1の溶液中、陽極化成処理を行い、上面から下面まで多孔質部で貫通させた。マスクを熱燐酸を用いて除去、洗浄後、上面側に減圧CVDで単結晶Si層を40μm厚で形成し、図16の長手方向の断面図に示すように、151,152に該当する部分に多孔質部を作成した。更に40μmのSi層を形成し、同様に153に該当する部分を多孔質部となるように処理した。更にこの上に20μm厚でSi層を形成し、同様に155,156の部分を多孔質部とした。この上に更に4μm厚でSi157をエピタキシャル形成し、振動板として準備した。157の振動板は、基板111のSiの結晶構造と同じ(100)の結晶構造とした。また、158の部分を多孔質化した。多孔質部151側は、個別液室となる部分であり、多孔質部152側は、共通液室となる部分である。多孔質部153の中央部の154は、共通液室と個別液室の液体供給路となる部分である。また、158は、液体供給口となる部分である。 In FIG. 13, a SiN mask 112 is formed so that the porous portion forms tapered portions 113 as shown in the figure on both surfaces of a 100 μm thick Si substrate as the substrate 111. The opening on the upper surface was designed to be 45 μmφ, and the opening on the lower surface was designed to be 25 μmφ. Anodization treatment was performed in a solution having a current density of 30 mA / cm 2 and HF: H 2 O: ethanol = 1: 1: 1, and the porous portion was penetrated from the upper surface to the lower surface. After removing and cleaning the mask using hot phosphoric acid, a single-crystal Si layer is formed with a thickness of 40 μm by low-pressure CVD on the upper surface side. As shown in the longitudinal sectional view of FIG. A porous part was created. Further, a 40 μm Si layer was formed, and the portion corresponding to 153 was similarly processed to be a porous portion. Further, a Si layer having a thickness of 20 μm was formed thereon, and the portions 155 and 156 were similarly made porous portions. On top of this, Si157 was further epitaxially formed with a thickness of 4 μm to prepare a diaphragm. The vibration plate 157 has the same (100) crystal structure as the Si crystal structure of the substrate 111. Further, the portion 158 was made porous. The porous portion 151 side is a portion that becomes an individual liquid chamber, and the porous portion 152 side is a portion that becomes a common liquid chamber. A central portion 154 of the porous portion 153 is a portion serving as a liquid supply path for the common liquid chamber and the individual liquid chamber. Reference numeral 158 denotes a portion serving as a liquid supply port.

その後、基板の下面側に吐出口形成用にSi層を形成し、該層中に吐出口161をドライプロセスにより穴加工(口径25μm)した。この後、下部電極162、圧電体膜163、上部電極164を形成する。これらを形成する前に前述したように200℃から450℃で加熱処理する。また、下部電極162と振動板157の間にバッファー層を有することは、好ましい態様である。こうして三次元中空構造体中に接合層、接着層等のないデバイスを得ることができる。また、個別液室と吐出口を繋ぐ連通孔を有し、個別液室から吐出口への形状が、最初はテーパ状で吐出口側では、一定の口径の物を得た。   Thereafter, a Si layer was formed on the lower surface side of the substrate for forming the discharge port, and the discharge port 161 was drilled in the layer by a dry process (diameter 25 μm). Thereafter, a lower electrode 162, a piezoelectric film 163, and an upper electrode 164 are formed. Before forming these, heat treatment is performed at 200 to 450 ° C. as described above. In addition, a buffer layer is preferably provided between the lower electrode 162 and the diaphragm 157. In this way, a device having no bonding layer, adhesive layer or the like in the three-dimensional hollow structure can be obtained. In addition, there was a communication hole connecting the individual liquid chamber and the discharge port, and the shape from the individual liquid chamber to the discharge port was initially tapered, and a constant diameter was obtained on the discharge port side.

こうして、上部電極、圧電体膜のパターニング、ウェットエッチングによる多孔質部の除去により本発明の吐出ヘッドを得ることができる。上記処理中、必要に応じて、不要な部分にエッチャント汚染が起こらないよう、ポリマー材料等で保護することは好ましいことである。特にエッチャントである、フッ硝酸系の溶液に耐性のある保護材を用いることが好ましい。   Thus, the ejection head of the present invention can be obtained by patterning the upper electrode and the piezoelectric film and removing the porous portion by wet etching. During the above-described treatment, it is preferable to protect the polymer with a polymer material or the like so as not to cause etchant contamination in unnecessary portions as necessary. In particular, it is preferable to use a protective material resistant to a hydrofluoric acid-based solution which is an etchant.

