JP2002254641A

JP2002254641A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002254641A
Application number: JP2001060594A
Authority: JP
Inventors: Manabu Nishimura; 学西村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】振動板と電極側の吸着を防止するための工程
が複雑である。【解決手段】電極１５の表面には酸化膜１７を成膜
し、酸化膜１７の表面１７ａの算術平均粗さＲａを３．
０〜１０．０ｎｍの範囲内にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジ
ェット記録装置において使用するインクジェットヘッド
として、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連
通する吐出室（インク流路、インク室、圧力室、液室、
加圧室、加圧液室等とも称される。）と、この吐出室の
壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極と
を備え、振動板を静電力で変形させて、吐出室内の圧力
／体積を変化させることによりノズルからインク滴を吐
出させるインクジェットヘッドが知られている。

【０００３】このようなインクジェットヘッドでは、可
動部分となる振動板とこれに対向する電極で静電型アク
チュエータを構成している。振動板を可動部分とする静
電型アクチュエータは、上述したインクジェットヘッド
以外にも、マイクロポンプ、マイクロスイッチ（マイク
ロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（マイ
クロミラー）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも用
いられているが、以下ではインクジェットヘッドを主に
して説明する。

【０００４】このような静電型インクジェットヘッドと
して、従来、特開平９−３９２３５号公報に記載されて
いるように、振動板と電極間の間隔（ギャップ）は相対
的に大きな部分と小さな部分があり、それらが段階的に
変化している構造とすることにより、駆動電圧の低電圧
化を可能にするとともに、インク滴吐出量を段階的に制
御することを可能としたものがある。

【０００５】また、特開平９−１９３３７５号公報に記
載されているように、振動板（第１の電極）と対向電極
（第２の電極）間のギャップを非平行に形成することに
より、インク滴の噴射量・噴射速度のバラツキを抑える
ようにしたものがある。

【０００６】ところで、静電型インクジェットヘッドに
おいて、対向電極間（振動板と電極間）に繰り返し電圧
を印加してヘッドを駆動している間に、対向電極の表
面、即ち対向している振動板の電極側表面（以下単に
「振動板表面」という。）や電極の振動板側表面（以下
単に「電極側表面」という。）に水分が付着すると、こ
れらの極性分子の帯電によって、静電吸引特性あるいは
静電反発特性が低下するおそれがある。

【０００７】また、振動板表面や電極側表面に吸着した
極性分子が相互に水素結合して振動板が電極側に貼り付
いたままの状態となり、動作不能となるおそれがある。
さらに、水分が付着していなくても、ファン・デル・ワ
ールス力、静電引力により上記と同様に振動板が電極側
に貼り付いたままの状態となるおそれがある。

【０００８】特に、上述したように振動板と電極とを全
体的に或いは部分的に非平行状態で配置（これにより形
成される振動板と電極との間のギャップを「非平行ギャ
ップ」という。）した場合には、振動板を電極に当接さ
せながら変形させることで、低電圧駆動化が図れること
から、振動板と電極とが貼りついたままの状態になるこ
とを確実に防止する必要がある。

【０００９】そこで、従来の静電型インクジェットヘッ
ドにおいては、例えば、特開平７−１３００７号公報に
記載されているようにパーフルオロデカン酸（ＰＦＤ
Ａ）の配向分子層を振動板表面や電極側表面に形成する
ことにより、これらの表面を疎水化するようにしてい
る。

【００１０】また、特開平１１−１７９９１９号公報に
記載されているように、ヘキサメチルジシラザン等（Ｈ
ＭＤＡ）を用いて疎水化処理をすることが知られてい
る。これは、疎水膜を形成するための化合物を対向電極
の間の空間に気密封止して、耐久性を向上させるもので
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】確かに上記のように疎
水膜を形成するための化合物を対向電極の間の空間に気
密封止する方法によれば、液架橋力あるいは水素結合力
によるインク室底面の基板側への付着は防ぐことができ
るが、ファンデルワールス力や、静電引力による振動板
と電極との付着は防ぐことができない。

