(57)【要約】【課題】アクチュエータの絶縁膜としてＨｉｇｈ−ｋ材を用いた場合でも接合強度を確保することができる静電アクチュエータ等を提供する。【解決手段】シリコン基板２とガラス基板３がギャップＧを隔てて接合され、ギャップＧに面して位置するシリコン基板２側に振動板１２が設けられガラス基板３側に対向電極１７が設けられて、振動板１２と対向電極１７間に駆動電圧を印可し振動板１２を静電力により変形させる静電アクチュエータであって、ギャップＧに面して位置する振動板１２の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜１６ａが成膜によって形成されており、シリコン基板２とガラス基板３とが接合したシリコン基板２側の接合部には、シリコン基板２の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜１６ｂが熱酸化処理によって形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板とガラス基板がギャップを隔てて接合され、前記ギャップに面して位置するシリコン基板側に振動板が設けられ前記ガラス基板側に対向電極が設けられて、前記振動板と前記対向電極間に駆動電圧を印可し前記振動板を静電力により変形させる静電アクチュエータであって、
前記ギャップに面して位置する前記振動板の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜が成膜によって形成されており、前記シリコン基板とガラス基板とが接合した前記シリコン基板側の接合部には、該シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって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ＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が、前記シリコン基板の表面より２０ｎｍ以上の深さにわたり形成されたもの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】
前記高誘電率膜が、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2 またはＴａ2Ｏ5のいずれかよりなるもの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４】
シリコン基板とガラス基板がギャップを隔てて接合され、前記ギャップに面して位置するシリコン基板側に振動板が設けられ前記ガラス基板側に対向電極が設けられて、前記振動板と前記対向電極間に駆動電圧を印可し前記振動板を静電力により変形させる静電アクチュエータであって、前記ギャップに面して位置する前記振動板の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜が成膜によって形成されており、前記シリコン基板とガラス基板とが接合した前記シリコン基板側の接合部には、該シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されている静電アクチュエータが適用されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
シリコン基板とガラス基板がギャップを隔てて接合され、前記ギャップに面して位置するシリコン基板側に振動板が設けられ前記ガラス基板側に対向電極が設けられて、前記振動板と前記対向電極間に駆動電圧を印可し前記振動板を静電力により変形させる静電アクチュエータであって、前記ギャップに面して位置する前記振動板の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜が成膜によって形成されており、前記シリコン基板とガラス基板とが接合した前記シリコン基板側の接合部には、該シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されている静電アクチュエータが適用されている液滴吐出ヘッドが搭載されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
シリコン基板とガラス基板がギャップを隔てて接合され、前記ギャップに面して位置するシリコン基板側に振動板が設けられ前記ガラス基板側に対向電極が設けられ、前記ギャップに面して位置する前記振動板の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜が成膜によって形成されており、前記シリコン基板とガラス基板とが接合した前記シリコン基板側の接合部には、該シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されている静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の振動板が形成される側の面にＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い高誘電率膜を形成する工程と、
前記高誘電率膜の一部を一定の間隔で前記シリコン基板の表面までエッチングして前記高誘電率膜を区画形成する工程と、
前記高誘電率膜をエッチングした部分の前記シリコン基板の表面より所定の深さだけ熱酸化処理を行って前記ＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜を形成する工程と、
前記ガラス基板が前記シリコン基板の熱酸化膜位置において前記シリコン基板と接合する工程とを含むもの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７】
請求項６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８】
