(57)【要約】【課題】振動板部に任意の寸法で精度良く高潤滑硬質膜を形成することが可能な静電アクチュエーターの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、絶縁膜１９の振動板８に対応する表面位置に高潤滑硬質膜（ＤＬＣ膜２０）を形成する工程と、絶縁膜１９及び高潤滑硬質膜を保護するエッチング保護膜２１を形成する工程と、シリコン基板３’の振動板８形成面とは反対側面からエッチングを施す工程と、含んでいる。【選択図】図３
2010221528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板に形成した凹部に固定電極を形成する工程と、
第２の基板に前記固定電極との間で発生させた静電気力により動作する可動電極を形成する工程と、
前記第２の基板の前記可動電極形成面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の前記可動電極に対応する表面位置に高潤滑硬質膜を形成する工程と、
前記絶縁膜及び前記高潤滑硬質膜を保護する保護膜を形成する工程と、
前記第２の基板の前記固定電極に対応する位置に前記可動電極形成面とは反対面からエッチングを施して薄板化する工程と、
前記第２の基板から前記保護膜を除去する工程と、
前記第１の基板の前記固定電極と前記第２の基板の前記可動電極とをギャップを隔てて対向するように前記第１の基板と前記第２の基板とを陽極接合する工程と、を有する
ことを特徴とする静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項２】
前記保護膜を、
窒化シリコン膜、アルミニウム膜、又は、それらと酸化シリコンの積層膜としている
ことを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項３】
前記高潤滑硬質膜を、
炭素系硬質膜としている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項４】
前記炭素系硬質膜が、
ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブ、又は、フラーレンＣ６０である
ことを特徴とする請求項３に記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜が、
酸化シリコン、又は、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の静電アクチュエーターの製造方法による静電アクチュエーターの製造工程を含む
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法による液滴吐出ヘッドの製造工程を含む
ことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【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ーの製造方法、その静電アクチュエーターの製造方法を適用する液滴吐出ヘッドの製造方法、及び、その液滴吐出ヘッドの製造方法を適用する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】
インクジェットヘッド式記録装置におけるインク吐出方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェット記録装置が知られている。この静電駆動方式のインクジェット記録装置は、一般に、電極ガラス基板上に形成された対向電極（固定電極）と、この対向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）とから構成される静電アクチュエーターを備えている。そして、この静電駆動方式のインクジェット記録装置は、振動板と対向電極との間で電圧を供給／遮断することにより、振動板を対向電極に吸引／隔離させる動作を行ない、それによって生じる圧力変化を利用してインクを吐出するようになっている。
【０００３】
したがって、振動板と対向電極とは、インク滴が貯えられた圧力室の圧力を変動させる静電アクチュエーターとして作用することになる。このような静電アクチュエーターを適用した装置では、高信頼性を確保するために、一般的に、帯電した振動板と対向電極との間に、絶縁破壊やショートを防止するためのシリコン酸化膜の絶縁膜が形成される。この絶縁膜としては、一般にシリコンの熱酸化膜が使用されている。その理由としては、製造プロセスの簡便さや、絶縁膜特性がシリコン熱酸化膜は優れているということが挙げられる。また、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン）を原料ガスとするシリコン酸化膜により絶縁膜を振動板の対向面に形成することも多い。
【０００４】
しかしながら、この絶縁膜は、絶縁膜表面での残留電荷影響により静電吸引圧力が安定せず、アクチュエーターの安定駆動が確保できないという課題があった。その対策として、絶縁膜が形成された振動板と対向電極との対向面の少なくとも一方の面に高潤滑硬質膜（たとえば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等のカーボン材料からなる膜）を表面層として形成することが提案されている。
【０００５】
