(57)【要約】【課題】水分除去に有効な処理を行うことができ、例えばその処理を行った際に生じ得る圧力差を吸収し、動作を安定させることができる静電アクチュエータ、製造方法等を得る。【解決手段】相対変位可能な可動電極となる振動板２２と、振動板２２と一定の間隔で対向配置され、振動板２２を相対変位させる固定電極となる個別電極１２を少なくとも有する液滴吐出ヘッド等の静電アクチュエータに対し、振動板２２と個別電極１２とで形成される空間となる振動室１５から水分を除去する工程と、振動室１５を外気と遮断するために、振動室１５の開口部分を封止材２７で封止する工程とを連続して行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対変位可能な可動電極と、該可動電極と一定の間隔で対向配置され、前記可動電極を相対変位させる固定電極とを少なくとも有する静電アクチュエータに対し、前記可動電極と前記固定電極とで形成される空間から水分を除去する工程と、
前記空間を外気と遮断するために、前記空間の開口部分を封止する工程と
を連続して行う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２】
３００℃以上の温度及び１．０×１０-6Ｐａ以下の圧力の環境下の処理槽内で前記静電アクチュエータに対する真空加熱処理を行って前記空間から水分を除去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の製造方法。
【請求項３】
ＣＶＤ法により封止材料を堆積させて前記空間の開口部分を封止することを特徴とする請求項１又は２記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
スパッタ法により封止材料を堆積させて前記空間の開口部分を封止することを特徴とする請求項１又は２記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記水分を除去する工程と前記空間の開口部分を封止する工程とを同じ処理槽内で行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電アクチュエータの製造方法を適用してデバイスを製造することを特徴とする静電デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項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８】
請求項６に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。
【請求項９】
相対変位可能な可動電極と、
該可動電極と一定の間隔で対向配置され、前記可動電極を相対変位させる固定電極と、
前記可動電極と前記固定電極とで形成される空間からの水分除去及び前記空間の開口部分の封止を製造段階において行ったことにより生じる前記空間と外気との圧力差を吸収するための圧力補償手段と
を備えることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記空間と連通する補償用の空間を形成し、前記補償用の空間の体積を増減させて前記圧力差を吸収する圧力補償室を前記圧力補償手段とす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】
前記圧力補償手段の少なくとも一部が、前記空間の圧力に基づいて位置が変位する変位板で構成されることを特徴とする請求項１０記載の静電アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項９〜１１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静電駆動デバイス。
【請求項１３】
請求項９〜１１のいずれか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可動電極として、前記可動電極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１４】
請求項１３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、微細加工素子において、加わった力により可動部が変位等し、動作等を行う静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド等の静電駆動デバイス等やその製造方法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、モータのような静電アクチュエータ等がある。
【０００３】
ここで、微細加工素子の一例として静電アクチュエータである液滴吐出ヘッドについて説明する。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、底部の壁とし、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。可動部となる振動板を変位させる力として、例えば、振動板と一定距離を空けて対向する、固定電極となる個別電極との間に発生する静電気力（ここでは、特に静電引力を用いている。以下、静電力という）を利用している。
【０００５】
