静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法
【課題】絶縁層を構成する表面保護膜を改質処理し、寿命が長く、しかも高い吐出能力を維持して安定して駆動することができる静電アクチュエータ等を提供する。
【解決手段】振動板２０と対向電極３０との対向面のいずれか一方または両者に絶縁層２５、２５０が設けられ、絶縁層２５、２５０が、誘電体膜２６、２６０とその上に形成された表面保護膜２７、２７０とからなり、表面保護膜２７、２７０が表層部にＣ−Ｆ結合部分２７ｂ、２７０ｂを有するダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａである。この製造工程は、シリコン基板２の表面と、対向電極３の表面とのいずれか一方または両者に誘電体膜２６、２６０を形成し、その上にダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａを形成する工程と、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａの表面にフッ素系ガスのプラズマを照射して表層部をＣ−Ｆ結合に改質する工程を有する。
【解決手段】振動板２０と対向電極３０との対向面のいずれか一方または両者に絶縁層２５、２５０が設けられ、絶縁層２５、２５０が、誘電体膜２６、２６０とその上に形成された表面保護膜２７、２７０とからなり、表面保護膜２７、２７０が表層部にＣ−Ｆ結合部分２７ｂ、２７０ｂを有するダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａである。この製造工程は、シリコン基板２の表面と、対向電極３の表面とのいずれか一方または両者に誘電体膜２６、２６０を形成し、その上にダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａを形成する工程と、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａの表面にフッ素系ガスのプラズマを照射して表層部をＣ−Ｆ結合に改質する工程を有する。
【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、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタにおけるインク吐出方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェットプリンタが知られている。このようなインクジェットプリンタは、振動板と対向電極との間に電圧を印加、遮断することにより、振動板を対向電極に吸引、隔離させ、それによって生じる圧力変化を利用してインクを吐出する。従って、振動板と対向電極とはインクが貯えられた圧力室の圧力を変動させる静電アクチュエータとして作用する。
【０００３】
従来の静電アクチュエータは、振動板や対向電極に、ダイヤモンドライクカーボン等からなる表面保護膜を形成して、アクチュエータの安定駆動と駆動耐久性を確保していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来の静電アクチュエータは、振動板や対向電極に、比誘電率が大きい材料からなる誘電体膜とその上に位置するダイヤモンドライクカーボン等からなる表面保護膜とを一体に形成し、比誘電率の大きい材料からなる誘電体膜によってアクチュエータの発生圧力を向上させ、さらにダイヤモンドライクカーボン等からなる表面保護膜によって駆動耐久特性を向上させていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３６８５６号公報（第８頁、図２）
【特許文献２】特開２００８−１８７０６号公報 （第７頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の発明においてアクチュエータの発生圧力を向上させようとすると、特許文献２記載の発明のように比誘電率の大きい材料からなる誘電体膜を形成する必要があるが、このような誘電体膜を用いると吐出能力が向上するものの、振動板当接時に表層保護膜にかかる応力等の負荷が増加してしまい、表面保護膜の当接部が磨耗して、寿命が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、静電アクチュエータの絶縁層を構成する表面保護膜を改質処理して、寿命が長く、しかも高い吐出能力を維持して安定駆動することができる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置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、振動板と、振動板に空隙を隔てて対向する対向電極とを備え、振動板と対向電極との対向面のいずれか一方または両者に絶縁層が設けられ、絶縁層が誘電体膜とその上に形成された表面保護膜とからなり、表面保護膜を表層部にＣ−Ｆ結合を有するダイヤモンドライクカーボン膜で形成したものである。
【０００９】
ダイヤモンドライクカーボン膜の表層部をＣ−Ｆ結合に改質したので、表面エネルギーが低下し、水分子付着の帯電による残留電荷が低減する。また、振動板当接界面の潤滑性が向上するため摩耗が低減し、耐久性が向上する。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエータを備えたものである。
また、ダイヤモンドライクカーボン膜による当接駆動が安定し摩耗が低減した静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１１】
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。
また、安定駆動と駆動耐久性に優れた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
【００１２】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板の表面と、電極基板に形成した対向電極の表面との、いずれか一方または両者に誘電体膜を形成し、誘電体膜の上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成して、これらの膜により絶縁層を形成する工程と、絶縁層のダイヤモンドライクカーボン膜の表面にフッ素系ガスのプラズマを照射してダイヤモンドライクカーボン膜の表層部をＣ−Ｆ結合に改質する工程と、シリコン基板の表面と電極基板に形成した対向電極の表面とをギャップを隔てて対向させて、シリコン基板と電極基板とを接合する工程と、シリコン基板と電極基板内に形成されたギャップ内の水分を除去してギャップを封止する工程と、シリコン基板に振動板を形成する工程とを有するものである。
【００１３】
フッ素系ガスのプラズマをダイヤモンドライクカーボン膜の表面に照射すると、ダイヤモンドライクカーボン膜の表面を安定したＣ−Ｆ結合に改質することができる。こうして、ダイヤモンドライクカーボン膜の表面エネルギーが低下し、水分子付着の帯電による残留電荷が低減する。また、振動板当接界面の潤滑性が向上するため、摩耗が低減し、耐久性が向上する。
【００１４】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、フッ素系ガスが、フッ素ガス、三フッ化窒素ガス、六フッ化硫黄ガス、四フッ化炭素ガス、六フッ化三炭素ガス、四フッ化ケイ素ガス、及び六フッ化二ケイ素のいずれかを用いたものである。
これらのフッ素系ガスをプラズマに曝すことにより、ダイヤモンドライクカーボン膜の表面をＣ−Ｆ結合に改質することができ、安定したＣ−Ｆ結合部分を形成する。
【００１５】
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。
また、ダイヤモンドライクカーボン膜による当接駆動が安定し摩耗が低減した静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１６】
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、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッド部分を形成するものである。
また、安定駆動と駆動耐久性に優れた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置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】
