專利名稱：靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其制造方法、液滴噴吐頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種l爭電沖丸4于才幾構(gòu)，液滴噴吐頭、"i爭電寺丸行才幾構(gòu)的 制造方法及液滴噴。土頭的制造方法。
背景技術(shù)：
作為噴吐液滴的液滴噴吐頭，i者如存在一種具有^爭電才丸^亍才幾構(gòu) 的噴墨頭。這種噴墨頭包括形成有噴吐室的腔基4反；電一及3皮璃基 板，此電極玻璃基板與腔基板接合，且具有形成有與振動(dòng)膜隔開間 隙相對(duì)配置的單獨(dú)電極的凹部；以及噴嘴基板，此噴嘴基板與腔基 板的接合有電極玻璃基板的面的反面接合，且形成有噴嘴孔。并且， 噴吐室的底壁形成作為能發(fā)生彈性形變的振動(dòng)膜，向這個(gè)振動(dòng)膜與 單獨(dú)電極間施加驅(qū)動(dòng)電壓，產(chǎn)生靜電力，此靜電力使振動(dòng)膜變形， 從而使噴嘴孔噴吐出液滴。
這里，驅(qū)動(dòng)噴墨頭使振動(dòng)膜反復(fù)動(dòng)作后，振動(dòng)膜會(huì)出現(xiàn)裂痕和 破損。具體地，應(yīng)力集中在構(gòu)成噴吐室壁面的分隔壁部分與振動(dòng)膜 的邊界部分(連接部分)，由于此應(yīng)力的集中，在連接部發(fā)生龜裂。 于是，現(xiàn)在技術(shù)中提案了一種根據(jù)振動(dòng)膜的反復(fù)動(dòng)作，防止龜裂發(fā) 生的技術(shù)，該技術(shù)在分隔壁部分與振動(dòng)膜的連接部形成斜面，從而 降低向連接部施加的應(yīng)力(例如，參照專利文獻(xiàn)l、專利文獻(xiàn)2)。 才艮據(jù)此技術(shù)，能夠減少應(yīng)力集中在分隔壁部分與振動(dòng)膜的連沖妻部， 使連4妻部的耐久性4是高。
然而，隨著近年來對(duì)小型、高密度且利用低電壓就能驅(qū)動(dòng)的靜 電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的期待，必要振動(dòng)膜薄膜化，但薄膜化后，振動(dòng)膜容易 被破壞，只要將上述現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用到這種薄膜化后的振動(dòng)膜上，往 往會(huì)存在防止振動(dòng)膜受破壞的效果不能充分發(fā)揮的問題。
專利文獻(xiàn)1日本特開平11-129473號(hào)公報(bào)(圖5)專利文獻(xiàn)2日本特開平11-277742號(hào)公報(bào)(圖1)

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這樣的問題點(diǎn)，本發(fā)明以提供一種使相對(duì)振動(dòng)膜的反復(fù)動(dòng) 作的耐久性提升、且可靠性高的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)為目的。并且，還以 提供具有這種靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液滴噴吐頭及它們的制造方法為目的。
本發(fā)明涉及的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括振動(dòng)膜；以及對(duì)置電極，對(duì) 置電極與振動(dòng)膜隔開間隙，且與振動(dòng)膜對(duì)置，振動(dòng)膜呈從振動(dòng)膜的 中央部向外周部階段式變厚的多階形狀(多級(jí)形狀)。
在這里，對(duì)應(yīng)高密度化，振動(dòng)膜中央部的厚度形成得充分必要 地薄。并且，通過采用從振動(dòng)膜的中央部向外周部階革殳式變厚的結(jié) 構(gòu)，能夠緩和振動(dòng)膜的整體應(yīng)力的同時(shí)，能夠提高振動(dòng)膜與其支撐 部之間的連接部的剛性，并能防止反復(fù)動(dòng)作引起的振動(dòng)膜發(fā)生龜 裂。其結(jié)果，能夠得到一種使相對(duì)于振動(dòng)膜反復(fù)動(dòng)作的耐久性得到 提升、且長期可靠性高的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
并且，本發(fā)明涉及的靜電執(zhí)行才幾構(gòu)在振動(dòng)膜與支撐振動(dòng)膜的部 分之間的連接部上形成有斜面。
由此，能夠使連接部上的應(yīng)力降低，并進(jìn)一步提高耐久性。
