(57)【要約】【課題】駆動耐久性に優れ、かつ高電圧駆動が可能で高密度化に対応でき、またプロセス適応性に優れた静電アクチュエータおよびその製造方法等を提供する。【解決手段】電極基板３上に形成された個別電極５と、個別電極５に対して所定のギャップを介して対向配置された振動板６とを備え、個別電極５の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータ４であって、個別電極５の対向面の最上段と最下段とに、物性が異なる表面保護膜８ａ、８ｂを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、前記固定電極の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータであって、
前記固定電極の対向面の最上段と最下段とに、物性が異なる表面保護膜が形成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記表面保護膜は、ダイアモンドライクカーボン膜であることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記最上段の表面保護膜は硬度が最も高いダイアモンドライクカーボン膜であり、前記最下段の表面保護膜は体積抵抗率が最も高いダイアモンドライクカーボン膜であることを特徴とする請求項２記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記表面保護膜は、前記固定電極上に形成された絶縁膜の上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記基板の前記固定電極が形成される部位が、階段状の多段構造に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
前記絶縁膜が、階段状の多段構造に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の静電アクチュエータ。
【請求項７】
前記表面保護膜が、階段状の多段構造に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項８】
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項９】
前記絶縁膜は、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料により形成されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料として、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）の中から少なくとも一つが選ばれることを特徴とする請求項９記載の静電アクチュエータ。
【請求項１１】
ガラス基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、前記固定電極の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータの製造方法において、
前記ガラス基板に凹部を形成するとともに、前記凹部の底面を階段状の多段構造に形成する工程と、
前記凹部の底面上に前記固定電極を形成する工程と、
前記固定電極上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、物性が異なる２種類の表面保護膜を形成するとともに、パターニングとエッチングにより選択的に前記表面保護膜を除去することにより、最上段を硬度が最も高い表面保護膜、最下段を体積抵抗率が最も高い表面保護膜とする工程と、
を有す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１２】
ガラス基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、前記固定電極の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータの製造方法において、
前記ガラス基板に凹部を形成するとともに、前記凹部の底面上に前記固定電極を形成する工程と、
前記固定電極上に絶縁膜を形成するとともに、前記絶縁膜を階段状の多段構造に形成する工程と、
前記絶縁膜上に、物性が異なる２種類の表面保護膜を形成するとともに、パターニングとエッチングにより選択的に前記表面保護膜を除去することにより、最上段を硬度が最も高い表面保護膜、最下段を体積抵抗率が最も高い表面保護膜とする工程と、
を有す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１３】
ガラス基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、前記固定電極の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータの製造方法において、
前記ガラス基板に凹部を形成するとともに、前記凹部の底面上に前記固定電極を形成する工程と、
前記固定電極上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、物性が異なる２種類の表面保護膜を形成するとともに、パターニングとエッチングにより選択的に前記表面保護膜を除去することにより、最上段を硬度が最も高い表面保護膜、最下段を体積抵抗率が最も高い表面保護膜とする階段状の多段構造に形成する工程と、
を有す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１４】
前記表面保護膜は、ＲＦ−ＣＶＤ法により形成するとともに、成膜の際または成膜中にＲＦ出力を変更することにより、前記物性が異なる２種類の表面保護膜を形成することを特徴とする請求項１１乃至１３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１５】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の静電アクチュエータを搭載したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１６】
請求項１１乃至１４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１７】
請求項１５記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電駆動方式のインクジェットヘッド等に用いられる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドには、アクチュエータの駆動方式として、静電気力を利用したものがある。以下、この駆動方式によるアクチュエータを「静電アクチュエータ」と称するものとする。
例えば、液滴吐出ヘッドの代表例であるインクジェットヘッドの静電アクチュエータは、一般に、ガラス等の基板上に形成された個別電極（固定電極）と、この個別電極に所定のギャップ（空隙）を介して対向配置されたシリコン製の振動板（可動電極）と、振動板と個別電極との間に静電気力を発生させて、振動板に変位を生じさせる駆動手段とを備えている。そして、インク流路中に形成された吐出室の振動板を静電気力で振動させることにより、インク滴をノズル孔より記録紙に向けて吐出・着弾させて印字等が行われる。
【０００３】