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の一部を断面で示した分解斜視図、図２は図１を組み立てた状態の要部を示す縦断面図、図３は図２の液滴吐出ヘッドの向きを９０度変えた方向からみた圧力室付近の断面図、図４は図２のＡ部を拡大した説明図である。
液滴吐出ヘッド１は、キャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４を積層して接合されており、キャビティ基板２に形成された可撓性を有する振動板２０と、電極基板３に形成された対向電極３０とが静電アクチュエータを構成している。
【００１８】
キャビティ基板２は単結晶シリコンからなり、底壁が振動板２０として形成され、吐出液を貯えて吐出させる圧力室２２となっている凹部２２０が複数形成されている。圧力室２２は紙面手前側から紙面奥側にかけて平行に並んで形成されており（図２参照）、圧力室２２の底面を構成する振動板２０は、シリコン基板の表面からボロンを拡散させたボロンドープ層として形成されている。また、キャビティ基板２には、各圧力室２２にインク等の液を供給するためのリザーバ２３となる凹部２３０と、このリザーバ２３と各圧力室２２を連通する細溝状のオリフィス２４となる凹部２４０が形成されている。なお、リザーバ２３は単一の凹部２３０から形成されており、オリフィス２４は各圧力室２２に対して１つずつ形成されている。
【００１９】
振動板２０の対向電極３０側の面には絶縁層２５（図３）が形成されており、振動板２０が対向電極３０に吸着されたときに、放電によりアクチュエータが破壊されるのを防止している。この絶縁層２５は、振動板２０の上に形成された誘電体膜２６と、誘電体膜２６の上に形成された表面保護膜２７とからなっている。
【００２０】
誘電体膜２６は比誘電率の高い誘電材料により形成されており、絶縁層２５全体の酸化膜換算厚みを薄くして絶縁耐圧を確保するとともに、静電圧力を高めるようにしてある。誘電体膜２６として、例えば、比誘電率が３．２のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）や、比誘電率が３．２以上の酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3膜）や、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ2 膜）や、酸化タンタル膜（Ｔａ2Ｏ3膜）、窒化ハフニウムシリケート膜（ＨｆＳｉＮ膜）や、酸窒化ハフニウムシリケート膜（ＨｆＳｉＯＮ膜）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜等を用いることができ、これらの膜によって静電吸引圧力が、液を吐出するのに充分な圧力室内の圧力振動振幅を確保することができる。これらの膜は、プラズマＣＶＤ（ｐ−ＣＶＤ）や、ＥＣＲスパッタ等により形成される。例えば、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜等を形成することができ、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により酸化アルミニウム膜等を形成することができる。これらの誘電体膜２５は、緻密で比誘電率が安定し、絶縁性に優れる。
【００２１】
表面保護膜２７はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜２７ａからなり、振動板２０が対向電極３０に吸着される部分に位置しており、アクチュエータ内部の絶縁層２５表面の残留電荷による発生圧力の変動を抑制する。表面保護膜２７は、プラズマＣＶＤにより緻密なダイヤモンドライクカーボン膜として形成した後、硝酸系やフッ酸系の洗浄液による洗浄とリンス等による表面処理により表面を水素終端させて、表面の水酸基を低減し、撥水性としている。
ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａは、硬く、振動板２０が対向電極３０に接触し、吸着されたときの真実接触面積が小さいため、絶縁層２５の接触帯電による残留電荷を低減することができる。また、ダイヤモンドライクな膜であるため、結晶を構成するＳＰ３混成軌道の全ての軌道に、電子が充填された状態で表面に水酸基が形成され難いため、水分子（吸着水）の付着による帯電によって生じる残留電荷も低減することができる。
【００２２】
ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａは、その表層部にＣ−Ｆ結合部分２７ｂを有している。Ｃ−Ｆ結合部分２７ｂは、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの成膜面をフッ素系ガスを導入したプラズマに曝すことにより、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの最表面層をＣ−Ｆ結合に改質したもので、このＣ−Ｆ結合部分２７ｂにより、表面エネルギーを低下させ、水分子（吸着水）付着の帯電による残留電化をさらに低減させることができる。さらに、Ｃ−Ｆ結合部分２７ｂにより振動板２０当接界面の潤滑性も向上するため、磨耗が低減し、耐久性を向上させることもできる。
【００２３】
絶縁層２５は、図４に示すように、例えば、誘電体膜２６であるＳｉＯ2 膜の厚みを８０ｎｍ、表面保護膜２７であるダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの厚みを１０ｎｍとし、絶縁層２５の厚みを９０ｎｍとして、絶縁耐圧に優れたシリコン酸化膜の厚み割合を大きくしている。なお、ギャップＧの距離は１１０ｎｍとしている。
また、振動板２０を効率よく対向電極３０に吸引するために、図３に示すように、キャビティの幅（ここでは振動板２０の幅）と個別電極３０の幅をほぼ等しく設定し、表面保護膜２７の幅は振動板２０の幅よりも狭くしてある。表面保護層２７の幅を振動板２０の幅よりも狭く設定して、表面保護膜２７であるダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの大きな膜応力により振動板２０が撓む不具合を解消する。
【００２４】
キャビティ基板２のノズル基板４が接合される側の面には、耐液保護膜２８が形成されており、圧力室２２やリザーバ２３の内部の吐出液により、キャビティ基板２がエッチングされるのを防止する。
【００２５】
電極基板３はホウ珪酸ガラスからなり、その溝部がキャビティ基板２の振動板２０に対向するようにして接合されている。電極基板３の溝部内には、振動板２０とギャップＧを隔てて対向する複数の対向電極３０が形成されている。対向電極３０は、対応する圧力室２２ごとに形成されているため個別電極とも称される。なお、振動板２０と対向電極３０との間のギャップＧは封止材６０によって封止されている。対向電極３０は酸化物系の電極からなり、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパッタすることにより形成される。
なお、電極基板３には、リザーバ２３と連通する吐出液供給口６１が設けられている。吐出液供給口６１はリザーバ２３の底壁に設けられた孔と繋がっており、リザーバ２３にインク等の吐出液を供給する。
【００２６】
ノズル基板４は圧力室２２に対応した複数のノズル４０を備え、キャビティ基板２の電極基板３が接合された側の面と反対側の面に接合されている。ノズル基板４はシリコン基板からなり、そのノズル４０は、例えば円筒状の第１のノズル孔４０ａと、第１のノズル孔４０ａと連通しこれよりも径の大きい円筒状の第２のノズル孔４０ｂとからなっている。
【００２７】
上記のように構成された液滴吐出ヘッド１の作用について説明する。
キャビティ基板２と個々の対向電極３０とには駆動回路５０が接続されている。駆動回路５０により、キャビティ基板２と対向電極３０の間にパルス電圧が印加されると、振動板２０が対向電極３０に引き寄せられて吸着される。これによって圧力室２２の内部に負圧が発生し、リザーバ２３の内部に溜まっているインク等の液体が圧力室２２に流れ込む。流れ込んだ液体により圧力室２２の内部の圧力が上昇に向かうタイミングで、キャビティ基板２と対向電極３０との間に印加されていた電圧が解除されると、振動板３０が元の位置に戻って圧力室２２の内部の圧力が更に上昇して高くなり、ノズル４０から吐出液が吐出する。
【００２８】
次に、液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図５は液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