上記吐出ヘッドに電圧25Vを掛けて、粘度3.8cpsの液体を吐出させて特性評価を行った。液滴量及び吐出速度を、高速度カメラによる液滴サイズ及び移動距離から換算し、2.5pL、7.8m/秒の値を得た。また、上記吐出ヘッドは耐久性に優れ、10回以上の吐出においても初期と大きな特性低下がないことが確認された。 A voltage of 25 V was applied to the discharge head to discharge a liquid having a viscosity of 3.8 cps, and the characteristics were evaluated. The droplet amount and the discharge speed were converted from the droplet size and moving distance by a high-speed camera, and values of 2.5 pL and 7.8 m / second were obtained. Moreover, the discharge head is durable, that no initial major characteristics decrease was confirmed in the discharge of more than 10 9 times.

〔実施例3−2〕
図17は、d33ピストンモードの吐出ヘッドの長手方向から見た断面図である。
[Example 3-2]
Figure 17 is a sectional view seen from the longitudinal direction of the ejection head of d 33 piston mode.

図17の長手方向の断面図に示すように、基板中に吐出口となる多孔質部174を形成した。更に、上記方法と同じように複数回工程を繰り返し個別液室となる多層の多孔質部175、共通液室となる多層の多孔質部176を形成した。これらの多孔質部をウェットエッチングにより除去し空洞化し、液体供給口、共通液室、個別液室、液室間の流路、吐出口を有し、その中に接合層、接着層のない三次元中空構造体を得た。実施例3−1と同じく、154は、共通液室と個別液室の液体供給路となる部分であり、158は、液体供給口となる部分である。多孔質部177の部分を塞ぐようにポリイミド100μm厚の振動板を接着し、その上にダイサー切断された積層圧電体を設置し、図9の概略図で示される吐出ヘッドを得た。積層圧電体71,71′等は図示されていないが、これらを保持する共通基板が配置されている。   As shown in the cross-sectional view in the longitudinal direction of FIG. 17, a porous portion 174 serving as a discharge port was formed in the substrate. Further, in the same manner as in the above method, a multi-layer porous portion 175 serving as an individual liquid chamber and a multi-layer porous portion 176 serving as a common liquid chamber were formed by repeating a plurality of steps. These porous parts are removed by wet etching to form cavities, and have liquid supply ports, common liquid chambers, individual liquid chambers, flow paths between liquid chambers, and discharge ports, and tertiary layers without bonding layers and adhesive layers in them. An original hollow structure was obtained. As in Example 3-1, 154 is a portion that serves as a liquid supply path for the common liquid chamber and the individual liquid chambers, and 158 is a portion that serves as a liquid supply port. A diaphragm having a thickness of 100 μm was adhered so as to block the porous portion 177, and a dicer-cut laminated piezoelectric material was placed thereon, thereby obtaining an ejection head shown in the schematic diagram of FIG. Although the laminated piezoelectric bodies 71, 71 'and the like are not shown, a common substrate for holding them is disposed.

各圧電体層間に15Vの電圧を掛け、3.8cpsの液体の吐出を試みたところ、液滴量5pl、液滴吐出速度6m/秒で精度よく吐出できた。   When a voltage of 15 V was applied between the piezoelectric layers and ejection of a liquid of 3.8 cps was attempted, it was possible to eject accurately with a droplet volume of 5 pl and a droplet ejection speed of 6 m / sec.