【００１２】また、上記封止作業は対向する振動板と電
極の表面間に疎水膜を形成するための化合物を注入した
後に、対向表面間の隙間に存在する疎水膜を形成するた
めの化合物の濃度が所定値以上に保たれた状態のまま、
迅速に、当該隙間を気密封止しなければならない。この
方法として複数の振動室に連連する連通孔を形成するこ
とが必要となり、アクチュエータの面積が増大し、コス
トアップになるという課題がある。

【００１３】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構成で振動板と電極との付着を防止して
動作安定性、信頼性を維持することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、非平行ギャ
ップを有するインクジェットヘッドにおいて、電極側又
は／及び振動板の対向面側表面の算術平均粗さＲａが
３．０〜１０．０ｎｍである構成としたものである。

【００１５】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、上記インクジェットヘッドを製造する方法であ
って、個々の開口部が使用するフォトリソグラフィー条
件により解像しないような複数の開口部からなり、且つ
個々の開口部の開口率が５０〜８０％であるパターンを
組み合わせたマスクを用いて、電極を設ける支持基板上
にレジストを塗布した後、開口部が解像しないように処
理を行うことで所定の形状を有するレジストを形成し、
このレジストの形状を支持基板に転写して電極を形成す
る底面が振動板に対して非平行になる凹部を形成するも
のである。

【００１６】本発明に係るインクジェットヘッドは、非
平行ギャップを有するインクジェットヘッドであって、
電極側又は／及び振動板の対向面側表面の算術平均粗さ
Ｒａが０．１〜３．０ｎｍである構成としたものであ
る。

【００１７】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、上記インクジェットヘッドを製造する製造方法
であって、個々の開口部が使用するフォトリソグラフィ
ー条件により解像しないような複数の開口部からなり、
且つ個々の開口部の開口率が１０〜４０％であるパター
ンを組み合わせたマスクを使用し、電極を設ける支持基
板上にレジストを塗布した後、開口部が解像しないよう
に処理を行うことで所定の形状を有するレジストを形成
し、このレジストの形状を支持基板に転写して電極を形
成する底面が振動板に対して非平行になる凹部を形成す
るものである。

【００１８】本発明に係るインクジェットヘッドは、電
極の絶縁保護膜の表面に凹凸を形成することが好まし
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。先ず、本発明の第１実施形態
に係るインクジェットヘッドについて図１乃至図４を参
照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明
図、図２は同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図、図
３は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図４は同
ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。

【００２０】このインクジェットヘッドは、単結晶シリ
コン基板を用いた第１基板である流路基板１と、この流
路基板１の下側に設けた単結晶シリコン基板を用いた第
２基板で支持基板でもある電極基板２と、流路基板１の
上側に設けた第３基板であるノズル板３とを積層した構
造を有し、インク滴を吐出する複数のノズル４、各ノズ
ル４が連通するインク流路である液室６、各液室６にイ
ンク供給路を兼ねた流体抵抗部７を介して連通する共通
液室８などを形成している。

【００２１】流路基板１にはノズル４が連通する複数の
液室６及びこの液室６の壁面である底部をなす振動板１
０（電極を兼ねている）を形成する凹部を形成してい
る。この振動板１０の面外方向（電極基板２側）表面に
は電極間の短絡を防止するためのシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ_２膜）からなる絶縁膜１１を形成している。

【００２２】ここで、流路基板１は、例えば（１１０）
面方位の単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板
厚さに高濃度ｐ型不純物（例えばボロン）を注入してエ
ッチングストップ層となる高濃度ボロン拡散層を形成
し、電極基板２と接合した後、液室６となる凹部をＫＯ
Ｈ水溶液などのアルカリエッチング液を用いて異方性エ
ッチングすることにより、このとき高濃度ボロン拡散層
がエッチングストップ層となって（エッチレートが極端
に小さくなって）振動板１０が高精度に形成される。高
濃度Ｐ型不純物としては、ボロンの他、ガリウム、アル
ミニウムなどもあるが、半導体分野ではボロンが一般的
である。