まず、ホウ珪酸ガラス基板を用意し、このガラス基板に金、クロムのエッチングマスクを施し、フッ酸水溶液等でエッチングして溝部を形成し、溝部内にスパッタ等によりＩＴＯからなる対向電極３０を形成する（ステップＳ−１）。
【００２９】
ガラス基板にドリルなどによって穴をあけ、吐出液供給口６１を形成する。こうして、電極基板３が完成する（ステップＳ−２）。
【００３０】
シリコン基板を用意し、その両面を鏡面研磨し、片側表面にボロンをドープしてボロンドープ層を形成する。次に、ボロンドープ層が形成されている表面に誘電体膜２６を形成する（ステップＳ−３）。この誘電体膜２６の形成は、例えばＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を形成して行う。
【００３１】
次に、誘電体膜２６の上に、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａよりなる表面保護膜２７を形成する（ステップＳ−４）。ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの形成はプラズマＣＶＤ法により行う。原料ガスとして、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）等を用いる。
例えば、原料ガスとしてトルエン（Ｃ7Ｈ8）を用い、高周波電力で周波数１３．５６ＭＨｚ、９００Ｗ、圧力を０．２Ｐａとする。
【００３２】
こうして、シリコン基板に、誘電体膜２６と、表面保護膜２７のダイヤモンドライクカーボン膜２７ａを形成し、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの振動板２０の当接部分を、パターニングして区画形成したドライフィルムレジストで保護した後、酸素プラズマにより酸化して除去する。酸素プラズマによれば、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａのカーボン材料を効率よく酸化して除去することができ、区画形成が可能となる（ステップＳ−５）。
【００３３】
次に、シリコン基板のダイヤモンドライクカーボン膜２７ａをフッ素系ガスを導入したプラズマに曝し、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの表面をＣ−Ｆ結合に改質して、Ｃ−Ｆ結合部分２７ｂを形成する（ステップＳ−６）。
ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの表面改質に用いるフッ素系ガスとして、フッ素（Ｆ2）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ3）ガス、六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガス、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガス、六フッ化三炭素（Ｃ3Ｆ6）ガス、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）ガス、六フッ化二ケイ素（Ｓｉ2Ｆ6）等を用いる。
例えば、フッ素系ガスとして四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスを用いた場合、高周波電力で周波数１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ、圧力は４０Ｐａとし、処理時間は１ｍｉｎとする。
【００３４】
上記のようにして、ステップＳ−１〜ステップＳ−２の工程が終了して完成した電極基板３と、ステップＳ−３〜ステップＳ−６の工程が終了したシリコン基板とを、対向電極３０と振動板２０とを対向させて位置合わせ（アライメント）し、陽極接合する（ステップＳ−７）。
【００３５】
次に、電極基板３に接合されたシリコン基板の全体を、機械研削によって薄板化する。機械研削を行った後、加工変質層を除去するため、水酸化カリウム水溶液等でライトエッチングする（ステップＳ−８）。
【００３６】
次に、シリコン基板の上面（電極基板３が接合されている面と反対側の面）の全体に、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を形成する。そして、このシリコン酸化膜に、圧力室２２となる凹部２２０、リザーバ２３となる凹部２３０、及びオリフィス２４となる凹部２４０となる部分を形成するためのレジストをパターニングし、この部分のシリコン酸化膜をエッチングして除去する。次に、シリコン基板を水酸化カリウム水溶液等で異方性ウェットエッチングして、圧力室２２となる凹部２２０、リザーバ２３となる凹部２３０及びオリフィス２４となる凹部２４０を形成し、シリコン酸化膜を除去する。このウェットエッチングでは、例えば初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用する２段階のエッチングを実施する。以上のエッチング処理においては、先に形成していたボロンドープ層がエッチストップとして作用し、残ったボロンドープ層が振動板２０として形成される。
また、上記の処理において、電極の取り出し穴となる薄板部を形成し、この薄板をさらにドライエッチング等で貫通させて電極の取り出し穴を形成する。
シリコン基板の圧力室２２となる凹部２２０等が形成された面に、ＣＶＤ法によって、酸化シリコン等からなる耐液保護膜２８を形成する。この際、貫通穴の電極取り出し穴はマスクして成膜する。
こうして、シリコン基板からキャビティ基板２が完成する（ステップＳ−９）。
【００３７】
次に、キャビティ基板２と電極基板３との間に形成されているギャップＧ内の水分を除去し、ギャップＧを封止する（ステップＳ−１０）。ギャップＧの封止は、電極取り出し穴に、耐液保護膜２８形成時のＣＶＤ膜を電極基板３とキャビテイ基板２に跨って堆積させて行う。あるいは、封止は、樹脂や接着剤を塗布して行うこともできる。
【００３８】
なお、上述した工程において、陽極接合後にギャップＧ内を高温高真空に曝すと、水酸基や吸着水を完全に除去して、さらに残留電荷の蓄積を抑制することができる。
【００３９】
次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングによって、ノズル４０が形成されたノズル基板４を、キャビティ基板２の電極基板３が接合されている側と反対側の面に接着剤により接合する。こうして、接合基板が完成し、液体流路が形成される（ステップＳ−１１）。
【００４０】
次に、キャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４が接合された接合基板をダイシングにより分離して、液滴吐出ヘッド１が完成する（ステップＳ−１２）。
【００４１】
実施の形態２
図６は本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの要部を示す縦断面図、図７は図６の液滴吐出ヘッドの向きを９０度変えた方向からみた圧力室付近の断面図、図８は図６のＡ部を拡大した説明図である。
実施の形態１では振動板２０の対向電極３０側の面に絶縁層２５を設けたが、本実施の形態２では対向電極３０の振動板２０側の面に絶縁層２５０を設けたものである。
【００４２】
振動板２０はシリコン基板からなり、振動板２０の対向電極３０側の面には絶縁膜２６ａのみが形成されている。絶縁膜２６ａは例えばシリコン酸化膜であり、振動板２０の駆動時に、振動板２０と対向電極３０との間で絶縁破壊やショートが生じるのを防止する。絶縁膜２６ａは、シリコン酸化膜の比誘電率３．２より大きな比誘電率を有する酸化アルミニウム膜等であってもよい。
【００４３】
対向電極３０の表面には絶縁層２５０が形成されており、この絶縁層２５０は対向電極３０の上に形成された誘電体膜２６０と、誘電体膜２６０の上に形成された表面保護膜２７０とからなる。
誘電体膜２６０は例えばシリコン酸化膜からなり、表面保護膜２７０はダイヤモンドライクカーボン膜２７０からなり、ダイヤモンドライクカーボン膜２７０の最表面層はＣ−Ｆ結合に改質されて、Ｃ−Ｆ結合部分２７０ａを形成する。
その他の構成、作用は、実施の形態１と同様なので説明を省略する。
【００４４】
次に、液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図９は液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