ここで、上記のような静電力を利用した静電アクチュエータにおいて、可動部（振動板）と固定電極（個別電極）の間に、それらの少なくとも一方の表面に水分等が付着すると、水等の極性分子が帯電する等の原因で静電吸引特性が低下するおそれがある。さらに、極性分子が相互に裾結合し、可動部が固定電極に貼り付いてしまい、動作不能となることがある。したがって、可動部と固定電極との間の水分を除去した上で、可動部と固定電極の周囲を外気と遮断することが望ましい。ここで、土台となる基板同士を接合することで、可動部と固定電極の周囲をほとんど塞ぐことはできるが、完全に塞いでしまうと外部から固定電極に電荷供給することが困難となるため、一部に電極取り出しをおこなうための開口部分を設ける。そこで、基板で塞ぐことができないこの開口部分（以下、この部分を封止部という）には、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等を材料とする封止材料を用いて気密封止を行い、水分等が侵入することを阻止している（例えば特許文献１参照）。このとき、バイパス用の流路を別に設けて疎水化処理を行ってから封止を行う場合もある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような方法で封止処理を行うのは、封止材料の水分透過率等の面からも有効であるが、通常、室温等よりも高温の環境下及び／又は大気圧よりも減圧した環境下において、静電アクチュエータに対する処理を行う。ただ、このまま封止処理を行うと、例えば処理後、静電アクチュエータを取り出したとき又は通常（例えば使用時等）の環境下（大気圧、室温環境下）において、振動板が面する２つの空間に圧力（気圧）差が生じ、可動部が変形し、可動部と固定電極との距離、封止した空間の容積等が変化してしまう。また、外気圧、外気温度等により可動部と固定電極との距離も安定しなくなってしまい、ヘッド間にも大きなバラツキが生じ、その調整が困難になる。
【０００８】
そこで、本発明はこのような問題を解決するため、水分除去に有効な処理を行うことができ、例えばその処理を行った際に生じ得る圧力差を吸収し、動作を安定させることができる静電アクチュエータ、製造方法等を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、相対変位可能な可動電極と、可動電極と一定の間隔で対向配置され、可動電極を相対変位させる固定電極とを少なくとも有する静電アクチュエータに対し、可動電極と固定電極とで形成される空間から水分を除去する工程と、空間を外気と遮断するために、空間の開口部分を封止する工程とを連続して行うものである。
本発明によれば、可動電極と固定電極とで形成される空間から水分を除去する工程と、空間の開口部分を封止する工程とを連続して行うようにしたので、より確実に水分浸入を防止することができる。また、工程の移行をスムーズに行うことにより、製造時間短縮を図ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、３００℃以上の温度及び１．０×１０-6Ｐａ以下の圧力の環境下の処理槽内で静電アクチュエータに対する真空加熱処理を行って空間から水分を除去するものである。
本発明によれば、３００℃以上の温度及び１．０×１０-6Ｐａ以下の圧力の環境下で水分除去を行うことにより効率的に水分を除去することができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ＣＶＤ法により封止材料を堆積させて空間の開口部分を封止する。
本発明によれば、ＣＶＤ法により酸化シリコン等を用いて封止を行うので、気密性、耐湿性を確保することができ、封止面積を小さくすることができる。また、一度に大量のアクチュエータに対して処理を行うことができるため、製造時間の短縮を図ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、スパッタ法により封止材料を堆積させて空間の開口部分を封止する。
本発明によれば、スパッタ法により酸化シリコン等を用いて封止を行うので、気密性、耐湿性を確保することができ、封止面積を小さくすることができる。また、一度に大量のアクチュエータに対して処理を行うことができるため、製造時間の短縮を図ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、水分を除去する工程と空間の開口部分を封止する工程とを同じ処理槽内で行う。
本発明によれば、同じ処理槽内で行うようにしたので、移行をスムーズに行って時間短縮を図ることができ、また、再度水分の浸入を防ぐことができる。
【００１４】
また、本発明に係る静電デバイスの製造方法は、上記の静電アクチュエータの製造方法を適用してデバイスを製造する。
本発明によれば、上記の静電アクチュエータの製造方法により静電デバイスを製造するようにしたので、より確実に水分浸入を防止し、動作特性がよく、長寿命の静電デバイスを製造することができる。
【００１５】
また、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。
本発明によれば、上記の静電アクチュエータの製造方法により液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、より確実に水分浸入を防止することができ、吐出特性がよく、長寿命の液滴吐出ヘッドを製造することができる。
【００１６】
また、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。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法により液滴吐出装置を製造するようにしたので、より確実にヘッドへの水分浸入を防止することができ、吐出特性がよく、長寿命の液滴吐出装置を製造することができる。
【００１７】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、相対変位可能な可動電極と、可動電極と一定の間隔で対向配置され、可動電極を相対変位させる固定電極と、可動電極と固定電極とで形成される空間から水分を除去する工程及び空間の開口部分を封止する工程により生じる空間と外気との圧力差を吸収するための圧力補償手段とを備える。
本発明によれば、可動電極と固定電極とで形成される空間から水分を除去し、空間の開口部分を封止をした後で、通常の室温、気圧等の環境下において空間と外気との間で生じる圧力差を吸収するために圧力補償手段を備えるようにしたので、可動電極の変形、変位を伴うことなく、良好な動作特性を維持することができる。
【００１８】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、空間と連通する補償用の空間を形成し、補償用の空間の体積を増減させて圧力差を吸収する圧力補償室を圧力補償手段とする。
本発明によれば、圧力補償室の体積増減により可動電極と固定電極とで形成される空間の圧力を調整するようにしたので、圧力の吸収を容易に行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、圧力補償手段の少なくとも一部が、空間の圧力に基づいて位置が変位する変位板で構成される。
