静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法
【課題】シリコン結晶欠陥の発生を防止し、絶縁耐圧を確保した絶縁膜を形成して、安定した吐出特性、駆動耐久性を有する静電アクチュエータの製造方法等を提供する。
【解決手段】ボロン拡散源を用いてシリコン基板２の一方の面にボロンドープ層２２０を形成する工程を有し、エッチングストップ技術によりボロンドープ層２２０を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、ボロンドープ層２２０を形成する際のボロン拡散源が、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下である。この場合、Ｐｄ含有量は０．０９ｐｐｍ以下が好ましい。そして、ボロン拡散する際には、エージングによりボロン拡散源内のＰｄ含有量を低減してボロン拡散する。
【解決手段】ボロン拡散源を用いてシリコン基板２の一方の面にボロンドープ層２２０を形成する工程を有し、エッチングストップ技術によりボロンドープ層２２０を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、ボロンドープ層２２０を形成する際のボロン拡散源が、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下である。この場合、Ｐｄ含有量は０．０９ｐｐｍ以下が好ましい。そして、ボロン拡散する際には、エージングによりボロン拡散源内のＰｄ含有量を低減してボロン拡散する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド等の駆動機構として用いられている静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ技術を適用した静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータ内の絶縁膜の絶縁破壊が発生すると駆動が不可能となるため、絶縁膜の絶縁耐圧の確保は安定吐出に不可欠である。このようなインクジェットヘッドの製造プロセスに、ボロン拡散によるエッチングストップ技術を用いた薄板振動板の形成プロセスがあり、このプロセスにより、シリコン基板に対して振動板を高精度に形成する。
【０００３】
このような振動板の形成プロセスにおいて、シリコン基板にボロンを拡散させる方法としては、液体のボロン拡散源を用いた方法、及び固体のボロン拡散源を用いた方法がある。
【０００４】
液体のボロン拡散源を用いた方法では、拡散源となるＢ2Ｏ3 を有機溶剤中に分散した拡散液を、スピンコーティングによりシリコン基板のボロン拡散面に塗布し、ベークを行なう。ついで、熱酸化炉にて加熱し、拡散剤中の有機バインダーを酸化除去し、Ｂ2Ｏ3 を焼成する。その後、炉内を窒素雰囲気にし、ボロン（Ｂ）をシリコン基板中に拡散させ、ボロンドープ層を形成する。上記方法によりボロン拡散したシリコン基板において、その後、絶縁膜を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、固体のボロン拡散源を用いた方法では、Ｂ2Ｏ3 を主成分とする固体の拡散源を支持基板と重ねて石英ボートにセットし、シリコン基板面を拡散源に対向させてセットする。そして、酸化炉内を窒素雰囲気にし、ボロンをシリコン基板中に拡散させ、ボロンドープ層を形成する。ボロンドープ層のシリコン基板表面にはボロン化合物が形成されるが、酸素及び水蒸気雰囲気中で酸化することで、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 に化学変化させ、フッ酸水溶液によるエッチング除去を行なう。上記方法によりボロン拡散したシリコン基板において、その後、絶縁膜を形成する（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１６３５７号公報（第３−４頁、図４）
【特許文献２】特許第３６４２２７１号公報（第４頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２記載の技術によれば、ボロン拡散したシリコン基板において、その後、例えば、テトラ・エトキシ・シラン(ＴＥＯＳ)を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）によって、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）の絶縁膜を形成する。
しかしながら、ボロン拡散源内に含有された金属不純物によって、前記方法によって形成された酸化珪素の絶縁膜の絶縁耐圧が局部的に低下するといった問題が生じる。
これは、ボロン拡散源内に含有する金属不純物が、ボロン拡散時にボロンと一緒にシリコン基板内に拡散され、その後の熱プロセスによりシリコン表面に析出するため、すなわちシリコン結晶欠陥のためである。このシリコン結晶欠陥部上にプラズマＣＶＤ法で酸化珪素の絶縁膜を形成すると、絶縁膜の密着性は著しく低下し、局所的な絶縁耐圧の低下を招く。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、シリコン結晶欠陥の発生を防止し、絶縁耐圧を確保した絶縁膜を形成して、安定した吐出特性、駆動耐久性を得ることができる静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ボロン拡散源を用いてシリコン基板の一方の面にボロンドープ層を形成する工程を有し、エッチングストップ技術によりボロンドープ層を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、
ボロンドープ層を形成する際のボロン拡散源は、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下である。
ボロン拡散源内の金属不純物の含有量を制限したので、シリコン結晶の欠陥の発生を抑制し、すなわちシリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜（ＳｉＯ2 ）の密着性、膜厚を確保することができる。
【００１０】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ボロン拡散源を用いてシリコン基板の一方の面にボロンドープ層を形成する工程を有し、エッチングストップ技術によりボロンドープ層を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、
ボロンドープ層を形成する際のボロン拡散源は、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下、Ｒｈ含有量０．４０ｐｐｍ以下、Ｎｉ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｕ含有量０．５ｐｐｍ以下、Ｆｅ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｒ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｚｎ含有量が２．０ｐｐｍ以下である。
ボロン拡散源内の金属不純物の含有量を制限したので、シリコン結晶の欠陥の発生を抑制し、すなわちシリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜（ＳｉＯ2 ）の密着性、膜厚を確保することができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、Ｐｄの含有量が０．０９ｐｐｍ以下である。
ボロン拡散源内の金属不純物のＰｄ含有量を０．０９ｐｐｍ以下に制限したので、シリコン結晶の欠陥の発生を確実に抑制し、すなわちシリコン結晶の欠陥部の絶縁耐圧低下を確実に抑制し、絶縁膜の密着性、膜厚を確保することができる。
【００１２】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、エージングによりボロン拡散源内のＰｄ含有量を低減してボロン拡散するものである。
エージングによりボロン拡散源内のＰｄ含有量を所望の値に制限してボロン拡散するようにしたので、シリコン結晶欠陥の発生を抑制し、シリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜の密着性、膜厚を確保することができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造するものである。
静電アクチュエータの局所的な絶縁耐圧低下を防止することができ、安定した吐出特性、及び駆動耐久性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造するものである。
