静電アクチュエータの製造方法
【課題】振動板の絶縁膜や電極基板の個別電極の耐久性や信頼性を向上させることができ、基板積層の際のアラインメントも容易になる静電アクチュエータを得ること。
【解決手段】シリコン基板２のガラス製の電極基板３との接合側面に、ダイヤモンドライクカーボン膜９ｂとＳｉＯ2膜を成膜し、シリコン基板２と電極基板３とを密着させて陽極接合し、シリコン基板２と電極基板３とから構成される隙間１７に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、隙間１７に対面する先に成膜されたＳｉＯ2膜を除去する。
【解決手段】シリコン基板２のガラス製の電極基板３との接合側面に、ダイヤモンドライクカーボン膜９ｂとＳｉＯ2膜を成膜し、シリコン基板２と電極基板３とを密着させて陽極接合し、シリコン基板２と電極基板３とから構成される隙間１７に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、隙間１７に対面する先に成膜されたＳｉＯ2膜を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動電極である振動板と固定電極である個別電極を有した静電アクチュエータ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、例えばインクジェット記録装置に搭載される静電駆動方式のインクジェットヘッドが知られている。静電駆動方式のインクジェットヘッドは、一般に、ガラス基板上に形成された個別電極（固定電極）と、この個別電極に所定の隙間を介して対向配置されたシリコン製の振動板（可動電極）とから構成される静電アクチュエータ部を備えている。そして、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する圧力室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、圧力室の一部を構成している上記静電アクチュエータ部に静電気力を発生させることにより、選択されたノズル孔からインクが吐出されるようになっている。
【０００３】
従来の静電アクチュエータにおいては、アクチュエータの絶縁膜の絶縁破壊や短絡を防止して駆動の安定性と駆動耐久性を確保するため、振動板や個別電極の対向面に絶縁膜が形成されている。絶縁膜には、一般にシリコンの熱酸化膜が使用されている。その理由としては製造プロセスの簡便さや、絶縁膜特性がシリコン熱酸化膜は優れているという理由からである。また、プラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳを原料ガスとする酸化シリコン膜（以下、便宜上「ＴＥＯＳ−ＳｉＯ2膜」と略記するものとする）により絶縁膜を振動板の対向面に形成する静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、振動板側の片方だけに絶縁膜を形成するのでは誘電体の絶縁膜内に残留電荷が生じてアクチュエータの駆動の安定性や駆動耐久性が低下することから、振動板側と個別電極側の両方に絶縁膜を形成する静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。また、上記残留電荷の発生を低減させるために、個別電極側の表面のみに体積抵抗の高い膜と低い膜とで二層の電極保護膜を形成する静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献４参照）。さらに、アクチュエータの絶縁膜に、酸化シリコンよりも比誘電率の高い誘電材料、いわゆるＨｉｇｈ−ｋ材（高誘電率ゲート絶縁膜）を用いることにより、アクチュエータの発生圧力を向上させることができる静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９１２９号公報
【特許文献２】特開平８−１１８６２６号公報
【特許文献３】特開２００３−８０７０８号公報
【特許文献４】特開２００２−４６２８２号公報
【特許文献５】特開２００６−２７１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静電アクチュエータを備えた静電駆動方式のインクジェットヘッドにあっては、高解像度化に伴い高密度化、高速度駆動の要求が一段と高まり、それに伴い静電アクチュエータもますます微小化する傾向にある。このような要求に応えるためには、できるだけ低コストのもとで、静電アクチュエータの発生圧力を向上させるとともに、駆動の安定性および耐久性の更なる向上を図った静電アクチュエータを得ることが重要な課題となる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、振動板、および／または、個別電極の耐久性や信頼性を向上させることができ、しかも基板積層の際のアラインメントを容易にし、高密度な静電アクチュエータ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】
【０００７】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、複数の個別電極が複数の凹部内にそれぞれ形成されたガラス製の電極基板と、前記個別電極に隙間を介して対向する振動板を形成予定のシリコン基板とを接合して積層する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の前記電極基板との接合側面に、第１のダイヤモンドライクカーボン膜と第１のＳｉＯ2膜を成膜し、前記シリコン基板と前記電極基板とを密着させて陽極接合し、前記シリコン基板と前記電極基板とから構成される前記隙間に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、前記隙間に対面する前記第１のＳｉＯ2膜を除去するものである。
【０００８】
これによれば、振動板の表面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。ダイヤモンドライクカーボンは高硬度であり、電気絶縁性や摩耗性にも優れるため、振動板の耐久性が向上し、また個別電極との間での絶縁性も確保できる。
また、シリコン基板上に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜（第１のダイヤモンドライクカーボン膜）やＳｉＯ2膜（第１のＳｉＯ2膜）を、パターニングする手間を省くことができる。
さらに、シリコン基板に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングした後に電極基板と陽極接合する場合に比べて、シリコン基板と電極基板との陽極接合時のアラインメント精度も緩和でき、したがってアクチュエータの高密度化にも寄与できる。
【０００９】
また、前記陽極接合の前に、前記個別電極上に、第２のダイヤモンドライクカーボン膜と第２のＳｉＯ2膜を成膜し、前記陽極接合の後に、前記エッチングガスまたはエッチング液によって、前記隙間に対面する前記第１のＳｉＯ2膜を除去すると同時に前記第２のＳｉＯ2膜を除去するものである。
これにより、個別電極面上にもダイヤモンドライクカーボンが成膜されるため、個別電極の耐久性も向上させることができる。なお、電極基板上の第２のダイヤモンドライクカーボン膜と第２のＳｉＯ2膜は、単に電極基板上の個別電極側全面に成膜するだけでよく、パターニングする必要はない。
ただし、前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜した後に、前記個別電極上以外の領域に成膜された第２のダイヤモンドライクカーボン膜を除去するようにしてもよい。
【００１０】
なお、前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜する前に、前記第２のダイヤモンドライクカーボンを前記個別電極の上に固着させる下地膜を成膜するのが好ましい。適切な下地膜を追加することによって、ダイヤモンドライクカーボン膜と個別電極との密着性や固着性をより向上させることができるからである。
【００１１】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、複数の個別電極が複数の凹部内にそれぞれ形成されたガラス製の電極基板と、前記個別電極に隙間を介して対向する振動板を形成予定のシリコン基板とを接合して積層する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の前記電極基板との接合側面に、第３のＳｉＯ2膜を成膜し、前記電極基板の前記個別電極側面に、第４のダイヤモンドライクカーボン膜と第４のＳｉＯ2膜を成膜し、前記シリコン基板と前記電極基板とを密着させて陽極接合し、前記シリコン基板と前記電極基板とから構成される前記隙間に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、前記隙間に対面する前記第４のＳｉＯ2膜を除去するものである。
【００１２】
これによれば、個別電極の表面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。従って、個別電極の耐久性を向上させることができ、また、振動板との間での絶縁性も確保することができる。
しかも、電極基板上に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜（第４のダイヤモンドライクカーボン膜）やＳｉＯ2膜（第４のＳｉＯ2膜）、パターニングする必要もない。
