JP2005238540A - 流体駆動装置と流体駆動装置の製造方法および静電駆動流体吐出装置と静電駆動流体吐出装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動板側電極を支柱中に延長形成することで、消費電力を低減するとともに振動板側電極と支柱との間の応力集中を防ぐことを可能とする。
【解決手段】流体に圧力変化を与える振動板１７と、振動板１７を駆動するもので振動板１７に第３絶縁膜１６を介して設けた振動板側電極１５と、振動板側電極１５に対向して設けた基板側電極１２と、振動板側電極１５と基板側電極１２との間に設けた空間３１と、基板側電極１２に対して空間３１を介して振動板側電極１５を支持する支柱２１とを備えた流体駆動装置１０において、振動板側電極１５は支柱２１中を通り支柱２１底部の一部に達するように延長形成されたものである。
【選択図】図１
【解決手段】流体に圧力変化を与える振動板１７と、振動板１７を駆動するもので振動板１７に第３絶縁膜１６を介して設けた振動板側電極１５と、振動板側電極１５に対向して設けた基板側電極１２と、振動板側電極１５と基板側電極１２との間に設けた空間３１と、基板側電極１２に対して空間３１を介して振動板側電極１５を支持する支柱２１とを備えた流体駆動装置１０において、振動板側電極１５は支柱２１中を通り支柱２１底部の一部に達するように延長形成されたものである。
【選択図】図１
Description
本発明は、振動板を振動させる電極に電圧を印加した際の振動板の変形により発生する応力が電極と支柱との間に集中するのを防止するとともに振動板の反発力を確保した流体駆動装置とこの流体駆動装置の製造方法およびこの流体駆動装置を用いた静電駆動流体吐出装置とこの静電駆動流体吐出装置の製造方法に関するものである。
写真画質の印刷物を高速にかつ高精細に印刷するというニーズに対応するプリンタとして、ｐｌ（ピコリットル）レベルの微細な容積のインクを吐出するインクジェット・プリンタヘッドが広範囲に利用されている。今後、さらに高い画質を高速にかつ高精細に印刷するニーズに対応するため、消費電力を増加させず、吐出性能を落とさずに、さらに高密度にノズルを配置することが求められている。
従来、インクジェット・プリンタヘッドに用いる微小薬液の駆動方法には、インク保持空間（いわゆるキャビティ）内に保持された微小流体（微小容積のインク）に対して、抵抗加熱方式とダイアフラム方式がある。抵抗加熱方式は、抵抗加熱により発生した気体（バブル）によりキャビティ内の流体をノズルから噴出する方法である。ダイアフラム方式は、ピエゾ素子などを用いた圧力印加手段（いわゆるダイアフラム）により流体をノズルから噴出する方法である。
上記抵抗加熱方式は、半導体プロセスにより作製可能なためコストが安く、抵抗発熱体を微小に作製することができるため、高密度にノズルを形成するには好都合であるが、電流によるジュール加熱を用いるため、ノズル数と共に消費電力が増加し、抵抗発熱体の冷却が必要なため吐出周波数を高くすることが難しい。
また、ピエゾ効果を用いたダイアフラム方式は、積層ピエゾタイプと単板ピエゾタイプに分類され、積層ピエゾタイプはピエゾアクチュエータをダイアフラムに貼り合せ、その後切削により素子分離を行うため、半導体プロセスは利用できず、製造工程が複雑であるために高コストである。また駆動距離が小さいためミリ（ｍｍ）レベルの長さにまで駆動面積を拡大して駆動容積を確保する必要があるので、高密度化が困難である。さらに、設計変更が容易ではないなどの問題点がある。
また、従来の静電駆動方式のインクジェットヘッドはエッチングにより薄く削ったＳｉ基板により振動板を形成し、下部電極を形成したガラスなどの基板と貼り合せて作製している。この方法では振動板の膜厚およびその均一性を管理するのが難しい。また振動板をＳｉ基板からエッチングにより行うことにより、Ｓｉ基板のほとんどの厚さを取り除くことになるため、生産性が悪く、振動板を数μｍ以下に薄く、均一に出来ないため低電圧駆動するには振動板の短辺を長く確保する必要があり、高密度化が難しい。また、基板どうしを貼り合せるために接合面を高精度に平滑化し、貼り合せるための接合面積を確保する必要があり、また貼り合せの時の重ね合わせ精度が±数μｍ必要で高密度化出来ない。さらに、約０.１〜０.２ｍｍ厚基板のハンドリングは容易でないなどの問題があった。
このため半導体製造プロセスで振動板を形成することで、振動板の膜厚管理を容易にし、基板の貼り合せを不要とし、駆動部の高密度化を可能にし、高い流体駆動力を得ると共に、高歩留・設計変更が容易といった生産性の向上を図った静電方式による流体駆動装置が求められている。
