(57)【要約】【課題】所望の部分のみに封止材を付着などさせて余分な封止材の除去工程をなくす。【解決手段】個別電極１２を有する電極基板１０と、個別電極１２とギャップ４０を介して対向し、個別電極１２との間で発生した静電気力により動作する振動板２２を有するキャビティ基板２０とが接合された接合体５０の一方の基板に、ギャップ４０を外気と遮断する封止材２５を配備するための貫通溝穴２６を形成する工程と、貫通溝穴２６に対応する部分が開口した第１マスク基板６０Ａを貫通溝穴２６が形成されたキャビティ基板２０に密着させて該基板をカバーする工程と、第１マスク基板６０Ａの開口に対応する部分が開口した第２マスク基板６０Ｂを、第１マスク基板６０Ａに密着させて第１マスク基板６０Ａをカバーする工程と、第２マスク基板６０Ｂ及び第１マスク基板６０Ａの開口を利用して、貫通溝穴２６に封止材２５を選択的に堆積してギャップ４０を封止する。【選択図】図５
2007112075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極を有する第１の基板と、前記固定電極とギャップを介して対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有する第２の基板とが接合された接合体の一方の基板に、前記ギャップを外気と遮断する封止材を配備するための貫通溝穴を形成する工程と、
前記貫通溝穴に対応する部分が開口した第１マスク基板を、前記貫通溝穴が形成された基板に密着させて該基板をカバーする工程と、
前記第１マスク基板の開口に対応する部分が開口した第２マスク基板を、前記第１マスク基板に密着させて該第１マスク基板をカバーする工程と、
前記第２マスク基板及び前記第１マスク基板の開口を利用して、前記貫通溝穴に前記封止材を選択的に堆積して前記ギャップを封止する工程と、
を備え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２】
前記各マスク基板がシリコンからな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】
固定電極を有する第１の基板と、前記固定電極とギャップを介して対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有する第２の基板とが接合された接合体の一方の基板に、前記ギャップを外気と遮断する封止材を配備するための貫通溝穴を形成する工程と、
前記接合体を裁断して得られる複数の静電アクチュエータの各アクチュエータに対応するサイズを有し、前記貫通溝穴に対応する部分が開口した複数のマスク片を、前記貫通溝穴が形成された基板上に複数個並置しかつ前記基板に密着させて該基板をカバーする工程と、
前記マスク片の開口を利用して、前記貫通溝穴に前記封止材を選択的に堆積して前記ギャップを封止する工程と、
を備え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４】
前記接合体とマスク片とを位置決めピンに通して、前記マスク片を前記接合体上に位置決めすることを特徴とする請求項３記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記マスク片がシリコンからなることを特徴とする請求項３または４記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
ＣＶＤ法により前記封止材を堆積することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
スパッタ法により前記封止材を堆積することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して、液滴を溜めて吐出させる圧力変動機構を形成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９】
請求項７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１０】
請求項１〜６のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して、駆動機構を形成することを特徴とする静電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電力により可動部が変位し、動作などを行う静電アクチュエータ、及びそれを適用した液滴吐出ヘッドなどの静電デバイス、そのデバイスを用いた装置あるいはそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタなどの液滴吐出方法として、吐出液体をためておく吐出室（圧力室ともいう）を流路の一部に備え、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）を撓ませて変位させ、吐出室内の圧力を高めて、連通するノズルから液滴を吐出させる方法がある。この場合、可動電極となる振動板を変位させる力として、振動板と対向電極（固定電極）とをギャップを介して対向させて静電アクチュエータを構成し、それらの間に電圧を印可して発生する静電気力を用いるものが広く知られている。
【０００３】
