(57)【要約】【課題】駆動部の高密度化を可能にし、高い流体駆動力を得ると共に、生産性の向上を図った微小流体駆動装置、及びこれを備えた静電ヘッド装置を提供する。【解決手段】流体に圧力変化を与える振動板１２と、振動板１２を駆動するための独立した振動板側電極１１及び基板側電極７と、振動板側電極１１と基板側電極７との間の空間９を形成するための支柱１３とを有して成る。【選択図】　　　　図３
2004106232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するための独立した振動板側電極及び基板側電極と、
前記振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有して成る
ことを特徴とする微小流体駆動装置。
【請求項２】
前記基板側電極が共通とされ、該基板側電極に対向して複数の前記振動側電極が独立に形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項３】
隣接する振動板下の前記空間は相互に連通して成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項４】
前記振動板側電極が前記振動板の下面凹部内に密着配置されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項５】
前記振動板側電極が前記支柱の形成部分より僅かに内側に形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項６】
隣接する２つの前記振動板側電極が前記空間に連通する開口を挟んで形成され、
前記開口が閉塞されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項７】
前記支柱の近傍に前記空間に連通する開口が形成され、該開口が閉塞されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項８】
前記振動板が、該振動板を形成する主材料の表裏両面を前記主材料とは異なる同一材料にて挟んだ膜構成を有する
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項９】
前記振動板の直下に補助支柱が設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項１０】
前記支柱が前記振動板を構成する材料の一部または全部で形成され、
前記支柱が前記振動板と一体に形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項１１】
前記支柱及び前記補助支柱が前記振動板を構成する材料の一部または全部で形成され、
前記支柱が前記振動板と一体に形成されて成る
ことを特徴とする請求項９記載の微小流体駆動装置。
【請求項１２】
基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に振動板側電極を形成する工程と、
同一材料により、前記振動板側電極上の振動板と該振動板に連続した所要位置に該振動板を支える支柱とを形成する工程と、
前記振動板の領域外に開口を形成し、該開口を通して前記犠牲層を選択的に除去し、前記基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程とを有する
ことを特徴とする微小流体駆動装置の製造方法。
【請求項１３】
前記振動板及び支柱の形成工程において、前記振動板の直下に補助支柱を同時に形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の微小流体駆動装置の製造方法。
【請求項１４】
前記空間を形成した後、前記開口を閉塞する工程を有する
ことを特徴とする請求項１２記載の微小流体駆動装置の製造方法。
【請求項１５】
前記開口よりエッチング用の気体または液体を導入して前記犠牲層を除去する
ことを特徴とする請求項１２記載の微小流体駆動装置の製造方法。
【請求項１６】
流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するための独立した振動板側電極及び基板側電極と、
前記振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有し、前記振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室が形成されて成る
ことを特徴とする静電ヘッド装置。
【請求項１７】
基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に振動板側電極を形成する工程と、
同一材料により、前記振動板側電極上に振動板を形成すると共に該振動板に連続した所要位置に該振動板を支える支柱を形成する工程と、
振動板の領域外に開口を形成し、該開口を通して前記犠牲層を選択的に除去し、前記基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程と、
