(57)【要約】【課題】振動板の繰り返し駆動に対する耐久性を向上させ、信頼性の高い静電アクチュエータを提供することを目的とする。また、この静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを提供し、併せてこれらの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】振動板４と、振動板４にギャップを隔てて対向する個別電極１０とを備え、振動板４を、振動板４の中央部から外周部に向かって段階的に厚くなるような多段形状としたものである。【選択図】図１
2009012403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、前記振動板にギャップを隔てて対向する対向電極とを備え、
前記振動板を、前記振動板の中央部から外周部に向かって段階的に厚くなるような多段形状としたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記振動板と該振動板を支持する部分との接続部に斜面が形成されてい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。
【請求項３】
前記振動板は、ボロンをドープしたシリコン基板で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記対向電極が形成される電極基板は、硼珪酸ガラスからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記対向電極は、ＩＴＯからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の静電アクチュエータを備え、前記振動板が、液滴を吐出する吐出室の底壁を構成していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
シリコン基板に対してボロンを選択的に拡散する処理を繰り返し行ってボロンドープ層を形成する工程と、
前記ボロンドープ層が形成されたシリコン基板をウェットエッチングし、前記ボロンドープ層でエッチングストップさせて振動板を形成する工程と
を有す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８】
前記ウェットエッチングを、異なる濃度の水酸化カリウム水溶液を用いて行うことを特徴とする請求項７記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、静電アクチュエータの製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えば静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドがある。この種のインクジェットヘッドは、吐出室が形成されてなるキャビティ基板と、キャビティ基板に接合され、振動板にギャップを介して対向配置される個別電極が形成される凹部を有する電極ガラス基板と、電極ガラス基板が接合された面とは反対側の面のキャビティ基板に接合され、ノズル孔が形成されてなるノズル基板とを備えている。そして、吐出室の底壁が弾性変形可能な振動板として形成されており、この振動板と個別電極との間に駆動電圧を印加して静電気力を発生させ、その静電気力により振動板を変形させてノズル孔から液滴を吐出させるようにしている。
【０００３】
ここで、インクジェットヘッドを駆動して振動板を繰り返し動作させていると、振動板の割れや破壊が発生する。具体的には、吐出室の壁面を構成する隔壁部と振動板との境界部分（接続部）に応力が集中し、この応力の集中により接続部に亀裂が発生する。そこで、従来、振動板の繰り返し動作による亀裂発生を防止する技術として、隔壁部と振動板との接続部に斜面を形成し、接続部に加わる応力を低減するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。この技術によれば、隔壁部と振動板との接続部への応力集中を減少させ、接続部の耐久性を向上させることが可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２９４７３号公報（図５）
【特許文献２】特開平１１−２７７７４２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、小型かつ高密度で低電圧による駆動が可能な静電アクチュエータが要望されているなかで、振動板を薄板化することが必要とされており、薄板化することによって破壊しやすくなった振動板に上記先行技術を適用しただけでは、十分な振動板の破壊防止効果を発揮できないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、振動板の繰り返し動作に対する耐久性を向上させ、信頼性の高い静電アクチュエータを提供することを目的とする。また、この静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを提供し、併せてこれらの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】
【０００７】