そこで、単板ピエゾタイプはほぼ半導体プロセスが利用できる上、コストも積層タイプにくらべ安く、消費電力も低下できている。しかしながら、ピエゾ素子の焼結により反りが発生し、多ノズル化した大型のヘッドの作製に難がある。一方、静電駆動を用いたダイアフラム方式は抵抗加熱、ピエゾ方式に比べても消費電力が非常に少なく、また高速駆動が可能である（例えば、特許文献１、２参照。）。
静電駆動を用いたダイアフラム方式としては、流体に圧力変化を与える振動板を備え、この振動板を駆動するもので振動板に絶縁膜を介して振動板側電極が設けられ、上記振動板側電極に対向してかつ空間を介して基板側電極が設けられていて、上記基板側電極に対して上記空間を介して振動板側電極を支持する支柱が設けられている流体駆動装置が、本願発明者らによって提案されている。
このような静電駆動流体吐出装置においては、振動板の強度（反発力）と消費電力が重要な仕様となる。例えば、静電駆動を用いたダイアフラム方式として、流体に圧力変化を与える振動板を備え、この振動板を駆動するもので振動板に絶縁膜を介して振動板側電極が設けられ、上記振動板側電極に対向してかつ空間を介して基板側電極が設けられていて、上記基板側電極に対して上記空間を介して振動板側電極を支持する支柱が設けられている流体駆動装置が、本願発明者らによって提案されている。この流体駆動装置のように、個別に形成されている振動板側電極を支柱にかからない大きさで長方形に形成した構成では、電圧を印加した場合、振動板の変形により応力が電極と支柱との間に集中し、振動板が弱くなり反発力が不足するという問題点が懸念される。
本発明の流体駆動装置は、流体に圧力変化を与える振動板と、前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱とを備えた流体駆動装置において、前記振動板側電極は前記支柱中を通り前記支柱底部の一部に達するように延長形成されたことを最も主要な特徴とする。
本発明の流体駆動装置は、流体に圧力変化を与える振動板と、前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱とを備えた流体駆動装置において、前記振動板側電極は前記支柱間に延長形成されたことを最も主要な特徴とする。
本発明の流体駆動装置の製造方法は、基板上に基板側電極を形成する工程と、前記基板側電極上に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜上で支柱形成領域を除いた領域に空間を形成するための犠牲層パターンを形成する工程と、前記犠牲層パターンを被覆する第２絶縁膜を形成する工程と、前記犠牲層パターン上方および前記犠牲層パターンの側壁側および前記支柱形成領域の底部の一部に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程と、前記振動板側電極を被覆する第３絶縁膜を形成する工程と、前記第３絶縁膜上に流体に圧力変化を与える振動板を形成する工程と、前記犠牲層パターンを除去して、前記犠牲層パターンを除去した領域に空間を形成するとともに、前記空間側部に形成された前記支柱形成領域に前記第２絶縁膜と前記振動板側電極と前記第３絶縁膜と前記振動板とによって前記支柱形成領域に支柱を形成する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
本発明の流体駆動装置の製造方法は、基板上に基板側電極を形成する工程と、前記基板側電極上に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜上で支柱形成領域を除いた領域に空間を形成するための犠牲層パターンを形成する工程と、前記犠牲層パターンを被覆する第２絶縁膜を形成する工程と、前記支柱形成領域間を含む前記犠牲層パターン上に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程と、前記振動板側電極を被覆する第３絶縁膜を形成する工程と、前記第３絶縁膜上に流体に圧力変化を与える振動板を形成する工程と、前記犠牲層パターンを除去して、前記犠牲層パターンを除去した領域に空間を形成するとともに、前記空間側部に形成された前記支柱形成領域に前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜と前記振動板とによって前記支柱形成領域に支柱を形成する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
本発明の静電駆動流体吐出装置は、流体に圧力変化を与える振動板と、前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱とを有し、前記振動板側電極は前記支柱中を通り前記支柱底部の一部に達するように延長形成され、前記振動板上に流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室が形成されていることを最も主要な特徴とする。
