(57)【要約】【課題】高い位置合わせ能力を要求することなしに、高精度で信頼性の高い静電アクチュエーターおよび液滴吐出ヘッドを得ること。【解決手段】可撓性の振動板１２が形成されたシリコン基板２と、振動板１２に隙間２２を介して対向する個別電極１７を有したガラス基板３とが接合された静電アクチュエーターであって、シリコン基板２は、ガラス基板３と対向する面のほぼ全域に絶縁膜１６ａが成膜されたものであり、ガラス基板３は、個別電極１７の表面に絶縁膜１６ｂが成膜されているが、シリコン基板２との接合部２０には絶縁膜１６ｂが形成されていない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の振動板が形成されたシリコン基板と、前記振動板に隙間を介して対向する個別電極を有したガラス基板とが接合された静電アクチュエーターであって、
前記シリコン基板は、前記ガラス基板と対向する面に絶縁膜が成膜されたものであり、
前記ガラス基板は、前記個別電極の表面に絶縁膜が成膜されているが、前記シリコン基板との接合部には絶縁膜が形成されていないものである、
ことを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１記載の静電アクチュエーターを、圧力変動を利用して液滴を吐出させる圧力室に備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項２記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【請求項４】
複数の個別電極が形成されたガラス基板の個別電極形成側表面に、エッチングストップ層を成膜し、
前記エッチングストップ層に対して、可撓性の振動板が形成されるシリコン基板との接合部に前記エッチングストップ層を残すパターニングを施し、該パターニングの後、前記ガラス基板の個別電極形成側表面に絶縁膜を成膜し、
前記接合部の絶縁膜をマスクを利用してドライエッチングにより除去し、さらに前記接合部のエッチングストップ層を除去した後、
前記ガラス基板と該ガラス基板に対向する領域に絶縁膜が形成された前記シリコン基板とを陽極接合し、
前記ガラス基板に接合された前記シリコン基板に、前記振動板をエッチングにて形成する、ことを特徴とする静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項５】
前記エッチングストップ層としてダイヤモンドライクカーボンを成膜し、前記ドライエッチングにＣＦ4ガスを用い、前記エッチングストップ層の除去にＯ2プラズマを用いることを特徴とする請求項４記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項６】
前記ガラス基板の前記接合部の前記絶縁膜の除去においては、前記マスクを利用し、前記個別電極から延びて部品の実装部となる電極引き出し部の絶縁膜も併せて除去することを特徴とする請求項４または５記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項７】
前記ガラス基板に接合された前記シリコン基板に、前記振動板を含む液体の流路をエッチングにて形成する、ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動板と該振動板に隙間を介して対向する個別電極とを有した静電アクチュエーター、その静電アクチュエーターを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、および静電アクチュエーターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電アクチュエーターにおいては、従来から、アクチュエーターの安定駆動と駆動耐久性を確保するために、電極間に絶縁膜を配することが提案されている。例えば、一方の電極である振動板の表面にシリコンの酸化膜を形成して絶縁膜とし、これによって表面を保護して、振動板が個別電極に触れた際に短絡を防止して信頼性を確保する静電アクチュエーターがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、アクチュエーターの安定駆動と駆動耐久性をより向上させるために、ギャップを隔てて対向する振動板の表面と個別電極の表面との両方に、酸化シリコン絶縁膜を形成する静電アクチュエーターも知られている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、可動部分を有する第１基板と可動部分に対向する電極を有する第２基板とを接合した静電型アクチュエーターにおいて、可動部分及び電極の対向する面側に絶縁膜を設け、第１基板の第２基板との接合面には絶縁膜が設けられていない静電型アクチュエーターもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６５４１３号公報（図１〜図５等）