本発明によれば、圧力補償手段の少なくとも一部を変位板で構成するようにしたので、圧力補償室の体積の増減を容易に行うことができる。また、微細加工により、可動電極形成と同時に変位板も形成することができることが多く、特別な工程、手段等を必要とせず、変位板を形成することができる。
【００２０】
また、本発明に係る静電デバイスは、上記の静電アクチュエータを搭載したものである。
本発明によれば、圧力補償手段を有する静電デバイスを備えるようにしたので、動作特性を損なうことなく駆動させることができる。
【００２１】
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可動電極として、可動電極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。
本発明によれば、液滴吐出ヘッドが上記の圧力補償手段を備えるようにしたので、吐出動作時に吐出特性を損なうことなく液滴を吐出させることができる。
【００２２】
また、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。
本発明によれば、液滴吐出ヘッドが上記の圧力補償手段を備えるようにしたので、吐出特性を損なうことなく、長寿命の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】
【００２３】
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を分解して表した図である。図１は液滴吐出ヘッドの一部を示している（図１に見えるノズルだけでなく、実際にはさらに多くのノズルを有している）。本実施の形態では、例えば静電方式で駆動する静電アクチュエータを用いる素子（デバイス）の代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明する。（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。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する。また、ノズル孔が並んでいる方向を短手方向、短手方向と直交する方向を長手方向として説明する）。
【００２４】
図１に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティ基板２０、ノズル基板３０を下から順に積層することにより構成する。一般的に、電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。
【００２５】
電極基板１０は、例えば厚さ約１ｍｍであり、図１で見るとキャビティ基板２０の下面側と接合される基板である。本実施の形態においては、電極基板１０はホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスによる基板を用いることにする。また、電極基板１０には、例えば深さ約０．２μｍの凹部１１を設ける。ここで特に本実施の形態においては、キャビティ基板２０に形成される各吐出室２１（振動板２２）に合わせて設けた各凹部１１ａと外気圧室２８（変位板２９）に合わせて設けた凹部１１ｂと、各凹部１１ａと凹部１１ｂとを連通する凹部１１ｃにより構成されている。ここでは特に図示していないが、短手方向両端にそれぞれ凹部１１ｂを設けるようにしてもよい。
【００２６】
各凹部１１ａの内側（特に底面部分）には、個別電極１２ａ、リード部１２ｂ及び端子部１２ｃ（以下、特に区別する必要がない場合はこれらを合わせて電極１２として説明する）を設ける。また、本実施の形態では、各凹部１１ａと同様に、凹部１１ｂの内側にもダミー膜１３を設ける。そして、この電極１２、ダミー膜１３の材料として酸化錫を不純物としてドープした、可視光領域で透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、例えばスパッタリングにより約０．１μｍの厚さで形成するものとする。例えば、ダミー膜１３を設けなかった場合、後述するキャビティ基板２０の変位板２９と凹部１１ｂ（電極基板１０）とが直接対向することになる。変位板２９はシリコンであり、凹部１１ｂはガラスであるため、絶縁膜２５が成膜されていても、例えば陽極接合の際に印加される電圧により、変位板２９は凹部１１ｂに引き寄せられ、接合して（貼り付いて）離れなくなってしまい、その機能が発揮できなくなる。そのため、変位板２９と接合しないように、例えばＩＴＯのダミー膜１３を設ける。ここで、液滴吐出ヘッドの動作（使用）時に変位板２９を振動させないようにするため、ダミー膜１３は、各電極１２とは電気的に接続しないように成膜する。なお、本実施の形態では、電極１２、ダミー膜１３の材料としてＩＴＯを用いているが、これに限定するものではない。例えばクロム、金等の金属等を材料に用いることもできる。
【００２７】
ここで、凹部１１の深さが約０．２μｍであり、電極１２の厚さが約０．１μｍであるため、キャビティ基板２０（振動板２２）と電極１２との間には、後述する図２に示すような空隙（ギャップ）ができる。これはダミー膜１３についても同様である。本実施の形態では、特に振動板２２と個別電極１２との間にできるギャップを振動室１５、変位板２９とダミー膜１３との間にできるギャップを圧力補償室１６ということにする。圧力補償室１６は、本実施の形態の方法で液滴吐出ヘッドを製造する際に行われる水分除去工程及び堆積工程により生じる、振動室１５内の圧力と外気圧との圧力差を吸収し、振動板２２の位置を安定させるために設ける圧力補償手段である。また、電極基板１０には、他にも、リザーバ２３と連通して外部タンク（図示せず）からリザーバ２３に吐出する液体を供給するための液体供給口１４を設ける。
【００２８】