このような静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいては、ノズル密度を高密度化するとともに、駆動電圧の上昇を引き起こすことなく、振動板の変位量を増加させ、液滴の吐出エネルギーを増加させる構造について検討されてきた。そのような構造の一つに、個別電極に複数の段差を階段状に設けて個別電極を多段に構成する方式がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
特許文献１では、個別電極が形成されるシリコン基板上の酸化膜またはガラス基板に階段状の段差を形成し、その上に個別電極を多段に形成する。
特許文献２では、個別電極が形成されるガラス基板に階段状の段差を形成し、その上に個別電極を多段に形成する。
特許文献３では、個別電極が形成されるガラス基板に電極材料を階段状に積層することにより個別電極を多段に形成する。
【０００４】
上記の特許文献１〜３に開示される静電アクチュエータは、個別電極と振動板との間に静電引力が働くと、振動板が個別電極と振動板との間隔（ギャップ長ともいう）の小さい方から順次変位して個別電極に当接していく。このような振動板の変位・変形による当接のことを以下「連成当接」と称するものとする。従って、これまでの平行平板型電極の静電アクチュエータに比べて、多段構造の静電アクチュエータは、ギャップ長が段階的に変化するので、駆動電圧の上昇を引き起こすことなく、振動板の変位量を増加させることができる。
しかしながら、多段構造の静電アクチュエータでは、振動板が上段から段階的に当接するため、特に最上段に設けられる絶縁膜は高硬度の絶縁膜を用いる必要がある。本発明者らの検討によれば、ＳｉＯ2絶縁膜どうしが当接・離脱する系においては、当接・離脱を繰り返すことにより、絶縁膜が摩耗し、異物化することで、静電アクチュエータの駆動能力が大きく低下するという課題があった。
【０００５】
そこで、静電アクチュエータの駆動耐久性を向上させる手段として、高硬度、低摩擦係数を有するダイアモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を当接面に設けた静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１８１５５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９９４４号公報
【特許文献３】特開２００７−１０５８６０号公報
【特許文献４】特開２００８−０１８７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、最近のインクジェットヘッドにあっては高密度化の要求が強く、そのためノズル径はますます微小化の傾向にあり、それに伴い静電アクチュエータも微小化している。従って、このような微小径のノズル孔を有するインクジェットヘッドでは、インク滴の吐出を可能にするために、静電アクチュエータの駆動電圧を高くする必要がある。しかし、いままでの駆動電圧よりも高い、例えば６０Ｖで駆動すると、ＤＬＣ膜を個別電極の当接面上に設けていても、ＤＬＣ膜の電気特性によっては、当接・離脱を繰り返すことにより静電アクチュエータが帯電し、正常な駆動特性を長期間保持することができないという課題があった。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、駆動耐久性に優れ、かつ高電圧駆動が可能で高密度化に対応でき、またプロセス適応性に優れた静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッドおよびそれらの製造方法並びに液滴吐出装置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は、基板上に形成された固定電極と、固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータであって、固定電極の対向面の最上段と最下段とに、物性が異なる表面保護膜が形成されているものである。
【００１０】
このように、多段構造の固定電極の対向面の最上段と最下段とに、物性が異なる表面保護膜を形成することにより、可動電極の当接・離脱による絶縁膜の摩耗を防止し、絶縁膜の異物化を抑制することができ、かつ静電アクチュエータの帯電防止が可能となる。従って、駆動耐久性に優れ、かつ高電圧駆動が可能で高密度化に対応できる静電アクチュエータを実現することができる。
【００１１】
本発明の静電アクチュエータにおいて、表面保護膜としては、ダイアモンドライクカーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という）であることが望ましい。
【００１２】
また、最上段の表面保護膜は硬度が最も高いＤＬＣ膜であり、最下段の表面保護膜は体積抵抗率が最も高いＤＬＣ膜であることが望ましい。
多段構造の静電アクチュエータは、最上段が可動電極の当接圧力が最も大きいため、最上段の表面保護膜は硬度が最も高いＤＬＣ膜とするのが適している。また、最下段は、高電圧駆動の場合帯電する可能性が高いため、最下段の表面保護膜は体積抵抗率が最も高いＤＬＣ膜とするのが適している。ここで、体積抵抗率とは、単位体積当たりの電気抵抗値をいい、導体の場合の電気抵抗率と同様の概念である。
【００１３】
また、表面保護膜は、固定電極上に形成された絶縁膜の上に形成する。表面保護膜がＤＬＣ膜であるため、表面保護膜の剥離を防ぐためには下地膜として絶縁膜を介在させることが望ましい。
【００１４】
多段構造の静電アクチュエータを構成するためには、次の３つの方法がある。
（１）固定電極が形成される基板を階段状の多段構造に形成する。
（２）固定電極上に形成される絶縁膜を階段状の多段構造に形成する。
（３）固定電極に形成される表面保護膜を階段状の多段構造に形成する。
（１）の方法は、例えばガラス基板のパターニングとエッチングを繰り返すことで多段に形成できるので、安価にできる。
（２）の方法は、例えばシリコン酸化膜のパターニングとエッチングを繰り返すことで多段に形成できるので、（１）に比べて段差を高精度に形成することができる。従って、連成当接のバラツキが少なく、吐出特性が向上する。
（３）の方法は、ＣＶＤ法を用いることにより、目的の膜特性を有する表面保護膜を多段に形成できるので、プロセス適応性に優れた静電アクチュエータを安価に実現することができる。
【００１５】
前述のように表面保護膜の下地膜としての絶縁膜は、シリコン酸化膜が適している。シリコン酸化膜であれば、必要な絶縁耐圧および接合強度を確保することができるからである。
【００１６】
また、絶縁膜は、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料により形成することもできる。
絶縁膜として、酸化シリコンよりも比誘電率の大きい誘電材料、いわゆるＨｉｇｈ−ｋ材を用いると、静電アクチュエータの発生圧力を向上できるので、静電アクチュエータの微小化、高密度化が可能となる。
Ｈｉｇｈ−ｋ材の中でも、プロセス適性、膜質の安定性等の見地から、特に、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料として、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）が望ましく、これらの中から少なくとも一つを選べばよい。
【００１７】
本発明に係る静電アクチュエータの第１の製造方法は、ガラス基板上に形成された固定電極と、固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータの製造方法において、
