(57)【要約】【課題】気体の流れを遮ることなく、歩留まりを向上させ、クロストークを発生させないような液滴吐出ヘッド、その製造方法等を得る。【解決手段】複数の凹部１１ａに、それぞれ個別電極１２（電極１５）を有する電極基板１０と、個別電極１２との間で発生した静電気力により動作する複数の振動板２２、振動板２２をそれぞれ底壁としてノズル孔３１から吐出させる液体をたくわえる複数の吐出室２１及び各吐出室２１に供給する液体をたくわえる共通液室となるリザーバ２３を有するキャビティ基板２０とを備え、複数の凹部１１ａを外部と連通させ、個別電極１２と振動板２２とが対向する部分に疎水化処理を行う際の気体の流路の一部となる凹部１１ｂを電極基板２０に設け、凹部１１ｂ内に、リザーバ２３の底部に対応する部分でキャビティ基板２０と接合し、リザーバ２３の底部を支持する支持部１１ｃを設ける。【選択図】図１
2007098766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成した複数の第１の凹部に、それぞれ電極を有する電極基板と、
前記各電極と距離をおいてそれぞれ対向し、前記電極との間で発生した静電気力により動作する複数の振動板、該振動板をそれぞれ底壁としてノズル孔から吐出させる液体をたくわえる複数の吐出室及び各吐出室に供給する前記液体をたくわえる共通液室となるリザーバを有するキャビティ基板とを備え、
前記複数の第１の凹部を外部と連通させ、前記電極と前記振動板とが対向する部分に疎水化処理を行う際の気体の流路の一部となる第２の凹部を前記電極基板に設け、該第２の凹部内に、前記リザーバの底部に対応する部分でキャビティ基板と接合し、リザーバの底部を支持する支持部を設けることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
複数の前記支持部を設けたときの間隔が、前記第２の凹部の深さの少なくとも１００倍である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】
前記振動板の電極に対向する部分に、水酸基の水素をアルキル基を有する基で置換した膜を有する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】
請求項１〜３のいずれかに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。
【請求項５】
吐出液体に圧力を加える振動板との間で静電力を発生させるための電極が底面に形成される第１の凹部、該第１の凹部を連通し、疎水化処理を行う際の気体の流路の壁の一部となる第２の凹部及び第２の凹部内に設けられ、接合される基板を支持する支持部を形成するためのマスクを基板表面に形成する工程と、
前記基板をエッチングし、マスクの開口部分に合わせ、前記第１の凹部、前記第２の凹部及び前記支持部を形成する工程と、
前記第１の凹部に導電性材料を成膜して前記電極を形成して電極基板を作製する工程と
を有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】
複数の前記振動板、該振動板をそれぞれ底壁としてノズル孔から吐出させる液体をたくわえる複数の吐出室及び各吐出室に供給する前記液体をたくわえる共通液室となるリザーバを有するキャビティ基板を前記電極基板と接合する工程と、
前記キャビティ基板と前記第２の凹部とにより形成される開口部分から、前記キャビティ基板と前記第１の凹部との間で形成される空間の気体を入れ替え、前記振動板の電極に対向する部分に疎水膜を成膜する疎水化処理を行う工程と
をさらに有す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】
疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物を含む気体の雰囲気中で前記疎水化処理を行うことを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
ヘキサエチルジシラザン、トリメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラン、トリメチルアミノシラン、トリエチルアミノシラン、ジメチルジクロロシランのうち、１又は複数を含む気体の雰囲気中で前記疎水化処理を行うことを特徴とする請求項６又は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のいずれか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。
【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となる振動板が変位等し、液滴の吐出を行う液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、それら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、圧力センサ等がある。