安定した吐出特性、及び駆動耐久性を有する液滴吐出ヘッドを搭載した信頼性の高い液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドの実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズルからインク液滴を吐出するフェイス吐出型のインクジェットヘッドについて、図１〜図３を参照して説明する。なお、本発明は、基板の端部に設けられたノズルからインク液滴を吐出するエッジ吐出型のインクジェットヘッドにも適用することができる。
【００１６】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェットヘッドを組み立てた状態の縦断面図、図３は図２の静電アクチュエータ部の幅方向の拡大断面図である。なお、図１および図２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【００１７】
図において、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０は、複数のインクノズル１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各インクノズル１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２の振動板２２に対向して個別電極３１が配設された電極基板３とを貼り合わせている。
【００１８】
インクジェットヘッドの静電アクチュエータは、弾性変形可能な一方の対向部材である振動板２２と、この振動板２２に絶縁膜（ＳｉＯ2 膜）２６ａおよび一定のギャップＧを介して対向配置された個別電極３１と、個別電極３１と振動板２２との間に駆動電圧を印加して静電気力を発生させる駆動制御回路４とを備えている。
【００１９】
ノズル基板１はシリコン基板から作製され、複数のインクノズル１１が形成されている。各インクノズル１１には、ノズル基板１の表面に対して垂直な筒状の噴射口部分１１ａと、噴射口部分１１ａと同軸上に設けられ噴射口部分１１ａよりも径の大きい導入口部分１１ｂとからなっている。
また、ノズル基板１の下面（キャビティ基板２との接合側の面）にはインク流路の一部を形成するオリフィス１３が設けられている。
【００２０】
キャビティ基板２は、シリコン基板から作製されている。このシリコン基板に異方性ウェットエッチングを施して、インク流路の吐出室２１を構成するための吐出凹部２１０、およびリザーバ２３を構成するためのリザーバ凹部２３０が形成される。
吐出凹部２１０はインクノズル１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、ノズル基板１とキャビティ基板２とを接合した際、各吐出凹部２１０は吐出室２１を構成し、それぞれインクノズル１１に連通し、またインク供給口である前記オリフィス１３ともそれぞれ連通する。そして、吐出室２１（吐出凹部２１０）の底壁は振動板２２となっている。
【００２１】
振動板２２は高濃度のボロンドープ層であって、所望の振動板２２の厚みと同じだけの厚みを有している。アルカリによるシリコンエッチングにおけるエッチンググレート、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、エッチンググレートが非常に小さくなる。このことを利用し、振動板２２の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２１、リザーバ２３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２２を所望の板厚にする。
ここで、本発明は、ボロンドープ層を形成する際に用いる拡散源に関するものであり、その詳細については後述する。
【００２２】
リザーバ凹部２３０はインクを貯留するためのものであり、各吐出室２１に共通のリザーバ（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバ２３はそれぞれオリフィス１３を介して全ての吐出室２１に連通している。また、リザーバ２３の底部には、後述する電極基板３を貫通するインク供給孔３４が設けられ、インクカートリッジ（図示せず）からインクが供給されるようになっている。
【００２３】
キャビティ基板２の全面には、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、ＳｉＯ2 膜が形成されている。すなわち、キャビティ基板２の電極基板３と対向する側の面には、絶縁膜２６ａ（ＳｉＯ2 膜２６）が形成され、インクジェットヘッドを駆動させたときの絶縁破壊や短絡を防止する。また、キャビティ基板２の上面、すなわちノズル基板１と対向する側の面（吐出室２１、リザーバ２３の内面を含む）には、インク保護膜２６ｂ（ＳｉＯ2 膜２６）が形成され、インクによる流路の腐食を防ぐようにしてある。
【００２４】
電極基板３は、ガラス基板から作製されている。なかでも、キャビティ基板２のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのがよい。これは、電極基板３とキャビティ基板２とを陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティ基板２との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等が生じず、強固に接合することができるからである。なお、電極基板３にはキャビティ基板２と同じ材料のシリコン基板を用いてもよい。
【００２５】
電極基板３には、キャビティ基板２の各振動板２２に対向する面側にそれぞれ電極凹部３２がエッチングにより形成されている。そして、各電極凹部３２内には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１がスパッタにより形成されている。また、ギャップＧの開放端部は、ＳｉＯ2 膜やエポキシ接着剤等からなる封止材２７によって気密に封止され、湿気や塵埃等がギャップへ侵入するのを防止している。
【００２６】
個別電極３１は、リード部３１ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部３１ｂとを有する。端子部３１ｂは、フレキシブル配線基板の接続を容易にするために、キャビティ基板２の後端部が開口された電極取り出し部３５内に露出している。
【００２７】
上記のように構成したインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路４は、個別電極３１に対して電荷の供給および停止を制御する発振回路である。この発振回路は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動され、個別電極３１に電荷を供給して正に帯電させると、個別電極３１と振動板２２間に静電気力が発生する。したがって、この静電気力により振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む。これによって吐出室２１の容積が増大する。そして、個別電極３１への電荷の供給を止めると、振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室２１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により、インク室２１内のインクの一部がインク液滴として、インクノズル１１より吐出する。振動板２２が次に同様に変位すると、インクが、リザーバ２３からオリフィス１３を通じて、吐出室２１内に補給される。
【００２８】
次に、図４〜図９を参照して、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する。図４〜図６はインクジェットヘッドの製造工程図、図７はボロン拡散の方法を示す斜視図、図８〜図９は図６に続くインクジェットヘッドの製造方法である。ここでは、Ｂ2Ｏ3を主成分としたボロン拡散源により、振動板２２を形成する場合について詳細に説明する。なお、以下の説明で記載した数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
【００２９】
まず、キャビティ基板の製造工程を説明する。
（ａ）図４（ａ）に示すように、（１１０）を面方位とするシリコン基板２の両面を鏡面研磨し、例えば１４０μｍの厚みの基板を作製する。
【００３０】
（ｂ）シリコン基板２を熱酸化炉にセットし、酸素および水蒸気雰囲気中で、例えば摂氏１１００度、４時間で熱酸化処理し、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板２の表面に、酸化膜２６０ａ、２６０ｂを例えば１．２μｍ成膜する。