本発明に係る静電アクチュエータは、振動板と、振動板にギャップを隔てて対向する対向電極とを備え、振動板を、振動板の中央部から外周部に向かって段階的に厚くなるような多段形状としたものである。
ここで、振動板の中央部の厚みは高密度化への対応として必要十分な薄さに形成されているものとする。そして、その振動板中央部から外周部に向かって段階的に厚くなる構造とすることにより、振動板の全体的な応力を緩和することができるとともに、振動板とその支持部との接続部の剛性を高めることができ、繰り返し動作による振動板の亀裂発生を防止することが可能となる。その結果、振動板の繰り返し動作に対する耐久性が向上し、長期信頼性の高い静電アクチュエータを得ることができる。
【０００８】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、振動板と振動板を支持する部分との接続部に斜面が形成されているものである。
これにより、接続部にかかる応力を低減でき、更なる耐久性向上を図ることができる。
【０００９】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、振動板が、ボロンをドープしたシリコン基板で構成されているものである。
これにより、振動板の厚みを高精度に制御でき、静電アクチュエータの安定駆動が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、対向電極が形成される電極基板が、硼珪酸ガラスからなるものである。
これにより、シリコンで構成された振動板を有する基板（キャビティ基板）と電極基板とを接合しても、それらの膨張率が大きく相違しないので熱によるズレを防止できる。また、それらを陽極接合により容易に接合することができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、対向電極が、ＩＴＯからなるものである。
ＩＴＯは透明なので、電極基板とシリコン製振動板の陽極接合時に放電状態を確認できるなどの利点がある。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の何れかの静電アクチュエータを備え、振動板が、液滴を吐出する吐出室の底壁を構成しているものである。
これにより、振動板の繰り返し動作に対する高い耐久性を有し、長期信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板に対してボロンを選択的に拡散する処理を繰り返し行ってボロンドープ層を形成する工程と、ボロンドープ層が形成されたシリコン基板をウェットエッチングし、ボロンドープ層でエッチングストップさせて振動板を形成する工程とを有するものである。
これにより、精度良く振動板の多段形状を形成することができ、振動板の全体的な応力を緩和することができることによって、振動板の耐久性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ウェットエッチングを、異なる濃度の水酸化カリウム水溶液を用いて行うものである。
このようにすることで、振動板とその支持部との接続部に斜面を形成することができ、接続部に応力が集中することを低減して、振動板に亀裂が入ることを防止できるなど、更に振動板の耐久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、上記の静電アクチュエータの製造方法を適用して、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を形成するものである。
これにより、振動板の繰り返し動作に対する高い耐久性を有し、長期信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドについて説明する。なお、ここでは液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたインクノズルからインク液滴を吐出するフェイス吐出型のインクジェットヘッドについて図１及び図２を参照して説明する。また、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、基板の端部に設けられたインクノズルからインク液滴を吐出するエッジ吐出型のインクジェットヘッドにも適用できるものである。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。図２は、図１のインクジェットヘッドの断面図である。図３は、図１のキャビティ基板の吐出室部分の平面図である。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、ノズルが並んでいる方向を短手方向、短手方向と垂直な方向を長手方向として説明する。
本実施の形態のインクジェットヘッドは、キャビティ基板１と、電極ガラス基板２と、ノズル基板３が積層された三層構造となっている。
【００１８】
