JP3767370B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録を必要とする時にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインクジェットヘッド記録装置の主要部であるインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より知られている静電気力を駆動源とするインクジェットヘッドには、中間の基板の上面に接合された基板の面部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイスイジェクトタイプ、中間の基板の端部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるエッジイジェクトタイプのものがあるが、何れのタイプも３枚の基板を重ねて接合した積層構造となっている。
【０００３】
例えば、フェイスイジェクトタイプの場合、中間の基板は、Ｓｉ基板からなり、各底壁を振動板とする凹部状の吐出室と、各吐出室にインクを供給する凹部状のリザーバーとが形成されており、この基板の表面には絶縁膜が施されている。絶縁膜は、インクジェット駆動時の絶縁破壊やショートを防止するための膜である。
【０００４】
この中間の基板の下面に接合される基板は、ホウケイ酸ガラスが使用され、振動板に間隙を有して対向する電極が装着されている。この電極は、所定のパルス電位を出力するパルス発信回路と電気的に接続されている。また、上面に接合される基板は、Ｓｉ基板が用いられ、その面部には吐出室と連通する複数のノズル孔と、吐出室とリザーバーを連通するインク流入口用のオリフィスと、リザーバーと連通するインク供給口とが設けられている。
【０００５】
前述した振動板は、Ｓｉ基板のドープ面にボロンを高温で熱拡散させて形成された高濃度のボロンドープ層であって、特開平９−２３４８７３号５頁１行記載のエッチングストップ技術を用い、ボロンドープ層のエッチング速度が遅いことを利用し、ボロンドープ層のみを異方性エッチングにより残留せしめて形成されたものである。
【０００６】
ボロンドープ層は、縦型炉において、石英ボート上でB2O3を主成分とする固体の拡散源と、拡散源と面積が等しく材質がＳｉＣである支持基板を重ね、拡散源より１．５ｍｍから３ｍｍ離してＳｉ基板を配置し、１０００℃以上の高温で熱拡散させて形成されたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のボロンドープ層の形成方法において、１０００℃以上の高温で熱拡散を行うため、材質がＳｉＣである支持基板から、Ｓｉが拡散源の内部へ熱拡散していき、ボロンの熱拡散が不均一になり、Ｓｉ基板にダメージが発生することによって、この基板の表面に施された絶縁膜の絶縁耐圧が低くなるという課題があった。
【０００８】
また、拡散源の一方の面が支持基板と重なっている為、支持基板と重ならない面からしかＳｉ基板に熱拡散をすることができないという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記した様な課題を解決するためのもので、ボロンの熱拡散を均一にし、Ｓｉ基板にダメージが発生することなく、高絶縁耐圧の絶縁膜を形成することが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、拡散源の両面からＳｉ基板に熱拡散させることで、従来より生産性を向上させたインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インク液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連結する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、該駆動手段が該振動板を静電気力により変形させる電極からなり、該振動板が高濃度ボロンドープ層からなるＳｉ基板であるインクジェットヘッドの製造方法であって、Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源の上下に該Ｓｉ基板を配置し、該Ｓｉ基板に高濃度のボロンを熱拡散させる第１の工程と、該Ｓｉ基板と対向させる拡散源を、第１の工程で熱拡散させたときと上下反対にすることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、拡散源に全面で接する支持基板を拡散源と重ねる従来の技術と比べ、支持基板からの不純物の熱拡散が抑えられるため、ボロンの熱拡散が均一になり、拡散源に対向して配置したＳｉ基板へのダメージを軽減することができるという効果を有する。さらに、拡散源の両面に対向させたＳｉ基板へ高濃度のボロンを熱拡散できるため、生産性が向上するという効果を有する。
【００１３】
上記構成によれば、拡散源の反りを抑制できるため、拡散源とＳｉ基板との対向距離の変化を抑え、ボロンの拡散量を一定にするという効果を有する。
【００１４】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、ボロンドープを、拡散温度が１０００℃〜１０７５℃の範囲内で行うことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、拡散源と石英ボートとの貼り付きを防止するという効果を有する。
【００１６】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、Ｓｉ基板の高濃度ボロンドープ層を形成する面の反対面に、あらかじめＳｉＯ2膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、ボロンの回り込みによりＳｉ基板の高濃度ボロンドープ層を形成する面の反対面にボロンドープ層が形成されるのを防止することができるため、Ｓｉ基板面内での振動板厚みばらつきを抑えることができるという効果を有する。
