(57)【要約】【課題】  複雑な工程を経ることなく、所望のギャップの距離を得るアクチュエータ、静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド並びに製造方法を得る。【解決手段】  駆動部となる電極８を有する電極基板２と、電極８による静電引力が加わると変位する振動板４を有するキャビティ基板１と、電極基板２とキャビティ基板１との間に、振動板４を変位させるための所望の厚さを有する空間を形成するためのスペーサ９とを備えている。【選択図】        図１
2006198820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部を有する基板と、
前記駆動部により力が加わると変位する被駆動部を有する基板と、
前記駆動部を有する基板と前記被駆動部を有する基板との間に、前記被駆動部を変位さ
せるための所望の厚さを有する空間を形成するためのスペーサと
を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
電極を有する基板と、
前記電極により力が加わると変位する被駆動部を有する基板と、
前記電極を有する基板と前記被駆動部を有する基板との間に、前記被駆動部を変位させ
るための所望の厚さを有する空間を形成するためのスペーサと
を備えたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項３】
被駆動部を有する基板の前記電極と対向する面に絶縁性を有する膜からなる絶縁層を有
す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４】
前記駆動部を有する基板と前記スペーサ、または前記絶縁層と前記スペーサとがそれぞ
れ異なる材料で構成されてい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。
【請求項５】
前記駆動部を有する基板がガラス、前記スペーサが多結晶シリコンまたは窒化シリコン
を材料として構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の静電アクチュエ
ータ。
【請求項６】
前記駆動部を有する基板がシリコン、前記スペーサが酸化シリコンまたは窒化シリコン
を材料として構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の静電アクチュエ
ータ。
【請求項７】
前記絶縁層が酸化シリコン、前記スペーサが窒化シリコンを材料として構成されている
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。
【請求項８】
前記絶縁層が窒化シリコン、前記スペーサが酸化シリコンを材料として構成されている
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。
【請求項９】
絶縁層が酸化シリコンよりも比誘電率の高い材料、前記スペーサが酸化シリコンまたは
窒化シリコンを材料として構成されてい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。
【請求項１０】
請求項１〜９に記載の静電アクチュエータを有し、
液体が充填される吐出室の少なくとも一部分を前記被駆動部として、前記被駆動部の変
位により前記吐出室と連通するノズルから液滴を吐出させることを特徴とする液滴吐出ヘ
ッド。
【請求項１１】
電極が設けられる基板上に、スペーサとなる膜を所望の厚さで形成する工程と、
被駆動部が設けられる部分に合わせて前記膜の一部をエッチングしてスペーサを形成す
る工程と、
スペーサ形成によってできた凹部に電極を設ける工程と、
被駆動部が設けられた基板と前記電極が設けられた基板とを接合する工程と
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
被駆動部が設けられる基板に絶縁性を有する膜の層を第１の所望の厚さで形成する工程
と、
前記絶縁性を有する膜の層にさらにスペーサとなる膜を第２の所望の厚さで形成する工程
と、
被駆動部が設けられる部分に合わせて前記スペーサとなる膜の一部をエッチングしてス
ペーサを形成する工程と、
スペーサ形成によってできた凹部と電極と対向するように、前記被駆動部が設けられる
基板と前記電極が設けられた基板とを接合する工程と
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
ウェットエッチング法で、前記膜の一部をエッチングして前記スペーサを形成すること
を特徴とする請求項１１乃至１２記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１４】
ドライエッチング法で、前記膜の一部をエッチングして前記スペーサを形成することを
特徴とする請求項１１乃至１２記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１５】
前記スペーサを形成する膜又は前記絶縁層となる膜をＣＶＤにより形成することを特徴
とする請求項１１〜１４に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加わった力により動作部分が変位する微細加工素子において、その動作部分
となる被駆動部を駆動させて仕事をさせるアクチュエータ、液滴吐出ヘッド、その製造方
法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro 
Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成され
る微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置
で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フ