そのようなものとして、振動板部（対向電極側）にＤＬＣ膜を形成し、電極ガラス基板と陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液を用いて流路形成するようにした製造方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、振動板部（対向電極側）にＤＬＣ膜を形成する際、キャビティ基板形成後に、任意に開口されたＳｉマスク等を用いてキャビティ基板にアライメント及び固定させて、ＤＬＣ膜を成膜するようにした製造方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３６８５６号公報（第９、１０頁、第６図）
【特許文献２】特開２００７−１９０７３０号公報（第１０、１１頁、第６図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、ＤＬＣ膜を形成したシリコン基板と電極ガラス基板と陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液を用いて流路形成するようにしていた。特許文献１には、その後のプロセスは記載されていないが、その後、シリコンマスクを用いてキャビティ基板にアライメント及び固定し、ＦＰＣ接続部となる固定電極部と封止穴をドライエッチングにて開口する必要がある。これは、シリコンマスクの製作が別途必要になり、その分に要する工程が増加してしまう。また、シリコンエッチングガスとしてＳＦ6 、ＳｉＯ2 エッチングガスとしてＣＦ4 ｏｒＣＨＦ3 を用いるが、エッチング部のシリコン厚の面内バラツキやドライエッチング面内バラツキによって、開口後の電極基板のエッチングが発生し、それにより無機封止等による封止の気密性確保を妨げる可能性がある。
【０００８】
特許文献２に記載の技術では、シリコンを材料とするマスク基板を用いて、キャビティ基板とピンアライメント又はカメラアライメントし、キャビティ基板とマスク基板をテープ等により固定してＤＬＣ膜を成膜するようにしていた。キャビティ基板とマスク基板との密着性が悪いとテープ固定の際にウエハのズレが発生したり、キャビティ基板又はマスク基板のソリが存在すると基板間の隙間が生じて後のＤＬＣ成膜時のＤＬＣ膜の回り込みに繋がってしまったりといった課題が発生する。また、キャビティ基板とマスク基板との密着性がよいとＤＬＣ成膜後キャビティ基板からマスク基板を剥がす際に、振動板等の薄板部の破壊に繋がる等の課題も発生する。
【０００９】
すなわち、特許文献１に記載の技術によってＤＬＣ膜を形成する場合、陽極接合後のエッチングプロセスでは加工工程が多くなってしまい、生産性に課題が残ってしまう。また、特許文献２に記載の技術によってＤＬＣ膜を形成する場合、シリコンマスクとキャビティ基板の密着性が低いとアライメント精度の確保が困難であり、逆にシリコンマスクとキャビティ基板の密着性が高いとシリコンマスク剥離の際、キャビティ基板の割れ等の不具合が発生してしまうといった課題が残ってしまう。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、振動板部に任意の寸法で精度良く高潤滑硬質膜を形成することが可能な静電アクチュエーターの製造方法、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案することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、第１の基板に形成した凹部に固定電極を形成する工程と、第２の基板に固定電極との間で発生させた静電気力により動作する可動電極を形成する工程と、第２の基板の可動電極形成面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の可動電極に対応する表面位置に高潤滑硬質膜を形成する工程と、絶縁膜及び高潤滑硬質膜を保護する保護膜を形成する工程と、第２の基板の固定電極に対応する位置に可動電極形成面とは反対面からエッチングを施して薄板化する工程と、第２の基板から保護膜を除去する工程と、第１の基板の固定電極と第２の基板の可動電極とをギャップを隔てて対向するように第１の基板と第２の基板とを陽極接合する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
したがって、マスクを使用することなく、高潤滑硬質膜を形成することができるので、マスク使用の場合の課題（たとえば、アライメント精度や高潤滑硬質膜の回り込み、ウエハ割れ等）を解決することができる。また、陽極接合後に圧力室等を水酸化カリウム液にてエッチングする加工工程の課題（たとえば、電極部ガラスエッチングによる無機封止不良や工程増等）を解決することができる。したがって、静電アクチュエーターの高電圧駆動の安定化及び高信頼性を確保することができる。
【００１３】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、保護膜を、窒化シリコン膜、アルミニウム膜、又は、それらと酸化シリコンの積層膜としていることを特徴とする。したがって、絶縁膜及び高潤滑硬質膜をエッチングから効果的に保護することが可能になる。
【００１４】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、高潤滑硬質膜を、炭素系硬質膜としていることを特徴とする。これにより、静電アクチュエーターの安定駆動を確保することが可能になる。
【００１５】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、炭素系硬質膜が、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブ、又は、フラーレンＣ６０であることを特徴とする。これにより、静電アクチュエーターの安定駆動を効果的に確保することが可能になる。