【００１８】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、ＳｉＯ2膜がシリコンの熱酸化膜であることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、シリコンの熱酸化膜とＳｉ基板との密着性が強いため、吐出室及びリザーバーのパターニング精度が向上し、吐出性能を安定化させるという効果を有する。
【００２０】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、高濃度のボロンを熱拡散させた後、ボロンの回り込みによりＳｉＯ2膜の表面に形成されたボロンドープ層をエッチングすることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、ＳｉＯ2膜の膜質変化による耐ふっ酸性の低下を防ぎ、吐出室及びリザーバーのパターニング精度が向上するという効果を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明に関わるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。本実施例はインク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるフェイスインクジェットヘッドの例を示すものである。図２は組み立てられた全体装置の側面の断面図、図３は図２のＡ−Ａ‘線矢視図である。本実施例のインクジェットヘッドは、下記に詳記する構造を持つ３枚の基板１・基板２・基板３を重ねて接合した積層構造となっている。
【００２３】
中間の第１の基板１は、Ｓｉ基板であり、底壁を振動板４とする吐出室５を構成することになる凹部６と、各々の吐出室５にインクを供給するための共通のリザーバー９を構成することになる凹部１０を有する。第１の基板の全面に、プラズマＣＶＤにより、ＴＥＯＳ膜を０．１ミクロン形成し絶縁膜としている。これは、インクジェット駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するためである。
【００２４】
第１の基板１の下面に接合される第2の基板２は、ホウケイ酸ガラスを使用し、この第一の基板１に電極１２を装着するための凹部１３を０．３ミクロンエッチングすることにより、振動板４とこれに対向して配置させる電極１２との対向間隔、すなわちギャップＧを形成している。この凹部１３はその内部に電極１２、リード部１４及び端子部１５を装着できるように電極部形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成している。電極１２は凹部１３内にＩＴＯを０．１ミクロンスパッタし、ＩＴＯパターンを形成することで作製する。
【００２５】
したがって、本実施例における第１の基板１と第２の基板２を陽極接合した後のギャップＧは、０．２ミクロンとなっている。
【００２６】
また、第１の基板の上面に接合される第３の基板３には、厚さ１００ミクロンのＳｉ基板を用い、基板３の面部に、吐出室５用の凹部６と連通するようにそれぞれノズル孔１６を設け、吐出室５用の凹部６とリザーバー９用の凹部１０を連通するオリフィス７を構成することになるインク流入口のための細溝８を設け、リザーバー９用の凹部１０と連通するようにインク供給口１７を設ける。
【００２７】
上記のように構成されたインクジェットヘッドの動作を説明する。電極１２に発信回路１８により０Ｖから３５Ｖのパルス電極を印加し、電極１２の表面がプラスに帯電すると、対応する振動板４の下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板４は静電気の吸引作用により下方へたわむ。次に、電極１２をＯＦＦにすると、振動板４は復元する。そのため、吐出室５内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔１６よりインク液滴１９を記録紙２０に向けて吐出する。次に、振動板４が再び下方へたわむことにより、インクがリザーバー９よりオリフィス７を通じて吐出室５内に補給される。なお、基板１と発信回路１８との接続は、ドライエッチングにより基板１の一部に開けた酸化膜の窓（図示せず）において行う。また、インクジェットヘッドへのインクの供給は、リザーバー９の端部のインク供給口１７により行う。
【００２８】
本実施例のインクジェットヘッドにおける振動板４は、高濃度のボロンドープ層であって、ボロンドープ層は所望の振動板厚と同じだけの厚さを有している。アルカリによるＳｉエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、高濃度（約５×１０19ｃｍ-3以上）の領域において、エッチングレートが非常に小さくなる。本実施例では、このことを利用し、振動板形成領域を高濃度ボロンドープ層とし、アルカリ異方性エッチングにより、吐出室５、リザーバー９を形成する際に、ボロンドープ層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術により、振動板４を所望の板厚に作製するものである。
【００２９】
本実施例におけるインクジェットヘッドの第１の基板１の製造方法を、図４の第１の基板１の製造工程図、図５のボロン拡散方法図において、Ｂ2Ｏ3をボロン拡散源として、厚さ０．８ミクロンの振動板４を形成する場合について詳細に説明する。
【００３０】