并且，本發(fā)明涉及的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，振動(dòng)膜由摻雜了硼的硅 基板構(gòu)成。
由此，能夠高精度控制振動(dòng)膜的厚度，靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠穩(wěn)定 驅(qū)動(dòng)。
并且，本發(fā)明涉及的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，形成有對(duì)置電極的電極 基板是由硼硅酸玻璃構(gòu)成。
由此，即使具有由硅構(gòu)成的振動(dòng)膜的基板(腔基板)與電極基 板相結(jié)合，這些基板的膨脹率也不會(huì)有大的差異，從而能夠防止因 熱產(chǎn)生的偏移。并且，通過陽極接合能夠很容易地將這些基板相接 合。
并且，本發(fā)明涉及的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，對(duì)置電極是由ITO構(gòu)成。
其優(yōu)點(diǎn)為由于ITO是透明的，所以能夠在電極基板與硅制振 動(dòng)膜陽極接合時(shí)確認(rèn)放電狀態(tài)。
并且，本發(fā)明涉及的液滴噴吐頭包括上述的任一靜電執(zhí)行機(jī) 構(gòu)，4展動(dòng)力莫構(gòu)成噴吐液滴的噴吐室的底壁。
由此，能夠得到一種相對(duì)于振動(dòng)膜反復(fù)動(dòng)作的耐久性高、且長 期可靠性高的液滴噴吐頭。
并且，本發(fā)明涉及的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制造方法包括對(duì)硅基板 反復(fù)進(jìn)4于選纟奪性地?cái)U(kuò)散硼的處理，形成硼4參雜層的工序；以及對(duì)形 成有硼4參雜層的石圭基纟反進(jìn)4于濕式蝕刻，通過硼摻雜層4吏蝕刻4亭止， /人而形成l展動(dòng)力莫的工序。
由此，能夠形成精度好的振動(dòng)膜的多階形狀，緩和振動(dòng)膜的全 體應(yīng)力，從而使振動(dòng)膜的耐久性l是升。
并且，本發(fā)明涉及的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制造方法使用不同濃度的 氫氧化鉀水溶液來進(jìn)4于濕式蝕刻。
根據(jù)以上做法，能夠在振動(dòng)膜與其支撐部的連接部形成斜面， 能夠減少應(yīng)力集中于連接部，防止振動(dòng)膜發(fā)生龜裂等來進(jìn)一步提升 振動(dòng)膜的耐久性。
并且，本發(fā)明涉及的液滴噴吐頭的制造方法應(yīng)用上述*爭電沖丸4亍
才幾構(gòu)的制造方法形成液滴噴吐頭的^M于才幾構(gòu)部分。
由此，能夠得到一種相對(duì)于振動(dòng)膜反復(fù)動(dòng)作的耐久性高、且長 期可靠性高的液滴噴吐頭。


圖1是與本發(fā)明一實(shí)施方式相關(guān)的噴墨頭的分解立體圖。
圖2是圖1的噴墨頭的截面圖。
圖3是圖1的腔基板的噴吐室部分的平面圖。
圖4是表示振動(dòng)膜的多階形狀的其他構(gòu)成例的示意圖。
圖5是表示腔基板的制造方法的示意圖(1/2 )。
圖6是表示腔基才反的制造方法的示意圖(2/2)。
圖7是接著圖6的噴墨頭的制造工序的示意圖(1/2)。 圖8是接圖7的噴墨頭的制造工序的示意圖(2/2)。
圖9是在振動(dòng)膜與分隔壁部分的連接部形成的斜面高度與 KOH濃度的關(guān)系圖。
圖10是圖9的斜面高度的說明圖。
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)包括本發(fā)明的^爭電4丸4亍才幾構(gòu)的液滴噴吐頭進(jìn)4亍i兌明。 這里，以從噴嘴基板表面設(shè)置的噴墨嘴中噴吐墨滴的表面(face) 噴吐型噴墨頭作為液滴噴吐頭的一個(gè)例子，參照?qǐng)Dl及圖2進(jìn)行說 明。并且，本發(fā)明并不局限于以下圖示的結(jié)構(gòu)、形狀，其也適用于 從設(shè)置在基板端部的噴墨嘴中噴出墨滴的端部噴吐型噴墨頭。
圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的噴墨頭的分解立體圖。圖2是 圖1的噴墨頭的截面圖。圖3是圖1的腔基才反的噴吐室部分的平面 圖。圖示構(gòu)成部件時(shí)，為了方便觀察，包括圖l在內(nèi)的下述附圖中 的各構(gòu)成部件的大小關(guān)系與實(shí)際的大小可能不同。并且，以圖的上 側(cè)作為上，下側(cè)作為下，噴嘴排列方向作為短邊方向，與短邊方向 垂直的方向作為長邊方向進(jìn)^f于"i兌明。