【００１６】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、絶縁膜が、酸化シリコン、又は、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料で構成されている。したがって、絶縁性を確保しつつ吐出特性が安定及び向上し、且つ、膜の低温成膜性や、膜の均質性、プロセス適応性等が良好となる。
【００１７】
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ーの製造方法による静電アクチュエーターの製造工程を含むことを特徴とする。したがって、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ーの製造方法が有している効果と同じ効果を有している。
【００１８】
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による液滴吐出ヘッドの製造工程を含むことを特徴とする。したがって、液滴吐出装置の製造方法は、上述の液滴吐出ヘッドの製造方法が有している効果と同じ効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態のＢ−Ｂ縦断面を示す縦断面図である。
【図３】キャビティ基板の当接部の概略断面を拡大して示す縦断面図である。
【図４】液滴吐出ヘッドの製造工程の流れを示すフローチャートである。
【図５】液滴吐出ヘッドの製造工程例の一部を示すＡ−Ａ縦断面図である。
【図６】比較例としての従来技術の液滴吐出ヘッドの製造工程の一部を示すＡ−Ａ縦断面図である。
【図７】比較例としての接合後エッチングプロセスの一部を示すＡ−Ａ縦断面図である。
【図８】実施の形態１の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド１００が組み立てられた状態のＢ−Ｂ縦断面を示す縦断面図である。図１及び図２に基づいて、静電アクチュエーターの構成及び動作について液滴吐出ヘッド１００の構成及び動作とともに説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００２１】
この液滴吐出ヘッド１００は、静電気力により駆動される静電駆動方式の静電アクチュエーターの代表として、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを表している。図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッド１００は、ノズル基板１、第２の基板であるキャビティ基板３、及び、第１の基板である電極ガラス基板４の３つの基板が順に積層されるように接合された３層構造となっている。つまり、液滴吐出ヘッド１００は、キャビティ基板３の一方の面（上面）にはノズル基板１が接合されており、他方の面（下面）には電極ガラス基板４が接合され、キャビティ基板３を電極ガラス基板４とノズル基板１とが上下から挟む構造となっている。
【００２２】
この液滴吐出ヘッド１００には、電極ガラス基板４上に形成された対向電極１７（固定電極）と、この対向電極１７に所定のギャップ１８を介して対向配置されたキャビティ基板３の振動板８（可動電極）とから構成される静電アクチュエーターを備えている。また、この実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００は、電極ガラス基板４とキャビティ基板３とを陽極接合により接合するものとし、キャビティ基板３とノズル基板１とをエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合するものとして説明する。また、液滴吐出ヘッド１００の電極ガラス基板４に形成する固定電極である対向電極１７には、図２で示すドライバＩＣ等の電力供給手段である発振回路５０によって駆動信号（パルス電圧）が供給されるようになっている。
【００２３】
［キャビティ基板３］
キャビティ基板３は、たとえば厚さ約１８０μｍ（マイクロメートル）の（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板（第２の基板）という）を主要な材料として構成されている。このシリコン基板にドライエッチングまたは異方性ウエットエッチングのいずれかあるいは双方を行ない、キャビティ基板３の各部材（吐出室７、リザーバー２９等）が形成されている。キャビティ基板３の各部材の一つである吐出室（圧力室）７は、底壁が可撓性を有する振動板８となっており、複数個形成されている。
【００２４】
吐出室７は、対向電極１７の電極列に対応して形成されており、インク等の液滴が保持されて吐出圧が加えられるようになっている。また、吐出室７は、紙面手前側から奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。また、キャビティ基板３の各部材の一つであるリザーバー２９は、各吐出室７にインク等の液滴を供給するための共通インク室として機能している。このリザーバー２９の底面には、リザーバー２９の底面を貫通するインク供給孔２７が形成されている。このインク供給孔２７は、電極ガラス基板４のインク供給孔２８と連通するようになっている。
【００２５】
振動板８は、高濃度のボロンドープ層で構成されている。所望の厚さの振動板８を形成するために、同じだけの厚さ、たとえば２μｍのボロンドープ層を形成する。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンの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、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板８の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室７を形成する際に、ボロンドープ層が露出して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を用いることにより、振動板８の厚さ及び吐出室の容積を高精度に形成することができる。