先ず、（１１０）を面方位とするＳｉ基板４１の両面を鏡面研磨し、１４０ミクロンの厚みの基板を作製する（図４（ａ））。Ｓｉ基板４１を、熱酸化炉にセットし、酸素および水蒸気雰囲気中で１０７５℃、４時間で熱酸化処理を施し、Ｓｉ基板４１表面に酸化膜４２を１．２ミクロン成膜する（図４（ｂ））。次いで、ボロンドープ層を形成する面４３の酸化膜４２を剥離するため、Ｓｉ基板４１のボロンドープ層を形成する面４３の反対の面４４にレジストをコートし、レジストを保護膜としてボロンドープ層を形成する面４３の酸化膜４２をふっ酸水溶液にてエッチング除去し、エッチング後、レジストを剥離する（図４（ｃ））。
【００３１】
Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源５１を石英ボート５３にセットし、拡散源５１と２．５ｍｍ隔てて、拡散源５１の上下にＳｉ基板４１を、ボロンドープ層が形成される面４３を拡散源５１に対向させてセットする。Ｓｉ基板４１の間に、ボロンの回り込みを防止するためにダミーＳｉ基板５２をセットする（図５）。縦型炉に石英ボート５３をセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させ、そのまま温度を６時間保持し、ボロンをＳｉ基板４１中に拡散させ、ボロンドープ層４５を形成する（図４（ｄ））。
【００３２】
ボロンドープ層４５が形成された面４３の反対面４４の表面には、わずかながらボロンが回り込み、酸化膜４２中に薄いボロンドープ層４６が形成される。前記ボロンドープ層を除去するため、ふっ酸水溶液に３０秒浸し、エッチングする（図４（ｅ））。
【００３３】
ボロンドープ層４５のＳｉ基板４１表面にはボロン化合物が形成されるが（図示なし）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させることができる。Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させた状態で、Ｓｉ基板４１のボロンドープ層４５が形成された面４３の反対面４４に吐出室５、リザーバー９を作り込むためのレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングし酸化膜４２をパターニングする。この時ボロンドープ層４５のＳｉ基板４１表面上に形成されたＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2も同時にエッチングされる。そしてレジストを剥離する（図４（ｆ））。
【００３４】
酸化膜４２のパターニング後、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜をボロンドープ層４５表面に、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は２５０ｍＴｏｒｒ、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｓｃｃｍ、酸素流量１０００ｓｃｃｍの条件で１．２ミクロン成膜する（図４（ｇ））。
【００３５】
Ｓｉ基板４１を３５ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ＳｉエッチングをＳｉ板厚が１０ミクロンになるまで行う（図４（ｈ））。続けてＳｉ基板４１を３ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層４５でのエッチングレート低下によるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける（図４（ｉ））。ここでエッチングストップとは、エッチングにエッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のエッチングにおいて気泡の発生の停止をもってエッチングストップと判断する。
【００３６】
前記の２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、振動板４の面荒れを抑制し、厚み精度を０．８±０．０３ミクロン以下にすることができ、インクジェットヘッドの吐出性能を安定化させることができる。
【００３７】
Ｓｉエッチング工程を経た後、ふっ酸水溶液で酸化膜をエッチングし（図４（ｊ））、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜４７をＳｉ基板４１全面に、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は２５０Ｗ、圧力は５００ｍＴｏｒｒ、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｓｃｃｍ、酸素流量１０００ｓｃｃｍの条件で０．１ミクロン成膜する（図４（ｋ））。ＴＥＯＳ膜を形成する前には、圧力は０．５ｔｏｒｒ、Ｏ2流量は１０００ｓｃｃｍ、高周波出力は２５０Ｗ、処理温度は３６０℃、処理時間は１分間の条件でＯ2プラズマ処理を施す。これによりＳｉ基板４１の表面がクリーニングされ、ＴＥＯＳ膜の絶縁耐圧の均一性を向上させている。またＴＥＯＳ膜を形成した後に当該ＴＥＯＳ膜上に、窒素雰囲気中、処理温度は１０００℃、処理時間は１時間の条件でアニール処理を施す。このアニール処理を行うことで、ＴＥＯＳ膜の緻密性が向上し、絶縁耐圧をさらに向上させている。
【００３８】
ガラス基板２に配置された電極１２に対向するＳｉ基板の表面状態は、ボロンドープ工程における拡散源５１を支持する材質がＳｉＣである支持基板の有無によって異なり、本実施例におけるＳｉＣ基板を用いない場合、Ｓｉ基板表面４３には曇りが観察されず、ダメージが発生していなかった。また、従来の技術と同様に、拡散源５１と全面で接する円状のＳｉＣ基板を用いた場合、Ｓｉ基板表面４３に曇りが確認され、ダメージが発生していた。
【００３９】
また、前記方法により形成された絶縁膜１１の絶縁耐圧は、ＳｉＣ基板を用いない場合は、Ｓｉ基板面内の平均で１０．０ＭＶ／ｃｍの絶縁耐圧が得られ、また、拡散源５１と全面で接する円状のＳｉＣ基板を用いた場合は、Ｓｉ基板面内の平均で３．０ＭＶ／ｃｍの絶縁耐圧が得られた。
