(57)【要約】【課題】振動板厚みを高精度に制御することにより液滴吐出性能と安定性に優れた静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド等を提供する。【解決手段】ノズル孔１１と、圧力室３１と、液体供給部２２と、圧力室３１の壁面の一部に形成された振動板３６と、個別電極４１と、電極取出部４６ｂとを少なくとも備え、複数の基板を積層してなる液滴吐出ヘッドであって、前記複数の基板の一つであるＳＯＩ基板３は、第１のシリコン層３６ａと第２のシリコン層３６ｂの間にＳｉＯ2 層３７が介在したＳＯＩ基材からなり、ＳＯＩ基材の第１のシリコン層３６ａ側に底面がＳｉＯ2 層３７によって構成される圧力室３１の凹部３１ａが少なくとも設けられ、第２のシリコン層３６ｂの圧力室３１の凹部３１ａ底面に対応する部分が振動板３６とされ、振動板３６の面に個別電極４１と対向するＳｉＯ2 絶縁膜３８が設けられて構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通して液体流路の一部を構成する圧力室と、該圧力室に液を供給する液体供給部と、前記圧力室の壁面の一部に形成された振動板と、該振動板と対向配置された個別電極と、該個別電極の電極取出部とを少なくとも備え、複数の基板を積層してなる液滴吐出ヘッドであって、
前記複数の基板の一つであるＳＯＩ基板は、第１のシリコン層と第２のシリコン層の間にＳｉＯ2 層が介在したＳＯＩ基材からなり、該ＳＯＩ基材の前記第１のシリコン層側に底面が前記ＳｉＯ2 層によって構成される前記圧力室の凹部が少なくとも設けられ、前記第２のシリコン層の前記圧力室の凹部底面に対応する部分が振動板とされ、該振動板の前記ＳｉＯ2 層が位置する面と反対側の面に前記個別電極と対向するＳｉＯ2 絶縁膜が設けられて構成されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液滴吐出ヘッドは、個別電極を有する電極基板と、液体流路の一部を構成する圧力室と該圧力室の壁面の一部に形成され前記個別電極と対向配置された振動板を備えたＳＯＩ基板と、前記圧力室に液を供給する液体供給部を備えたリザーバ基板と、前記圧力室と連通して液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板とを積層して構成されたことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１のシリコン層より前記ＳｉＯ2 層を貫通して前記第２のシリコン層に至る共通電極が設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記請求項１，２，３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項５】
液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通して液体流路の一部を構成する圧力室と、該圧力室に液を供給する液体供給部と、前記圧力室の壁面の一部に形成された振動板と、該振動板と対向配置された個別電極と、該個別電極の電極取出部とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
シリコン基材の間にＳｉＯ2 層を充填して該ＳｉＯ2 層の両側に第１のシリコン層と第２のシリコン層を備えたＳＯＩ基材を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基材の前記第２のシリコン層のＳｉＯ2 層が位置する面と反対側の面にＳｉＯ2 絶縁膜を設ける工程と、
前記ＳＯＩ基材の第１のシリコン層をエッチングし前記ＳｉＯ2 層によってエッチングストップして底面を該ＳｉＯ2 層とする前記圧力室となる凹部を形成し、該凹部の底面に位置する前記第２のシリコン層を振動板とする工程とを少なくとも含み、
少なくとも前記工程を経て前記シリコン基材よりＳＯＩ基板を形成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６】
前記ＳＯＩ基材を形成する工程が、前記シリコン基材に酸素イオンビームによって酸素イオンを注入し、該シリコン基材をアニーリングして、該シリコン基材の間に前記ＳｉＯ2 層を形成する工程により行われることを特徴とする請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記第１のシリコン層をエッチングし前記圧力室となる凹部の底面に振動板を形成する前記工程の後に、前記シリコン基材にドライエッチングし、前記第１のシリコン層より前記ＳｉＯ2 