ガラス基板に凹部を形成するとともに、凹部の底面を階段状の多段構造に形成する工程と、凹部の底面上に固定電極を形成する工程と、固定電極上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に、物性が異なる２種類の表面保護膜を形成するとともに、パターニングとエッチングにより選択的に表面保護膜を除去することにより、最上段を硬度が最も高い表面保護膜、最下段を体積抵抗率が最も高い表面保護膜とする工程と、を有するものである。
第１の製造方法によれば、固定電極を形成するためのガラス基板の凹部底面を多段に形成するものであるので、駆動耐久性に優れた静電アクチュエータを安価に製造することができる。
【００１８】
本発明に係る静電アクチュエータの第２の製造方法は、ガラス基板上に形成された固定電極と、固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータの製造方法において、
ガラス基板に凹部を形成するとともに、凹部の底面上に前記固定電極を形成する工程と、固定電極上に絶縁膜を形成するとともに、絶縁膜を階段状の多段構造に形成する工程と、絶縁膜上に、物性が異なる２種類の表面保護膜を形成するとともに、パターニングとエッチングにより選択的に表面保護膜を除去することにより、最上段を硬度が最も高い表面保護膜、最下段を体積抵抗率が最も高い表面保護膜とする工程と、を有するものである。
第２の製造方法によれば、固定電極上に形成される絶縁膜を多段に形成するものであるので、段差精度が向上し、かつ駆動耐久性に優れた静電アクチュエータを安価に製造することができる。
【００１９】
本発明に係る静電アクチュエータの第３の製造方法は、ガラス基板上に形成された固定電極と、固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極の対向面を階段状の多段構造に形成した静電アクチュエータの製造方法において、
ガラス基板に凹部を形成するとともに、凹部の底面上に固定電極を形成する工程と、固定電極上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に、物性が異なる２種類の表面保護膜を形成するとともに、パターニングとエッチングにより選択的に表面保護膜を除去することにより、最上段を硬度が最も高い表面保護膜、最下段を体積抵抗率が最も高い表面保護膜とする工程と、を有する。
第３の製造方法によれば、固定電極上の絶縁膜上に形成される物性が異なる２種類の表面保護膜を多段に形成するものであるので、プロセス適応性に優れ、かつ駆動耐久性に優れた静電アクチュエータを安価に製造することができる。
【００２０】
また、表面保護膜は、ＲＦ−ＣＶＤ法により形成するとともに、成膜の際または成膜中にＲＦ出力を変更することにより、物性が異なる２種類の表面保護膜を形成する。
ＤＬＣ膜の場合、ＲＦ出力を高くして成膜すると、高硬度、低体積抵抗率、高摩擦係数のＤＬＣ膜が得られ、ＲＦ出力を低くして成膜すると、低硬度、高体積抵抗率、低摩擦係数のＤＬＣ膜が得られる。従って、多段構造の静電アクチュエータでは、最上段を高硬度のＤＬＣ膜、最下段を高体積抵抗率のＤＬＣ膜となるように、ＲＦ出力を変えて成膜する。
【００２１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のいずれかの静電アクチュエータを搭載したものである。
これにより、駆動耐久性に優れ、かつ高電圧駆動が可能で高密度化に対応できる液滴吐出ヘッドを実現することができる。
【００２２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれか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。
これにより、駆動耐久性に優れ、かつ高電圧駆動が可能で高密度化に対応できる液滴吐出ヘッドを安価に製造することができる。
【００２３】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。したがって、駆動耐久性に優れ、かつ高電圧駆動が可能で高密度化に対応できる液滴吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】組立状態における図１の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ拡大断面図。
【図４】図２のインクジェットヘッドの上面図。
【図５】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの電極基板の製造工程の概略断面図。
【図６】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造工程の概略断面図。
【図７】本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図８】図７のＢ−Ｂ拡大断面図。
【図９】本発明の実施の形態３に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図１０】実施の形態３に係るインクジェットヘッドの電極基板の製造工程の概略断面図。
【図１１】本発明の実施の形態４に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図１２】実施の形態４に係るインクジェットヘッドの電極基板の製造工程の概略断面図。
【図１３】本発明の実施の形態５に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図１４】本発明の実施の形態６に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図１５】本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を適用した静電アクチュエータを備える液滴吐出ヘッドの実施の形態について図面を参照して説明する。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孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１から図４を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、吐出室とリザーバ部が別々の基板に設けられた４枚の基板を積層した４層構造のものや、基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができるものである。
【００２６】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図２は組立状態における図１の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図である（但し、多段構造の個別電極の構成は図１と異なる）。図３は図２のＡ−Ａ拡大断面図、図４は図２のインクジェットヘッドの上面図である。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。
【００２７】
本実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０は、図１から図４に示すように、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各ノズル孔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に設けられた振動板６に対峙して多段構造の個別電極５が配設された電極基板３とを貼り合わせることにより構成されている。