【００３１】
（ｃ）ボロンドープ層を形成する側の面２ａの酸化膜２６０ａを剥離するため、ボロンドープ層を形成する側の面２ａと反対側の面２ｂにレジストをコートし、レジストを保護膜として、図４（ｃ）に示すように、ボロンドープ層を形成する側の面２ａの酸化膜２６０ａをフッ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。
【００３２】
（ｄ）次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板２のボロンドープ層を形成する側の面２ａにボロンをドープする。
【００３３】
ボロンをドープする方法は、図７に示す通りである。
すなわち、固体の拡散源４１を、材料がＳｉＣであり、拡散源４１と外周部のみで接する支持基板４２と重ねて石英ボート４４にセットし、拡散源４１と２．５ｍｍ隔てて、シリコン基板２のボロンドープ層を形成する側の面２ａを、拡散源４１に対向させてセットする。シリコン基板２の上方に、ボロンの回り込みを防止するために、ダミーシリコン基板４３をセットする。
縦型炉に石英ボート４４をセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を摂氏１０５０度に上昇させ、そのまま温度を８時間保持し、ボロンをシリコン基板２中に拡散させ、図５（ｄ）に示すように、ボロンドープ層２２０を形成する。
【００３４】
シリコン基板２のボロンドープ層２２０の表面にはボロン化合物が形成されるが（図示せず）、酸素及び水蒸気雰囲気中、例えば摂氏６００度の条件で３０分酸化して、フッ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。
Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 に化学変化させた状態で、ボロンドープ層２２０を形成した側の面２ａと反対側の面２ｂにレジストをコートし、レジストを保護膜として、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 をフッ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。
【００３５】
ここで、本発明では、シリコン基板２のボロンドープ層２２０のドープ面に金属不純物が析出されるのを防止するために、金属不純物含有量を制限した拡散源４１を用いている（図７参照）。具体的には、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、金属不純物含有量がパラジウム（Ｐｄ）の含有量０．１ｐｐｍ以下、ロジウム（Ｒｈ）の含有量０．４０ｐｐｍ以下、ニッケル（Ｎｉ）の含有量２．０ｐｐｍ以下、銅（Ｃｕ）の含有量０．５ｐｐｍ以下、鉄（Ｆｅ）の含有量２．０ｐｐｍ以下、クロム（Ｃｒ）の含有量２．０ｐｐｍ以下、亜鉛（Ｚｎ）含有量２．０ｐｐｍ以下に規定された固体の拡散源４１を用いている。かかる拡散源４１を用いることにより、後工程の高温の熱プロセスを行っても、金属不純物の析出を防止することができる。
【００３６】
シリコン基板２のボロンドープ工程を経た後、図５（ｅ）に示すように、ボロンドープ層２２０の表面に、成膜時の処理温度が例えば摂氏３６０度、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、プラズマＣＶＤにより、ＴＥＯＳ膜２６０ｃを、１．２μｍ成膜する。
【００３７】
シリコン基板２のボロンドープ層２２０を形成した側の面２ａと反対側の面２ｂに形成された酸化膜２６０ｂに、吐出室２１、リザーバ２３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、図５（ｆ）に示すように、パターニングする。そして、レジストを剥離する。
【００３８】
シリコン基板２を３５ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、図６（ｇ）に示すように、シリコンエッチングをシリコン板厚が１０μｍになるまで行う。
【００３９】
続いて、シリコン基板２を３ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、図６（ｈ）に示すように、ボロンドープ層２２０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。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。
図６（ｇ）および図６（ｈ）に示す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２２０の面荒れを抑制し、厚み精度を０．８±０．０５μｍ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することができる。
【００４０】
エッチング工程を経た後、図６（ｉ）に示すように、フッ酸水溶液で酸化膜２６０ｂ、２６０ｃをエッチングする。
【００４１】
図６（ｊ）に示すように、プラズマＣＶＤにより、ＴＥＯＳ膜２６０をシリコン基板２の全面に、成膜時の処理温度は摂氏３６０度、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、０．１μｍ成膜する。ＴＥＯＳ膜２６０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、処理温度は摂氏３６０度、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、シリコン基板２の表面がクリーニングされ、ＴＥＯＳ膜２６０の絶縁耐圧の均一性を向上させる。
こうして形成されたＴＥＯＳ膜（ＳｉＯ2 膜）２６０は絶縁膜を構成し、キャビティ基板２の電極基板３と対向する側の面は絶縁膜２６ａとなり、ノズル基板１と対向する側の面（吐出室２１、リザーバ２３の内面を含む）はインク保護膜２６ｂとなる。
前記方法により形成された絶縁膜２６ａは、シリコン基板内の平均で、１０．０ＭＶ／ｃｍの絶縁耐圧が安定的に得られた。
以上の工程により、キャビティ基板２が形成される。
【００４２】
次に、液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する。
図８に示すように、振動板２２と対向する位置に電極凹部３２が設けられ、電極凹部３２の底面にＩＴＯからなる個別電極３１が形成された電極基板３と、上記の製造工程によって製造されたキャビティ基板２とを、陽極接合する。
【００４３】
次に、図９に示すように、インクノズル１１等が形成されたノズル基板１を、接着剤等によってキャビティ基板２の上に接合し、ヘッドチップ単位に切断する。
こうして、液滴吐出ヘッド１０が完成する。
【００４４】
本発明では、ボロンドープ層２２０の形成に際し（図５（ｄ）、図７参照）、上述したように、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、金属不純物含有量が規定された（Ｐｄの含有量０．１ｐｐｍ以下、Ｒｈの含有量０．４０ｐｐｍ以下、Ｎｉの含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｕの含有量０．５ｐｐｍ以下、Ｆｅの含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｒの含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｚｎ含有量２．０ｐｐｍ以下）固体の拡散源４１を用いている。
そして、Ｐｄ含有量のみ変化させた固体の拡散源４１を用いてボロンドープ層２２０を形成し、その上に絶縁膜２６ａを形成して、金属不純物析出によるシリコン結晶欠陥による絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）の低下の有無の実験を行った。また、固体の拡散源４１中のＰｄ含有量と、ボロン板使用回数（ボロン拡散源の熱処理回数）との関係を調べる実験を行った。その結果を、図１０に示す。
【００４５】
図１０に示すように、ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量が０．１１ｐｐｍのとき、ボロンドープ層２２０の上に成膜された絶縁膜２６ａの絶縁耐圧（ＴＺＤＢ値、ＭＶ／ｃｍ）は、最大値９．７７、最小値４．９４、平均値６．００であった。そして、ボロン使用回数が５回のとき、Ｐｄ含有量は０．１１ｐｐｍであった。
【００４６】