層を貫通し前記第２のシリコン層に至る開口部を形成し、該開口部に共通電極を取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記共通電極を取り付ける前記開口部を、前記第２のシリコン層の表面あるいはそれよりも深い位置に至るまで貫通させることを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用い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、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の静電駆動方式のインクジェットプリンタは、高解像度画像の高速印刷および多色印刷のために、インクジェットヘッドの多ノズル化および多列化が進んでおり、それに伴って１列当たりのノズルおよび圧力室（吐出室）の数が増加し、ノズル列の長尺化が進んでいる。このようなインクジェットヘッドの製造には、予めガラス基板に個別電極がパターン形成された電極基板とシリコン基材とを接合してから、シリコン基材を薄板化し、そののちにこのシリコン基材に圧力室やリザーバ等のインク流路の各部分を形成する方法がある。
【０００３】
このような製造方法では、圧力室の下部に位置する振動板を形成する場合、例えば、シリコン基材の所定深さにボロンドープ層を形成し、シリコン基材を水酸化カリウム水溶液でエッチングし、ボロンドープ層によってエッチングストップさせて、所定の振動板厚みを得ていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、例えば、振動板となる膜をＥＣＲスパッタリング法または熱ＣＶＤ法およびレーザーアニール法により多結晶シリコン薄膜または単結晶シリコン薄膜として成膜し、かかる薄膜によって振動板を形成していた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２３４８７３号公報（第４頁、図５）
【特許文献２】特開２００４−１９５９０４号公報（第７頁−第８頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係る技術では、厚みを制御するうえでボロンドープ層を所定の深さに制御することが重要であるが、拡散プロセスのばらつきにより、基板間もしくは基板内でのボロンドープ層深さにバラツキが生じ、エッチング終了時点において振動板の厚み精度が低下するという問題があった。
【０００７】
特許文献２に係る技術では、振動板となる膜を成膜により得るため、バルクのシリコンと比べて結晶密度が粗く、機械強度が比較的低いため、振動板の耐久駆動特性が低くなる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、シリコン基材に振動板や圧力室を形成する際に、シリコン基材の内部に位置するＳｉＯ2 層をエッチングストップ層として用い、振動板厚みを高精度に制御することにより、インク吐出性能と安定性に優れたアクチュエータを有する液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法およ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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通して液体流路の一部を構成する圧力室と、該圧力室に液を供給する液体供給部と、前記圧力室の壁面の一部に形成された振動板と、該振動板と対向配置された個別電極と、該個別電極の電極取出部とを少なくとも備え、複数の基板を積層してなる液滴吐出ヘッドであって、前記複数の基板の一つであるＳＯＩ基板は、第１のシリコン層と第２のシリコン層の間にＳｉＯ2 層が介在したＳＯＩ基材からなり、該ＳＯＩ基材の前記第１のシリコン層側に底面が前記ＳｉＯ2 層によって構成される前記圧力室の凹部が少なくとも設けられ、前記第２のシリコン層の前記圧力室の凹部底面に対応する部分が振動板とされ、該振動板の前記ＳｉＯ2 層が位置する面と反対側の面に前記個別電極と対向するＳｉＯ2 絶縁膜が設けられて構成されたものである。
これによって、高精度な振動板厚みを有し、液滴吐出性能が向上し安定性に優れた静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極を有する電極基板と、液体流路の一部を構成する圧力室と該圧力室の壁面の一部に形成され前記個別電極と対向配置された振動板を備えたＳＯＩ基板（キャビティ基板）と、前記圧力室に液を供給する液体供給部を備えたリザーバ基板と、前記圧力室と連通して液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板とを積層して構成されたものである。
これによって、液滴吐出性能が向上して安定性に優れた４層構造の液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、前記第１のシリコン層より前記ＳｉＯ2 層を貫通して前記第２のシリコン層に至る共通電極が設けられたものである。