請求項７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、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。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットヘッドは高画質、高速印刷を可能とするために、ノズル密度が増加している。しかしながら、ノズル密度を増加させるに従い、インクを効率的に吐出させることが必要となる。静電アクチュエータ型のインクジェットヘッドにおいて、吐出効率を向上させるためには、静電アクチュエータの絶縁膜としてＨｉｇｈ−ｋ材（比誘電率が高い物質）を用いることが１つの方法であると考えられている。
【０００３】
静電アクチュエータにおいては、従来から、アクチュエータの安定駆動と駆動耐久性を確保するための絶縁膜が提案されている。例えば、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、振動板が対向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がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、静電アクチュエータの絶縁膜として、酸化アルミニウムなどを用いるインクジェットヘッドがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６５４１３号公報（第２頁、図１−図５）
【特許文献２】特開平１１−９９６４７号公報（第２頁、図８−図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の静電アクチュエータでは、高画質、高速印刷を可能とするために、ノズル密度をあげ、アクチュエータのエネルギー密度を向上させることが必要であるが、シリコンの酸化膜ではエネルギー密度を向上させるのには不十分であった。
特許文献２に記載の静電アクチュエータでは、アクチュエータのエネルギー密度を向上させるために、酸化アルミニウムなどのＨｉｇｈ−ｋ材（比誘電率が高い物質）よりなる絶縁膜を利用している。しかしながら、かかる絶縁膜とガラス基板を陽極接合する際に、絶縁膜とガラスとの接合強度を十分に確保することができないという問題があった。
【０００７】
このため、アクチュエータの絶縁膜として酸化アルミニウムなどのＨｉｇｈ−ｋ材（比誘電率が高い物質）を用いて静電力をあげ、ガラスとの接合部付近にはＴＥＯＳを成膜して接合強度を上げる方法も考えられている。しかしながら、Ｈｉｇｈ−ｋ材の上にＴＥＯＳが成膜して表面に残るため、ＴＥＯＳ膜がない場合と比較して排除体積が減少してしまうという問題があった。
また、Ｈｉｇｈ−ｋ材の全面にＴＥＯＳを成膜する構造（絶縁膜のハイブリッド構造）も考えられ、これによると接合強度を確保することができ、絶縁膜の面粗さが低いため絶縁破壊も起こりにくい。しかしながら、絶縁膜が厚くなり、静電エネルギーが減少してしまうという問題があった。
【０００８】
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、アクチュエータの絶縁膜としてＨｉｇｈ−ｋ材を用いた場合でも接合強度を確保することができる静電アクチュエータ、かかる静電アクチュエータを適用した液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、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は、シリコン基板とガラス基板がギャップを隔てて接合され、前記ギャップに面して位置するシリコン基板側に振動板が設けられ前記ガラス基板側に対向電極が設けられて、前記振動板と前記対向電極間に駆動電圧を印可し前記振動板を静電力により変形させる静電アクチュエータであって、前記ギャップに面して位置する前記振動板の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜が成膜によって形成されており、前記シリコン基板とガラス基板とが接合した前記シリコン基板側の接合部には、該シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されている。
【００１０】
シリコン基板がガラス基板と接合する部分の絶縁膜は、シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されたものであるため、振動板の表面にＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜を成膜によって形成した場合でも、シリコン基板とガラス基板との接合強度を十分に確保することができる。こうして形成された絶縁膜によって、静電アクチュエータ内への異物や液滴の侵入を防止して歩留まりを向上させ、異物の混入を防止して安定駆動を可能とし、気相処理が可能となって駆動耐久性が向上する。また、アクチュエータ部のギャップ内の絶縁膜として比誘電率が高いｈｉｇｈ−ｋ材を用いているため、静電アクチュエータが高い静電力を確保することができ、低電圧であっても静電アクチュエータを駆動することができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、前記ＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が、前記シリコン基板の表面より２０ｎｍ以上の深さにわたり形成されたものである。
これによって、ガラス基板とシリコン基板とを強固に接合することができる。
【００１２】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、前記高誘電率膜が、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2 またはＴａ2Ｏ5のいずれかよりなるものである。