図２は液滴吐出ヘッドの短手方向（ノズルが並んでいる方向）の断面図である。キャビティ基板２０は、例えば表面が（１００）面方位のシリコン単結晶基板（このシリコン基板を含め、以下、単にシリコン基板という）を主たる材料として構成されている。シリコン基板に例えば異方性ウェットエッチング（以下、ウェットエッチングという）等を行い、底壁が振動板２２となり、振動板により圧力を加える液体を一時的にためる吐出室２１、各ノズル３１から吐出する液体を共通にためておくための共通液室となるリザーバ２３となる凹部をキャビティ基板２０上に形成する。また、本実施の形態では、例えば底壁に変位板２９を有する外気圧室２８となる凹部を吐出室２１となる凹部と並列に設ける。ここでは特に図示していないが、凹部１１ｂに合わせ、短手方向両端にそれぞれ外気圧室２８を設けるようにしてもよい。ここで、振動板２２、変位板２９は、シリコン基板に形成した高濃度のボロンドープ層によりできている。この変位板２９の大きさ（凹部１１ｂの大きさ）については後述する。また、キャビティ基板２０には、電荷をシリコン基板（振動板２２）に供給等するための共通電極端子２７を設けている。ここで、外気圧室２８が密閉されないようにするため、例えば側壁面の一部又は全部を開口する外気連通孔２８ａを設けている。
【００２９】
また、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル））を用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によりできるＳｉＯ2 の絶縁膜２５を０．１μｍ成膜する。キャビティ基板２０の上面（ノズル基板３０と対向する面）には、ＳｉＯ2 による液体保護膜（図示せず）を成膜するようにしてもよい。
【００３０】
ノズル基板３０も例えばシリコン基板で構成されており、電極基板１０とは反対の面（図１の場合には上面）で、キャビティ基板２０と接合されている。ノズル基板３０にはノズル基板３０を貫通する複数のノズル３１を形成し、吐出室２１により加圧されたインク等の液体を液滴として吐出する。さらに下面には吐出室２１とリザーバ２３とを連通させるためのオリフィス３２を形成する。
【００３１】
ここではノズル３１を有するノズル基板３０が上面側となり、電極基板１０が下面側となっているが、実際には、ノズル基板３０の方が電極基板１０よりも下面となって用いられることが多い。また、（図１では示していないが、）振動板２２が撓むことでリザーバ２３方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム３３が設けられている。ここで、ノズル基板３０を外気圧室２８の壁の一部として構成することにより、特に保護プレート等を設けることなく、変位板２９を有効に保護することができる。
【００３２】
図３は液滴吐出ヘッドの長手方向の断面図である。図３において、吐出室２１はノズル３１から吐出させる液体をためておく。吐出室２１の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、ノズル３１から液滴を吐出させる。
【００３３】
ドライバＩＣ等からなる発振回路４１は、直接又はワイヤ、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）等（以下、配線という）４２を介して電気的に端子部１２ｃ、共通電極端子２７と接続され、個別電極１２、キャビティ基板２０（振動板２２）に電荷（電力）の供給（充電、保持、放電）を制御する回路である。発振回路４１は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極１２ａにパルス波形の電荷供給を行う。配線４２と端子部１２ｃ等との接続は、例えばＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film ）、ＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等の異方性導電材料等を用いて行う。
【００３４】
発振回路４１が発振駆動することにより、例えば、各個別電極１２に対して選択的に電荷を供給して帯電させ、また、振動板２２を相対的に帯電させて電位差を生じさせる。このとき、静電気力により振動板２２は個別電極１２に引き寄せられて撓む。これにより吐出室２１の容積は広がる。電荷供給を止めると振動板２２は弾性力（復元力）により元に戻ろうとするが、そのとき吐出室２１の容積も元に戻り、その圧力により液滴５０が吐出する。この液滴が例えば吐出対象物に着弾して印刷等が行われる。また、端子部１２ｃを外部に露出させることで、振動室１５（個別電極１２ａと振動板２２との間のギャップ）が外気と連通するのを防ぐために、封止材２６ａにより封止及び外気の遮断をしている。ＳｉＯ2 （酸化シリコン）は、エポキシ樹脂のように毛細管現象等を伴なわず、ギャップに浸入することなく開口部分に止まるので、リード部１２ｂを短く形成し、ヘッドサイズを小さくすることができる。また、ガラス、シリコンとの密着性が高く、耐湿性が高い。そのため、本実施の形態では、ＳｉＯ2 （酸化シリコン）を封止材２６ａの材料とし、堆積させることとする。
【００３５】
本実施の形態では、例えばギャップ内の水分を除去するために真空加熱処理等を行ってからギャップを外気から遮断する封止のための材料を堆積する処理を行う。このとき、封止前に、除去したギャップ内に水分が再浸入しないようにするため、封止工程への移行をスムーズに行うことが要求される。そこで、真空チャンバ等の処理槽で真空加熱処理等を行った後、同一の処理槽内で連続して封止処理を行って封止材２６ａを形成する。本実施の形態では、後述するように封止処理は常圧ＣＶＤ法を用いて行う。封止処理により封止材２６ａを形成すると、以後、凹部１１ａは密閉されるため、ギャップは外気と遮断される。そのとき、例えば処理槽内の温度及び／又は圧力と処理槽から取り出し後（特にヘッド動作時）における温度及び／又は気圧とが異なるため、凹部１１によるギャップ（振動室１５、圧力補償室１６）内の圧力と外気圧との間に差が生じる。
【００３６】