【００２６】
キャビティ基板３の下面（電極ガラス基板４と対向する面、振動板８の下面）には、振動板８と対向電極１７との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2 膜をいう）である絶縁膜１９をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、たとえば数百ｎｍ程成膜している。これは、振動板８の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板３のエッチングを防止するためのものである。
【００２７】
ここでは、絶縁膜１９がＴＥＯＳ膜である場合を例に説明するが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。たとえば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））や酸窒化シリコン等の酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料を用いてもよい。また、プラズマＣＶＤで成膜する場合に限らず、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＥＣＲスパッタ等で絶縁膜を成膜してもよい。
【００２８】
さらに、キャビティ基板３の上面にも、図示省略の液体保護膜となるＳｉＯ2 膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜するとよい。このような液体保護膜を成膜することによって、インク滴で流路が腐食されるのを防止できるからである。この液体保護膜の応力と絶縁膜１９の応力とを相殺させ、振動板８の反りを小さくできるという効果もある。
【００２９】
絶縁膜１９の表面（絶縁膜１９の電極ガラス基板４側の表面）であって、対向電極１７との当接部分には、高潤滑硬質膜であるＤＬＣ膜２０が形成されている。このＤＬＣ膜２０は、たとえばＲＦプラズマＣＶＤ等により数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の厚みで形成するとよい。なお、実施の形態１では、高潤滑硬質膜がＤＬＣ膜２０である場合を例に説明するが、これに限定するものではなく、高潤滑硬質膜は、カーボンナノチューブやフラーレンＣ６０等の炭素系硬質膜であればよい。
【００３０】
絶縁膜１９の表面（ＤＬＣ膜２０が除去された部分（図３参照））、及び、ＤＬＣ膜２０の表面には、エッチング保護膜２１が形成されている。このエッチング保護膜２１は、窒化シリコン（ＳｉＮ）やアルミニウム（Ａｌ）をスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を用いて厚さ０．１μｍ程度に形成するとよい。なお、エッチング保護膜２１を、金属膜とＳｉＯ2 の積層膜としてもよい。ＤＬＣ膜２０とエッチング保護膜２１との積層部分が、アクチュエーター駆動中の当接面となる。
【００３１】
また、キャビティ基板３には、外部電極端子としての共通電極端子１６が形成されている。この共通電極端子１６は、発振回路５０から図示省略のＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して振動板８に対向電極１７と反対の極性の電荷が供給する際の端子となるものである。
【００３２】
［電極ガラス基板４］
電極ガラス基板４は、たとえば厚さ１ｍｍのホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等のガラス基板（第１の基板）を主要な材料として形成するとよい。ここでは、電極ガラス基板４がホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスで形成されている場合を例に示すが、たとえば電極ガラス基板４を単結晶シリコンで形成してもよい。この電極ガラス基板４の表面には、上述したキャビティ基板３の吐出室７の形状に合わせた凹部（ガラス溝）１２が、たとえばエッチングにより深さ０．２μｍ程度で形成されている。
【００３３】
また、この凹部１２の内部（特に底部）には、固定電極となる対向電極１７が、一定の間隔を有してキャビティ基板３の各吐出室７（可動電極である振動板８）と対向するように作製されている。そして、この凹部１２は、その内部に対向電極１７、リード部１４及び端子部１５（特に区別する必要がない限り、対向電極１７は、リード部１４と端子部１５とを含んだものとして説明する）を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成するとよい。また、凹部１２の深さが約０．２μｍである場合を例に示しているが、凹部１２内に作製する対向電極１７の厚さに応じて、変更可能になっている。
【００３４】
対向電極１７は、たとえば酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さでスパッタして作製するとよい。このように、ＩＴＯで対向電極１７を作製すると、透明なので放電したかどうかの確認が行いやすいという利点がある。なお、対向電極１７の材料をＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属材料を用いてもよい。また、電極ガラス基板４には、リザーバー２９のインク供給孔２７と連通し、図示省略の外部のインクタンクから供給される液体を取り入れる流路となるインク供給孔２８が貫通形成されている。