まず、ホウ珪酸ガラス基板を用意し、このガラス基板に金、クロムのエッチングマスクを施し、フッ酸水溶液等でエッチングして溝部を形成し、溝部内にスパッタによりＩＴＯからなる対向電極３０を形成する（ステップＳ−１）。
【００４５】
対向電極３０が形成されているガラス基板の表面に、誘電体膜２６０を形成する（Ｓ−１ａ）。この誘電体膜２６０の形成は、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤによってシリコン酸化膜を形成して行う。
【００４６】
次に、誘電体膜２６０の上に、ダイヤモンドライクカーボン膜２７０ａよりなる表面保護膜２７０を形成する（ステップＳ−１ｂ）。
【００４７】
こうして、ガラス基板に、誘電体膜２６０と、表面保護膜２７０のダイヤモンドライクカーボン膜２７０ａを形成し、レジストを塗布し、パターニングして区画形成する（ステップＳ−１ｃ）。
【００４８】
次に、ダイヤモンドライクカーボン膜２７０ａの成膜面をフッ素系ガスを導入したプラズマに曝し、ダイヤモンドライクカーボン膜２７０ａの表面をＣ−Ｆ結合に改質し、Ｃ−Ｆ結合部分２７０ｂを形成する（Ｓ−１ｄ）。
【００４９】
次に、ガラス基板にドリルなどによって穴をあけ、吐出液供給口６１を形成する。こうして、電極基板３が完成する（ステップＳ−２）。
【００５０】
次に、シリコン基板を用意し、その両面を鏡面研磨し、片側表面にボロンをドープしてボロンドープ層を形成する。次に、ボロンドープ層が形成されている表面に、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法によって、酸化シリコンよりなる誘電体膜２６を形成する（ステップＳ−３ａ）。
【００５１】
次に、ステップＳ−１〜ステップＳ−２の工程が終了した電極基板３と、ステップＳ−３ａの工程が終了したシリコン基板とを、対向電極３０と振動板２０とを対向させ、位置合わせ（アライメント）して、陽極接合する（ステップＳ−７）。
【００５２】
それ以後の工程（ステップＳ−８〜Ｓ−１２）は、実施の形態１で示した工程と同様なので、説明を省略する。
【００５３】
実施の形態３
図１０は本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの要部を示す縦断面図、図１１は図１０の液滴吐出ヘッドの向きを９０度変えた方向からみた圧力室付近の断面図、図１２は図１０のＡ部を拡大した説明図である。
実施の形態１では振動板２０の対向電極３０側の面に絶縁層２５を設け、実施の形態２では対向電極３０の振動板２０側の面に絶縁層２５０を設けたが、本実施の形態３では、振動板２０の対向電極３０側の面、及び対向電極３０の振動板２０側の面に、それぞれ絶縁層２５、２５０を設けたものである。
【００５４】
振動板２０の対向電極３０側の面には絶縁層２５が形成されており、この絶縁層２５は、振動板２０の上に形成された誘電体膜２６と、誘電体膜２６の上に形成された表面保護膜２７とからなる。また、対向電極３０の振動板側の面には絶縁層２５０が形成されており、この絶縁層２５０は、対向電極３０の上に形成された誘電体膜２６０と、誘電体膜２６０の上に形成された表面保護膜２７０とからなる。それぞれの誘電体膜２６、２６０はシリコン酸化膜等により形成され、及びそれぞれの表面保護膜２７、２７０はダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａにより形成され、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａの最表面層はＣ−Ｆ結合に改質され、Ｃ−Ｆ結合部分２７ｂ、２７０ｂを形成している。
その他の構成、作用、効果は、実施の形態１と同様なので説明を省略する。
【００５５】
図１３は液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
本実施の形態３の、ガラス基板の溝部の形成から電極基板３の完成までの工程（ステップＳ−１からステップＳ−２）は、実施の形態２（図９参照）のステップＳ−１からＳ−２までの工程と同様である。
また、本実施の形態３の、シリコン基板への誘電体膜２６の形成から、表面保護膜２７（ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ）の表面をＣ−Ｆ結合に改質してＣ−Ｆ結合部分２７ｂを形成するまでの工程（ステップＳ−３〜Ｓ−６）は、実施の形態１（図５参照）のステップＳ−３〜Ｓ−６までの工程と同様である。
さらに、本実施の形態３の、ステップＳ−７〜Ｓ−１２までの工程は、実施の形態１（図５参照）及び実施の形態２（図９参照）のステップＳ−７〜Ｓ−１２までの工程と同様である。
【００５６】
実施の形態４
図１４は本発明の実施形態４に係る液滴吐出装置の斜視図である。液滴吐出装置は、実施の形態１〜３に係る液滴吐出ヘッド１を搭載したもので、液滴としてインクを吐出するインクジェットプリンタである。
液滴吐出装置は、絶縁層２５、２５０の表面保護膜２７、２７０であるダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａの最表面層をＣ−Ｆ結合に改質してＣ−Ｆ結合部分２７ｂ、２７０ｂを形成し、当接駆動時における安定性を向上させたので、耐久性に優れた高精度の液吐出が可能となる。
なお、実施の形態１〜３に示した液滴吐出ヘッド１は、ここに示したインクジェットプリンタの他に、吐出する液滴を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機ＥＬ表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの一部を断面で示した分解斜視図。
【図２】図１を組み立てた状態の要部の縦断面図。
【図３】図２の液滴吐出ヘッドの圧力室付近の断面図。
【図４】図２の要部を拡大した説明図。
【図５】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの要部を拡大した縦断面図。
【図７】図６の液滴吐出ヘッドの圧力室付近の断面図。
【図８】図６の要部を拡大した説明図。
【図９】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの要部を拡大した縦断面図。
【図１１】図１０の液滴吐出ヘッドの圧力室付近の断面図。
【図１２】図１０の要部を拡大した説明図。
【図１３】実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る液滴吐出装置の斜視図。
【符号の説明】
【００５８】
１ 液滴吐出ヘッド、２ キャビティ基板、３ 電極基板、４ ノズル基板、２０ 振動板、２２ 圧力室、２３ リザーバ、２４ オリフィス、２５、２５０ 絶縁層、２６、２６０ 誘電体膜、２６ａ 絶縁膜、２７、２７０ 表面保護膜、２７ａ、２７０ａ ダイヤモンドライクカーボン膜、２７ｂ、２７０ｂ Ｃ−Ｆ結合部分、３０ 対向電極（固定電極）、４０ ノズル、５０ 駆動回路、６０ 封止材、６１ 吐出液供給口、Ｇ ギャップ。
【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、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタにおけるインク吐出方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェットプリンタが知られている。このようなインクジェットプリンタは、振動板と対向電極との間に電圧を印加、遮断することにより、振動板を対向電極に吸引、隔離させ、それによって生じる圧力変化を利用してインクを吐出する。従って、振動板と対向電極とはインクが貯えられた圧力室の圧力を変動させる静電アクチュエータとして作用する。
【０００３】
従来の静電アクチュエータは、振動板や対向電極に、ダイヤモンドライクカーボン等からなる表面保護膜を形成して、アクチュエータの安定駆動と駆動耐久性を確保していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来の静電アクチュエータは、振動板や対向電極に、比誘電率が大きい材料からなる誘電体膜とその上に位置するダイヤモンドライクカーボン等からなる表面保護膜とを一体に形成し、比誘電率の大きい材料からなる誘電体膜によってアクチュエータの発生圧力を向上させ、さらにダイヤモンドライクカーボン等からなる表面保護膜によって駆動耐久特性を向上させていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３６８５６号公報（第８頁、図２）