本實(shí)施方式的噴墨頭包括層疊有腔基板1、電極玻璃基板2 以及噴嘴基板3三層結(jié)構(gòu)。
腔基板1是由諸如厚度約50jum的(110)面取向的單晶硅基 板(以下僅叫做硅基板)構(gòu)成。對(duì)硅基板實(shí)施各向異性濕式蝕刻后， 形成底壁為纟展動(dòng)膜4的噴吐室5、為了預(yù)先儲(chǔ)存各噴吐室共同噴吐 出的液體的容器6。并且，腔基板1上形成有電極端子7,電極端 子7與圖2所示的振蕩電路11連接。這里，腔基板l的下表面(與
電相J皮璃基板2相對(duì)的面)形成有絕緣膜8。在本例中，此絕緣膜 8是通過一導(dǎo)TEOS ( Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane:石圭酉臾四 乙酯、硅酸乙酯)膜以0.1 jum的厚度利用等離子體CVD( Chemical Vapor Deposition: 4匕學(xué)氣相淀積、)法沉^只而成。這是為了防止噴墨 頭驅(qū)動(dòng)時(shí)的絕緣擊穿及短路。
振動(dòng)膜4其中央部分對(duì)應(yīng)靜電執(zhí)行才幾構(gòu)的高密度化，厚度形成 得充分薄的同時(shí)，構(gòu)成向外周部階段式變厚的多階形狀(本例子為 3階結(jié)構(gòu))。通過這種結(jié)構(gòu)，緩和振動(dòng)膜4的全體應(yīng)力的同時(shí)，階段 性地提高振動(dòng)膜4與作為支撐振動(dòng)膜4的支撐部的分隔壁部分5A 間的連接部的剛性，從而防止反復(fù)動(dòng)作引起的龜裂的發(fā)生。進(jìn)一步 講，在上述連接部，形成有具有微小角度的斜面4A。通過這個(gè)斜 面4A，能夠減低分隔壁部分5A與振動(dòng)膜4的邊界(連接部)上的 應(yīng)力。以下，對(duì)于振動(dòng)膜4，按照從與分隔壁部分5A的連接部到 中央部的順序，分別叫做振動(dòng)膜外周部4a、振動(dòng)膜中間部4b、振 動(dòng)月莫中央部4c。并且，在本例子中，4展動(dòng)膜中央部4c的厚度諸如 0.4 ju m, 4展動(dòng)月莫中間部4b的厚度為0.6 n m，才展動(dòng)月莫外周部4a的厚 度為0.8)um。振動(dòng)膜4的厚度分布既可以是如圖3所示的角形的多 階形狀，也可以是如圖4所示的橢圓形的多階形狀。
并且，振動(dòng)膜4由高濃度的硼摻雜層41構(gòu)成。這個(gè)硼摻雜層 41由高濃度(約5 x 1019atoms/cm3以上)的硼摻雜形成，例如利用 堿性水溶液對(duì)單結(jié)晶硅進(jìn)行蝕刻的時(shí)候，變成使蝕刻速度極端緩慢 的所謂的蝕刻停止層。并且，由于硼4參雜層41作為蝕刻停止層發(fā) 揮作用，所以能夠高精度地形成振動(dòng)膜4的厚度及噴吐室5的容積。
電極玻璃基斗反2的厚度約為lmm，由圖1可看出，其與腔基才反 1的下表面相接合。在這里，形成電極玻璃基板2的玻璃可以使用 諸如熱膨脹率與硅相近的硼硅酸玻璃。使用硼硅酸玻璃的情況下， 腔基板1與電極玻璃基板2接合的時(shí)候，由于它們的膨脹率沒有大
的差異，所以能夠防止因熱產(chǎn)生的偏離。并且，在電核J皮璃基々反2
上，在與腔基板1上形成的各噴吐室5相對(duì)的位置，設(shè)置有深度約 0.2jum的凹吾卩9。并且，在凹吾卩9的底面形成有與才展云力月莫4坤目只寸的 單獨(dú)電極(對(duì)置電極)10，振動(dòng)膜4與單獨(dú)電極10之間形成有間 隔(空隙)G。在凹部9底部由于設(shè)置有單獨(dú)電極10,凹部9的圖 案形狀制作得要比電極的形狀稍大一些。
這里，振動(dòng)膜4和與振動(dòng)膜4相隔一定距離(間隙G)對(duì)置的 單獨(dú)電極10構(gòu)成了靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在振動(dòng)膜4和單獨(dú)電極10間施 加電壓，產(chǎn)生靜電力，使振動(dòng)膜4變位。
并且，在電才及玻璃基板2上，形成有從凹部9向電極玻璃基板 2端部延伸的深度約0.2 jum的凹部9A,在凹部9A的底面，形成 有/人單獨(dú)電才及10開始延伸的引導(dǎo)部(裝配引導(dǎo)部)10a及端子部 10b (以下，單獨(dú)電4及10、引導(dǎo)部10a、端子部10b統(tǒng)稱為電才及部)。 如圖2所示，端子部10b在為了配線而在腔基板1的末端部開口的 貫通穴21內(nèi)露出，并通過FPC(Flexible Print Circuit柔性印刷電^各) (圖中未表示)與振蕩電路ll連接。振蕩電路11通過端子部10b 控制向單獨(dú)電才及10^是供和停止電荷。并且，間隙G的端部填充有 密封材料12,以單獨(dú)電極為單位進(jìn)行密封。進(jìn)行這樣的密封后，能 夠防止4展動(dòng)〗莫4的底面、單獨(dú)電纟及10的表面附著有水分，并能防 止因水分附著引起的單獨(dú)電極10與振動(dòng)膜4的粘連等。