【００４０】
前記拡散源５１を支持するＳｉＣ基板を用いない熱拡散方法によって、ボロンドープ工程で発生するＳｉ基板へのダメージを軽減させ、ボロン拡散面上に成膜したＴＥＯＳ膜の絶縁耐圧を高く保持することができた。
【００４１】
（実施例２）
本発明第２の実施例である拡散温度の差違による拡散源と石英ボートとの貼り付きの有無及び拡散源の下方への反り量の差違については下記の表１に示す通りである。
【００４２】
拡散温度が１０００℃〜１０７５℃である場合、拡散源を支持する石英ボートとの貼り付きは起こらなかった。拡散温度が１１００℃である場合、拡散源から拡散されるＢ2Ｏ3の石英ボートへの蒸着量が多くなるため、拡散源と石英ボートとの間に厚いＢ2Ｏ3層が形成され、その結果、拡散源と石英ボートとの貼り付きが起こった。
【００４３】
拡散源の下方への反り量は、拡散温度によって異なり、下方に設置したＳｉ基板との対向距離は拡散温度が高くなる程狭くなり、上方に設置したＳｉ基板との対向距離は拡散温度が高くなる程広くなり、その結果、下方に設置したＳｉ基板と上方に設置したＳｉ基板とで、拡散量が異なる現象が見られた。
【００４４】
拡散源の使用回数が２回目以降の熱拡散では、前回拡散したときと拡散源の上下の面を反対にすることで、拡散源が一方向に反るのを防ぐことができた。
【００４５】
【表１】
【００４６】
（実施例３）
本発明第３の実施例である高濃度のボロンを熱拡散させた後、ボロンの回り込みにより拡散面と反対面のＳｉＯ2膜表面に形成されるボロンドープ層のエッチングの有無による吐出室及びリザーバーのパターニング精度の差違について、図６のパターニング工程図において説明する。
【００４７】
ボロンドープ工程後、拡散面と反対面に吐出室及びリザーバーのレジストパターニング６１を行う前に、ボロンの回り込みによりＳｉＯ2膜表面に形成された極薄のボロンドープ層を、ふっ酸水溶液によりエッチングしない場合、ボロンが熱拡散されたＳｉＯ2膜は、ふっ酸水溶液に対するエッチングレートが増加するため、レジストパターニング６１のアンダーカットが進行しやすくなる（図６（ａ）〜（ｂ））。このため、吐出室及びリザーバーのパターニング精度が悪化し、インクジェットヘッドの吐出性能が低下する。
【００４８】
ボロンドープ工程後、ふっ酸水溶液にＳｉ基板を３０秒程度浸し、ボロンの回り込みによりＳｉＯ2膜表面に形成された極薄のボロンドープ層をエッチングする場合、レジストパターニング６１のほぼ垂直方向に、吐出室及びリザーバーのパターニングを行うことができる（図６（ｄ）〜（ｆ））。これにより、吐出性能を安定化させたインクジェットヘッドを製造することができた。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、拡散源を支持する材質がＳｉＣである支持基板を用いないことによって、支持基板からの不純物の熱拡散が抑えられるため、ボロンの熱拡散が均一になり、拡散源に対向して配置したＳｉ基板へのダメージを軽減することができ、Ｓｉ基板の拡散面上に成膜したＴＥＯＳ絶縁膜の絶縁耐圧を高く保持することができる。また、拡散源の両面に対向させたＳｉ基板へ高濃度のボロンを熱拡散できるため、生産性を向上することができる。
【００５０】
加えて、Ｓｉ基板と対向させる拡散源の面を、前回熱拡散させたときと上下反対にすることによって、拡散源の反り量が一方向に増加することを防ぎ、ボロン拡散量のＳｉ基板の面内均一性が悪化するのを防止することができる。
【００５１】
さらに、ボロンドープ工程後、Ｓｉ基板をふっ酸水溶液に浸し、ボロンの回り込みによって拡散面と反対面に形成されたボロンドープ層をエッチングすることで、吐出室及びリザーバーのパターニング精度が向上し、安定した吐出性能を誇るインクジェットヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるインクジェットヘッドの構造を分解して示す斜視図。
【図２】本発明の実施例におけるインクジェットヘッドの断面側面図。
【図３】図２のＡ−Ａ‘線矢視図。
【図４】本発明の第１の実施例におけるインクジェットヘッドの第１の基板の製造工程図。
【図５】本発明の第１の実施例におけるボロン拡散方法図。
【図６】本発明の第３の実施例におけるパターニング工程図。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 第３の基板
４ 振動板
５ 吐出室
６ 凹部
７ オリフィス
８ 細溝
９ リザーバー
１０ 凹部
１１ 絶縁膜
１２ 電極
１３ 凹部
１４ リード部
１５ 端子部
１６ ノズル孔
１７ インク供給口
１８ 発信回路
１９ インク液滴
２０ 記録紙
４１ Ｓｉ基板
４２ 酸化膜
４３ ボロンドープ層を形成する面
４４ 反対の面
４５ ボロンドープ層
４６ 反対の面に形成されたボロンドープ層
４７ ＴＥＯＳ膜
５１ 拡散源
５２ ダミーＳｉ基板
５３ 石英ボート
６１ フォトレジスト
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録を必要とする時にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインクジェットヘッド記録装置の主要部であるインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より知られている静電気力を駆動源とするインクジェットヘッドには、中間の基板の上面に接合された基板の面部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイスイジェクトタイプ、中間の基板の端部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるエッジイジェクトタイプのものがあるが、何れのタイプも３枚の基板を重ねて接合した積層構造となっている。