アクチュエータ部の高誘電率膜としてＳｉＯ2 よりも比誘電率が高いＡｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2 またはＴａ2Ｏ5からなるｈｉｇｈ−ｋ材を用いているため、静電アクチュエータが高い静電力を確保することができ、低電圧であっても駆動することができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、シリコン基板とガラス基板がギャップを隔てて接合され、前記ギャップに面して位置するシリコン基板側に振動板が設けられ前記ガラス基板側に対向電極が設けられて、前記振動板と前記対向電極間に駆動電圧を印可し前記振動板を静電力により変形させる静電アクチュエータであって、前記ギャップに面して位置する前記振動板の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜が成膜によって形成されており、前記シリコン基板とガラス基板とが接合した前記シリコン基板側の接合部には、該シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されている静電アクチュエータが適用されているものである。
これによって、高い静電エネルギーを得ることができる静電アクチュエータを備えた吐出特性に優れた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は、シリコン基板とガラス基板がギャップを隔てて接合され、前記ギャップに面して位置するシリコン基板側に振動板が設けられ前記ガラス基板側に対向電極が設けられて、前記振動板と前記対向電極間に駆動電圧を印可し前記振動板を静電力により変形させる静電アクチュエータであって、前記ギャップに面して位置する前記振動板の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜が成膜によって形成されており、前記シリコン基板とガラス基板とが接合した前記シリコン基板側の接合部には、該シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されている静電アクチュエータが適用されている液滴吐出ヘッドが搭載されているものである。
これによって、吐出特性にすぐれた液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。
【００１５】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板とガラス基板がギャップを隔てて接合され、前記ギャップに面して位置するシリコン基板側に振動板が設けられ前記ガラス基板側に対向電極が設けられ、前記ギャップに面して位置する前記振動板の表面にはＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜が成膜によって形成されており、前記シリコン基板とガラス基板とが接合した前記シリコン基板側の接合部には、該シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されている静電アクチュエータの製造方法であって、前記シリコン基板の振動板が形成される側の面にＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い高誘電率膜を形成する工程と、
前記高誘電率膜の一部を一定の間隔で前記シリコン基板の表面までエッチングして前記高誘電率膜を区画形成する工程と、前記高誘電率膜をエッチングした部分の前記シリコン基板の表面より所定の深さだけ熱酸化処理を行って前記ＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜を形成する工程と、前記ガラス基板が前記シリコン基板の熱酸化膜位置において前記シリコン基板と接合する工程とを含むものである。
【００１６】
シリコン基板がガラス基板と接合する部分の絶縁膜は、シリコン基板の表面より所定の深さだけＳｉＯ2 よりなる絶縁性の熱酸化膜が熱酸化処理によって形成されたものであるため、振動板の表面にＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い絶縁性の高誘電率膜を成膜によって形成した場合でも、シリコン基板とガラス基板との接合強度を十分に確保する静電アクチュエータを得ることができる。また、アクチュエータ部のギャップ内の絶縁膜として比誘電率が高いｈｉｇｈ−ｋ材を用いているため、静電アクチュエータが高い静電力を確保することができ、低電圧であっても駆動することができる静電アクチュエータを得ることができる。
【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。
これによって、高い静電エネルギ−を有する静電アクチュエータを備えた吐出特性に優れた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【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を適用して液滴吐出装置を製造するものである。
これによって、吐出特性にすぐれた液滴吐出ヘッドを備えた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】
【００１９】
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の分解斜視図、図２は図１の組み立て状態の縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図１〜図３は、本発明に係る静電アクチュエータを液滴吐出ヘッドに適用した例を示しており、この液滴吐出ヘッドは静電駆動方式でフェイスイジェクトタイプである。
実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、キャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４が接合されることにより構成されている。