【００２３】また、流路基板１としては、ベース基板と
活性層基板とを酸化膜を介して接合したＳＯＩ（Ｓilic
on Ｏn Ｉnsulator）基板を用いることも可能である。
現在、高性能な半導体デバイス製造を目的として、１〜
３μｍほどのシリコン活性層（インクジェットヘッドで
はこの活性層を振動板１０に用いる。）を持つウェハを
容易に入手でき、コストの低減を図れる。

【００２４】電極基板２には、単結晶シリコン基板を用
いて、酸化膜１２を形成し、この酸化膜１２に電極形成
用凹部１４を形成し、この凹部１４の底面に振動板１０
に対して所定のギャップ１６を置いて対向する電極１５
を形成し、これらの振動板１０と電極１５とで振動板１
０を静電力で変形させる静電型アクチュエータを構成し
ている。そして、電極１５の表面には電極保護膜となる
酸化膜１７を成膜しているが、この電極保護膜は振動板
１０表面に形成することもできる。

【００２５】ここで、酸化膜１２に形成した凹部１４
は、振動板短手方向で底面の一端部側から徐々に振動板
１０との間隔が広がる傾斜面（非平行面）とし、残部が
振動板１０と平行となる形状に形成し、この凹部１４底
面に電極１５を形成することで、振動板１０に対して電
極１５は一部が非平行で、残部が平行となる状態で配置
し、これによりギャップ１６を非平行ギャップとしてい
る。

【００２６】そして、電極１５表面に形成した絶縁保護
膜（酸化膜）１７表面、即ち、電極側表面１７ａは算術
平均粗さＲａが３．０〜１０．０ｎｍになるように形成
している。

【００２７】ここで、電極１５は、例えばタングステン
サイド膜とポリシリコン膜の２層構造、或いは、金、通
常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡ
ｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ等の高融
点金属、不純物をドープした多結晶シリコン膜なども用
いることができる。この電極１５は外部に延設して電極
パッド部１５ａとし、この電極パッド部１５ａに電極ヘ
ッド駆動回路であるドライバＩＣ１９をワイヤボンドな
どによって搭載したＦＰＣケーブルを異方性導電膜など
を介して接続する。

【００２８】電極基板２には共通液室８へインクを供給
するためのインク取り入れ口２０を形成している。この
インク取入れ口２０にインク供給管を接着して接続する
ことにより、共通液室８、液室６等には、図示しないイ
ンクタンクからインク取入れ口２０を通して供給された
インクが充填されることが可能となる。なお、使用する
インクは、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチ
レングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを
溶解または分散させることにより調製される。さらに、
インクジェットヘッドにヒーター等を付設すれば、ホッ
トメルトインクも使用できる。

【００２９】ノズル板３には、多数のノズル４を形成す
るとともに、共通液室８と液室６を連通するための流体
抵抗部７を形成する溝部を形成している。ここでは、イ
ンク吐出面（ノズル表面側）には撥水性皮膜を成膜して
いる。このノズル板３にはガラス基板、プラスチック
板、ステンレス或いはコバール（Ｆｅ２９−Ｎｉ−１７
Ｃｏ）等の金属板、シリコン基板等を用いることができ
る。

【００３０】そして、流路基板１と電極基板２とはシリ
コンの直接接合で接合している。この場合、ギャップ
（振動室）１６の電極パッド１５ａ側の開口部は封止材
２１で封止している。これにより、ギャップ１６内に湿
気や異物が侵入して振動板１０が変位しなくなったり、
空気の流通による振動板１０の変位特性の変化が防止さ
れる。このとき、ギャップ（振動室）１６内を不活性ガ
ス或いは乾燥空気によって置換することにより、環境変
化時の結露を防止することもでき、より高信頼性の向上
を図れる。