また、ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量が０．０９ｐｐｍのとき、ボロンドープ層２２０の上に成膜された絶縁膜２６ａの絶縁耐圧は、最大値１０．４６、最小値９．５５、平均値１０．０５であった。そして、ボロン使用回数が１０回のとき、Ｐｄ含有量は０．０９ｐｐｍであった。
【００４７】
さらに、ボロン拡散源５１内のＰｄ含有量が０．０５ｐｐｍのとき、ボロンドープ層２２０の上に成膜された絶縁膜２６ａの絶縁耐圧は、最大値１０．３６、最小値９．２８、平均値１０．０２であった。そして、ボロン使用回数が２０回のとき、Ｐｄ含有量は０．０５ｐｐｍであった。
【００４８】
図１１は、ボロン板（ボロン拡散源）内のＰｄ含有量と、ウエハ面内の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）との関係を示す線図である。破線は最大値、点線は最小値、実線はその平均値を示す。図において、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下のとき、好ましくは、０．０９ｐｐｍ以下のときに、ウエハ内の絶縁耐圧がほぼ一定になり、絶縁耐圧が好ましい状態になる。
【００４９】
すなわち、ボロン拡散源４１内の金属不純物のＰｄ含有量を０．１ｐｐｍ以下、好ましくは０．０９ｐｐｍ以下に制限することによって、シリコン結晶欠陥の発生を抑制し、すなわち、シリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜（ＳｉＯ2 ）２６ａの密着性、膜厚を確保することができる。このため、局所的な絶縁耐圧低下を防止して、安定した吐出特性、及び駆動耐久性を確保することができる。
【００５０】
図１２は、ボロン板使用回数と、ボロン板内のＰｄ含有量との関係の一例を示す線図である。
ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量を、エージングにより規定値以下に低減し、ボロン拡散したものである。
図において、ボロン板使用回数を増やすほど、ボロン板内のＰｄ含有量が減少することがわかる。例えば、ボロン拡散源４１内の金属不純物のＰｄ含有量を０．１ｐｐｍ以下にするには、ボロン板使用回数を７〜８回以上とし、Ｐｄ含有量を０．０９ｐｐｍ以下にするには、ボロン板使用回数を１０回以上とすることが必要になる。
【００５１】
すなわち、ボロン板使用回数を７〜８回以上とすることによってボロン拡散源内の金属不純物のＰｄ含有量を０．１ｐｐｍ以下に制限することができ、好ましくは、ボロン板使用回数を１０回以上とすることによってボロン拡散源内の金属不純物のＰｄ含有量を０．０９ｐｐｍ以下に制限することができ、これによって、シリコン結晶欠陥の発生を抑制し、シリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制して、絶縁膜（ＳｉＯ2 ）２６ａの密着性、膜厚を確保することができる。このため、局所的な絶縁耐圧低下を防止し、安定した吐出特性及び駆動耐久性を確保することができる。
【００５２】
なお、上記の場合は、ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量を、エージングにより規定値以下に低減し、ボロン拡散したが、ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量を使用前に分析し、Ｐｄ含有量が規定値以下のボロン拡散源４１を使用して、ボロン拡散するようにしてもよい。
【００５３】
図１３は、ボロン板使用回数と、ウエハ面内の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）との関係の一例を示す線図である。
図において、ボロン板使用回数を増やすほど、ＴＺＤＢ値が増加することがわかる。
ボロン使用回数が７回〜８回以上のとき、好ましくは、１０回以上のときに、ウエハ面内の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）がほぼ一定になり、絶縁耐圧が好ましい状態になることが分かる。
すなわち、ボロン板使用回数を７〜８回以上、好ましくは１０回以上とすることによって、ボロン拡散源４１内の金属不純物のＰｄ含有量を０．１ｐｐｍ以下、好ましくは０．０９ｐｐｍ以下に制限することができ（図１２参照）、このとき、ウエハ内の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）がほぼ一定になり（図１３）、絶縁耐圧が好ましい状態になるので、これによって、シリコン結晶欠陥の発生を抑制し、すなわちシリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜（ＳｉＯ2）の密着性、膜厚を確保することができる。このため、局所的な絶縁耐圧低下を防止し、安定した吐出特性及び駆動耐久性を確保することができる。
【００５４】
なお、上記の説明では、ボロン拡散源４１が固体の場合について示したが、液体のボロン拡散源の場合であっても、同様に、上記効果を有する。
【００５５】
実施の形態２．
図１４は、本実施の形態２に係る液滴吐出装置の斜視図である。この液滴吐出装置はインクを吐出するインクジェットプリンタであり、実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドを搭載している。このため、安定した吐出特性及び駆動耐久性を備え、信頼性の高い高品質の印字が可能である。
【００５６】
なお、実施の形態１に係る静電アクチュエータは、インクジェットヘッドの他、ミラーデバイス等のアクチュエータにも適用することができる。また、実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドは、図１４に示すインクジェットプリンタの他に、吐出する液体を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機ＥＬ表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェットの分解斜視図。
【図２】図１のインクジェットを組み立てた状態の縦断面図。
【図３】図２の静電アクチュエータ部の幅方向の拡大断面図。
【図４】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造工程図。
【図５】図４に続くインクジェットヘッドの製造工程図。
【図６】図５に続くインクジェットヘッドの製造工程図。
【図７】ボロン拡散方法の説明図。
【図８】図６に続くインクジェットヘッドの製造工程図。
【図９】図８に続くインクジェットヘッドの製造工程図。
【図１０】ボロン板使用回数、Ｐｄ含有量、および絶縁耐圧の実験結果を示す図。
【図１１】ボロン板内のＰｄ含有量と、ウエハ面内の絶縁耐圧との関係を示す線図。
【図１２】ボロン板使用回数と、ボロン板内のＰｄ含有量との関係を示す線図。
【図１３】ボロン板使用回数と、ウエハ面内の絶縁耐性との関係を示す線図。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の斜視図。
【符号の説明】
【００５８】
１ ノズル基板、 ２ キャビティ基板（シリコン基板）、 ３ 電極基板、 ４ 駆動制御回路、１０ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、 １１ インクノズル、 ２１ 吐出室、 ２２ 振動板、 ２３ リザーバ、 ２６ａ 絶縁膜（ＳｉＯ2 膜）、２６ｂ インク保護膜（ＳｉＯ2 膜）、 ３１ 個別電極、 ３２ 凹部、 ４１ ボロン拡散源、 ４２ 支持基板、 ４４ 石英ボート、２２０ ボロンドープ層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド等の駆動機構として用いられている静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ技術を適用した静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータ内の絶縁膜の絶縁破壊が発生すると駆動が不可能となるため、絶縁膜の絶縁耐圧の確保は安定吐出に不可欠である。このようなインクジェットヘッドの製造プロセスに、ボロン拡散によるエッチングストップ技術を用いた薄板振動板の形成プロセスがあり、このプロセスにより、シリコン基板に対して振動板を高精度に形成する。
【０００３】
このような振動板の形成プロセスにおいて、シリコン基板にボロンを拡散させる方法としては、液体のボロン拡散源を用いた方法、及び固体のボロン拡散源を用いた方法がある。
【０００４】