ィルタ、モータ、センサのようなアクチュエータ等がある。
【０００３】
ここで、微細加工素子のアクチュエータの一例として液滴吐出ヘッドに関して説明する
。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に
利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象
物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等の記録をするも
のである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラー
フィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示パネル（
ＯＬＥＤ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されて
いる。
【０００４】
液滴吐出ヘッドの中で、流路の一部に液体を溜めておく吐出室を備え、吐出室の少なく
とも一面の壁（ここでは、底壁とする。この壁は他の壁とも一体形成されているが、以下
、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて（動作させて）形状変化により吐
出室内の圧力を高め、連通するノズルから液滴を吐出させる方法がある。振動板を変位さ
せる力として、例えば駆動部となる電極と振動板との間に発生する静電力を利用している
。
【０００５】
ここで、被駆動部である振動板の動作を設計通りの特性で行うためには、振動板と電極
と間に形成される空間による空隙（以下、ギャップという）の距離をできる限り所望通り
に形成することが重要となる。そのため、電極上に犠牲層を形成し、さらに振動板となる
層を形成した後、エッチング等により犠牲層を除去してギャップを有する空間を形成する
方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−９８５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の方法では犠牲層を形成する前に平坦化工程を有するため、製造工
程が複雑になり、そのための時間的、経済的等のコストを費やすことになる。また、犠牲
層を除去するためのスルーホールを、振動板が形成される基板に多数形成する必要がある
ため、素子構造に関して設計等の自由度が低くなる。
【０００８】
そこで、本発明はこのような問題を解決するため、複雑な工程を経ることなく、所望の
ギャップの距離を得るアクチュエータ、静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド並びに製
造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るアクチュエータは、駆動部を有する基板と、駆動部により力が加わると変
位する被駆動部を有する基板と、駆動部を有する基板と被駆動部を有する基板との間に、
被駆動部を変位させるための所望の厚さを有する空間を形成するためのスペーサとを備え
たものである。
本発明によれば、例えば成膜によるスペーサを駆動部を有する基板と被駆動部を有する
基板との間に設けるようにしたので、スペーサを厚みにより駆動部と被駆動部とのギャッ
プの距離が精度よく制御されたアクチュエータを得ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、電極を有する基板と、電極により力が加わ
ると変位する被駆動部を有する基板と、電極を有する基板と被駆動部を有する基板との間
に、被駆動部を変位させるための所望の厚さを有する空間を形成するためのスペーサとを
備えたものである。
本発明によれば、例えば成膜によるスペーサを電極を有する基板と被駆動部を有する基
板との間に設けるようにしたので、スペーサを厚みにより電極と被駆動部とのギャップの
距離が精度よく制御された静電アクチュエータを得ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、被駆動部を有する基板の電極と対向する面
に絶縁性を有する膜からなる絶縁層を有する。
本発明によれば、絶縁層を設けることにより、被駆動部が電極に貼り付いて動作不能と
なることがない。
【００１２】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、駆動部を有する基板とスペーサ、または絶
縁層とスペーサとがそれぞれ異なる材料で構成されている。
本発明によれば、駆動部を有する基板とスペーサ、または絶縁層とスペーサとをそれぞ
れ異なる材料で構成しているので、例えば、製造工程においてスペーサ形成のためのエッ
チング等の処理を行う際に、基板、絶縁層までもエッチングしてしまうことなく、ギャッ
プの距離を精度よく保つことができる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、駆動部を有する基板がガラス、スペーサが
多結晶シリコンまたは窒化シリコンを材料として構成されている。
本発明によれば、製造工程においてスペーサ形成のためのエッチング等の処理を行う際
に、基板までもエッチングしてしまうことなく、ギャップの距離を精度よく保つことがで
きる。そして、基板をガラスとすることにより、製造コストを抑えることができる。
【００１４】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、駆動部を有する基板がシリコン、スペーサ
が酸化シリコンまたは窒化シリコンを材料として構成されている。
本発明によれば、製造工程においてスペーサ形成のためのエッチング等の処理を行う際
に、基板までもエッチングしてしまうことなく、ギャップの距離を精度よく保つことがで
きる。また、基板をシリコンとすることにより、基板と電極とを一体形成することができ