【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（紙等）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（ＯＬＥＤｓ）、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、液体をためておく吐出室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（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。可動電極となる振動板を変位させる力として、例えば、振動板と距離を空けて対向する、電極（固定電極）との間に発生する静電気力（静電引力を用いることが多い）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、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、例えば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（スティッキング）、動作不能となることがある。そのため、通常、電極表面の水酸基（ＯＨ基）の特に水素を別の基に交換して水素結合等を防ぐ疎水化処理（気相処理）を行う（例えば特許文献１参照）。場合によっては、疎水化処理を行う流路も設ける。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１２１５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような疎水化処理においては、流路幅が広いほど気体が流れやすく、疎水化処理が行われやすくなるが、流路となる空間も広くなるために流路を構成する壁部分の強度が落ちる。特に、例えば液滴吐出ヘッドの場合、構造上、各吐出室に液体を供給する共通液室（通常、各吐出室と一体形成されている）となるリザーバの底部分が流路の壁の一部となることがある。この場合、薄いリザーバの底部分には支えがない状態になる。そのため、製造において、接合中、搬送中、エッチング中等にリザーバの底部分が割れ、異物、液体等が混入して歩留まりを低下させてしまうこともあった。
【０００８】
また、構造上、固定電極に外部から電力を供給するための配線（通常、固定電極と一体形成されている。以下、この部分をリード部という）がその流路内にも配線が通っていることが多い。疎水化処理が終わると流路は必要なくなるが、液滴吐出ヘッドにはそのまま残される。そのため、液滴吐出ヘッドを使用する場合、固定電極への電力供給に際し、リード部にも静電力が発生する。静電力に対しては、リザーバの底部分も振動板と同様に変位、振動してしまう。そのためリザーバ内の液体に圧力が加わり、例えば、吐出室側に伝播し、本来、吐出すべきでないノズルから液滴が吐出してしまう等、いわゆるクロストークと呼ばれる現象を発生させてしまう。このクロストークを解消するため、リザーバの底部分が疎水化処理を行うための流路の壁の一部とならないような構造にすることも考えられるが、その分、液滴吐出ヘッド寸法を大きくしてしまい、小型化の阻害要因となる。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題を解決するため、気体の流れを遮ることなく、歩留まりを向上させ、また、リザーバの壁が振動等してクロストークを発生させないような液滴吐出ヘッド、その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】
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、表面に形成した複数の第１の凹部に、それぞれ電極を有する電極基板と、各電極と距離をおいてそれぞれ対向し、電極との間で発生した静電気力により動作する複数の振動板、振動板をそれぞれ底壁としてノズル孔から吐出させる液体をたくわえる複数の吐出室及び各吐出室に供給する液体をたくわえる共通液室となるリザーバを有するキャビティ基板とを備え、複数の第１の凹部を外部と連通させ、振動板と電極とが対向する部分に疎水化処理を行う際の気体の流路の一部となる第２の凹部を電極基板に設け、第２の凹部内に、リザーバの底部に対応する部分でキャビティ基板と接合し、リザーバの底部を支持する支持部を設ける。
本発明によれば、複数の第１の凹部を外部と連通させる第２の凹部内に支持部を設け、リザーバにより薄くなったキャビティ基板をリザーバの底部分に対応して支持して、剛性を確保するようにしたので、液滴吐出ヘッド製造の際に加わる振動、圧力等によるキャビティ基板の割れを防ぎ、歩留まりを向上させることができる。また、液滴を吐出する際においても、リザーバの底部分が振動することなく、クロストークを防ぎ、吐出特性を向上させることができる。そのため、第２の凹部を避けてリザーバを形成する必要がなく、小型化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数の支持部を設けたときの間隔が、第２の凹部の深さの少なくとも１００倍である。
本発明によれば、複数の支持部を設けたときに、第２の凹部の深さの少なくとも１００倍の間隔を保つようにしたので、剛性を保ちつつ、気体の流れを遮ることなく疎水化処理を有効に行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板の電極に対向する部分に、水酸基の水素をアルキル基を有する基で置換した膜を有する。
本発明によれば、疎水処理により、振動板の電極に対向する部分が、水酸基の水素をアルキル基を有する基（例えばシラノール基）で置換した膜を成膜するようにしたので、水素結合等によるスティッキング等を防ぎ、寿命が長く、吐出特性がよい液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１３】