本實(shí)施方式中，作為形成于凹部9底面的電極部的材料，使用 摻雜了雜質(zhì)氧化錫的透明ITO (Indium Tin Oxide:銦4易氧化物)，在 凹部9內(nèi)使用濺射法形成厚度諸如0.1 |um的膜。于是，振動(dòng)膜4 與單獨(dú)電才及IO之間形成的間隙G由凹部9的深度和電才及部的厚度 決定。這個(gè)間隙G很大地影響了噴吐特性。在此，電極部的材料不 局限于ITO,也可以使用鉻等金屬等材料。本實(shí)施方式中，使用ITO
的理由在于其是透明的，從而便于確認(rèn)是否放電等。并且，在電極
玻璃基板2中，設(shè)置有與容器6連通的墨供給口 13。
噴嘴基板3由諸如厚度約180 jum的石圭基板構(gòu)成，形成有與噴 吐室5連通的噴嘴孔14。并且，在噴嘴基—反3的圖1中的下表面(與 腔基板1接合的接合一側(cè)的面)，為了使噴吐室5和容器6連通而 形成孔15。并且，噴嘴基板3的兩端形成有與腔基板1中形成的容 器6相對(duì)，并抑制容器6內(nèi)的壓力變動(dòng)的隔膜16。為了提高容器6 的柔量(compliance ),以及吸收噴墨頭驅(qū)動(dòng)時(shí)的串?dāng)_(crosstalk )， 設(shè)置了隔膜16。
對(duì)如上述構(gòu)成的噴墨頭的動(dòng)作進(jìn)^S兌明。
才展蕩電3各11諸如以24kHz振蕩，向單獨(dú)電才及10施加0V和30V
的脈沖電位，提供電荷。振蕩電路11像這樣地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，向單獨(dú) 電極10提供電荷使其帶正電，振動(dòng)膜4則帶負(fù)電，并由于靜電力 #皮4立向單獨(dú)電才及10而彎曲。由此，噴吐室5的容積擴(kuò)大。4妻著， 停止向單獨(dú)電極10提供電荷，振動(dòng)膜4復(fù)原。這時(shí)，噴吐室5的 容積也復(fù)原，利用壓力噴吐出與壓力差相應(yīng)的墨滴。這些墨滴噴落 在諸如作為記錄對(duì)象的記錄紙上進(jìn)行印刷等操作。這種方法被叫做 拽射(draw fire )法，使用彈簧等4巴液滴噴出的方法叫#文推射(push discharge )法。
接下來，振動(dòng)膜4再次向下彎曲，墨從容器6通過孔15補(bǔ)給 到噴吐室5內(nèi)。并且，利用電極玻璃基板2上形成的墨供給口 13, 對(duì)噴墨頭供墨。
這里，本例的噴墨頭由于振動(dòng)膜4的振動(dòng)膜中央部4c形成得 薄，所以與用振動(dòng)膜外周部4a的厚度構(gòu)成整個(gè)纟展動(dòng)膜的情況相比， 振動(dòng)膜4的整體的剛性變低。由于這個(gè)原因，能夠整體緩和噴墨頭
驅(qū)動(dòng)時(shí)作用的振動(dòng)膜上的應(yīng)力，振動(dòng)膜4的長期可靠性提升。并且， 由于振動(dòng)膜4從中央部向外周部階段式變厚，所以與單純將振動(dòng)膜
4同樣薄膜化的情況相比，振動(dòng)膜4的強(qiáng)度按照向連接部(振動(dòng)膜 4與分隔壁部分5A的邊界部分) 一側(cè)階段性變高，反復(fù)動(dòng)作的振 動(dòng)膜4的耐久性提升。進(jìn)而，本例的噴墨頭中，在振動(dòng)膜4與分隔 壁部分5A的邊界部分(連接部)設(shè)有斜面4A,從而可進(jìn)一步提高 振動(dòng)膜4的耐久性。
并且，振動(dòng)膜4的梯級(jí)結(jié)構(gòu)是以振動(dòng)膜4的中央部為中心向外 周部階,殳式變厚的結(jié)構(gòu)，所以才展動(dòng)月莫4以其中心部作為中心發(fā)生對(duì) 稱的變形動(dòng)作，能夠使靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。
接下來，用圖5 圖8，就本實(shí)施方式噴墨頭的制造方法進(jìn)行說 明。以下所示基板的厚度以及蝕刻的深度、溫度、壓力等數(shù)值終究 只用一個(gè)例子表示出來，但本發(fā)明并不局限于這些數(shù)值。并且，實(shí) 際上由硅基板同時(shí)形成多個(gè)噴墨頭的部件，但圖5~圖8中只表示其 中一部分。
首先，參照?qǐng)D5和圖6，就與電極玻璃基板2陽極接合前的腔 基板1的制造方法進(jìn)行說明。