るので、より緻密に基板への電極作製ができ、高密度化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、絶縁層が酸化シリコン、スペーサが窒化シ
リコンを材料として構成されている。
本発明によれば、製造工程においてスペーサ形成のためのエッチング等の処理を行う際
に、絶縁層までもエッチングしてしまうことなく、ギャップの距離を精度よく保つことが
できる。
【００１６】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、絶縁層が窒化シリコン、スペーサが酸化シ
リコンを材料として構成されている。
本発明によれば、製造工程においてスペーサ形成のためのエッチング等の処理を行う際
に、絶縁層までもエッチングしてしまうことなく、ギャップの距離を精度よく保つことが
できる。
【００１７】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、絶縁層が酸化シリコンよりも比誘電率の高
い材料、スペーサが酸化シリコンまたは窒化シリコンを材料として構成されている。
本発明によれば、製造工程においてスペーサ形成のためのエッチング等の処理を行う際
に、絶縁層までもエッチングしてしまうことなく、ギャップの距離を精度よく保つことが
できる。また、比誘電率の高い材料を用いることにより、静電引力を大きくすることがで
き、エネルギー効率を向上させることができる。
【００１８】
また、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を有し、液体が充填
される吐出室の少なくとも一部分を被駆動部として、被駆動部の変位により吐出室と連通
するノズルから液滴を吐出させるものである。
本発明によれば、上記の静電アクチュエータによる液滴吐出ヘッドを得ることができる
ので、各ノズルの吐出特性をより均一にすることができ、例えば、画像等の印刷を行う場
合にはムラ等がなく、高精細の印刷を行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、電極が設けられる基板上に、ス
ペーサとなる膜を所望の厚さで形成する工程と、被駆動部が設けられる部分に合わせて膜
の一部をエッチングしてスペーサを形成する工程と、スペーサ形成によってできた凹部に
電極を設ける工程と、被駆動部が設けられた基板と電極が設けられた基板とを接合する工
程とを有している。
本発明によれば、膜厚を高精度に管理できる成膜により、所望の厚さの膜を基板上に形
成し、被駆動部が設けられる部分に合わせて膜の一部をエッチングしてスペーサを形成す
るようにしたので、電極と被駆動部との間のギャップを所望の距離に制御したアクチュエ
ータを、複雑な工程を経ることなく製造することができる。
【００２０】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、被駆動部が設けられる基板に絶
縁性を有する膜の層を第１の所望の厚さで形成する工程と、絶縁性を有する膜の層にさら
にスペーサとなる層を第２の所望の厚さで形成する工程と、被駆動部が設けられる部分に
合わせてスペーサとなる層の一部をエッチングしてスペーサを形成する工程と、スペーサ
形成によってできた凹部と電極と対向するように、被駆動部が設けられる基板と電極が設
けられた基板とを接合する工程とを有している。
本発明によれば、膜厚を高精度に管理できる成膜により、第２の所望の厚さの膜を基板
上に形成し、被駆動部が設けられる部分に合わせて膜の一部をエッチングしてスペーサを
形成するようにしたので、電極と被駆動部との間のギャップを所望の距離に制御したアク
チュエータを、複雑な工程を経ることなく製造することができる。
【００２１】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ウェットエッチング法で、膜の
一部をエッチングしてスペーサを形成する。
本発明によれば、ウェットエッチング法によりスペーサを形成するようにしたので、複
数の基板を同時に加工処理することもでき、効率よく、時間的、経済的にコストを低減す
ることができ、設備投資も小さくてすむ。
【００２２】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ドライエッチング法で、膜の一
部をエッチングしてスペーサを形成する。
本発明によれば、ドライエッチング法によりスペーサを形成するようにしたので、膜の
厚さ方向の垂直性に優れたスペーサを形成することができ、そのため、複数設けられた電
極間の幅を狭めることができるようになるため、高密度化を図ることができる。
【００２３】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、スペーサを形成する層又は絶縁
層となる膜をＣＶＤにより形成する。
本発明によれば、スペーサを形成する層又は絶縁層となる膜をＣＶＤで形成することに
より、緻密で均一性が良好な膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図
１は（静電）アクチュエータの代表としてフェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドを表し
たものである（なお、構成部材を図示し、見やすくするため、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異なる場合がある）。図１において、キャビ
ティ基板１は、例えば（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板を含め、以下、
単にシリコン基板という）で構成されている。キャビティ基板１には、吐出室５となる凹
部（底壁が被駆動部となる振動板４となる）及び各ノズル共通に吐出する液体を貯めてお
くためのリザーバ７となる凹部を形成する。凹部の形成には、例えば異方性ウェットエッ