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、支持部により、リザーバの底部分の剛性を保つようにしたので、クロストークを防ぎ、吐出特性がよく、寿命が長い液滴吐出ヘッドによる液滴吐出装置を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、吐出液体に圧力を加える振動板との間で静電力を発生させるための電極が底面に形成される第１の凹部、第１の凹部を連通し、疎水化処理を行う際の気体の流路の壁の一部となる第２の凹部及び第２の凹部内に設けられ、接合される基板を支持する支持部を形成するためのマスクを基板表面に形成する工程と、基板をエッチングし、マスクの開口部分に合わせ、第１の凹部、第２の凹部及び支持部を形成する工程と、第１の凹部に導電性材料を成膜して電極を形成して電極基板を作製する工程とを有する。
本発明によれば、複数の第１の凹部を外部と連通させる第２の凹部内に接合される、例えばキャビティ基板を支持する支持部を形成するようにしたので、共通液室であるリザーバとなる凹部を形成し、薄くなった部分と第２の凹部とが対向しても、支持部がその部分を支え、製造の際に加わる振動、圧力等によるキャビティ基板の割れを防ぎ、歩留まりを向上させることができる。また、液滴を吐出する際においても、リザーバの底部分が振動することなく、クロストークを防ぎ、吐出特性を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、複数の振動板、振動板をそれぞれ底壁としてノズル孔から吐出させる液体をたくわえる複数の吐出室及び各吐出室に供給する液体をたくわえる共通液室となるリザーバを有するキャビティ基板を電極基板と接合する工程と、キャビティ基板と第２の凹部とにより形成される開口部分から、キャビティ基板と第１の凹部との間で形成される空間の気体を入れ替え、振動板の電極に対向する部分に疎水膜を成膜する疎水化処理を行う工程とをさらに有する。
本発明によれば、第２の凹部を形成し、キャビティ基板と第２の凹部とにより形成される開口部分から疎水化処理を行うようにしたので、例えばノズル数が多くても疎水化処理を行う開口部分の開口面積を小さくすることができ、封止を素早く行えるので、疎水化処理を有効に行うことができる。そして、疎水化処理による疎水膜の形成により、水素結合等によるスティッキング等を防ぎ、寿命が長く、吐出特性がよい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ヘッドの製造方法は、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物を含む気体の雰囲気中で疎水化処理を行う。
本発明によれば、水酸基の水素をアルキル基等の疎水基を有するシラノール基に置換することができるので、水素結合によるスティッキング等を防ぎ、寿命が長く、吐出特性がよい液滴吐出ヘッドを製造することができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ヘキサエチルジシラザン、トリメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラン、トリメチルアミノシラン、トリエチルアミノシラン、ジメチルジクロロシランのうち、１又は複数を含む気体の雰囲気中で疎水化処理を行う。
本発明によれば、上記の化合物により疎水化処理を行うので、水素結合によるスティッキング等を防ぎ、寿命が長く、吐出特性がよい液滴吐出ヘッドを製造することができる。特にヘキサエチルジシラザンは疎水化処理に多用されており、有効に処理を行うことができる。
【００１８】
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、第２の凹部内に支持部を形成することにより、リザーバの底部分の剛性を保つようにしたので、クロストークを防ぎ、吐出特性がよく、また、疎水化処理により寿命が長い液滴吐出ヘッドによる液滴吐出装置を製造することができる。
【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（ここではノズルを５つしか設けていないが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）。
【００２０】
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している。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している。
【００２１】
電極基板１０は、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を設けている。特に本実施の形態においては、凹部１１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、第１の凹部である各凹部１１ａ（ここでは液滴吐出ヘッドの長手方向に設けるものとする）と各凹部１１ａを連通させるために短手方向に延びる方向に設けた第２の凹部である凹部１１ｂとで構成されている。
【００２２】
凹部１１ａの内側（特に底面部分）には、個別電極１２、リード部１３及び端子部１４（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１５として説明する）を設ける。本実施の形態では、電極１５の材料として酸化錫を不純物としてドープした、透明（可視光領域）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０．１μｍの厚さで形成するものとする。凹部１１ａの深さが０．２μｍであり、電極１５の厚さが０．１μｍであるため、キャビティ基板２０（振動板２２）と電極１５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。なお、本実施の形態では電極１５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。