これによって、第１のシリコン層と第２のシリコン層の間にＳｉＯ2 層が設けられているにもかかわらず、共通電極はＳｉＯ2 層を貫通して第２のシリコン層と接触するので、一の基材は電極機能を維持することができる。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
これによって、インク吐出性能が向上し安定性に優れた液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通して液体流路の一部を構成する圧力室と、該圧力室に液を供給する液体供給部と、前記圧力室の壁面の一部に形成された振動板と、該振動板と対向配置された個別電極と、該個別電極の電極取出部とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン基材の間にＳｉＯ2 層を充填して該ＳｉＯ2 層の両側に第１のシリコン層と第２のシリコン層を備えたＳＯＩ基材を形成する工程と、前記ＳＯＩ基材の第２のシリコン層の前記ＳｉＯ2 層が位置する面と反対側の面にＳｉＯ2 絶縁膜を設ける工程と、前記第１のシリコン層をエッチングし前記ＳｉＯ2 層によってエッチングストップして底面を該ＳｉＯ2 層とする前記圧力室となる凹部を形成し、該凹部の底面に位置する前記第２のシリコン層を振動板とする工程とを少なくとも含み、少なくとも前記工程を経て前記シリコン基材よりＳＯＩ基板を形成して液滴吐出ヘッドを製造するものである。
このように、ＳＯＩ基材内に充填されたＳｉＯ2 層を振動板形成の際にエッチングストップ層として用いるため、レート選択比を極めて大きくすることができ、高精度な振動板厚みの制御を容易に行うことが可能になる。また、アクチュエータ電気絶縁膜にＳＯＩ基材のＳｉＯ2 層を用いるため、プロセスの簡素化が図れる。こうして、液滴吐出性能が向上し安定性に優れた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記ＳＯＩ基材を形成する工程が、前記シリコン基材に酸素イオンビームによって酸素イオンを注入し、該シリコン基材をアニーリングして、該シリコン基材の間に前記ＳｉＯ2 層を形成する工程により行われるものである。
第１、第２のシリコン層の間に充填したＳｉＯ2 層をエッチングストップ層として振動板の厚み制御を行うので、レート選択比を極めて大きくすることができ、高精度な振動板厚み制御を容易に行うことが可能になる
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記第１のシリコン層をエッチングし前記圧力室となる凹部の底面に振動板を形成する前記工程の後に、前記シリコン基材にドライエッチングをし、前記第１のシリコン層より前記ＳｉＯ2 層を貫通し前記第２のシリコン層に至る開口部を形成し、該開口部に共通電極を取り付ける工程を含むものである。
こうして、共通電極は中間に位置するＳｉＯ2 層を貫通して第２のシリコン層と直接接触する位置まで埋め込まれ、シリコン基材の電極機能が維持される。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記共通電極を取り付ける前記開口部を、前記第２のシリコン層の表面あるいはそれよりも深い位置に至るまで貫通させるものである。
こうして、共通電極は中間に位置するＳｉＯ2 層を貫通して第２のシリコン層と直接接触する位置、すなわち第２のシリコン層の表面あるいはそれよりも深い位置に至るまで埋め込まれ、これによってシリコン基材の電極機能が確実に維持される。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記のいずれに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて液滴吐出装置を製造するものである。
これによって、液滴吐出性能が向上し安定性に優れた液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下、本発明の製造方法により製造された液滴吐出ヘッドの実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、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および図２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、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。
【００１９】