【００３１】このように構成したインクジェットヘッド
の動作を簡単に説明すると、振動板１０を共通電極と
し、電極１５を個別電極として、振動板１０と電極１５
との間にドライバＩＣ１９から駆動波形を印加すること
により、振動板１０と電極１５との間に静電力（静電吸
引力）が発生して、振動板１０が電極１５側に変形変位
する。これにより、液室６の内容積が拡張されて内圧が
下がるため、流体抵抗部７を介して共通液室８から液室
６にインクが充填される。

【００３２】次いで、電極１５への電圧印加を断つと、
静電力が作用しなくなり、振動板１０はそれ自身のもつ
弾性によって復元する。この動作に伴い液室６の内圧が
上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。再び電極
に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板１
０は電極１５側に引き込まれる。したがって、振動板１
０と電極１５との間に記録画像に応じて駆動電圧を印加
することで記録画像に応じてインク滴を吐出させること
ができる。

【００３３】この場合、振動板１０に対して電極１５を
振動板短手方向で一部非平行状態で配置しているので、
振動板１０は電極１５とのギャップ長が短い側から変形
を開始し、振動板１０の変形に従って電極１５とのギャ
ップ長が漸次短くなり、静電吸引力はギャップ長が短く
なるほど大きくなるので、低い駆動電圧で振動板１０を
変形させることができて、低電圧駆動化を図れる。

【００３４】そして、このインクジェットヘッドにおい
ては、電極１５表面の酸化膜１７の表面の算術表面粗さ
Ｒａを３．０〜１０．０ｎｍの範囲内に形成しているの
で、振動板１０を酸化膜１７表面に当接させる当接駆動
（非平行ギャップの場合には通常当接駆動となる。）を
行った場合でも、振動板１０と酸化膜１７表面（電極側
最表面）との接触面積が小さくなり、振動板１０が電極
側表面に吸着、付着してアクチュエータ（振動板の変
位）が動作不能状態に陥ることが防止でき、安定した信
頼性の高い動作を行うことができる。

【００３５】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について図５乃至図８を参照して説明する。図５
（ａ）に示すように、支持基板（電極基板）２となる結
晶面方位（１１０）のシリコン基板３１上に絶縁膜とな
る熱酸化膜３２を厚さ２．０μm成長させ、フォトレジ
スト３３をスピンコート／プリベークを行った後、個々
の開口は解像しない多数の開口がギャップ形状に対応し
た開口率分布で配置されているフォトマスク（グラデー
ションマスク）３４を用いてレジスト３３を露光する。

【００３６】ここでは、グラデーションマスク３４の開
口率が５０〜８０％の範囲内としている。この開口率が
５０〜８０％で作製グラデーションマスク３４の一例を
図７に示している。また、この開口率が５０〜８０％で
作製グラデーションマスク３４の光透過率をシミュレー
ションにより計算した結果を図８に示している。

【００３７】また、レジスト３３としては、ＴＳＭＲ
ＣＲＢ−２（商品名、粘度：５０ｃｐ)を用いて、概ね
４６００rpmでスピンコートすることにより、１．７μm
程度の厚さに成膜した。そして、塗布後は９０℃−６０
secのプリベークを行い、露光はｉ線ステッパー（型
式：ＮＳＲ１７５５Ｉ７Ｂ；商品名、ＮＡ：０．５４、
λ：３６５ｎｍ）をもって、露光量１３５ｍＪ／ｃ
ｍ^２、フォーカスオフセット量は６．０μmの条件で行
った。条件は第1の非平行傾斜部分の最もレジスト膜厚
が薄い部分で約１０００Åのレジスト膜厚となるように
露光条件を設定した。

【００３８】上述したように開口率が５０〜８０％のグ
ラデーションマスク３４を用いた場合、図８のシミュレ
ーション結果から解るように開口率が大きいので、光透
過率分布に大きな凹凸があり、これがレジスト３３表面
にそのまま転写されることになる。