【００２３】
また、本実施の形態では、各凹部１１ａをヘッド外部とを連通させ、疎水化処理による気体の入れ替えを図るため、リード部１３の部分を横切る形で凹部１１ｂが各凹部１１ａと一体で形成される。凹部１１ｂは疎水化処理を行う際に気体が流れる流路の壁となる。本実施の形態では、凹部１１ｂの幅を例えば約６００μｍとする（深さは凹部１１ａと同じ約０．２μｍである）。小型化を図ろうとすれば、構造上、凹部１１ｂとリザーバ２３底部分とが流路の壁の一部となる。つまり、凹部１１ｂの直上にリザーバ２３底部分が位置する。個別電極１２部分の凹部１１ａの幅が１００μｍであることから考えると凹部１１ｂの幅は広く、通常、まったく支持するものがない状態であればリザーバ２３底部分は力を受けると撓んでしまう。そのため、リード部１３に発生する静電力により、振動板２２と同様に引っ張られて撓むことになる。
【００２４】
そこで、リザーバ２３底部分が撓まないようにするため、本実施の形態では、特に凹部１１ｂ上のリード部１３の配線を邪魔しない箇所に支持部１１ｃを設ける（支持部１１ｃは電極基板表面と高さが同じであり、凹部１１ｂに対して相対的に凸となる部分である）。そして、複数の支持部１１ｃとリザーバ２３底部分とを接合（接触）させることによりリザーバ２３の底部分を支持する。基本的には、この支持部１１ｃとリザーバ２３の底部分との接合部分の面積（以下、接合面積という）を多くすればリザーバ２３の変位が少なくなるが、気体の流れを遮らないようにする必要がある。支持部１１ｃの数、形状、接合面積、配置状態等は特に定めるものではないが、例えば複数の支持部１１ｃを設ける場合には、それらの間隔（幅）が深さ（高さ）の１００倍程度の空間があれば流路としての役割を果たすことができる（好ましくは少なくとも１００倍の間隔がある方が望ましいが、厳密に１００倍以上である必要はない）。凹部１１（特に凹部１１ｂ）の深さは約０．２μｍであるので、支持部１１ｃ間の幅が少なくとも約２０μｍ確保されるような配置にする（逆にいえば、約２０μｍよりも狭い間隔の幅にしても流路としての役割を果たすことができない可能性が高いので設けないようにする）。この際、支持部１１ｃを偏って設けてしまうとリザーバ２３の底部分の撓みを防ぐことができず、また気体の流れを遮るので注意する必要がある。接合部分を偏らせることなく、広い範囲でリザーバ２３の底部分を支持し、撓みを防ぐ。
【００２５】
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インク供給口１６を設ける。
【００２６】
キャビティ基板２０は、例えば表面が（１１０）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、各ノズル孔３１からに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。振動板２２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。また、キャビティ基板２０には、電極基板１０上の個別電極１２と反対の電荷をシリコン基板（振動板２２）に供給するための電極端子２４を設けている。
【００２７】
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（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。また、疎水化処理により形成した疎水膜２６により、振動板２２と個別電極１２との水素結合等によるスティッキングを防止している。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。
【００２８】
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孔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。
【００２９】
ここではノズル孔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が設けられている場合もある。
【００３０】
図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。図２において、吐出室２１はノズル孔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、ノズル孔３１から液滴を吐出させる。
【００３１】
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１４、電極端子２４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）の供給及び停止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。発振回路４１が発振駆動し、各個別電極１２に選択的に電荷を供給して正に帯電させ、また、振動板２２を相対的に負に帯電させる。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は元に戻るが、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５０が例えば吐出対象物５１に着弾して印刷等が行われる。
【００３２】