液体のボロン拡散源を用いた方法では、拡散源となるＢ2Ｏ3 を有機溶剤中に分散した拡散液を、スピンコーティングによりシリコン基板のボロン拡散面に塗布し、ベークを行なう。ついで、熱酸化炉にて加熱し、拡散剤中の有機バインダーを酸化除去し、Ｂ2Ｏ3 を焼成する。その後、炉内を窒素雰囲気にし、ボロン（Ｂ）をシリコン基板中に拡散させ、ボロンドープ層を形成する。上記方法によりボロン拡散したシリコン基板において、その後、絶縁膜を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、固体のボロン拡散源を用いた方法では、Ｂ2Ｏ3 を主成分とする固体の拡散源を支持基板と重ねて石英ボートにセットし、シリコン基板面を拡散源に対向させてセットする。そして、酸化炉内を窒素雰囲気にし、ボロンをシリコン基板中に拡散させ、ボロンドープ層を形成する。ボロンドープ層のシリコン基板表面にはボロン化合物が形成されるが、酸素及び水蒸気雰囲気中で酸化することで、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 に化学変化させ、フッ酸水溶液によるエッチング除去を行なう。上記方法によりボロン拡散したシリコン基板において、その後、絶縁膜を形成する（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１６３５７号公報（第３−４頁、図４）
【特許文献２】特許第３６４２２７１号公報（第４頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２記載の技術によれば、ボロン拡散したシリコン基板において、その後、例えば、テトラ・エトキシ・シラン(ＴＥＯＳ)を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）によって、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）の絶縁膜を形成する。
しかしながら、ボロン拡散源内に含有された金属不純物によって、前記方法によって形成された酸化珪素の絶縁膜の絶縁耐圧が局部的に低下するといった問題が生じる。
これは、ボロン拡散源内に含有する金属不純物が、ボロン拡散時にボロンと一緒にシリコン基板内に拡散され、その後の熱プロセスによりシリコン表面に析出するため、すなわちシリコン結晶欠陥のためである。このシリコン結晶欠陥部上にプラズマＣＶＤ法で酸化珪素の絶縁膜を形成すると、絶縁膜の密着性は著しく低下し、局所的な絶縁耐圧の低下を招く。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、シリコン結晶欠陥の発生を防止し、絶縁耐圧を確保した絶縁膜を形成して、安定した吐出特性、駆動耐久性を得ることができる静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ボロン拡散源を用いてシリコン基板の一方の面にボロンドープ層を形成する工程を有し、エッチングストップ技術によりボロンドープ層を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、
ボロンドープ層を形成する際のボロン拡散源は、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下である。
ボロン拡散源内の金属不純物の含有量を制限したので、シリコン結晶の欠陥の発生を抑制し、すなわちシリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜（ＳｉＯ2 ）の密着性、膜厚を確保することができる。
【００１０】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ボロン拡散源を用いてシリコン基板の一方の面にボロンドープ層を形成する工程を有し、エッチングストップ技術によりボロンドープ層を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、
ボロンドープ層を形成する際のボロン拡散源は、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下、Ｒｈ含有量０．４０ｐｐｍ以下、Ｎｉ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｕ含有量０．５ｐｐｍ以下、Ｆｅ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｒ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｚｎ含有量が２．０ｐｐｍ以下である。
ボロン拡散源内の金属不純物の含有量を制限したので、シリコン結晶の欠陥の発生を抑制し、すなわちシリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜（ＳｉＯ2 ）の密着性、膜厚を確保することができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、Ｐｄの含有量が０．０９ｐｐｍ以下である。
ボロン拡散源内の金属不純物のＰｄ含有量を０．０９ｐｐｍ以下に制限したので、シリコン結晶の欠陥の発生を確実に抑制し、すなわちシリコン結晶の欠陥部の絶縁耐圧低下を確実に抑制し、絶縁膜の密着性、膜厚を確保することができる。
【００１２】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、エージングによりボロン拡散源内のＰｄ含有量を低減してボロン拡散するものである。
エージングによりボロン拡散源内のＰｄ含有量を所望の値に制限してボロン拡散するようにしたので、シリコン結晶欠陥の発生を抑制し、シリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜の密着性、膜厚を確保することができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造するものである。
静電アクチュエータの局所的な絶縁耐圧低下を防止することができ、安定した吐出特性、及び駆動耐久性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造するものである。
安定した吐出特性、及び駆動耐久性を有する液滴吐出ヘッドを搭載した信頼性の高い液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドの実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズルからインク液滴を吐出するフェイス吐出型のインクジェットヘッドについて、図１〜図３を参照して説明する。なお、本発明は、基板の端部に設けられたノズルからインク液滴を吐出するエッジ吐出型のインクジェットヘッドにも適用することができる。
【００１６】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェットヘッドを組み立てた状態の縦断面図、図３は図２の静電アクチュエータ部の幅方向の拡大断面図である。なお、図１および図２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【００１７】
図において、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０は、複数のインクノズル１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各インクノズル１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２の振動板２２に対向して個別電極３１が配設された電極基板３とを貼り合わせている。
【００１８】
インクジェットヘッドの静電アクチュエータは、弾性変形可能な一方の対向部材である振動板２２と、この振動板２２に絶縁膜（ＳｉＯ2 膜）２６ａおよび一定のギャップＧを介して対向配置された個別電極３１と、個別電極３１と振動板２２との間に駆動電圧を印加して静電気力を発生させる駆動制御回路４とを備えている。
【００１９】
ノズル基板１はシリコン基板から作製され、複数のインクノズル１１が形成されている。各インクノズル１１には、ノズル基板１の表面に対して垂直な筒状の噴射口部分１１ａと、噴射口部分１１ａと同軸上に設けられ噴射口部分１１ａよりも径の大きい導入口部分１１ｂとからなっている。
また、ノズル基板１の下面（キャビティ基板２との接合側の面）にはインク流路の一部を形成するオリフィス１３が設けられている。
【００２０】
キャビティ基板２は、シリコン基板から作製されている。このシリコン基板に異方性ウェットエッチングを施して、インク流路の吐出室２１を構成するための吐出凹部２１０、およびリザーバ２３を構成するためのリザーバ凹部２３０が形成される。