【００３９】そこで、図（ｂ）に示すように、現像処理
を行うと、前述した開口ピッチ及び露光条件では個々の
開口パターンは解像せずに、概ね平滑化された露光量分
布に対応したレジスト残膜厚分布が得られることにな
り、非平行ギャップの位置に対応して非平行ギャップに
対応して非平行部（傾斜部）３５ａ及び平行部３５ｂを
有する凹部３５がレジスト３３に形成される。しかも、
そのレジスト３３の凹部３５底面の表面には開口ピッチ
の間隔で凹凸が形成されている。

【００４０】次いで、図６（ａ）に示すように、レジス
ト３３及び絶縁膜３２を同時にエッチングすることによ
りレジスト３３の凹部３５に形状が絶縁膜３２に転写さ
れる。本実施例においては、ＣＦ_４／Ｏ_２ガス系を用い
たＲＩＥにより、レジスト３３のエッチレート約９００
０Å／min、酸化膜（絶縁膜）３２のエッチレート約３
０００Åの条件でのエッチングを行った。

【００４１】このときレジスト３３の凹部３５の非平行
部３５ａのレジストを完全にエッチングすることによ
り、レジスト形状を深さ方向に１／３に縮小したよう
な、非平行部１４ａと平行部１４ｂとを有する凹部１４
が酸化膜３２に形成され、このとき凹部３５の底面に存
在している凹凸も１／３に縮小されて酸化膜３２に転写
されるので、酸化膜３２の凹部１４の底面にも凹凸が形
成される。このとき、凹部１４の底面の算術平均粗さＲ
ａは約３．０〜４．０ｎｍとなった。なお、エッチング
条件を工夫してレジスト３３と酸化膜３２のエッチング
レート選択比を調整すればさらに大きな凹凸を酸化膜３
２に転写することも可能である。

【００４２】その後、同図（ｂ）に示すように、スパッ
タ法により電極材料を酸化膜３２表面に成膜し、フォト
リソ／エッチング工程によって電極形状にパターン化し
て電極１５を形成し、更に、酸化膜をＰＥ−ＣＶＤ法に
より成膜して、この酸化膜をパターニングして絶縁保護
膜である酸化膜１７を形成する。ここでは、ＴＥＯＳ＋
Ｏ_２ガスを用いてシリコン酸化膜を１５００Å成膜し
た。このとき、凹部１４底面の凹凸が電極１５及び酸化
膜１７表面にも反映されるので、電極側表面１７ａには
表面粗さＲａ＝３．０〜４．０ｎｍで凹凸が形成され
る。

【００４３】次いで、高濃度ボロン拡散層を形成したシ
リコン基板と電極基板であるシリコン基板３１とを直接
接合により９００〜１０００℃で接合を行い、ＫＯＨ水
溶液でシリコン基板をエッチングして、液室６及び高濃
度ボロン拡散層からなる振動板１０を形成した流路基板
１を得てアクチュエータを完成する。

【００４４】このように、個々の開口部が使用するフォ
トリソグラフィー条件により解像しないような複数の開
口部からなり、且つ個々の開口部の開口率が５０〜８０
％であるパターンを組み合わせたマスク３４を用いて、
電極を設ける支持基板上にレジストを塗布した後、開口
部が解像しないように処理を行うことで所定の形状を有
するレジストを形成し、このレジストの形状を支持基板
に転写して電極を形成する底面が振動板に対して非平行
になる凹部を形成することで、簡単な製造プロセスで非
平行ギャップを有し、且つ電極側表面の表面粗さＲａを
３．０〜１０ｎｍの範囲内にしたヘッドを得ることがで
きる。

【００４５】そして、振動板１０との接触面に適度な凹
凸を付けることで、非平行部のギャップが小さいことに
起因した、振動板１０の反発力不足による電極１５上の
絶縁膜１７と吸着して離れなくなることを防止できる。