キャビティ基板１は例えば厚さ約５０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）で構成されている。シリコン基板に異方性ウェットエッチングを施すことにより、底壁が振動板４となる吐出室５、各吐出室共通に吐出する液体を溜めておくためのリザーバ６が形成されている。また、キャビティ基板１には電極端子７が形成され、図２に示す発振回路１１と接続される。ここで、キャビティ基板１の下面（電極ガラス基板２と対向する面）には、絶縁膜８が形成される。この絶縁膜８は、本例ではＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜を０．１μｍでプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜している。これは、インクジェットヘッドを駆動させた時の絶縁破壊及び短絡を防止するためである。
【００１９】
振動板４は、その中央部が、静電アクチュエータの高密度化への対応として必要十分に薄く形成されているとともに、外周部に向かって段階的に厚くなる多段形状（本例の場合、３段構造）に構成されている。かかる構造により、振動板４の全体的な応力を緩和するとともに、振動板４とこの振動板４を支持する支持部としての隔壁部５Ａとの接続部側の剛性を段階的に高めて繰り返し動作による亀裂発生を防止する。さらに、前記接続部には、微小な角度を持つ斜面４Ａが形成されている。この斜面４Ａにより、隔壁部５Ａと振動板４との境界（接続部）にかかる応力を低減することができるようになっている。なお、以下では、振動板４において、隔壁部５Ａとの接続部側から中央部側の順に、振動板外周部４ａ、振動板中間部４ｂ、振動板中央部４ｃと呼ぶことにする。また、本例では、振動板中央部４ｃの厚みは例えば０．４μｍ、振動板中間部４ｂの厚みは０．６μｍ、振動板外周部４ａの厚みは０．８μｍとしている。なお、振動板４の厚み分布は図３に示したように角型の多段形状としても良いし、図４に示すように楕円の多段形状としても良い。
【００２０】
また、振動板４は、高濃度のボロンドープ層４１で構成されている。このボロンドープ層４１は、ボロンを高濃度（約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上）にドープして形成されており、例えばアルカリ性水溶液で単結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端に遅くなるいわゆるエッチングストップ層となっている。そして、ボロンドープ層４１がエッチングストップ層として機能することにより、振動板４の厚み及び吐出室５の容積を高精度で形成することができるようになっている。
【００２１】
電極ガラス基板２は厚さ約１ｍｍであり、図１で見るとキャビティ基板１の下面に接合される。ここで電極ガラス基板２となるガラスには例えばシリコンと熱膨張率が近い硼珪酸ガラスを用いることにする。硼珪酸ガラスを用いた場合、キャビティ基板１と電極ガラス基板２とを接合した際に、それらの膨張率が大きく相違しないので熱によるズレを防止できる。また、電極ガラス基板２には、キャビティ基板１に形成される各吐出室５に対向する位置に、深さ約０．２μｍの凹部９が設けられる。また、凹部９の底面には振動板４と対向する個別電極（対向電極）１０が形成され、振動板４と個別電極１０との間にギャップ（空隙）Ｇを形成している。なお、凹部９は、その底面に個別電極１０を設けるので、凹部９のパターン形状は電極の形状よりも少し大きめに作製する。
【００２２】
ここで、振動板４と、振動板４に一定距離（ギャップＧ）を隔てて対向配置された個別電極１０とで静電アクチュエータが構成されており、振動板４と個別電極１０との間に電圧を印加することにより発生する静電気力によって振動板４を変位させるようにしている。
【００２３】
また、電極ガラス基板２には、凹部９から電極ガラス基板２の端部まで延びる深さ約０．２μｍの凹部９Ａが形成されており、凹部９Ａの底面には、個別電極１０から延びるリード部１０ａ及び端子部１０ｂが形成されている（以下、個別電極１０、リード部１０ａ、端子部１０ｂを合わせて電極部と呼ぶ）。端子部１０ｂは、図２に示すように、配線のためにキャビティ基板１の末端部が開口された貫通穴２１内に露出しており、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）（図示せず）を介して発振回路１１に接続されている。発振回路１１は、端子部１０ｂを介して個別電極１０への電荷の供給及び停止の制御をする。また、ギャップＧの端部には封止材１２が充填されており、個別電極単位で封止が行われるようになっている。このように封止を行うことにより、振動板４の底面や個別電極１０の表面に水分が付着するのを防止し、水分付着に起因した個別電極１０と振動板４の貼り付き等の防止を図っている。
【００２４】
本実施の形態では、凹部９の底面に形成する電極部の材料として、酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を用い、凹部９内に例えば０．１μｍの厚さでスパッタ法を用いて成膜する。したがって、振動板４と個別電極１０との間に形成されるギャップＧは、この凹部９の深さ、電極部の厚さにより決まることになる。このギャップＧは、吐出特性に大きく影響する。ここで、電極部の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよいが、本実施の形態では、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いることとする。また、電極ガラス基板２には、リザーバ６と連通するインク供給口１３が設けられている。