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示す分解斜視図であり、入力信号を供給するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）の一部を含めて示している。図２は、図１のインクジェットヘッドを組立てた右半分の概略構成を示す断面図である。なお、図１および図２では、ドライバＩＣに入力信号を供給するためのリード部を模式的に示している。また、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。
【００２０】
図１、図２に示す実施の形態１に係るインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０は、従来の一般的な静電駆動方式のインクジェットヘッドのように、ノズル基板、キャビティ基板、電極基板の３つの基板を貼り合わせた３層構造ではなく、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３、電極基板４の４つの基板を貼り合わせた４層構造で構成されている。リザーバ基板２の一方の面にはノズル基板１が接合されており、リザーバ基板２の他方の面にはキャビティ基板３が接合されている。また、キャビティ基板３のリザーバ基板２が接合された面の反対側の面には、電極基板４が接合されている。すなわち、図１、図２において下から、電極基板４、キャビティ基板３、リザーバ基板２、ノズル基板１の順で接合されている。また、キャビティ基板３の製造方法については、後で詳しく説明するが、実際には、キャビティ基板３は、電極基板４に接合されたシリコン基材から作製されている。なお以下の説明では、説明の便宜上、各基板の図の上の方の面を「上面または表面」、図の下の方の面を「下面または裏面」と記すものとする。
また、このインクジェットヘッド１０は、後述する個別電極４１に駆動信号を供給するドライバＩＣ５が設けられている。
【００２１】
まず、ノズル基板１は、例えば厚さ約５０μｍのシリコン単結晶基板から作製されている。ノズル基板１には多数のノズル孔１１が所定のピッチで２列設けられている。各ノズル孔１１は、基板面に対し垂直にかつ同軸上に小さい穴の噴射口部分１１ａと噴射口部分１１ａよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されている。また、ノズル基板１の両側の端部はリザーバ基板２およびキャビティ基板３と同様にコ字状に切り欠いてあり、このコ字状の切欠き部７ａは、ＦＰＣ６を接続するためのＦＰＣ接続用開口部７を構成する。
【００２２】
次に、リザーバ基板２は、例えば厚さ約１８０μｍのシリコン単結晶基板から作製されている。このリザーバ基板２には、リザーバ基板２を貫通し各ノズル孔１１に連通する少し大きい径（導入口部分１１ｂの径と同等もしくはそれよりも大きい径）のノズル連通孔２１と、両側にそれぞれ設けられた共通のリザーバ（共通インク室）２２となる凹部２３と、リザーバ２２とキャビティ基板３の各圧力室３１とを連通する供給口２４と、さらにドライバＩＣ５を実装するため中央部に設けられたＩＣ実装用開口部８となる長方形状の開口部８ａとが設けられている。
【００２３】
各リザーバ２２となる凹部２３の底部にはインクカートリッジ（図示せず）から電極基板４およびキャビティ基板３を通じてインクを供給するためのインク供給孔２６が設けられている。さらに、リザーバ基板２の両端部には、上記のようにＦＰＣ接続用開口部７となるコ字状の切欠き部７ｂが設けられている。
なお、リザーバ基板２の下面には、キャビティ基板３を薄くすることによる圧力室３１での流路抵抗の増加を防ぐために、圧力室３１とノズル連通孔２１とに連通する細溝状の供給路２８（図２参照）が設けられている。
【００２４】
リザーバ基板２を貫通するノズル連通孔２１は、ノズル基板１のノズル孔１１と同軸上に設けられているので、インク滴の吐出の直進性が得られ、そのため吐出特性が格段に向上するものとなる。特に、微小のインク滴を狙い通りに着弾させることができるため、色ずれ等を生じることなく階調変化を忠実に再現することができ、より鮮明で高品位の画質を実現することができる。
【００２５】
次に、キャビティ基板（ＳＯＩ基板）３は、例えば厚さ約３０μｍの電極機能を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基材を用いて作製される。このＳＯＩ基材はシリコン基材３００内にＳｉＯ2 層３７を介在させて構成したもので、ＳｉＯ2 層３７はシリコン基材に振動板（後述）を形成する際のエッチングストップ層となる。ＳＯＩ基材のＳｉＯ2 層３７を介して一方の側（上面側）には第１のシリコン層３６ａが形成され、他方の側（下面側）には第２のシリコン層３６ｂが形成されている。第１のシリコン層３６ａには、ノズル連通孔２１と供給路２８に連通する圧力室（吐出室）３１となる凹部３１ａが設けられている。そして、圧力室３１となる凹部３１ａの底壁には、ＳｉＯ2 層３７を介して、第２のシリコン層３６ｂによって振動板３６が構成されている。