【００２８】
ここで、個別電極５の対向面は、所要数の段差を階段状に設けた多段構造を有する構成となっている。なお、段差の数は任意であるが、本実施の形態ではわかりやすくするために２段で構成されている。本実施の形態の場合、個別電極５が形成される電極基板３を２段構造としている。例えば、ガラス基板に細溝状の凹部３２、３２ａを複数形成し、凹部３２の底面に第２の凹部３２ａを形成することにより、凹部３２の底面を多段構造に形成する。そして、凹部３２の階段状の底面に例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜をパターン形成することで、個別電極５が２段以上の多段構造に形成される。
【００２９】
個別電極５は、振動板６に対向する電極部５ａと、基板端部側へ延設されるリード部５ｂ、および図示省略のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）と配線接続される端子部５ｃとを有し、電極部５ａが長手方向に多段に形成されている。
さらに個別電極５の上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）からなる絶縁膜７が形成され、最下段と最上段の絶縁膜７の上に、物性が異なる２種類の第１の表面保護膜８ａと第２の表面保護膜８ｂとが形成されている。
【００３０】
ここで、振動板６とのギャップ長が最も大きい最下段（２段目）に形成される第１の表面保護膜８ａは、体積抵抗率が最も高いＤＬＣ膜となっており、振動板６とのギャップ長が最も小さい最上段（１段目）に形成される第２の表面保護膜８ｂは、硬度が最も高いＤＬＣ膜となっている。
【００３１】
個別電極５に所定のギャップＧを介して対向配置される振動板６は、シリコン製のキャビティ基板２の吐出室２１の底壁で構成され、さらに振動板６の対向面には、静電アクチュエータ４の絶縁破壊や短絡等を防ぐために、シリコンの熱酸化膜からなる絶縁膜９が形成されている。
【００３２】
また、段差の距離は、任意に設定することができるが、１段目（最上段）ギャップ長Ｇ１の２０％以下が望ましい。段差が大きすぎると振動板６が連成当接しなくなり、本発明の効果が得られなくなる。本実施の形態１の場合、振動板６側の絶縁膜９の厚みを１１０ｎｍ、個別電極５側の絶縁膜７の厚みを４０ｎｍ、１段目ギャップ長Ｇ１を２００ｎｍ、段差を４０ｎｍ、第１および第２の表面保護膜８ａ、８ｂとなるＤＬＣ膜の厚みを各１０ｎｍとしている。
【００３３】
上記のように構成された多段構造の個別電極５と、個別電極５に所定のギャップＧを介して対向配置された振動板６とで、多段構造の静電アクチュエータ４がノズル孔１１ごとに構成される。なお、個別電極５は、一般に透明電極であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により形成されるが、特にこれに限定されるものではない。ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide）よりなる透明電極、あるいはＡｕ、Ａｌ等の金属等でもかまわない。また、個別電極５の電極材料によっては絶縁膜７を省くことも可能であり、直接第１および第２の表面保護膜８ａ、８ｂが多段構造の個別電極５上に形成される。
以上のように構成された個別電極５の端子部５ｃとキャビティ基板２上に設けられた共通電極２６とに、図４に簡略化して示すように、静電アクチュエータ４の駆動手段として、ドライバＩＣなどの駆動制御回路４０がＦＰＣを介して配線接続される。
【００３４】
各基板の構成についてさらに詳細に説明する。
ノズル基板１は、例えばシリコン基板から作製されている。インク滴を吐出するためのノズル孔１１は、例えば径の異なる２段の同軸円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されている。噴射口部分１１ａおよび導入口部分１１ｂは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分１１ａは先端がノズル基板１の表面（インク吐出面）に開口し、導入口部分１１ｂはノズル基板１の裏面（キャビティ基板２と接合される接合側の面）に開口している。
また、ノズル基板１には、キャビティ基板２の吐出室２１とリザーバ２３とを連通するオリフィス１２とリザーバ２３部の圧力変動を補償するためのダイヤフラム部１３が形成されている。
【００３５】
ノズル孔１１を噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから２段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のバラツキがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のバラツキを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。
【００３６】
電極基板３に接合されるキャビティ基板２は、例えば面方位が（１１０）のシリコン基板から作製されている。キャビティ基板２には、インク流路に設けられる吐出室２１となる凹部２２、およびリザーバ２３となる凹部２４がエッチングにより形成されている。凹部２２は前記ノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図２に示すようにノズル基板１とキャビティ基板２を接合した際、各凹部２２は吐出室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス１２ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２１（凹部２２）の底部が振動板６となっている。また、この振動板６は、シリコン基板の表面に高濃度のボロン（Ｂ）を拡散させたボロン拡散層により形成されており、ボロン拡散層の厚さを振動板６の厚さと同じにするものである。これは、アルカリによる異方性ウェットエッチングにより、吐出室２１を形成する際に、ボロン拡散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ため、いわゆるエッチングストップ技術により振動板６を所望の厚さに精度よく形成することができるからである。
【００３７】
凹部２４は、インク等の液状材料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（凹部２４）はそれぞれオリフィス１２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の底部には電極基板３を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔３３を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
【００３８】
電極基板３は、ガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板２のシリコン基板と熱膨張係数の近いホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板３とキャビティ基板２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、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティ基板２を強固に接合することができるからである。
【００３９】