【００４６】次に、本発明の第２実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図９を参照して説明する。な
お、同図は図４と同様な同ヘッドの振動板短手方向の要
部拡大断面説明図である。このインクジェットヘッドで
は、電極１５表面に形成した絶縁保護膜（酸化膜）２７
表面、即ち、電極側表面２７ａは算術平均粗さＲａが
０．１〜３．０ｎｍになるように形成している。

【００４７】すなわち、振動板１０の反発力が十分にあ
る場合は接触面の凹凸を少なくし、平坦に作り込んだ方
が電界集中による絶縁保護膜２７の耐圧低下を招くこと
もなく、且つ振動板１０と絶縁保護膜２７の接触面積が
多くなり低電圧駆動化を図れる。

【００４８】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について図１０乃至図１３を参照して説明する。図１
０（ａ）に示すように、支持基板（電極基板）２となる
結晶面方位（１１０）のシリコン基板３１上に絶縁膜と
なる熱酸化膜３２を厚さ２．０μm成長させ、フォトレ
ジスト３３をスピンコート／プリベークを行った後、個
々の開口は解像しない多数の開口がギャップ形状に対応
した開口率分布で配置されているフォトマスク（グラデ
ーションマスク）４４を用いてレジスト３３を露光す
る。

【００４９】ここでは、グラデーションマスク４４の開
口率が１０〜４０％の範囲内としている。この開口率が
１０〜４０％で作製グラデーションマスク４４の一例を
図１２に示している。また、この開口率が１０〜４０％
で作製グラデーションマスク４４の光透過率をシミュレ
ーションにより計算した結果を図１３に示している。

【００５０】また、レジスト３３としては、ＴＳＭＲ
ＣＲＢ−２（商品名、粘度：５０ｃｐ)を用いて、概ね
４６００rpmでスピンコートすることにより、１．７μm
程度の厚さに成膜した。そして、塗布後は９０℃−６０
secのプリベークを行い、露光はｉ線ステッパー（型
式：ＮＳＲ１７５５Ｉ７Ｂ；商品名、ＮＡ：０．５４、
λ：３６５ｎｍ）をもって、露光量１３５ｍＪ／ｃ
ｍ^２、フォーカスオフセット量は６．０μmの条件で行
った。条件は第1の非平行傾斜部分の最もレジスト膜厚
が薄い部分で約１０００Åのレジスト膜厚となるように
露光条件を設定した。

【００５１】上述したように開口率が１０〜４０％のグ
ラデーションマスク４４を用いた場合、図１３のシミュ
レーション結果から分かるように開口率が小さいので、
光透過率分布は凹凸の少ない滑らかな分布となり、これ
がレジスト３３表面にそのまま転写されることになっ
て、レジスト３３面も滑らかな面となる。

【００５２】そこで、図（ｂ）に示すように、現像処理
を行うと、前述した開口ピッチ及び露光条件では個々の
開口パターンは解像せずに、概ね平滑化された露光量分
布に対応したレジスト残膜厚分布が得られることにな
り、非平行ギャップの位置に対応して非平行ギャップに
対応して非平行部（傾斜部）４５ａ及び平行部４５ｂを
有する凹部４５がレジスト３３に形成される。このレジ
スト３３の凹部４５底面は滑らかな面になる。

【００５３】次いで、図１１（ａ）に示すように、レジ
スト３３及び絶縁膜３２を同時にエッチングすることに
よりレジスト３３の凹部４５に形状が絶縁膜３２に転写
される。本実施例においては、ＣＦ_４／Ｏ_２ガス系を用
いたＲＩＥにより、レジスト３３のエッチレート約９０
００Å／min、酸化膜（絶縁膜）４２のエッチレート約
３０００Åの条件でのエッチングを行った。