前記振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室を形成する工程を有する
ことを特徴とする静電ヘッド装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば微小量の液体や気体などの微小流体を駆動するための微小流体駆動装置及びその製造方法、並びにこの微小流体駆動装置を用いた静電ヘッド装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
写真画質の印刷物を高速に印字するというニーズに対応するプリンタとして、微細な容積のインクを吐出するインクジェット・プリンタヘッドが広範囲に利用されている。今後、さらに高い画質を高速に印字するニーズに対応するため、消費電力を増加させず、吐出性能を落とさずに、さらに高密度にノズルを配置することが求められている。
【０００３】
従来、インクジェット・プリンタヘッドに用いる微小薬液の駆動方法には、インク保持空間（いわゆるキャビティ）内に保持された微小流体（微小容積のインク）に対して、抵抗加熱方式とダイアフラム方式がある。抵抗加熱方式は、抵抗加熱により発生した気体（バブル）によりキャビティ内の流体をノズルから噴出する方法である。ダイアフラム方式は、ピエゾ素子などを用いた圧力印加手段（いわゆるダイアフラム）により流体をノズルから噴出する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、抵抗加熱方式は、半導体プロセスにより作製可能なためコストが安く、抵抗発熱体を微小に作製することができるため、高密度にノズルを形成するには好都合であるが、電流によるジュール加熱を用いるため、ノズル数と共に消費電力が増加し、抵抗発熱体の冷却が必要なため吐出周波数を高くすることが難しい。
また、ピエゾ効果を用いたダイアフラム方式は積層ピエゾタイプと単板ピエゾタイプに別けられ、積層ピエゾタイプはピエゾアクチュエータをダイアフラムに貼り合せ、その後切削により素子分離を行うため、半導体プロセスは利用できず、高コストであり、高密度化に難がある。
単板ピエゾタイプはほぼ半導体プロセスが利用できる上、コストも積層タイプにくらべ安く、消費電力も低下できているが、ピエゾ素子の焼結により反りが発生し、多ノイズ化した大型のヘッドの作製に難がある。
一方、静電駆動を用いたダイアフラム方式は抵抗加熱、ピエゾ方式に比べても消費電力が非常に少ない。
ただし、これらダイアフラム方式は、抵抗加熱に比べて消費電力が小さいが、駆動距離が小さいためミリ（ｍｍ）レベルの長さにまで駆動面積を拡大して駆動容積を確保する必要があるので、高密度化が困難である。
また、従来の静電駆動方式のインクジェットヘッドはエッチングにより薄く削ったＳｉ基板により振動板を形成し、下部電極を形成したガラスなどの基板と貼り合せて作製している。この方法では振動板の膜厚およびその均一性を管理するのが難しい。また振動板をＳｉ基板からエッチングして薄くすることにより、Ｓｉ基板のほとんどの厚さを取り除くことになるため、生産性が悪く、振動板を数μｍ以下に薄く、均一に出来ないため低電圧駆動するには振動板の短辺を長く確保する必要があり、高密度化が難しい。また、基板どうしを貼り合せるために接合面を高精度に平滑化し、貼り合せるための接合面積を確保する必要があり、また貼り合せの時の重ね合わせ精度が±数μｍ必要で高密度化出来ない。さらに、約０．１〜０．２ｍｍ厚基板のハンドリングは容易でないなどの問題があった。
【０００５】
このような問題は、微小流体として例えば微小気体を取り扱う駆動装置においても同様に起こり得る。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑み、半導体製造プロセスでの作製を可能とすることで、振動板の膜厚管理を容易にし、基板の貼り合せを不要とし、駆動部の高密度化を可能にし、高い流体駆動力を得ると共に、生産性の向上を図った静電方式による微小流体駆動装置及びその製造方法を提供するものである。
本発明は、上記微小流体駆動装置を適用した静電ヘッド装置及びその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微小流体駆動装置は、流体に圧力変化を与える振動板と、振動板を駆動するための独立した振動板側電極及び基板側電極と、振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有して成る。
【０００８】
本発明の微小流体駆動装置では、振動板側電極と基板側電極間に電圧を印加すると静電吸着力が発生して振動板側電極に一体の振動板が撓み、逆に振動板側電極と基板側電極間への電圧印加を開放すると振動板は静電力から開放され、自身の復元力で減衰振動する。この振動板の駆動を利用して微小流体の駆動を可能にする。この微小流体駆動装置は、半導体プロセスで作製することを可能としたことにより、振動板の薄膜化、膜厚の均一化が容易となり、高密度化を可能とした。また、基板の貼り合せが不要となるため貼り合せ面も不要となり、また貼り合せの精度に対して、露光装置（ステッパー）の重ね合わせ精度は１桁以上高いため振動板を有する駆動部の高密度化を更に可能とした上で、必要十分な流動駆動力が得られ、消費電力も他方式に比べて圧倒的に少ない。