図３は、電極基板１０を上面から見た図である。点線はキャビティ基板２０を表している。前述した端子部１４と配線４２とは電極取出し口２７において接続されている。端子部１４を外部に露出させるため、各凹部１１ａとキャビティ基板２０とによりできるギャップは外部と連通しており、その開口部分（以下、開口部１８という）が電極取出し口２７にある。封止材４３ａは、異物、水分（水蒸気）等がギャップ入り込まないように、逆にギャップ内に封入した気体が排出しないように、ギャップと外部とを遮断し、密閉するために開口部分に設けられている。一方、図２では示していないが、凹部１１ｂとキャビティ基板２０とによりできる流路の開口部分（以下、開口部１９という）には封止材４３ｂが設けられている。開口部１９の開口面積（流路断面積）は、開口部１８の開口面積よりも小さい。ここで、液滴吐出ヘッドの製造は、ウェハに複数の液滴吐出ヘッドを一体形成した後、切断することで行われる。そのため、凹部１１ｂによる開口部を複数の液滴吐出ヘッドで共通させて形成するもできる。ただ、本実施の形態では、疎水化処理が効率よく、確実に行われるようにするため、凹部１１ｂによる開口部１９が各液滴吐出ヘッドで独立して設けられるような構造にしている。
【００３３】
疎水化処理は、例えば所定の気体の雰囲気において、開口部１９を介して気体の入れ替え（流入、流出）を行う。入れ替えが行われた状態で所定の気体の雰囲気から取り出して開口部１９の封止を行う。ここで、凹部１１ａにより形成されるギャップが外部と連通する開口部１８の開口面積はそれぞれ小さいが、液滴吐出ヘッド全体として考えると、開口面積はノズル数に比例して大きくなり、その分、封止する時間を費やす。その間に気体がギャップから抜けると疎水化処理の効果が減少する。
【００３４】
そこで、各凹部１１ａによる開口部１８の総開口面積よりも小さい開口部１９を有する流路を凹部１１ｂにより形成しておき、開口部１８をあらかじめ封止し、封止材４３ａを形成した上で、開口部１９から気体を流入させて疎水化処理を行う。そして、所定の気体の雰囲気から取り出したときには、開口部１９の封止を行い、封止材４３ｂを形成する。封止時間を短くすることにより、流入させた気体の流出等を防ぐことで、疎水化処理の効果ができる限り保たれるようにする。
【００３５】
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。ここで、図４及び後述する図５では、電極１５が形成される部分で切断した端面を実線で表し、端面部分ではないが、重要な箇所については点線で表している。
【００３６】
約１ｍｍのガラス基板６１の一方の面に対し、例えば、クロム（Ｃｒ）膜６２を０．０３μｍ成膜する。そして、さらに金（Ａｕ）膜６３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６２、金膜６３の形成は、化学的気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition ）法、物理的蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition ）法等で行う。例えば、ＰＶＤ法としては、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等の方法がある。
【００３７】
金膜６３の成膜後、金膜６３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６１に、後に電極基板１１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６４を形成する（図４（ｂ））。凹部１１となる部分の支持部１１ｃとなる部分は最終的に残る部分であるので、フォトレジストが形成されている。
【００３８】
次に、例えば、塩酸又は硫酸（クロム膜６２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６３の場合）によりウェットエッチングを行い、金膜６３及びクロム膜６２の不要な部分を除去する（図４（ｃ））。その後、フォトレジストを除去する。これによりガラス基板４１上には、クロム膜６２及び金膜６３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。
【００３９】
次に、例えばふっ酸水溶液（ＨＦ）によりガラス基板６１をエッチングして、凹部１１（凹部１１ａ及び１１ｂ）を形成する（図４（ｄ））。同時に支持部１１ｃも形成する。その後、電極１５（凹部１１ａ）の形状に合わせてマスク６５を形成した後、スパッタリング等を行い、所定の部分にＩＴＯを０．１μｍ成膜して電極１５を形成する（図４（ｅ））。その後、マスク６５を除去して電極基板１０を作製する（図４（ｆ））。
【００４０】
図５は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。一方、例えば、シリコン基板７１の片面（電極基板１０との接合面側となる）を鏡面研磨し、２２０μｍの厚みの基板とする（図５（ａ））。次にシリコン基板７１のボロンドープ層７２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て石英ボートにセット後、さらに縦型炉にセットして、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させて７時間保持することで、ボロン（Ｂ）をシリコン基板５１中に拡散させ、ボロンドープ層７２を形成する。さらにボロンドープ層７２を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜２５を０．１μｍ成膜する（図５（ｂ））。
【００４１】