上記のような静電アクチュエータまたはそれを利用した液滴吐出ヘッドにおいて、可動電極（液滴吐出ヘッドでは振動板）と固定電極の間に、それらの少なくとも一方の表面に水分などが付着すると、水などの極性分子が帯電するなどの原因で静電吸引特性が低下するおそれがある。更に、極性分子が相互に水素結合し、可動電極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、可動電極と固定電極の対向面間のギャップを外気と遮断することが望ましい。このギャップは可動電極の基板と固定電極の基板とを接合することで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電極に電力（電荷）を供給することが困難となるため、一部に電極取り出し用の開口部分を設けている。そして、この開口部分は、電気的接続を確保しつつ、封止材により塞いで気密封止を行い、水分などの侵入を阻止している（例えば特許文献１参照）。
【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】
【０００４】
上記のように、開口部分を封止材により封止して気密封止を行う場合、例えば、その形成の過程で、封止材が本来封止を必要としない、例えば他の基板と接合する部分や、取り出された電極の端子となる部分に付着してしまうと、他の基板との接合や電気的接続の障害となり、接合不良、接続不良を起こしてしまう。そのため、これらの不良を防止するために、余分な封止材を除去する工程を更に行わなければならない。除去工程では、封止材の削り取りや洗浄などを行うが、これにより発塵などの異物発生の可能性が高くなり、生産性も低下する。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためのものであり、所望の部分のみに封止材を付着などさせて余分な封止材の除去工程をなくし、封止効率及び生産効率を向上させることが可能な静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電デバイスの各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】
【０００６】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、固定電極を有する第１の基板と、前記固定電極とギャップを介して対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有する第２の基板とが接合された接合体の一方の基板に、前記ギャップを外気と遮断する封止材を配備するための貫通溝穴を形成する工程と、前記貫通溝穴に対応する部分が開口した第１マスク基板を、前記貫通溝穴が形成された基板に密着させて該基板をカバーする工程と、前記第１マスク基板の開口に対応する部分が開口した第２マスク基板を、前記第１マスク基板に密着させて該第１マスク基板をカバーする工程と、前記第２マスク基板及び前記第１マスク基板の開口を利用して、前記貫通溝穴に前記封止材を選択的に堆積して前記ギャップを封止する工程とを備える。
【０００７】
本発明によれば、第１マスク基板及び第２マスク基板を積層してマスクを形成し、それらの開口を通して貫通溝穴に封止材を選択的に堆積してギャップを封止するため、封止材を適切な部位に効率よく堆積できる。従って、本来、封止材を付着させるべきでない固定電極と外部の電力供給手段との接点への付着を防ぐことができ、接続不良の防止や、確実な封止による長寿命化などをはかることができる。また、マスク基板を２枚重ねて封止材を貫通溝穴に堆積させているため、上面の第２マスク基板は封止材の膜応力によって反りが発生するが、下面の第１マスク基板には封止材が堆積されないため反りは発生せず、接合体面への封止材の回り込みも防止できる。
なお、各マスク基板はシリコンから製造するのが好ましい。シリコンの場合、エッチングにより開口や溝を簡単に形成できるからである。
【０００８】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、固定電極を有する第１の基板と、前記固定電極とギャップを介して対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有する第２の基板とが接合された接合体の一方の基板に、前記ギャップを外気と遮断する封止材を配備するための貫通溝穴を形成する工程と、前記接合体を裁断して得られる複数の静電アクチュエータの各アクチュエータに対応するサイズを有し、前記貫通溝穴に対応する部分が開口した複数のマスク片を、前記貫通溝穴が形成された基板上に複数個並置しかつ前記基板に密着させて該基板をカバーする工程と、前記マスク片の開口を利用して、前記貫通溝穴に前記封止材を選択的に堆積して前記ギャップを封止する工程と、を備える。
【０００９】
本発明によれば、前記貫通溝穴に対応する部分が開口した複数のマスク片をマスクとして利用し、その開口を通して貫通溝穴に封止材を選択的に堆積してギャップを封止しているため、封止材を適切な部位に効率よく堆積できる。従って、本来、封止材を付着させるべきでない固定電極と外部の電力供給手段との接点への付着を防ぐことができ、接続不良の防止や、確実な封止による長寿命化などをはかることができる。また、複数のマスク片を複数並置して封止材を貫通溝穴に堆積させているので、封止材の膜応力によるマスク片の反りは、貫通溝穴が形成された基板の全体をカバーするマスクに較べ封止材の膜応力による反りがはるかに小さくなり、接合体面への封止材の回り込みも防止できる。