【特許文献２】特開平８−１１８６２６号公報（図１０等）
【特許文献３】特開２００３−８０７０８号公報（請求項１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アクチュエーターによっては、振動板の電極側だけに絶縁膜を形成しただけでは、絶縁性が不十分な場合もある。一方、十分な絶縁性を確保するため、振動板の形成基板と個別電極の形成基板との両方に絶縁膜を設けた場合には、振動板を形成したシリコン基板と個別電極を形成したガラス基板との陽極接合強度が低くなり、アクチュエーターとしての信頼性を低下させるおそれがある。
【０００６】
さらに、特許文献３のように、可動部分及び電極の対向する面側にそれぞれ絶縁膜を設け、第１基板の第２基板との接合面に絶縁膜を設けない構成では、それらの基板の接合時、第１基板と第２基板の絶縁膜のない部分同士の位置合わせに高い工程能力が要求される。一方、高精度の位置合わせをしなくて済むように絶縁膜を除去する領域を広げれば、駆動時の短絡の危険性が増してしまう。また、アクチュエーター配列が高密度化するにつれて、残すべき絶縁膜の領域が十分に確保できないという問題も生じる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、個別電極が形成されたガラス基板と他方の電極である振動板が形成予定のシリコン基板とを、高い位置合わせ能力を要求することなしに接合でき、しかも高精度で信頼性の高い静電アクチュエーターを得ることを目的とするものである。また併せて、その静電アクチュエーターを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置も提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る静電アクチュエーターは、可撓性の振動板が形成されたシリコン基板と、前記振動板に隙間を介して対向する個別電極を有したガラス基板とが接合された静電アクチュエーターであって、前記シリコン基板は、前記ガラス基板と対向する面に絶縁膜が成膜されたものであり、前記ガラス基板は、前記個別電極の表面に絶縁膜が成膜されているが、前記シリコン基板との接合部には絶縁膜が形成されていないものである。
この発明によれば、振動板と個別電極の間における絶縁膜の膜厚が厚くなるためそれらの間の絶縁耐圧を高くでき、一方で、ガラス基板のシリコン基板との接合部には絶縁膜が形成されていないので陽極接合の接合強度を確保でき、静電アクチュエーターの信頼性が向上する。また、製造に際して、個別電極が形成されているガラス基板を、振動板を形成予定のシリコン基板に接合するので、その接合に際しては高い位置合わせ能力を必要としない。
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエーターを、圧力変動を利用して液滴を吐出させる圧力室に備えているものである。従って、この液滴吐出ヘッドも前述の効果を奏する。
【００１０】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、複数の個別電極が形成されたガラス基板の個別電極形成側表面に、エッチングストップ層を成膜し、前記エッチングストップ層に対して、可撓性の振動板が形成されるシリコン基板との接合部に前記エッチングストップ層を残すパターニングを施し、該パターニングの後、前記ガラス基板の個別電極形成側表面に絶縁膜を成膜し、前記接合部の絶縁膜をマスクを利用してドライエッチングにより除去し、さらに前記接合部のエッチングストップ層を除去した後、前記ガラス基板と該ガラス基板に対向する領域に絶縁膜が形成された前記シリコン基板とを陽極接合し、前記ガラス基板に接合された前記シリコン基板に、前記振動板をエッチングにて形成するものである。