以上のように作製された電極基板３とキャビティ基板２とを陽極接合し、その上にノズル基板１を接着接合することにより、図２に示すようにインクジェットヘッド１０の本体部が完成する。その後、ＦＰＣを用いて駆動制御回路４０を各個別電極５と共通電極２６とに配線接続する。さらに、電極取り出し部（ＦＲＰ実装部ともいう）３４における静電アクチュエータ４のギャップの開放端部にエポキシ系樹脂等の封止材３５を塗布するなどして気密に封止する。これにより、湿気や異物等が静電アクチュエータ４のギャップへ侵入するのを確実に防止することができ、駆動の安定性および耐久性を実現できる。つまり、インクジェットヘッド１０の信頼性が向上する。
【００４０】
次に、以上のように構成される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４０により個別電極５とキャビティ基板２の共通電極２６の間にパルス電圧を印加すると、振動板６は静電引力により個別電極５側に引き寄せられて吸着する。その際、多段構造の個別電極５上には絶縁膜７を介して第１および第２の表面保護膜８ａ、８ｂが形成されているので、振動板６はギャップ長の小さい方、すなわち図２の上の段から第２の表面保護膜８ｂに接触し、ついで最深部（２段目）の第１の表面保護膜８ａに当接する。言い換えれば、上の段のギャップ長Ｇ１を埋めるのに十分な電圧を印加することにより振動板６は第２の表面保護膜８ｂに当接し、次段のギャップ長Ｇ−Ｇ１＝ｔ（ｔ：段差）を埋めるのに十分な電圧を印加することにより振動板６は第１の表面保護膜８ａに当接する。このように振動板６は、個別電極５の対向面の多段構造の段数に応じて順次各段の端部に接触しながら連成当接する。振動板６が連成当接にて変位することによって、吐出室２１内に負圧を発生させ、リザーバ２３内のインクを吸引し、インクの振動（メニスカス振動）を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板６は離脱して、インクをノズル１１から押出し、インク滴を吐出する。
【００４１】
従って、本実施の形態の静電アクチュエータ４によれば、個別電極５の対向面が多段構造となっており、最上段（１段目）には高硬度のＤＬＣ膜からなる第２の表面保護膜８ｂが形成されているので、振動板６の当接力が大きくなる最上段の第２の表面保護膜８ｂが摩耗することがなく、かつ膜の異物化を抑制することができる。また高電圧駆動をしても、最下段の第１の表面保護膜８ａが高体積抵抗率のＤＬＣ膜であるため、帯電を生じにくい。よって、高電圧駆動が可能で、長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ４を実現することができる。また、高電圧駆動が可能なので、より高密度化が可能となる。
【００４２】
また、絶縁膜（表面保護膜も含む）の比誘電率εが大きいほど、あるいは絶縁膜の厚さｔに対する比誘電率εの比（ｔ／ε）が小さいほど、静電アクチュエータの平均圧力Ｐeが高くなることがわかっている。酸化シリコンは比誘電率が空気より大きいため、多段で構成されたギャップが狭い部分は、ギャップが広い部分に比べて静電アクチュエータの発生圧力を高くすることができる。
すなわち、本発明の静電アクチュエータに電圧を印加すると、発生圧力が相対的に大きな絶縁膜厚みが厚い部分から連成当接が生じるため、絶縁膜厚みが薄い部分が本来必要な当接電圧以下の電圧で静電アクチュエータの当接が可能となる。また、静電アクチュエータにおけるＴＤＤＢ（Time Depend Dielectric Breakdown、長時間の絶縁破壊強度）、ＴＺＤＢ（Time Zero Dielectric Breakdown、瞬間における絶縁破壊強度）等の耐絶縁破壊強度をより向上することができる。また、同じ当接電圧で比較した場合、吐出室の体積変化量をより大きくでき、インク排除体積を大きく確保することができる。
【００４３】
また、個別電極５の表面保護膜としてＤＬＣ膜をＲＦ−ＣＶＤ（Chemical Vapor  Deposition）法によって成膜した場合、ＤＬＣ膜の物性に関し本発明者らが検討した結果、成膜時のＲＦ出力値によって膜質が大きく変化することがわかった。
具体的にはＲＦ出力が大きい場合、すなわち原料ガスに加えるエネルギーが大きい場合は原料ガスの分解が十分に進む。そのため十分なＤＬＣ化が促進され、より均質なＤＬＣ膜が得られる。しかし、分解の過程で原料ガスに含まれる水素原子が離脱するため、膜は相対的に高摩擦係数、高硬度、低体積抵抗率のＤＬＣ膜となる。逆にＲＦ出力が小さい場合、すなわち原料ガスに加えるエネルギーが小さい場合には原料ガスの分解が十分に進まない。そのため十分なＤＬＣ化が促進されず、分解の過程で原料ガスに含まれる水素原子が離脱しにくく、膜は相対的に低摩擦係数、低硬度、高体積抵抗率のＤＬＣ膜となる。
【００４４】
多段構造の静電アクチュエータでは、振動板６と１段目のＤＬＣ膜との空隙（１段目ギャップ長Ｇ１）が非常に広く、１段目と２段目の段差は上記空隙（Ｇ１）に比べて小さい。従って、振動板６が当接する際に個別電極５側のＤＬＣ膜に与える圧力は１段目当接時の方が、２段目当接時よりもかなり大きい。しかしながら、振動板６の当接保持や離脱特性は２段目の当接状態が大きく関係する。
従って、１段目（最上段）は硬いＤＬＣ膜を用いることが望ましく、２段目（最下段）は帯電しにくい高体積抵抗率のＤＬＣ膜を用いることが望ましい。
【００４５】
（インクジェットヘッドの製造方法）
次に、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造方法の一例について、図５及び図６を参照して概要を説明する。
図５は実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の電極基板の製造工程を示す部分断面図であり、ウエハ状のガラス基板に複数個作製されるもののうちの一部分を断面であらわしたものである。図６は実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造工程の部分断面図で、シリコンウエハのある部分の断面をあらわしたものである。なお、以下に記載する基板の厚み、膜厚、エッチング深さ等についての数値はその一例を示すもので、これに限定されるものではない。
【００４６】
はじめに、実施の形態１に係る電極基板３の製造方法について説明する。
（ａ）ホウ珪酸ガラス等からなる板厚約１ｍｍのガラス基板３００に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部３２を形成する。さらに、この凹部３２の底面に第２の凹部３２ａを形成することにより、所要の段差を形成する（図５（ａ））。なお、凹部３２、３２ａは個別電極５の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極５ごとに複数形成される。
【００４７】
（ｂ）次に、例えば、スパッタ法によりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を１００ｎｍの厚さで形成し、このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして個別電極５となる部分以外をエッチング除去して、凹部３２、３２ａの内部に多段構造の個別電極５を形成する（図５（ｂ））。
【００４８】
（ｃ）次に、多段構造の個別電極５上に絶縁膜７として、ガラス基板３００の接合面側から、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン）を原料ガスとして用いたＲＦ−ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法（以下、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法という）によりＳｉＯ2膜を４０ｎｍの厚さで全面成膜する。そして、このＳｉＯ2膜の絶縁膜７の上に、第２の表面保護膜８ｂとして、高硬度のＤＬＣ膜をＲＦ−ＣＶＤ法により１０ｎｍ全面成膜する（図５（ｃ））。ＤＬＣ膜の成膜条件は以下のとおりである。