【００２５】
ノズル基板３は例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板で構成されており、吐出室５と連通するノズル孔１４が形成されている。また、ノズル基板３の図１において下面（キャビティ基板１と接合される接合側の面）には、吐出室５とリザーバ６とを連通させるためのオリフィス１５が形成されている。また、ノズル基板３の両端には、キャビティ基板１に形成されているリザーバ６に対向してリザーバ６内の圧力変動を抑制するダイアフラム１６が形成されている。ダイアフラム１６は、リザーバ６のコンプライアンスを高め、インクジェットヘッド駆動時のクロストークを吸収するために設けられている。
【００２６】
上記のように構成されたインクジェットヘッドの動作を説明する。
発振回路１１は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極１０に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。このように発振回路１１が駆動し、個別電極１０に電荷を供給して正に帯電させると、振動板４は負に帯電し、静電気力により個別電極１０に引き寄せられて撓む。これにより吐出室５の容積は広がる。そして個別電極１０への電荷供給を止めると振動板４は元に戻る。このとき、吐出室５の容積も元に戻るため、その圧力により差分のインク液滴が吐出する。このインク液滴が、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等が行われる。なお、このような方法は引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
次に、振動板４が再び下方へ撓むことにより、インクがリザーバ６よりオリフィス１５を通じて吐出室５内に補給される。また、インクジェットヘッドへのインクの供給は、電極ガラス基板２上に形成したインク供給口１３により行う。
【００２７】
ここで、本例のインクジェットヘッドでは、振動板４の振動板中央部４ｃを薄く形成したため、振動板外周部４ａの厚みで振動板全体を構成した場合に比べて、振動板４の全体的な剛性は低くなっている。それ故、インクジェットヘッド駆動時に作用する振動板にかかる応力を全体的に緩和することができ、振動板４の長期信頼性が向上している。また、振動板４の中央部から外周部に向かって段階的に厚く形成されているので、振動板４を単純に一様に薄板化した場合に比べて振動板４の強度が接続部（振動板４と隔壁部５Ａとの境界部分）側に向かうに従って段階的に高くなっており、繰り返し動作による振動板４の耐久性が向上している。さらに、本例のインクジェットヘッドでは、振動板４と隔壁部５Ａとの境界（接続部）部分に斜面４Ａを設けているため、さらに振動板４の耐久性が高まっている。
【００２８】
また、振動板４の段差構造は、振動板４の中央部を中心として外周部に向かって段階的に厚くなる構造であるため、振動板４は、その中心部を中心として対称的な変形動作となり、静電アクチュエータの安定駆動が可能となっている。
【００２９】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法について、図５〜図８を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。また、実際には、シリコン基板から複数個分のインクジェットヘッドの部材を同時形成するが、図５〜図８ではその一部分だけを示している。
【００３０】
まず、電極ガラス基板２と陽極接合する前のキャビティ基板１の製造方法について図５及び図６を参照して説明する。
（ａ）（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン基板１００を用意する。そして、シリコン基板１００において電極ガラス基板２と接合される接合面１００ａを鏡面研磨し、２２０μｍの厚みの基板を作製する。
（ｂ）シリコン基板１００の接合面１００ａの表面に、プラズマＣＶＤを用いて、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）の条件でＴＥＯＳ膜１０１を１．０μｍ成膜する。
（ｃ）シリコン基板１００のＴＥＯＳ膜１０１を成膜した面にレジストを塗布し、振動板中央部４ｃに対応する部分と振動板中間部４ｂに対応する部分にのみＴＥＯＳ膜１０１が残るようにレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングして、ＴＥＯＳ膜１０１をパターニングする。そしてレジストを剥離する。
【００３１】
（ｄ）シリコン基板１００においてボロンドープ層を形成する側の面（接合面１００ａ）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する。縦型炉に石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させ、そのまま温度を２時間保持し、ボロンをシリコン基板１００中に拡散させる。これにより、ＴＥＯＳ膜１０１によってマスクされていない部分、すなわち振動板外周部４ａに対応する部分とその更に外側の部分（吐出室５以外の部分）にボロンドープ層４１が形成される。ボロンドープ工程では、シリコン基板１００の投入温度を８００℃とし、シリコン基板１００の取出し温度も８００℃とする。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。