さらに、電極基板に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングした後に、シリコン基板と陽極接合する場合に比べて、シリコン基板と電極基板との陽極接合時のアラインメント精度も緩和でき、したがってアクチュエータの高密度化にも寄与できる。
【００１３】
なお、前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極に成膜する前に、前記第４のダイヤモンドライクカーボンを前記個別電極の上に固着させる下地膜を成膜することが好ましい。
【００１４】
また、前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極に成膜した後に、前記個別電極上以外の領域に成膜された第４のダイヤモンドライクカーボン膜を除去するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図である。図２は組立状態における図１の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図、図３は図２のａ−ａ方向から見た図１のインクジェットヘッドの部分拡大断面図である。
【００１６】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２に形成された振動板６に対峙する個別電極５を有した電極基板３とが、貼り合わせにより積層されている。
【００１７】
ノズル基板１は、例えばシリコンから作製され、キャビティ基板２に接着されている。そのノズル孔１１は、例えば径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されている。また、ノズル基板１には、キャビティ基板２の圧力室２１とリザーバ２３とを連通するオリフィス１２とリザーバ２３部分の圧力変動を補償するためのダイヤフラム１３が形成されている。
【００１８】
キャビティ基板２は、例えば面方位が（１１０）のシリコン基板から作製される。このため、この明細書ではキャビティ基板２をシリコン基板２とも称する。キャビティ基板２には、インク流路を構成する複数の圧力室２１と、各圧力室２１に共通の１つのリザーバ２３が形成されており、インク流路の表面にはインク保護膜１８が成膜されている。なお、図２ではインク保護膜１８が省略されている。
【００１９】
各圧力室２１は圧力変動を生じさせてノズル孔１１からインクを吐出させる部分であり、インク供給口であるオリフィス１２ともそれぞれ連通している。圧力室２１の底面は可撓性を有した振動板６となっている。この振動板６は、キャビティ基板の片側表面のボロンを拡散させたボロン拡散層から形成されており、ウェットエッチングによりエッチングストップを利用して、そのボロン拡散層の厚さで薄く仕上げられている。
【００２０】
振動板６の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）またはいわゆるＨｉｇｈ−ｋ材から成る絶縁膜８が形成されている。Ｈｉｇｈ−ｋ材は、例えば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、ジルコニウムシリケート（ＺｒＳｉＯ）、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ）、ジルコニウムアルミネート（ＺｒＡｌＯ）、窒素添加ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯＮ）、およびこれらの複合膜等を挙げることができる。その中でも膜の低温成膜性、膜の均質性、プロセス適応性等を考慮した場合、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）の利用が適している。
【００２１】
絶縁膜８の表面には、振動板６および絶縁膜８を保護する表面保護膜として、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）９ｂが成膜されている。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜９ｂはキャビティ基板２の振動板６形成側の全面にわたって成膜されている。
【００２２】
リザーバ２３は、吐出液であるインクを貯留しておくためのものであり、オリフィス１２を介して全ての圧力室２１に連通している。リザーバ２３の底部には電極基板３のインク供給孔３３に連通するインク供給孔１６が形成されており、図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
【００２３】
電極基板３は、ガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板２であるシリコン基板と熱膨張係数の近いパイレックス（登録商標）ガラス等を用いるのが適している。これは、電極基板３とキャビティ基板２を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティ基板２との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティ基板２を強固に接合することができるからである。なお、上記の理由により、この明細書では電極基板３をガラス基板３とも称する。
【００２４】
電極基板３には、キャビティ基板２の各振動板６に対向する表面位置にそれぞれ個別電極形成用凹部３２が形成されている。各個別電極形成用凹部３２内には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極５が、例えば１００ｎｍの厚さで形成されている。さらに、個別電極５の部分には、個別電極５を保護する表面保護膜として、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）９ａが成膜されている。なお、個別電極５とダイヤモンドライクカーボン膜９ａとの間には、ダイヤモンドライクカーボンを個別電極５に固着させるために、下地膜７として、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）を形成しておくのが好ましい。
【００２５】
個別電極５は、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部５ａを有する。端子部５ａでは、配線のためにこの部分のダイヤモンドライクカーボン膜９ａおよび下地膜７が除去され、かつ、キャビティ基板２の末端部が開口された電極取り出し部３４内に露出している。
個別電極形成用凹部３２において、振動板６と個別電極５との間に形成される隙間１７の開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材３５で封止される。これにより、湿気や塵埃等が隙間１７へ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００２６】
キャビティ基板２と電極基板３は、それぞれの表面に形成されたＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂを介して陽極接合により接合されている。図２の符号３６、図３の符号１５ａ，１５ｂの部分が、キャビティ基板２と電極基板３との陽極接合部分を示している。
なお、シリコン基板２や電極基板３に成膜される各膜の厚さは、例えば、下地膜７が６０ｎｍ、絶縁膜８が８０ｎｍ、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａ，９ｂが５〜１０ｎｍ、ＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂが６０ｎｍである。
【００２７】
また、ドライバＩＣ等の駆動制御回路４０が、各個別電極５の端子部５ａとキャビティ基板２上面の共通電極２６とに、フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続されて、インクジェットヘッド１０が構成されている。
ここで、電極基板３の個別電極５とキャビティ基板２の振動板６とは、液滴を吐出させる作用を果たす静電アクチュエータを構成しており、振動板６が静電アクチュエータの可動片を構成している。
【００２８】
次に、以上のように構成されたインクジェットヘッド１０の動作を説明する。駆動制御回路４０により個別電極５とキャビティ基板２の共通電極２６の間にパルス電圧を印加すると、振動板６は個別電極５側に引き寄せられて吸着される。これにより、圧力室２１内に負圧を発生させて、リザーバ２３内のインクを吸引し、インクの振動（メニスカス振動）を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板６は個別電極５から離脱し、その際の圧力変動により、インクがノズル１１から押出されて吐出される。
【００２９】
振動板６が動作する際、個別電極５と振動板６とはそれぞれのダイヤモンドライクカーボン膜９ａ，９ｂ同士が当接する。したがって、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａ，９ｂには繰り返し接触によるストレス等が作用する。しかし、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａ，９ｂは、硬質で低摩擦性を有するため、一定の振動板変位量を長期間安定して保持することができる。
また、ガラス製の電極基板３とシリコン製のキャビティ基板２とは、ＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂの部分同士を密着させて陽極接合されているため、それらの接合強度も十分に確保されている。