(a)準(zhǔn)備(IIO)面取向的氧氣濃度低的硅基板100。并且，在 硅基板100上，對(duì)與電極玻璃基板2接合的接合面100a進(jìn)行鏡面 研磨，制作出厚度為220/um的基板。
(b )在硅基板100的接合面100a的表面，使用等離子體CVD， 在成月莫時(shí)的處理溫度為360°C 、高頻IIT出為700W、電壓為 33.3Pa(0.25Torr)、氣體流量為TEOS流量100cmVmin(100sccm)、氧 氣流量1000cmVmin(1000sccm)的條件下，形成厚度為1.0 jum的 TEOS膜101。
(c) 在珪基板100的形成TEOS膜101的面上涂布抗蝕層， 布置光致抗蝕圖，使得只在與振動(dòng)膜中央部4c對(duì)應(yīng)的部分以及與 振動(dòng)膜中間部4b對(duì)應(yīng)的部分留有TEOS膜101,用氟酸水溶液蝕刻， 對(duì)TEOS膜101制作圖案。接著，剝離抗蝕層。
(d) 使硅基板100上的要形成硼摻雜層一側(cè)的面(接合面 100a)與以B203為主成份的固體擴(kuò)散源相對(duì)，將硅基板100置于 石英舟上。將石英舟置于豎爐中，使?fàn)t內(nèi)為氮?dú)夥眨覝囟壬仙?1050°C,這樣的溫度保持2小時(shí)，使硼擴(kuò)散在硅基板100中。由此， 在未#皮TEOS膜101掩蓋的部分、即與振動(dòng)膜外周部4a對(duì)應(yīng)的部 分及其更外側(cè)的部分(噴吐室5以外的部分)形成硼4參雜層41。硼 摻雜工序中，硅基板100的投入溫度設(shè)定為80(TC,硅基板100的 取出溫度也設(shè)定為80(TC。依據(jù)這一點(diǎn)，由于能夠快速通過缺氧的 生長速度快的區(qū)域(從600。C到800°C ),從而能夠抑制氧缺陷的發(fā) 生。
(e) 硼4參雜層"的表面形成有硼化合物(SiB6)(沒有圖示)， ^旦在氧氣及水蒸氣的氣氛中，在600°C的條件下氧化1小時(shí)30分鐘， 該化合物能化學(xué)變化成可用氟酸水溶液蝕刻的B203+Si02。
接著，硅基板100用氟酸水溶液浸泡10分鐘。于是，蝕刻除 去硼4參雜層41的表面部分的B203+Si02 (沒有圖示)，進(jìn)一步，將 TEOS膜101也蝕刻除去，此TEOS膜101掩蓋與沖展動(dòng)膜中央部4c 及沖展動(dòng)力莫中間部4b只于應(yīng)的部分。
(f) 與工序(b)同樣，在接合面100a—側(cè)使用等離子體CVD, 在成月莫時(shí)的處理溫度為360°C、高頻IIT出為700W、電壓為 33.3Pa(0.25Torr)、氣體流量為TEOS流量100cm3/min(100sccm)、氧 氣流量1000cm3/min(1000sccm)的條件下，形成厚度為1.0 jum的 TEOS膜102。 ( g )在石圭基板100的形成TEOS膜102的面上涂布
抗蝕層，布置光致抗蝕圖， -使得只在與"t展動(dòng)膜中央部4c對(duì)應(yīng)的部
分留有TEOS膜102,用氟酸水溶液蝕刻，對(duì)TEOS膜102制作圖
案。4妄著，剝離4元蝕層。
(h) 使硅基板100上的要形成硼摻雜層一側(cè)的面(接合面 100a)與以B203為主成份的固體擴(kuò)散源相對(duì)，將硅基板100置于 石英舟上。將石英舟置于豎爐中，使?fàn)t內(nèi)為氮?dú)夥?，且溫度上升?105CTC,這樣的溫度保持2小時(shí)，使硼擴(kuò)散在硅基板100中。由此， 狀態(tài)變?yōu)樵谂c振動(dòng)膜中間部4b對(duì)應(yīng)的部分，擴(kuò)散有對(duì)應(yīng)擴(kuò)散時(shí) 間為2小時(shí)的硼，在與4展動(dòng)力莫外周部4a對(duì)應(yīng)的部分及其更外側(cè)的 部分(噴吐室以外的部分)擴(kuò)散有對(duì)應(yīng)4小時(shí)的硼。因此，振動(dòng)膜 外周部4a對(duì)應(yīng)的部分及其更外側(cè)的部分(噴吐室以外的部分)的 硼的濃度要比振動(dòng)膜中間部4b對(duì)應(yīng)的部分濃，并且這些部分都處 于硼擴(kuò)散進(jìn)入了硅基板100更內(nèi)部的狀態(tài)。硼摻雜工序中，硅基板 100的沖更入溫度i殳定為800°C,石圭基才反100的耳又出溫度也i殳定為800 。C。依據(jù)這一點(diǎn)，由于能夠快速通過缺氧(氧缺陷)的生長速度快 的區(qū)域(從600。C到800°C ),從而能夠抑制缺氧的發(fā)生。
(i) 硼4參雜層41的表面形成有硼化合物(SiB6)(沒有圖示)， 但在氧氣及水蒸氣的氣氛中，在600°C的條件下氧化1小時(shí)30分鐘， 該化合物能化學(xué)變化成可用氟酸水溶液蝕刻的B203+Si02。