【００２６】
ＳＯＩ基材の振動板３６の下面には、ＳｉＯ2 絶縁膜３８が形成されており、この絶縁膜３８はインクジェットヘッド１０の駆動時において絶縁破壊や短絡を防止する。また、ＳＯＩ基材の第１のシリコン層３６ａの上面には、エッチングマスクとなるＴＥＯＳ膜３５が形成されている。
このようにして構成されたキャビティ基板３には、リザーバ基板２のリザーバ２２に連通するインク供給孔３３が設けられ、さらに両端部には前述のようにＦＰＣ接続用開口部７となるコ字状の切欠き部７ｃが設けられている。この切欠き部７ｃの両側には、ＴＥＯＳ膜３５より第１のシリコン層３６ａ、ＳｉＯ2 層３７を貫通して第２のシリコン層３６ｂの表面にまで達する一対の共通電極３９が埋設して取り付けられている。なお、一対の共通電極３９は、ＳｉＯ2 層位置よりも深い位置まで、すなわち第２のシリコン層３６ｂ内にまで埋設してもよい。電極機能を有する第１のシリコン層３６ａと第２のシリコン層３６ｂの間には、上記のＳｉＯ2 層３７が設けられているため、共通電極３９はＳｉＯ2 層３７を貫通して第２のシリコン層３６ｂと接触する位置まで埋め込まれる必要があるからである。
【００２７】
共通電極３９には、ＦＰＣ６のＣＯＭ配線６２が導電性接着剤等を用いて接続されている。また、キャビティ基板３の中央部には、ドライバＩＣ５を実装するためのＩＣ実装用開口部８となる長方形状の開口部８ｂが設けられている。このＩＣ実装用開口部８は、振動板３６と個別電極４１との間に形成されるギャップ（電極間ギャップまたは空隙）４２と、電極取出部４６ｂの封止孔部４６ａを介して連通している。
【００２８】
次に、電極基板４は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から作製されている。なかでも、キャビティ基板３のシリコン基材と熱膨張係数の近い硼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４とシリコン基材を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板４とシリコン基材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４とシリコン基材を強固に接合することができるからである。
【００２９】
電極基板４には、キャビティ基板３の各振動板３６に対向する位置にそれぞれ凹部（ギャップ段差部）４２ａが並列に２列設けられている。そして、これら２列の凹部４２ａの列の間には各凹部４２ａに連通する溝部４３が電極基板４の中央部に設けられている。各凹部４２ａおよび中央の溝部４３は、エッチングにより約０．３μｍの深さで形成されている。そして、各凹部４２ａの底面には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極４１が、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。したがって、振動板３６と個別電極４１との間に形成されるギャップ４２は、この凹部４２ａの深さ、個別電極４１および振動板３６を覆うＳｉＯ2 絶縁膜３８の厚さにより決まることになる。このギャップ４２は、インクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。実施の形態１の場合、ギャップ４２は０．２μｍとなっている。このギャップ４２の封止孔部４６ａは、エポキシ接着剤等からなる封止材４６により封止されている。これにより、湿気や塵埃等がギャップ４２へ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を保持することができる。
【００３０】
また、中央の溝部４３には、ドライバＩＣ５およびＦＰＣ６に接続するためのリード部４４が同じくＩＴＯパターンにより形成されている。リード部４４は、複数本のリード（配線）から構成されている。なお、実施の形態１において、リード部４４とは、１つのドライバＩＣ５に接続される複数のリードをいうものとする。リード部４４は、電極基板４の端部にてＦＰＣ６のＩＣ入力配線６１と接続されるＦＰＣ実装部４４ａとなっており、ドライバＩＣ５の入力端子に２箇所で接続されるＩＣ入力実装部４４ｂ，４４ｃと、ドライバＩＣ５の下に配線されるＩＣ入力信号配線４４ｄとから構成されている。ドライバＩＣ５の出力端子は各列の個別電極４１に接続されている。
【００３１】
このように、リード部４４の配線が電極基板４とドライバＩＣ５に挟まれた状態で形成されているため、インクジェットヘッド１０の面積を増やす（横方向に大きく）ことなくコンパクトに配線することができる。
また、リード部４４は個別電極４１と同様にＩＴＯにより形成されているので、個別電極４１と同時形成が可能となり、製造工程を簡略化することができる。
