(57)【要約】【課題】コストとのバランスを考慮し、高密度化等に効率よく対応できるようなアクチュエータ等の製造方法を得る。【解決手段】複数のアクチュエータ部となる振動板２２をそれぞれ変位させる複数の駆動手段となる個別電極部１２と、個別電極部１２への電力供給を選択的に行うためのドライバとなるスイッチング素子回路１４とを、アクチュエータ駆動基板となるガラス基板６１に形成するため、ガラス基板６１とは別の回路作製用基板７１にスイッチング素子回路群７３を形成する工程と、ガラス基板６１の所定の位置にスイッチング素子回路群７３をスイッチング素子回路１４として転写する工程とを有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアクチュエータ部をそれぞれ駆動させる複数の駆動手段と、該駆動手段への電力供給を選択的に行うためのドライバとなるスイッチング回路とを、同一のアクチュエータ駆動基板上に形成するアクチュエータの製造方法であって、
前記アクチュエータ駆動基板とは別の回路作製用基板に前記スイッチング回路を形成する工程と、
前記アクチュエータ駆動基板の所定の位置に前記回路作製用基板から前記スイッチング回路を転写する工程と
を有することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記アクチュエータ駆動基板に転写した前記スイッチング回路を水分から保護するための耐水保護膜を、前記スイッチング回路を覆うように前記アクチュエータ駆動基板上に形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記スイッチング回路は、前記回路作製用基板に低温ポリシリコンＴＦＴ形成プロセスにより形成することを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記回路作製用基板に成膜したアモルファスシリコン犠牲層上の全面に前記スイッチング回路を形成し、前記アモルファスシリコン犠牲層の対応箇所にレーザ光を照射して前記回路作製用基板から剥離して、前記スイッチング回路を前記アクチュエータ駆動基板に転写することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項５】
異方性導電粒子を有する異方性導電フィルムで前記スイッチング回路と前記複数の駆動手段とを電気的に接続することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記異方性導電粒子は樹脂を核とする粒子であることを特徴とする請求項５記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記駆動手段は、静電気力を発生させることによって前記アクチュエータ部を変位させる静電駆動素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記駆動手段は、電圧を印加することによって前記アクチュエータ部を変位させる圧電素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法を用いて製造することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法を用いて製造することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０記載の液滴吐出ヘッドを用いて製造することを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１２】
請求項９のアクチュエータを用いて製造することを特徴とする駆動デバイス。
【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が変位等し、動作等を行うアクチュエータ等、また、そのアクチュエータを有する駆動デバイスの製造方法に関するものである。特に、基板に設けたアクチュエータをそれぞれ個別に動作させるために、駆動手段への電圧印加（電荷供給）を制御するドライバとなる回路を基板上に形成するための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、電気エネルギを運動に変換するアクチュエータを利用した液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式（代表的なものとして、インクを吐出して印刷等を行うために用いるインクジェットがある）は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷（プリント）等に利用されている。液滴吐出方式は、微細加工素子である例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを、対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液体を吐出するものである。近年では、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、有機電界発光（Organic ElectroLuminescence ）素子を用いた表示基板（ＯＬＥＤ）、ＤＮＡ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】
液滴吐出方式を実現する吐出ヘッドとして、流路上の吐出液体を溜めておく吐出室の少なくとも一面の壁（例えば底壁とする。この壁は他の壁と一体形成されているが、以下、この壁のことを振動板ということにする）が撓んで形状が変化するようにしておき、振動板を撓ませて吐出室内の圧力を高め、吐出室と連通するノズルから液滴を吐出させるものがある。
【０００５】
例えば静電方式による液滴吐出ヘッドの場合には、液体に作用して圧力を加えるアクチュエータ部（部被駆動手段）である振動板と、振動板と対向する駆動手段である個別電極との間に静電力を発生させ、振動板を個別電極に引きつける。その後、静電力を弱める又は発生を停止させると、変形（変位）した振動板が元に戻って平衡状態になろうとする復元力（弾性力）の方が働くため、振動板が元の位置に変位する。これらを繰り返すことで振動板を駆動させ、液滴を吐出する。また、圧電方式による液滴吐出ヘッドの場合には、駆動手段となる圧電素子に電圧を印加して圧電素子を変形させ、その変形により振動板を変位させて駆動させることで液滴を吐出する。