接著，硅基板100用氟酸水溶液浸泡10分鐘。于是，蝕刻除 去硼摻雜層41的表面部分的B203+Si02,進(jìn)一步，將TEOS膜102 也蝕刻除去，此TEOS月莫102掩蓋與4展動(dòng)膜中央部4c對(duì)應(yīng)的部分。
(j )使硅基板100上的要形成硼摻雜層一側(cè)的面(接合面100a) 與以B203為主成份的固體擴(kuò)散源相對(duì)，將硅基板100置于石英舟 上。將石英舟置于豎爐中，使?fàn)t內(nèi)為氮?dú)夥?，且溫度上升?050 °C,這樣的溫度保持3小時(shí)，使硼擴(kuò)散在硅基板100中。由此，狀態(tài)變?yōu)樵谂c4展動(dòng)膜中央部4c對(duì)應(yīng)的部分?jǐn)U散有對(duì)應(yīng)3小時(shí)的硼， 在與振動(dòng)膜中間部4b對(duì)應(yīng)的部分?jǐn)U散有對(duì)應(yīng)5小時(shí)的硼，在與振 動(dòng)月莫外周部4a對(duì)應(yīng)的部分及其更外側(cè)的部分(噴吐室以外的部分) 擴(kuò)散有對(duì)應(yīng)擴(kuò)散時(shí)間為7小時(shí)的硼。因此，振動(dòng)膜外周部4a對(duì)應(yīng) 的部分及其更外側(cè)的部分(噴吐室以外的部分)以及振動(dòng)膜中間部 4b對(duì)應(yīng)的部分的硼的濃度要比振動(dòng)"莫中央部4c對(duì)應(yīng)的部分濃，并 且這些部分都處于硼擴(kuò)散進(jìn)入了硅基板100更內(nèi)部的狀態(tài)。硼摻雜 工序中，石圭基板100的投入溫度設(shè)定為80CTC ,硅基板100的取出 溫度也設(shè)定為80(TC。依據(jù)這一點(diǎn)，由于能夠快速通過氧缺陷的生 長速度快的區(qū)域(從600。C到80CTC ),從而能夠抑制氧缺陷的發(fā)生。
(k)硼4參雜層41的表面形成有硼4匕合物(SiB6)(沒有圖示)， 但在氧氣及水蒸氣的氣氛中，在600°C的條件下氧化1小時(shí)30分鐘， 該化合物能化學(xué)變化成可用氟酸水溶液蝕刻的B203+Si02。
接著，硅基板100用氟S吏水溶液浸泡10分鐘，蝕刻除去硼摻 雜層41的整個(gè)表面的B203+Si02。
接著，在形成有硼摻雜層41的面上，利用等離子體CVD法， 在成月莫時(shí)的處理溫度為360°C、高頻豐俞出為250W、電壓為 66.7Pa(0.5Torr)、氣體流量為TEOS流量100cm3/min(100sccm)、氧 氣流量為1000cm3/min(1000sccm)的條件下，形成厚度為0.1 ju m的 TEOS纟色纟彖月莢8。
像以上說明的那樣，對(duì)硅基板IOO反復(fù)進(jìn)行選擇性地?cái)U(kuò)散硼的 工序，由硼纟參雜層41預(yù)先形成振動(dòng)膜形狀，對(duì)形成有硼摻雜層41 的硅基板100進(jìn)行濕式蝕刻，留下硼摻雜層41，形成多階形狀的振 動(dòng)膜4,從而能夠形成精度好的多階形狀。
下面，用圖7及圖8說明到噴墨頭制造完成的制造工序。
(a )這里制作電相J皮璃基^反2。首先準(zhǔn)備約lmm的玻璃基才反， 對(duì)于該玻璃基板的其中一面，按照單獨(dú)電極10的形狀圖案，形成 深度為0.2 jum的凹部9及凹部9A。并且，在凹部9及凹部9A內(nèi)， 使用諸如賊射法形成0.1 ju m厚的電極部(單獨(dú)電極10、引導(dǎo)部10a、 端子部10b)。并且，通過噴砂、法或切削加工形成墨供給口 13。由 此制作電4及玻璃基一反2 。
(b) 按照?qǐng)D5及圖6的制造方法制作的硅基板100與電極玻 璃基才反2經(jīng)360。C力o熱后，電才及玻璃基才反2與負(fù)才及，石圭基氺反100與 正才及連4妾，施加800V的電壓陽相j妄合。
(c) 陽極接合后，對(duì)硅基板100進(jìn)行研磨加工，直至硅基板 100的厚度變?yōu)榧s60 jum。其后，為除去加工變質(zhì)層，用濃度32wf/0 的氫氧化鐘水溶液將硅基板100蝕刻掉約10 ju m。這樣，硅基板100 厚度約為50/am。
(d) 在硅基板100的與電極玻璃基板2接合的面的整個(gè)反面， 使用等離子體CVD，在成月莫時(shí)的處理溫度為36CTC、高頻輸出為 700W 、 電壓為 33.3Pa(0.25Torr)、 氣體流量為 TEOS流量 100cm3/min(100sccm)、氧氣流量1000cm3/min(1000sccm)的條件下， 成膜1.0 iu m的TEOS蝕刻掩才莫200。