原料ガス：トルエン、ＲＦ出力：６００Ｗ、原料ガス流量：５ｓｃｃｍとした。
また、このＤＬＣ膜の体積抵抗率は８×１０11Ωｃｍであった。但し、膜厚１００ｎｍで測定電圧１０Ｖのときの測定値である。
膜硬度については、測定装置として「ナノインデンテータＥＮＴ−１１００ａ（エリオニクス社製）」を用い、押し込み荷重２ｍＮで測定したとき、押し込み深さは８３．６ｎｍであった。
【００４９】
（ｄ）次に、ＤＬＣ膜は陽極接合ができないので、個別電極５の１段目のＤＬＣ膜（第２の表面保護膜８ｂ）のみを残すように、それ以外のＤＬＣ膜部分をＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチングで除去する。すなわち、全面成膜されたＤＬＣ膜に対してレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングを行い、２段目と接合部３６と電極取り出し部３４（個別電極５の端子部５ｃ）のＤＬＣ膜（第２の表面保護膜８ｂ）部分のみをＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングで除去する（図５（ｄ））。
【００５０】
（ｅ）次に、第１の表面保護膜８ａとして、高体積抵抗率のＤＬＣ膜をＲＦ−ＣＶＤ法により１０ｎｍ全面成膜する（図５（ｅ））。ＤＬＣ膜の成膜条件は以下のとおりである。
原料ガス：トルエン、ＲＦ出力：３００Ｗ、原料ガス流量：５ｓｃｃｍとした。
また、このＤＬＣ膜の体積抵抗率は３×１０14Ωｃｍであった。但し、膜厚１００ｎｍで測定電圧１０Ｖのときの測定値である。
膜硬度については、測定装置として「ナノインデンテータＥＮＴ−１１００ａ（エリオニクス社製）」を用い、押し込み荷重２ｍＮで測定したとき、押し込み深さは９４．８ｎｍであった。なお、押し込み深さの値が小さい方が硬い（高硬度）ことを示している。従って、第２の表面保護膜８ｂの方が第１の表面保護膜８ａよりも高硬度である。
【００５１】
（ｆ）そして、２段目のＤＬＣ膜（第１の表面保護膜８ａ）のみを残すようにパターニングして、それ以外のＤＬＣ膜部分をＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングで除去する（図５（ｆ））。
【００５２】
（ｇ）その後、除去部の電極取り出し部３４が開口したシリコンマスクを用い、ＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングにより電極取り出し部３４の絶縁膜７（ＳｉＯ2膜）を除去する（図５（ｇ））。最後に、ブラスト加工等によってインク供給孔３３となる孔部３３ａをガラス基板３００に形成する。
【００５３】
次に、図６を参照して、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。ここでは、主にキャビティ基板２の製造方法を示す。キャビティ基板２は上記により作製された電極ガラス基板３００Ａにシリコン基板２００を陽極接合してから作製される。
【００５４】
（ａ）まず、例えば厚さが２８０μｍのシリコン基板２００の片面全面に、例えば厚さが０．８μｍのボロン拡散層２０１を形成したシリコン基板２００を作製する。次に、そのシリコン基板２００のボロン拡散層２０１の表面上に、絶縁膜９として、熱酸化法によりＳｉＯ2膜を１１０ｎｍの厚さで全面成膜する（図６（ａ））。
【００５５】
（ｂ）次に、このシリコン基板２００を電極ガラス基板３００Ａ上にアライメントして陽極接合する（図６（ｂ））。
（ｃ）ついで、この接合済みシリコン基板２００の表面全面を研磨加工して、厚さを例えば５０μｍ程度に薄くし（図６（ｃ））、さらにこのシリコン基板２００の表面全面をウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する。
【００５６】
（ｄ）次に、薄板に加工された接合済みシリコン基板２００の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い、ＫＯＨ水溶液による異方性ウェットエッチングによってインク流路溝を形成する。これによって、底壁を振動板６とする吐出室２１となる凹部２２、リザーバ２３となる凹部２４および電極取り出し部３４となる凹部２７が形成される（図６（ｄ））。その際、ボロン拡散層２０１の表面でエッチングストップがかかるので、振動板６の厚さを高精度に形成することができるとともに、表面荒れを防ぐことができる。
【００５７】
（ｅ）次に、ＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチングで、凹部２７の底部を除去して電極取り出し部３４を開口する（図６（ｅ））。その後、静電アクチュエータの内部に付着している水分を除去する。水分除去はこのシリコン基板を例えば真空チャンバ内に入れ、加熱真空引きをすることにより水分を除去する。
（ｆ）そして、所要時間経過後、窒素ガスを導入し窒素雰囲気下でギャップの外部連通部にエポキシ樹脂等の封止材３５を塗布して気密に封止する（図６（ｆ））。
さらに、マイクロブラスト加工等により凹部２４の底部を貫通させてインク供給孔３３を形成する。さらに、インク流路溝の腐食を防止するため、このシリコン基板の表面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳ−ＳｉＯ2膜からなるインク保護膜（図示せず）を形成する。また、シリコン基板上に金属からなる共通電極２６を形成する。
【００５８】
以上の工程を経て電極基板３に接合されたシリコン基板２００からキャビティ基板２が作製される。
（ｇ）その後、このキャビティ基板２の表面上に、別途ノズル孔１１等が形成されたノズル基板１を接着により接合する。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、上述したインクジェットヘッド１０の本体部が完成する（図６（ｇ））。
【００５９】
本実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、ＤＬＣ膜のＲＦ−ＣＶＤ法による成膜の際に、ＲＦ出力を変更することにより、高体積抵抗率の第１の表面保護膜８ａを最下段の２段目に、高硬度の第２の表面保護膜８ｂを最上段の１段目に、選択的に成膜することができるので、駆動耐久性に優れ、高電圧駆動が可能で高密度化に対応できるインクジェットヘッド１０を安価に製造することができる。
また、キャビティ基板２を、別途作製された電極ガラス基板３００Ａに接合した状態のシリコン基板２００から作製するので、その電極ガラス基板３００Ａによりシリコン基板２００を支持した状態となり、シリコン基板２００を薄板化しても割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。従って、キャビティ基板２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【００６０】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの概略断面図、図８は図７のＢ−Ｂ拡大断面図である。なお、実施の形態２以降において、実施の形態１と同じ構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施の形態２は、振動板６側の絶縁膜９上に第１の表面保護膜８ａと同様の高体積抵抗率を有する第３の表面保護膜８ｃを形成したものであり、これ以外は実施の形態１と同様である。但し、第３の表面保護膜８ｃとなるＤＬＣ膜は陽極接合ができないので、図８に示すように、振動板６の対向面のみに第３の表面保護膜８ｃが形成されている。第３の表面保護膜８ｃの膜厚は第１および第２の表面保護膜８ａ、８ｂと同様に１０ｎｍとしている。