チング法を用いる。リザーバ７はタンク（図示せず）から液体供給口１３を介して供給さ
れる液体を貯めておく。また、電極端子１９は電極８と同期し、キャビティ基板１に反対
の電荷を供給する。ここで電極基板２と対向する面には後述するように絶縁層１４を形成
している。
【００２５】
電極基板２は厚さ約１ｍｍであり、図１の方向からはキャビティ基板１の下面に接合さ
れる。本実施の形態では電極基板２にホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いる。電極基板２
のキャビティ基板１との接合する側の面にはスペーサ９が形成されている。キャビティ基
板１に形成される各吐出室５（振動板４）に合わせて、スペーサ９となる膜の一部を除去
し、スペーサ９形成と同時にギャップＧを有する凹部９Ａを形成する。スペーサ９の厚さ
（凹部９Ａの深さ）は約０．２〜０．６μｍとなるように形成し、本実施の形態では約０
．２５μｍに形成する。また、本実施の形態では、スペーサ９の材料として多結晶シリコ
ン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を用いる。これは、例えばスペーサ９（凹部９Ａ）形成のため異方
性エッチング工程において、ガラスのエッチャント（エッチング液）と異なるエッチャン
トを選択したためである。ガラスと同じエッチャントを用いない材料としては他にも窒化
シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）があり、窒化シリコンをスペーサ９の材料として用いてもよい。
【００２６】
凹部９Ａの内側に被駆動部を駆動させる、駆動部となる電極８、リード部１０及び端子
部１１（以下、これらを合わせて電極部という）を設ける。本実施の形態では、電極部の
材料として、酸化錫を不純物としてドープしたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫
酸化物）を用い、スパッタ法により凹部９Ａ内に例えば０．１μｍの厚さで成膜する。し
たがって、本実施の形態においては、振動板４（絶縁層１４）と電極８との間のギャップ
Ｇは約０．１５μｍとなる。ここでは電極部の材料としてＩＴＯを用いるが、例えばクロ
ム等の金属等を材料に用いてもよい。また、液体をリザーバ７に供給するための液体供給
口１３も設けている。
【００２７】
ノズル基板３は例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板である。電極基板２とは反対の
面（図１の場合には上面）でキャビティ基板１と接合している。図１ではノズル基板３が
上面となり、電極基板２を下面としているが、実際に用いられる場合には、ノズル基板３
の方が電極基板２よりも下面となることが多い。ノズル基板３には、吐出室５と連通する
ノズル１２が形成されている。本実施の形態においてはノズル１２は２段で構成されてお
り、内側（キャビティ基板１と接合される側）の直径が外側の直径よりも大きい。これは
、液体流れの整流作用により、液体の直進性を高めるためである。１８はダイヤフラムで
ある。また、ノズル基板３の内側の面（図１の場合には下面）にはオリフィス６となる細
溝を設け、吐出室５とリザーバ７とを連通させる連通溝とする。
【００２８】
図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。ノズル１２のノズル孔から吐出させる液体を吐
出室５で溜めておき、吐出室５の底壁である振動板４を撓ませることにより、吐出室５内
の圧力を高め、ノズル孔から液滴を吐出させる。ここで、本実施の形態の振動板４は、高
濃度のボロンドープ層で構成されている。これは、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶
液等のアルカリ性水溶液でシリコンの異方性ウェットエッチングを行った場合、高濃度（
約５×１０19ａｔｏｍｓ・ｃｍ-3以上）のボロン拡散領域で極端にエッチングレートが小
さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を利用するためである。また、キャビティ基
板１の下面（電極基板２と対向する面）には、液滴吐出ヘッド（振動板４）を駆動させた
時の絶縁破壊及び短絡を防止するため、絶縁層１４を例えば０．１１μｍ成膜する。本実
施の形態では、絶縁層１４を酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）で形成する。
【００２９】
発振駆動回路１５は、ワイヤ２１を介して端子部１１と接続され、電極８に電荷の供給
及び停止を制御する。発振駆動回路１５は例えば２０ｋＨｚで発振し、電極８に０Ｖと３
０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。この発振駆動回路１５が駆動し、電極８に
電荷を供給して正に帯電させると、振動板４は負に帯電し、静電気力により電極８に引き
寄せられて撓む。これにより吐出室５の容積は広がる。そして、電極８への電荷供給を止
めると振動板４は元に戻るが、そのとき吐出室５の容積も元に戻るから、そのとき発生す
る圧力により液滴が吐出し、例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって画像、
文字等の記録が行われる。また、キャビティ基板１のシリコン基板と発振駆動回路１５と
は、電極端子１９を介して電気的に接続される。
【００３０】
本実施の形態は、電極８と振動板４（絶縁層１４）との間のギャップＧの距離を、簡単
な工程で設計通りに作製できる方法及び液滴吐出ヘッドを得るためのものである。ギャッ
プが広くなると電力消費が大きくなったり、所定の静電力が得られなかったりする。また
、ギャップが狭くなると、振動板４の変位が小さくなるため、所望の吐出特性が得られな