（ｅ）ボロンドープ層４１の表面にはボロン化合物（ＳｉＢ6）が形成されるが（図示なし）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させることができる。
そしてシリコン基板１００をふっ酸水溶液に１０分間浸す。すると、ボロンドープ層４１の表面部分のＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2（図示なし）がエッチング除去され、さらに、振動板中央部４ｃ及び振動板中間部４ｂに対応する部分をマスクしていたＴＥＯＳ膜１０１もエッチング除去される。
【００３２】
（ｆ）工程（ｂ）同様に、接合面１００ａ側にプラズマＣＶＤを用いて、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）の条件でＴＥＯＳ膜１０２を１．０μｍ成膜する。
（ｇ）シリコン基板１００のＴＥＯＳ膜１０２を成膜した面にレジストを塗布し、振動板中央部４ｃに対応する部分にのみＴＥＯＳ膜１０２が残るようにレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングして、ＴＥＯＳ膜１０２をパターニングする。そしてレジストを剥離する。
【００３３】
（ｈ）シリコン基板１００においてボロンドープ層を形成する側の面（接合面１００ａ）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する。縦型炉に石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させ、そのまま温度を２時間保持し、ボロンをシリコン基板１００中に拡散させる。これにより、振動板中間部４ｂに対応する部分には拡散時間２時間分のボロンが拡散され、振動板外周部４ａに対応する部分とその更に外側の部分（吐出室以外の部分）には４時間分のボロンが拡散されている状態となる。従って、振動板外周部４ａに対応する部分とその更に外側の部分（吐出室以外の部分）のボロン濃度は振動板中間部４ｂに対応する部分に比べて濃くなり、しかもその部分はシリコン基板１００のより内部へボロンが拡散された状態となる。ボロンドープ工程では、シリコン基板１００の投入温度を８００℃とし、シリコン基板１００の取出し温度も８００℃とする。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。
（ｉ）ボロンドープ層４１の表面にはボロン化合物（ＳｉＢ6）が形成されるが（図示なし）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させることができる。
そしてシリコン基板１００をふっ酸水溶液に１０分間浸す。すると、ボロンドープ層４１の表面部分のＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2がエッチング除去され、さらに、振動板中央部４ｃに対応する部分をマスクしていたＴＥＯＳ膜１０２もエッチング除去される。
【００３４】
（ｊ）シリコン基板１００においてボロンドープ層を形成する側の面（接合面１００ａ）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する。縦型炉に石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させ、そのまま温度を３時間保持し、ボロンをシリコン基板１００中に拡散させる。これにより、振動板中央部４ｃに対応する部分には３時間分のボロンが拡散され、振動板中間部４ｂに対応する部分には５時間分のボロンが拡散され、振動板外周部４ａに対応する部分とその更に外側の部分（吐出室以外の部分）には拡散時間７時間分のボロンが拡散されている状態となる。従って、振動板外周部４ａに対応する部分とその更に外側の部分（吐出室以外の部分）及び振動板中間部４ｂに対応する部分のボロン濃度は、振動板中央部４ｃに対応する部分に比べて濃くなり、しかもその部分はシリコン基板１００のより内部へボロンが拡散された状態となる。ボロンドープ工程では、シリコン基板１００の投入温度を８００℃とし、シリコン基板１００の取出し温度も８００℃とする。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。
【００３５】
（ｋ）ボロンドープ層４１の表面にはボロン化合物（ＳｉＢ6）が形成されるが（図示なし）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させることができる。
そしてシリコン基板１００をふっ酸水溶液に１０分間浸し、ボロンドープ層４１の表面全体のＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2をエッチング除去する。