【特許文献２】特開２００８−１８７０６号公報 （第７頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の発明においてアクチュエータの発生圧力を向上させようとすると、特許文献２記載の発明のように比誘電率の大きい材料からなる誘電体膜を形成する必要があるが、このような誘電体膜を用いると吐出能力が向上するものの、振動板当接時に表層保護膜にかかる応力等の負荷が増加してしまい、表面保護膜の当接部が磨耗して、寿命が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、静電アクチュエータの絶縁層を構成する表面保護膜を改質処理して、寿命が長く、しかも高い吐出能力を維持して安定駆動することができる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置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、振動板と、振動板に空隙を隔てて対向する対向電極とを備え、振動板と対向電極との対向面のいずれか一方または両者に絶縁層が設けられ、絶縁層が誘電体膜とその上に形成された表面保護膜とからなり、表面保護膜を表層部にＣ−Ｆ結合を有するダイヤモンドライクカーボン膜で形成したものである。
【０００９】
ダイヤモンドライクカーボン膜の表層部をＣ−Ｆ結合に改質したので、表面エネルギーが低下し、水分子付着の帯電による残留電荷が低減する。また、振動板当接界面の潤滑性が向上するため摩耗が低減し、耐久性が向上する。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエータを備えたものである。
また、ダイヤモンドライクカーボン膜による当接駆動が安定し摩耗が低減した静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１１】
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。
また、安定駆動と駆動耐久性に優れた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
【００１２】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板の表面と、電極基板に形成した対向電極の表面との、いずれか一方または両者に誘電体膜を形成し、誘電体膜の上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成して、これらの膜により絶縁層を形成する工程と、絶縁層のダイヤモンドライクカーボン膜の表面にフッ素系ガスのプラズマを照射してダイヤモンドライクカーボン膜の表層部をＣ−Ｆ結合に改質する工程と、シリコン基板の表面と電極基板に形成した対向電極の表面とをギャップを隔てて対向させて、シリコン基板と電極基板とを接合する工程と、シリコン基板と電極基板内に形成されたギャップ内の水分を除去してギャップを封止する工程と、シリコン基板に振動板を形成する工程とを有するものである。
【００１３】
フッ素系ガスのプラズマをダイヤモンドライクカーボン膜の表面に照射すると、ダイヤモンドライクカーボン膜の表面を安定したＣ−Ｆ結合に改質することができる。こうして、ダイヤモンドライクカーボン膜の表面エネルギーが低下し、水分子付着の帯電による残留電荷が低減する。また、振動板当接界面の潤滑性が向上するため、摩耗が低減し、耐久性が向上する。
【００１４】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、フッ素系ガスが、フッ素ガス、三フッ化窒素ガス、六フッ化硫黄ガス、四フッ化炭素ガス、六フッ化三炭素ガス、四フッ化ケイ素ガス、及び六フッ化二ケイ素のいずれかを用いたものである。
これらのフッ素系ガスをプラズマに曝すことにより、ダイヤモンドライクカーボン膜の表面をＣ−Ｆ結合に改質することができ、安定したＣ−Ｆ結合部分を形成する。
【００１５】
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。
また、ダイヤモンドライクカーボン膜による当接駆動が安定し摩耗が低減した静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１６】
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、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッド部分を形成するものである。
また、安定駆動と駆動耐久性に優れた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置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】
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の一部を断面で示した分解斜視図、図２は図１を組み立てた状態の要部を示す縦断面図、図３は図２の液滴吐出ヘッドの向きを９０度変えた方向からみた圧力室付近の断面図、図４は図２のＡ部を拡大した説明図である。
液滴吐出ヘッド１は、キャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４を積層して接合されており、キャビティ基板２に形成された可撓性を有する振動板２０と、電極基板３に形成された対向電極３０とが静電アクチュエータを構成している。
【００１８】
キャビティ基板２は単結晶シリコンからなり、底壁が振動板２０として形成され、吐出液を貯えて吐出させる圧力室２２となっている凹部２２０が複数形成されている。圧力室２２は紙面手前側から紙面奥側にかけて平行に並んで形成されており（図２参照）、圧力室２２の底面を構成する振動板２０は、シリコン基板の表面からボロンを拡散させたボロンドープ層として形成されている。また、キャビティ基板２には、各圧力室２２にインク等の液を供給するためのリザーバ２３となる凹部２３０と、このリザーバ２３と各圧力室２２を連通する細溝状のオリフィス２４となる凹部２４０が形成されている。なお、リザーバ２３は単一の凹部２３０から形成されており、オリフィス２４は各圧力室２２に対して１つずつ形成されている。
【００１９】
振動板２０の対向電極３０側の面には絶縁層２５（図３）が形成されており、振動板２０が対向電極３０に吸着されたときに、放電によりアクチュエータが破壊されるのを防止している。この絶縁層２５は、振動板２０の上に形成された誘電体膜２６と、誘電体膜２６の上に形成された表面保護膜２７とからなっている。
【００２０】
誘電体膜２６は比誘電率の高い誘電材料により形成されており、絶縁層２５全体の酸化膜換算厚みを薄くして絶縁耐圧を確保するとともに、静電圧力を高めるようにしてある。誘電体膜２６として、例えば、比誘電率が３．２のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）や、比誘電率が３．２以上の酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3膜）や、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ2 膜）や、酸化タンタル膜（Ｔａ2Ｏ3膜）、窒化ハフニウムシリケート膜（ＨｆＳｉＮ膜）や、酸窒化ハフニウムシリケート膜（ＨｆＳｉＯＮ膜）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜等を用いることができ、これらの膜によって静電吸引圧力が、液を吐出するのに充分な圧力室内の圧力振動振幅を確保することができる。これらの膜は、プラズマＣＶＤ（ｐ−ＣＶＤ）や、ＥＣＲスパッタ等により形成される。例えば、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜等を形成することができ、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により酸化アルミニウム膜等を形成することができる。これらの誘電体膜２５は、緻密で比誘電率が安定し、絶縁性に優れる。
【００２１】
表面保護膜２７はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜２７ａからなり、振動板２０が対向電極３０に吸着される部分に位置しており、アクチュエータ内部の絶縁層２５表面の残留電荷による発生圧力の変動を抑制する。表面保護膜２７は、プラズマＣＶＤにより緻密なダイヤモンドライクカーボン膜として形成した後、硝酸系やフッ酸系の洗浄液による洗浄とリンス等による表面処理により表面を水素終端させて、表面の水酸基を低減し、撥水性としている。
ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａは、硬く、振動板２０が対向電極３０に接触し、吸着されたときの真実接触面積が小さいため、絶縁層２５の接触帯電による残留電荷を低減することができる。また、ダイヤモンドライクな膜であるため、結晶を構成するＳＰ３混成軌道の全ての軌道に、電子が充填された状態で表面に水酸基が形成され難いため、水分子（吸着水）の付着による帯電によって生じる残留電荷も低減することができる。
【００２２】
ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａは、その表層部にＣ−Ｆ結合部分２７ｂを有している。Ｃ−Ｆ結合部分２７ｂは、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの成膜面をフッ素系ガスを導入したプラズマに曝すことにより、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの最表面層をＣ−Ｆ結合に改質したもので、このＣ−Ｆ結合部分２７ｂにより、表面エネルギーを低下させ、水分子（吸着水）付着の帯電による残留電化をさらに低減させることができる。さらに、Ｃ−Ｆ結合部分２７ｂにより振動板２０当接界面の潤滑性も向上するため、磨耗が低減し、耐久性を向上させることもできる。
【００２３】
絶縁層２５は、図４に示すように、例えば、誘電体膜２６であるＳｉＯ2 膜の厚みを８０ｎｍ、表面保護膜２７であるダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの厚みを１０ｎｍとし、絶縁層２５の厚みを９０ｎｍとして、絶縁耐圧に優れたシリコン酸化膜の厚み割合を大きくしている。なお、ギャップＧの距離は１１０ｎｍとしている。
また、振動板２０を効率よく対向電極３０に吸引するために、図３に示すように、キャビティの幅（ここでは振動板２０の幅）と個別電極３０の幅をほぼ等しく設定し、表面保護膜２７の幅は振動板２０の幅よりも狭くしてある。表面保護層２７の幅を振動板２０の幅よりも狭く設定して、表面保護膜２７であるダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの大きな膜応力により振動板２０が撓む不具合を解消する。
【００２４】
キャビティ基板２のノズル基板４が接合される側の面には、耐液保護膜２８が形成されており、圧力室２２やリザーバ２３の内部の吐出液により、キャビティ基板２がエッチングされるのを防止する。
【００２５】
電極基板３はホウ珪酸ガラスからなり、その溝部がキャビティ基板２の振動板２０に対向するようにして接合されている。電極基板３の溝部内には、振動板２０とギャップＧを隔てて対向する複数の対向電極３０が形成されている。対向電極３０は、対応する圧力室２２ごとに形成されているため個別電極とも称される。なお、振動板２０と対向電極３０との間のギャップＧは封止材６０によって封止されている。対向電極３０は酸化物系の電極からなり、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパッタすることにより形成される。
なお、電極基板３には、リザーバ２３と連通する吐出液供給口６１が設けられている。吐出液供給口６１はリザーバ２３の底壁に設けられた孔と繋がっており、リザーバ２３にインク等の吐出液を供給する。
【００２６】
ノズル基板４は圧力室２２に対応した複数のノズル４０を備え、キャビティ基板２の電極基板３が接合された側の面と反対側の面に接合されている。ノズル基板４はシリコン基板からなり、そのノズル４０は、例えば円筒状の第１のノズル孔４０ａと、第１のノズル孔４０ａと連通しこれよりも径の大きい円筒状の第２のノズル孔４０ｂとからなっている。
【００２７】
上記のように構成された液滴吐出ヘッド１の作用について説明する。
キャビティ基板２と個々の対向電極３０とには駆動回路５０が接続されている。駆動回路５０により、キャビティ基板２と対向電極３０の間にパルス電圧が印加されると、振動板２０が対向電極３０に引き寄せられて吸着される。これによって圧力室２２の内部に負圧が発生し、リザーバ２３の内部に溜まっているインク等の液体が圧力室２２に流れ込む。流れ込んだ液体により圧力室２２の内部の圧力が上昇に向かうタイミングで、キャビティ基板２と対向電極３０との間に印加されていた電圧が解除されると、振動板３０が元の位置に戻って圧力室２２の内部の圧力が更に上昇して高くなり、ノズル４０から吐出液が吐出する。
【００２８】
次に、液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図５は液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
まず、ホウ珪酸ガラス基板を用意し、このガラス基板に金、クロムのエッチングマスクを施し、フッ酸水溶液等でエッチングして溝部を形成し、溝部内にスパッタ等によりＩＴＯからなる対向電極３０を形成する（ステップＳ−１）。
【００２９】
ガラス基板にドリルなどによって穴をあけ、吐出液供給口６１を形成する。こうして、電極基板３が完成する（ステップＳ−２）。
【００３０】
シリコン基板を用意し、その両面を鏡面研磨し、片側表面にボロンをドープしてボロンドープ層を形成する。次に、ボロンドープ層が形成されている表面に誘電体膜２６を形成する（ステップＳ−３）。この誘電体膜２６の形成は、例えばＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を形成して行う。
【００３１】
次に、誘電体膜２６の上に、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａよりなる表面保護膜２７を形成する（ステップＳ−４）。ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの形成はプラズマＣＶＤ法により行う。原料ガスとして、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）等を用いる。
例えば、原料ガスとしてトルエン（Ｃ7Ｈ8）を用い、高周波電力で周波数１３．５６ＭＨｚ、９００Ｗ、圧力を０．２Ｐａとする。
【００３２】
こうして、シリコン基板に、誘電体膜２６と、表面保護膜２７のダイヤモンドライクカーボン膜２７ａを形成し、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの振動板２０の当接部分を、パターニングして区画形成したドライフィルムレジストで保護した後、酸素プラズマにより酸化して除去する。酸素プラズマによれば、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａのカーボン材料を効率よく酸化して除去することができ、区画形成が可能となる（ステップＳ−５）。
【００３３】
次に、シリコン基板のダイヤモンドライクカーボン膜２７ａをフッ素系ガスを導入したプラズマに曝し、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの表面をＣ−Ｆ結合に改質して、Ｃ−Ｆ結合部分２７ｂを形成する（ステップＳ−６）。
ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａの表面改質に用いるフッ素系ガスとして、フッ素（Ｆ2）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ3）ガス、六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガス、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガス、六フッ化三炭素（Ｃ3Ｆ6）ガス、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）ガス、六フッ化二ケイ素（Ｓｉ2Ｆ6）等を用いる。
例えば、フッ素系ガスとして四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスを用いた場合、高周波電力で周波数１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ、圧力は４０Ｐａとし、処理時間は１ｍｉｎとする。