【０００３】
例えば、フェイスイジェクトタイプの場合、中間の基板は、Ｓｉ基板からなり、各底壁を振動板とする凹部状の吐出室と、各吐出室にインクを供給する凹部状のリザーバーとが形成されており、この基板の表面には絶縁膜が施されている。絶縁膜は、インクジェット駆動時の絶縁破壊やショートを防止するための膜である。
【０００４】
この中間の基板の下面に接合される基板は、ホウケイ酸ガラスが使用され、振動板に間隙を有して対向する電極が装着されている。この電極は、所定のパルス電位を出力するパルス発信回路と電気的に接続されている。また、上面に接合される基板は、Ｓｉ基板が用いられ、その面部には吐出室と連通する複数のノズル孔と、吐出室とリザーバーを連通するインク流入口用のオリフィスと、リザーバーと連通するインク供給口とが設けられている。
【０００５】
前述した振動板は、Ｓｉ基板のドープ面にボロンを高温で熱拡散させて形成された高濃度のボロンドープ層であって、特開平９−２３４８７３号５頁１行記載のエッチングストップ技術を用い、ボロンドープ層のエッチング速度が遅いことを利用し、ボロンドープ層のみを異方性エッチングにより残留せしめて形成されたものである。
【０００６】
ボロンドープ層は、縦型炉において、石英ボート上でB2O3を主成分とする固体の拡散源と、拡散源と面積が等しく材質がＳｉＣである支持基板を重ね、拡散源より１．５ｍｍから３ｍｍ離してＳｉ基板を配置し、１０００℃以上の高温で熱拡散させて形成されたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のボロンドープ層の形成方法において、１０００℃以上の高温で熱拡散を行うため、材質がＳｉＣである支持基板から、Ｓｉが拡散源の内部へ熱拡散していき、ボロンの熱拡散が不均一になり、Ｓｉ基板にダメージが発生することによって、この基板の表面に施された絶縁膜の絶縁耐圧が低くなるという課題があった。
【０００８】
また、拡散源の一方の面が支持基板と重なっている為、支持基板と重ならない面からしかＳｉ基板に熱拡散をすることができないという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記した様な課題を解決するためのもので、ボロンの熱拡散を均一にし、Ｓｉ基板にダメージが発生することなく、高絶縁耐圧の絶縁膜を形成することが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、拡散源の両面からＳｉ基板に熱拡散させることで、従来より生産性を向上させたインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インク液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連結する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、該駆動手段が該振動板を静電気力により変形させる電極からなり、該振動板が高濃度ボロンドープ層からなるＳｉ基板であるインクジェットヘッドの製造方法であって、Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源の上下に該Ｓｉ基板を配置し、該Ｓｉ基板に高濃度のボロンを熱拡散させる第１の工程と、該Ｓｉ基板と対向させる拡散源を、第１の工程で熱拡散させたときと上下反対にすることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、拡散源に全面で接する支持基板を拡散源と重ねる従来の技術と比べ、支持基板からの不純物の熱拡散が抑えられるため、ボロンの熱拡散が均一になり、拡散源に対向して配置したＳｉ基板へのダメージを軽減することができるという効果を有する。さらに、拡散源の両面に対向させたＳｉ基板へ高濃度のボロンを熱拡散できるため、生産性が向上するという効果を有する。
【００１３】
上記構成によれば、拡散源の反りを抑制できるため、拡散源とＳｉ基板との対向距離の変化を抑え、ボロンの拡散量を一定にするという効果を有する。
【００１４】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、ボロンドープを、拡散温度が１０００℃〜１０７５℃の範囲内で行うことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、拡散源と石英ボートとの貼り付きを防止するという効果を有する。
【００１６】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、Ｓｉ基板の高濃度ボロンドープ層を形成する面の反対面に、あらかじめＳｉＯ2膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、ボロンの回り込みによりＳｉ基板の高濃度ボロンドープ層を形成する面の反対面にボロンドープ層が形成されるのを防止することができるため、Ｓｉ基板面内での振動板厚みばらつきを抑えることができるという効果を有する。
【００１８】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、ＳｉＯ2膜がシリコンの熱酸化膜であることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、シリコンの熱酸化膜とＳｉ基板との密着性が強いため、吐出室及びリザーバーのパターニング精度が向上し、吐出性能を安定化させるという効果を有する。