【０００６】
このように、個別電極、圧電素子等（駆動手段）に振動板（アクチュエータ部）を動作させるための信号送信、電力供給を行うが、各駆動手段が対応するアクチュエータ部を独立して駆動させるため、各駆動手段とその駆動を制御するドライバとなるＩＣチップの端子とを例えば１対１で接続し、各個に駆動のための信号送信を行えるようにしていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１０９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、例えばアクチュエータ、特に液滴吐出ヘッドに関しては、形成画像の高精細化等を図るため、今後ますます高密度化による狭ピッチになり、ノズル数も多くなる傾向がある。これに合わせて各個別電極等も高密度化し、数も増えることになる。これらの傾向は他のアクチュエータでも同様である。
【０００８】
そのため、ＩＣチップの端子との接続を１対１で行うのは困難になってきた。また、液滴吐出ヘッドの場合、ＩＣチップを基板に載置したときに、ＩＣチップがノズル面を越えると、ノズルをワイピングする際の障害となること、吐出対象物との接触が生じる懸念があること等の不具合を引き起こす原因となる。この不具合を解消するためには、ＩＣチップの薄板化、高度な実装等を行うことになるため、かなりのコスト増となる。
【０００９】
そこで、本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、コストとのバランスを考慮し、高密度化等に効率よく対応できるようなアクチュエータ等の製造方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るアクチュエータの製造方法は、複数のアクチュエータ部をそれぞれ駆動させる複数の駆動手段と、駆動手段への電力供給を選択的に行うためのドライバとなるスイッチング回路とを、同一のアクチュエータ駆動基板上に形成するアクチュエータの製造方法であって、駆動手段を有する基板とは別の回路作製用基板にスイッチング回路を形成する工程と、駆動手段を有する基板の所定の位置にスイッチング回路を転写する工程とを有する。
本発明によれば、アクチュエータ駆動基板にスイッチング回路を形成するようにしたので、アクチュエータ外部と接続しなければならない線の引出し数を減らすことができ、高密度化に対応した配線を行うことができる。このとき、あらかじめ回路作製用基板に、スイッチング素子等からなるスイッチング回路を形成しておいてから、アクチュエータ駆動基板の所定の位置に転写するようにしたので、直接基板に形成する場合に比べて、容易に、かつ時間的、費用的にコストを抑えることができる。
【００１１】
また、本発明に係るアクチュエータの製造方法では、アクチュエータ駆動基板に転写したスイッチング回路を水分から保護するための耐水保護膜を、スイッチング回路を覆うようにアクチュエータ駆動基板上に形成する工程をさらに有する。
本発明によれば、大気中に含まれる水分からスイッチング回路を保護し、アクチュエータの駆動を長期間安定して維持することができる。
【００１２】
また、本発明に係るアクチュエータの製造方法においては、スイッチング回路は、回路作製用基板に低温ポリシリコンＴＦＴ形成プロセスにより形成する。
本発明によれば、各スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることができ、高速化を実現することができる。
【００１３】
また、本発明に係るアクチュエータの製造方法は、回路作製用基板に成膜したアモルファスシリコン犠牲層上の全面にスイッチング回路を形成し、アモルファスシリコン犠牲層の対応箇所にレーザ光を照射して回路作製用基板から剥離して、スイッチング回路をアクチュエータ駆動基板に転写する。
本発明によれば、アモルファスシリコン犠牲層上の全面にスイッチング回路を形成し、アモルファスシリコン犠牲層の対応箇所にレーザ光を照射し剥離して、アクチュエータ駆動基板に転写するようにしたので、レーザを所望する箇所に照射することで、スイッチング回路を転写することができる。また、回路作製用基板に残ったスイッチング素子については、他のアクチュエータの製造に利用することができるので、効率のよい製造を行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係るアクチュエータの製造方法は、異方性導電粒子を有する異方性導電フィルムでスイッチング回路と複数の駆動手段とを電気的に接続する。
本発明によれば、スイッチング回路に形成された複数の薄膜スイッチング素子を少ない工程で一括に実装することができ、実装工程のスループットを向上させることができる。
【００１５】
また、本発明に係るアクチュエータの製造方法は、異方性導電粒子は樹脂を核とする粒子である。
本発明によれば、弾性を有する樹脂を核とする異方性導電粒子としたので、転写時の圧着によるスイッチング素子の損傷等を防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明に係るアクチュエータの製造方法では、駆動手段が、静電気力を発生させることによってアクチュエータ部を変位させる静電駆動素子である。
本発明によれば、静電気力によりアクチュエータ部を駆動させる静電駆動方式のアクチュエータを製造するようにしたので、高密度で省電力のアクチュエータを製造することができる。
【００１７】
また、本発明に係るアクチュエータの製造方法では、駆動手段が、電圧を印加することによってアクチュエータ部を変位させる圧電素子である。
本発明によれば、アクチュエータ部を圧電素子で変位させる圧電駆動方式のアクチュエータを製造するようにしたので、圧電素子の特性により大きな駆動力を有するアクチュエータを製造することができる。
【００１８】
また、本発明に係るアクチュエータは、上記のアクチュエータの製造方法を用いて製造するものである。
本発明によれば、上記のアクチュエータの製造方法によりアクチュエータを製造するようにしたので、スイッチング回路の形成が容易で、時間的、費用的にコストを抑えることができる。
【００１９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のアクチュエータの製造方法を用いて製造するものである。