なお、個別電極４１およびリード部４４の材料はＩＴＯに限定するものではなく、金、銅等の金属を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすいことなどの理由から、一般にＩＴＯが用いられている。
また、この電極基板４の両側には前述したようにインクカートリッジ（図示せず）に接続されるインク供給孔４５が設けられている。
【００３２】
ここで、上記のように構成されたインクジェットヘッド１０の動作について説明する。ＦＰＣ６の一方の端部はインクジェットヘッド１０の制御部（図示せず）に接続されており、他方の端部のＣＯＭ配線６２はキャビティ基板３の共通電極３９に接続され、ＩＣ入力配線６１は電極基板４のリード部４４を介して電極基板４上に実装されたドライバＩＣ５に接続されている。したがって、インクジェットヘッド１０の制御部（図示せず）からドライバＩＣ５に駆動信号（パルス電圧）が供給されると、個別電極４１にはドライバＩＣ５からパルス電圧が印加され、個別電極４１をプラスに帯電させ、一方これに対応する振動板３６はマイナスに帯電する。このとき、個別電極４１と振動板３６間に静電気力（クーロン力）が発生するため、この静電気力により振動板３６は個別電極４１側に引き寄せられて撓む。これによって、圧力室３１の容積が増大する。次に、パルス電圧をオフにすると、上記静電気力がなくなり、振動板３６はその弾性力により元に戻り、その際、圧力室３１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により、圧力室３１内のインクの一部がノズル連通孔２１を通過し、インク滴となってノズル孔１１から吐出される。そして、再びパルス電圧が印加され、振動板３６が個別電極４１側に撓むことにより、インクがリザーバ２２から供給口２４を通って圧力室３１内に補給される。
【００３３】
以上のように、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０によれば、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３および電極基板４を貼り合わせた４層構造とすることにより、内部に複数のドライバＩＣ５を実装することができ、小型で多ノズル化された高性能のインクジェットヘッドを構成することができる。
【００３４】
次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７では図１に示したインクジェットヘッド１０が左右対称であるので、便宜上、右側の半分の断面を示すが、実際には左側の部分も同時に形成される。また、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ等はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
（ａ）  まず、図３（ａ）に示すように、例えば厚さ約２２０μｍに表面加工および表面の加工変質層の除去処理（前処理）がなされた単結晶（１１０）シリコン基材３００を準備する。
【００３６】
（ｂ）  次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基材３００に酸素イオンビームによって酸素のイオンを注入する。酸素イオンを注入する際は、基板温度４００℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、および酸素ドーズ量４×１０17ｃｍ-2の条件で行う。
【００３７】
（ｃ）  次に、シリコン基材３００を、図３（ｃ）に示すように、高温アニールする。高温アニールは、温度１３５０℃（１３００℃以上）で、４時間行う。こうすると、シリコン基材３００の内部にＳｉＯ2 層３７が形成される。そして、ＳｉＯ2 層３７の上部は第１のシリコン層３６ａとなり、下部はこれよりも薄層の第２のシリコン層３６ｂとなる。こうして、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基材が形成される。
【００３８】
（ｄ）  次に、図３（ｄ）に示すように、シリコン基材３００の第２のシリコン層３６ｂの表面（下面）に、例えばＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって厚さ０．１μｍの酸化膜からなる絶縁膜（ＳｉＯ2 絶縁膜）３８を成膜する。この絶縁膜３８の成膜は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ３／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ３／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で行う。
【００３９】