【００２０】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、高濃度のボロンを熱拡散させた後、ボロンの回り込みによりＳｉＯ2膜の表面に形成されたボロンドープ層をエッチングすることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、ＳｉＯ2膜の膜質変化による耐ふっ酸性の低下を防ぎ、吐出室及びリザーバーのパターニング精度が向上するという効果を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明に関わるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。本実施例はインク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるフェイスインクジェットヘッドの例を示すものである。図２は組み立てられた全体装置の側面の断面図、図３は図２のＡ−Ａ‘線矢視図である。本実施例のインクジェットヘッドは、下記に詳記する構造を持つ３枚の基板１・基板２・基板３を重ねて接合した積層構造となっている。
【００２３】
中間の第１の基板１は、Ｓｉ基板であり、底壁を振動板４とする吐出室５を構成することになる凹部６と、各々の吐出室５にインクを供給するための共通のリザーバー９を構成することになる凹部１０を有する。第１の基板の全面に、プラズマＣＶＤにより、ＴＥＯＳ膜を０．１ミクロン形成し絶縁膜としている。これは、インクジェット駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するためである。
【００２４】
第１の基板１の下面に接合される第2の基板２は、ホウケイ酸ガラスを使用し、この第一の基板１に電極１２を装着するための凹部１３を０．３ミクロンエッチングすることにより、振動板４とこれに対向して配置させる電極１２との対向間隔、すなわちギャップＧを形成している。この凹部１３はその内部に電極１２、リード部１４及び端子部１５を装着できるように電極部形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成している。電極１２は凹部１３内にＩＴＯを０．１ミクロンスパッタし、ＩＴＯパターンを形成することで作製する。
【００２５】
したがって、本実施例における第１の基板１と第２の基板２を陽極接合した後のギャップＧは、０．２ミクロンとなっている。
【００２６】
また、第１の基板の上面に接合される第３の基板３には、厚さ１００ミクロンのＳｉ基板を用い、基板３の面部に、吐出室５用の凹部６と連通するようにそれぞれノズル孔１６を設け、吐出室５用の凹部６とリザーバー９用の凹部１０を連通するオリフィス７を構成することになるインク流入口のための細溝８を設け、リザーバー９用の凹部１０と連通するようにインク供給口１７を設ける。
【００２７】
上記のように構成されたインクジェットヘッドの動作を説明する。電極１２に発信回路１８により０Ｖから３５Ｖのパルス電極を印加し、電極１２の表面がプラスに帯電すると、対応する振動板４の下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板４は静電気の吸引作用により下方へたわむ。次に、電極１２をＯＦＦにすると、振動板４は復元する。そのため、吐出室５内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔１６よりインク液滴１９を記録紙２０に向けて吐出する。次に、振動板４が再び下方へたわむことにより、インクがリザーバー９よりオリフィス７を通じて吐出室５内に補給される。なお、基板１と発信回路１８との接続は、ドライエッチングにより基板１の一部に開けた酸化膜の窓（図示せず）において行う。また、インクジェットヘッドへのインクの供給は、リザーバー９の端部のインク供給口１７により行う。
【００２８】
本実施例のインクジェットヘッドにおける振動板４は、高濃度のボロンドープ層であって、ボロンドープ層は所望の振動板厚と同じだけの厚さを有している。アルカリによるＳｉエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、高濃度（約５×１０19ｃｍ-3以上）の領域において、エッチングレートが非常に小さくなる。本実施例では、このことを利用し、振動板形成領域を高濃度ボロンドープ層とし、アルカリ異方性エッチングにより、吐出室５、リザーバー９を形成する際に、ボロンドープ層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術により、振動板４を所望の板厚に作製するものである。
【００２９】
本実施例におけるインクジェットヘッドの第１の基板１の製造方法を、図４の第１の基板１の製造工程図、図５のボロン拡散方法図において、Ｂ2Ｏ3をボロン拡散源として、厚さ０．８ミクロンの振動板４を形成する場合について詳細に説明する。
【００３０】
先ず、（１１０）を面方位とするＳｉ基板４１の両面を鏡面研磨し、１４０ミクロンの厚みの基板を作製する（図４（ａ））。Ｓｉ基板４１を、熱酸化炉にセットし、酸素および水蒸気雰囲気中で１０７５℃、４時間で熱酸化処理を施し、Ｓｉ基板４１表面に酸化膜４２を１．２ミクロン成膜する（図４（ｂ））。次いで、ボロンドープ層を形成する面４３の酸化膜４２を剥離するため、Ｓｉ基板４１のボロンドープ層を形成する面４３の反対の面４４にレジストをコートし、レジストを保護膜としてボロンドープ層を形成する面４３の酸化膜４２をふっ酸水溶液にてエッチング除去し、エッチング後、レジストを剥離する（図４（ｃ））。
【００３１】
Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源５１を石英ボート５３にセットし、拡散源５１と２．５ｍｍ隔てて、拡散源５１の上下にＳｉ基板４１を、ボロンドープ層が形成される面４３を拡散源５１に対向させてセットする。Ｓｉ基板４１の間に、ボロンの回り込みを防止するためにダミーＳｉ基板５２をセットする（図５）。縦型炉に石英ボート５３をセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させ、そのまま温度を６時間保持し、ボロンをＳｉ基板４１中に拡散させ、ボロンドープ層４５を形成する（図４（ｄ））。