本発明によれば、上記のアクチュエータの製造方法により液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、スイッチング回路の形成が容易で、時間的、費用的にコストを抑えることができ、ノズルの高密度化等にも容易に対応することができる。
【００２０】
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適用して液滴吐出装置を製造するものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドにより、液滴吐出装置を製造するようにしたので、ノズル高密度化に容易に対応することができ、高精細な画像形成等を行える液滴吐出装置を製造することができる。
【００２１】
また、本発明に係る駆動デバイスは、上記のアクチュエータを用いて製造するものである。
本発明によれば、上記のアクチュエータにより、駆動デバイスを製造するようにしたので、高密度で駆動速度の速い駆動デバイス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】
【００２２】
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では液滴吐出ヘッドの一部を示している。本実施の形態では、例えばアクチュエータを用いるデバイスの代表として、プリンタ等、液滴吐出装置に用いられるフェイスイジェクト型の静電方式で駆動する液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出ヘッドは、例えば液滴を吐出して画像を形成する等の目的のために、複数のアクチュエータが集約されたデバイスである。特に静電方式で駆動する液滴吐出ヘッドは省電力を実現することができる。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。
【００２３】
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及びノズル基板３０の３つの基板が下から順に積層されて構成される。本実施の形態では、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する。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する。
【００２４】
アクチュエータ駆動基板となる電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等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１２Ａが設けられ、さらにリード部１２Ｂ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部１２として説明する）。被駆動手段となる振動板２２と駆動手段となる個別電極１２Ａとの間には、振動板２２が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（空隙）が凹部１１により形成されている。個別電極部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。また、電極基板１０には、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供給口１３となる貫通穴が設けられている。
【００２５】
本実施の形態では、外部からの信号に対応し、各個別電極部１２に電圧を印加するためのドライバとしての役割を果たすスイッチング回路１４をさらに電極基板１０に設ける。本実施の形態のスイッチング回路１４は、個別電極部１２の数（液滴吐出ヘッドのノズル数ともなる）に応じたスイッチング素子群を、例えばｍ行×ｎ列となるようにマトリクス状に形成しているものとする。ここで、スイッチング動作については、印加する電圧の波形を高精度に制御し、電荷の充放電制御を行う必要があるため、インバータ、トランスミッションゲート等を備えた双方向性アナログスイッチとする。そのため、スイッチング回路１４が有するスイッチング素子はＭＯＳＦＥＴ等により形成する。
【００２６】
そして、個別電極部１２の各リード部１２Ｂのリード端と対応する各スイッチング素子とを、異方性導電粒子を付したフィルムであるＡＣＦ（異方性導電フィルム：Anisotropic Conductive Film ）１５を介して、１対１で電気的に接続している。これにより、スイッチング素子を選択して所定の個別電極１２に電圧印加を行うことができる。また、ＡＣＦ１５を用いることで、ハンダバンプ等を用いる場合よりも電気的接合を容易に行うことができ、工程的にも、パターニングを行わずに形成できるため容易に時間短縮を図ることができる。ここでは、代表してＡＣＦ１５を用いて説明するが、異方性導電粒子により、スイッチング素子とリード部１２Ｂとを１対１で電気的に接続できるものであればよい。また、異方性導電粒子についても特に限定するものではないが、本実施の形態では、例えば樹脂を核とし、樹脂に導電性の高い金属をメッキした粒子を用いるものとする。異方性導電粒子が硬すぎると、スイッチング回路１４を転写するための圧着工程における加圧により、異方性導電粒子がスイッチング素子を突き破って破壊してしまう可能性がある。樹脂は弾性を有しており、圧着工程における圧力を干渉するため、スイッチング素子の破壊を防ぐことができる。また、スイッチング回路１４に水分が混入しないようにするため、例えばポリイミド等の樹脂を材料とする耐水保護膜１６でスイッチング回路１４を覆うようにしている。また、端子電極１７は、後述するＦＰＣ（Flexible Print Circuit）４８との接続端子となる電極である。
【００２７】