【００１０】
なお、前記接合体とマスク片とを位置決めピンに通して、前記マスク片を前記接合体上に位置決めすることが好ましい。これにより前記接合体に対するマスク片の取り付けが容易に可能となる。
また、前記マスク片はシリコンから製造するのが好ましい。シリコンの場合、エッチングにより開口や溝を簡単に形成できるからである。
更に、封止材による封止は、ＣＶＤ法またはスパッタ法により封止材を堆積するのが好ましい。これらによれば、貫通溝穴に封止材を選択的に堆積させるのを容易に行うことができる。
【００１１】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記いずれかの静電アクチュエータの製造方法を適用して、液滴を溜めて吐出させる圧力変動機構を形成するものである。これによれば、圧力変動機構の電極間ギャップが所定の範囲内で適切に封止された、長寿命の液滴吐出ヘッドを効率よく得ることができる。
本発明の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。これにより、長寿命の液滴吐出装置が得られる。
本発明の静電デバイスの製造方法は、上記いずれかの静電アクチュエータの製造方法を適用して、駆動機構を形成するものである。これによれば、駆動機構の電極間ギャップが所定の範囲内で適切に封止された、長寿命の静電デバイスを効率よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施形態１
図１は本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図１では液滴吐出ヘッドの一部を示している。本実施形態では、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）。
【００１３】
図１に示すように本実施形態に係る液滴吐出ヘッドは、第１の基板である電極基板１０、第２の基板であるキャビティ基板２０及び第３の基板であるノズル基板３０の３つの基板が順に積層されて接合されている。ここで本実施形態では、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し、キャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂などの接着剤を用いて接合している。
【００１４】
電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスなどの基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板１０の表面には、後述するキャビティ基板２０の吐出室２１となる凹部に合わせ、例えば深さ約０．３μｍを有する複数の凹部１１が形成されている。そして、凹部１１の内側（特に底部）に、キャビティ基板２０の各吐出室２１（振動板２２）と対向するように固定電極となる個別電極１２が設けられ、更にリード部１３及び端子部１４が一体となって設けられている（以下、特に区別する必要がない限り、これらを合わせて個別電極１２として説明する）。振動板２２と個別電極１２との間には、振動板２２が撓むんで変位することができるギャップ４０（図２参照）が、凹部１１に起因して形成されている。個別電極１２は、例えばスパッタ法により、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さで凹部１１の内側に成膜することで形成される。電極基板１０には、他にも外部のタンク（図示せず）から供給された液体を取り入れる流路となる液体取り入れ口１５となる貫通穴が設けられている。
【００１５】
キャビティ基板２０は、例えば表面が（１００）面方位（（１１０）面方位でもよい）のシリコン単結晶基板（以下、シリコン基板という）を材料としている。キャビティ基板２０には、吐出させる液体を一時的にためる吐出室２１となる凹部（その底壁は可動電極となる振動板２２となっている）及び後述するように封止材２５をリード部１３の直上部分に堆積し、封止部を形成するための貫通溝穴２６が形成されている。更に、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、振動板２２と個別電極１２との間を電気的に絶縁するための絶縁膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2のＴＥＯＳ膜とする）２３をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ成膜している。この絶縁膜２３は、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））などを用いてもよい。また、各吐出室２１に液体を供給するリザーバ（共通液室）３１となる凹部が形成されている。更に、外部の電力供給手段（図示せず）から振動板２２に個別電極１２と反対の極性の電荷を供給する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。そして、吐出室２１とリザーバ２８とを連通させるための溝となるオリフィス２９が設けられている。
【００１６】