【００３２】
ボロンドープ層４５が形成された面４３の反対面４４の表面には、わずかながらボロンが回り込み、酸化膜４２中に薄いボロンドープ層４６が形成される。前記ボロンドープ層を除去するため、ふっ酸水溶液に３０秒浸し、エッチングする（図４（ｅ））。
【００３３】
ボロンドープ層４５のＳｉ基板４１表面にはボロン化合物が形成されるが（図示なし）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させることができる。Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させた状態で、Ｓｉ基板４１のボロンドープ層４５が形成された面４３の反対面４４に吐出室５、リザーバー９を作り込むためのレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングし酸化膜４２をパターニングする。この時ボロンドープ層４５のＳｉ基板４１表面上に形成されたＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2も同時にエッチングされる。そしてレジストを剥離する（図４（ｆ））。
【００３４】
酸化膜４２のパターニング後、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜をボロンドープ層４５表面に、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は２５０ｍＴｏｒｒ、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｓｃｃｍ、酸素流量１０００ｓｃｃｍの条件で１．２ミクロン成膜する（図４（ｇ））。
【００３５】
Ｓｉ基板４１を３５ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ＳｉエッチングをＳｉ板厚が１０ミクロンになるまで行う（図４（ｈ））。続けてＳｉ基板４１を３ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層４５でのエッチングレート低下によるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける（図４（ｉ））。ここでエッチングストップとは、エッチングにエッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のエッチングにおいて気泡の発生の停止をもってエッチングストップと判断する。
【００３６】
前記の２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、振動板４の面荒れを抑制し、厚み精度を０．８±０．０３ミクロン以下にすることができ、インクジェットヘッドの吐出性能を安定化させることができる。
【００３７】
Ｓｉエッチング工程を経た後、ふっ酸水溶液で酸化膜をエッチングし（図４（ｊ））、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜４７をＳｉ基板４１全面に、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は２５０Ｗ、圧力は５００ｍＴｏｒｒ、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｓｃｃｍ、酸素流量１０００ｓｃｃｍの条件で０．１ミクロン成膜する（図４（ｋ））。ＴＥＯＳ膜を形成する前には、圧力は０．５ｔｏｒｒ、Ｏ2流量は１０００ｓｃｃｍ、高周波出力は２５０Ｗ、処理温度は３６０℃、処理時間は１分間の条件でＯ2プラズマ処理を施す。これによりＳｉ基板４１の表面がクリーニングされ、ＴＥＯＳ膜の絶縁耐圧の均一性を向上させている。またＴＥＯＳ膜を形成した後に当該ＴＥＯＳ膜上に、窒素雰囲気中、処理温度は１０００℃、処理時間は１時間の条件でアニール処理を施す。このアニール処理を行うことで、ＴＥＯＳ膜の緻密性が向上し、絶縁耐圧をさらに向上させている。
【００３８】
ガラス基板２に配置された電極１２に対向するＳｉ基板の表面状態は、ボロンドープ工程における拡散源５１を支持する材質がＳｉＣである支持基板の有無によって異なり、本実施例におけるＳｉＣ基板を用いない場合、Ｓｉ基板表面４３には曇りが観察されず、ダメージが発生していなかった。また、従来の技術と同様に、拡散源５１と全面で接する円状のＳｉＣ基板を用いた場合、Ｓｉ基板表面４３に曇りが確認され、ダメージが発生していた。
【００３９】
また、前記方法により形成された絶縁膜１１の絶縁耐圧は、ＳｉＣ基板を用いない場合は、Ｓｉ基板面内の平均で１０．０ＭＶ／ｃｍの絶縁耐圧が得られ、また、拡散源５１と全面で接する円状のＳｉＣ基板を用いた場合は、Ｓｉ基板面内の平均で３．０ＭＶ／ｃｍの絶縁耐圧が得られた。
【００４０】
前記拡散源５１を支持するＳｉＣ基板を用いない熱拡散方法によって、ボロンドープ工程で発生するＳｉ基板へのダメージを軽減させ、ボロン拡散面上に成膜したＴＥＯＳ膜の絶縁耐圧を高く保持することができた。
【００４１】
（実施例２）
本発明第２の実施例である拡散温度の差違による拡散源と石英ボートとの貼り付きの有無及び拡散源の下方への反り量の差違については下記の表１に示す通りである。
【００４２】
拡散温度が１０００℃〜１０７５℃である場合、拡散源を支持する石英ボートとの貼り付きは起こらなかった。拡散温度が１１００℃である場合、拡散源から拡散されるＢ2Ｏ3の石英ボートへの蒸着量が多くなるため、拡散源と石英ボートとの間に厚いＢ2Ｏ3層が形成され、その結果、拡散源と石英ボートとの貼り付きが起こった。
【００４３】