い場合がある。特に液滴吐出ヘッドのような複数のノズルが存在する場合においては、ノ
ズル間、また製品間で吐出特性のばらつきが生じる場合がある。そこで本実施の形態は、
エッチングによる厚さ管理より高い精度で厚さ管理ができる膜形成（成膜）により、スペ
ーサ９となる膜をあらかじめ電極基板２上に所望の厚さで形成し、その層の一部をエッチ
ングにより除去して凹部９Ａを形成することで、電極基板をエッチングして凹部を形成す
るよりも、所望の厚さで、スペーサ９（凹部９Ａ）を形成するようにする。一方、振動板
４が形成されたキャビティ基板１の電極基板２と対向する面には、振動板４の安定駆動を
はかるための絶縁層１４を形成する。面は平坦なので所望の厚さの層を高精度に形成する
ことができる。その後、キャビティ基板１と電極基板２とを陽極接合することにより、ス
ペーサ９の厚さによる所定の距離のギャップを得ることができる。
【００３１】
図３は電極基板２の処理工程を表す図である。なお、図３では、ある液滴吐出ヘッドの
一部だけが表されているが、実際にはシリコンウェハ単位で作製されるので複数個分の液
滴吐出ヘッドの部材を一体形成することとなる。まず、電極基板２の作製について説明す
る。まず、電極基板２となるガラス基板の表面にスペーサ９となる多結晶シリコン膜４２
を成膜する（図３（ａ））。成膜方法としては、例えば、ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure-C
hemical Vapor Deposition：減圧化学気相堆積法）又はスパッタ法を用いる。ＬＰ−ＣＶ
Ｄは、例えば基板温度５５０〜６５０℃、圧力が２０〜２００Ｐａにおいて、シラン（Ｓ
ｉＨ4 ）をガスとして用いて成膜する。一方、スパッタ法の場合は、例えば基板温度４０
０〜５００℃、圧力が０．１Ｐａのアルゴンガス雰囲気中において成膜する。
【００３２】
そして、成膜した多結晶シリコン膜に対してスペーサ９（凹部９Ａ）を形成する。あら
かじめスペーサ９（凹部９Ａ）に合わせたパターンのレジストをフォトリソグラフィ法に
より多結晶シリコン膜上に作成しておき、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性
イオンエッチング）でＣＦ4  ＳＦ6等のガスを用いてエッチングを行い、レジストで覆わ
れていない部分（凹部９Ａとなる部分）を除去するドライエッチング法により形成する。
その後、レジストを除去するとスペーサ９が完成する（図３（ｂ））。そして、例えばス
パッタ法によるスパッタリングを行って、凹部９Ａ上にＩＴＯを成膜し、電極に合わせた
パターンのレジストをフォトリソグラフィ方によりＩＴＯ膜上に作成し、レジストで覆わ
れていない部分（電極８以外の部分）を除去するウェットエッチング方により電極８を形
成し、電極基板２を作製する（（図３（ｃ）））。
【００３３】
図４はキャビティ基板１となるシリコン基板４１の処理工程を表す図である。まず、キ
ャビティ基板１となるシリコン基板４１（この時点では、通常ウェハ状となっている）に
洗浄等の処理を施す（図４（ａ））。そして、シリコン基板４１の一方の面をＢ2 Ｏ3 を
主成分とする固体の拡散源に対向させ、石英ボードにセットし、さらに拡散炉にその石英
ボートをセットする。炉内を窒素雰囲気にして温度を約１１００℃に上昇させて保持した
状態で、ボロン（ホウ素）をシリコン基板４１中に拡散させ、ボロン拡散（ボロンドーブ
）層４２（ボロンの濃度は、約１．０×１０20ａｔｏｍｓ・ｃｍ-3とする。）を形成する
（図４（ｂ））。ボロン拡散層４２のシリコン基板４１表面にはボロン化合物が生成され
る。これを酸素及び水蒸気雰囲気中、例えば摂氏６００度の条件で１時間３０分酸化させ
、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 に化学変化させ、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 をフッ酸水溶液でエッチングして
除去する。
【００３４】
次に絶縁層１４となる酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜の層をボロン拡散層４２表面に形成
する（図４（ｃ））。成膜方法としては、例えば、プラズマ−ＣＶＤ又はＬＰ−ＣＶＤを
用いる。プラズマ−ＣＶＤは、例えば基板温度３５０〜４５０℃、圧力が３０〜７００Ｐ
ａにおいて、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4 ）をガスとして用い
、成膜する。または、温度２５０〜４００℃、圧力が３０〜５００Ｐａにおいて、シラン
（ＳｉＨ4 ）と二酸化窒素（ＮＯ2 ）の混合ガスを用いて成膜する。また、ＬＰ−ＣＶＤ
は、例えば基板温度６５０〜７５０℃、圧力が２０〜２００ＰａにおいてＴＥＯＳをガス
として用いて成膜する。ここではＴＥＯＳを用いた絶縁層１４形成を行うものとする。こ
こで、絶縁層１４を成膜する前にＯ2 プラズマ処理を行ってボロン拡散層４２の表面をク
リーニングし、成膜した絶縁層１４の絶縁耐圧の均一性を向上させるようにしてもよい。
また、場合によっては、絶縁層１４上にアニール処理を施し、膜の緻密性を向上させて絶
縁耐圧を向上させるようにしてもよい。
【００３５】
図５は接合及び液滴吐出ヘッド作製の最終工程を表す図である。図５（ａ）に示すよう
に、シリコン基板４１と電極基板２との陽極接合を行う。陽極接合とは、キャビティ基板
１となるシリコン基板４１と電極基板２とを、例えば３６０℃に加熱した後、電極基板２
を負極側、シリコン基板４１を正極側と接続して、例えば８００Ｖの電圧を印加すること
で行う表面活性化接合である。陽極接合によって、電極基板２（スペーサ９）とシリコン
基板４１（絶縁層１４）とは原子レベルで接合するため、例えば接合部分から凹部９Ａに
水分が侵入するのを防ぐことができる。ここでは陽極接合により接合しているが、他の表
面活性化接合、接着剤による接合等を行ってもよい。