ノズル基板４はシリコンからなり、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。第１のノズル孔６は、液滴吐出面１０（キャビティ基板２との接合面１１の反対面）に開口し、第２のノズル孔７は、キャビティ基板２との接合面１１に開口するように形成されている。ノズル基板４のキャビティ基板２が接合される側の面１１には、細溝状の凹部１５ａが形成されており、ノズル基４板をキャビティ基板２と接合した際に、オリフィス１５となって、後述のリザーバと各吐出室を連通する。
【００２０】
キャビティ基板２は、単結晶シリコンからなり、底壁が振動板１２である吐出室１３となる凹部１３ａが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、各吐出室１３にインク等の液滴を供給するためのリザーバ１４となる単一の凹部１４ａが形成されている。そして、オリフィス１５となる凹部１５ａは、各吐出室１３となる凹部１３ａに対して１つずつ形成されており、リザーバ１４と各吐出室１３を連通している。
【００２１】
キャビティ基板２の電極基板３が接合される側の面には、絶縁膜１６が形成されており、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。この絶縁膜１６は、ＳｉＯ2 （酸化シリコン）よりも比誘電率が高い物質よりなる高誘電率膜１６ａと、ＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂによって形成されている（図３参照）。なお、絶縁膜１６の詳細は後述する。また、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、耐液滴保護膜１９が形成されている。この耐液滴保護膜１９は、吐出室１３やリザーバ１４の内部の液滴により、キャビティ基板２がエッチングされるのを防止する。
【００２２】
キャビティ基板２の振動板１２側には、ホウ珪酸ガラスからなる電極基板３が接合されている。電極基板３には、振動板１２と対向する複数の対向電極１７がギャップＧを介して形成されている。この対向電極１７は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパッタすることにより形成する。また、電極基板３には、リザーバ１４と連通する液滴供給孔１８が形成されている。この液滴供給孔１８は、リザーバ１４の底壁に設けられた孔１８ａと繋がっており、リザーバ１４にインク等の液滴を外部から供給する。なお、単結晶シリコンからなるキャビティ基板２とホウ珪酸ガラスからなる電極基板３とは、陽極接合によって接合されている。
【００２３】
次に、先に述べた絶縁膜１６（１６ａ，１６ｂ）について詳述する。図３に示すように、ギャップＧ内の振動板１２の下面には、絶縁膜１６を構成する高誘電率膜１６ａが成膜によって形成されており、また、電極基板３とキャビティ基板２とが接合される部分のキャビティ基板２側（ギャップＧ以外の部分側）には、絶縁膜１６を構成するＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂが、熱酸化処理によって、キャビティ基板２表面よりキャビティ基板２の内部側に所定の厚みをもって形成されている。この熱酸化膜１６ｂの厚みは、２０ｎｍ以上あることが望ましい。この熱酸化膜１６ｂは、シリコン基板（キャビティ基板２）の表面に成膜した高誘電率膜１６ａとなる膜をエッチングして除去した部分のシリコン基板の表面に、熱酸化処理を行って形成したものである。すなわち、絶縁膜１６は、高誘電率膜１６ａが、ＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂによって区画形成されている。こうして、ＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂと、ＳｉＯ2 よりも比誘電率が高い物質よりなる高誘電率膜１６ａによって、絶縁膜１６が形成されている。
【００２４】
高誘電率膜１６ａは、例えば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）、Ｔａ2Ｏ5（酸化タンタル）、ＨｆＯ2（酸化ハフニウム）よりなる材料によって構成されており、これらの物質は、一般的にＨｉｇｈ−ｋ材（比誘電率が高い物質）と呼ばれる絶縁材料である。絶縁膜１６は、その比誘電率が大きいほど、振動板１２の駆動時における平均圧力Ｐeが高くなるので、上記の高誘電率膜１６ａに比誘電率の高いＡｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2 ようなＨｉｇｈ−ｋ材を適用すれば、静電アクチュエータにおける発生圧力を高くすることができる。
【００２５】
また、液滴吐出ヘッド１にＨｉｇｈ−ｋ材を適用した場合には、振動板１２の面積を小さくしても、液滴の吐出に必要なパワーを得ることが可能となる。このため、液滴吐出ヘッド１において、振動板１２の幅を小さくして、吐出室１３のピッチ、即ちノズル８のピッチを小さくすることにより、ノズル８の解像度を上げて、より高精細な印刷を行うことが可能となる。さらに、振動板１２の長さを短くすることにより、液滴の流路における応答性を向上して駆動周波数を上げることができ、より高速な印刷を行うことが可能となる。
【００２６】
ところで、キャビティ基板２と電極基板３は上記のごとく陽極接合により接合するが、ＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂは陽極接合に適した物質である。実施の形態１の液滴吐出ヘッド１では、キャビティ基板２と電極基板３の接合部分がＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂによって形成されているため、高誘電率膜１６ａとしてＨｉｇｈ−ｋ材を用いた場合でも、十分な接合強度を有する陽極接合が可能となる。