本発明の静電駆動流体吐出装置は、流体に圧力変化を与える振動板と、前記振動板を駆動するもので前記振動板に絶縁膜を介して設けた振動板側電極と、前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱とを有し、前記振動板側電極は前記支柱間に延長形成され、前記振動板上に流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室が形成されていることを最も主要な特徴とする。
本発明の静電駆動流体吐出装置の製造方法は、基板上に基板側電極を形成する工程と、前記基板側電極上に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜上で支柱形成領域を除いた領域に空間を形成するための犠牲層パターンを形成する工程と、前記犠牲層パターンを被覆する第２絶縁膜を形成する工程と、前記犠牲層パターン上方および前記犠牲層パターンの側壁側および前記支柱形成領域の底部の一部に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程と、前記振動板側電極を被覆する第３絶縁膜を形成する工程と、前記第３絶縁膜上に流体に圧力変化を与える振動板を形成する工程と、前記犠牲層パターンを除去して、前記犠牲層パターンを除去した領域に空間を形成するとともに、前記空間側部に形成された前記支柱形成領域に前記第２絶縁膜と前記振動板側電極と前記第３絶縁膜と前記振動板とによって前記支柱形成領域に支柱を形成する工程と、前記振動板上に前記第３絶縁膜を介して、流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室を形成する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
本発明の静電駆動流体吐出装置の製造方法は、基板上に基板側電極を形成する工程と、前記基板側電極上に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜上で支柱形成領域を除いた領域に空間を形成するための犠牲層パターンを形成する工程と、前記犠牲層パターンを被覆する第２絶縁膜を形成する工程と、前記支柱形成領域間を含む前記犠牲層パターン上に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程と、前記振動板側電極を被覆する第３絶縁膜を形成する工程と、前記第３絶縁膜上に流体に圧力変化を与える振動板を形成する工程と、前記犠牲層パターンを除去して、前記犠牲層パターンを除去した領域に空間を形成するとともに、前記空間側部に形成された前記支柱形成領域に前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜と前記振動板とによって前記支柱形成領域に支柱を形成する工程と、前記振動板上に前記第３絶縁膜を介して、流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室を形成する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
本発明の流体駆動装置は、振動板側電極が、支柱中を通り支柱底部の一部に達するように延長形成されている、または支柱間に延長形成されているため、支柱底部全体に至るように振動板側電極を形成した構成よりも振動板変形に寄与しない支柱底部に溜まる電荷量が少なくなり、電力が無駄に消費される量が低減される。また振動板側電極は支柱中を通り支柱底部の一部に達するように延長形成されている構成のもでは、振動板強度は、支柱に掛からないように振動板側電極を形成した構成よりも振動板側電極の膜厚分だけ肉厚となるため、支柱は強固となるという利点がある。
本発明の流体駆動装置の製造方法は、犠牲層パターン上方および犠牲層パターンの側壁側および支柱形成領域の底部の一部に第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程を備えているため、振動板側電極は支柱中を通り支柱底部の一部に達するように延長形成されるので、支柱底部全体にわたるように振動板側電極を形成した構成よりも振動板変形に寄与しない支柱底部に溜まる電荷量が少なくなり、電力が無駄に消費される量が低減される構成に形成することができる。また振動板強度は支柱に掛からないように振動板側電極を形成した構成よりも振動板側電極の膜厚分だけ肉厚となるため、支柱は強固となるように構成することができるという利点がある。
本発明の流体駆動装置の製造方法は、前記支柱形成領域間を含む前記犠牲層パターン上に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程を備えているため、支柱底部全体にわたるように振動板側電極を形成した構成よりも振動板変形に寄与しない支柱底部に溜まる電荷量が少なくなり、電力が無駄に消費される量が低減される構成に形成することができる。