吐出凹部２１０はインクノズル１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、ノズル基板１とキャビティ基板２とを接合した際、各吐出凹部２１０は吐出室２１を構成し、それぞれインクノズル１１に連通し、またインク供給口である前記オリフィス１３ともそれぞれ連通する。そして、吐出室２１（吐出凹部２１０）の底壁は振動板２２となっている。
【００２１】
振動板２２は高濃度のボロンドープ層であって、所望の振動板２２の厚みと同じだけの厚みを有している。アルカリによるシリコンエッチングにおけるエッチンググレート、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、エッチンググレートが非常に小さくなる。このことを利用し、振動板２２の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２１、リザーバ２３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２２を所望の板厚にする。
ここで、本発明は、ボロンドープ層を形成する際に用いる拡散源に関するものであり、その詳細については後述する。
【００２２】
リザーバ凹部２３０はインクを貯留するためのものであり、各吐出室２１に共通のリザーバ（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバ２３はそれぞれオリフィス１３を介して全ての吐出室２１に連通している。また、リザーバ２３の底部には、後述する電極基板３を貫通するインク供給孔３４が設けられ、インクカートリッジ（図示せず）からインクが供給されるようになっている。
【００２３】
キャビティ基板２の全面には、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、ＳｉＯ2 膜が形成されている。すなわち、キャビティ基板２の電極基板３と対向する側の面には、絶縁膜２６ａ（ＳｉＯ2 膜２６）が形成され、インクジェットヘッドを駆動させたときの絶縁破壊や短絡を防止する。また、キャビティ基板２の上面、すなわちノズル基板１と対向する側の面（吐出室２１、リザーバ２３の内面を含む）には、インク保護膜２６ｂ（ＳｉＯ2 膜２６）が形成され、インクによる流路の腐食を防ぐようにしてある。
【００２４】
電極基板３は、ガラス基板から作製されている。なかでも、キャビティ基板２のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのがよい。これは、電極基板３とキャビティ基板２とを陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティ基板２との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等が生じず、強固に接合することができるからである。なお、電極基板３にはキャビティ基板２と同じ材料のシリコン基板を用いてもよい。
【００２５】
電極基板３には、キャビティ基板２の各振動板２２に対向する面側にそれぞれ電極凹部３２がエッチングにより形成されている。そして、各電極凹部３２内には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１がスパッタにより形成されている。また、ギャップＧの開放端部は、ＳｉＯ2 膜やエポキシ接着剤等からなる封止材２７によって気密に封止され、湿気や塵埃等がギャップへ侵入するのを防止している。
【００２６】
個別電極３１は、リード部３１ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部３１ｂとを有する。端子部３１ｂは、フレキシブル配線基板の接続を容易にするために、キャビティ基板２の後端部が開口された電極取り出し部３５内に露出している。
【００２７】
上記のように構成したインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路４は、個別電極３１に対して電荷の供給および停止を制御する発振回路である。この発振回路は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動され、個別電極３１に電荷を供給して正に帯電させると、個別電極３１と振動板２２間に静電気力が発生する。したがって、この静電気力により振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む。これによって吐出室２１の容積が増大する。そして、個別電極３１への電荷の供給を止めると、振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室２１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により、インク室２１内のインクの一部がインク液滴として、インクノズル１１より吐出する。振動板２２が次に同様に変位すると、インクが、リザーバ２３からオリフィス１３を通じて、吐出室２１内に補給される。
【００２８】
次に、図４〜図９を参照して、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する。図４〜図６はインクジェットヘッドの製造工程図、図７はボロン拡散の方法を示す斜視図、図８〜図９は図６に続くインクジェットヘッドの製造方法である。ここでは、Ｂ2Ｏ3を主成分としたボロン拡散源により、振動板２２を形成する場合について詳細に説明する。なお、以下の説明で記載した数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
【００２９】
まず、キャビティ基板の製造工程を説明する。
（ａ）図４（ａ）に示すように、（１１０）を面方位とするシリコン基板２の両面を鏡面研磨し、例えば１４０μｍの厚みの基板を作製する。
【００３０】
（ｂ）シリコン基板２を熱酸化炉にセットし、酸素および水蒸気雰囲気中で、例えば摂氏１１００度、４時間で熱酸化処理し、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板２の表面に、酸化膜２６０ａ、２６０ｂを例えば１．２μｍ成膜する。
【００３１】
（ｃ）ボロンドープ層を形成する側の面２ａの酸化膜２６０ａを剥離するため、ボロンドープ層を形成する側の面２ａと反対側の面２ｂにレジストをコートし、レジストを保護膜として、図４（ｃ）に示すように、ボロンドープ層を形成する側の面２ａの酸化膜２６０ａをフッ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。
【００３２】
（ｄ）次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板２のボロンドープ層を形成する側の面２ａにボロンをドープする。
【００３３】
ボロンをドープする方法は、図７に示す通りである。
すなわち、固体の拡散源４１を、材料がＳｉＣであり、拡散源４１と外周部のみで接する支持基板４２と重ねて石英ボート４４にセットし、拡散源４１と２．５ｍｍ隔てて、シリコン基板２のボロンドープ層を形成する側の面２ａを、拡散源４１に対向させてセットする。シリコン基板２の上方に、ボロンの回り込みを防止するために、ダミーシリコン基板４３をセットする。
縦型炉に石英ボート４４をセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を摂氏１０５０度に上昇させ、そのまま温度を８時間保持し、ボロンをシリコン基板２中に拡散させ、図５（ｄ）に示すように、ボロンドープ層２２０を形成する。
【００３４】
シリコン基板２のボロンドープ層２２０の表面にはボロン化合物が形成されるが（図示せず）、酸素及び水蒸気雰囲気中、例えば摂氏６００度の条件で３０分酸化して、フッ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。
Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 に化学変化させた状態で、ボロンドープ層２２０を形成した側の面２ａと反対側の面２ｂにレジストをコートし、レジストを保護膜として、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 をフッ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。
【００３５】
ここで、本発明では、シリコン基板２のボロンドープ層２２０のドープ面に金属不純物が析出されるのを防止するために、金属不純物含有量を制限した拡散源４１を用いている（図７参照）。具体的には、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、金属不純物含有量がパラジウム（Ｐｄ）の含有量０．１ｐｐｍ以下、ロジウム（Ｒｈ）の含有量０．４０ｐｐｍ以下、ニッケル（Ｎｉ）の含有量２．０ｐｐｍ以下、銅（Ｃｕ）の含有量０．５ｐｐｍ以下、鉄（Ｆｅ）の含有量２．０ｐｐｍ以下、クロム（Ｃｒ）の含有量２．０ｐｐｍ以下、亜鉛（Ｚｎ）含有量２．０ｐｐｍ以下に規定された固体の拡散源４１を用いている。かかる拡散源４１を用いることにより、後工程の高温の熱プロセスを行っても、金属不純物の析出を防止することができる。