その結果、このインクジェットヘッド１０は、耐久性および安定性に優れ、信頼性の高いインクジェットヘッド１０となっている。
【００３０】
次に、実施の形態１のインクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。図４はインクジェットヘッド１０の製造方法の一例を示す流れ図であり、以下では図４に沿って説明する。
【００３１】
まず、電極基板３の製造方法を説明する。パイレックス（登録商標）ガラスからなる板厚約１ｍｍのガラス基板３に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの個別電極形成用凹部３２を形成する。この個別電極形成用凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極５毎に複数形成される。そして、例えば、スパッタ法によりＩＴＯを１００ｎｍの厚さで成膜する。さらに、そのＩＴＯ膜をフォトリソグラフィーによりパターニングし、エッチング等により、個別電極形成用凹部３２内にのみＩＴＯを残して個別電極５を形成する（Ｓ１）。
【００３２】
次に、ガラス基板３の個別電極５形成面に下地膜７を成膜する（Ｓ２）。下地膜７は、例えば、ガラス基板３の個別電極５形成側の表面全体に、ＴＥＯＳを原料ガスとして用いたＲＦ−ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により酸化シリコン膜（ＴＥＯＳ−ＳｉＯ2）を７０ｎｍの厚さで形成する。なお、下地膜７は設けるのが好ましいが必ずしも必須のものではない。ついで、このＳｉＯ2膜の上で、かつガラス基板３の個別電極５側の表面全体に、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）９ａを成膜する（Ｓ３）。ダイヤモンドライクカーボン膜９ａは、例えば、トルエンガスを原料ガスに用いた平行平板型ＲＦ−ＣＶＤ法により、約５〜１０ｎｍの厚みで成膜する。
【００３３】
次に、先に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜９ａをパターニングして、アッシング等により個別電極５部分以外のダイヤモンドライクカーボン膜を除去する。
さらに、電極基板３のダイヤモンドライクカーボン膜９ａが形成された側の全面に、ＳｉＯ2膜１５ａを６０ｎｍ程度の厚さで成膜する（Ｓ４）。その後、マイクロブラスト加工等によりインク供給孔１６，３３を形成する。
【００３４】
次に、キャビティ基板２の製造方法を説明する。厚さが２８０μｍ程度のシリコン基板２の片面全面に、例えば厚さが０．８μｍのボロン拡散層２ａを形成したシリコン基板２を用意する。そして、そのシリコン基板２のボロン拡散層２ａの表面に、ＥＣＲスパッタ等により、Ｈｉｇｈ−ｋ材、例えば酸化アルミニウムの絶縁膜８を、８０ｎｍの厚さで全面に成膜する（Ｓ５）。
【００３５】
続いて、絶縁膜８を保護するダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）９ｂを、シリコン基板２の絶縁膜８が成膜された側の全面に成膜し、さらにその上にＳｉＯ2膜１５ｂを６０ｎｍ程度の厚さで全面成膜する（Ｓ６）。以上により、後にキャビティ基板２となるシリコン基板２を作製することができる。
【００３６】
次に、以上により作製されたシリコン基板２と電極基板３とを接合し積層する。これは、シリコン基板２の振動板６の形成予定領域と、電極基板３の個別電極形成用凹部３２の個別電極５とを、隙間１７を介して対向させるとともに、シリコン基板２と電極基板３の最表面にあるＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂ部分を密着させて陽極接合する（Ｓ７）。
次に、この接合済みシリコン基板２の表面全面を研磨加工して、厚さを例えば５０μｍ程度に薄くし、さらにこのシリコン基板２の表面全面をウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する（Ｓ８）。
【００３７】
次に、薄板状に加工された接合済みシリコン基板２の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い（Ｓ９）、さらにエッチングによってインク流路となる溝を形成する（Ｓ１０）。これによって、圧力室２１となる凹部、リザーバ２３となる凹部、および電極取り出し部３４となる凹部が形成される。その際、例えば水酸化カリウムでウェットエッチングを行えば、ボロン拡散層２ａの表面でエッチングストップがかかるので、振動板６の厚さを高精度に形成することができ、表面荒れも防ぐことができる。
【００３８】
次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングにより、電極取り出し部３４に対応する凹部の底部を除去して電極取り出し部３４を開口する。
【００３９】
その後、振動板６と個別電極５との隙間１７の開口部から、エッチングガスまたはエッチング液をその隙間に導入して、振動板６と個別電極５の対向面に存するＳｉＯ2膜を除去する（Ｓ１１）。エッチングガスやエッチング液としては、希フッ化水素溶液、無水フッ化水素ガス、無水フッ化水素とメチルアルコールの混合ガス等が利用できる。
エッチング液は、ポッティングやディッピングにより、毛細管現象を利用して隙間１７に導入する。また、エッチングガスによる場合は、所望のガス圧に到達するまでガスを供給し、一定時間保持して反応を進めた後、ドライポンプで一定時間排気するというサイクルを繰り返すパルスエッチング方式を採用しても良い。
【００４０】
続いて、個別電極形成用凹部３２に形成された個別電極５と振動板６との隙間１７から、その内部に付着している水分を除去する（Ｓ１２）。水分除去は積層されたシリコン基板２を例えば真空チャンバ内に入れ、加熱真空引きをすることにより行う。そして、所要時間経過後、窒素ガスを導入し窒素雰囲気下で隙間１７の開放端部にエポキシ樹脂等の封止材３５を塗布して気密に封止する（Ｓ１３）。このように、隙間１７に付着した水分を除去した後、気密封止することによって、静電アクチュエータの駆動耐久性を向上させることができる。
【００４１】
その後、インク流路の腐食を防止するため、シリコン基板２の表面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳ−ＳｉＯ2膜からなるインク保護膜１８を形成する。また、シリコン基板上に金属からなる共通電極２６を形成する。
【００４２】
以上の工程を経て電極基板３に接合されたシリコン基板２からキャビティ基板２が作製される。さらに、このキャビティ基板２の表面上に、予めノズル孔１１等が形成されたノズル基板１を接着により接合する（Ｓ１４）。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、振動板６と個別電極５からなる静電アクチュエータを有したインクジェットヘッド１０が完成する（Ｓ１５）。
【００４３】
以上の方法によれば、シリコン基板２に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜９ｂや最表面のＳｉＯ2膜を、パターニングすることなしに、シリコン基板２と電極基板３とを陽極接合できる。また、シリコン基板２のダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングした後に陽極接合する場合に比べて、シリコン基板２と電極基板３との陽極接合時のアラインメント精度も緩和できるため、ノズル密度を高密度とすることができる。
さらに、シリコン基板２と電極基板３とは、ダイヤモンドライクカーボン膜９ｂではなくて、ＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂを介して陽極接合されているため、十分な接合強度も得られ、インクジェットヘッド１０の信頼性も向上する。
【００４４】
実施の形態２．
図５は図３に対応した本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの断面図である。実施の形態１のインクジェットヘッド１０は、ダイヤモンドライクカーボン膜が、キャビティ基板２の振動板６形成側の全面と、電極基板３の個別電極５上に形成されたものであった。
これに対して実施の形態２のインクジェットヘッドは、個別電極５を保護するダイヤモンドライクカーボン膜９ａを、電極基板３の個別電極５形成側の全面に成膜したものである。電極基板３の個別電極５形成側面には、先に説明した理由により、下地膜７を形成するのが好ましい。これら以外の点では、実施の形態１と実施の形態２のインクジェットヘッドは同じ構成となっている。
【００４５】
実施の形態２の静電アクチュエータ若しくはインクジェットヘッドによれば、たとえシリコン基板２と電極基板３のアラインメントが正確でなかったとしても、振動板６が個別電極５側に吸引された際に、ダイヤモンドライクカーボン膜同士が確実に当接することになるため、静電アクチュエータの耐久性および信頼性が向上する。また、製造の際、電極基板３に成膜するダイヤモンドライクカーボン膜９ａをパターニングする手間も省ける。
【００４６】
実施の形態２のインクジェットヘッドの製造方法は、個別電極５の表面保護膜であるダイヤモンドライクカーボン膜９ａを、パターニングすることなしに、その上にＳｉＯ2膜を成膜している点で、実施の形態１の方法と相違している。
