(57)【要約】【課題】高いギャップ精度を有し、低電圧駆動が可能な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。【解決手段】シリコンで構成された振動板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、個別電極１０側と反対側に凸の多段形状とするものである。【選択図】図１
2009012211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンで構成された振動板と、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、前記対向電極とは反対側に凸の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】
前記振動板は、短辺と長辺を有する長方形状を有し、前記振動板の長手方向の中央部に行くに従って前記ギャップが大きくなる多段形状に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】
シリコン基板の一方の面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記シリコン窒化膜を所望の形状にパターニングするマスク形成工程と、
前記パターニングされたシリコン窒化膜をマスクとして前記シリコン基板を熱酸化し、前記マスクで覆われていない部分に熱酸化膜を形成する熱酸化工程と、
前記熱酸化工程により形成された熱酸化膜をエッチング除去するエッチング工程と、
前記マスク形成工程、前記熱酸化工程及び前記エッチング工程を所定回数繰り返して、前記シリコン基板の一方の面を多段形状に形成する工程と
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】
前記シリコン基板の多段形状に形成された前記一方の面全体にボロンを拡散してボロンドープ層を形成する工程と、
前記シリコン基板の他方の面にエッチングパターンを形成する工程と、
前記エッチングパターンを用いてウェットエッチングを行い、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インク液滴を吐出させるようにしている。
【０００３】
ここで、従来より、駆動電圧の上昇を引き起こすことなく、振動板の変位量を増加させて液滴の吐出エネルギーを増加させ、吐出特性を安定させる構造について検討されてきた。その構造の一つに、振動板と個別電極との間のギャップを階段状又は傾斜状となるようにする方式がある。
振動板と個別電極との間のギャップを傾斜状とする構造として、具体的には、振動板の個別電極側の面に、個別電極の短手方向の中央部に行くに従って連続的にギャップが大きくなる彫り込み部を形成した構造がある（例えば、特許文献１参照）。
また、振動板と個別電極との間のギャップを階段状とする構造として、具体的には、シリコン基板で構成された電極基板に対して階段状の溝を形成する構造（例えば、特許文献２参照）や、ガラス基板で構成された電極ガラス基板に対して階段状の溝を形成する構造（例えば、特許文献３参照）がある。
【特許文献１】特開２００２−２０５４０９号公報（図１）
【特許文献２】特開２０００−３１８１５５号公報（第１頁、図２）
【特許文献３】特開２００６−２８９９４４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、振動板の外側部分の厚みが厚く、内側部分の厚みが薄い構造であるため、外側部分のばね力が強く、それ故、振動板を、その外側から内側の順に個別電極に対して順次当接させる動作とすることができず、駆動電圧を十分に低くできないという課題があった。
【０００５】
また、特許文献２に記載の技術では、シリコン基板に階段状の溝を形成しているが、その溝を形成する際、ＳｉＯ2 膜の成膜／剥離を段の数だけ繰り返す必要があるため、工数が多くなり、コストアップとギャップ精度の低下を招くという課題があった。
【０００６】
また、特許文献３に記載の技術では、電極ガラス基板に階段状の溝を形成しているが、ガラス基板として用いられる硼珪酸ガラスは、硼素やナトリウムなど不純物が多く含まれているため、エッチング管理が難しい。このため、高精度のギャップ長管理が困難で、安定した吐出特性を得るのが難しいという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、高いギャップ精度を有し、低電圧駆動が可能な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】
【０００８】
本発明に係る静電アクチュエータは、シリコンで構成された振動板と、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、対向電極とは反対側に凸の多段形状とするものである。
この構成によれば、振動板を段差のない平面状に形成した場合に比べて振動板の変位体積を大きくすることができる。また、振動板を駆動する際、振動板の多段形状の１段目、つまり対向電極との距離が一番短い部分が対向電極に当接するのに必要十分な電圧を印加することで、振動板全体を対向電極に当接させることができる。よって、低電圧駆動でありながら、振動板の変位体積を大きくすることが可能となる。また、多段形状を形成する材質がシリコンであるため、ガラス基板に多段形状を形成する場合に比べて高いギャップ精度で形成することができる。
【０００９】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、振動板が、短辺と長辺を有する長方形状を有し、振動板の長手方向の中央部に行くに従ってギャップが大きくなる多段形状に形成されているものである。