【００５４】このときレジスト３３の凹部４５の非平行
部４５ａのレジストを完全にエッチングすることによ
り、レジスト形状を深さ方向に１／３に縮小したよう
な、非平行部１４ａと平行部１４ｂとを有する凹部１４
が酸化膜３２に形成され、このとき凹部４５の底面は滑
らかな面になる。このとき、凹部１４の底面の算術平均
粗さＲａは約０．１〜３．０ｎｍとなった。

【００５５】その後、同図（ｂ）に示すように、スパッ
タ法により電極材料を酸化膜３２表面に成膜し、フォト
リソ／エッチング工程によって電極形状にパターン化し
て電極１５を形成し、更に、酸化膜をＰＥ−ＣＶＤ法に
より成膜して、この酸化膜をパターニングして絶縁保護
膜である酸化膜２７を形成する。ここでは、ＴＥＯＳ＋
Ｏ_２ガスを用いてシリコン酸化膜を１５００Å成膜し
た。このとき、凹部１４底面の凹凸が電極１５及び酸化
膜２７表面にも反映されるので、電極側表面２７ａには
表面粗さＲａ＝０．１〜３．０ｎｍの範囲内で滑らかな
面が形成される。

【００５６】次いで、高濃度ボロン拡散層を形成したシ
リコン基板と電極基板であるシリコン基板３１とを直接
接合により９００〜１０００℃で接合を行い、ＫＯＨ水
溶液でシリコン基板をエッチングして、液室６及び高濃
度ボロン拡散層からなる振動板１０を形成した流路基板
１を得てアクチュエータを完成する。

【００５７】次に、本発明の第３実施形態に係るインク
ジェットヘッドについてその製造工程とともに図１４を
参照して説明する。この実施形態では、同図（ａ）に示
すように、シリコン基板３１の絶縁膜３２に凹部１４を
形成し、電極１５及び絶縁保護膜１７を形成した後、レ
ジストを塗布してリソグラフィー法により所望のレジス
トパターニングを行うことで、絶縁保護膜１７に達する
開口３３ａを有するレジストパターン３３を形成し、こ
のレジストパターン３３をマスクとしてエッチングを行
うことで、同図（ｂ）に示すように絶縁保護膜１７表面
に３．０〜１０．０ｎｍ程度のエッチングを行って凹凸
１７ａを設ける。なお、エッチングはドライ、ウェット
のいずれでも良い。

【００５８】このようにすれば、特殊なマスクや製造方
法を用いることなく、振動板表面に凹凸を設けることが
でき、振動板の反発力不足による電極上の絶縁膜との吸
着が防止される。

【００５９】なお、上記各実施形態においては、電極側
表面の表面粗さに本発明を適用したが、振動板側表面の
表面粗さに本発明を適用することもできる。また、本発
明は振動板を可動板とする静電型マイクロアクチュエー
タ、例えば、マイクロポンプ、マイクロスイッチ（マイ
クロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（マ
イクロミラー）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも
同様に適用することができる。更に、例えば、インクジ
ェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、パ
ターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド
にも適用できる。

【００６０】さらに、上記実施形態においては、本発明
を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイ
ドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、
振動板変位方向とインク滴吐出方向とが直交するエッジ
シュータ方式のインクジェットヘッドにも同様に適用す
ることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、非平行ギャップを有するイ
ンクジェットヘッドにおいて、電極側又は／及び振動板
の対向面側表面の算術平均粗さＲａが３．０〜１０．０
ｎｍである構成としたので、振動板と電極側の接触面積
が小さくなり、反発力の小さい薄い振動板を用いた場合
でも振動板が電極側表面に吸着してしまうことを防止で
き、安定した信頼性の高いヘッドが得られる。

【００６２】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法によれば、個々の開口部が使用するフォトリソグラ
フィー条件により解像しないような複数の開口部からな
り、且つ個々の開口部の開口率が５０〜８０％であるパ
ターンを組み合わせたマスクを用いるので、簡単なプロ
セスで電極側側表面の算術平均粗さＲａを３．０〜１
０．０ｎｍの範囲内に形成することができる。