ここで、封止処理の前後のギャップ内の環境について説明する。例えば高温下で平衡状態を保ったまま封止処理を行った液滴吐出ヘッド（が形成されるウェハ）を処理槽から取り出すと、室温等の環境下においてはギャップ内の圧力は外気圧に比べて大幅に低くなる（処理槽内において減圧環境で処理を行った場合にはさらに低くなる）。この結果、通常であれば、振動板２２が個別電極１２側に撓むことで振動板２２の復元力が加わり、圧力平衡状態を得て安定する。しかしながら振動室１５（ギャップ）の容積を減少させることになる。このため、液滴吐出ヘッドを動作させたときの振動板２２の変位が小さくなり、吐出特性が悪くなる。また、外気圧の変化によって、振動板２２の初期位置が変化することになり、バラツキが生じたり制御が困難となる。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、変位板２９、外気圧室２８及び圧力補償室１６を設ける。そして、変位板２９をダイヤフラムとして変位させることができるような空間を凹部１１ｂ及び外気圧室２８により形成する。また、変位板２９の面積を振動板２２よりも非常に大きくすることで、コンプライアンスを大きくし、振動板２２よりも撓みやすくする。これにより変位板２９が変位して圧力補償室１６の容積を変化させることにより、振動板２２を変位させることなく、（復元力がなくても）振動室１５と吐出室２１との圧力平衡状態が保てるようにする。また、圧力補償室１６、外気圧室２８及び変位板２９の形成について特別な工程を必要とせず、電極１２を形成するための凹部１１ａの形成と同じ工程で凹部１１ｂを形成し、吐出室２１となる凹部及び振動板２２の形成と同じ工程で外気圧室２８及び変位板２９を形成することができる。ここで、形成された圧力補償室１６は、本実施の形態で説明する製造工程によって起こり得る振動室１５と吐出室２１との圧力差を吸収するだけでなく、液滴吐出ヘッドの使用環境における振動板２２の変位による振動室１５内外の気圧差を吸収するためにも有効である。
【００３８】
図４は液滴吐出ヘッドに係る実施の形態１の電極基板１０の製造工程を表す図である。図４に基づいて電極基板１０の製造について説明する。実際には電極基板１０は、ウェハ状のガラス基板で複数個分を同時形成する。そして、他の基板と接合等をした後、個々に切り離して液滴吐出ヘッドを製造するが、図４では１つの液滴吐出ヘッドの電極基板１０の一部分だけを示している（凹部）。
【００３９】
約１ｍｍのガラス基板５１の一方の面に対し、例えば、クロム（Ｃｒ）膜５２を０．０３μｍ成膜する。そして、さらに金（Ａｕ）膜５３を０．０７μｍ成膜する（図４（ａ））。ここでクロムは金をマスクとしてガラス基板をエッチングする際の下地材となる。クロム膜５２、金膜５３の形成は、ＣＶＤ法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法等で行う。例えば、ＰＶＤ法としては、スパッタ、真空蒸着、イオンプレーティング等の方法がある。
【００４０】
金膜５３の成膜後、金膜５３上の全面にフォトレジスト（図示略）を塗布する。そして、フォトリソグラフィ（Photolithography）法を用いて、金膜４３上の全面に塗布したフォトレジスト用の感光性樹脂をマスクアライナ等で露光し、現像液で現像することで、ガラス基板５１に、後に電極基板１０の凹部１１となる部分を形成するためのフォトレジストパターン５４を形成する（図４（ｂ））。
【００４１】
ここで圧力補償室１６の一部となる凹部１１ｂの大きさについて検討する。前述したように、変位板２９について、振動板２２よりも撓みやすくするために、コンプライアンスを大きくする必要がある。コンプライアンスＣは、振動板２２、変位板２９の材料定数、寸法、厚さ等から定められるものであり、一般的には次式（１）で表される。ここで、Ｗは振動板２２、変位板２９の幅（短辺方向）、Ｌは振動板２２、変位板２９の長さ（長辺方向）、Ｅはヤング率、ｔは振動板２２、変位板２９の厚さを表す。
Ｃ＝Ｗ5・Ｌ／６０Ｅｔ3                                              …（１）
【００４２】
例えば、本実施の形態では、振動板２２と変位板２９とを同じ厚さのボロンドープ層で形成するため、コンプライアンスを大きくするためには幅、長さを大きくする必要がある。例えば、変位板２９のコンプライアンスを振動板２２に比べて１万倍以上になるように幅、長さを調整することが望ましい。
【００４３】
一方、振動板２２が個別電極１２側に撓むと、振動室１５の容積がその分減ることになる。例えば圧力差により液滴吐出ヘッドの全ての振動板２２が変位して全ての振動室１５の容積が０になるとしても、圧力補償室１６の容積をその分変化させることができれば振動室１５の容積変化を吸収することができる。これを満たすためには、液滴吐出ヘッド内の振動室１５の容積の総和よりも圧力補償室１６の容積を大きくする必要がある。例えば、１つの振動室１５当たりの容積が約５×１０-12 ｍ3 であったとし、１２８個の振動室１５が設けられていたとすると、その総和は、約６．４×１０-14 ｍ3 となる。この総和よりも大きく、かつ変位板２９について十分なコンプライアンスを確保するように設定するため、例えば凹部１１ｂの面積を３．０ｍｍ×１．０ｍｍとし、短手方向両端に設けるようにする（変位板２９も同様の大きさとなる）。なお、凹部１１ａと凹部１１ｂとが同じ深さであることを前提に説明したが凹部１１ｂをより深く形成できれば、上述した大きさよりも小さい寸法で圧力補償室１６の容積を確保することができる（ただし、変位板２９について所定のコンプライアンスは確保するだけの大きさは必要となる）。
【００４４】
フォトレジストパターン５４を形成した後、例えば、塩酸又は硫酸（クロム膜５２の場合）、あるいは王水又は酸素や水の存在下でシアン化物イオンを含む溶液（金膜５３の場合）によりウェットエッチングを行い、金膜５３及びクロム膜５２の不要な部分を除去する。その後、フォトレジストを除去する（図４（ｃ））。これによりガラス基板４１上には、クロム膜５２及び金膜５３による凹部１１となる部分のエッチングパターンが形成される。
【００４５】
次に、例えばフッ酸水溶液（ＨＦ）によりガラス基板５１をエッチングして、凹部１１を形成する（図４（ｄ））。その後、電極１２（凹部１１ａ）の形状に合わせてマスク５５を形成した後、スパッタ法等を行い、所定の部分にＩＴＯを０．１μｍ成膜して電極１２及びダミー膜１３を形成する（図４（ｅ））。その後、液体供給口１４を形成し、マスク５５を除去して電極基板１０を作製する（図４（ｆ））。
【００４６】