これにより、振動板は、その長手方向の中心部を中心として対称な変形動作となり、静電アクチュエータの安定駆動が可能となる。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、低電圧駆動が可能で、吐出特性の安定した液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、上記の何れかの静電アクチュエータの製造方法であって、シリコン基板の一方の面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、シリコン窒化膜を所望の形状にパターニングするマスク形成工程と、パターニングされたシリコン窒化膜をマスクとしてシリコン基板を熱酸化し、マスクで覆われていない部分に熱酸化膜を形成する熱酸化工程と、熱酸化工程により形成された熱酸化膜をエッチング除去するエッチング工程と、マスク形成工程、熱酸化工程及びエッチング工程を所定回数繰り返して、シリコン基板の一方の面を多段形状に形成する工程とを有するものである。
これにより、多段形状を高いギャップ精度で形成することができ、低電圧駆動が可能で、吐出特性の安定した静電アクチュエータを得ることができる。また、シリコン窒化膜を使い回して振動板の多段形状部分を形成するため、コスト低減を図ることができる。
【００１５】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板の多段形状に形成された一方の面全体にボロンを拡散してボロンドープ層を形成する工程と、シリコン基板の他方の面にエッチングパターンを形成する工程と、エッチングパターンを用いてウェットエッチングを行い、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。
このように振動板を形成するに際し、ボロンエッチングストップ技術を用いるため、振動板の厚みを高精度に形成できる。
【００１６】
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、低電圧駆動が可能で、吐出特性の安定した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】
【００１７】
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〜図３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。
【００１８】
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、図３において一点鎖線は、振動板４の長手方向の境界部分を示している。これらの図１〜図３を含め、以下の図では、構成部材を図示し、見やすくするため、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。
【００１９】
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。
【００２０】
振動板４は、一定の厚み、例えば０．６μｍの厚みで構成されており、振動板４の長手方向の中央部に向かって上（ノズル基板側）に凸の多段（本例では３段）形状となっている。この構造により、以下に詳述するが、後述の個別電極１０との間のギャップＧが段階的に変化し、インクジェットヘッド駆動時に個別電極１０へ連続的に振動板４を当接させることを可能としている。なお、以下では、振動板４において、後述の個別電極１０との間に形成するギャップＧが小さい方から順に１段目４ａ、２段目４ｂ、３段目４ｃと呼ぶことにする。
【００２１】
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。
【００２２】
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、階段状に形成された振動板４と個別電極１０との間に３段の階段状のギャップ（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。
【００２３】
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。そして、本例では、上述したように階段状のギャップＧを形成することで、振動板４の変位量を増加させてインク液滴の吐出エネルギーを増加させ、吐出特性を安定させることを可能としている。この点に関しては後に詳述する。
【００２４】
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。
【００２５】
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最も浅い部分（振動板４の両端部）のギャップ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで、本例のインクジェットヘッドでは、振動板４を、その長手方向の中央部に向かって上（ノズル基板側）に凸の多段形状としたことにより、振動板４の変形時の動作は次の図４のようになる。
【００２９】
図４は、振動板の変位動作を示した図である。
（ａ）振動板４と個別電極１０との間に、振動板４の１段目４ａが個別電極１０に当接するのに必要十分な電圧が印加されると、まず、振動板４の１段目４ａが個別電極１０に当接する。これにより、振動板４の２段目４ｂと個別電極１０との間のギャップＧが電圧印加前の状態に比べて短くなる。このため、振動板４の２段目４ｂと個別電極１０との間に大きな静電気力が働き、（ｂ）振動板４の２段目４ｂが個別電極１０に当接する。この現象が振動板４の３段目４ｃに対しても起こり、振動板４の３段目４ｃと個別電極１０との間に大きな静電気力が働き、（ｃ）振動板４の３段目４ｃが個別電極１０に当接する。