実施の形態１のインクジェットヘッドの製造方法では、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａの上にＳｉＯ2膜１５ａを成膜することは必ずしも必要ではないが、実施の形態２のインクジェットヘッドの製造方法では、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａの上にＳｉＯ2膜１５ａを成膜することが必須となる。それは、シリコン基板２との陽極接合面には、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａを露出させないようにする必要があるためである。
なお、便宜上、実施の形態１、２におけるシリコン基板２のダイヤモンドライクカーボン膜９ｂを第１のダイヤモンドライクカーボン膜と、ＳｉＯ2膜を第１のＳｉＯ2膜と称し、電極基板３のダイヤモンドライクカーボン膜９ａを第２のダイヤモンドライクカーボン膜と、ＳｉＯ2膜を第２のＳｉＯ2膜と称する。
【００４７】
実施の形態３．
実施の形態１および２では、図３、図５に示したように、シリコン基板２と電極基板３の両方にダイヤモンドライクカーボン膜を成膜した。これに対して、それらの一方にだけダイヤモンドライクカーボン膜を成膜しても、それが両方に成膜されていない場合に比べれば所定の効果が得られる。そこで実施の形態３では、シリコン基板２の振動板６形成面にダイヤモンドライクカーボン膜を成膜し、電極基板３の個別電極５形成面にはダイヤモンドライクカーボン膜を成膜しない静電アクチュエータを提案する。
電極基板３の個別電極５とキャビティ基板２の振動板６とが静電アクチュエータを構成しているが、振動板６は可動片として変形動作する。したがって、振動板６の形成面だけをダイヤモンドライクカーボン膜９ｂで成膜しても、効果的に静電アクチュエータの耐久性および信頼性向上が図れる。
実施の形態３の静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの製造方法は、図４の流れ図において、Ｓ２〜Ｓ４の工程が省かれるだけで、他の工程は図４と同じでよい。 この製造方法によれば、シリコン基板２の振動板６形成面に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングする必要がないことにことに加えて、シリコン基板２と電極基板３とのアラインメントが容易になる。
なお、便宜上、実施の形態３におけるシリコン基板２のダイヤモンドライクカーボン膜９ｂを第１のダイヤモンドライクカーボン膜と、ＳｉＯ2膜を第１のＳｉＯ2膜と称する。
【００４８】
実施の形態４．
実施の形態４では、電極基板３の個別電極５形成面にダイヤモンドライクカーボン膜を成膜し、シリコン基板２の振動板６形成面にはダイヤモンドライクカーボン膜を成膜しない静電アクチュエータを提案する。電極基板３の個別電極５形成側面だけにダイヤモンドライクカーボン膜を成膜するだけでも、個別電極５の耐久性や振動板６との間での絶縁性を向上させる効果が得られる。
実施の形態４の静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの製造方法も、図４の流れ図の一部を変更するだけで対応できる。すなわち、図４のＳ５において、振動板６の表面に絶縁膜としてＳｉＯ2膜を形成した場合には、Ｓ６の工程が全て省かれる。これに対して、図４のＳ５において、絶縁膜としてＨｉｇｈ−ｋ材が形成された場合には、Ｓ６の工程においてそのＨｉｇｈ−ｋ材表面にＳｉＯ2膜だけを形成する。Ｈｉｇｈ−ｋ材表面にＳｉＯ2膜を形成するのが、陽極接合の観点から好ましいからである。
この製造方法によれば、電極基板３に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングする必要がないことにことに加えて、シリコン基板２と電極基板３とのアラインメントが容易になる。ただし、個別電極５上以外の領域に成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜を除去するようにしてもよい。
なお、便宜上、実施の形態４におけるシリコン基板２のＳｉＯ2膜を第３のＳｉＯ2膜と称し、電極基板３のダイヤモンドライクカーボン膜９ａを第４のダイヤモンドライクカーボン膜と、ＳｉＯ2膜を第４のＳｉＯ2膜と称する。
【００４９】
実施の形態１〜４で説明したインクジェットヘッドの製造方法は一例であり、本発明の思想の範囲外の部分では、他の各種の方法を適用することができる。
また、以上の実施の形態では、本願発明の静電アクチュエータを液滴吐出用のインクジェットヘッドに適用する例で説明したが、本発明の静電アクチュエータは、それ限らず各種の機器に適用することができる。例えば、本発明の静電アクチュエータは、光スイッチやミラーデバイス、マイクロポンプ、レーザプリンタのレーザ操作ミラーの駆動部等にも利用することができる。
さらに、インクジェットヘッドとしては、ノズル孔より吐出される液の種類を変更することにより、図６に示すようなインクジェットプリンタの他、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等、様々な用途の液滴吐出装置の液滴吐出部に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】組立状態における図１の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。
【図３】図２のインクジェットヘッドのａ−ａ方向の部分拡大断面図。
【図４】実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの製造方法の一例を示す流れ図。
【図５】図３に対応した本発明の実施の形態２に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの断面図。
【図６】本発明の静電アクチュエータを備えたインクジェットプリンタの斜視図。
【符号の説明】
【００５１】
１ ノズル基板、２ キャビティ基板（シリコン基板）、３ 電極基板（ガラス基板）、５ 個別電極、６ 振動板、７ 下地膜（ＳｉＯ2膜）、８ 絶縁膜、９ａ ダイヤモンドライクカーボン膜（個別電極側）、９ｂ ダイヤモンドライクカーボン膜（振動板側）、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、１２ オリフィス、１３ ダイヤフラム、１５ａ ＳｉＯ2膜（個別電極側）、１５ｂ ＳｉＯ2膜（振動板側）、１６ インク供給孔、１７ 隙間、１８ インク保護膜、２１ 圧力室、２３ リザーバ、２６ 共通電極、３２ 個別電極形成用凹部、３３ インク供給孔、３４ 電極取り出し部、３５ 封止材、４０ 駆動制御回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動電極である振動板と固定電極である個別電極を有した静電アクチュエータ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、例えばインクジェット記録装置に搭載される静電駆動方式のインクジェットヘッドが知られている。静電駆動方式のインクジェットヘッドは、一般に、ガラス基板上に形成された個別電極（固定電極）と、この個別電極に所定の隙間を介して対向配置されたシリコン製の振動板（可動電極）とから構成される静電アクチュエータ部を備えている。そして、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する圧力室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、圧力室の一部を構成している上記静電アクチュエータ部に静電気力を発生させることにより、選択されたノズル孔からインクが吐出されるようになっている。
【０００３】
従来の静電アクチュエータにおいては、アクチュエータの絶縁膜の絶縁破壊や短絡を防止して駆動の安定性と駆動耐久性を確保するため、振動板や個別電極の対向面に絶縁膜が形成されている。絶縁膜には、一般にシリコンの熱酸化膜が使用されている。その理由としては製造プロセスの簡便さや、絶縁膜特性がシリコン熱酸化膜は優れているという理由からである。また、プラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳを原料ガスとする酸化シリコン膜（以下、便宜上「ＴＥＯＳ−ＳｉＯ2膜」と略記するものとする）により絶縁膜を振動板の対向面に形成する静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、振動板側の片方だけに絶縁膜を形成するのでは誘電体の絶縁膜内に残留電荷が生じてアクチュエータの駆動の安定性や駆動耐久性が低下することから、振動板側と個別電極側の両方に絶縁膜を形成する静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。また、上記残留電荷の発生を低減させるために、個別電極側の表面のみに体積抵抗の高い膜と低い膜とで二層の電極保護膜を形成する静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献４参照）。さらに、アクチュエータの絶縁膜に、酸化シリコンよりも比誘電率の高い誘電材料、いわゆるＨｉｇｈ−ｋ材（高誘電率ゲート絶縁膜）を用いることにより、アクチュエータの発生圧力を向上させることができる静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９１２９号公報
【特許文献２】特開平８−１１８６２６号公報
【特許文献３】特開２００３−８０７０８号公報
【特許文献４】特開２００２−４６２８２号公報