【００６１】
このように、振動板６と個別電極５の当接面（対向面）の両方にＤＬＣ膜を設けた場合、当接面絶縁膜の絶縁性が低いと、当接時の電界保持が不十分となる。従って、当接面は高絶縁性の膜から形成されていることが望ましい。特に高電圧駆動においては、駆動電圧に応じた高い絶縁性を有することが望ましい。なお、振動板６が当接保持可能かどうかは、駆動電圧や駆動波形、アクチュエータ設計等で大きく変わるので、一概に最適値については言えない。また、機械特性という観点からは、摩擦係数が低く、高硬度のＤＬＣ膜が望ましい。
【００６２】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０の製造方法においては、電極基板３は図５と同様の方法で作製される。キャビティ基板２は、基本的に図６と同様であり、図６（ａ）において振動板６の対向面のみに第３の表面保護膜８ｃをパターニングしたシリコン基板２００を用いればよい。なお、第３の表面保護膜８ｃはＤＬＣ膜を全面成膜後、振動板６の対向面をパターニングし、対向面以外のＤＬＣ膜部分をＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングで除去すればよい。
【００６３】
本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、振動板６と個別電極５との当接面どうしが高体積抵抗率のＤＬＣ膜で形成された第３および第１の表面保護膜８ｃ、８ａであるため、更なる高電圧駆動が可能なインクジェットヘッド１０を実現することができる。
【００６４】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。
本実施の形態３は、個別電極５上に形成される絶縁膜７（ＳｉＯ2膜）を多段に形成するものである。従って、本実施の形態の場合、凹部３２の底面はフラットで、またその底面上に形成される個別電極５もフラットな表面を有する。個別電極５上の絶縁膜７は、１段目絶縁膜７ａおよび２段目絶縁膜７ｂにより形成されており、いずれもＳｉＯ2膜から形成されている。振動板６側は実施の形態２と同じ構成であり、絶縁膜９上の対向面のみに高体積抵抗率のＤＬＣ膜からなる第３の表面保護膜８ｃが形成されている。また、膜厚等については、振動板６側の絶縁膜９の厚みを９０ｎｍ、個別電極５側の絶縁膜７の厚みを６０ｎｍ（１段目、２段目絶縁膜：各３０ｎｍ）、１段目のギャップ長Ｇ１を２００ｎｍ、段差を３０ｎｍ、第１〜第３の表面保護膜８ａ、８ｂ、８ｃのＤＬＣ膜の各厚みを１０ｎｍとしている。
【００６５】
図１０は実施の形態３に係るインクジェットヘッドの電極基板の製造工程を示す概略断面図である。
まず、図１０（ａ）に示すように、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基板３００に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部３２を形成する。そして、例えば、スパッタ法によりＩＴＯ膜を１００ｎｍの厚さで形成し、このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして個別電極５となる部分以外をエッチング除去して、凹部３２の内部に表面がフラットな個別電極５を形成する。
【００６６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、個別電極５上の絶縁膜７として、ガラス基板３００の接合面側から、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を６０ｎｍの厚さで全面成膜する。
【００６７】
次に、図１０（ｃ）に示すように、全面成膜されたＳｉＯ2膜に対してレジストを塗布し、フォトリソグラフィーにより１回目のパターニングを行う。パターニングは、１段目絶縁膜７ａの形成と電極取り出し部３４のＳｉＯ2膜を一部除去するようにレジストを開口する。
【００６８】
次に、図１０（ｄ）に示すように、除去部の電極取り出し部３４が開口したシリコンマスクを用い、ＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングにより、電極取り出し部３４の残りのＳｉＯ2膜を除去する。
【００６９】
次に、図１０（ｅ）に示すように、１段目と２段目が形成されたＳｉＯ2膜の上に第２の表面保護膜８ｂとして、高硬度のＤＬＣ膜をＲＦ−ＣＶＤ法により全面成膜する。これ以降、ＤＬＣ膜の成膜方法および成膜条件は実施の形態１の図５（ｃ）〜（ｆ）で説明したとおりである。
【００７０】
すなわち、図１０（ｆ）に示すように、１段目のＤＬＣ膜（第２の表面保護膜８ｂ）のみを残すようにパターニングし、それ以外のＤＬＣ膜部分をＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングにより除去する。そして最後に、図１０（ｇ）に示すように、第１の表面保護膜８ａとして、高体積抵抗率のＤＬＣ膜をＲＦ−ＣＶＤ法により１０ｎｍ全面成膜した後、電極取り出し部３４が開口したシリコンマスクを用い、ＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングで電極取り出し部３４のＳｉＯ2膜を除去する。
【００７１】
以上により、個別電極５上の絶縁膜７を多段に形成し、１段目絶縁膜７ａ上に高硬度の第２の表面保護膜８ｂが、また２段目絶縁膜７ｂ上には高体積抵抗率の第１の表面保護膜８ａが形成された電極ガラス基板３００Ｂが作製される。
そして、図６の電極ガラス基板３００Ａに代えて、上記により作製された電極ガラス基板３００Ｂを用いれば図６のとおりに、本実施の形態のインクジェットヘッド１０を製造することができる。
【００７２】
本実施の形態３によれば、実施の形態１の効果に加えて、絶縁膜７を２段以上の多段に形成することによりアクチュエータ発生圧力を高くすることができるため、静電アクチュエータ４の微小化、インクジェットヘッド１０の高密度化にさらに寄与するものとなる。  また、実施の形態１や実施の形態２のように、凹部３２の底面をエッチングで多段に形成する方法に比べて、個別電極５上に形成される絶縁膜７を多段に形成するものであるため、段差の精度を高精度に形成することができる。
【００７３】
実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。
本実施の形態４は、個別電極５の絶縁膜７上に形成されるＤＬＣ膜を多段に形成するものである。従って、凹部３２の底面、個別電極５、および絶縁膜７（ＳｉＯ2膜）は全て表面がフラットに形成される。振動板６側は実施の形態２と同じであり、絶縁膜９上の対向面のみに高体積抵抗率のＤＬＣ膜からなる表面保護膜８ｃが形成されている。また、膜厚等については、振動板６側の絶縁膜９の厚みを１１０ｎｍ、個別電極５側の絶縁膜７の厚みを４０ｎｍ、１段目のギャップ長Ｇ１を２００ｎｍ、段差を１０ｎｍ、第１〜第３の表面保護膜８ａ、８ｂ、８ｃのＤＬＣ膜の各厚みを１０ｎｍとしている。
【００７４】
図１２は実施の形態４に係るインクジェットヘッドの電極基板の製造工程を示す概略断面図である。