図５及び図６は実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図５及び図６に基づいて液滴吐出ヘッド製造工程について説明する。なお、実際には、ウェハ単位で複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図５及び図６ではその一部分だけを示している。
【００４７】
シリコン基板６１の片面（電極基板１０との接合面側となる）を鏡面研磨し、例えば２２０μｍの厚みの基板（キャビティ基板２０となる）を作製する。次に、シリコン基板６１のボロンドープ層６２を形成する面を、Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源に対向させ、縦型炉に入れてボロンをシリコン基板６１中に拡散させ、ボロンドープ層６２を形成する。そして、ボロンドープ層６２を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は２５０Ｗ、圧力は６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で絶縁膜２５を０．１μｍ成膜する（図５（ａ））。
【００４８】
そして、シリコン基板６１と電極基板１０を３６０℃に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板６１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加し、陽極接合を行う（図５（ｂ））。
【００４９】
陽極接合後の接合を終えた基板（以下、接合基板という）に対し、シリコン基板６１の厚みが約６０μｍになるまでシリコン基板６１表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去する為に、水酸化カリウム溶液でシリコン基板６１を約１０μｍ異方性ウェットエッチング（以下、ウェットエッチングという）を行う。これによりシリコン基板６１の厚みを約５０μｍにする（図５（ｃ））。
【００５０】
接合基板のウェットエッチングを行った面に対し、ＴＥＯＳによる酸化シリコンのハードマスク（以下、ＴＥＯＳハードマスクという）６３をプラズマＣＶＤ法により成膜する。成膜条件として、例えば、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）とし、その条件で１．５μｍ成膜する。ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法の成膜は比較的低温で行うことができ、基板の加熱を抑えられる（図５（ｄ））。
【００５１】
ＴＥＯＳハードマスク６３を成膜した後、吐出室２１、外気圧室２８、リザーバ２９、貫通溝穴２６及び電極取出し口２４となる部分のＴＥＯＳハードマスク６３をエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、フッ酸水溶液を用いてＴＥＯＳハードマスク６３が無くなるまで、それらの部分をエッチングしてＴＥＯＳハードマスク６３をパターニングし、それらの部分について、シリコン基板６１を露出させる。そして、エッチングした後にレジストを剥離する（図５（ｅ））。ここで、例えば、面積の大きく、割れやすい電極取出し口２４となる部分については、レジストの厚みを若干残しておき、後の工程で割れを防止するための厚みを残すようにするようにしてもよい。
【００５２】
次に、接合基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室２１、外気圧室２８、貫通溝穴２６、電極取出し口２４となる部分の厚みが約１０μｍになるまで異方性ウェットエッチング（以下、ウェットエッチングという）を行う。さらに、接合基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層６２が露出し、エッチングの進行が極度に遅くなるエッチングストップが十分効いたものと判断するまでウェットエッチングを続ける（図６（ｆ））。このように、２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、吐出室２１となる部分に形成される振動板２２の面荒れを抑制し、厚み精度を高くすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化させることができる。
【００５３】
ウェットエッチングを終了すると、接合基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板６１表面のＴＥＯＳハードマスク６３を剥離する。次に、貫通溝穴２６及び電極取出し口２４となる部分のボロンドープ層６２を除去するため、貫通溝穴２６及び電極取出し口２４となる部分が開口したシリコンマスクを、接合基板のシリコン基板６１側の表面に取り付ける。そして、例えば、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4 流量３０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチング（異方性ドライエッチング）を３０分間行い、貫通溝穴２６、電極取出し口２４となる部分のみにプラズマを当てて、開口する（図６（ｇ））。ここで、例えば接合基板とマスクとのアライメント精度を高めるため、シリコンマスクの装着は、接合基板とシリコンマスクとにピンを通すピンアライメントにより行うようにするとよい。ここでは、異方性ドライエッチングにより開口しているが、ピン等で突くことで、ボロンドープ層６２を壊してもよい。
【００５４】
貫通溝穴２６に合わせた開口部及びキャビティ基板２０に形成された凹部の密閉を防ぐための大気開放溝を有する封止用マスク基板７０（以下、マスク７０という）を接合基板のシリコン基板６１側の表面に取り付ける。マスク７０と接合基板との位置合わせもピンアライメントにより行うようにするとよい。
【００５５】