【００３６】
陽極接合後、図５（ｂ）に示すように、例えば、３８重量パーセントの濃度の水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）水溶液に接合した基板を浸し、さらに３２重量パーセントの濃度の水酸
化カリウム水溶液に浸してシリコン基板４１を所望の厚さ（吐出室５等の高さ）になるま
でエッチングする。濃度の高いＫＯＨに浸すことで、ある程度の厚さまでエッチング速度
を優先し、その後、濃度の低いＫＯＨに浸し、シリコン基板の表面荒れを抑え、かつ、エ
ッチング面上にできる極小突起の発生率も抑えるように仕上げる。他にシリコン基板の全
面エッチングを行う方法としてはグラインドする方法がある。例えば所望の厚さよりも約
１０μｍ多い厚さまでグラインドした後、グラインドにより生じた表面の加工変質層をフ
ッ酸・硝酸混合液を用いて取り除く方法も有効である。
【００３７】
次にプラズマ−ＣＶＤにより、例えば、成膜時の処理温度が３６０℃、高周波出力が７
００Ｗ、圧力が約３３Ｐａ、ＴＥＯＳガス流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ、酸素ガス流量１０
００ｃｍ3 ／ｍｉｎの条件でエッチングを施した面に対して酸化シリコン膜を例えば１．
５μｍ成膜する。そして、パターニングを酸化シリコン膜に施し、フッ酸水溶液でエッチ
ングして、吐出室５、リザーバ９等、キャビティ基板１の部材を形成するためのエッチン
グマスク（レジスト）を酸化シリコンによりパターニングする。
【００３８】
パターニング形成後、基板全体を３５重量パーセントの濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ
）水溶液に浸し、パターニングしていない部分のシリコン基板４１の厚さが約１０μｍに
なるまでウェットエッチングを行う。その後、さらにシリコン基板４１を３重量パーセン
トの濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、前述したエッチングストップとみなすことがで
きるまでウェットエッチングを行う。これにより、ボロン拡散層４２が振動板４となり、
またリザーバ９の底壁面となる。ウェットエッチングが終了すると、フッ酸水溶液で酸化
シリコン膜のエッチングマスクを除く。
【００３９】
ノズルプレート３については、ノズルプレート３となる２００μｍのシリコン基板にノ
ズル孔１６を開ける。また、ウェットエッチング等を用いて細溝８を形成する。さらに電
極取り出し口２５に合わせた貫通穴（図示せず）を形成する。そして、例えばエポキシ樹
脂等の接着剤を用いてキャビティプレート１上に接着する（図５（ｃ））。最後に、ダイ
シングを行ってウェハに一体形成されている複数の液滴吐出ヘッドを個々に切り離し、図
２に示すような液滴吐出ヘッドが完成する。
【００４０】
以上のように実施の形態１によれば、膜厚を高精度に管理できる成膜により、多結晶シ
リコン膜を電極基板２に形成し、振動板４の位置に合わせて層の一部をエッチングにより
除去し、スペーサ９（凹部９Ａ）を形成するようにしたので、電極８と振動板４（絶縁層
１４）との間のギャップＧを所望の距離に制御した液滴吐出ヘッドを製造することができ
る。その際、犠牲層を構築するために基板を平坦化するというような複雑な工程を経なく
てもよい。また、スペーサ９を多結晶シリコンとしたので、ガラスの電極基板２をエッチ
ングさせてしまうことなく、スペーサ９（凹部９Ａ）を形成することができる。また、電
極基板２をガラスにすることで、コスト低減を図ることができる。さらに、ウェットエッ
チング法によりスペーサ９を形成するようにしたので、複数の基板を同時に加工処理する
こともでき、効率よく、時間的、経済的にコストを低減することができ、設備投資も小さ
くてすむ。
【００４１】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係るキャビティ基板１となるシリコン基板４１の処理工
程を表す図である。実施の形態１ではスペーサ９を電極基板２に形成してシリコン基板４
１（キャビティ基板１）と接合したが、本実施の形態は、スペーサ９をシリコン基板４１
側に形成し、電極基板２と接合するものである。
【００４２】
ここで、スペーサ９形成のためにエッチングを行うが、その際、絶縁層１４に影響を及
ぼさないように、絶縁層１４とスペーサ９とはエッチャントが異なる材料で構成する。本
実施の形態では、例えば、絶縁層１４を窒化シリコン、スペーサ９を酸化シリコンを材料
として形成する。ここで、絶縁層１４を酸化シリコン、スペーサ９を窒化シリコンとして
もよいし、第１の実施の形態と同様にスペーサ９に多結晶シリコンを材料としても用いて
もよい。なお、本実施の形態におけるスペーサ及び絶縁層については、第１の実施の形態
と材料が異なるが、機能的、構成的に同じ役割を果たすので、スペーサ９、絶縁層１４と
同じ符号を付して説明する。
【００４３】
図６（ａ）に示すように、実施の形態１と同様に、キャビティ基板１となるシリコン基
板４１に洗浄等の処理を施す。さらに、ボロン（ホウ素）をシリコン基板４１中に拡散さ
せ、ボロン拡散層４２を形成する（図６（ｂ））。
【００４４】
次に絶縁層１４となる窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜の層をボロン拡散層４２表面に形成
する（図６（ｃ））。成膜方法としては、酸化シリコンと同様に例えば、プラズマ−ＣＶ
Ｄ、ＬＰ−ＣＶＤ、常圧ＣＶＤ等の方法を用いる。プラズマ−ＣＶＤは、例えば基板温度
２５０〜４００℃、圧力が３０〜５００Ｐａにおいて、シラン（ＳｉＨ4 ）とアンモニア
（ＮＨ3 ）の混合ガスを用いて成膜する。また、ＬＰ−ＣＶＤは、例えば基板温度６５０
〜８００℃、圧力が２０〜２００Ｐａにおいてジクロールシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とアン