【００３５】
さらに、電極ガラス基板４には、ＦＰＣ実装部３０がエッチングにより深さ約０．２μｍ程度で形成されている。このＦＰＣ実装部３０に図示省略のＦＰＣを実装して、対向電極１７の一端（端子部１５）と発振回路５０とを接続するようにしている。したがって、対向電極１７には、発振回路５０からＦＰＣを介して駆動信号が供給されるようになっている。
【００３６】
電極ガラス基板４とキャビティ基板３とを陽極接合して積層体を形成すると、振動板８と対向電極１７との間には、振動板８を撓ませる（変位させる）ことができる一定のギャップ（空隙）１８が、電極ガラス基板４の凹部１２により形成されるようになっている。このギャップ１８は、凹部１２の深さ、及び、対向電極１７の厚さにより決まることになる。このギャップ１８は、液滴吐出ヘッド１００の吐出特性に大きく影響するため、厳格な精度管理が要求される。ギャップ１８は、各振動板８に対向する位置に細長く所定の深さを有するように形成されている。このギャップ１８は、内部に湿気や埃等が侵入しないように封止部９で気密封止される。
【００３７】
なお、ＦＰＣ実装部３０の深さが約０．２μｍである場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、凹部１２の深さに応じて変更するとよい。なお、ギャップ１８は、気相処理を行なった後、封止部９で気密封止するとよい。気相処理は、ギャップ１８内の水分除去を行なった後に、疎水処理をするように実行される。また、ギャップ１８は、キャビティ基板３となるシリコン基板に凹部を形成したり、スペーサを挟むことによって形成することも可能である。
【００３８】
この液滴吐出ヘッド１００は、複数の対向電極１７が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この対向電極１７が、互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、図１では、対向電極１７の短辺方向に伸びる１つの電極列を示している。なお、対向電極１７の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、対向電極１７が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。
【００３９】
［ノズル基板１］  
ノズル基板１は、たとえば厚さ約１８０μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。そして、キャビティ基板３の上面（電極ガラス基板４を接合する面の反対面）と接合している。ノズル基板１には、吐出室７のそれぞれと連通する複数のノズル孔５が貫通形成されている。各ノズル孔５は、吐出室７から移送された液滴を外部に吐出するようになっている。なお、ノズル孔５を複数段（たとえば、２段）で形成すると、液滴を吐出する際の直進性の向上が期待できる。
【００４０】
また、ノズル基板１の下面（キャビティ基板３との接合面）には、オリフィス２４及びダイアフラム２５が形成されている。オリフィス２４は、リザーバー２９から各吐出室７に液滴を移送させるために、リザーバー２９と各吐出室７とを連通させるものである。ダイアフラム２５は、振動板８によりリザーバー２９側の液体に加わる圧力を緩衝するためのものである。ここでは、ノズル基板１を上面とし、電極ガラス基板４を下面として説明しているが、実際に用いられる場合には、ノズル基板１の方が電極ガラス基板４よりも下面となることが多い。
【００４１】
なお、実施の形態１では、ノズル基板１にオリフィス２４を形成した場合を例に示したが、キャビティ基板３にオリフィス２４を形成するようにしてもよい。また、電極ガラス基板４、キャビティ基板３及びノズル基板１を接合するときに、シリコンからなる基板とホウ珪酸ガラスからなる基板を接合する場合（電極ガラス基板４とキャビティ基板３とを接合する場合）は陽極接合により、シリコンからなる基板同士を接合する場合（キャビティ基板３とノズル基板１）は接着剤を用いての接合または直接接合によって接合することができる。
【００４２】
液滴吐出ヘッド１００の動作について簡単に説明する。キャビティ基板３のリザーバー２９には、インク供給孔２８及びインク供給孔２７を介して外部からインク等の液滴が供給されている。また、キャビティ基板３の吐出室７には、オリフィス２４を介してリザーバー２９から液滴が供給されている。発振回路５０は、ＦＰＣを介してＦＰＣ実装部３０と接続されており、対向電極１７への電荷の供給及び停止を制御するようになっている。この発振回路５０は、たとえば２４ｋＨｚで発振し、発振回路５０によって選択された対向電極１７に０Ｖ〜４０Ｖ程度のパルス電位を印加して電荷供給を行ない、その対向電極１７を正に帯電させる。
【００４３】
このとき、共通電極端子１６を介してキャビティ基板３には負の極性を有する電荷が供給され、正に帯電された対向電極１７に対応する振動板８を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された対向電極１７と振動板８との間では静電気力が発生することになる。そうすると、振動板８は、静電気力によって対向電極１７側に引き寄せられて撓むことになる。これによって吐出室７の容積が増大する。つまり、対向電極１７は、対向電極１７に引き寄せられて当接することになる。これによって吐出室７の容積が増大する。
【００４４】