【０００９】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法は、基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に振動板側電極を形成する工程と、同一材料により、振動板側電極上に振動板を形成すると共にこの振動板に連続した所要位置にこの振動板を支える支柱を形成する工程と、振動板の領域外に開口を形成し、この開口を通して犠牲層を選択的に除去し、基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程とを有する。
【００１０】
本発明の微小流体駆動装置の製造方法では、基板上に順次基板側共通電極、犠牲層、振動板側個別電極、同一材料による振動板及びその支柱を形成し、振動板の開口を通して犠牲層を選択除去後、振動板開口を封止する一連の工程を有することにより、高密度で且つ高い駆動力を有する微小流体駆動装置を精度良く、容易に製造できる。
【００１１】
本発明に係る静電ヘッド装置は、流体に圧力変化を与える振動板と、振動板を駆動するための独立した振動板側電極及び基板側電極と、振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有し、振動板上に流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室が形成されて成る。
【００１２】
本発明の静電ヘッド装置では、上記微小流体駆動装置を備えることにより、流体の吐出部の高密度化が可能になり、高い駆動力を有して、流体の吐出量を精度良く制御することが可能になる。
【００１３】
本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法は、基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に振動板側電極を形成する工程と、同一材料により、振動板側電極上に振動板を形成すると共にこの振動板に連続した所要位置にこの振動板を支える支柱を形成する工程と、振動板の領域外に開口を形成し、この開口を通して犠牲層を選択的に除去し、基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程と、振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室を形成する工程を有する。
【００１４】
本発明の静電ヘッド装置の製造方法では、気相成膜法により振動板を形成するため厚さ１μｍ以下の非常に薄い振動板が提供できる。これにより、振動板の短辺長を６０μｍ以下まで短くすることが可能となり、３００ｄｂｉ以上の高密度化が可能である。
また、約２００ｍｍの犠牲層の膜厚管理も容易となり、３０Ｖ以下の低電圧駆動が容易に実現できる。また、振動板、犠牲層の膜厚管理が容易になるため、流体の吐出量を精度良く制御できる上記静電ヘッド装置の製造を可能にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１〜図４は、本発明に係る微小流体駆動装置、及びこの微小流体駆動装置を適用した静電ヘッドの一実施の形態を示す。
本実施の形態に係る静電ヘッド１は、静電気力により駆動（振動）する複数の振動板１２を高密度に並列配置してなる微小流体駆動装置２と、その各振動板上に対応する位置に夫々流体２１が溜められる圧力室（いわゆるキャビティ）２２及び流体２１を外部に吐出する吐出部、本例ではノズル（流体として液体を用いるので）２３が形成された隔壁構体２４を備えた、いわゆる流体供給部２５とから成る。
【００１７】
微小流体駆動装置２は、図２〜図４に示すように、所要の基板４上に導電性物質薄膜からなる共通の基板側電極７が形成され、基板側電極７の表面に絶縁膜８が形成され、この基板側電極７に対向するように空間９を挟んで各独立に駆動される振動板側電極１１を一体に有した複数の振動板１２が並列配置され、各振動板１２を両持ち梁で支持するように支柱１３が基板４上に形成されて構成される。
【００１８】
振動板１２は、図示の例では短冊状に形成され、振動板１２の両側に長手方向に沿って夫々所定間隔（支柱間ピッチ）を置いて複数の支柱１３が形成される。なお、この所定間隔（支柱間ピッチ）は２μｍ以上、１０μｍ以下が好ましく、５μｍが最適である。隣り合う振動板１２は支柱１３を介して連続して形成され、且つ支柱１３も振動板１２と同じ材料で一体に形成される。従って、振動板１２と基板側電極７間の空間９は、並列する複数の振動板１２の間で連通している。各振動板１２間を連通する全体の空間９は、密閉空間になるように形成される。
【００１９】