そして、ボロンドープ層４１を形成した面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳ絶縁膜８を、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０．１μｍ成膜する。
【００３６】
以上説明したように、シリコン基板１００に対して選択的にボロンを拡散する工程を繰り返し行い、振動板形状をボロンドープ層４１により予め形成し、そのボロンドープ層４１が形成されたシリコン基板１００をウェットエッチングによりエッチングしてボロンドープ層４１を残し、多段形状の振動板４を形成するので、多段形状を精度良く形成することができる。
【００３７】
次に、インクジェットヘッド完成までの製造工程について図７及び図８を用いて説明する。
（ａ）ここでは電極ガラス基板２を作製する。まず約１ｍｍのガラス基板を用意し、その一方の面に対し、個別電極１０の形状パターンに合わせて０．２μｍの深さの凹部９及び凹部９Ａを形成する。そして、凹部９及び凹部９Ａ内に、例えばスパッタリング法を用いて、０．１μｍの厚さの電極部（個別電極１０、リード部１０ａ、端子部１０ｂ）を形成する。また、インク供給口１３をサンドブラスト法または切削加工により形成する。これにより、電極ガラス基板２が作製される。
（ｂ）図５及び図６の製造方法により作製したシリコン基板１００と電極ガラス基板２を３６０℃に加熱した後、電極ガラス基板２に負極、シリコン基板１００に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する。
【００３８】
（ｃ）陽極接合後、シリコン基板１００の厚みが約６０μｍになるまで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、３２ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液でシリコン基板１００を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板１００の厚みは約５０μｍとなる。
（ｄ）シリコン基板１００の電極ガラス基板２と接合されている面とは反対側の面全体にプラズマＣＶＤを用いて、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）の条件でＴＥＯＳエッチングマスク２００を１．０μｍ成膜する。
（ｅ）ＴＥＯＳエッチングマスク２００にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングし、吐出室５となる部分２０１及び貫通穴（電極取出し用貫通穴及び封止用貫通穴）２１となる部分２０２をパターニングする。そしてレジストを剥離する。
【００３９】
（ｆ）ＴＥＯＳエッチングマスク２００にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液で０．７μｍだけエッチングし、リザーバ６となる部分２０３をパターニングする。リザーバ６となる部分２０３のＴＥＯＳエッチングマスク２００の残り厚みは０．３μｍとなる。これは、最終的にリザーバ６に厚みを持たせ、リザーバ６の剛性を高めるためである。そしてレジストを剥離する。
（ｇ）接合済み基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ＴＥＯＳエッチングマスク２００を用いてエッチングし、吐出室５となる部分１１１及び貫通穴２１となる部分１１２部分の厚みが約１０μｍになるまで行う。リザーバ６となる部分２０３はまだエッチングが始まらない。
また、このエッチング工程では、電極ガラス基板２のインク供給口１３から水酸化カリウム水溶液が侵入し、シリコン基板１００の電極ガラス基板２との接合面においてインク供給口１３に対応する部分がエッチングされる。なお、シリコン基板１００の電極ガラス基板２との接合面にはボロンドープ層４１が形成されているため、ボロンドープ層４１の部分でエッチングレートが低下するが、ここでのエッチングでは濃度が濃い水酸化カリウム水溶液を用いているため、ボロンドープ層４１を突き抜けて更にシリコン基板１００の内部へとエッチングが進行していく。
【００４０】
（ｈ）リザーバ６となる部分２０３のＴＥＯＳエッチングマスク２００を除去するため、ふっ酸水溶液に接合済み基板を浸す。
（ｉ）接合済み基板を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４１でのエッチングレート低下によるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける。これにより、振動板４が形成されるとともに、吐出室５及びリザーバ６が形成される。このように前記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、振動板４の面荒れを抑制することができる。また振動板４の厚みは、振動板中央部４ｃで０．４μｍ、振動板中間部４ｂで０．６μｍ、振動板外周部４ａで０．８μｍとなる。また、ボロンエッチングストップ技術を用いたため、高精度に厚みを制御でき、インクジェットヘッドの吐出性能を安定化することができる。
なお、リザーバ６は約１０μｍの厚みを持っており、振動板４や貫通穴２１となる部分１１２に比べ剛性が高まっている。