(e )對(duì)TEOS蝕刻掩才莫200布置光致抗蝕圖，并用氟酸水溶 液蝕刻，對(duì)成為噴吐室5的部分201以及成為貫通孔(取出電極用 的貫通孔及密封用的貫通孔)21的部分202制作圖案。接著，剝離 抗蝕層。
(f)對(duì)TEOS蝕刻掩模200布置光致抗蝕圖，并用氟S交水溶液 僅蝕刻掉0.7jum,對(duì)成為容器6的部分203制作圖案。成為容器6 的部分203的TEOS蝕刻掩才莫200的剩余厚度為0.3 ]u m。這是為了使容器6最終具有厚度，從而提高容器6的剛性。接著，剝離抗蝕 層。
(g )對(duì)接合完畢的基板用濃度35wt。/o的氫氧化鉀水溶液浸泡， 使用TEOS蝕刻掩模200進(jìn)行蝕刻，使成為噴吐室5的部分111及 成為貫通孔21的部分112的厚度變?yōu)榧s10jum。成為容器6的部 分203還未開4會(huì)々蟲亥'J。
在該蝕刻工序中，氫氧化鉀水溶液從電極玻璃基板2的墨供給 口 13浸入，在硅基板100的與電極玻璃基板2的接合面上，對(duì)與 墨供鄉(xiāng)合口 13對(duì)應(yīng)的部分進(jìn)4亍蝕刻。由于石圭基才反100的與電才及玻璃 基板2的接合面形成有硼摻雜層41,所以硼摻雜層41部分的蝕刻 速率降低，但是，這里蝕刻的時(shí)候使用了濃度較濃的氫氧化鉀水溶 液，所以蝕刻穿透硼摻雜層41進(jìn)一步向石圭基—反100的內(nèi)部推進(jìn)。
(h )為了除去成為容器6的部分203的TEOS蝕刻掩模200, 在氟酸水溶液中浸泡接合完畢的基板。
(i)接合完畢的基才反用3wt。/。的濃度的氫氧化鉀水溶液浸泡， 繼續(xù)蝕刻到硼摻雜層41的蝕刻速率降低引起的蝕刻停止充分有效 為止。由此，4展動(dòng)膜4形成的同時(shí)，噴吐室5及容器6也形成了。 通過使用上述兩種濃度不同的氫氧化鉀水溶液進(jìn)行蝕刻，能夠抑制 振動(dòng)膜4的表面粗糙。并且，振動(dòng)膜4的厚度在振動(dòng)膜中央部4c 為0.4jum,在振動(dòng)膜中間部4b為0.6jum，在振動(dòng)膜外周部為0.8 jum。并且，由于使用了硼蝕刻停止技術(shù)，從而能夠高精度地控制 厚度，能夠使噴墨頭的噴涂性能穩(wěn)定化。
容器6具有約10ym的厚度，與成為振動(dòng)膜4、貫通孔21的 部分112相比剛性要高。 并且，形成才展動(dòng)月莫4時(shí)的上述蝕刻工序中，首先，工序(g) 中^f吏用高濃度的氫氧化鉀水溶液，蝕刻到硼摻雜層41附近，4妻著，
工序(i)中4吏用4氐濃度的氫氧化鉀水溶液蝕刻到硼摻雜層41的蝕 刻停止充分有效為止。這種蝕刻方法在日本特開平11-129473號(hào)公 才艮中/>開，采用這項(xiàng)4支術(shù)，在4展動(dòng)月莫4與分隔壁部分5A的連沖妄部 分能夠形成斜面4A。此斜面4A可以起到降低在振動(dòng)膜4與分隔壁 部分5A的邊界(連接部)上的應(yīng)力的效果。
圖9是表示在振動(dòng)膜與分隔壁部分的連接部形成的斜面的高度 與氫氧化鉀(KOH)濃度的關(guān)系的圖，圖10是圖9的斜面高度的 說明圖，是放大表示振動(dòng)膜及斜面部分的截面圖。
如圖9所示，KOH的濃度達(dá)到30 wf/。以上，即形成斜面。本 例子中，使用濃度35 wf/。的KOH進(jìn)行最初的蝕刻，形成具有約6 jum高的殺+面。下一步用濃度3wt。/。的KOH進(jìn)4亍蝕刻，減少在牛面高 度，剩下具有微小角度的斜面4A。
下面，繼續(xù)進(jìn)行制造工序的說明。
(j )蝕刻完成后，接合完畢的基板用氟酸水溶液浸泡，剝離硅 基板100表面的TEOS蝕刻掩才莫200。
(k)為除去殘留在成為貫通孔(電極取出用的貫通孔及密封 用的貫通孔)21的部分112上的硅薄膜以及絕緣膜8,在硅基板100 表面安裝與成為貫通孔21的部分112相對(duì)應(yīng)的部分開口的硅掩模 (圖中未顯示)。接著，在RF功率200W、壓力40Pa(0.3Torr)、 CF4 流量30cmVmin ( 30sccm )的條件下，l丸4亍1小時(shí)的RIE干法蝕刻， 只在成為貫通孔21的部分112施加等離子體，開口。這時(shí)，間隙G 向大氣開》丈。
以上是腔基板1的制作。
(1 )進(jìn)行了間隙G內(nèi)的水分去除及疏水化處理后，間隙G的 端部被填充諸如環(huán)氧樹脂的密封材料，對(duì)每個(gè)單獨(dú)電極10進(jìn)行密
封。
(m)用環(huán)氧系粘結(jié)劑在腔基板1的上表面粘接噴嘴基板3。 (n)進(jìn)ff劃片，切斷成單獨(dú)的噴吐頭。
才艮據(jù)所述的制造方法，振動(dòng)膜4以振動(dòng)膜中央部4c為中心向 外周部階段式變厚的3段形狀的噴墨頭制造完成。