ノズル基板３０は、例えばシリコン基板からなり、複数のノズル孔３１が形成されている。各ノズル孔３１は、振動板２２の駆動により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。ノズル孔３１を複数段で形成すると、液滴を吐出する際の直進性向上が期待できるため、本実施形態ではノズル孔３１を２段で形成する。本実施形態では、振動板２２が撓むことでリザーバ２８方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム３２が更に設けられている。
【００１７】
図２は図１の液滴吐出ヘッドの個別電極１２の長手方向に沿う断面図である。本実施形態では、電極として利用でき、かつエッチングの際にエッチングストップが利用できる高濃度のボロンドープ層をシリコン基板に形成し、それを振動板２２としている。この振動板２２を底壁に備えた吐出室２１は、ノズル孔３１から吐出させる液体を溜め、その底壁である振動板２２が撓み変位するように駆動することにより、吐出室２１内の圧力を高めて、ノズル孔３１から液滴を吐出させる。振動板２２の駆動は、振動板２２と個別電極１２とに電圧を印加し、それによって生じた静電気力によって行われる。従って、この振動板２２と個別電極１２とが静電アクチュエータを構成している。
【００１８】
発振駆動回路４１は、ワイヤ、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）などの配線４２を介して電気的に端子部１４と共通電極端子２７とに接続されて、印加電圧の供給制御を行う。発振駆動回路４１は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極１２に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振駆動回路４１が発振駆動することで、例えば個別電極１２に電荷を供給して正に帯電させ、振動板２２を相対的に負に帯電させると、静電気力により個別電極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。そして電荷供給を止めると振動板２２は元に戻るが、そのときの吐出室２１の容積も元に戻り、その圧力により差分の液滴が吐出する。この液滴が例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって印刷などの記録が行われる。
また、封止材２５は、ギャップ４０に異物、水分（水蒸気）などが浸入しないように、ギャップ４０を外気から遮断し密閉するために、電極基板１０とキャビティ基板２０との間に設けられている。
【００１９】
図３はキャビティ基板２０に設けられた貫通溝穴２６と電極基板１０上のリード部１３との関係を表す平面図である。図３のように、本実施形態では、リード部１３を露出させるための貫通溝穴２６をキャビティ基板２０に設けている。ここで、貫通溝穴２６の長手方向の幅については狭いほど小型化に寄与することができる。ただし、幅が狭すぎるとうまく堆積しない可能性があるため、１０μｍ〜２０μｍであることが望ましい。なお、場合によっては、キャビティ基板２０の厚さによって加工時に制限を受けることがあるため（特に表面が（１００）面方位のシリコン基板の場合）、１０μｍ〜２０μｍに特に限定するものではない。確実な封止ができるのであれば、例えば３００μｍ（０．３ｍｍ）などの幅があってもよい。また、封止材２５には、絶縁性、気密封止能力が高く、洗浄などに用いる酸性、アルカリ性溶液に対して耐性を有する酸化シリコン（無機化合物）を用いるものとする。堆積した封止材２５の厚さは例えば、少ない部分でもギャップの幅（約０．１８μｍ）以上有するようにする。ノズル基板３０との接合に影響しない範囲で、約２〜３μｍまたはそれ以上あることが望ましい。
【００２０】
そして、貫通溝穴２６の開口部分から、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：化学的気相法）、スパッタ、蒸着などの方法により、電極基板１０のリード部１３部分からキャビティ基板２０に至るギャップの一部に、封止材２５である酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を堆積させて封止部を形成し、ギャップ４０を外気と遮断する。封止材２５には、酸化シリコンの他に、例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、Ｔａ2Ｏ5（五酸化タンタル）、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon ）、ポリパラキシリレン（polypalaxylylene）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane：シリコーンゴムの一種）、エポキシ樹脂などの無機または有機化合物など、分子量が比較的小さく、蒸着、スパッタなどにより堆積させることができ、水分を通さない物質を用いることができる。
【００２１】