【００６３】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、電極側又は／及び振動板の対向面側表面の算術平均
粗さＲａが０．１〜３．０ｎｍである構成としたので、
振動板と電極側表面の接触面が滑らかになって接触面積
が大きくなり、反発力の大きな振動板を用いた場合の低
電圧駆動化を図れ、信頼性の高いヘッドが得られる。

【００６４】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法によれば、個々の開口部が使用するフォトリソグラ
フィー条件により解像しないような複数の開口部からな
り、且つ個々の開口部の開口率が１０〜４０％であるパ
ターンを組み合わせたマスクを使用するので、簡単なプ
ロセスで電極側表面の算術平均粗さＲａを０．１〜３．
０ｎｍに形成することができる。

【００６５】本発明に係るインクジェットヘッドは、電
極の絶縁保護膜の表面に凹凸を形成することで、振動板
と電極側の接触面積が小さくなり、反発力の小さい薄い
振動板を用いた場合でも振動板が電極側表面に吸着して
しまうことを防止でき、安定した信頼性の高いヘッドが
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの分解斜視説明図

【図２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図

【図３】同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図

【図４】同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部拡大断面
説明図

【図５】同ヘッドのアクチュエータ部の製造工程を説明
する断面説明図

【図６】図５に続く工程を説明する断面説明図

【図７】同工程で用いるグラデーションマスクの一例を
示す説明図

【図８】同マスクの光透過率のシュミレーション結果を
示す説明図

【図９】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの振動板短手方向に沿う断面説明図

【図１０】同ヘッドのアクチュエータ部の製造工程を説
明する断面説明図

【図１１】図５に続く工程を説明する断面説明図

【図１２】同工程で用いるグラデーションマスクの一例
を示す説明図

【図１３】同マスクの光透過率のシュミレーション結果
を示す説明図

【図１４】本発明の第３実施形態に係るインクジェット
ヘッドをその製造工程とともに説明する説明図

【符号の説明】

１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズ
ル、６…液室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…
振動板、１５…電極、１６…ギャップ、１７…酸化膜、
３４、４４…マスク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出するノズルが連通する液
室の一部の壁面を形成する振動板に対して非平行に電極
を配置し、前記振動板を静電力で変形させて前記ノズル
からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおい
て、前記電極側又は／及び振動板の対向面側表面の算術
平均粗さＲａが３．０〜１０．０ｎｍであることを特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
を製造する製造方法であって、個々の開口部が使用する
フォトリソグラフィー条件により解像しないような複数
の開口部からなり、且つ前記個々の開口部の開口率が５
０〜８０％であるパターンを組み合わせたマスクを用い
て、前記電極を設ける支持基板上にレジストを塗布した
後、前記開口部が解像しないように処理を行うことで所
定の形状を有するレジストを形成し、このレジストの形
状を前記支持基板に転写して前記電極を形成する底面が
前記振動板に対して非平行になる凹部を形成することを
特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】インク滴を吐出するノズルが連通する液
室の一部の壁面を形成する振動板に対して非平行に電極
を配置し、前記振動板を静電力で変形させて前記ノズル
からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおい
て、前記電極側又は／及び振動板の対向面側表面の算術
平均粗さＲａが０．１〜３．０ｎｍであることを特徴と
するインクジェットヘッド。
【請求項４】請求項３に記載のインクジェットヘッド
を製造する製造方法であって、個々の開口部が使用する
フォトリソグラフィー条件により解像しないような複数
の開口部からなり、且つ前記個々の開口部の開口率が１
０〜４０％であるパターンを組み合わせたマスクを使用
し、前記電極を設ける支持基板上にレジストを塗布した
後、前記開口部が解像しないように処理を行うことで所
定の形状を有するレジストを形成し、このレジストの形
状を前記支持基板に転写して前記電極を形成する底面が
前記振動板に対して非平行になる凹部を形成することを
特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記電極の絶縁保護膜の表面に凹凸を形成す
ることを特徴とするインクジェットヘッド。