（ｅ）  次に、図４（ｅ）に示すように、シリコン基材３００を、ＳｉＯ2 絶縁膜３８を介して、ガラス基板に予め個別電極４１や凹部４２ａ、リード部（図示せず）等が作製された電極基板４上に、個別電極４１に対向させて陽極接合する。陽極接合は、シリコン基材３００と電極基板４を３６０℃に加熱した後、電極基板４に負極、シリコン基材３００に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する。また、電極基板４にはインク供給孔４５が、例えばドリル等を用いた切削加工により形成されている。
【００４０】
（ｆ）  次に、陽極接合されたシリコン基材３００の表面を、例えばバックグラインダーや、ポリッシャーによって研削加工し、さらに例えばフッ酸水溶液で表面を１０〜２０μｍエッチングして加工変質層を除去し、図４（ｆ）に示すように、厚さが例えば３０μｍになるまで薄くする。
【００４１】
（ｇ）  次に、図４（ｇ）に示すように、薄板化されたシリコン基材３００の表面に、エッチングマスクとなるＴＥＯＳ膜３５を、例えばプラズマＣＶＤによって厚さ約０．８μｍに成膜する。
【００４２】
（ｈ）  次に、ＴＥＯＳ膜３５の表面にレジスト（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィーによってレジストをパターニングしてエッチングすることにより、図５（ｈ）に示すように、圧力室３１、インク供給孔３３、ＦＰＣ接続用開口部（図示せず）、およびドライバＩＣ５のＩＣ実装用開口部８に対応する開口部をＴＥＯＳ膜３５に形成する。
【００４３】
（ｉ）  次に、この陽極接合済みの基板を水酸化カリウム水溶液でエッチングすることにより、薄板化されたシリコン基材３００に、図５（ｉ）に示すように、圧力室３１となる凹部３１ａ、インク供給孔３３となる部分３３ａ、ＩＣ実装用開口部８となる部分８ａおよびＦＰＣ接続用開口部７となる部分７ｃを形成する。
この際、圧力室３１となる凹部３１ａ、インク供給孔３３となる部分３３ａ、ＩＣ実装用開口部８となる部分８ａおよびＦＰＣ接続用開口部７となる部分７ｃは、第１のシリコン層３６ａをエッチングして形成されるが、エッチングはシリコン基材３００内に設けたエッチングストップ層として機能するＳｉＯ2 層３７の表面に達したときに停止する。
このとき、圧力室３１となる凹部３１ａの部分では、ＳｉＯ2 層３７の下面に位置する第２のシリコン層３６ｂが一定の振動板厚みを高精度に維持した状態で振動板３６を形成する。
【００４４】
なお、上記のエッチング工程では、最初は、濃度３５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液を用いて、第１のシリコン層３６ａの残りの厚さが例えば５μｍになるまでエッチングを行い、ついで濃度３ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液に切り替えてエッチングを行う。これにより、エッチングストップが十分に働くため、振動板３６上に位置するＳｉＯ2 層３７の面荒れを防ぎ、振動板３６となる部分を高精度の厚さに形成することができる。エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。そして、エッチング後、レジストを剥離する。
【００４５】
（ｊ）  次に、図６（ｊ）に示すように、圧力室３１となる凹部３１ａが形成されたシリコン基材３００上にシリコンマスク３０２をセットし、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）ドライエッチングにより、ＩＣ実装用開口部８（電極取出部４６ｂを含む）、ＦＰＣ接続用開口部（図示せず）およびインク供給孔３３を開口する。このエッチングの条件は、例えば、高周波出力２００Ｗ、チャンバ圧力３９．９Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4 ガス流量３０ｃｍ３／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）、エッチング時間６０分である。
【００４６】
（ｋ）  次に、図６（ｋ）に示すように、シリコンマスク３０２とは別のシリコンマスク３０３をシリコン基材３００上にセットし、同じくＲＩＥドライエッチングにより、共通電極３９を埋設するための開口部３９ａを、ＴＥＯＳ膜３５より第１のシリコン層３６ａ、ＳｉＯ2 層３７を貫通して第２のシリコン層３６ｂに接触する位置まで形成する。なお、開口部３９ａは、第２のシリコン層３６ｂの表面よりも下方位置（中間のＳｉＯ2 層３７よりも深い位置）にまで形成するようにしてもよい。例えば、エッチング深さが約３５μｍとなるようにする。
【００４７】
（ｌ）  次に、図６（ｌ）に示すように、シリコンマスク３０３を用いて、上記のようにして開口された開口部３９ａに、例えばＰｔをスパッタリングして共通電極３９を埋設する。