ところで、従来は、電極基板１０とキャビティ基板２０との間で開口している部分（端子部１４の部分）にエポキシ樹脂を塗布し、それを硬化させて封止部を形成していた。しかし、エポキシ樹脂を用いる場合、毛細管現象などにより個別電極１２と振動板２２との間にまで侵入しないように、リード部１３を十分長くする必要があり、小型化の阻害要因となっていた。また、ＳｉＯ2 などの封止材を、蒸着、スパッタなどにより開口部分に堆積させるという方法もあるが、電極取出し口２４となるギャップは広いため、例えばマスクなどを取り付けたとしても、材料が回り込み、電極取出し口２４の所定の部分だけに封止材２５を堆積させることは困難となっていた。そのため、堆積させるべきでない部分に封止材２５が堆積、付着する場合がある。例えば、端子部１４と配線４２との接続部分に封止材２５が堆積などしていると、端子部１４と配線４２とを電気的にうまく接続させることができず、接続不良（導通不良）が生じる可能性がある。
【００２２】
上記接続不良を防止するためには封止材を除去する工程が余分に必要となるが、この工程は時間を費やすだけでなく、異物を発生させる原因ともなり、他の部材に影響を及ぼす。そこで、本実施形態では、所望の箇所だけに封止材２５を選択的に堆積などさせて封止し、必要箇所だけを効率よく封止部として形成できるように、その箇所に合わせて貫通溝穴２６を開口する。更に、貫通溝穴２６に対応する部分を開口したマスク（後述）を取り付け、貫通溝穴２６の底部（リード部１３直上）にだけに封止材２５を堆積させ、封止部を形成する。これを行うための具体的な方法を、以下の液滴吐出ヘッドの製造方法（静電アクチュエータの製造方法を含む）を説明する実施例１と実施例２において説明する。
【００２３】
実施例１
図４及び図５は実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す一連の工程図である。図４及び図５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４及び図５では、そのうちの一ユニット分の液滴吐出ヘッドを示している。
【００２４】
まず、シリコン基板５１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５１のボロンドープ層５２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５１中に拡散させ、ボロンドープ層５２を形成する。そして、ボロンドープ層５２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、ＴＥＯＳ絶縁膜２３を０．１μｍ成膜する（図４（ａ））。
【００２５】
一方、電極基板１０については、上記（ａ）とは別工程で作製する。例えば、約１ｍｍのガラスの基板の一方の面にエッチングなどを行って、約０．３μｍの深さの凹部１１を形成する。凹部１１の形成後、例えばスパッタリング法を用いて、０．１μｍの厚さの個別電極１２を同時に形成する。最後に、液体取り入れ口１５をサンドブラスト法または切削加工により形成する。
そして、シリコン基板５１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５１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合し、シリコン基板５１と電極基板１０とがギャップ４０を介して積層した接合基板（接合体）５０とする（図４（ｂ））。
【００２６】
接合基板５０のシリコン基板５１に対して、その厚みが約６０μｍになるまで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５１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５１の厚みを約５０μｍにする（図４（ｃ））。
【００２７】
接合基板５０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）５３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４（ｄ））。
【００２８】
ＴＥＯＳハードマスク５３を成膜した後、吐出室２１、リザーバ２８、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５３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５３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５３をパターニングし、それらの部分について、シリコン基板５１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４（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。
【００２９】
次に、接合基板５０を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室２１、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。更に、接合基板５０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５２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５（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。
【００３０】