【００４１】
また、振動板４を形成する際の上記エッチング工程では、まず、工程（ｇ）で高濃度の水酸化カリウム水溶液を用いてボロンドープ層４１の近傍までエッチングを行い、そして、工程（ｉ）で低濃度の水酸化カリウム水溶液を用いてボロンドープ層４１のエッチングストップが十分効くまでエッチングするようにしている。このようなエッチング方法は、特開平１１−１２９４７３号公報に開示されており、この技術を採用することにより、振動板４と隔壁部５Ａとの接続部分に斜面４Ａを形成することができる。この斜面４Ａは、振動板４と隔壁部５Ａとの境界（接続部）に作用する応力を低減する効果がある。
【００４２】
図９は、振動板と隔壁部との接続部に形成される斜面高さと水酸化カリウム（ＫＯＨ）濃度との関係を示す図、図１０は、図９の斜面高さの説明図で、振動板及び斜面部分を拡大して示した断面図である。
図９に示すように、ＫＯＨ濃度が３０ｗ％以上であると、斜面が形成される。本例では濃度３５ｗ％のＫＯＨを用いた最初のエッチングにより、約６μｍの高さを持つ斜面が形成される。そして、次の濃度３ｗ％のＫＯＨを用いたエッチングにより、斜面高さは減少し、微小な角度をもつ斜面４Ａが残る。
【００４３】
以下、製造工程の説明を続ける。
（ｊ）エッチングが終了したら、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板１００表面のＴＥＯＳエッチングマスク２００を剥離する。
（ｋ）貫通穴（電極取出し用貫通穴及び封止用貫通穴）２１となる部分１１２に残っているシリコン薄膜及び絶縁膜８を除去するために、貫通穴２１となる部分１１２に対応した部分が開口したシリコンマスク（図示せず）をシリコン基板１００表面に取り付ける。そして、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4流量３０ｃｍ3／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチングを１時間行い、貫通穴２１となる部分１１２のみにプラズマを当て、開口する。このとき、ギャップＧは大気開放される。
以上によりキャビティ基板１が作製される。
【００４４】
（ｌ）ギャップＧ内の水分除去及び疎水化処理を行った後、ギャップＧの端部に例えばエポキシ系樹脂の封止材１２を盛り、個別電極１０毎の封止を行う。
（ｍ）ノズル基板３をエポキシ系接着剤によりキャビティ基板１の上面に接着する。
（ｎ）ダイシングを行い、個々のヘッドに切断する。
上記製造方法により、振動板４を振動板中央部４ｃを中心として外周部に向かって段階的に厚くなる３段形状としたインクジェットヘッドが完成する。
【００４５】
以上のように、高濃度と低濃度の水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン基板１００のエッチングを２段階で行うことにより、振動板４と隔壁部５Ａとの接続部に微小な角度を持つ斜面４Ａが形成される。この斜面４Ａにより、接続部にかかる応力を低減することができ、繰り返し動作に対する振動板４の耐久性を向上することができる。
【００４６】
また、シリコン基板１００と電極ガラス基板２を接合した後に、吐出室５等の各部分を形成する方法を用いているため、基板の取り扱いが容易となり、基板の割れを低減することができ、且つ基板の大型化が可能となる。大型化が可能となれば、一枚の基板から多くのインクジェットヘッドを取り出すことができるため、生産性を向上させることができる。
【００４７】
上記の実施形態では、インクジェットヘッドの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態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、ノズル孔１４より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンタのほか、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、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図２】図１のインクジェットヘッドの断面図。
【図３】図１のキャビティ基板の吐出室部分の平面図。
【図４】振動板の多段形状の他の構成例を示す図。
【図５】キャビティ基板の製造方法を表す図（１／２）。
【図６】キャビティ基板の製造方法を表す図（２／２）。
【図７】図６に続くインクジェットヘッドの製造工程を表す図（１／２）。
【図８】図７に続くインクジェットヘッドの製造工程を表す図（２／２）。
【図９】振動板と隔壁部との接続部に形成される斜面高さとＫＯＨ濃度との関係図。
【図１０】図９の斜面高さの説明図。
【符号の説明】
【００４９】
２  電極ガラス基板、４  振動板、４Ａ  斜面、４ａ  振動板外周部、４ｂ  振動板中間部、４ｃ  振動板中央部、５  吐出室、５Ａ  隔壁部、１０  個別電極、４１  ボロンドープ層、１００  シリコン基板。
【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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