この発明によれば、ガラス基板の個別電極隔壁の形状を崩すことなく、個別電極隔壁部分の絶縁膜を取り除くことができ、それによって、シリコン基板との接合強度が高く信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。また、アクチュエーターとして駆動する振動板と個別電極の間では十分な絶縁膜厚さを確保できるので絶縁耐圧が向上し、シリコン基板のガラス基板との対向領域には絶縁膜を除去した箇所が無いため短絡も生じ難い。さらに、個別電極が形成されているガラス基板を、振動板形成予定のシリコン基板に接合するので、その接合に際しては高い位置合わせ能力を必要としない。
【００１１】
なお、前記エッチングストップ層としてダイヤモンドライクカーボンを成膜し、前記ドライエッチングにＣＦ4（四フッ化炭素）ガスを用い、前記エッチングストップ層の除去にＯ2プラズマを用いることができる。ダイヤモンドライクカーボンは、ＣＦ4によるエッチング耐性が高いという利点を有する。
また、前記ガラス基板の前記接合部の前記絶縁膜の除去においては、前記マスクを利用し、前記個別電極から延びて部品の実装部となる電極引き出し部の絶縁膜も併せて除去することが好ましい。これにより、ガラス基板の接合部及び部品実装部の絶縁膜が一度に除去できるので、製造工程が簡素化できる。
【００１２】
さらに、前記ガラス基板に接合された前記シリコン基板に、前記振動板を含む液体の流路をエッチングにて形成することを特徴とする。これにより、前述した静電アクチュエーターの利点を備えた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１〜図３に、本発明に係る静電アクチュエーターを、液滴吐出ヘッドに適用した実施の形態を示す。図１は実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図２は図１の液滴吐出ヘッドの組立状態のＡ−Ａ方向断面図、図３は図２の液滴吐出ヘッドのＢ−Ｂ方向における１対の電極部分のみを示した断面図である。
【００１４】
実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、シリコンからなるキャビティ基板２、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基板３、及びシリコン等からなるノズル基板４が接合されることにより構成されている。なお、キャビティ基板２は後述する流路形成前のシリコン基板２ａから形成されるため、シリコン基板２とも称する場合がある。
【００１５】
ノズル基板４は、円筒状の第１のノズル孔６と、第１のノズル孔６と同軸上に設けられて連通し第１のノズル孔６よりも径の大きい円筒状の第２のノズル孔７とからなる、ノズル８が形成されている。ノズル基板４のキャビティ基板２が接合される側の面には、細溝状のオリフィス５が形成されており、ノズル基板４をキャビティ基板２と接合した際に、後述のリザーバーと各圧力室を連通する作用を果たす。
【００１６】
キャビティ基板２は、変形可能な可撓性の振動板１２を有した圧力室１３が、側壁１０を介して平行に並んで複数形成されている。また、キャビティ基板２には、各圧力室１３にインク等の吐出液を、オリフィス５を介して供給する共通のリザーバー１４と、リザーバー１４に吐出液を供給する吐出液供給孔１８ａが形成されている。
【００１７】
キャビティ基板２のガラス基板３に対向している側の面には、絶縁膜１６ａがほぼ全面にわたって形成されており、液滴吐出ヘッド１が駆動する際に、絶縁破壊やショートを防止する作用を果たしている。
一方、キャビティ基板２のノズル基板４が接合される側の面には、吐出液保護膜１９が形成されている。この吐出液保護膜１９は、圧力室１３やリザーバー１４にある吐出液により、キャビティ基板２がエッチングされるのを防止する。また、複数の振動板１２に対して共通の電極となっている共通電極２１も形成されている。
【００１８】
ガラス基板３には、キャビティ基板２に形成された振動板１２と対向する複数の個別電極１７がギャップ２２を介して形成されている。個別電極１７はキャビティ基板２から突出する部分まで引き出されており、その電極引き出し部１７ａには接続部品等が実装される。各個別電極１７は、それぞれ対応する凹部２０内に、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパッタすることにより形成される。また、個別電極１７のキャビティ基板２と対峙する部分には絶縁膜１６ｂが被膜されている。
さらに、ガラス基板３には、吐出液供給孔１８ａと連通する吐出液供給孔１８ｂが形成されている。符号１８ａ、１８ｂから構成される吐出液供給孔１８は、リザーバー１４にインク等の吐出液を外部から供給する。