ウェットエッチングを終了すると、接合基板５０をフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板５１表面のＴＥＯＳハードマスク５３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５２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５０のシリコン基板５１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し、ギャップ４０と連通させる（図５（ｇ））。ここで、例えば接合基板５０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５０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。またここでは、異方性ドライエッチングにより開口しているが、ピンなどで突くことで、ボロンドープ層５２を壊してもよい。
【００３１】
続いて、キャビティ基板２０（流路が形成されたシリコン基板５１）と電極基板１０の個別電極１２との間に形成されたギャップ４０を封止する。この封止に先だって、シリコン基板、好ましくは結晶方位（１００）のシリコン基板を利用して、第１マスク基板６０Ａと第２マスク基板６０Ｂを製作しておく。具体的には、貫通溝穴２６に対応する部分が開口した第１マスク基板６０Ａと、第１マスク基板６０Ａの開口部に対応する部分が開口した第２マスク基板６０Ｂを、ウェットエッチングにより加工して製造する。第１マスク基板６０Ａには、マスク開口部６１Ａとしての開口と、大気開放溝６２ＡとしてのＶ字断面溝を設け、第２マスク基板６０Ｂには、マスク開口部６１Ｂとしての開口が形成されている。
そして、第１マスク基板６０Ａを、貫通溝穴２６が形成されたキャビティ基板２０の上に置き、その上に更に、第２マスク基板６０Ｂを、マスク開口部６１Ａと６１Ｂを対応させて、図５（ｈ）のように積層する。これにより、キャビティ基板２０は第１マスク基板６０Ａによりカバー（マスク）され、第１マスク基板６０Ａは第２マスク基板６０Ｂによりカバー（マスク）される。そして、接合基板５０と第２マスク基板６０Ｂとの外周部を治具などで共に挟み固定する。なお、この時、吐出室２１となる空間及びリザーバ２８となる空間は、第１マスク基板６０Ａに設けられた大気開放溝６２Ａにより大気に開放されている。
【００３２】
図６は第１マスク基板６０Ａ及び接合基板５０の形状の概略を表す図である。図６（ａ）は第１マスク基板６０Ａが接合基板５０と接する面を、図６（ｂ）は第１マスク基板６０Ａの側面とを表している。また、図６（ｃ）は対応する接合基板５０のキャビティ基板２０側面を表している。ここでは、液滴吐出ヘッド２列分についての概略形状を記載しているが、実際の基板（ウェハ）には、更に多くの列が形成されており、各列における液滴吐出ヘッド（チップ）の数も更に多い。
第１マスク基板６０Ａの材料については特に限定するものではなく、クロムなどの金属製で作製してもよいが、エッチングプロセスを用いて精度の高いマスクを容易に作製できるシリコンを材料とするのが好ましい。第１マスク基板６０Ａはシリコン基板に対し、接合基板５０の貫通溝穴２６の部分に対応させてパターニングを行い、例えばフッ酸水溶液などによりウェットエッチングを行って、開口部６１Ａ及び大気開放溝６２Ａを形成する。なお、ここではウェットエッチングにより開口部及び大気開放溝を形成しているが、例えばドライエッチングで形成するようにしてもよい。なお、第１マスク基板６０Ａの開口部６１Ａの接合基板５０と接する面側の開口部分は、封止材２５がキャビティ基板２０表面（ノズル基板３０との接合面）に付着しないように、貫通溝穴２６の開口部分より小さくしておくことが望ましい。
【００３３】
第１マスク基板６０Ａと第２マスク基板６０Ｂが密着積層された接合基板５０を、ＣＶＤ装置に入れ、封止材２５として、例えばＳｉＯ2を成膜する。このとき、第１及び第２マスク基板６０Ａ，６０Ｂによって、選択的に貫通溝穴２６にのみ封止材２５が堆積し、個別電極１２と振動板２２との間に形成されたギャップ４０が封止される。なお、第２マスク基板６０Ｂ上にはＳｉＯ2が成膜されるため、その膜応力によって第２マスク基板６０Ｂには反りが発生するが、第２マスク基板６０Ｂによってカバーされている第１マスク基板６０Ａには、ＳｉＯ2が成膜されず、反りが発生しない。つまり、第１マスク基板６０Ａと接合基板５０との密着性が確保された状態で封止材のＳｉＯ2が成膜されるため、個別電極１２の端子部１４などへＳｉＯ2が回り込むことなく、所望の封止部にのみ封止材２５を堆積することができる。
なお、封止材２５としては、ＳｉＯ2の他、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3なども利用できる。
【００３４】
以上の封止工程の後、第１及び第２マスク基板６０Ａ，６０Ｂを接合基板５０から取り外す。その後、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしてスパッタなどを行い、共通電極端子２７を形成する。また、接合基板５０のキャビティ基板２０へノズル基板３０を接着接合する（図５（ｉ））。更に、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、液滴吐出ヘッドを完成させる。その後、個別電極１２の端子部１４に、ドライバＩＣが実装されたフレキシブルプリンテッドサーキット（ＦＰＣ）を、異方性導電接着剤（ＡＣＦ）などを用いて接合するが、その時、端子部１４には封止材２５の堆積がないため、問題無く導通が図れる。