【００３６】
シリコン基板２のボロンドープ工程を経た後、図５（ｅ）に示すように、ボロンドープ層２２０の表面に、成膜時の処理温度が例えば摂氏３６０度、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、プラズマＣＶＤにより、ＴＥＯＳ膜２６０ｃを、１．２μｍ成膜する。
【００３７】
シリコン基板２のボロンドープ層２２０を形成した側の面２ａと反対側の面２ｂに形成された酸化膜２６０ｂに、吐出室２１、リザーバ２３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、図５（ｆ）に示すように、パターニングする。そして、レジストを剥離する。
【００３８】
シリコン基板２を３５ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、図６（ｇ）に示すように、シリコンエッチングをシリコン板厚が１０μｍになるまで行う。
【００３９】
続いて、シリコン基板２を３ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、図６（ｈ）に示すように、ボロンドープ層２２０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。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。
図６（ｇ）および図６（ｈ）に示す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２２０の面荒れを抑制し、厚み精度を０．８±０．０５μｍ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することができる。
【００４０】
エッチング工程を経た後、図６（ｉ）に示すように、フッ酸水溶液で酸化膜２６０ｂ、２６０ｃをエッチングする。
【００４１】
図６（ｊ）に示すように、プラズマＣＶＤにより、ＴＥＯＳ膜２６０をシリコン基板２の全面に、成膜時の処理温度は摂氏３６０度、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、０．１μｍ成膜する。ＴＥＯＳ膜２６０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、処理温度は摂氏３６０度、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、シリコン基板２の表面がクリーニングされ、ＴＥＯＳ膜２６０の絶縁耐圧の均一性を向上させる。
こうして形成されたＴＥＯＳ膜（ＳｉＯ2 膜）２６０は絶縁膜を構成し、キャビティ基板２の電極基板３と対向する側の面は絶縁膜２６ａとなり、ノズル基板１と対向する側の面（吐出室２１、リザーバ２３の内面を含む）はインク保護膜２６ｂとなる。
前記方法により形成された絶縁膜２６ａは、シリコン基板内の平均で、１０．０ＭＶ／ｃｍの絶縁耐圧が安定的に得られた。
以上の工程により、キャビティ基板２が形成される。
【００４２】
次に、液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する。
図８に示すように、振動板２２と対向する位置に電極凹部３２が設けられ、電極凹部３２の底面にＩＴＯからなる個別電極３１が形成された電極基板３と、上記の製造工程によって製造されたキャビティ基板２とを、陽極接合する。
【００４３】
次に、図９に示すように、インクノズル１１等が形成されたノズル基板１を、接着剤等によってキャビティ基板２の上に接合し、ヘッドチップ単位に切断する。
こうして、液滴吐出ヘッド１０が完成する。
【００４４】
本発明では、ボロンドープ層２２０の形成に際し（図５（ｄ）、図７参照）、上述したように、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、金属不純物含有量が規定された（Ｐｄの含有量０．１ｐｐｍ以下、Ｒｈの含有量０．４０ｐｐｍ以下、Ｎｉの含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｕの含有量０．５ｐｐｍ以下、Ｆｅの含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｒの含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｚｎ含有量２．０ｐｐｍ以下）固体の拡散源４１を用いている。
そして、Ｐｄ含有量のみ変化させた固体の拡散源４１を用いてボロンドープ層２２０を形成し、その上に絶縁膜２６ａを形成して、金属不純物析出によるシリコン結晶欠陥による絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）の低下の有無の実験を行った。また、固体の拡散源４１中のＰｄ含有量と、ボロン板使用回数（ボロン拡散源の熱処理回数）との関係を調べる実験を行った。その結果を、図１０に示す。
【００４５】
図１０に示すように、ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量が０．１１ｐｐｍのとき、ボロンドープ層２２０の上に成膜された絶縁膜２６ａの絶縁耐圧（ＴＺＤＢ値、ＭＶ／ｃｍ）は、最大値９．７７、最小値４．９４、平均値６．００であった。そして、ボロン使用回数が５回のとき、Ｐｄ含有量は０．１１ｐｐｍであった。
【００４６】
また、ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量が０．０９ｐｐｍのとき、ボロンドープ層２２０の上に成膜された絶縁膜２６ａの絶縁耐圧は、最大値１０．４６、最小値９．５５、平均値１０．０５であった。そして、ボロン使用回数が１０回のとき、Ｐｄ含有量は０．０９ｐｐｍであった。
【００４７】
さらに、ボロン拡散源５１内のＰｄ含有量が０．０５ｐｐｍのとき、ボロンドープ層２２０の上に成膜された絶縁膜２６ａの絶縁耐圧は、最大値１０．３６、最小値９．２８、平均値１０．０２であった。そして、ボロン使用回数が２０回のとき、Ｐｄ含有量は０．０５ｐｐｍであった。
【００４８】
図１１は、ボロン板（ボロン拡散源）内のＰｄ含有量と、ウエハ面内の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）との関係を示す線図である。破線は最大値、点線は最小値、実線はその平均値を示す。図において、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下のとき、好ましくは、０．０９ｐｐｍ以下のときに、ウエハ内の絶縁耐圧がほぼ一定になり、絶縁耐圧が好ましい状態になる。
【００４９】
すなわち、ボロン拡散源４１内の金属不純物のＰｄ含有量を０．１ｐｐｍ以下、好ましくは０．０９ｐｐｍ以下に制限することによって、シリコン結晶欠陥の発生を抑制し、すなわち、シリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜（ＳｉＯ2 ）２６ａの密着性、膜厚を確保することができる。このため、局所的な絶縁耐圧低下を防止して、安定した吐出特性、及び駆動耐久性を確保することができる。
【００５０】
図１２は、ボロン板使用回数と、ボロン板内のＰｄ含有量との関係の一例を示す線図である。
ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量を、エージングにより規定値以下に低減し、ボロン拡散したものである。
図において、ボロン板使用回数を増やすほど、ボロン板内のＰｄ含有量が減少することがわかる。例えば、ボロン拡散源４１内の金属不純物のＰｄ含有量を０．１ｐｐｍ以下にするには、ボロン板使用回数を７〜８回以上とし、Ｐｄ含有量を０．０９ｐｐｍ以下にするには、ボロン板使用回数を１０回以上とすることが必要になる。
【００５１】
すなわち、ボロン板使用回数を７〜８回以上とすることによってボロン拡散源内の金属不純物のＰｄ含有量を０．１ｐｐｍ以下に制限することができ、好ましくは、ボロン板使用回数を１０回以上とすることによってボロン拡散源内の金属不純物のＰｄ含有量を０．０９ｐｐｍ以下に制限することができ、これによって、シリコン結晶欠陥の発生を抑制し、シリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制して、絶縁膜（ＳｉＯ2 ）２６ａの密着性、膜厚を確保することができる。このため、局所的な絶縁耐圧低下を防止し、安定した吐出特性及び駆動耐久性を確保することができる。