【００２７】
高誘電率膜１６ａと熱酸化膜１６ｂよりなる絶縁膜１６の配置状態、及びキャビティ基板２と電極基板３の陽極接合による接合状態は、図４の模式図に示す通りである。
【００２８】
次に、液滴吐出ヘッド１の動作について図２を用いて説明する。キャビティ基板２と個々の対向電極１７には駆動回路２１が接続されている。この駆動回路２１により、キャビティ基板２と対向電極１７の間にパルス電圧が印加されると、振動板１２が対向電極１７の側に撓み、リザーバ１４の内部に溜まっていたインク等の液滴が吐出室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、対向電極１７と振動板１２（絶縁膜１６）が当接するようになっている。そして、キャビティ基板２と対向電極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吐出室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。
【００２９】
次に、液滴吐出ヘッドの製造工程を図５〜図８を用いて説明する。図５〜図８は液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
（ａ）  まず、図５（ａ）に示すように、例えば厚さが５２５μｍのシリコン基板２ａの両面を鏡面研磨した後に、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタやプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）等によって、例えばＡｌ2Ｏ3からなる高誘電率の絶縁膜１６０ａを、例えば厚さ５０ｎｍで形成する。ここで、ＥＣＲスパッタを用いた場合には、比較的低温で低応力の絶縁膜を形成することができ、プラズマＣＶＤを用いた場合には、緻密な絶縁膜を形成することができる。なお、Ａｌ2Ｏ3の代わりに、Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2を成膜してもよい。また、高誘電率の絶縁膜１６０ａを形成する前に、アンモニア水溶液等で成膜表面を洗浄するのが望ましい。さらに、高誘電率の絶縁膜１６０ａを形成する前に、シリコン基板２ａの成膜表面側にボロンを拡散して、ボロンドープ層を形成するようにしてもよい。このボロンドープ層は、後の工程（図７（ｈ）参照）におけるウェットエッチングの際に、エッチングストップ層として機能する。
【００３０】
（ｂ）  次に、図５（ｂ）に示すように、高誘電率の絶縁膜１６０ａの表面に、フォトリソグラフィー（露光、現像等）によってレジスト３０をパターニングする。このときのパターニングは、キャビティ基板２と電極基板３の陽極接合により形成されるギャップＧ内に位置する部分のみの絶縁膜が残るようにして行われる（図４参照）。
【００３１】
（ｃ）  次に、図５（ｃ）に示すように、緩衝フッ酸水溶液で高誘電率の絶縁膜１６０ａをウェットエッチングして区画形成し、シリコン基板２ａの表面に至る深さの凹部１６ｃ（陽極接合時に電極基板３のギャップＧの側壁３ａの上部が接合する部分）を一定の間隔で備えた高誘電率膜１６ａを形成する。なお、緩衝フッ酸水溶液によるウェットエッチングの代わりに、ＣＨＦ3を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によって凹部１６ｃを備えた高誘電率膜１６ａを形成してもよい。
【００３２】
（ｄ）  次に、図５（ｄ）に示すように、レジスト３０を酸素プラズマにより除去して、純水洗浄等を行う。
【００３３】
（ｅ）  次に、図６（ｅ）に示すように、高誘電率膜１６ａの間の凹部１６ｃが位置する部分のシリコン基板２ａの表面に熱酸化を行って、シリコン基板２ａの表面よりシリコン基板２ａ内に一定の厚みを有するＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂを形成する。シリコン基板２ａの熱酸化膜１６ｂが、電極基板３と接合する際の接合部となる。熱酸化膜１６ｂの厚みは、２０ｎｍあるいはそれ以上になるようにする。
【００３４】
（ｆ）  次に、図６（ｅ）に示すシリコン基板２ａと、ガラス基板に対向電極１７等が形成された電極基板３とを、例えば３６０℃に加熱し、シリコン基板２ａに陽極、電極基板３に陰極を接続して、８００Ｖ程度の電圧を印加し、図７（ｆ）に示すように、陽極接合を行う。この陽極結合は、電極基板３のギャップＧの側壁３ａの上部が、シリコン基板２ａの凹部１６ｃに位置するＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂの表面部分にて接合することによって行われる。なお、図７（ｆ）に示す電極基板３は、金・クロムのエッチングマスクを使用して、ホウ珪酸ガラスからなるガラス基板をフッ酸水溶液等でエッチングして凹部（ギャップＧとなる部分）を形成した後に、凹部内にスパッタ等によりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる対向電極１７を形成することで作成する。
【００３５】
（ｇ）  次に、シリコン基板２ａと電極基板３を陽極接合した後に、図７（ｇ）に示すように、機械研削によってシリコン基板２ａの全体を、例えば厚さ１４０μｍになるまで薄板化する。ここで、機械研削を行った後に、加工変質層を除去するため、水酸化カリウム水溶液等でライトエッチングを行うのが望ましい。なお、機械研削の代わりに、水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングによって、シリコン基板２ａの薄板化を行ってもよい。
【００３６】