電極基板３の製造工程において、図１２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態３の図１０（ａ）、（ｂ）と同じである。そして、図１２（ｃ）に示すように、全面成膜された絶縁膜７（ＳｉＯ2膜）上に、第１の表面保護膜８ａとして高体積抵抗率のＤＬＣ膜をＲＦ−ＣＶＤ法により全面成膜し、さらにその上に第２の表面保護膜８ｂとして高硬度のＤＬＣ膜をＲＦ−ＣＶＤ法により全面成膜する。ＤＬＣ膜の成膜条件は実施の形態１と同様であるが、ＤＬＣ膜の成膜中にＲＦ出力を変更して第１の表面保護膜８ａと第２の表面保護膜８ｂとをこの順に積層する。
【００７５】
次に、図１２（ｄ）に示すように、上段（２段目）の第２の表面保護膜８ｂに対してパターニングし、下段（１段目）の第１の表面保護膜８ａが露出するようにＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングにより第２の表面保護膜８ｂを除去する。その後、図１２（ｅ）に示すように、電極取り出し部３４が開口したシリコンマスクを用い、ＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥドライエッチングにより電極取り出し部３４の絶縁膜７を除去する。
そして、このように製造された電極ガラス基板３００Ｃを用いて、図６のようにキャビティ基板２を作製することにより、本実施の形態のインクジェットヘッド１０を製造することができる。
【００７６】
本実施の形態では、ＤＬＣ膜の成膜中に、ＲＦ出力を変更することにより所望の膜特性を有する第１の表面保護膜８ａと第２の表面保護膜８ｂとをこの順に積層し、かつパターニングにより第１の表面保護膜８ａを露出させることで多段に形成することができるので、より簡単に多段構造の静電アクチュエータ４を製造することができる。
【００７７】
実施の形態５．
図１３は本発明の実施の形態５に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。
本実施の形態５は、個別電極５上に形成される絶縁膜７として、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3、アルミナ）のような所謂Ｈｉｇｈ−ｋ材（高誘電率絶縁材料）を用いるものである。アルミナは、比誘電率が７．９程度と酸化シリコンの比誘電率３．８よりも大きいので、静電アクチュエータ４の発生圧力をより高めることが可能となる。その他の構成は、実施の形態４と同じである。膜厚等については、振動板６側の絶縁膜９の厚みを１１０ｎｍ、個別電極５側の絶縁膜７（Ａｌ2Ｏ3）の厚みを４０ｎｍ、１段目のギャップ長Ｇ１を２００ｎｍ、段差を１０ｎｍ、第１〜第３の表面保護膜８ａ、８ｂ、８ｃのＤＬＣ膜の各厚みを１０ｎｍとしている。
【００７８】
比誘電率が酸化シリコンよりも大きいＨｉｇｈ−ｋ材としては、アルミナのほか、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、ジルコニウムシリケート（ＺｒＳｉＯ）、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ）、ジルコニウムアルミネート（ＺｒＡｌＯ）、窒素添加ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯＮ）、及びこれらの複合膜等を挙げることができる。その中でも膜の低温成膜性、膜の均質性、プロセス適応性等を考慮した場合、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3、アルミナ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）を使用することが望ましく、これらの中から少なくとも一つが選ばれる。
【００７９】
本実施の形態の電極基板３を製造するには、例えば、図１２（ａ）のように個別電極５を形成した後、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ法を用いて、絶縁膜７としてＡｌ2Ｏ3膜を４０ｎｍの厚さでガラス基板３００上に全面成膜する。その後は、図１２（ｃ）〜（ｅ）のように実施すればよい。そして、この電極基板３を用いて図６のようにキャビティ基板２を作製することにより、本実施の形態のインクジェットヘッド１０を製造することができる。
【００８０】
本実施の形態では、個別電極５側の絶縁膜７として比誘電率が酸化シリコンよりも大きいＨｉｇｈ−ｋ材を用いているので、静電アクチュエータ４の発生圧力をさらに高めることができ、吐出特性が向上し、さらには静電アクチュエータ４の微小化・高密度化が可能となる。
【００８１】
実施の形態６．
図１４は本発明の実施の形態６に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。
これまでの実施の形態１から５では、ギャップ長Ｇの最深部を個別電極５の電極部５ａの中央部に設けたものであったが、本実施の形態６では、電極部５ａの先端部（ノズル孔１１に近い位置）にギャップ長Ｇの最深部を設けたものである。すなわち、個別電極５側の絶縁膜7上に形成される第1および第２の表面保護膜８ａ、８ｂの段構造を、個別電極５の先端側から階段状に形成したものである。また、膜厚等については、実施の形態４と同様に、振動板６側の絶縁膜９の厚みを１１０ｎｍ、個別電極５側の絶縁膜７の厚みを４０ｎｍ、１段目のギャップ長Ｇ１を２００ｎｍ、段差を１０ｎｍ、表面保護膜８ａ、８ｂ、８ｃのＤＬＣ膜の各厚みを１０ｎｍとしている。
【００８２】
本実施の形態の電極基板３の製造は、図１２に準じて行うことができ、またインクジェットヘッド１０の製造も図６に準じて行うことができる。
【００８３】
本実施の形態６は、実施の形態３と同様の効果を有するほか、ギャップ長の最深部をノズル孔１１に近い電極部５ａの先端部に設けているので、吐出時にインク整流効果があるため、インクの吐出重量を大きくすることが可能である。従って、印刷速度が向上する。
【００８４】
以上の実施の形態では、静電アクチュエータおよびインクジェットヘッド、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、本発明の静電アクチュエータは、光スイッチやミラーデバイス、マイクロポンプ、レーザプリンタのレーザ操作ミラーの駆動部などにも利用することができる。また、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、例えば図１５に示すようなインクジェットプリンタ４００のほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  ノズル基板、２  キャビティ基板、３  電極基板、４  静電アクチュエータ、５  個別電極（固定電極）、６  振動板（可動電極）、７  絶縁膜、８ａ  第１の表面保護膜、８ｂ  第２の表面保護膜、８ｃ  第３の表面保護膜、９  絶縁膜、１０  インクジェットヘッド、１１  ノズル孔、１２  オリフィス、１３  ダイヤフラム部、２１  吐出室、２３  リザーバ、２６  共通電極、３２  凹部、３２ａ  第２の凹部、３３  インク供給孔、３４  電極取り出し部（ＦＰＣ実装部）、３５  封止材、３６  接合部、４０  駆動制御回路（駆動手段）、２００  シリコン基板、３００  ガラス基板、４００  インクジェットプリンタ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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