各振動板１２の支柱１３の近傍、本例では１つの振動板１２の長手方向に沿う各支柱１３間には、後述する製造工程で犠牲層をエッチング除去するための気体または液体を導入するための開口１４が形成される。犠牲層を除去した後は、開口１４は所要の部材１５により閉塞される。なお、この開口は□２μｍ以下で十分であり、小さいほど閉塞しやすい。ドライエッチングの場合、□０．５μｍでも十分犠牲層エッチングが可能であることを確認した。
さらに本例では、薄い振動板１２を用いた場合、振動板自体の反発力を高めるために、振動板１２の中央部直下に補助支柱（いわゆるポスト）１９を支柱（いわゆるアンカー）１３と同時に形成される。
【００２０】
基板４は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板や、石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等の所要の基板を用いることができる。本例ではシリコン基板５上にシリコン酸化膜等による絶縁膜６を形成した基板４を用いている。基板側電極７は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属（例えばＰｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｎｉ等の蒸着膜）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）膜等で形成され、本例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成される。各個別の振動板側電極１１は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属（例えばＰｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｎｉ等の蒸着膜）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）膜等で形成され、本例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成される。
【００２１】
振動板側電極１１は、図５（拡大図）で示すように、絶縁膜１７を介して振動板１２に接合され、且つ振動板１２の折曲された下面凹部１２ａ内に挿入されるように形成される。振動板１２は、絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。振動板となるＳｉＮ膜１２の上面はシリコン酸化膜１８が形成される。１６は振動板側電極１１の下面及び振動板のＳｉＮ膜１２の下面に形成されたシリコン酸化膜である。振動板は、本例では実質的にＳｉＮ膜１２、絶縁膜１７、１８で構成される。
【００２２】
この微小流体駆動装置２に対し、振動板１２の支柱１３に対応する位置に流体供給部２５の隔壁２４ａが形成されるように、圧力室２２及びノズル２３を有した隔壁構体２４、したがって流体供給部２５が配置される。圧力室２２は図示ぜざるも流体の供給路に連通している。
【００２３】
次に、かかる静電ヘッド装置１の動作を説明する。
微小流体駆動装置２において、基板側電極７と振動板側電極１１間に所要の電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板側電極１１を有する振動板１２が基板側電極７の側にたわむ（図６Ａ参照）。逆に、基板側電極７及び振動板側電極１１間への電圧印加を開放すると、振動板１２は静電力から開放され、自身の復元力により減衰振動する（図６Ｂ参照）。この振動板１２の上下駆動による圧力室２２の容積変動で、圧力室２２内の流体２１がノズル２３から外部に吐出され、また圧力室２２内へ流体２１が供給される。
振動板１２が基板側電極７の側にたわむと、空間９が閉空間の場合にその振動板１２と基板側電極７との間の空気は圧縮されるために振動板１２のたわみを阻害しようとするが、支柱１３、補助支柱１９での支持構造であるので、隣接する振動板１２下の空間９に圧縮された空気を逃がすことができ、十分に振動板１２をたわませることができる。
【００２４】
本実施の形態に係る微小流体駆動装置２によれば、振動板１２を静電気力によりたわませ、その復元力を駆動力とすることにより、微小流体を精度良く制御して供給することが可能になる。　振動板１２の中間部の直下に補助支柱１９を設けるときは、振動板１２を薄くしても、または振動板１２の短辺幅を長くしても、振動板の支柱間の長さが見かけ上短くなり、振動板１２の反発力を大きくできるので必要な駆動力が得られる。
振動板１２を之と一体の複数の支柱１３により支持し、支柱１３の近傍に犠牲層３１をエッチングする際のエッチャント導入用の開口１４を設けた構成とすることにより、長辺約１〜３ｍｍ、短辺３０〜１００μｍの振動板１２と基板側電極７間の空間９の形成において、振動板下の犠牲層空間９を短辺側にエッチングすることができるため短時間でのエッチングが可能となると共に、各隣り合う振動板１２下の空間９を同時に、且つ精度良く形成することを可能にする。
従って、流体に対する駆動力を確保して高密度化を可能にした微小流体駆動装置を提供することができる。