【００１９】
なお、絶縁膜１６ａ、１６ｂは、酸化シリコン以外の材料でもよく、また酸化シリコン以外の材料と酸化シリコンを積層とした構成でも良い。例えば、キャビティ基板２側に酸化シリコン、個別電極１７上に酸化アルミニウム、酸化ハフニウム等、高誘電体絶縁膜を形成しても良い。
【００２０】
キャビティ基板２とガラス基板３とは、陽極接合によって接合されており、キャビティ基板２とガラス基板３との隙間２２は、封止材２３によって封止されている。そして、キャビティ基板２の共通電極２１と、各個別電極１７の電極引き出し部１７ａとの間に、それらの電極間に電圧を印加する駆動回路２４が接続されている。
【００２１】
次に、液滴吐出ヘッド１の動作を説明する。駆動回路２４により、キャビティ基板２の共通電極２１とガラス基板３の個別電極１７の間にパルス電圧が印加されると、振動板１２が個別電極１７の側に撓み、リザーバー１４の内部に溜まっていた吐出液が圧力室１３に流れ込む。なお、実施の形態１では、振動板１２が撓んだときに、個別電極１７と振動板１２が、絶縁膜１６ａ、１６ｂを介して当接するようになっている。そして、キャビティ基板２と個別電極１７の間に印加されていた電圧がなくなると、振動板１２が元の位置に戻って圧力室１３の内部の圧力が高くなり、ノズル８からインク等の液滴が吐出される。
【００２２】
上記の液滴吐出ヘッド１は、キャビティ基板２の振動板形成側面のほぼ全体に絶縁膜１６ａが成膜され、個別電極１７上も絶縁膜１６ｂで覆われていながら、ガラス基板３の個別電極隔壁１５等キャビティ基板２との接合部には絶縁膜１６ｂがない。この構造により、静電アクチュエーターとして駆動した際に当接する電極部分には十分な耐圧となる厚さの絶縁膜を形成しながら、キャビティ基板２とガラス基板３の接合部では、絶縁膜を陽極接合の強度に問題の無い程度の厚さに収めることができる。絶縁膜１６ａ，１６ｂの厚さを、例えばそれぞれ１００ｎｍとすると、振動板１２と個別電極１７の当接部では２００ｎｍの厚さとなる一方、陽極接合部では１００ｎｍとなる。したがって、振動板１２と個別電極１７の間の絶縁膜が厚くなりそれらの間の絶縁耐圧が高くなる。一方で、ガラス基板３のシリコン基板２との接合部には絶縁膜が形成されていないので、陽極接合の接合強度が確保でき、液滴吐出ヘッド１として作用する静電アクチュエーターの信頼性が向上する。また、ノズルの高密度化にも寄与できる。
【００２３】
実施の形態２．
次に、実施の形態１で説明した静電アクチュエーターの製造方法を説明する。この説明は、図４のガラス基板３とシリコン基板２ａの接合プロセスを示す工程図を基に説明する。なお、図４は図３に対応する部分を示している。
【００２４】
（ａ）ガラス基板３をフッ酸水溶液等でエッチングして、個別電極配置用の凹部２０を複数形成した後、その凹部２０内にスパッタ等によりＩＴＯを成膜して、個別電極１７および電極引き出し部１７ａを一体に形成する。
（ｂ）次に、ガラス基板３の個別電極形成側面に、エッチングストップ層３０として、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を成膜する。
（ｃ）次に、エッチングストップ層３０をフォトリソを利用してパターニングし、Ｏ2プラズマ等を用いて、凹部２０内のエッチングストップ層３０を除去する。
（ｄ）次に、ガラス基板３の個別電極形成側面の全体に、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤにより、シリコン酸化膜の絶縁膜１６ｂを成膜する。
（ｅ）次に、例えばシリコンをエッチング加工して作製したマスク４０を重ね合わせ、ＣＦ4を用いたドライエッチングにより、ガラス基板３の個別電極隔壁１５等のシリコン基板２ａとの接合部となる部分の絶縁膜１６ｂを除去する。このとき、エッチングストップ層３０にＤＬＣを用いていると、ＤＬＣはＣＦ4に対するエッチング耐性が高いため、それがエッチングストップ層として作用し、個別電極隔壁１５の形状崩れを回避することができる。なお、マスク４０で保護するのは、個別電極１７およびその接続部分とし、回路部品等が実装される電極引き出し部１７ａは、マスクで保護しないで絶縁膜１６ｂが除去されるようにするのが好ましい。
（ｆ）次に、マスク４０を外して、ガラス基板３にＯ2プラズマをあて、エッチングストップ層３０を除去する。このとき、個別電極１７上の絶縁膜１６ｂには影響がない。