【特許文献５】特開２００６−２７１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静電アクチュエータを備えた静電駆動方式のインクジェットヘッドにあっては、高解像度化に伴い高密度化、高速度駆動の要求が一段と高まり、それに伴い静電アクチュエータもますます微小化する傾向にある。このような要求に応えるためには、できるだけ低コストのもとで、静電アクチュエータの発生圧力を向上させるとともに、駆動の安定性および耐久性の更なる向上を図った静電アクチュエータを得ることが重要な課題となる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、振動板、および／または、個別電極の耐久性や信頼性を向上させることができ、しかも基板積層の際のアラインメントを容易にし、高密度な静電アクチュエータ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】
【０００７】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、複数の個別電極が複数の凹部内にそれぞれ形成されたガラス製の電極基板と、前記個別電極に隙間を介して対向する振動板を形成予定のシリコン基板とを接合して積層する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の前記電極基板との接合側面に、第１のダイヤモンドライクカーボン膜と第１のＳｉＯ2膜を成膜し、前記シリコン基板と前記電極基板とを密着させて陽極接合し、前記シリコン基板と前記電極基板とから構成される前記隙間に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、前記隙間に対面する前記第１のＳｉＯ2膜を除去するものである。
【０００８】
これによれば、振動板の表面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。ダイヤモンドライクカーボンは高硬度であり、電気絶縁性や摩耗性にも優れるため、振動板の耐久性が向上し、また個別電極との間での絶縁性も確保できる。
また、シリコン基板上に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜（第１のダイヤモンドライクカーボン膜）やＳｉＯ2膜（第１のＳｉＯ2膜）を、パターニングする手間を省くことができる。
さらに、シリコン基板に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングした後に電極基板と陽極接合する場合に比べて、シリコン基板と電極基板との陽極接合時のアラインメント精度も緩和でき、したがってアクチュエータの高密度化にも寄与できる。
【０００９】
また、前記陽極接合の前に、前記個別電極上に、第２のダイヤモンドライクカーボン膜と第２のＳｉＯ2膜を成膜し、前記陽極接合の後に、前記エッチングガスまたはエッチング液によって、前記隙間に対面する前記第１のＳｉＯ2膜を除去すると同時に前記第２のＳｉＯ2膜を除去するものである。
これにより、個別電極面上にもダイヤモンドライクカーボンが成膜されるため、個別電極の耐久性も向上させることができる。なお、電極基板上の第２のダイヤモンドライクカーボン膜と第２のＳｉＯ2膜は、単に電極基板上の個別電極側全面に成膜するだけでよく、パターニングする必要はない。
ただし、前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜した後に、前記個別電極上以外の領域に成膜された第２のダイヤモンドライクカーボン膜を除去するようにしてもよい。
【００１０】
なお、前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜する前に、前記第２のダイヤモンドライクカーボンを前記個別電極の上に固着させる下地膜を成膜するのが好ましい。適切な下地膜を追加することによって、ダイヤモンドライクカーボン膜と個別電極との密着性や固着性をより向上させることができるからである。
【００１１】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、複数の個別電極が複数の凹部内にそれぞれ形成されたガラス製の電極基板と、前記個別電極に隙間を介して対向する振動板を形成予定のシリコン基板とを接合して積層する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の前記電極基板との接合側面に、第３のＳｉＯ2膜を成膜し、前記電極基板の前記個別電極側面に、第４のダイヤモンドライクカーボン膜と第４のＳｉＯ2膜を成膜し、前記シリコン基板と前記電極基板とを密着させて陽極接合し、前記シリコン基板と前記電極基板とから構成される前記隙間に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、前記隙間に対面する前記第４のＳｉＯ2膜を除去するものである。
【００１２】
これによれば、個別電極の表面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。従って、個別電極の耐久性を向上させることができ、また、振動板との間での絶縁性も確保することができる。
しかも、電極基板上に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜（第４のダイヤモンドライクカーボン膜）やＳｉＯ2膜（第４のＳｉＯ2膜）、パターニングする必要もない。
さらに、電極基板に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングした後に、シリコン基板と陽極接合する場合に比べて、シリコン基板と電極基板との陽極接合時のアラインメント精度も緩和でき、したがってアクチュエータの高密度化にも寄与できる。
【００１３】
なお、前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極に成膜する前に、前記第４のダイヤモンドライクカーボンを前記個別電極の上に固着させる下地膜を成膜することが好ましい。
【００１４】
また、前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極に成膜した後に、前記個別電極上以外の領域に成膜された第４のダイヤモンドライクカーボン膜を除去するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図である。図２は組立状態における図１の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図、図３は図２のａ−ａ方向から見た図１のインクジェットヘッドの部分拡大断面図である。
【００１６】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２に形成された振動板６に対峙する個別電極５を有した電極基板３とが、貼り合わせにより積層されている。
【００１７】
ノズル基板１は、例えばシリコンから作製され、キャビティ基板２に接着されている。そのノズル孔１１は、例えば径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されている。また、ノズル基板１には、キャビティ基板２の圧力室２１とリザーバ２３とを連通するオリフィス１２とリザーバ２３部分の圧力変動を補償するためのダイヤフラム１３が形成されている。
【００１８】
キャビティ基板２は、例えば面方位が（１１０）のシリコン基板から作製される。このため、この明細書ではキャビティ基板２をシリコン基板２とも称する。キャビティ基板２には、インク流路を構成する複数の圧力室２１と、各圧力室２１に共通の１つのリザーバ２３が形成されており、インク流路の表面にはインク保護膜１８が成膜されている。なお、図２ではインク保護膜１８が省略されている。
【００１９】
各圧力室２１は圧力変動を生じさせてノズル孔１１からインクを吐出させる部分であり、インク供給口であるオリフィス１２ともそれぞれ連通している。圧力室２１の底面は可撓性を有した振動板６となっている。この振動板６は、キャビティ基板の片側表面のボロンを拡散させたボロン拡散層から形成されており、ウェットエッチングによりエッチングストップを利用して、そのボロン拡散層の厚さで薄く仕上げられている。
【００２０】
振動板６の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）またはいわゆるＨｉｇｈ−ｋ材から成る絶縁膜８が形成されている。Ｈｉｇｈ−ｋ材は、例えば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、ジルコニウムシリケート（ＺｒＳｉＯ）、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ）、ジルコニウムアルミネート（ＺｒＡｌＯ）、窒素添加ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯＮ）、およびこれらの複合膜等を挙げることができる。その中でも膜の低温成膜性、膜の均質性、プロセス適応性等を考慮した場合、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）の利用が適している。
【００２１】
絶縁膜８の表面には、振動板６および絶縁膜８を保護する表面保護膜として、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）９ｂが成膜されている。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜９ｂはキャビティ基板２の振動板６形成側の全面にわたって成膜されている。