【００２５】
下部の基板側電極７を共通電極とし、上部の振動板側電極１１を複数の独立電極として形成することにより、振動板１２の下面すなわち１６を平らに形成することができる。下部の基板側電極７を個別にした場合は、電極の厚さに起因する段差が振動板１２の段差となって現れるため、振動板１２の引張り応力がその段差で緩和されてしまい、引張り応力が有効に働かない。
一方、ＳｉＮ膜による振動板１２とＳｉ振動板側電極１１は、振動板１２の段差部によって形成された下面凹部内に絶縁膜を介して振動板側電極１１が密着して配置されているので、振動板１２に段差部があっても振動板１２の張力が段差部で吸収されることがない。
なお、ＳｉＮ膜による振動板１２とＳｉ振動板側電極１１の上下関係を入れ替えた場合、すなわちＳｉＮ膜による振動板１２を先に形成し、その上にＳｉ振動板側電極１１を形成した場合、振動板が平坦にできるが、電極間に印加された電圧は比誘電率の高いＳｉＮ膜にも分配されるため、振動板下面と基板側電極上面の空間に働く実効電圧が低下し、それについて静電引力が低下し、振動板の変位量も低下するため、低消費電力駆動を目指す場合に不利となる。
【００２６】
振動板側電極１１が支柱１３の中へは形成されないように、従って支柱１３の形成部分より僅かに内側に形成されるので、振動板側電極１１に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐことができる。
【００２７】
圧力室に供給される流体が液体の場合、液体が接する部分が導体であると液体に導体表面より気泡ができたり、導体表面が腐食することがあるが、本実施の形態では振動板側電極１１上に振動板１２があり、振動板１２の表面が絶縁膜１８で被覆されているので、その様な問題は発生しない。
また、流体が液体の場合、振動板１２の表面に親水性膜の絶縁膜１８を形成することにより、圧力室２２内への液体の流入を円滑に行わせることができる。また、流体が気体の場合には、振動板１２の表面に気体に対して耐性のある絶縁膜１８を形成することにより、振動板１２が気体で侵されることがない。
【００２８】
本実施の形態に係る静電ヘッド装置１によれば、上述の微小流体駆動装置２を備えることにより、流体の吐出部、本例ではノズル２３を高密度に配置できると共に、高い駆動力で微小量の流体を精度良く制御して供給することができる。本実施の形態の静電ヘッド装置１は、例えば民生用ではインクジェット・プリンタヘッド、産業用では有機ＥＬなどの高分子、低分子有機材料塗布装置、プリント基板配線印刷装置、ハンダバンプ印刷装置、３次元モデリング装置、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｔｏｔａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）として薬液その他の液体をｐｌ（ピコリットル）以下の微小単位にて精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、さらには気体を微小量精度良くコントロールして供給する供給ヘッド等に適用することができる。
【００２９】
静電ヘッド装置１は、圧力室２２として、高圧力室、中圧力室及び低圧力室の複数設け、各圧力室２２を連結し、各圧力室２２間に逆流防止弁を配置して圧力差で流体を流すようにした構成のものも含む。
静電ヘッド装置１は、流体として気体を用いるときは、基本的に圧力室２２の外部への吐出口に弁を設けるようにして構成することができる。
微小流体駆動装置２は、例えばコンピュータのＣＰＵの冷却用の駆動原にも適用することができる。
【００３０】
次に、図１０〜図１７を用いて上述の微小流体駆動装置２及び静電ヘッド装置１の製造方法の一実施の形態を説明する。なお、図１１〜図１７の工程図は、図１０のＣーＣ線上の断面構造を示す。
【００３１】
先ず、図１１Ａに示すように、所要の基板、本例ではシリコン基板５上に絶縁膜の例えばシリコン酸化膜６を形成した基板４を設け、この基板４のシリコン酸化膜６上に共通の基板側電極７を形成する。基板側電極７は、本例ではＣＶＤ（化学気相成長）法によるアモルファスシリコン膜を成膜し、不純物例えば燐（Ｐ）をドーピングした後に熱処理して活性化し導電性を有する電極として形成する。これにより多結晶シリコンの基板側電極７が形成される。
【００３２】
次に、図１１Ｂに示すように、基板側電極７の表面上に絶縁膜８を形成する。絶縁膜８は、例えば１０００℃程度の高温の減圧ＣＶＤまたは熱酸化により形成することができる。この絶縁膜８は、基板側電極７の保護膜、後述する犠牲層のエッチング液またはエッチングガスに対して耐性のある膜、さらに振動板と基板側電極が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極７に当接した場合のショート防止、等に供される。絶縁膜８としては、例えばＳＦ６　、ＸｅＦ２　によるエッチングガスを用いるときはＳｉＯ２　膜とし、例えばフッ酸によるエッチング液を用いるときはＳｉＮ膜とすることができる。
【００３３】