以上のプロセスで、後述するシリコン基板との接合部となる個別電極隔壁１５および電極引き出し部１７ａに絶縁膜１６ｂがなく、個別電極１７および電極引き出し部１７ａまでの接続配線が絶縁膜１６ｂで覆われたガラス基板３を作製できる。
（ｇ）次に、片面に絶縁膜１６ａとしての酸化シリコンが成膜されたシリコン基板２ａ（後にキャビティ基板２となるもの）を、ガラス基板３に接合する。この接合は、シリコン基板２ａの絶縁膜１６ａ形成面と、ガラス基板３の個別電極形成側面とを陽極接合により接合して行う。既に説明したように、ガラス基板３のシリコン基板２ａとの接合部では絶縁膜１６ｂが除去されているため、シリコン基板２ａとガラス基板３は、陽極接合により確実に接合することができる。
【００２５】
シリコン基板２ａをガラス基板３に接合後、シリコン基板２ａの接合面とは反対側面にパターニング、ウェットエッチングを施し、振動板１２、圧力室１３、リザーバー１４等の吐出液用の流路を形成して、キャビティ基板２とする。そして、そのキャビティ基板２に対して、ガラス基板３上の電極引き出し部１７ａ等の実装部を露出させるための貫通孔をドライエッチングを利用してあける。なお、振動板１３と個別電極１７との間の隙間２２の気密封止には、エポキシ樹脂等を用いる。さらに、ノズル孔を有したノズル基板を、キャビティ基板の流路形成側面に接着剤を用いて接着する。以上により、静電アクチュエーターを利用した液滴吐出ヘッド１を完成させることができる。
【００２６】
上記静電アクチュエーターの製造方法によれば、ガラス基板３の個別電極隔壁１５の形状を崩すことなく、個別電極隔壁１５部分の絶縁膜を取り除くことができる。そしてそれによって、絶縁膜１６ａが形成されたシリコン基板２ａとの接合強度を高くできるので、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
また、アクチュエーターとして駆動する振動板１２と個別電極１７の間では十分な絶縁膜厚さを確保できるので絶縁耐圧が向上するとともに、シリコン基板２のガラス基板３との対向側全面には絶縁膜を除去した箇所が無いため短絡も生じ難い。
さらに、個別電極１７が形成されているガラス基板３を、まだ振動板が形成されていないシリコン基板２ａに接合しているので、その接合に際しては高い位置合わせ能力を必要としない。
【００２７】
また、ガラス基板３のシリコン基板２ａとの接合部の絶縁膜の除去においては、マスクを利用し、個別電極１７から延びて部品の実装部となる電極引き出し部１７ａの絶縁膜も併せて除去することで、ガラス基板３の接合部及び部品実装部の絶縁膜が一度に除去でき、製造工程を簡素化できる。
【００２８】
実施の形態３．
図５は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置であるインクジェットプリンタの斜視図である。このインクジェットプリンタは、実施の形態１の液滴吐出ヘッド１が有する効果をそのまま奏することができるため、プリンタとしての信頼性、耐久性に優れ、また小型化も図れる。
なお、実施の形態１に示す液滴吐出ヘッド１は、吐出液を種々変更することで、インクジェットプリンタの他、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等のための各種装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドの組み立て状態を示すＡ−Ａ方向断面図。
【図３】図２のＢ−Ｂ方向における１対の電極部分のみを示した断面図。
【図４】ガラス基板３とシリコン基板２ａの接合プロセスを示す工程図。
【図５】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の例示図。
【符号の説明】
【００３０】
１  液滴吐出ヘッド、２  キャビティ基板（シリコン基板）、２ａ  シリコン基板、３  ガラス基板、４  ノズル基板、５  オリフィス、６，７，８  ノズル、１０  圧力室の側壁、１２  振動板、１３  圧力室、１４  リザーバー、１５  個別電極隔壁、１６ａ  シリコン基板側の絶縁膜、１６ｂ  ガラス基板側の絶縁膜、１７  個別電極、１７ａ  電極引き出し部、１８，１８ａ，１８ｂ  吐出液供給孔、１９  吐出液保護膜、２０  凹部、２１  共通電極、２２  隙間、２３  封止材、２４  駆動回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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