【００２２】
リザーバ２３は、吐出液であるインクを貯留しておくためのものであり、オリフィス１２を介して全ての圧力室２１に連通している。リザーバ２３の底部には電極基板３のインク供給孔３３に連通するインク供給孔１６が形成されており、図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
【００２３】
電極基板３は、ガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板２であるシリコン基板と熱膨張係数の近いパイレックス（登録商標）ガラス等を用いるのが適している。これは、電極基板３とキャビティ基板２を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティ基板２との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティ基板２を強固に接合することができるからである。なお、上記の理由により、この明細書では電極基板３をガラス基板３とも称する。
【００２４】
電極基板３には、キャビティ基板２の各振動板６に対向する表面位置にそれぞれ個別電極形成用凹部３２が形成されている。各個別電極形成用凹部３２内には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極５が、例えば１００ｎｍの厚さで形成されている。さらに、個別電極５の部分には、個別電極５を保護する表面保護膜として、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）９ａが成膜されている。なお、個別電極５とダイヤモンドライクカーボン膜９ａとの間には、ダイヤモンドライクカーボンを個別電極５に固着させるために、下地膜７として、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）を形成しておくのが好ましい。
【００２５】
個別電極５は、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部５ａを有する。端子部５ａでは、配線のためにこの部分のダイヤモンドライクカーボン膜９ａおよび下地膜７が除去され、かつ、キャビティ基板２の末端部が開口された電極取り出し部３４内に露出している。
個別電極形成用凹部３２において、振動板６と個別電極５との間に形成される隙間１７の開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材３５で封止される。これにより、湿気や塵埃等が隙間１７へ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００２６】
キャビティ基板２と電極基板３は、それぞれの表面に形成されたＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂを介して陽極接合により接合されている。図２の符号３６、図３の符号１５ａ，１５ｂの部分が、キャビティ基板２と電極基板３との陽極接合部分を示している。
なお、シリコン基板２や電極基板３に成膜される各膜の厚さは、例えば、下地膜７が６０ｎｍ、絶縁膜８が８０ｎｍ、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａ，９ｂが５〜１０ｎｍ、ＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂが６０ｎｍである。
【００２７】
また、ドライバＩＣ等の駆動制御回路４０が、各個別電極５の端子部５ａとキャビティ基板２上面の共通電極２６とに、フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続されて、インクジェットヘッド１０が構成されている。
ここで、電極基板３の個別電極５とキャビティ基板２の振動板６とは、液滴を吐出させる作用を果たす静電アクチュエータを構成しており、振動板６が静電アクチュエータの可動片を構成している。
【００２８】
次に、以上のように構成されたインクジェットヘッド１０の動作を説明する。駆動制御回路４０により個別電極５とキャビティ基板２の共通電極２６の間にパルス電圧を印加すると、振動板６は個別電極５側に引き寄せられて吸着される。これにより、圧力室２１内に負圧を発生させて、リザーバ２３内のインクを吸引し、インクの振動（メニスカス振動）を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板６は個別電極５から離脱し、その際の圧力変動により、インクがノズル１１から押出されて吐出される。
【００２９】
振動板６が動作する際、個別電極５と振動板６とはそれぞれのダイヤモンドライクカーボン膜９ａ，９ｂ同士が当接する。したがって、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａ，９ｂには繰り返し接触によるストレス等が作用する。しかし、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａ，９ｂは、硬質で低摩擦性を有するため、一定の振動板変位量を長期間安定して保持することができる。
また、ガラス製の電極基板３とシリコン製のキャビティ基板２とは、ＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂの部分同士を密着させて陽極接合されているため、それらの接合強度も十分に確保されている。
その結果、このインクジェットヘッド１０は、耐久性および安定性に優れ、信頼性の高いインクジェットヘッド１０となっている。
【００３０】
次に、実施の形態１のインクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。図４はインクジェットヘッド１０の製造方法の一例を示す流れ図であり、以下では図４に沿って説明する。
【００３１】
まず、電極基板３の製造方法を説明する。パイレックス（登録商標）ガラスからなる板厚約１ｍｍのガラス基板３に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの個別電極形成用凹部３２を形成する。この個別電極形成用凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極５毎に複数形成される。そして、例えば、スパッタ法によりＩＴＯを１００ｎｍの厚さで成膜する。さらに、そのＩＴＯ膜をフォトリソグラフィーによりパターニングし、エッチング等により、個別電極形成用凹部３２内にのみＩＴＯを残して個別電極５を形成する（Ｓ１）。
【００３２】
次に、ガラス基板３の個別電極５形成面に下地膜７を成膜する（Ｓ２）。下地膜７は、例えば、ガラス基板３の個別電極５形成側の表面全体に、ＴＥＯＳを原料ガスとして用いたＲＦ−ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により酸化シリコン膜（ＴＥＯＳ−ＳｉＯ2）を７０ｎｍの厚さで形成する。なお、下地膜７は設けるのが好ましいが必ずしも必須のものではない。ついで、このＳｉＯ2膜の上で、かつガラス基板３の個別電極５側の表面全体に、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）９ａを成膜する（Ｓ３）。ダイヤモンドライクカーボン膜９ａは、例えば、トルエンガスを原料ガスに用いた平行平板型ＲＦ−ＣＶＤ法により、約５〜１０ｎｍの厚みで成膜する。
【００３３】
次に、先に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜９ａをパターニングして、アッシング等により個別電極５部分以外のダイヤモンドライクカーボン膜を除去する。
さらに、電極基板３のダイヤモンドライクカーボン膜９ａが形成された側の全面に、ＳｉＯ2膜１５ａを６０ｎｍ程度の厚さで成膜する（Ｓ４）。その後、マイクロブラスト加工等によりインク供給孔１６，３３を形成する。
【００３４】
次に、キャビティ基板２の製造方法を説明する。厚さが２８０μｍ程度のシリコン基板２の片面全面に、例えば厚さが０．８μｍのボロン拡散層２ａを形成したシリコン基板２を用意する。そして、そのシリコン基板２のボロン拡散層２ａの表面に、ＥＣＲスパッタ等により、Ｈｉｇｈ−ｋ材、例えば酸化アルミニウムの絶縁膜８を、８０ｎｍの厚さで全面に成膜する（Ｓ５）。
【００３５】
続いて、絶縁膜８を保護するダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）９ｂを、シリコン基板２の絶縁膜８が成膜された側の全面に成膜し、さらにその上にＳｉＯ2膜１５ｂを６０ｎｍ程度の厚さで全面成膜する（Ｓ６）。以上により、後にキャビティ基板２となるシリコン基板２を作製することができる。
【００３６】
次に、以上により作製されたシリコン基板２と電極基板３とを接合し積層する。これは、シリコン基板２の振動板６の形成予定領域と、電極基板３の個別電極形成用凹部３２の個別電極５とを、隙間１７を介して対向させるとともに、シリコン基板２と電極基板３の最表面にあるＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂ部分を密着させて陽極接合する（Ｓ７）。
次に、この接合済みシリコン基板２の表面全面を研磨加工して、厚さを例えば５０μｍ程度に薄くし、さらにこのシリコン基板２の表面全面をウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する（Ｓ８）。