次に、図１１Ｃに示すように、絶縁膜８の全面上に犠牲層３１を形成する。犠牲層３１として、本例では多結晶シリコン膜をＣＶＤ法より堆積する。
次に、図１２Ｄに示すように、後に形成する振動板を支える支柱（いわゆるアンカー）を形成すべき部分、及び補助支柱（いわゆるポスト）に対応する部分の犠牲層３１を選択的にエッチング除去し開口部３２を形成する。犠牲層３１のエッチングはドライエッチングが好ましい。
【００３４】
次に、図１２Ｅに示すように、犠牲層３１の表面に絶縁膜１６を形成する。この絶縁膜１６は、絶縁膜８と同様に犠牲層３１のエッチング液又はエッチングガスに対して耐性を有する膜で形成する。本例では多結晶シリコン膜による犠牲層３１をＳＦ６　ガスまたはＸｅＦ２　ガスを用いてエッチング除去するので、絶縁膜１６としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２　膜）を熱酸化またはＣＶＤにより形成する。この絶縁膜１６は、振動板側電極の保護、振動板と基板側電極７が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極７に当接した場合のショート防止、等にに供される。
【００３５】
次に、図１３Ｆに示すように、絶縁膜１６を有する犠牲層３１上に各独立した振動板側電極１１を形成する。振動板側電極１１は、本例ではＣＶＤ（化学気相成長）法によるアモルファスシリコン膜を成膜し、不純物例えば燐（Ｐ）をドーピングした後に熱処理して活性化し導電性を有する電極として形成する。これにより多結晶シリコンの振動板側電極１１が形成される。振動板側電極１１に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐため、振動板側電極１１は支柱の中へは形成しないように、従って支柱形成部分より僅かに内側に形成するようにする。また、このような振動板側電極１１の形成により、後の工程で振動板側電極１１は振動板の下面凹部内に挿入されるようになる。
【００３６】
次に、図１３Ｇに示すように、振動板側電極１１の表面を熱酸化してシリコン酸化膜８ＳｉＯ２　膜）１７を形成した後、犠牲層３１上及び開口部３２内の全面にわたって振動板１２と、之に連続した支柱（アンカー）１３及び補助支柱（ポスト）１９を同一の絶縁膜により形成する。更に、振動板１２、支柱１３、補助支柱１９は、本例では減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成する。ＳｉＮ膜は引っ張りの応力が発生するので、振動板１２の反発力が高まり好都合である。
【００３７】
次に、図１４Ｈに示すように、シリコン窒化膜による振動板１２、支柱１３、補助支柱１９の表面に所要の絶縁膜１８を形成する。この絶縁膜１８としては、例えば流体として、インク、薬液、その他の液体を用いるときにはその液体接触面に、親水性の絶縁膜１８を形成する。流体として気体を用いるときは気体に対して耐性のある絶縁膜１８を形成する。犠牲層３１のエッチングに際してＳＦ６　ガスあるいはＸｅＦ２　ガスを用いるときは、このエッチングガスに対して耐性もある酸化膜（例えばシリコン酸化膜）で絶縁膜１８を形成することが好ましい。シリコン窒化膜による振動板１２は絶縁膜１６と絶縁膜１８により挟まれる構成となっているが、この構成は引張り応力を有するシリコン窒化膜と圧縮応力を有するシリコン酸化膜との積層構造を形成する場合には振動板の反りを防ぐ上で有効である。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層構造では引張りと圧縮応力の相乗効果により、振動板が大きく凹状になってしまい振動板の変位量が不足する。シリコン窒化膜の両側をシリコン酸化膜で覆うことでこの反りを緩和できる。
【００３８】
次に、図１４Ｉに示すように、支柱１３の近傍に絶縁膜１７、振動板１２、絶縁膜１６を貫通して犠牲層３１が露出するように開口１４を形成する。この開口１４は、犠牲層３１をエッチング除去する際の抜き孔となるものであり、例えばＲＩＥなどの異方性ドライエッチングで形成することができる。
【００３９】
次に、図１５Ｊに示すように、開口１４を通じてエッチング液またはエッチングガスを導入し、本例ではＳＦ６　ガスまたはＸｅＦ２　ガスを導入して犠牲層３１をエッチング除去し、振動板側電極１１を一体に有する振動板１２と基板側電極７との間に空間９を形成する。この場合、開口１４が振動板１２の長辺に沿って複数形成され、開口を通して振動板１２の短辺に沿う方向にエッチングが進められるので、短時間でのエッチングが可能になる。犠牲層３１として多結晶シリコンのようなシリコンを使用した場合にはＳＦ６　ガスあるいはＸｅＦ２　ガスによりエッチング除去することができる。犠牲層３１としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２　膜）を使用した場合には、フッ酸のエッチング液によりエッチング除去するころができる。犠牲層３１をエッチング液で除去したときには乾燥処理を行う。
【００４０】