そして、例えばＣＶＤ装置の処理槽（チャンバ）内において水分除去工程を行う。そのため、マスク７０を密着させた接合基板を３００℃以上に加熱し、真空引きにより１．０×１０-6Ｐａ以下の圧力の状態で、例えば１時間以上処理槽（チャンバ）内で保持する真空加熱処理を行う。さらに、不活性ガスである窒素を処理槽内に導入し、窒素パージにより、振動室１５等内から酸素等を除去する。以上の処理を行って振動室１５内の水分を除去する。１回でも特に問題ないと考えられるが、場合によってはこれらの一方又はそれぞれを複数回組み合わせて行うようにすれば、より確実な水分除去の効果を得ることができる。
【００５６】
次に、処理槽（チャンバ）内において連続して封止材２６ａを堆積させる封止処理を行う。封止処理については、常圧ＣＶＤ法により、例えば、常圧環境下で、処理温度３９０℃、ＴＥＯＳ流量６０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（６０ｓｃｃｍ）、Ｏ3 流量８００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（８００ｓｃｃｍ）の条件でＳｉＯ2 膜を２μｍ程度成膜し、封止処理を行う。また、特にこの方法に限定するものではなく、減圧等を伴うＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法で処理を行ってもよい。マスク７０により、貫通溝穴２６のみに選択的に封止材料を堆積させて封止材２６ａを形成することができる。そのため、不要な箇所に封止材料を付着させずにすむ。特に、端子部１２ｃに付着した場合には配線４２を介した発振回路４１との電気的接続が悪くなるため、封止材料の除去作業を必要とするが、マスク７０によりその必要がなくなる。
【００５７】
封止が完了すると、例えば、さらに共通電極端子２７となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板６１側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子２７を形成する。そして、あらかじめ別工程で作製していたノズル基板３０を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板２０側から接着し、接合する（図６（ｉ））。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。さらに配線４２を介してＩＣドライバ等の発振回路４１との接続等を行う。
【００５８】
以上のように実施の形態１によれば、真空加熱処理と封止処理とを同じ処理槽内で連続して行うようにしたので、振動室１５内への水分浸入を確実に防止することができる。また、効率よく処理を移行することができるので、製造のリード時間を飛躍的に短縮することができる。特に３００℃以上の温度及び１．０×１０-6Ｐａ以下の圧力の環境下で真空加熱処理を行うことにより水分を効率的に除去することができる。また、振動室１５等のギャップを外気と遮断するため、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 を堆積させて封止材２７を形成するようにしたので、気密性、耐湿性を確保することができ、封止面積を小さくすることができる。また、工程上、複数のウェハ（液滴吐出ヘッド）を一度に処理することができるため、処理時間を短縮することができる。また、水分を除去するための処理と封止処理が同じ処理槽内で連続的に行えるので、バイパス用の流路を別に設ける必要がなく、小さな静電アクチュエータを得ることができ、また、その流路形成のために従来支持が困難だったリザーバ２３の底部分を支持することができる。
【００５９】
また、以上の処理を行った後に生じ得る振動室１５と外気との圧力差については、圧力補償手段である圧力補償室１６を液滴吐出ヘッドに設け、コンプライアンスの大きい変位板２９による変位により、圧力差を吸収するようにしたので、振動板２２の位置を安定させることができる。また、圧力補償を行うための圧力補償室１６、外気圧室２８、変位板２９の形成は、吐出室２１、振動板、振動室１５等の形成と同時に行え、特別な工程を必要としないため、効率がよい。
【００６０】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では封止材料としてＳｉＯ2 （酸化シリコン）を用い、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法により堆積させて封止材２６ａを形成し、封止部を封止した。本発明は、これに限定するものではなく、例えば、封止材料の堆積にスパッタ等のＰＶＤ法を用いてもＣＶＤ法と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
また、封止材料としてＳｉＯ2 を用いたが、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒酸化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）等を材料としてＣＶＤ法等により堆積させてもよい。また、ポリパラキシリレン（poly-pala-xylylene）を蒸着させて堆積させても同じ効果を得ることができる。
【００６２】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、液滴吐出ヘッドの短手方向の端部に凹部１１ｂ、外気圧室２８及び変位板２９を設けて圧力補償手段を構成したが、設ける位置を短手方向端部に限定するものではない。例えば長手方向に対しリザーバ２３のさらに外側に設けてもよい。また、液滴吐出ヘッドの構造によっては、リザーバ２３の底壁を変位板２９として用いることもできる。さらに、上述の実施の形態では、電極基板１０、キャビティ基板２０、ノズル基板３０に形成した凹部等により圧力補償手段を構成したが、これに限定するものではない。例えば電極基板１０、キャビティ基板２０、ノズル基板３０外に設けた、振動室１５の圧力変位を吸収できる容積を有する伸縮可能な材料からなる圧力補償手段を、各振動室１５と連通させて圧力差を吸収するようにしてもよい。
【００６３】
また、上述の実施の形態では、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３層構造の液滴吐出ヘッドについて説明したが、例えば、リザーバ部分を独立した基板（以下、リザーバ基板という）で構成した４層構造の液滴吐出ヘッドについても適用することができる。この場合、リザーバ基板に変位板２９、外気圧室２８となる凹部等を設けるようにしてもよい。