【００５２】
なお、上記の場合は、ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量を、エージングにより規定値以下に低減し、ボロン拡散したが、ボロン拡散源４１内のＰｄ含有量を使用前に分析し、Ｐｄ含有量が規定値以下のボロン拡散源４１を使用して、ボロン拡散するようにしてもよい。
【００５３】
図１３は、ボロン板使用回数と、ウエハ面内の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）との関係の一例を示す線図である。
図において、ボロン板使用回数を増やすほど、ＴＺＤＢ値が増加することがわかる。
ボロン使用回数が７回〜８回以上のとき、好ましくは、１０回以上のときに、ウエハ面内の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）がほぼ一定になり、絶縁耐圧が好ましい状態になることが分かる。
すなわち、ボロン板使用回数を７〜８回以上、好ましくは１０回以上とすることによって、ボロン拡散源４１内の金属不純物のＰｄ含有量を０．１ｐｐｍ以下、好ましくは０．０９ｐｐｍ以下に制限することができ（図１２参照）、このとき、ウエハ内の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）がほぼ一定になり（図１３）、絶縁耐圧が好ましい状態になるので、これによって、シリコン結晶欠陥の発生を抑制し、すなわちシリコン結晶欠陥部の絶縁耐圧低下を抑制し、絶縁膜（ＳｉＯ2）の密着性、膜厚を確保することができる。このため、局所的な絶縁耐圧低下を防止し、安定した吐出特性及び駆動耐久性を確保することができる。
【００５４】
なお、上記の説明では、ボロン拡散源４１が固体の場合について示したが、液体のボロン拡散源の場合であっても、同様に、上記効果を有する。
【００５５】
実施の形態２．
図１４は、本実施の形態２に係る液滴吐出装置の斜視図である。この液滴吐出装置はインクを吐出するインクジェットプリンタであり、実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドを搭載している。このため、安定した吐出特性及び駆動耐久性を備え、信頼性の高い高品質の印字が可能である。
【００５６】
なお、実施の形態１に係る静電アクチュエータは、インクジェットヘッドの他、ミラーデバイス等のアクチュエータにも適用することができる。また、実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドは、図１４に示すインクジェットプリンタの他に、吐出する液体を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機ＥＬ表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェットの分解斜視図。
【図２】図１のインクジェットを組み立てた状態の縦断面図。
【図３】図２の静電アクチュエータ部の幅方向の拡大断面図。
【図４】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造工程図。
【図５】図４に続くインクジェットヘッドの製造工程図。
【図６】図５に続くインクジェットヘッドの製造工程図。
【図７】ボロン拡散方法の説明図。
【図８】図６に続くインクジェットヘッドの製造工程図。
【図９】図８に続くインクジェットヘッドの製造工程図。
【図１０】ボロン板使用回数、Ｐｄ含有量、および絶縁耐圧の実験結果を示す図。
【図１１】ボロン板内のＰｄ含有量と、ウエハ面内の絶縁耐圧との関係を示す線図。
【図１２】ボロン板使用回数と、ボロン板内のＰｄ含有量との関係を示す線図。
【図１３】ボロン板使用回数と、ウエハ面内の絶縁耐性との関係を示す線図。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の斜視図。
【符号の説明】
【００５８】
１ ノズル基板、 ２ キャビティ基板（シリコン基板）、 ３ 電極基板、 ４ 駆動制御回路、１０ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、 １１ インクノズル、 ２１ 吐出室、 ２２ 振動板、 ２３ リザーバ、 ２６ａ 絶縁膜（ＳｉＯ2 膜）、２６ｂ インク保護膜（ＳｉＯ2 膜）、 ３１ 個別電極、 ３２ 凹部、 ４１ ボロン拡散源、 ４２ 支持基板、 ４４ 石英ボート、２２０ ボロンドープ層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボロン拡散源を用いてシリコン基板の一方の面にボロンドープ層を形成する工程を有し、エッチングストップ技術により前記ボロンドープ層を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記ボロンドープ層を形成する際のボロン拡散源が、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
ボロン拡散源を用いてシリコン基板の一方の面にボロンドープ層を形成する工程を有し、エッチングストップ技術により前記ボロンドープ層を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記ボロンドープ層を形成する際のボロン拡散源が、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下、Ｒｈ含有量０．４０ｐｐｍ以下、Ｎｉ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｕ含有量０．５ｐｐｍ以下、Ｆｅ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｒ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｚｎ含有量が２．０ｐｐｍ以下であることを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
Ｐｄ含有量が０．０９ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
エージングによりボロン拡散源内のＰｄ含有量を低減してボロン拡散することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【請求項１】
ボロン拡散源を用いてシリコン基板の一方の面にボロンドープ層を形成する工程を有し、エッチングストップ技術により前記ボロンドープ層を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記ボロンドープ層を形成する際のボロン拡散源が、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
ボロン拡散源を用いてシリコン基板の一方の面にボロンドープ層を形成する工程を有し、エッチングストップ技術により前記ボロンドープ層を振動板として形成する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記ボロンドープ層を形成する際のボロン拡散源が、Ｂ2Ｏ3を主成分とし、Ｐｄ含有量が０．１ｐｐｍ以下、Ｒｈ含有量０．４０ｐｐｍ以下、Ｎｉ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｕ含有量０．５ｐｐｍ以下、Ｆｅ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｃｒ含有量２．０ｐｐｍ以下、Ｚｎ含有量が２．０ｐｐｍ以下であることを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
Ｐｄ含有量が０．０９ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
エージングによりボロン拡散源内のＰｄ含有量を低減してボロン拡散することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１３１７５９（Ｐ２０１０−１３１７５９Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０７１１４（Ｐ２００８−３０７１１４）
【出願日】平成２０年１２月２日（２００８．１２．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２日（２００８．１２．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]