【００３４】
上記のようにして、ステップＳ−１〜ステップＳ−２の工程が終了して完成した電極基板３と、ステップＳ−３〜ステップＳ−６の工程が終了したシリコン基板とを、対向電極３０と振動板２０とを対向させて位置合わせ（アライメント）し、陽極接合する（ステップＳ−７）。
【００３５】
次に、電極基板３に接合されたシリコン基板の全体を、機械研削によって薄板化する。機械研削を行った後、加工変質層を除去するため、水酸化カリウム水溶液等でライトエッチングする（ステップＳ−８）。
【００３６】
次に、シリコン基板の上面（電極基板３が接合されている面と反対側の面）の全体に、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を形成する。そして、このシリコン酸化膜に、圧力室２２となる凹部２２０、リザーバ２３となる凹部２３０、及びオリフィス２４となる凹部２４０となる部分を形成するためのレジストをパターニングし、この部分のシリコン酸化膜をエッチングして除去する。次に、シリコン基板を水酸化カリウム水溶液等で異方性ウェットエッチングして、圧力室２２となる凹部２２０、リザーバ２３となる凹部２３０及びオリフィス２４となる凹部２４０を形成し、シリコン酸化膜を除去する。このウェットエッチングでは、例えば初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用する２段階のエッチングを実施する。以上のエッチング処理においては、先に形成していたボロンドープ層がエッチストップとして作用し、残ったボロンドープ層が振動板２０として形成される。
また、上記の処理において、電極の取り出し穴となる薄板部を形成し、この薄板をさらにドライエッチング等で貫通させて電極の取り出し穴を形成する。
シリコン基板の圧力室２２となる凹部２２０等が形成された面に、ＣＶＤ法によって、酸化シリコン等からなる耐液保護膜２８を形成する。この際、貫通穴の電極取り出し穴はマスクして成膜する。
こうして、シリコン基板からキャビティ基板２が完成する（ステップＳ−９）。
【００３７】
次に、キャビティ基板２と電極基板３との間に形成されているギャップＧ内の水分を除去し、ギャップＧを封止する（ステップＳ−１０）。ギャップＧの封止は、電極取り出し穴に、耐液保護膜２８形成時のＣＶＤ膜を電極基板３とキャビテイ基板２に跨って堆積させて行う。あるいは、封止は、樹脂や接着剤を塗布して行うこともできる。
【００３８】
なお、上述した工程において、陽極接合後にギャップＧ内を高温高真空に曝すと、水酸基や吸着水を完全に除去して、さらに残留電荷の蓄積を抑制することができる。
【００３９】
次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングによって、ノズル４０が形成されたノズル基板４を、キャビティ基板２の電極基板３が接合されている側と反対側の面に接着剤により接合する。こうして、接合基板が完成し、液体流路が形成される（ステップＳ−１１）。
【００４０】
次に、キャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４が接合された接合基板をダイシングにより分離して、液滴吐出ヘッド１が完成する（ステップＳ−１２）。
【００４１】
実施の形態２
図６は本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの要部を示す縦断面図、図７は図６の液滴吐出ヘッドの向きを９０度変えた方向からみた圧力室付近の断面図、図８は図６のＡ部を拡大した説明図である。
実施の形態１では振動板２０の対向電極３０側の面に絶縁層２５を設けたが、本実施の形態２では対向電極３０の振動板２０側の面に絶縁層２５０を設けたものである。
【００４２】
振動板２０はシリコン基板からなり、振動板２０の対向電極３０側の面には絶縁膜２６ａのみが形成されている。絶縁膜２６ａは例えばシリコン酸化膜であり、振動板２０の駆動時に、振動板２０と対向電極３０との間で絶縁破壊やショートが生じるのを防止する。絶縁膜２６ａは、シリコン酸化膜の比誘電率３．２より大きな比誘電率を有する酸化アルミニウム膜等であってもよい。
【００４３】
対向電極３０の表面には絶縁層２５０が形成されており、この絶縁層２５０は対向電極３０の上に形成された誘電体膜２６０と、誘電体膜２６０の上に形成された表面保護膜２７０とからなる。
誘電体膜２６０は例えばシリコン酸化膜からなり、表面保護膜２７０はダイヤモンドライクカーボン膜２７０からなり、ダイヤモンドライクカーボン膜２７０の最表面層はＣ−Ｆ結合に改質されて、Ｃ−Ｆ結合部分２７０ａを形成する。
その他の構成、作用は、実施の形態１と同様なので説明を省略する。
【００４４】
次に、液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図９は液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
まず、ホウ珪酸ガラス基板を用意し、このガラス基板に金、クロムのエッチングマスクを施し、フッ酸水溶液等でエッチングして溝部を形成し、溝部内にスパッタによりＩＴＯからなる対向電極３０を形成する（ステップＳ−１）。
【００４５】
対向電極３０が形成されているガラス基板の表面に、誘電体膜２６０を形成する（Ｓ−１ａ）。この誘電体膜２６０の形成は、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤによってシリコン酸化膜を形成して行う。
【００４６】
次に、誘電体膜２６０の上に、ダイヤモンドライクカーボン膜２７０ａよりなる表面保護膜２７０を形成する（ステップＳ−１ｂ）。
【００４７】
こうして、ガラス基板に、誘電体膜２６０と、表面保護膜２７０のダイヤモンドライクカーボン膜２７０ａを形成し、レジストを塗布し、パターニングして区画形成する（ステップＳ−１ｃ）。
【００４８】
次に、ダイヤモンドライクカーボン膜２７０ａの成膜面をフッ素系ガスを導入したプラズマに曝し、ダイヤモンドライクカーボン膜２７０ａの表面をＣ−Ｆ結合に改質し、Ｃ−Ｆ結合部分２７０ｂを形成する（Ｓ−１ｄ）。
【００４９】
次に、ガラス基板にドリルなどによって穴をあけ、吐出液供給口６１を形成する。こうして、電極基板３が完成する（ステップＳ−２）。
【００５０】
次に、シリコン基板を用意し、その両面を鏡面研磨し、片側表面にボロンをドープしてボロンドープ層を形成する。次に、ボロンドープ層が形成されている表面に、ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法によって、酸化シリコンよりなる誘電体膜２６を形成する（ステップＳ−３ａ）。
【００５１】
次に、ステップＳ−１〜ステップＳ−２の工程が終了した電極基板３と、ステップＳ−３ａの工程が終了したシリコン基板とを、対向電極３０と振動板２０とを対向させ、位置合わせ（アライメント）して、陽極接合する（ステップＳ−７）。
【００５２】
それ以後の工程（ステップＳ−８〜Ｓ−１２）は、実施の形態１で示した工程と同様なので、説明を省略する。
【００５３】
実施の形態３
図１０は本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの要部を示す縦断面図、図１１は図１０の液滴吐出ヘッドの向きを９０度変えた方向からみた圧力室付近の断面図、図１２は図１０のＡ部を拡大した説明図である。
実施の形態１では振動板２０の対向電極３０側の面に絶縁層２５を設け、実施の形態２では対向電極３０の振動板２０側の面に絶縁層２５０を設けたが、本実施の形態３では、振動板２０の対向電極３０側の面、及び対向電極３０の振動板２０側の面に、それぞれ絶縁層２５、２５０を設けたものである。
【００５４】
振動板２０の対向電極３０側の面には絶縁層２５が形成されており、この絶縁層２５は、振動板２０の上に形成された誘電体膜２６と、誘電体膜２６の上に形成された表面保護膜２７とからなる。また、対向電極３０の振動板側の面には絶縁層２５０が形成されており、この絶縁層２５０は、対向電極３０の上に形成された誘電体膜２６０と、誘電体膜２６０の上に形成された表面保護膜２７０とからなる。それぞれの誘電体膜２６、２６０はシリコン酸化膜等により形成され、及びそれぞれの表面保護膜２７、２７０はダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａにより形成され、ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａの最表面層はＣ−Ｆ結合に改質され、Ｃ−Ｆ結合部分２７ｂ、２７０ｂを形成している。