〔実施例3−3〕
図17で示される基板の多孔質部177上にSi層3.5μm厚でエピタキシャル形成し振動板とした。これを400℃、30分加熱処理を施した後、振動板上を洗浄処理し、SiO層を除去した後、800℃加熱下、スパッタでY含有安定化ジルコニア層20nmを(100)エピタキシャル形成した。この上に、ペロブスカイト型金属酸化物電極150nmを(001)/(100)配向でエピタキシャル形成し、その上にPb1.05(Zr0.55Ti0.45)O組成の圧電体膜を3μm厚で(100)エピタキシャル形成した。圧電体膜は、疑似立方晶系であるか、又は疑似立方晶系、菱面体晶帰系若しくは正方晶系のうち少なくとも二つが混在している結晶系とすることにより、圧電体膜の特性を向上させることができた。上電極としてペロブスカイト型金属酸化物電極をのせ、上電極と圧電体膜をエッチング処理により個別液室に対応させてパターニングした。この後、圧電素子側をポリマーで保護したのち、フッ硝酸酢酸系水溶液で多孔質部を除去し、本発明による吐出ヘッドを得た。
[Example 3-3]
A diaphragm was formed by epitaxially forming a Si layer with a thickness of 3.5 μm on the porous portion 177 of the substrate shown in FIG. This was heated at 400 ° C. for 30 minutes, and then the diaphragm was cleaned, and the SiO 2 layer was removed. Then, a Y-containing stabilized zirconia layer having a thickness of 20 nm was formed by sputtering under heating at 800 ° C. (100). did. On this, a perovskite type metal oxide electrode 150 nm is epitaxially formed with a (001) / (100) orientation, and a piezoelectric film having a Pb 1.05 (Zr 0.55 Ti 0.45 ) O 3 composition is formed thereon. (100) epitaxial formation was performed with a thickness of 3 μm. The piezoelectric film is a pseudo cubic system or a crystal system in which at least two of a pseudo cubic system, a rhombohedral system, or a tetragonal system are mixed, so that the characteristics of the piezoelectric film can be improved. I was able to improve. A perovskite-type metal oxide electrode was placed as the upper electrode, and the upper electrode and the piezoelectric film were patterned to correspond to the individual liquid chambers by etching. Thereafter, the piezoelectric element side was protected with a polymer, and then the porous portion was removed with a hydrofluoric acid / acetic acid-based aqueous solution to obtain an ejection head according to the present invention.

上記構成にすることで、吐出ヘッドは、1ライン480dpiまで高密度化しても特性よく液滴を吐出することができ、粘性の高い、6cpsの液滴吐出も可能であった。   With the above-described configuration, the discharge head can discharge droplets with good characteristics even when the density is increased to 480 dpi per line, and it is possible to discharge 6 cps with high viscosity.

本発明の第1の実施形態に係る三次元中空構造体の作製方法を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows typically the preparation methods of the three-dimensional hollow structure which concerns on the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態に係る三次元中空構造体の作製方法を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows typically the preparation methods of the three-dimensional hollow structure which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 三次元中空構造体の例を模式的に示す断面図Sectional view schematically showing an example of a three-dimensional hollow structure 三次元中空構造体の例を模式的に示す上面図Top view schematically showing an example of a three-dimensional hollow structure 31撓みモードの吐出ヘッドの概略図d 31 Schematic diagram of ejection head in flexure mode 同じく吐出ヘッドの個別液室を短手方向から見た断面図Similarly, a cross-sectional view of the individual liquid chamber of the discharge head as seen from the short side 同じく吐出ヘッドの個別液室を長手方向から見た断面図Similarly, a sectional view of the individual liquid chambers of the discharge head as seen from the longitudinal direction エッチング除去された空間部に接合部を有しない三次元中空構造体の例を示す図The figure which shows the example of the three-dimensional hollow structure which does not have a junction part in the space part removed by etching 33ピストンモードの吐出ヘッドの概略図d Schematic of 33- piston mode discharge head 15シェアモードの吐出ヘッドの概略図d Schematic of the discharge head in 15 share mode 発熱素子を用いた吐出ヘッドの断面概略図Schematic cross-section of a discharge head using a heating element 静電型液体吐出ヘッドの長手方向の断面概略図Longitudinal cross-sectional schematic view of an electrostatic liquid discharge head 接合層、接着層のないSi材料の三次元中空構造体の形成過程を示す図Diagram showing the process of forming a three-dimensional hollow structure of Si material without a bonding layer or adhesive layer インクジェット式記録装置の概略図Schematic diagram of inkjet recording device インクジェット記録装置の動作機構部の概略図Schematic diagram of the operation mechanism of the ink jet recording apparatus d31撓みモードの吐出ヘッドの長手方向から見た断面図d 31 is a sectional view of the ejection head in the flexure mode as seen from the longitudinal direction 33ピストンモードの吐出ヘッドの長手方向から見た断面図d Cross section viewed from longitudinal direction of 33- piston mode discharge head 従来技術のSi基体及びその加工方法を示す図The figure which shows Si substrate of the prior art, and its processing method