【００３７】
次に、薄板状に加工された接合済みシリコン基板２の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い（Ｓ９）、さらにエッチングによってインク流路となる溝を形成する（Ｓ１０）。これによって、圧力室２１となる凹部、リザーバ２３となる凹部、および電極取り出し部３４となる凹部が形成される。その際、例えば水酸化カリウムでウェットエッチングを行えば、ボロン拡散層２ａの表面でエッチングストップがかかるので、振動板６の厚さを高精度に形成することができ、表面荒れも防ぐことができる。
【００３８】
次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングにより、電極取り出し部３４に対応する凹部の底部を除去して電極取り出し部３４を開口する。
【００３９】
その後、振動板６と個別電極５との隙間１７の開口部から、エッチングガスまたはエッチング液をその隙間に導入して、振動板６と個別電極５の対向面に存するＳｉＯ2膜を除去する（Ｓ１１）。エッチングガスやエッチング液としては、希フッ化水素溶液、無水フッ化水素ガス、無水フッ化水素とメチルアルコールの混合ガス等が利用できる。
エッチング液は、ポッティングやディッピングにより、毛細管現象を利用して隙間１７に導入する。また、エッチングガスによる場合は、所望のガス圧に到達するまでガスを供給し、一定時間保持して反応を進めた後、ドライポンプで一定時間排気するというサイクルを繰り返すパルスエッチング方式を採用しても良い。
【００４０】
続いて、個別電極形成用凹部３２に形成された個別電極５と振動板６との隙間１７から、その内部に付着している水分を除去する（Ｓ１２）。水分除去は積層されたシリコン基板２を例えば真空チャンバ内に入れ、加熱真空引きをすることにより行う。そして、所要時間経過後、窒素ガスを導入し窒素雰囲気下で隙間１７の開放端部にエポキシ樹脂等の封止材３５を塗布して気密に封止する（Ｓ１３）。このように、隙間１７に付着した水分を除去した後、気密封止することによって、静電アクチュエータの駆動耐久性を向上させることができる。
【００４１】
その後、インク流路の腐食を防止するため、シリコン基板２の表面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳ−ＳｉＯ2膜からなるインク保護膜１８を形成する。また、シリコン基板上に金属からなる共通電極２６を形成する。
【００４２】
以上の工程を経て電極基板３に接合されたシリコン基板２からキャビティ基板２が作製される。さらに、このキャビティ基板２の表面上に、予めノズル孔１１等が形成されたノズル基板１を接着により接合する（Ｓ１４）。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、振動板６と個別電極５からなる静電アクチュエータを有したインクジェットヘッド１０が完成する（Ｓ１５）。
【００４３】
以上の方法によれば、シリコン基板２に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜９ｂや最表面のＳｉＯ2膜を、パターニングすることなしに、シリコン基板２と電極基板３とを陽極接合できる。また、シリコン基板２のダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングした後に陽極接合する場合に比べて、シリコン基板２と電極基板３との陽極接合時のアラインメント精度も緩和できるため、ノズル密度を高密度とすることができる。
さらに、シリコン基板２と電極基板３とは、ダイヤモンドライクカーボン膜９ｂではなくて、ＳｉＯ2膜１５ａ，１５ｂを介して陽極接合されているため、十分な接合強度も得られ、インクジェットヘッド１０の信頼性も向上する。
【００４４】
実施の形態２．
図５は図３に対応した本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの断面図である。実施の形態１のインクジェットヘッド１０は、ダイヤモンドライクカーボン膜が、キャビティ基板２の振動板６形成側の全面と、電極基板３の個別電極５上に形成されたものであった。
これに対して実施の形態２のインクジェットヘッドは、個別電極５を保護するダイヤモンドライクカーボン膜９ａを、電極基板３の個別電極５形成側の全面に成膜したものである。電極基板３の個別電極５形成側面には、先に説明した理由により、下地膜７を形成するのが好ましい。これら以外の点では、実施の形態１と実施の形態２のインクジェットヘッドは同じ構成となっている。
【００４５】
実施の形態２の静電アクチュエータ若しくはインクジェットヘッドによれば、たとえシリコン基板２と電極基板３のアラインメントが正確でなかったとしても、振動板６が個別電極５側に吸引された際に、ダイヤモンドライクカーボン膜同士が確実に当接することになるため、静電アクチュエータの耐久性および信頼性が向上する。また、製造の際、電極基板３に成膜するダイヤモンドライクカーボン膜９ａをパターニングする手間も省ける。
【００４６】
実施の形態２のインクジェットヘッドの製造方法は、個別電極５の表面保護膜であるダイヤモンドライクカーボン膜９ａを、パターニングすることなしに、その上にＳｉＯ2膜を成膜している点で、実施の形態１の方法と相違している。
実施の形態１のインクジェットヘッドの製造方法では、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａの上にＳｉＯ2膜１５ａを成膜することは必ずしも必要ではないが、実施の形態２のインクジェットヘッドの製造方法では、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａの上にＳｉＯ2膜１５ａを成膜することが必須となる。それは、シリコン基板２との陽極接合面には、ダイヤモンドライクカーボン膜９ａを露出させないようにする必要があるためである。
なお、便宜上、実施の形態１、２におけるシリコン基板２のダイヤモンドライクカーボン膜９ｂを第１のダイヤモンドライクカーボン膜と、ＳｉＯ2膜を第１のＳｉＯ2膜と称し、電極基板３のダイヤモンドライクカーボン膜９ａを第２のダイヤモンドライクカーボン膜と、ＳｉＯ2膜を第２のＳｉＯ2膜と称する。
【００４７】
実施の形態３．
実施の形態１および２では、図３、図５に示したように、シリコン基板２と電極基板３の両方にダイヤモンドライクカーボン膜を成膜した。これに対して、それらの一方にだけダイヤモンドライクカーボン膜を成膜しても、それが両方に成膜されていない場合に比べれば所定の効果が得られる。そこで実施の形態３では、シリコン基板２の振動板６形成面にダイヤモンドライクカーボン膜を成膜し、電極基板３の個別電極５形成面にはダイヤモンドライクカーボン膜を成膜しない静電アクチュエータを提案する。
電極基板３の個別電極５とキャビティ基板２の振動板６とが静電アクチュエータを構成しているが、振動板６は可動片として変形動作する。したがって、振動板６の形成面だけをダイヤモンドライクカーボン膜９ｂで成膜しても、効果的に静電アクチュエータの耐久性および信頼性向上が図れる。
実施の形態３の静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの製造方法は、図４の流れ図において、Ｓ２〜Ｓ４の工程が省かれるだけで、他の工程は図４と同じでよい。 この製造方法によれば、シリコン基板２の振動板６形成面に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングする必要がないことにことに加えて、シリコン基板２と電極基板３とのアラインメントが容易になる。
なお、便宜上、実施の形態３におけるシリコン基板２のダイヤモンドライクカーボン膜９ｂを第１のダイヤモンドライクカーボン膜と、ＳｉＯ2膜を第１のＳｉＯ2膜と称する。
【００４８】
実施の形態４．
実施の形態４では、電極基板３の個別電極５形成面にダイヤモンドライクカーボン膜を成膜し、シリコン基板２の振動板６形成面にはダイヤモンドライクカーボン膜を成膜しない静電アクチュエータを提案する。電極基板３の個別電極５形成側面だけにダイヤモンドライクカーボン膜を成膜するだけでも、個別電極５の耐久性や振動板６との間での絶縁性を向上させる効果が得られる。
実施の形態４の静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの製造方法も、図４の流れ図の一部を変更するだけで対応できる。すなわち、図４のＳ５において、振動板６の表面に絶縁膜としてＳｉＯ2膜を形成した場合には、Ｓ６の工程が全て省かれる。これに対して、図４のＳ５において、絶縁膜としてＨｉｇｈ−ｋ材が形成された場合には、Ｓ６の工程においてそのＨｉｇｈ−ｋ材表面にＳｉＯ2膜だけを形成する。Ｈｉｇｈ−ｋ材表面にＳｉＯ2膜を形成するのが、陽極接合の観点から好ましいからである。
この製造方法によれば、電極基板３に成膜したダイヤモンドライクカーボン膜をパターニングする必要がないことにことに加えて、シリコン基板２と電極基板３とのアラインメントが容易になる。ただし、個別電極５上以外の領域に成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜を除去するようにしてもよい。
なお、便宜上、実施の形態４におけるシリコン基板２のＳｉＯ2膜を第３のＳｉＯ2膜と称し、電極基板３のダイヤモンドライクカーボン膜９ａを第４のダイヤモンドライクカーボン膜と、ＳｉＯ2膜を第４のＳｉＯ2膜と称する。
【００４９】
実施の形態１〜４で説明したインクジェットヘッドの製造方法は一例であり、本発明の思想の範囲外の部分では、他の各種の方法を適用することができる。