【００３５】
なお、液滴吐出ヘッドに適用されない静電アクチュエータの場合には、上記工程において、シリコン基板５１に吐出室２１やリザーバ２８などの流路を形成する必要はなく、またノズル基板３０を接合することも不要となる。
以上の実施例１によれば、キャビティ基板２０に貫通溝穴２６を設け、第１マスク基板６０Ａ及び第２マスク基板６０Ｂによりキャビティ基板２０をカバーして、貫通溝穴２６に対応した各開口部６１Ａ，６１Ｂを利用してリード部１３の直上部分だけに、選択的にＳｉＯ2 などの封止材２５が堆積できる。これにより必要部位にのみ、効率よく封止部を形成することができ、振動板２２と個別電極１２の対向部分にできたギャップ４０を容易に外気と遮断することができる。また、従来のように、余分な封止材２５の除去工程を行わなくてもよいため、配線などとの間の電気的接続を損なうことなく、接続不良を防止することができる。更に、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着などにより封止材２５を堆積させるようにしたので、複数のウェハに対して一度に封止処理を確実に行うことができ、製造効率が改善できる。
【００３６】
実施例２
実施例２では、図４、５に示した液滴吐出ヘッドの製造工程のうち、図５（ｈ）の封止処理で用いるマスクに別の態様のマスクを用いて封止を行うものである。ここでは、実施形態１の第１マスク基板６０Ａ及び第２マスク基板６０Ｂに代えて、貫通溝穴２６に対応する部分が開口部７０Ａとして開口した複数のマスク片７０を、貫通溝穴２６が形成されたキャビティ基板２０に並置するとともにキャビティ基板２０に密着して、貫通溝穴２６に選択的に封止材２５を堆積するようにしている。
【００３７】
図７は実施例２に係る接合基板のマスク方法を示す説明図である。なお、図７はキャビティ基板２０となる素材であるシリコンウェハを利用して９個の液滴吐出ヘッドを製造する例を示しており、図７（ａ）、（ｂ）は、接合基板５０に複数のマスク片７０を装着した状態の平面図と側断面図（中央部縦断面図）をそれぞれ表している。
ここでは、シリコン基板、例えば結晶方位（１００）のシリコン基板をウェットエッチングにより加工し、貫通溝穴２６に対応する部分が開口したマスク開口部７０Ａと、位置決めピン用の貫通穴７０Ｂと、大気開放溝（図６の大気開放溝６２Ａに相当するもの）としてのＶ字断面溝が形成されたマスク基板を製造する。このマスク基板は、基本的に図６に示した第１マスク基板６０Ａと同様のものである。続いて、そのマスク基板を、複数に分割する。ここでは、１枚のシリコンウェハから作られる９個の静電アクチュエータ（または液滴吐出ヘッド）の各ユニットと同等の形状、若しくは若干大きめの形状となるように、ダイシングにより第１マスク基板６０Ａに対応するマスク基板を切断して、複数のマスク片７０を作製しておく。以下において、このマスク片７０を利用したギャップ部の封止方法を説明する。
【００３８】
まず、位置決めピン７２が設けられたウェハーセット治具７３の上に、接合基板５０を位置決めピン７２に通してセットする。続いて、接合基板５０のキャビティ基板２０上にマスク片７０を、位置決めピン７２に通して複数個並置する。更に、マスク片７０最外郭の外周部には、保護マスク７１を配置する。これによりキャビティ基板２０の各液滴吐出ヘッド領域は各マスク片７０によりカバー（マスク）され、キャビティ基板２０の外周部は保護マスク７１によりカバー（マスク）される。この時、吐出室２１となる空間及びリザーバ２８となる空間は、マスク片７０に設けられた大気開放溝により大気に開放されている。
【００３９】
次に、マスク片７０及び保護マスク７１を密着させた接合基板５０をＣＶＤ装置に入れ、封止材２５として、例えばＳｉＯ2を成膜する。このとき、マスク片７０によって、選択的に貫通溝穴２６にのみ封止材２５が堆積し、個別電極１２と振動板２２との間に形成されたギャップ４０が封止される。このとき、封止材２５はマスク片７０によって、貫通溝穴２６の底部にのみに堆積し、個別電極１２の端子部１４には堆積しない。しかも、マスク片７０は、切断前のマスク基板に比べてサイズが小さいため、ＳｉＯ2が成膜された時の膜応力によって発生する反りを抑制することができる。その結果、マスク片７０と接合基板５０の密着性が確保された状態でＳｉＯ2が成膜されるため、個別電極１２の端子部１４などへＳｉＯ2が回り込むことなく、所望の封止部にのみ封止材２５を堆積することができる。
【００４０】
実施例２によれば、キャビティ基板２０に貫通溝穴２６を設け、実施例１で説明した第１マスクを複数に分割した態様のマスク片７０でキャビティ基板２０をカバーして、貫通溝穴２６に対応したマスク片７０の開口からリード部１３の直上部分だけに、選択的にＳｉＯ2 などの封止材２５を堆積できる。これにより適切な部位にのみ、効率よく封止部を形成することができ、振動板２２と個別電極１２の対向部分にできたギャップを容易に外気と遮断することができる。また、従来のように、余分な封止材２５の除去工程を行わなくてもよいため、配線などとの間の電気的接続を損なうことなく、接続不良を防止することができる。更に、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着などにより封止材２５を堆積させるようにしたので、複数のウェハに対して一度に封止処理を確実に行うことができ、製造効率が改善できる。