（ｈ）  次に、シリコン基板２ａの上面（電極基板３が接合されている面の反対面）の全面に、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤによって、例えば厚さ１．５μｍの酸化シリコン膜を形成する。そして、この酸化シリコン膜に、吐出室１３となる凹部、リザーバ１４となる凹部及びオリフィス１５となる凹部となる部分を形成するためのレジストをパターニングし、この部分の酸化シリコン膜をエッチング除去する。その後、シリコン基板２ａを水酸化カリウム水溶液等で異方性ウェットエッチングすることにより、図７（ｈ）に示すように、吐出室１３となる凹部１３ａを形成し、また、リザーバ１４となる凹部（図示せず）及びオリフィスとなる凹部（図示せず）を形成した後、酸化シリコン膜を除去する。なお、図７（ｈ）のウェットエッチングの工程では、例えば初めに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。これにより、振動板１２の面荒れを抑制する。
なお、図７（ｈ）の工程の後に、シリコン基板２ａの吐出室１３となる凹部１３ａ等の形成された面に、ＣＶＤによって酸化シリコン等からなる耐液滴保護膜を例えば厚さ０．１μｍで形成するが、図７においては耐液滴保護膜を省略している。
【００３７】
（ｉ）  次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電等によってノズル８が形成されたノズル基板４を、図８（ｉ）に示すように、接着剤等によりシリコン基板２ａ（キャビティ基板２）に接合する。
最後に、キャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４が接合された接合基板をダイシング（切断）により分離して、液滴吐出ヘッド１が完成する。
【００３８】
実施の形態１では、ギャップＧ内の振動板１２の下面には、絶縁膜１６を構成する高誘電率膜１６ａが成膜によって形成されており、この高誘電率膜１６ａは、酸化シリコンよりも比誘電率が高いＡｌ2Ｏ3 材（ｈｉｇｈ−ｋ材）のような物質からなるので、酸化シリコンのみの絶縁膜に比べて同じ電圧をかけたときの発生圧力を高くすることができる。すなわち、高い静電力を確保することができ、低電圧で駆動することができる。
また、電極基板３とキャビティ基板２とが接合される部分のシリコン基板２ａの表面より内部方向に一定の厚みを有するＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂが形成されているので、絶縁耐性を有し、かつＡｌ2Ｏ3 等の高誘電率膜１６ａを用いた場合でも十分な接合強度を確保することができる。このように、接合強度を十分に確保することができるため、異物、液滴の進入防止による歩留まりを向上し、また、異物混入防止により安定駆動が可能となり、さらに気相処理が可能となり、駆動耐久性が向上する。
【００３９】
実施形態２．
図９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の斜視図である。図９に示す液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェットプリンタである。
実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、キャビティ基板２上にＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜１６ｂが形成されているため、静電アクチュエータ部の接合強度が高く、またＡｌ2Ｏ3 等のようなｈｉｇｈ−ｋ材を用いているため、高い静電エネルギーを得ることができ、振動板１２に発生する圧力も高い。このため、実施の形態２に係る液滴吐出装置１００は吐出性能が高く、耐久性や吐出安定性にも優れている。
実施形態１に示す液滴吐出ヘッド１は、図９に示すインクジェットプリンタの他に、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。
【００４０】
実施の形態１では、静電アクチュエータを適用した例として液滴吐出ヘッドを示しているが、本発明に係る静電アクチュエータは、その他のデバイスにも適用することができる。具体的には、波長可変フィルタ、ミラーデバイス、マイクロポンプ等のＭＥＭＳデバイスに適用が可能であり、これらはプロジェクターやレーザープリンタのスキャナー等に応用することができる。
【００４１】
なお、本発明に係る静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、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は、本発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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縦断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】シリコン基板と電極基板の接合状態を示す模式図。
【図５】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図６】図５の製造工程の続きの工程を示す断面図。
【図７】図６の製造工程の続きの工程を示す断面図。
【図８】図７の製造工程の続きの工程を示す断面図。
【図９】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】
【００４３】
１  液滴吐出ヘッド、２  キャビティ基板、２ａ  シリコン基板、３  電極基板、３ａ  電極基板のギャップの側壁、４  ノズル基板、８  ノズル、１２  振動板、１３  吐出室、１４  リザーバ、１５  オリフィス、１６  絶縁膜、１６ａ  高誘電率膜、１６ｂ  ＳｉＯ2 よりなる熱酸化膜、１６ｃ  高誘電率膜の凹部、１７  対向電極、２１  駆動回路、１００  液滴吐出装置、Ｇ  ギャップ。
【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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