シリコン基板５１と電極基板１０とを例えば、３６０℃に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板７１に正極を接続して約８００Ｖの電圧を印加し、陽極接合を行う。そして、陽極接合した後の基板（以下、接合済み基板という）において、シリコン基板７１側表面の研削、ウェットエッチング等を行い、シリコン基板７１部分の厚みを約５０μｍにする（図５（ｃ））。
【００４２】
次に、ウェットエッチングを行ったシリコン基板７１側表面に対し、ＴＥＯＳによるエッチングマスク（以下、ＴＥＯＳエッチングマスクという）７３を１．５μｍ成膜する。そして、吐出室２１、リザーバ２３、電極取出し口２７となる部分に対し、ＴＥＯＳエッチングマスク７３のレジストパターニングを施す。ふっ酸水溶液でそれらの部分のＴＥＯＳエッチングマスク７３をエッチングし、ＴＥＯＳエッチングマスク７３をパターニングする。ここで、吐出室２１となる部分については、ＴＥＯＳエッチングマスク７３がなくなり、シリコン基板が露出するまでエッチングを行う。一方、リザーバ２３の底部分を厚くし、できる限り剛性を確保するため、少なくともリザーバ２３となる部分についてはＴＥＯＳエッチングマスク７３の厚みを０．３μｍ残しておくことにする。ここでは残すＴＥＯＳエッチングマスク７３の厚みを０．３μｍとするが、所望するリザーバ２３の深さ（底部分の厚さ）によって、ＴＥＯＳエッチングマスク７３の厚みを調整する。そして、エッチングした後にレジストを剥離する（図５（ｄ））。
【００４３】
次に、接合済み基板を３５ｗｔ％、３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に順に浸してエッチングを行う。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、形成される振動板２２の面荒れを抑制し、厚み精度を高めることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる。ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板７１表面のＴＥＯＳエッチングマスク７３を剥離する（図５（ｅ））。
【００４４】
シリコン基板７１の電極取出し口２７となる部分のシリコンを除去し、開口する。その後、電極取出し口２７の端部にあるキャビティ基板２０と各凹部１１ａとの間で形成されるギャップの開口部１８に沿って、例えばエポキシ樹脂を流し込み、封止材４３ａを形成する（図５（ｆ））。
【００４５】
図６は水酸基の置換について示した図である。図６（ａ）は疎水化処理前のギャップの状態を表し、図６（ｂ）は疎水化処理後のギャップの状態を表す。封止後の接合済み基板について、ギャップに所定の気体を流入させ、水酸基を置換するための疎水化処理を行う。本実施の形態においては、疎水化処理を行うための気体として例えばＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン（ＣＨ3 ）3 ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ3 ）3 ）を含む気体（以下、単にＨＭＤＳという）を用いるものとする。ＨＭＤＳは、例えば、シリコン表面を疎水性にして、レジスト等の密着を促進するために用いられる。ここでは、絶縁膜２５表面の水酸基の水素を、メチル基を有するシラノール基に置換することで、表面に疎水膜２６を成膜する。このＨＭＤＳの雰囲気中に、所定時間、接合済み基板を放置する。
【００４６】
そのため、開口部１９からＨＭＤＳが流入する。また、その流路と連通する、各凹部１１ａとキャビティ基板２０によって形成されるギャップ内にもＨＭＤＳが流入する。これにより、絶縁膜２５の表面に形成された水酸基が  基（ＯＳｉ（ＣＨ3 ）3 ）に置換する。これにより、絶縁膜２５の表面には疎水性を有する疎水膜２６が成膜され、スティッキング（貼り付き）を抑制する。外部との間での気体の流入、流出は開口部１９の１箇所で行われる。接合済み基板を雰囲気から取り出した後、開口部１９を封止し、封止材４３ｂを形成する（図５（ｇ））。開口部１９は開口部１８よりも開口面積が小さいため、封止に時間を要せず、ギャップ内部の疎水性を保つことができる。ここで、雰囲気中に晒すことにより、吐出室２１、リザーバ２３等となる凹部にも疎水膜が形成される場合があるが、吐出特性に影響を与えるため、例えばＲＣＡ洗浄等を行って除去することが望ましい。これにより、接合済み基板に行う加工処理は完了する。
【００４７】
あらかじめ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、接合済み基板のキャビティ基板２０側から接着する。そして、例えば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（図５（ｈ））。
【００４８】
以上のように実施の形態１によれば、各凹部１１ａと外部とを凹部１１ｂによって連通させ、さらに、凹部１１ｂ形成により、剛性がなくなったリザーバ２３の底壁部分（流路の一部をなす）を支持するための支持部１１ｃを凹部１１ｂに設けるようにしたので、リザーバ２３の底壁部分の剛性を確保し、液滴吐出ヘッド製造の際に加わる振動、圧力等による基板の割れを防ぎ、歩留まりを向上させることができる。また、液滴を吐出する際においても、リザーバ２３の壁面が振動することなく、クロストークを防ぐことができる。そのため、凹部１１ｂを避けてリザーバ２３部分を設ける必要がなく、小型化を図ることができる。
【００４９】
実施の形態２．
図７は本発明の第２の実施の形態に係る支持部１１ｃとリード部１３との関係を表す図である。上述の実施の形態では、リード部１３の配線を優先し、それを邪魔しないように支持部１１ｃをリード部１３と分けて設けていたが、これに限定するものではない。例えば、各個別電極１２の絶縁性を確保することができ、かつ、いわゆる断線をしない限りにおいて、リード部１３と支持部１１ｃとが入り交じって形成されていてもよい。