その後、対向電極１７への電荷の供給を止めると、振動板８と対向電極１７との間の静電気力がなくなり、振動板８はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、吐出室７の容積が急激に減少するため、吐出室７内部の圧力が急激に上昇する。これにより、吐出室７内のインクの一部がインク滴としてノズル孔５より吐出されることになる。このインク滴が、たとえば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、液滴がリザーバー２９からオリフィス２４を通じて吐出室７内に補給され、初期状態に戻る。このように振動板８を駆動させることで、静電アクチュエーターとして機能させているのである。このような方法は、引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００４５】
図３は、キャビティ基板３の当接部（振動板８、絶縁膜１９、ＤＬＣ膜２０及びエッチング保護膜２１の積層部分）の概略断面（図１のＡ−Ａ断面）を拡大して示す縦断面図である。図３に基づいて、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００の特徴事項であるキャビティ基板３の当接部について詳細に説明する。高潤滑硬質膜であるＤＬＣ膜２０を設けることで、静電アクチュエーターの安定駆動を実現可能にしている。加えて、液滴吐出ヘッド１００には、ＤＬＣ膜２０をエッチングから保護するためのエッチング保護膜２１が、絶縁膜１９の表面及びＤＬＣ膜２０の表面に形成されている。
【００４６】
図３に示すように、ＤＬＣ膜２０は、対向電極１７との接触部分に対応する部分に形成されている。このＤＬＣ膜２０は、シリコンとの密着性が良好で、緻密な膜質を有し、かつ、摩擦係数が小さいという特性を有している。そのため、ＤＬＣ膜２０を形成することによって、静電アクチュエーターの駆動耐久性、長期安定性の向上を図ることが可能となる。このＤＬＣ膜２０は、対向電極１７との接触部分に対応する部分に形成されるため、絶縁膜１９の一部が露出することになる。
【００４７】
そこで、液滴吐出ヘッド１００では、絶縁膜１９の露出部分、及び、ＤＬＣ膜２０をエッチングから保護するために、エッチング保護膜２１を形成するようにしている。つまり、液滴吐出ヘッド１００では、エッチング保護膜２１を形成することによって、キャビティ基板３と電極ガラス基板４とを陽極接合した後に、キャビティ基板３に水酸化カリウム液にてエッチングする際の課題（工程増加や無機封止不良等）を解決し、キャビティ基板単独の形成が可能となる。
【００４８】
次に、静電アクチュエーターの製造工程について液滴吐出ヘッド１００の製造工程とともに説明する。図４は、液滴吐出ヘッド１００の製造工程の流れを示すフローチャートである。図５は、液滴吐出ヘッド１００の製造工程例の一部を示すＡ−Ａ縦断面図である。図６は、比較例としての従来技術の液滴吐出ヘッドの製造工程の一部を示すＡ−Ａ縦断面図である。図７は、比較例としての接合後エッチングプロセスの一部を示すＡ−Ａ縦断面図である。図４及び図５に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の製造工程についてその特徴事項を中心に説明する。また、液滴吐出ヘッド１００の製造工程を説明した後、図６又は図７の内容を簡単に説明するものとする。
【００４９】
なお、以下に示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例であり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。また、実際には、シリコンウエハから複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するのが一般的であるが、図５及び図６ではその一部分だけを簡略化して示している。さらに、図７では、図５における工程（ｄ）から枝分かれするようにして接合後エッチングプロセスの一部（工程（ｅ’）及び工程（ｆ’））を図示している。
【００５０】
電極ガラス基板４の製作（図４に示すＳ０）
電極ガラス基板４は、たとえば厚さが約１ｍｍの両面鏡面のホウ珪酸ガラス基板を用意し、上面に金・クロムのエッチングマスクを施し、フッ酸水溶液等でエッチングして凹部１２（または溝部）を形成した後に、凹部１２内にスパッタ等によりＩＴＯからなる対向電極１７を形成する。それから、このガラス基板にブラスト加工を施し、インク供給孔２８を形成する。このようにして電極ガラス基板４を製作することができる。
【００５１】
キャビティ基板３の製作（図４に示すＳ１〜Ｓ８、図５（ａ）〜（ｆ））
たとえば両面を鏡面研磨した厚さ１８０μｍのシリコン基板３’の片側表面にボロンをドープして、２μｍ程度の厚さのボロンドープ層８’を形成する。このボロンドープ層８’は、後に振動板８となるものである。更に、シリコン基板３’のボロンドープ層８’が形成されている表面に絶縁膜１９（又は誘電体層）を数百ｎｍ形成する（図４に示すＳ１、図５（ａ））。上述したように、絶縁膜１９は、プラズマＣＶＤ法、ＡＬＤ法、又は、ＥＣＲスパッタ法等により成膜するとよい。
【００５２】
続いて、絶縁膜１９の表面にＤＬＣ膜２０を形成する（図４に示すＳ２、図５（ｂ））。ＤＬＣ膜２０は、ＲＦプラズマＣＶＤ等により、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度成膜するとよい。ＲＦプラズマＣＶＤにて成膜する場合の原料ガスとしては、メタン（ＣＨ4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）、ブタン（Ｃ4 Ｈ10）、アセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）、ベンゼン（Ｃ6 Ｈ6 ）、トルエン（Ｃ7 Ｈ8 ）等を用いることができる。
【００５３】