拡散源の下方への反り量は、拡散温度によって異なり、下方に設置したＳｉ基板との対向距離は拡散温度が高くなる程狭くなり、上方に設置したＳｉ基板との対向距離は拡散温度が高くなる程広くなり、その結果、下方に設置したＳｉ基板と上方に設置したＳｉ基板とで、拡散量が異なる現象が見られた。
【００４４】
拡散源の使用回数が２回目以降の熱拡散では、前回拡散したときと拡散源の上下の面を反対にすることで、拡散源が一方向に反るのを防ぐことができた。
【００４５】
【表１】
（実施例３）
本発明第３の実施例である高濃度のボロンを熱拡散させた後、ボロンの回り込みにより拡散面と反対面のＳｉＯ2膜表面に形成されるボロンドープ層のエッチングの有無による吐出室及びリザーバーのパターニング精度の差違について、図６のパターニング工程図において説明する。
【００４７】
ボロンドープ工程後、拡散面と反対面に吐出室及びリザーバーのレジストパターニング６１を行う前に、ボロンの回り込みによりＳｉＯ2膜表面に形成された極薄のボロンドープ層を、ふっ酸水溶液によりエッチングしない場合、ボロンが熱拡散されたＳｉＯ2膜は、ふっ酸水溶液に対するエッチングレートが増加するため、レジストパターニング６１のアンダーカットが進行しやすくなる（図６（ａ）〜（ｂ））。このため、吐出室及びリザーバーのパターニング精度が悪化し、インクジェットヘッドの吐出性能が低下する。
【００４８】
ボロンドープ工程後、ふっ酸水溶液にＳｉ基板を３０秒程度浸し、ボロンの回り込みによりＳｉＯ2膜表面に形成された極薄のボロンドープ層をエッチングする場合、レジストパターニング６１のほぼ垂直方向に、吐出室及びリザーバーのパターニングを行うことができる（図６（ｄ）〜（ｆ））。これにより、吐出性能を安定化させたインクジェットヘッドを製造することができた。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、拡散源を支持する材質がＳｉＣである支持基板を用いないことによって、支持基板からの不純物の熱拡散が抑えられるため、ボロンの熱拡散が均一になり、拡散源に対向して配置したＳｉ基板へのダメージを軽減することができ、Ｓｉ基板の拡散面上に成膜したＴＥＯＳ絶縁膜の絶縁耐圧を高く保持することができる。また、拡散源の両面に対向させたＳｉ基板へ高濃度のボロンを熱拡散できるため、生産性を向上することができる。
【００５０】
加えて、Ｓｉ基板と対向させる拡散源の面を、前回熱拡散させたときと上下反対にすることによって、拡散源の反り量が一方向に増加することを防ぎ、ボロン拡散量のＳｉ基板の面内均一性が悪化するのを防止することができる。
【００５１】
さらに、ボロンドープ工程後、Ｓｉ基板をふっ酸水溶液に浸し、ボロンの回り込みによって拡散面と反対面に形成されたボロンドープ層をエッチングすることで、吐出室及びリザーバーのパターニング精度が向上し、安定した吐出性能を誇るインクジェットヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるインクジェットヘッドの構造を分解して示す斜視図。
【図２】本発明の実施例におけるインクジェットヘッドの断面側面図。
【図３】図２のＡ−Ａ‘線矢視図。
【図４】本発明の第１の実施例におけるインクジェットヘッドの第１の基板の製造工程図。
【図５】本発明の第１の実施例におけるボロン拡散方法図。
【図６】本発明の第３の実施例におけるパターニング工程図。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 第３の基板
４ 振動板
５ 吐出室
６ 凹部
７ オリフィス
８ 細溝
９ リザーバー
１０ 凹部
１１ 絶縁膜
１２ 電極
１３ 凹部
１４ リード部
１５ 端子部
１６ ノズル孔
１７ インク供給口
１８ 発信回路
１９ インク液滴
２０ 記録紙
４１ Ｓｉ基板
４２ 酸化膜
４３ ボロンドープ層を形成する面
４４ 反対の面
４５ ボロンドープ層
４６ 反対の面に形成されたボロンドープ層
４７ ＴＥＯＳ膜
５１ 拡散源
５２ ダミーＳｉ基板
５３ 石英ボート
６１ フォトレジスト
Claims (5)
- インク液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連結する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、該駆動手段が該振動板を静電気力により変形させる電極からなり、該振動板が高濃度ボロンドープ層からなるＳｉ基板であるインクジェットヘッドの製造方法であって、
Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源の上下に該Ｓｉ基板を配置し、該Ｓｉ基板に高濃度のボロンを熱拡散させる第１の工程と、該Ｓｉ基板と対向させる拡散源を、第１の工程で熱拡散させたときと上下反対に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。 - ボロンドープを拡散温度が１０００℃〜１０７５℃の範囲内で行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記Ｓｉ基板の高濃度ボロンドープ層を形成する面の反対面に、あらかじめＳｉＯ2膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記ＳｉＯ2膜がシリコンの熱酸化膜であることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 高濃度のボロンを熱拡散させた後、ボロンの回り込みにより前記ＳｉＯ2膜の表面に形成されたボロンドープ層をエッチングすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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