その他の構成、作用、効果は、実施の形態１と同様なので説明を省略する。
【００５５】
図１３は液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
本実施の形態３の、ガラス基板の溝部の形成から電極基板３の完成までの工程（ステップＳ−１からステップＳ−２）は、実施の形態２（図９参照）のステップＳ−１からＳ−２までの工程と同様である。
また、本実施の形態３の、シリコン基板への誘電体膜２６の形成から、表面保護膜２７（ダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ）の表面をＣ−Ｆ結合に改質してＣ−Ｆ結合部分２７ｂを形成するまでの工程（ステップＳ−３〜Ｓ−６）は、実施の形態１（図５参照）のステップＳ−３〜Ｓ−６までの工程と同様である。
さらに、本実施の形態３の、ステップＳ−７〜Ｓ−１２までの工程は、実施の形態１（図５参照）及び実施の形態２（図９参照）のステップＳ−７〜Ｓ−１２までの工程と同様である。
【００５６】
実施の形態４
図１４は本発明の実施形態４に係る液滴吐出装置の斜視図である。液滴吐出装置は、実施の形態１〜３に係る液滴吐出ヘッド１を搭載したもので、液滴としてインクを吐出するインクジェットプリンタである。
液滴吐出装置は、絶縁層２５、２５０の表面保護膜２７、２７０であるダイヤモンドライクカーボン膜２７ａ、２７０ａの最表面層をＣ−Ｆ結合に改質してＣ−Ｆ結合部分２７ｂ、２７０ｂを形成し、当接駆動時における安定性を向上させたので、耐久性に優れた高精度の液吐出が可能となる。
なお、実施の形態１〜３に示した液滴吐出ヘッド１は、ここに示したインクジェットプリンタの他に、吐出する液滴を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機ＥＬ表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの一部を断面で示した分解斜視図。
【図２】図１を組み立てた状態の要部の縦断面図。
【図３】図２の液滴吐出ヘッドの圧力室付近の断面図。
【図４】図２の要部を拡大した説明図。
【図５】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの要部を拡大した縦断面図。
【図７】図６の液滴吐出ヘッドの圧力室付近の断面図。
【図８】図６の要部を拡大した説明図。
【図９】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの要部を拡大した縦断面図。
【図１１】図１０の液滴吐出ヘッドの圧力室付近の断面図。
【図１２】図１０の要部を拡大した説明図。
【図１３】実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る液滴吐出装置の斜視図。
【符号の説明】
【００５８】
１ 液滴吐出ヘッド、２ キャビティ基板、３ 電極基板、４ ノズル基板、２０ 振動板、２２ 圧力室、２３ リザーバ、２４ オリフィス、２５、２５０ 絶縁層、２６、２６０ 誘電体膜、２６ａ 絶縁膜、２７、２７０ 表面保護膜、２７ａ、２７０ａ ダイヤモンドライクカーボン膜、２７ｂ、２７０ｂ Ｃ−Ｆ結合部分、３０ 対向電極（固定電極）、４０ ノズル、５０ 駆動回路、６０ 封止材、６１ 吐出液供給口、Ｇ ギャップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、前記振動板に空隙を隔てて対向する対向電極とを備え、
前記振動板と前記対向電極との対向面のいずれか一方または両者に絶縁層が設けられ、
前記絶縁層が、誘電体膜とその上に形成された表面保護膜とからなり、
前記表面保護膜が表層部にＣ−Ｆ結合を有するダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の静電アクチュエータを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項２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４】
シリコン基板の表面と、電極基板に形成した対向電極の表面との、いずれか一方または両者に誘電体膜を形成し、前記誘電体膜の上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成して、これらにより絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層のダイヤモンドライクカーボン膜の表面にフッ素系ガスのプラズマを照射して前記ダイヤモンドライクカーボン膜の表層部をＣ−Ｆ結合に改質する工程と、
前記シリコン基板の表面と、前記電極基板に形成した対向電極の表面とを、ギャップを隔てて対向させて、前記シリコン基板と前記電極基板とを接合する工程と、
前記シリコン基板と前記電極基板内に形成されたギャップ内の水分を除去して前記ギャップを封止する工程と、
前記シリコン基板に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５】
前記フッ素系ガスが、フッ素ガス、三フッ化窒素ガス、六フッ化硫黄ガス、四フッ化炭素ガス、六フッ化三炭素ガス、四フッ化ケイ素ガス、及び六フッ化二ケイ素のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項５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。
【請求項７】
請求項６記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッド部分を形成することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【請求項１】
振動板と、前記振動板に空隙を隔てて対向する対向電極とを備え、
前記振動板と前記対向電極との対向面のいずれか一方または両者に絶縁層が設けられ、
前記絶縁層が、誘電体膜とその上に形成された表面保護膜とからなり、
前記表面保護膜が表層部にＣ−Ｆ結合を有するダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の静電アクチュエータを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項２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４】
シリコン基板の表面と、電極基板に形成した対向電極の表面との、いずれか一方または両者に誘電体膜を形成し、前記誘電体膜の上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成して、これらにより絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層のダイヤモンドライクカーボン膜の表面にフッ素系ガスのプラズマを照射して前記ダイヤモンドライクカーボン膜の表層部をＣ−Ｆ結合に改質する工程と、
前記シリコン基板の表面と、前記電極基板に形成した対向電極の表面とを、ギャップを隔てて対向させて、前記シリコン基板と前記電極基板とを接合する工程と、
前記シリコン基板と前記電極基板内に形成されたギャップ内の水分を除去して前記ギャップを封止する工程と、
前記シリコン基板に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５】
前記フッ素系ガスが、フッ素ガス、三フッ化窒素ガス、六フッ化硫黄ガス、四フッ化炭素ガス、六フッ化三炭素ガス、四フッ化ケイ素ガス、及び六フッ化二ケイ素のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項５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。
【請求項７】
請求項６記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッド部分を形成することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２９７９４８（Ｐ２００９−２９７９４８Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５２８２７（Ｐ２００８−１５２８２７）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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