次に、ＤＬＣ膜２０をレジスト５１でパターニングして、対向電極１７との接触部分に対応する部分を保護した後（図４に示すＳ３、図５（ｃ）））、酸素プラズマにより余分なＤＬＣ膜２０を酸化して除去し、その後レジスト５１を剥離する（図４に示すＳ４、図５（ｄ））。それから、ＤＬＣ膜２０が形成された表面全面にエッチング保護膜２１を形成する（図４に示すＳ５、図５（ｅ））。
【００５４】
このエッチング保護膜２１としては、たとえば窒化シリコン（ＳｉＮ）をスパッタリング法やＣＶＤ法を用いて厚さ０．１μｍ形成するとよい。または、Ａｌ等の金属膜をスパッタリング法等により数百ｎｍ形成してもよい。金属膜を形成する場合は、更にその上にＳ≡Ｏ2 膜をたとえばＴＥＯＳプラズマＣＶＤを用いて、１．５μｍ以上形成してもよい。プラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜の成膜条件は、たとえば温度５００℃以下、圧力１．３ｋＰａ以下（１０Ｔｏｒｒ以下）、ガス流量比ＮＨ3 ／ＳｉＨ4 が１５以上である。以下、エッチング保護膜２１が窒化シリコン膜であるものとして説明する。
【００５５】
次に、シリコン基板３’のＤＬＣ膜２０形成面とは反対側面（吐出室７やリザーバー２９等の流路形成面）の全面にプラズマＣＶＤによって、たとえば厚さ１．５μｍの酸化シリコン膜５２を形成する。この酸化シリコン膜５２に、吐出室７となる凹部、リザーバー２９となる凹部及びオリフィス２４となる凹部を形成するためのレジスト（図示省略）をパターニングし、この部分の酸化シリコン膜５２をエッチングして除去する（図４に示すＳ６）。
【００５６】
その後、シリコン基板３’を水酸化カリウム水溶液等で異方性ウエットエッチングする（図４に示すＳ７、図５（ｆ））。こうすることにより、吐出室７となる凹部、リザーバー２９となる凹部及びオリフィス２４となる凹部が形成される。その後、酸化シリコン膜５２を除去する。このウエットエッチングの工程では、たとえば始めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用する２段階のエッチングを実施するのが好ましい。これにより、振動板８の面荒れを抑制することができる。以上のエッチング処理においては、先に形成していたボロンドープ層８’がエッチングストップとして作用し、残ったボロンドープ層８’が振動板８として形成されることになる。
【００５７】
その後、たとえばフッ酸水溶液を用いて、水酸化カリウム水溶液によるエッチングマスクとして用いた酸化シリコン膜５２を全て除去する。それから、熱燐酸水溶液を用いて、シリコン基板３’に形成されているエッチング保護膜２１である窒化シリコン膜を全て除去する。シリコン基板３’の吐出室７となる凹部等が形成された面に、たとえばＣＶＤによって酸化シリコン等からなる図示省略の耐液滴保護膜を厚さ０．１μｍで形成する。
【００５８】
それから、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって、シリコン基板３’の共通電極端子１６となる箇所の耐液滴保護膜を除去する。このＲＩＥは、ドライエッチングの一種であり、たとえば出力２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4 流量３０ｃｍ3 ／分（３０ｓｃｃｍ）の条件で、シリコンマスクを用いて行なう。その後、Ｐｔを共通電極端子１６にスパッタリングにて厚さ０．１μｍ形成する（図４に示すＳ８）。このようにしてキャビティ基板３を製作することができる。
【００５９】
このキャビティ基板３と電極ガラス基板４とをアライメントした後、３６０℃に加熱し、電極ガラス基板４に負極、キャビティ基板３に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する（図４に示すＳ９）。陽極接合後、ギャップ１８を気密封止するために封止部９を形成して、ギャップ１８内に異物や湿気等が浸入するのを防止する（図４に示すＳ１０）。そして、ノズル孔５が形成されたノズル基板１をエポキシ樹脂等の接着剤を用いてキャビティ基板３の電極ガラス基板４との接合面とは反対側面に接合する（図４に示すＳ１１）。最後に、電極ガラス基板４、キャビティ基板３、及び、ノズル基板１が接合された接合基板をダイシング（切断）して個々の液滴吐出ヘッド１００が完成する（図４に示すＳ１２）。
【００６０】
図６に示す従来技術について説明する。
まず、シリコン基板３ａの片側表面にボロンドープ層８ａ’を形成し（図６（ａ））、シリコン基板３ａの両面全体にエッチング保護膜として絶縁膜１９ａを形成する（図６（ｂ））。その後、絶縁膜１９ａの表面に図示省略のレジストを塗布し、吐出室７ａとなる凹部等を形成するためのパターニングをフォトリソグラフィーによって行なう（図６（ｃ））。そして、吐出室７ａとなる凹部をエッチングして作製する。
【００６１】
それから、シリコン基板３ａの全面から絶縁膜１９ａを剥離する（図６（ｄ））。その後、シリコン基板３ａの流路形成面にインク保護膜５４を形成し、ボロンドープ層８ａ’の表面に絶縁膜５５を形成する（図６（ｅ））。このとき、共通電極端子も形成する。その後、ＤＬＣ膜２０ａを形成する箇所以外をマスクするシリコンマスク（図示省略）を用いてＤＬＣ膜２０ａをＣＶＤ等によって形成する（図６（ｆ））。このとき、一般的には、シリコンマスクとシリコン基板３ａとをテープ等により固定してＤＬＣ膜２０ａを形成する。
【００６２】
シリコン基板３ａとシリコンマスクとの密着性が悪いとテープ固定の際にウエハのズレが発生することがある。また、シリコン基板３ａ又はシリコンマスクのソリが存在すると基板間の隙間が生じて、ＤＬＣ膜２０ａの回り込みが発生することがある。反対に、シリコン基板３ａとシリコンマスクとの密着性がよいと、ＤＬＣ膜２０ａの形成後、シリコンマスクを剥がす際に、ボロンドープ層８ａ’等の薄板部を破壊してしまうこともある。
【００６３】