なお、この実施例２を実施例１の封止工程に代えて採用し、他の工程は実施例１と同じ工程を採用することで、静電アクチュエータまたは液滴吐出ヘッドが製造できる。
【００４１】
実施形態２
図８は実施形態１で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置であるインクジェットプリンタの概略構成図である。図８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１０１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。
【００４２】
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５などを介してモータ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４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。
【００４３】
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、有機化合物などの電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤなど）の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：ペプチド核酸など）タンパク質など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、布などの染料の吐出などにも利用することができる。
【００４４】
実施形態３
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。実施形態２は静電アクチュエータを液滴吐出ヘッドに適用した例であるが、本発明の静電アクチュエータは液滴吐出ヘッドだけに限定されず、他のデバイスの駆動部にも適用することができる。例えば、図９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、更に別の基板で塞ぐことにより、封止を確実にする。
【００４５】
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、ミラーデバイスなど、他の種類の微細加工のアクチュエータ、圧力センサなどにも上述の封止部の形成などを適用することができる。また、本発明は、静電方式のアクチュエータなどには特に有効であるが、他に基板間の小さな開口部分を封止する場合にも適用することができる。
【００４６】
実施形態４
上述の各実施形態では、固定された電極を有する基板の厚さの方が厚く、またガラス基板であることから、振動板２２などの可動する電極を有する基板の方に貫通溝穴２６，１２６を形成したが、特にこれに限定されるものではない。構成、プロセスなどの上で形成しやすい方に貫通溝穴を形成するようにすればよい。また、貫通溝穴２６は封止効果を損なわない範囲で、任意の複数形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面図。
【図３】貫通溝穴と電極基板上のリード部との関係を表す平面図。
【図４】実施形態１の液滴吐出ヘッドの製造工程を表す工程図。
【図５】図４の続きの製造工程を表す工程図。
【図６】実施例１に係るマスク基板及び接合基板の形状説明図。
【図７】実施例２に係る接合基板のマスク方法を示す説明図。
【図８】実施形態２に係る液滴吐出装置の構成図。
【図９】実施形態３に係る波長可変光フィルタの構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１０  電極基板、１１  凹部、１２  個別電極、１３  リード部、１４  端子部、１５  液体取り入れ口、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  絶縁膜、２４  電極取出し口、２５  封止材、２６  貫通溝穴、２７  共通電極端子、２８  リザーバ、２９  オリフィス、３０  ノズル基板、３１  ノズル孔、３２  ダイヤフラム、４０  ギャップ、４１  発振駆動回路、４２  配線、５０  接合基板、５１  シリコン基板、５２  ボロンドープ層、５３  ＴＥＯＳハードマスク、６０Ａ  第１マスク基板、６０Ｂ  第２マスク基板、６１Ａ  開口部、６１Ｂ  開口部、６２  大気開放溝、１０１  ドラム、１０２  液滴吐出ヘッド、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】
2007112075.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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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