【００５０】
また、上述の実施の形態は、製造工程を簡素化するために、凹部１１ａと凹部１１ｂの深さを同じにしたが、特に同じ深さに限定するものではない。例えば、凹部１１ｂ部分を深くして、支持部１１ｃとリザーバ２３との接合面積を十分に確保したまま、流路面積を所望の面積まで広げることもできる。
【００５１】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、疎水化処理を行う際に用いる気体をヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ3 ）3 ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ3 ）3 ）としたが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、疎水性の基を有し、疎水化処理を行うための他の物質である、ヘキサエチルジシラザン（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ＳｉＮＨＳｉ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ3 ）3 ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン（（ＣＨ3 ）3 ＳｉＮＨ2 ）、トリエチルアミノシラン（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ＳｉＮＨ2 ）、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ3 ）2 ＳｉＣｌ2 ）等を用い、アルキル基（メチル基を含む）を有するシラノール基による疎水膜２６を形成してもよい。絶縁膜２５（疎水膜２６）は疎水性シリカ（シラノール基を化学的にメチル基で置換したもの）となる。
【００５２】
また、疎水効果を有し、振動板１２と個別電極１２とのスティッキングを防げるのであれば、例えばフッ素系の化合物を含む気体を用いてもよい。さらに、オレフィン炭化水素による疎水化処理を行い、直鎖アルキル基を有する膜を疎水膜２６としても疎水化処理の効果を上げることができる。
【００５３】
実施の形態４．
図８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９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８及び図９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９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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
実施の形態５．
上述の実施の形態では、液滴吐出ヘッドについて説明したが、例えば、凹部１１ｂにより剛性を保つことができないような構成の他の静電アクチュエータを用いたデバイスについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【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】液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図３】電極基板１０を上面から見た図である。
【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である。
【図６】水酸基の置換について示した図である。
【図７】支持部１１ｃとリード部１３との関係を表す図である。
【図８】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９】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  電極基板、１１，１１ａ，１１ｂ  凹部、１１ｃ  支持部、１２  個別電極、１３  リード部、１４  端子部、１５  電極、１６  インク供給口、１８，１９  開口部、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  リザーバ、２４  電極端子、２５  絶縁膜、２６  疎水膜、２７  電極取出し口、３０  ノズル基板、３１  ノズル孔、３２  オリフィス、４１  発振回路、４２  配線、４３ａ，４３ｂ  封止材、５０  液滴、５１  吐出対象物、６１  ガラス基板、６２  クロム膜、６３  金膜、６４  フォトレジストパターン、６５  マスク、７１  シリコン基板、７２  ボロンドープ層、７３  エッチングマスク、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。
【図１】
2007098766.tif 000003
【図２】
2007098766.tif 000004
【図３】
2007098766.tif 000005
【図４】
2007098766.tif 000006
【図５】
2007098766.tif 000007
【図６】
2007098766.tif 000008
【図７】
2007098766.tif 000009
【図８】
2007098766.tif 000010
【図９】
2007098766.tif 000011