次に、図１５Ｋに示すように、この開口１４を封止する。封止にはＡｌなどのメタルスパッタによる封止も可能であるが、振動室となる空間９が減圧になるため振動板１２が凹状になり、振動板１２の支柱１３あるいは補助支柱１９の近傍に応力が常にかかる。また凹状となることにより振動板１２の可動範囲は狭くなる。この点を考慮して、例えばボロン・リン・シリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜を成膜した後、リフローにより開口１４を埋める方法を採ることができる。この際、Ｎ２　加圧雰囲気で行うことにより振動室となる空間９の圧力を所望の値にすることが可能になる。また、後述の加圧室の形成部材の粘性を利用して開口１４を塞ぐこともできる。このようにして、微小流体駆動装置２を製造する。
【００４１】
次に、図１６に示すように、この微小流体駆動装置２上に、例えば光硬化性樹脂材料層、例えば感光性を有するエポキシ樹脂材料層３３を形成し、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、流体を溜める圧力室（いわゆるチャンバー）２２及びこの圧力室２２に連通する流体の供給流路（図示せず）を形成する。即ち、振動板１２上に圧力室２２を形成し、振動板１２の支柱１３が形成された両側に対応する上に圧力室２２を構成するための隔壁２４ａを形成する。
【００４２】
次に、図１７に示すように、各圧力室２２の上部を閉塞するように、ノズル２３を有するシート状体（いわゆるノズルシート）３４を接合する。このノズルシート３４は、ニッケル、ステンレスなどの金属、またはＳｉウェーハなどの所要の材料で形成することができ、このノズルシート３４を接着する。
かくして目的の静電ヘッド装置１を得る。
【００４３】
なお、上記光硬化性樹脂の粘性を調節することで、振動板１２の開口１４を金属スパッタせずに、この光硬化性樹脂で封止することができる。
【００４４】
上述の本実施の形態に係る製造方法によれば、犠牲層９、振動板１２を気相形成することにより、次のような効果を奏する。電極間間隔の均一性、振動板１２の膜厚の均一性が高くなり、各振動板１２間の動作電圧のバラツキが小さくなる。振動板１２の表面の平坦度が高くなる。電極間間隔、振動板１２の膜厚のコントロールが容易になり、成膜時間、温度により所望の膜厚の振動板１２を容易に作ることができる。一般の半導体プロセスで容易に作成することができるので、量産性にも優れる。
支柱１３の近傍に開口１４を形成し、この開口１４を通して犠牲３１をエッチング除去するので、精度良く振動板１２と基板側電極７間の空間９を形成することができる。開口１４は振動板１２の長手方向に沿って複数形成されるので、犠牲層３１のエッチングは振動板１２の短辺方向になされ、エッチング時間の短縮が図れる。
本実施の形態では、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板１２を含む微小流体駆動装置２、流体の圧力室２２及びノズル２３を有する隔壁構体２４から成る静電ヘッド装置１を製造方法することが可能になる。支柱１３の近傍に設けた開口１４より犠牲層３１をエッチング除去する工程を含めて、標準的な半導体プロセスを利用できるので、微小流体駆動装置２、あるいは静電ヘッド装置１のコスト低減が図れる。
【００４５】
なお、微小流体駆動装置２上に、別途形成したノズル２３、圧力室２２及び流体供給流路（図示せず）を有する隔壁構体２４を貼り合わせて、静電ヘッド装置１を製造することもできる。
開口１４としては、例えば図１８に示すように、１つの支柱１３の近傍に複数形成するこができる。
支柱１３、補助支柱１９は、振動板１２を構成する材料（図示の例では実質的にＳｉＮ膜１２、シリコン酸化膜１７、１８で形成されている）の一部（ＳｉＮ膜を含む一部）又は全部で形成することができる。
【００４６】
図７〜図９は、微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態では、振動板１２が十分反発力を有し、また変形せずに振動板として十分機能する場合であり、補助支柱１９を省略して構成される。それ以外の構成は前述の図２〜図４と同様であるので、対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態の動作、効果は、図２〜図４の実施の形態と同様である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、消費電力が少なく、且つ振動板を有する振動部の高密度化を図ることができる。振動板と基板側電極との間の空間が閉空間の場合、振動板が撓むと空気が圧縮されるので振動板のたわみを阻害しようとするが、支柱での支持構造であり、隣接する振動板下の空間が互いに連通した構成であるので、隣接する空間に圧縮された空気を逃がし、振動板の駆動を円滑にする。
基板側電極を共通にし、これに対向して複数の独立した振動板側電極を形成するときは、振動板を平らに形成することができると共に、張力の強い振動板を生成することができる。特に、振動板の段差を利用した下面凹部内に振動板側電極を密着配置した構成とすることにより、段差での振動板の張力吸収を押え、高い張力を持たせることができる。高い張力が得られることから、振動板の膜厚を薄くすることが可能になる。