モニア（ＮＨ3 ）の混合ガスを用いて成膜する。また、他にＰＶＤ（Physical Vapor Dep
osition ）であるスパッタ法を用いてもよい。スパッタ法については、例えば、常温、圧
力が０．１Ｐａの下で、ターゲットをシリコンとし、窒素（Ｎ2 ）ガス雰囲気中で行う。
【００４５】
絶縁層１４を形成すると、その層上に、スペーサ９となる酸化シリコン膜６１をさらに
形成する。酸化シリコンの成膜方法については、実施の形態１で行った説明と同様の方法
で行う。そして、成膜した酸化シリコン膜６１に対してスペーサ９（凹部９Ａ）を形成す
る。あらかじめスペーサ９（凹部９Ａ）に合わせてレジストを酸化シリコン膜上にパター
ニングしておき、例えば常温のフッ酸水溶液（ＨＦ）又はバッファードフッ酸水溶液（Ｂ
ＨＦ）に浸漬して、レジストで覆われていない部分を除去する。その後、レジストを除去
するとスペーサ９が完成する（図６（ｄ））。例えば、ここで、スペーサ９を窒化シリコ
ンで形成する場合は、１５０〜１８０℃の熱リン酸水溶液（Ｈ3ＰＯ4）に浸漬する。
【００４６】
一方、本実施の形態では、電極基板２上にスペーサ９を形成する必要がないので、実施
の形態１で説明した図３（ｂ）のスペーサ９形成工程を省略して、電極部となるＩＴＯを
成膜し、電極基板２を作製する。
【００４７】
そして、実施の形態１と同様に作製したキャビティ基板１となるシリコン基板４１と電
極基板２とを接合して液滴吐出ヘッドを作製するが、これらの工程は実施の形態１におい
て図５を用いて説明したことと同様の工程で行われるので説明を省略する。
【００４８】
以上のように実施の形態２によれば、膜厚を高精度に管理できる成膜により、酸化シリ
コン膜を絶縁層１４（窒化シリコン膜の層）上に形成し、振動板４の位置に合わせて膜の
一部をエッチングにより除去し、スペーサ９（凹部９Ａ）を形成するようにしたので、電
極８と振動板４（絶縁層１４）との間のギャップＧを所望の距離に制御した液滴吐出ヘッ
ドを製造することができる。絶縁層１４を窒化シリコン、スペーサ９を酸化シリコンとし
、エッチャントが異なる材料とするので、スペーサ９の形成の際、絶縁層１４までエッチ
ングしてしまうことを防止し、スペーサ９の厚みだけでギャップＧの距離を制御すること
ができる。これは絶縁層１４を酸化シリコン、スペーサ９を窒化シリコンとしても同じで
ある。そして、窒化シリコン膜をＣＶＤで形成することにより、緻密で均一性が良好な膜
を得ることができる。特にスペーサ９となる窒化シリコン膜をＣＶＤにより形成する際に
は、各ノズルに設けられた電極と振動板との間のギャップＧのばらつきを低減し、ギャッ
プ部の形状を精度よく形成することができ、吐出特性のばらつきを抑えることができる。
【００４９】
実施の形態３．
上述の第１の実施の形態では、電極基板２にガラス基板を用いたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、ガラス基板の代わりに例えばシリコン基板を用いるようにしても
よい。ここで、シリコン基板はｐ型のシリコン基板を用いるものとする。例えばｐ型のシ
リコン基板を熱酸化法により表面に酸化シリコン膜を形成し、フォトリソグラフィ法を用
いて、電極部となる部分の形状が露出するようにパターニングを行う。そして、電極部と
なる部分にリン（Ｐ）を拡散させてｎ型の領域（チャネル）を形成する。したがって、ｎ
型の領域をｐ型の領域で囲むことになるため、電極基板２に電極部を個別に一体形成する
ことができる。これにより、直接的に電極基板に電極部を作り込め、高密度化を図ること
ができる。ここで、実施の形態１の方法の場合、スペーサ９となる膜はシリコンとエッチ
ャントが異なる酸化シリコン又は窒化シリコンを材料として構成する。
【００５０】
実施の形態４．
上述の実施の形態では、絶縁層１４として、酸化シリコン、窒化シリコンを説明したが
、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）、窒化ハフニウムシリケート（酸窒
化ハフニウムシリケート：ＨｆＳｉＯＮ）等、酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料で
絶縁層１４を構成し、スペーサ９を酸化シリコン、窒化シリコンで構成するようにしても
よい。酸化アルミナの成膜方法としては、例えばスパッタ又はＣＶＤを用いる。ＣＶＤは
、例えば基板温度８００〜１０００℃、圧力が約１００Ｐａにおいて、塩化アルミニウム
（ＡｌＣｌ3 ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、水素（Ｈ2 ）の混合ガスを用いて成膜する。ま
た、スパッタの場合は、常温、圧力が０．１Ｐａの下で、ターゲットをアルミニウム、酸
素（Ｏ2 ）ガス雰囲気中で成膜する。酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料を絶縁層１
４とすることにより、酸化シリコンで成膜した場合に比べ、同じ条件下でも静電引力を大
きくすることができ、エネルギー効率を向上させることができる。
【００５１】
実施の形態５．
上述の実施の形態では、酸化シリコンまたは窒化シリコンでスペーサ９を形成する際、
スペーサ９が形成される膜にウェットエッチング法を行う方法について説明した。本発明
はこれに限定されるものではない。ドライエッチング法によりエッチングを行うことがで
きる。例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）により、酸化
シリコン、窒化シリコン等をエッチングする場合には、常温下でＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2
Ｆ6等の塩素系ガスを用いてエッチングを行う。ドライエッチングを用いれば、スペーサ
９を厚さ方向により垂直に形成することができるので、電極８間の間隔を狭めることが可
能であり、高密度化を図ることができる。