如上所述， <吏用高濃度與低濃度的氫氧化鉀水溶液對(duì)硅基4反 100進(jìn)行2階段的蝕刻，在振動(dòng)膜4與分隔壁部分5A的連接部形 成具有微小角度的斜面4A。這個(gè)斜面4A能夠降低連接部上的應(yīng)力， 并能夠提高相對(duì)于振動(dòng)膜4的反復(fù)動(dòng)作的耐久性。
并且，由于使用的是在娃基板100與電極玻璃基板2接合后， 形成噴吐室5的各部分的方法，所以基板的處理變得更為容易，能 夠降低基板的裂化，并且能夠使基板尺寸增大。如果基板尺寸能夠 增大，就能夠從一片基板制作出多個(gè)噴墨頭，從而提高生產(chǎn)性。
上述實(shí)施方式中，對(duì)噴墨頭的制造方法進(jìn)行了描述，但本發(fā)明 并不局限于所述的實(shí)施方式，在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)還能夠作各種 變更。例如，通過改變噴嘴孔14噴吐出的液體材一牛，本發(fā)明噴墨 頭除可用于噴墨打印機(jī)以外，還可作為為了液晶顯示器的濾色器的 制造、有機(jī)EL顯示裝置的發(fā)光部分的形成、用于遺傳基因檢查等
權(quán)利要求
1.一種靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括振動(dòng)膜；以及對(duì)置電極，所述對(duì)置電極與所述振動(dòng)膜隔開間隙，且與所述振動(dòng)膜對(duì)置，所述振動(dòng)膜呈從所述振動(dòng)膜的中央部向外周部階段式變厚的多階形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，在所述振動(dòng)膜和支撐所述振動(dòng)膜的部分之間的連接部上 形成有殺+面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述振動(dòng)膜由摻雜了硼的硅基板構(gòu)成。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在 于，形成有所述對(duì)置電極的電極基板由硼硅酸玻璃構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在 于，所述^t置電4及由ITO構(gòu)成。
6. —種'液滴噴吐頭，其特^正在于，包括權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 其中，所述4展動(dòng)力莫構(gòu)成噴吐液滴的噴吐室的底壁。
7. —種靜電執(zhí)行才幾構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括對(duì)石圭基纟反反復(fù)進(jìn)4于選4奪性地?cái)U(kuò)散硼的處理，形成硼4參雜層的工序；以及對(duì)形成有所述硼摻雜層的硅基板進(jìn)行濕式蝕刻，通過所 述硼摻雜層使蝕刻停止，從而形成振動(dòng)膜的工序。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制造方法，其特征在 于，使用不同濃度的氫氧化鉀水溶液來進(jìn)行所述濕式蝕刻。
9. 一種'液滴噴口土頭的制造方法，其4爭4i在于，使用權(quán)利要求7或8中所述的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制造方法 形成液滴噴吐頭的#丸4于才幾構(gòu)部分。
全文摘要
本發(fā)明以提供一種了可提高相對(duì)振動(dòng)膜的反復(fù)動(dòng)作的耐久性、且可靠性高的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)，還可以提供具有這種靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液滴噴吐頭及它們的制造方法。本發(fā)明的靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括振動(dòng)膜(4)以及與振動(dòng)膜(4)隔開間隙地對(duì)置的單獨(dú)電極(10)，振動(dòng)膜(4)呈從振動(dòng)膜(4)的中央部向外周部階段式變厚的多階形狀。
文檔編號(hào)B41J2/16GK101337461SQ200810130
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者山崎成二 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社