【００３０】
このように、振動板４の１段目４ａが個別電極１０に当接することにより、２段目４ｂ、３段目４ｃが順次、個別電極１０に当接する。よって、振動板４の１段目４ａが個別電極１０に当接するのに必要十分な電圧を印加することにより、振動板４全体を個別電極１０に当接させることが可能である。なお、上述したように振動板４が個別電極１０に連続的に当接することを連続当接と称する。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、振動板４を上（ノズル基板側）に凸の多段形状としているため、振動板４を段差のない平面状に形成した場合に比べてインクの排除体積（振動板４の変位体積）を大きくすることができる。また、振動板４を駆動するに際し、振動板４の１段目４ａが個別電極１０に当接するのに必要十分な電圧を印加すればよく、これにより振動板４全体を個別電極１０に当接させることができる。よって、低電圧駆動でありながら、インクの排除体積（振動板４の変位体積）を大きくすることが可能なインクジェットヘッドを得ることができる。
【００３２】
また、振動板４と個別電極１０との間のギャップＧが、振動板４の長手方向の中央部に行くに従って大きくなる構成としたため、振動板４は、その長手方向の中心部を中心として対称な変形動作となり、静電アクチュエータの安定駆動が可能となる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。次に、酸素雰囲気中、１０００℃の条件で３時間酸化することで、シリコン基板１００の両面に約０．１μｍのＳｉＯ2膜１０１を成膜する。
（ｂ）シリコン基板１００の接合面１００ａの表面に、プラズマＣＶＤを用いてシリコン窒化膜１０２を成膜する（シリコン窒化膜形成工程）。成膜時の処理温度は、５００℃以下、圧力は１．３ｋＰａ以下（１０Ｔｏｒｒ以下）、ガス流量比はＮＨ3／ＳｉＨ4比で１５以上の条件で０．１μｍ成膜する。
（ｃ）シリコン窒化膜１０２を成膜した面にレジストを塗布し、振動板４の３段目４ｃに対応する部分が開口したレジストパターニングを施す。そして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置を用いて、圧力２６．６Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ）、ＲＦパワー２００Ｗ、ＣＦ4ガス流量３０ｃｃ／ｍｉｎの条件でシリコン窒化膜１０２をエッチングし、シリコン窒化膜１０２に、振動板４の３段目４ｃに対応する開口１０２ａを形成する（マスク形成工程）。この時、下地のＳｉＯ2膜１０１がマスクとなり、シリコン基板１００の表面がエッチングガスによって荒れることを防止している。
（ｄ）その後、緩衝ふっ酸水溶液に浸し、開口１０２ａの下地部分のＳｉＯ2膜１０１及び反対面のＳｉＯ2膜１０１をエッチングする。そしてレジストを剥離する。
【００３５】
（ｅ）酸素雰囲気中、１０００℃の条件で３０分間酸化することで、シリコン基板１００の両面に約４４．４ｎｍのＳｉＯ2膜１０３を成膜する（熱酸化工程）。このとき、シリコン基板１００の接合面１００ａ側では、シリコン窒化膜１０２がマスクとなり、開口１０２ａ部分にのみＳｉＯ2膜１０３が形成される。また、シリコン基板１００の接合面１００ａと反対側の面では、全面にＳｉＯ2膜１０３が形成される。シリコン基板１００を熱酸化した場合、酸化膜厚の４５％のシリコンが消費される。従って、約４４．４ｎｍのＳｉＯ2膜１０３を成膜した場合、約２０ｎｍのシリコンが消費される。図中点線は消費されたシリコン部分を示している。
（ｆ）シリコン窒化膜１０２を成膜した接合面１００ａにレジストを塗布し、振動板４の２段目４ｂに対応する部分が開口したレジストパターニングを施す。そして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置を用いて、圧力２６．６Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ）、ＲＦパワー２００Ｗ、ＣＦ4ガス流量３０ｃｃ／ｍｉｎの条件でシリコン窒化膜１０２をエッチングし、シリコン窒化膜１０２に、振動板４の２段目４ｂに対応する開口１０２ｂを形成する（マスク形成工程）。この時、工程（ｃ）同様、下地のＳｉＯ2膜１０１がマスクとなり、シリコン基板１００の表面がエッチングガスによって荒れることは無い。
（ｇ）シリコン基板１００をふっ酸水溶液に浸し、両面のＳｉＯ2膜１０１，１０３をエッチングする（エッチング工程）。すると、振動板４の３段目４ｃに対応する部分に約２０ｎｍの窪み１１０ａが形成される。
【００３６】
（ｈ）工程（ｅ）同様、酸素雰囲気中、１０００℃の条件で３０分間酸化することで、シリコン基板１００の両面に約４４．４ｎｍのＳｉＯ2膜１０４を成膜する（熱酸化工程）。このとき、工程（ｅ）と同様、シリコン基板１００の接合面１００ａ側では、シリコン窒化膜１０２がマスクとなり、開口１０２ｂ、窪み１１０ａ部分にのみＳｉＯ2膜１０４が形成される。また、シリコン基板１００の接合面１００ａと反対側の面では、全面にＳｉＯ2膜１０４が形成される。また、シリコン基板１００を熱酸化した場合、上述したように、酸化膜厚の４５％のシリコンが消費される。従って、約４４．４ｎｍのＳｉＯ2膜１０４を成膜した場合、約２０ｎｍのシリコンが消費される。図中点線は消費されたシリコン部分を示している。
（ｉ）シリコン基板１００を熱リン酸水溶液（温度１８０℃）に浸し、残っているシリコン窒化膜１０２を除去する。