【００５２】
実施の形態６．
図７は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の主要な構成
手段を表す図である。図７の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による
印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図７において、被印刷物で
あるプリント紙１１０が支持されるドラム１１１と、プリント紙１１０にインクを吐出し
、記録を行う液滴吐出ヘッド１１２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴
吐出ヘッド１１２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は
、ドラム１１１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１１３により、ドラム１１１に
圧着して保持される。そして、送りネジ１１４がドラム１１１の軸方向に平行に設けられ
、液滴吐出ヘッド１１２が保持されている。送りネジ１１４が回転することによってに液
滴吐出ヘッド１１２がドラム１１１の軸方向に移動するようになっている。
【００５３】
一方、ドラム１１１は、ベルト１１５等を介してモータ１１６により回転駆動される。
また、プリント制御手段１１７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１１４、
モータ１１６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、液滴吐出ヘッド１１２にあ
る発振駆動回路を駆動させて振動板４を振動させ、制御をしながら印刷を行わせる。
【００５４】
ここでは液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしているが、液滴吐出
ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に
吐出する用途ではカラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光（Electr
oLuminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出する用途では、発
光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途では例えば導電性金属を含む液体
を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい
。また、液滴吐出ヘッド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。その他、染
料の吐出等にも利用することができる。
【００５５】
実施の形態７．
図８は本発明を利用したアクチュエータの例である波長可変光フィルタを表す図である
。上述の実施の形態は、液滴吐出ヘッドを例として説明したが、本発明は液滴吐出ヘッド
だけに限定されず、静電方式であるか否かを問わず、他の微細加工のアクチュエータにも
適用することができる。例えば、図８の波長可変光フィルタは、ファブリ・ペロー干渉計
の原理を利用し、可動鏡２００と固定鏡２１０との間隔を変化させながら選択した波長の
光を出力するものである。可動鏡２００を変位させるためには、可動鏡２００が設けられ
ている、シリコンを材料とする可動体２０１を変位させる。そのために電極２３０と可動
体２００（可動鏡２０１）とを所定の間隔（ギャップ）で対向配置する必要がある。そこ
で、この間隔を所定の間隔に制御するため、上述の実施の形態で説明した方法を用いてス
ペーサ２２０を設ける。これにより、波長可変光フィルタの性能向上を図ることができる
。また、モータ、センサ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、光スイッチ
等のミラーデバイス等、他の種類の微細加工のアクチュエータにも適用することができる
。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図３】電極基板２の処理工程を表す図である。
【図４】キャビティ基板１となるシリコン基板４１の処理工程を表す図である。
【図５】接合及び液滴吐出ヘッド作製の最終工程を表す図である。
【図６】実施の形態２に係るシリコン基板５１の処理工程を表す図である。
【図７】液滴吐出記録装置の主要な構成手段を表す図である。
【図８】本発明を利用した波長可変光フィルタを表す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  キャビティ基板、２  電極基板、３  ノズル基板、４  振動板、５  吐出室、６  
オリフィス、７  リザーバ、８  電極、９  スペーサ、９Ａ  凹部、１０  リード部、１
１  端子部、１２  ノズル、１３  液体供給口、１４  絶縁層、１５  発振駆動回路、１
８  ダイヤフラム、１９  電極端子、４１  シリコン基板、４２  ボロン拡散層、１１０
プリント紙、１１１  ドラム、１１２  液滴吐出ヘッド、１１３  紙圧着ローラ、１１
４  送りネジ、１１５  ベルト、１１６  モータ、１１７  プリント制御手段、２００  
可動鏡、２０１  可動体、２１０  固定鏡、２２０  スペーサ、２３０  電極。
【図１】
2006198820.tif 000003
【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】
2006198820.tif 000008
【図７】
2006198820.tif 000009
【図８】
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