符号の説明Explanation of symbols

11,21…非多孔質Si
12,22…マスク
13,25…多孔質領域
14,24…非多孔質Si層(エピタキシャル層)
15,26…中空領域
23…不純物領域
31…圧電体膜
32…下部電極
33…振動板
34…上部電極
35…個別液室
36…吐出口
37…連通孔
38…Si基板
51…液体供給路
52…共通液室
61…振動板
71,71′…積層圧電体膜
81…圧電体膜
91…発熱素子
120…空間部(中空領域)
11, 21 ... non-porous Si
12, 22 ... Mask 13, 25 ... Porous region 14, 24 ... Non-porous Si layer (epitaxial layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15,26 ... Hollow area | region 23 ... Impurity area | region 31 ... Piezoelectric film 32 ... Lower electrode 33 ... Diaphragm 34 ... Upper electrode 35 ... Individual liquid chamber 36 ... Discharge port 37 ... Communication hole 38 ... Si substrate 51 ... Liquid supply path 52 ... Common liquid chamber 61 ... Diaphragm 71, 71 '... Multilayer piezoelectric film 81 ... Piezoelectric film 91 ... Heating element 120 ... Space (hollow region)

Claims (9)

シリコン基体中に部分的に多孔質領域を形成する工程、前記多孔質領域を形成した基体上にシリコン層を形成し、前記シリコン層中に部分的に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする三次元中空構造体の製造方法。   Forming a porous region partially in the silicon substrate, forming a silicon layer on the substrate on which the porous region has been formed, and forming a porous region partially in the silicon layer; A method for producing a three-dimensional hollow structure comprising at least a step of forming a hollow region by etching away a porous region. 前記多孔質領域を形成したシリコン層上に、更にシリコン層を形成し、該シリコン層中に部分的に多孔質領域を形成する工程を繰り返すことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein a step of further forming a silicon layer on the silicon layer in which the porous region is formed and partially forming the porous region in the silicon layer is repeated. シリコン基体中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程、前記高濃度不純物領域を形成した基体上にシリコン層を形成し、前記シリコン層中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程、前記高濃度不純物領域に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする三次元中空構造体の製造方法。   A step of partially forming a high-concentration impurity region in a silicon substrate, a step of forming a silicon layer on the substrate on which the high-concentration impurity region has been formed, and a step of partially forming a high-concentration impurity region in the silicon layer; A method for producing a three-dimensional hollow structure comprising at least a step of forming a porous region in the high-concentration impurity region and a step of forming a hollow region by etching away the porous region. 前記高濃度不純物領域を形成したシリコン層上に、更にシリコン層を形成し、該シリコン層中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程を繰り返すことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。   4. The manufacturing method according to claim 3, wherein a step of further forming a silicon layer on the silicon layer in which the high concentration impurity region is formed and partially forming the high concentration impurity region in the silicon layer is repeated. Method. 前記高濃度不純物領域を形成する工程に2種類以上のイオン注入工程、及び拡散工程を少なくとも有することを特徴とする請求項3又は4に記載の製造方法。   5. The method according to claim 3, wherein the step of forming the high concentration impurity region includes at least two types of ion implantation steps and a diffusion step. 前記多孔質領域は、2層以上の多孔度の異なる領域であることを特徴とする請求項1又は3に記載の製造方法。   The method according to claim 1 or 3, wherein the porous region is a region having two or more layers having different porosities. 前記多孔質領域を形成する工程が、陽極化成工程、又はステインエッチ工程を少なくとも有することを特徴とする請求項1又は3に記載の製造方法。   The method according to claim 1 or 3, wherein the step of forming the porous region includes at least an anodizing step or a stain etching step. 前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程において、前記多孔質領域の一部が除去されることを特徴とする請求項1又は3に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1 or 3, wherein a part of the porous region is removed in the step of forming the hollow region by removing the porous region by etching. シリコン基体中に部分的に多孔質部を形成する工程、前記多孔質部を形成した基体上にシリコン層を形成し、前記シリコン層中に部分的に多孔質部を形成する工程、液体吐出源を形成する工程、及び前記多孔質部を除去することにより少なくとも個別液室と、前記個別液室と連通する液体供給路を形成する工程を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。   A step of partially forming a porous portion in a silicon substrate, a step of forming a silicon layer on the substrate on which the porous portion is formed, and a portion of forming a porous portion in the silicon layer, a liquid discharge source And a step of forming at least the individual liquid chamber and a liquid supply path communicating with the individual liquid chamber by removing the porous portion.
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