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（以下、シリコン基板という）を主要な材料としている。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（底壁が可動電極となる振動板２２となっている）及びリザーバ２４となる凹部が形成されている。さらに、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、個別電極部１２との間を電気的に絶縁等するため、ＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエチルオルソシリケート（珪酸エチル）を原料ガスとして用いてできる酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜をいう）による絶縁膜２３を０．１μｍ成膜している。ここでは絶縁膜２３をＴＥＯＳ膜で成膜しているが、例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい。ここで、特に断らない限り、振動板２２と絶縁膜２３とは一体であるものとして説明する。また、各吐出室２１に液体を供給するリザーバ（共通液室）２４となる凹部が形成されている。さらに、外部の電力供給手段（図示せず）からキャビティ基板２０（振動板２２）に電圧を印加する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。
【００２８】
ノズル基板３０についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板３０には、複数のノズル３１が形成されている。各ノズル３１は、振動板２２の変位により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。本実施の形態では、吐出した液滴の直進性向上を図るため、ノズル３１の孔を複数段で形成する。また、振動板２２が撓むことでリザーバ２４方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム３２がさらに設けられている。また、吐出室２１とリザーバ２４とを連通させるための溝となるオリフィス３３が設けられている。
【００２９】
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３１から液滴を吐出させる。ここで、異物、水分（水蒸気）等がギャップに入り込まないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために電極取り出し口２６に封止材２５が設けられている。また、駆動制御回路４０は、ＦＰＣ４８を介して、液滴吐出ヘッドと接続されており、各個別電極１２Ａへの電圧印加の制御等を行うことにより、液滴吐出ヘッドの吐出制御を行う。
【００３０】
図３は電極基板１０を上面から見た図である。図３に示すように、ＦＰＣ４８、端子電極１７及びＡＣＦ１５により、個別電極部１２、スイッチング回路１４と駆動制御回路４０とを電気的に接続している。
【００３１】
図４は駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。図４に基づいて、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるための制御を行う手段等について説明する。駆動制御回路４０はＣＰＵ４２ａを中心に構成されたヘッド制御部４１を備えている。ヘッド制御部４１のＣＰＵ４２ａには、例えばコンピュータ等の外部装置５０からバス５１を介し、印刷用データ等を含む信号が送信される。
【００３２】
また、ヘッド制御部４１はＲＯＭ４３ａ、ＲＡＭ４３ｂ及びキャラクタジェネレータ４３ｃを有しており、内部バス４２ｂを介してＣＰＵ４２ａと接続されている。ＣＰＵ４２ａは、ＲＯＭ４３ａ内に格納されている制御プログラムに基づいて処理を実行し、印刷用データに対応した吐出制御信号を生成する。その際、ＲＡＭ４３ｂ内の記憶領域を作業領域として用い、また、文字等を印刷する等の場合、キャラクタジェネレータ４３ｃに記憶されたキャラクタデータ等に基づく処理を行う。ＣＰＵ４２ａが生成した吐出制御信号は、内部バス４２ｂを介して論理ゲートアレイ４５に送信される。
【００３３】
論理ゲートアレイ４５は、吐出制御信号に基づいて、個別電極１２の電圧印加に関するデジタル形式のデータを生成し、そのデータを含む信号を駆動パルス発生回路４６ｂに送信する。ここで、論理ゲートアレイ４５が生成するデータとして、本実施の形態では、例えば駆動パルスのパルス長、電圧、パルスの立ち上がり時間、立ち下がり時間等、各個別電極１２に対応した駆動パルスを生成するための条件を示すデジタル形式のデータであるものとする。また、スイッチング回路１４にもゲートとなる駆動制御信号を送信する。
【００３４】
ＣＯＭ発生回路４６ａは、キャビティ基板２０（振動板２２）に対する電圧印加に関する信号を生成する。また、駆動パルス発生回路４６ｂは論理ゲートアレイ４５からの信号に基づいて、各個別電極１２に印加する電圧に対応した駆動パルスの信号を発生し、液滴吐出ヘッドのドライバとなるスイッチング回路１４に送信する。ここで、本実施の形態の駆動パルス発生回路４６ｂはＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換器で構成し、送信される信号に含まれるデジタル形式のデータに基づいて、駆動パルスの波形（アナログ形式のデータとして表されたもの）にＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換する。
【００３５】
Ｄ／Ａ変換器は処理できるデジタル形式のデータのビット数を容易に増やすことができる。そのため、駆動パルス発生回路４６ｂをＤ／Ａ変換器で構成すれば、論理ゲートアレイ４５からの詳細なデータを処理できるようにして波形の分解能を上げた駆動パルスを精度よく容易に生成することができる。一方、安価な回路構成にする場合、駆動パルス発生回路４６ｂをＣＲ回路で構成するようにしてもよい。
【００３６】
駆動制御信号および駆動パルスの信号は、コネクタ４７を経由して、液滴吐出ヘッドの電極基板１０に形成したスイッチング回路１４に送られる。スイッチング回路１４では、電源回路５２から高耐圧系の駆動電源および論理回路系の駆動電圧が供給される。各スイッチング素子は、駆動制御信号に基づくタイミングで、駆動パルスの波形に基づく電圧を電気的に接続された個別電極１２に印加し、電荷供給を行う。一方、キャビティ基板２０（振動板２２）にもＣＯＭ発生回路４６ａにより所定のタイミングで電圧が印加される。
【００３７】