【００６４】
実施の形態４．
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外観図である。また、図８は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図７及び図８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８において、被印刷物であるプリント紙１００が支持されるドラム１０１と、プリント紙１００にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２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１０２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１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。
【００６５】
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて振動板２２を振動させ、制御をしながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。
【００６６】
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させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、ＯＬＥＤ等の表示基板に吐出させる用途においては、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においては、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、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【００６７】
実施の形態５．
図９は本発明を利用した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、他の微細加工による静電アクチュエータを利用した静電型のデバイスにも適用することができる。例えば、図１０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１２０と固定鏡１２１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１２０を変位させるためには、可動鏡１２０が設けられている、シリコンを材料とする可動体１２２を変位させる。そのために固定電極１２３と可動体１２２（可動鏡１２０）とを所定の間隔（ギャップ）で対向配置する。ここで、固定電極に電荷を供給するために固定電極端子１２４を取り出す。その際、可動体を有する基板と固定電極１２３を有する基板との間を封止材１２５により確実に気密封止するため、本発明のように、貫通溝穴１２６を設け、さらに別の基板で塞ぐことにより、封止を確実にする。このとき、圧力補償手段を設けるようにしてもよい。
【００６８】
同様にモータ、センサ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、波長可変光フィルタ、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、圧力センサ等のセンサ等にも上述の封止部の形成等を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの短手方向の断面図である。
【図３】液滴吐出ヘッドの長手方向の断面図である。
【図４】電極基板１０の製造工程を表す図である。
【図５】液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図（その１）である。
【図６】液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図（その２）である。
【図７】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図８】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【図９】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】
【００７０】
１０  電極基板、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  凹部、１２  電極、１２ａ  個別電極、１２ｂ  リード部、１２ｃ  端子部、１３  ダミー膜、１４  液体供給口、１５  振動室、１６  圧力補償室、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  リザーバ、２４  電極取出し口、２５  絶縁膜、２６  貫通溝穴、２６ａ  封止材、２７  共通電極端子、２８  外気圧室、２８ａ  外気連通孔、２９  変位板、３０  ノズル基板、３１  ノズル、３２  オリフィス、３３  ダイヤフラム、４１  発振回路、４２  配線、５１  ガラス基板、５２  クロム膜、５３  金膜、５４  フォトレジストパターン、５５  マスク、６１  シリコン基板、６２  ボロンドープ層、６３  ＴＥＯＳハードマスク、７０  マスク、１００  プリンタ、１０１  ドラム、１０２  液滴吐出ヘッド、１０３  紙圧着ローラ、１０４  送りネジ、１０５  ベルト、１０６  モータ、１０７  プリント制御手段、１１０  プリント紙、１２０  可動鏡、１２１  固定鏡、１２２  可動体、１２３  固定電極、１２４  固定電極端子、１２５  封止材、１２６  貫通溝穴。
【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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