（ｊ）シリコン基板１００をふっ酸水溶液に浸し、両面のＳｉＯ2膜１０１，１０４をエッチングする（エッチング工程）。すると、振動板４の３段目４ｃに対応する部分に約４０ｎｍの窪み１１０ａが形成され、２段目４ｂに対応する部分には約２０ｎｍの窪み１１０ｂが形成される。
【００３７】
（ｋ）シリコン基板１００のボロンドープ層を形成する面（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５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、シリコン基板１００の接合面１００ａ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。
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（図示せず）、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、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2がエッチング除去される。
（ｌ）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。
【００３８】
以上に説明したように、シリコン窒化膜１０２をマスクとして、熱酸化とエッチングを繰り返すことにより、高精度な多段形状を形成することができる。また、初めに成膜したシリコン窒化膜１０２を最後まで使い回すため、低コストで多段形状を形成することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【００４１】
（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。
【００４２】
（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０．６μｍで、上（ノズル基板側）に凸の３段形状となる。各段差は２０ｎｍの高さを持つ。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。
【００４３】
（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を上（ノズル基板側）に凸の３段形状としたインクジェットヘッドが完成する。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法によれば、シリコン窒化膜１０２をマスクとして熱酸化とエッチングを繰り返して多段形状を形成するため、以下の理由から振動板４と個別電極１０とのギャップ精度を高くすることができ、安定した吐出特性を有するインクジェットヘッドを構成することができる。すなわち、多段形状部分を高精度に形成するためには、熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）の膜厚を均一かつ高精度に形成する必要があるが、熱酸化膜を形成する際の熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）の厚み管理は非常に高精度で行える特徴があり、ナノオーダーでの膜厚管理が可能である。また、シリコンウエハ面内の厚みばらつきも数ｎｍと非常に小さいという特徴がある。従って、個々の静電アクチュエータの多段形状部分を高精度に形成することができ、また、各静電アクチュエータ間でのギャップ長のばらつきを小さくでき、インク吐出性能のばらつきを抑えることができる。
【００４６】
また、初めに成膜したシリコン窒化膜１０２を最後まで使い回して振動板４の多段形状部分を形成するため、コスト低減を図ることができる。また、特許文献２に記載の技術に比べて製造工程を簡略化できるため、この面からもコスト低減が可能である。
【００４７】
また、本例では、振動板をボロンドープ層で形成しているが、平面状の振動板をボロンドープ層で形成すると、ボロンドープ層部分に圧縮応力が働いて、振動板が波打った形状に形成されるという特徴がある。このように平面状の振動板の表面に凹凸が形成されると、振動板駆動時の振動板の変形量が安定せず、吐出特性が不安定になり好ましくない。また、前記圧縮応力により、主にギャップが広がる方向に振動板が変形するという特徴もある。ここで、本例は、振動板をボロンドープ層で形成したことによる振動板変形方向と同様の方向に、振動板を凸の多段形状としているため、圧縮応力による変形と相俟って、振動板の形状を上（ノズル基板側）に凸の円弧形状に平均化することが期待でき、吐出特性を安定化することが期待できる。
【００４８】
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。
【００４９】
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】
【００５０】
【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】振動板の変位動作を示した図。
【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）。
【符号の説明】
【００５１】
２  電極ガラス基板、４  振動板、４ａ  １段目、４ｂ  ２段目、４ｃ  ３段目、５  吐出室、１０  個別電極、４１  ボロンドープ層、１００  シリコン基板、１００ａ  接合面、１０１，１０３，１０４  ＳｉＯ2膜、１０２  シリコン窒化膜、１０２ａ  開口、１０２ｂ  開口、Ｇ  ギャップ。
【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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