これにより、キャビティ基板２０と各個別電極部１２との間に発生した電位差により静電力が発生し、振動板２２は個別電極部１２側に引き寄せられて撓む。このため吐出室２１の容積は広がるが、この撓みが大きければ、振動板２２が元に戻ろうとするときの復元力も大きく、特に復元力を制御しなければ、その圧力（以下、復元圧力という）が液体に加わり、ノズル３１から液体を押し出して液滴が吐出される。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等の記録が行われる。
【００３８】
図５は電極基板１０に係る個別電極部１２等を形成する工程を表す図である。図５に基づいて、個別電極部１２等の形成について説明する。実際には電極基板１０となるウェハ状のガラス基板上に、液滴吐出ヘッド複数個分に対応する個別電極部１２等を同時形成する。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５では１つの液滴吐出ヘッドに対応する基板の一部分だけを示している。
【００３９】
約１ｍｍのガラス基板６１の一方の面に対し、例えば、マスクとなるクロム（Ｃｒ）等の膜６２（以下、マスク膜６２という）を成膜する（図５（ａ））。マスク膜６２の形成は、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法で行う。例えば、ＰＶＤ法としては、スパッタ、真空蒸着、イオンプレーティング等の方法がある。さらに、マスク膜６２上の全面にフォトレジスト６３を塗布する。そして、フォトリソグラフィ（Photolithography）法を用い、クロム膜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１０の凹部１１となる部分を形成するためのフォトレジスト６３によるパターンを形成する。
【００４０】
フォトレジストパターンを形成した後、例えば硝酸セリウムアンモニウム水溶液によりウェットエッチングを行い、クロム６２膜の不要な部分を除去する（図５（ｂ））。これによりガラス基板６１上に、マスク膜６２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。そして、例えばフッ化アンモニウム水溶液によりガラス基板６１をウェットエッチングを行って、約０．３μｍの高さの側壁を有する凹部１１を形成する（図５（ｃ））。その後、マスク膜６２を剥離する。
【００４１】
そして、個別電極部１２となるＩＴＯの膜６４（以下、ＩＴＯ膜６４という）を凹部１１を形成した面に対して全面成膜する（図５（ｄ））。ここで、成膜方法については特に限定するものではないが、例えばスパッタ等により成膜を行う。そして、ＩＴＯ膜６４に対して、前述したフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト６５を塗布し、パターニングを行う（図５（ｅ））。その後、ウェットエッチングを行ってＩＴＯ膜６４をエッチングし、個別電極部１２及び端子電極１７を形成する。そしてフォトレジスト６５を剥離する（図５（ｆ））。
【００４２】
図６はスイッチング回路１４をガラス基板６１に形成する工程を表す図である。左側は１つの液滴吐出ヘッドに対応した部分を示す図であり、右側はウェハ全体を簡略化して示す図である。まず、前述のようにして個別電極部１２等の形成とは別工程で、ガラス基板６１とは異なる別基板７１（例えばガラス基板。以下、回路作製用基板７１という）上に、アモルファスシリコンからなる犠牲層７２（以下、シリコン犠牲層７２という）を成膜する。その後、スイッチング回路１４となるスイッチング回路群７３を形成する（図６（ａ））。スイッチング回路群７３について特に限定するものではないが、本実施の形態ではスイッチング速度が速い等の利点がある低温ポリシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）形成工程により形成した回路群とする。ここで、スイッチング回路群７３は、ガラス基板６１に形成されている複数の液滴吐出ヘッド分における各個別電極部１２のリード部１２Ｂの位置に対応するように全面に形成する。このとき、ガラス基板６１と回路作製用基板７１との位置をずらせるだけで、複数のガラス基板６１に対してスイッチング素子の転写ができるようにする。
【００４３】
一方、ガラス基板５１においては、スイッチング回路１４が形成される部分（各個別電極部１２のリード部１２Ｂのリード端及び端子電極１７の一端が形成されている部分）に、異方性導電粒子を有するＡＣＦ１５を貼り付ける（図６（ｂ））。
【００４４】
そして、各スイッチング素子と各リード部１２Ｂのリード端及び端子電極１７の一端とが位置的に対応するように、ガラス基板６１と基板７１との位置合わせ（アライメント）を行う（図６（ｃ））。このとき、スイッチング回路群７３を形成した側の面がガラス基板５１と対向するようにして位置合わせを行う。
【００４５】
そして、ガラス基板６１と基板７１とを実際に合わせ、ＡＣＦ１５を貼り付けた部分について、ＡＣＦ１５とスイッチング回路群７３とを圧着させる（図６（ｄ））。ここで、圧着については、約０．１〜約１０ＭＰａの加圧を行うものとし、できる限りスイッチング回路群７３への加圧を少なくし、異方性導電粒子との接触による回路の損傷防止を図る。そして、このとき、異方性導電粒子を樹脂核にすることで、樹脂が有する弾性によりクッションの役割を果たし回路を保護するようにする。
【００４６】
そして、基板７１側から所定部分（ＡＣＦ１５との圧着に対応する部分）にレーザ照射を行い、アモルファスシリコンの結合力を熱により弱めることにより、シリコン犠牲層７２を基板７１から剥離する（図６（ｅ））。用いるレーザの種類については特に限定するものではないが、ここではエキシマレーザを用いて行うものとする。
【００４７】
レーザ照射により、所定部分のシリコン犠牲層７２を剥離した後、ガラス基板６１と基板５１とを離す。シリコン犠牲層７２の剥離により、ガラス基板６１側に残された部分がスイッチング回路１４となる（図６（ｆ））。このようにして、基板７１からガラス基板６１にスイッチング素子が転写されることになる。ここで、スイッチング回路１４とならなかったスイッチング回路群７３は基板７１に残ることになるが、残ったスイッチング回路群７３は他のガラス基板６１にスイッチング回路１４を形成する際に用いることができる。その後、耐水保護膜１６を成膜するが、本実施の形態では耐水保護膜１６は、液滴吐出ヘッドを作製した後に形成するものとする。
【００４８】
図７は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図７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７ではその一部分だけを示している。