【００４８】
（ｍ）  次に、図６（ｍ）に示すように、電極取出部４６ｂに位置するギャップ４２の封止孔部４６ａを封止材４６で封止する。
以上のようにして、個別電極４１がパターン形成された電極基板４に、シリコン基材３００を接合した状態で、キャビティ基板３を作製することができる。
【００４９】
（ｎ）  その後、図７（ｎ）に示すように、予めノズル連通孔２１やリザーバ２２、供給口２４となる部分が形成されたリザーバ基板２を、上記のように作製されたキャビティ基板３上に接着剤により接着する。このとき、リザーバ基板２とキャビティ基板３とは、ＴＥＯＳ膜３５を介して接合される。
【００５０】
（ｏ）  ついで、図７（ｏ）に示すように、ドライバＩＣ５をキャビティ基板３のＩＣ実装開口部８から電極基板４の溝部４３上にセットして電極基板４の個別電極４１およびリード部（図示せず）に接続し、さらにＦＰＣ（図示せず）のＩＣ入力配線をリード部の端部（ＦＰＣ実装部）に、またそのＦＰＣのＣＯＭ配線を上記共通電極３８に、導電性接着剤を用いて接続する。
【００５１】
（ｐ）  最後に、図７（ｐ）に示すように、予めノズル孔１１が形成されたノズル基板１をリザーバ基板２上に接着剤により接着する。そして、ダイシングにより個々のヘッドに分離すれば、図２に示したインクジェットヘッド１０が作製される。
【００５２】
以上のように、実施の形態１に係るインクジェットヘッドによれば、内部のＳｉＯ2 層３７を振動板３６を形成する際のエッチングストップ層として用いるため、レート選択比を極めて大きくすることができ、高精度な振動板厚み制御を容易に行うことが可能になる。また、アクチュエータの電気絶縁膜にＳＯＩ基材のＳｉＯ2 層３７を用いるため、プロセスの簡素化を図ることができる。こうして、インク吐出性能向上と安定性に優れた静電駆動型のインクジェットヘッドを提供することができる。
【００５３】
なお、実施の形態１では液滴吐出ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドについて説明したが、液滴吐出ヘッドはインクジェットヘッドに限定されるものではなく、液滴を種々変更することによって、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。
また、実施の形態１では、４層構造のインクジェットヘッドについて述べたが、本発明は実施の形態１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、従来の一般的な３層構造のインクジェットヘッドについても本発明を適用することができる。
【００５４】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットプリンタ（液滴吐出装置の一例）の斜視図である。実施の形態１で得られたインクジェットヘッドを用いて、図８に示すようなインクジェットプリンタ５００を得ることができる。
実施の形態２によれば、電気絶縁性が安定して高く、気密性に優れた圧力室を有するインクジェットヘッドを備えた信頼性の高いインクジェットプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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】図１のインクジェットヘッドを組立てた右半分の概略構成を示す断面図。
【図３】本発明のインクジェットヘッドの製造工程の断面図。
【図４】図３に続く製造工程の断面図。
【図５】図４に続く製造工程の断面図。
【図６】図５に続く製造工程の断面図。
【図７】図６に続く製造工程の断面図。
【図８】本発明に係るインクジェットプリンタを示す斜視図。
【符号の説明】
【００５６】
１  ノズル基板、２  リザーバ基板、３  キャビティ基板（ＳＯＩ基板）、４  電極基板、５  ドライバＩＣ、８  ＩＣ実装用開口部、１０  インクジェットヘッド、１１  ノズル孔、２２  リザーバ、２６  インク供給孔、３１  圧力室、３１ａ  圧力室となる凹部、３３  インク供給孔、３５  ＴＥＯＳ膜、３６  振動板、３６ａ  第１のシリコン層、３６ｂ  第２のシリコン層、３７  ＳｉＯ2 層、３８  ＳｉＯ2 絶縁膜、３９  共通電極、３９ａ  共通電極を埋設するための開口部、４１  個別電極、４２  ギャップ、４２ａ  凹部（ギャップ段差部）、４３  溝部、４４  リード部、４５  インク供給孔、４６  封止材、４６ａ  封止孔部、４６ｂ  電極取出部、３００  シリコン基材、３０２、３０３  シリコンマスク、５００  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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