しかしながら、本実施の形態１に係る静電アクチュエーターの製造方法（液滴吐出ヘッド１００の製造方法）では、ＤＬＣ膜２０をシリコンマスクを用いずに形成するようにしているので、従来技術のような不都合が起こらない。したがって、本実施の形態１に係る静電アクチュエーターの製造方法では、ＤＬＣ膜２０を任意の寸法で精度良く形成することを可能としつつ、従来技術の不都合を改善することができる。
【００６４】
図７に示す従来技術について説明する。
図５（ｄ）と同様に、ＤＬＣ膜２０を形成する（図７（ｄ’））。その後、接合後エッチングプロセスに以降する。まず、シリコン基板３’と電極ガラス基板４とを陽極接合する（図７（ｅ’））。それから、シリコン基板３’を任意の厚みまで研削する。その後、シリコン基板３’の流路形成面にシリコン酸化膜等から構成されるハードマスク５７をＣＶＤ等によって形成する（図７（ｆ’））。こうしてから、シリコン基板３’に吐出室７となる凹部等をエッチングにより作製していく。
【００６５】
その後、シリコンマスクを用いてシリコン基板３’にアライメント及び固定し、ＦＰＣ実装部３０や封止部９を形成するための封止穴をドライエッチングにて開口する。つまり、シリコンマスクの製作が別途必要になり、その分に要する工程が増加してしまうことになる。また、シリコンエッチングガスとしてＳＦ6 、ＳｉＯ2 エッチングガスとしてＣＦ4 ｏｒＣＨＦ3 を一般的に用いるが、エッチング部のシリコン厚の面内バラツキやドライエッチング面内バラツキによって、開口後の電極ガラス基板４のエッチングが発生し、それにより無機封止等による封止の気密性確保を妨げてしまうこともある。そうすると、生産性が低下し、歩留まりが悪化することになる。
【００６６】
しかしながら、本実施の形態１に係る静電アクチュエーターの製造方法（液滴吐出ヘッド１００の製造方法）では、接合後エッチングプロセスを経ずに、シリコン基板３’に流路を形成するようにしているので、シリコンマスクを作製する必要がなく、生産性が低下することもない。また、開口後の電極ガラス基板４のエッチングが発生することもないので、気密性を確保できるとともに、ＤＬＣ膜２０が変質することもない。したがって、本実施の形態１に係る静電アクチュエーターの製造方法では、無用な手間を軽減できるとともに、任意の寸法で精度良く形成したＤＬＣ膜２０の変質を防止できるので、従来技術の不都合を改善することができる。
【００６７】
実施の形態２．
図８は、実施の形態１で作製した液滴吐出ヘッド１００を搭載した液滴吐出装置１５０の一例を示した斜視図である。図８に示す液滴吐出装置１５０は、一般的なインクジェットプリンターである。なお、この液滴吐出装置１５０は、周知の製造方法によって製造することができる。なお、液滴吐出ヘッド１００は、図８に示す液滴吐出装置１５０の他に、液滴を種々変更することで、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、生体液体の吐出等にも適用することができる。
【００６８】
また、液滴吐出ヘッド１００は、圧電駆動方式の液滴吐出装置や、バブルジェット（登録商標）方式の液滴吐出装置にも使用できる。たとえば、液滴吐出ヘッド１００をディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ：リボ核酸、Ｐｅｐｔｉｄｅ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。
【００６９】
液滴吐出ヘッド１００に搭載されている静電アクチュエーターは、たとえば光通信や光演算、光記憶装置、光プリンター、映像表示装置等に用いられている光スイッチ、ミラーデバイス、レーザプリンターのレーザ操作ミラーの駆動部、その他の微細加工の素子（デバイス）、あるいは装置等にも適用することも可能である。いずれに適用される場合であっても、多層の絶縁膜の界面の帯電を防止し、振動板８の撓み及び貼り付きを防止することができ、吐出特性の安定性及び駆動耐久性の向上を図ることができる。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態に係る静電アクチュエーター、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置は、上述の実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。また、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００が電極ガラス基板４、キャビティ基板３及びノズル基板１からなる３層構造である場合を例に説明したが、ガラス基板、キャビティ基板、リザーバー基板及びノズルプレートからなる４層構造であってもよい。  
【符号の説明】
【００７１】
１  ノズル基板、３  キャビティ基板、３’  シリコン基板、３ａ  シリコン基板、４  電極ガラス基板、５  ノズル孔、７  吐出室、７ａ  吐出室、８  振動板、８’  ボロンドープ層、８ａ’  ボロンドープ層、１２  凹部、１４  リード部、１５  端子部、１６  共通電極端子、１７  対向電極、１８  ギャップ、１９  絶縁膜、１９ａ  絶縁膜、２０  ＤＬＣ膜、２０ａ  ＤＬＣ膜、２１  エッチング保護膜、２４  オリフィス、２５  ダイアフラム、２７  インク供給孔、２８  インク供給孔、２９  リザーバー、３０  ＦＰＣ実装部、５０  発振回路、５１  レジスト、５２  酸化シリコン膜、５４  インク保護膜、５５  絶縁膜、５７  ハードマスク、１００  液滴吐出ヘッド、１５０  液滴吐出装置。
【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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