【００４９】
シリコン基板８１の片面（電極基板１０との接合面側となる）を鏡面研磨して例えば２００μｍの厚みの基板（キャビティ基板２０となる）を形成する。さらに、スイッチング回路１４を格納するための凹部を形成する（図７（ａ））。凹部の深さについては特に限定するものではないが、シリコン基板８１と電極基板１０とを接合した際に、シリコン基板８１（絶縁膜２３を含む）がスイッチング回路１４に接触しない深さを最低限確保する。次に、シリコン基板８１のボロンドープ層８２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８１中に拡散させてボロンドープ層８２を形成する。そして、ボロンドープ層８２を形成した面に、例えば、プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜２３を０．１μｍ成膜する（図７（ｂ））。
【００５０】
そして、シリコン基板８１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８１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加し、陽極接合を行う。陽極接合を終えた基板（以下、接合基板という）に対し、シリコン基板８１の厚みが約６０μｍになるまでシリコン基板８１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８１を約１０μｍ分ウェットエッチングを行う。これによりシリコン基板８１の厚みを約５０μｍにする（図７（ｃ））。
【００５１】
接合基板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）８３をプラズマＣＶＤ法により成膜する。ＴＥＯＳハードマスク８３を成膜した後、吐出室２１及び電極取出し口２６となる部分のＴＥＯＳハードマスク８３をウェット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８３が無くなるまで、それらの部分をウェットエッチングしてＴＥＯＳハードマスク８３をパターニングし、シリコン基板８１を露出させる。そして、ウェットエッチングした後にレジストを剥離する（図７（ｄ））。
【００５２】
次に、接合基板を例えば３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室２１、リザーバ２３及び電極取出し口２６となる部分にウェットエッチングを行う。さらに、接合基板を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８２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７（ｅ））。
【００５３】
ウェットエッチングを終了すると、接合基板をフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板８１表面のＴＥＯＳハードマスク８３を剥離する。次に、電極取出し口２６となる部分のボロンドープ層８２を除去するため、電極取出し口２６となる部分が開口したシリコンマスクを、接合基板のシリコン基板８１側の表面に取り付ける。そして、例えば、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、電極取出し口２６となる部分のみにプラズマを当てて、開口する。ここで、例えば接合基板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。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、ピン等で突くことで、ボロンドープ層８２を壊してもよい。そして、封止材２５を用いて、ギャップ部分を外気から遮断するための封止を行う（図７（ｆ））。封止材２５の材料、封止方法等については特に限定するものではないが、例えば電極取り出し口２６の開口部分にエポキシ系樹脂を塗布したり、酸化シリコンを堆積させたりして形成する。
【００５４】
封止が完了すると、例えば、さらに共通電極端子２７となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板８１側の表面に取り付けて、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子２７を形成する。そして、あらかじめ別工程で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、接合基板のキャビティ基板２０側から接着し、接合する。そして、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する。さらにＦＰＣ４８と端子電極１７とを接続した後、例えばスイッチング回路１４上に樹脂をポッティング等して耐水保護膜１６を形成し、スイッチング回路１４を覆う（図７（ｇ））。以上のようにして液滴吐出ヘッドの作製を完了する。
【００５５】
以上のように、実施の形態１によれば、電極基板１０にスイッチング回路１４を設けるようにしたので、駆動制御回路４０と液滴吐出ヘッドの端子電極１７との間でＦＰＣ４８を用いた配線を行えばよく、各個別電極１２との間で配線を１対１で行わなくてもよくなるため、液滴吐出ヘッドと駆動制御回路４０との間の接続配線数を少なくすることができ、高密度化に対応した配線を行うことができる。そして、スイッチング回路１４を形成する際、あらかじめ基板７１の全面に形成したスイッチング回路群７３を、電極基板１０となるガラス基板６１に転写するようにしたので、ガラス基板６１に直接スイッチング回路１４を形成する場合に比べて、形成が容易で、時間的、費用的にコストを抑えることができる。このとき回路作製用基板７１にシリコン犠牲層７２を成膜した後、シリコン犠牲層７２上にスイッチング回路群７３を形成し、転写の際、シリコン犠牲層７２の任意の部分にレーザを照射して結合力を破壊し、シリコン犠牲層７２と共にスイッチング回路１４を基板７１から剥離するようにしたので、レーザを照射する箇所により、所望する箇所のスイッチング回路１４を転写することができる。また、基板７１の全面に効率よく形成したスイッチング回路群７３から、複数のガラス基板６１にスイッチング回路１４を転写することができる。また、ＩＣチップを直接液滴吐出ヘッド上に載置等をしなくても、厚さが約１〜１０μｍ程度のスイッチング回路１４をノズル面よりも低い位置に容易に形成することができるので、液滴吐出ヘッドの吐出に影響することなく、また小型化を図ることができる。このとき、低温ポリシリコンＴＦＴ形成工程により多結晶シリコンによるＴＦＴを形成するようにしたので、各スイッチング素子のスイッチング速度が速くなり、高速化を実現することができる。