また、以上の実施の形態では、本願発明の静電アクチュエータを液滴吐出用のインクジェットヘッドに適用する例で説明したが、本発明の静電アクチュエータは、それ限らず各種の機器に適用することができる。例えば、本発明の静電アクチュエータは、光スイッチやミラーデバイス、マイクロポンプ、レーザプリンタのレーザ操作ミラーの駆動部等にも利用することができる。
さらに、インクジェットヘッドとしては、ノズル孔より吐出される液の種類を変更することにより、図６に示すようなインクジェットプリンタの他、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等、様々な用途の液滴吐出装置の液滴吐出部に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】組立状態における図１の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。
【図３】図２のインクジェットヘッドのａ−ａ方向の部分拡大断面図。
【図４】実施の形態１に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの製造方法の一例を示す流れ図。
【図５】図３に対応した本発明の実施の形態２に係る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの断面図。
【図６】本発明の静電アクチュエータを備えたインクジェットプリンタの斜視図。
【符号の説明】
【００５１】
１ ノズル基板、２ キャビティ基板（シリコン基板）、３ 電極基板（ガラス基板）、５ 個別電極、６ 振動板、７ 下地膜（ＳｉＯ2膜）、８ 絶縁膜、９ａ ダイヤモンドライクカーボン膜（個別電極側）、９ｂ ダイヤモンドライクカーボン膜（振動板側）、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、１２ オリフィス、１３ ダイヤフラム、１５ａ ＳｉＯ2膜（個別電極側）、１５ｂ ＳｉＯ2膜（振動板側）、１６ インク供給孔、１７ 隙間、１８ インク保護膜、２１ 圧力室、２３ リザーバ、２６ 共通電極、３２ 個別電極形成用凹部、３３ インク供給孔、３４ 電極取り出し部、３５ 封止材、４０ 駆動制御回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の個別電極が複数の凹部内にそれぞれ形成されたガラス製の電極基板と、
前記個別電極に隙間を介して対向する振動板を形成予定のシリコン基板とを接合して積層する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の前記電極基板との接合側面に、第１のダイヤモンドライクカーボン膜と第１のＳｉＯ2膜を成膜し、
前記シリコン基板と前記電極基板とを密着させて陽極接合し、
前記シリコン基板と前記電極基板とから構成される前記隙間に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、前記隙間に対面する前記第１のＳｉＯ2膜を除去すること
を特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記陽極接合の前に、前記個別電極上面に、第２のダイヤモンドライクカーボン膜と第２のＳｉＯ2膜を成膜し、
前記陽極接合の後に、前記エッチングガスまたはエッチング液によって、前記隙間に対面する前記第１のＳｉＯ2膜を除去すると同時に前記第２のＳｉＯ2膜を除去すること
を特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜する前に、前記第２のダイヤモンドライクカーボンを前記個別電極の上に固着させる下地膜を成膜することを特徴とする請求項２に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜した後に、前記個別電極上以外の領域に成膜された前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を除去することを特徴とする請求項２または３に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
複数の個別電極が複数の凹部内にそれぞれ形成されたガラス製の電極基板と、
前記個別電極に隙間を介して対向する振動板を形成予定のシリコン基板とを接合して積層する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の前記電極基板との接合側面に、第３のＳｉＯ2膜を成膜し、
前記電極基板の前記個別電極側面に、第４のダイヤモンドライクカーボン膜と第４のＳｉＯ2膜を成膜し、
前記シリコン基板と前記電極基板とを密着させて陽極接合し、
前記シリコン基板と前記電極基板とから構成される前記隙間に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、前記隙間に対面する前記第４のＳｉＯ2膜を除去すること
を特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜する前に、前記第４のダイヤモンドライクカーボンを前記個別電極の上に固着させる下地膜を成膜することを特徴とする請求項５に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜した後に、前記個別電極上以外の領域に成膜された前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を除去することを特徴とする請求項５または６に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
複数の個別電極が複数の凹部内にそれぞれ形成されたガラス製の電極基板と、
前記個別電極に隙間を介して対向する振動板を形成予定のシリコン基板とを接合して積層する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の前記電極基板との接合側面に、第１のダイヤモンドライクカーボン膜と第１のＳｉＯ2膜を成膜し、
前記シリコン基板と前記電極基板とを密着させて陽極接合し、
前記シリコン基板と前記電極基板とから構成される前記隙間に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、前記隙間に対面する前記第１のＳｉＯ2膜を除去すること
を特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記陽極接合の前に、前記個別電極上面に、第２のダイヤモンドライクカーボン膜と第２のＳｉＯ2膜を成膜し、
前記陽極接合の後に、前記エッチングガスまたはエッチング液によって、前記隙間に対面する前記第１のＳｉＯ2膜を除去すると同時に前記第２のＳｉＯ2膜を除去すること
を特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜する前に、前記第２のダイヤモンドライクカーボンを前記個別電極の上に固着させる下地膜を成膜することを特徴とする請求項２に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜した後に、前記個別電極上以外の領域に成膜された前記第２のダイヤモンドライクカーボン膜を除去することを特徴とする請求項２または３に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
複数の個別電極が複数の凹部内にそれぞれ形成されたガラス製の電極基板と、
前記個別電極に隙間を介して対向する振動板を形成予定のシリコン基板とを接合して積層する静電アクチュエータの製造方法であって、
前記シリコン基板の前記電極基板との接合側面に、第３のＳｉＯ2膜を成膜し、
前記電極基板の前記個別電極側面に、第４のダイヤモンドライクカーボン膜と第４のＳｉＯ2膜を成膜し、
前記シリコン基板と前記電極基板とを密着させて陽極接合し、
前記シリコン基板と前記電極基板とから構成される前記隙間に、エッチングガスまたはエッチング液を導入して、前記隙間に対面する前記第４のＳｉＯ2膜を除去すること
を特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜する前に、前記第４のダイヤモンドライクカーボンを前記個別電極の上に固着させる下地膜を成膜することを特徴とする請求項５に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を前記個別電極上に成膜した後に、前記個別電極上以外の領域に成膜された前記第４のダイヤモンドライクカーボン膜を除去することを特徴とする請求項５または６に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２５５３８９（Ｐ２００９−２５５３８９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０７０６３（Ｐ２００８−１０７０６３）
【出願日】平成２０年４月１６日（２００８．４．１６）
【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１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１６日（２００８．４．１６）
【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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