【００４８】
振動板側電極が支柱の形成部分より僅かに内側に形成されるので、振動板側電極に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐことができる。
【００４９】
隣接する２つの振動板側電極の間に空間に連通する開口を有することにより、空間を形成するための犠牲層の除去を可能にし、精度の良い空間を形成することができる。支柱の近傍に開口を有するので、空間を形成するための犠牲層の除去を可能にし、精度の良い空間を形成することができると共に、この開口は支柱近傍であるの実質的な振動板に影響を与えることがない。
振動板の中間部の直下に補助支柱を設けるときは、振動板の変形を阻止し且つ振動板の反発力を高めることができ、また振動板の膜厚を薄くすることができる。支柱を振動板を構成する材料の一部または全部で形成するので、製造を容易にする。
【００５０】
振動板を形成する主材料を２層の絶縁膜で挟みこむ構造により、主材料と絶縁膜１層の構成で顕著に発生する振動板の反りの低減を可能にする。
【００５１】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法によれば、上述の微小流体駆動装置を容易且つ精度良く製造することができる。支柱の近傍に形成した開口より犠牲層をエッチング除去することから、標準的な半導体プロセスを利用して製造することが可能になる。これにより、製造コストの低減を可能にする。
【００５２】
本発明に係る静電ヘッド装置によれば、上述の微小流体駆動装置を備えることにより、高い流体駆動力を有し且つ流体の吐出部、例えば液体ではノズル、気体では出射口を高密度化したこの種の静電ヘッド装置を提供することができる。
本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法によれば、容易且つ精度良くかかる静電ヘッド装置を製造することができる。また例えば、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板及び圧力室、吐出部（ノズル、吐出口）などを有する例えばインクジェット・プリンタヘッドなどの静電ヘッド装置の製造を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電ヘッドの一実施の形態を示す概略的構成図である。
【図２】本発明に係る微小流体駆動装置の一実施の形態を示す平面図である。
【図３】図２のＡーＡ線上に断面図である。
【図４】図２のＢーＢ線上に断面図である。
【図５】本実施の形態に係る振動板部分の拡大断面図であ。る。
【図６】Ａ〜Ｂ　本実施の形態の振動板の動作説明図である。
【図７】本発明に係る微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す平面図である。
【図８】図７のＤーＤ線上の断面図である。
【図９】図７のＥーＥ線上の断面図である。
【図１０】本発明に係る静電ヘッド装置の製造工程の説明に際しての切断面に位置を示す振動板斜視図である。
【図１１】Ａ〜Ｃ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図１２】Ｄ〜Ｅ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図１３】Ｆ〜Ｇ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図１４】Ｈ〜Ｉ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図１５】Ｊ〜Ｋ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その５）である。
【図１６】本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その６）である。
【図１７】本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その７）である。
【図１８】本発明に係る振動板に設ける開口の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【符号の説明】
１・・・静電ヘッド装置、２・・・微小流体駆動装置、４・・・基板、５・・・半導体基板、６・・・絶縁膜、７・・・基板側電極、８・・・絶縁膜、９・・・空間、１１・・・振動板側電極、１２・・・振動板、１３・・・支柱、１４・・・開口、１５・・・封止部材、１６、１７、１８・・・絶縁膜、１９・・・補助支柱、２１・・・流体、２２・・・圧力室、２３・・ノズル、２４・・・隔壁構体、２４ａ・・・隔壁、２５・・・流体供給部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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