【００５６】
そして、スイッチング回路１４を水分保護膜１６で覆うようにしたので、大気中に含まれる水分からスイッチング回路１４を保護し、液滴吐出ヘッドの駆動（吐出）を長期間安定して維持することができる。また、異方性導電粒子を有するＡＣＦ１５を介して、各個別電極部１２及び端子電極１７とスイッチング回路１４とを電気的に接続するようにしたので、複数の薄膜スイッチング素子を同時に実装することができ、実装工程のスループットを向上させることができる。このとき、異方性導電粒子を樹脂核で構成するようにしたので、圧着工程によるスイッチング回路１４の損傷を防ぐことができる。
【００５７】
実施の形態２．
上述の実施の形態では、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が積層されて構成された液滴吐出ヘッドについて説明したが、液滴吐出ヘッドの構成についてはこれに限定されるものではない。例えば、リザーバを吐出室とは別の基板に形成し、積層した４層の基板で構成した液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
【００５８】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。また、図９は実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。本実施の形態の液滴吐出ヘッドは、圧電駆動方式のアクチュエータ（駆動手段）の代表として、流路基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例として表している。圧電駆動方式の液滴吐出ヘッドは、強い加圧ができるため、吐出力が高く、また、吐出量を高精度に制御することができる。
【００５９】
図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッドは、流路基板（ノズルプレート）９０と、振動板基板１００とが積層して接合されることで構成されている。図８及び図９に示すように、この液滴吐出ヘッドを構成する流路基板９０には、リザーバ９３、オリフィス９４、キャビティ９２及びノズル９１とが加工形成されている。ここで、リザーバ９３について所定の容積を確保するため、流路基板９０は所定の厚さ（例えば２００μｍ以上）を有しているものとする。
【００６０】
流路基板９０は、例えば厚さ３００μｍ、基板表面の結晶面方位が（１００）のシリコン基板で構成されている。流路基板９０には、複数のノズル９１が所定のピッチで垂直に貫通形成されている。各ノズル９１は、振動板基板１００との接合面（加工面）から反対側の面（吐出面）に向かって段階的または徐々に小さくなるように形成されている。実施の形態１では、段階的に小さくなるように形成されているものとし、３段構成となっているものとする。このように構成することで、ノズル長が長くなることによる流路抵抗の増加を抑制することができる。また、吐出面に向かってノズル径が小さくなるので、整流作用により液滴吐出方向の直進性を高めることもできる。
【００６１】
また、流路基板９０において、振動板基板１００との接合面には、各ノズル９１に独立して連通し、内部に圧力を発生させて各ノズル９１より液滴を吐出させるキャビティ９２になる凹部と、各キャビティ９２に供給する液体を溜めるリザーバ９３になる凹部と、各キャビティ９２とリザーバ９３とを連通する複数のオリフィス９４とが形成されている。また、流路基板９０の表面には、流路基板９０が液体に浸食されるのを防ぐために、例えば酸化シリコンからなる液体保護膜９５が成膜されている。
【００６２】
振動板基板１００は、例えばステンレス等を材料とする厚さ３０μｍの可撓性の基板で構成されている。振動板基板１００において、キャビティ９２と対向する部分が振動板１０１となっており、振動板２１のキャビティ１２と対向する面と反対側の面には圧電素子１０２が設置されている。圧電素子１０２は、例えばピエゾ素子などからなる圧電体膜（ＰＺＴ）１０３の両面に、上電極膜１０４及び下電極膜１０５が形成された構成を有している。この実施の形態１では、下電極膜１０５を圧電素子１０２の共通電極とし、上電極膜１０４を圧電素子１０２の個別電極としている場合を例に示しているが、駆動回路や配線の都合でこれらを逆にしてもよい。また、振動板基板１００の流路基板９０と接合する面にも、液体保護膜１０７が成膜されている。
【００６３】
また、振動板基板１００には、外部のカートリッジ（図示省略）内の液体を流路基板９０のリザーバ９３に供給するための液体供給孔１０６が貫通形成されている。この液体供給孔１０６は、流路基板９０に形成されるリザーバ９３に対応する位置に貫通形成するとよい。そして、実施の形態１でも説明したスイッチング回路１０７、ＡＣＦ１０８、耐水保護膜１０９、スイッチング回路１０７と上電極膜１０４とを電気的に接続するためのリード線１１０、端子電極１１１を有している。
【００６４】
ここで、液滴吐出ヘッドの動作について説明する。液滴吐出ヘッドには、外部のカートリッジ内の液体が液体供給孔１０６を通じてリザーバ９３に供給されている。この液体は、各オリフィス９４を介してそれぞれのキャビティ９２に供給される。そして、ノズル９１の先端まで液体で満たされていることになる。そして、スイッチング回路１０７を介して、駆動制御回路４０からの信号（パルス電圧）が選択された圧電素子２２に印加されると、下電極膜１０５、圧電体膜１０３及び振動板１０１が撓んで変形し、キャビティ９２内の圧力が高まり、ノズル９１から液滴が吐出される。
【００６５】
実施の形態３におけるスイッチング回路１０７の形成方法については、実施の形態１で説明した方法と同様の方法で行えばよいため、説明を省略する。
【００６６】
実施の形態４．
図１０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（プリンタ１２０）の外観図である。また、図１１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１０及び図１１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１０において、被印刷物であるプリント紙１３０が支持されるドラム１２１と、プリント紙１３０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１２２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１２２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１３０は、ドラム１２１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１２３により、ドラム１２１に圧着して保持される。そして、送りネジ１２４がドラム１２１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１２２が保持されている。送りネジ１２４が回転することによって液滴吐出ヘッド１２２がドラム１２１の軸方向に移動するようになっている。
【００６７】
一方、ドラム１２１は、ベルト１２５等を介してモータ１２６により回転駆動される。また、駆動制御回路４０は、印刷用データ及び制御信号に基づいて送りネジ１２４、モータ１２６を駆動させる。また、実施の形態１等で説明したように、駆動制御回路４０から信号送信による制御をしながらプリント紙１３０に印刷を行わせる。
【００６８】
ここでは液体をインクとしてプリント紙１３０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、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）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。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
上述の実施の形態では、液滴吐出ヘッドの基板に、スイッチング素子を有する回路を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではない。例えばモータ、センサ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、ミラーデバイス等、他の種類の電子デバイスの微細加工のアクチュエータを製造する際にも上述したような回路の形成等を適用することができる。例えばミラーデバイスを用いた表示装置には、ミラーデバイスを複数用いて、それぞれを制御するため、アクチュエータ駆動基板にスイッチング回路を形成することができる。また、上述の液滴吐出ヘッドでは、アクチュエータ部を板状の振動板としたが、このような形状に限定するものではなく、アクチュエータに応じて任意の形状で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【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】実施の形態１に係る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】駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。
【図５】電極基板１０に係る個別電極部１２等を形成する工程を表す図である。
【図６】スイッチング回路１４を形成する工程を表す図である。
【図７】液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。
【図８】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９】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図１０】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１１】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】
【００７１】
１０  電極基板、１１  凹部、１２  個別電極部、１２Ａ  個別電極、１２Ｂ  リード部、１３  液体供給口、１４  スイッチング回路、１５  ＡＣＦ、１６  水分保護膜、１７  端子電極、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  絶縁膜、２４  リザーバ、２５  封止材、２６  電極取り出し口、２７  共通電極端子、３０  ノズル基板、３１  ノズル、３２  ダイヤフラム、３３  オリフィス、４０  駆動制御回路、４１  ヘッド制御部、４２ａ  ＣＰＵ、４２ｂ  バス、４３ａ  ＲＯＭ、４３ｂ  ＲＡＭ、４３ｃ  キャラクタジェネレータ、４５  論理ゲートアレイ、４６ａ  ＣＯＭ発生回路、４６ｂ  駆動パルス発生回路、４７  コネクタ、４８  ＦＰＣ、５０  外部装置、５１  バス、５２  電源回路、６１  ガラス基板、６２  マスク膜、６３，６５  フォトレジスト、６４  ＩＴＯ膜、７１  回路作製用基板、７２  シリコン犠牲層、７３  スイッチング回路群、８１  シリコン基板、８２  ボロンドープ層、８３  ＴＥＯＳハードマスク、９０  流路基板、９１  ノズル、９２  キャビティ、９３  リザーバ、９４  オリフィス、９５  液体保護膜、１００  振動板基板、１０１  振動板、１０２  圧電素子、１０４  上電極膜、１０５  下電極膜、１０６  液体供給孔、１０７  スイッチング回路、１０８  ＡＣＦ、１０９  耐水保護膜、１１０  リード線、１１１  端子電極、１２０  プリンタ、１２１  ドラム、１２２  液滴吐出ヘッド、１２３  紙圧着ローラ、１２４  送りネジ、１２５  ベルト、１２６  モータ、１３０  プリント紙。
【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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