本発明の静電駆動流体吐出装置は、本発明の流体駆動装置を備えることから、上述した本発明の流体駆動装置の利点を備えることができるとともに、高い流体駆動力を有し、かつ流体の吐出部、例えば液体ではノズル、気体では出射口を高密度化したこの種の静電駆動流体吐出装置を提供することができるという利点がある。
本発明の静電駆動流体吐出装置の製造方法は、本発明の流体駆動装置の製造方法を備えることから、上述した本発明の流体駆動装置の製造方法に係わる利点を備えることができるとともに、容易に、かつ精度良くかかる静電駆動流体吐出装置を製造することができる。また例えば、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板および圧力室、吐出部（ノズル、吐出口）などを有する例えばインクジェット・プリンタヘッドなどの静電駆動流体吐出装置の製造を可能にするという利点がある。
流体の駆動に十分な反発力を有する振動板を備えたうえで、無駄な電力消費を減らすことで消費電力を少なくし、振動板側電極と支柱との間に応力集中を起こすことを防ぐという目的を、振動板側電極を、支柱中に延長形成する構造、もしくは支柱間に延長形成する構造とすることで、製造方法に負荷を掛けることなく実現した。
本発明の流体駆動装置に係る一第１実施例を、図１によって説明する。図１（１）は平面レイアウト図の一部を示し、（２）は（１）中のＡ−Ａ線における概略構成断面を示し、図１（３）は図１（１）中のＢ−Ｂ線における概略構成断面を示すものである。なお、図１（１）と図１（２）、（３）図の縮尺は必ずしも一致させていない。また、流体駆動装置は並列に配置されるが、図面では一つの流体駆動装置に着目して、以下の説明を行う。
図１に示すように、表面が少なくとも絶縁層により形成された基板１１上には導電体薄膜からなるもので他の流体駆動装置（図示せず）と共通に用いられる基板側電極１２が形成されている。上記基板側電極１２上には第１絶縁膜１３が形成されている。この第１絶縁膜１３上に空間３１が形成されるように第２絶縁膜１４が形成されている。したがって、上記空間３１は、平面的に形成した第１絶縁膜と立体的に形成された第２絶縁膜１４によって構成されるもので、ほぼ直方体形状の空間であって、その空間３１の側部に入りこむようにかつ櫛歯状に第２絶縁膜１４を含む支柱２１が形成されているものである。なお、上記第１絶縁膜１３および第２絶縁膜１４は、後に説明する振動板側電極が撓んだ際に上記基板側電極１２に接触するのを避けるための絶縁膜である。
上記第２絶縁膜１４上には上記空間３１に対して第２絶縁膜１４を介して各独立に駆動される振動板側電極１５が形成されている。この振動板側電極１５は平面視（平面レイアウト図上方から見た場合）では矩形（方形もしくは長方形）に形成されていて、支柱形成領域では上記空間の側壁に沿って、かつ櫛歯状に形成される支柱２１側壁にそって形成されているもので、支柱２１の底部の一部に延長形成されていてもよいが、支柱２１の底部全面に形成されることは静電容量の増加を招いて消費電力が大きくなるので好ましくない。このように、振動板側電力１５は、長方形の電極を基本とし、空間３１の側部にそって櫛歯のごとく形成される支柱中に延長形成されている。また、隣接する振動板側電極１５間にリークが生じないようにするため、振動板側電極１５は互いに独立して形成されている。
上記第２絶縁膜１４上には上記振動板側電極１５を被覆する第３絶縁膜１６が形成されている。さらに上記第３絶縁膜１６上には流体に圧力変化を与えるもので、各独立に駆動される振動板側電極１１を一体に有した複数の振動板１７が並列配置され、各振動板１７を両持ち梁で支持するように支柱２１が基板１１上、実質第１絶縁膜１３上に形成されて構成されている。さらに振動板１７を被覆するように第３絶縁膜１６上には第４絶縁膜１８が形成されている。上記第３絶縁膜１６は、振動板側電極１５に対して振動板１７の応力を緩和する目的に形成されるものであり、応力緩和の必要がない場合には、省略することもできる。以上説明したように、上記支柱２１は、上記空間３１側部に入りこむように、櫛歯状に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４と振動板側電極１５と第３絶縁膜１６と振動板１７と第４絶縁膜１８とによって形成されている。
上記振動板１７は、図示の例では短冊状に形成され、振動板１７の側部に沿って夫々所定間隔（支柱間ピッチ）を置いて複数の支柱２１が形成されている。なお、この所定間隔（支柱間ピッチ）は２μｍ以上、１０μｍ以下が好ましく、５μｍが最適である。隣り合う振動板１７は支柱２１を介して連続して形成され、かつ支柱２１も振動板１７を含んで形成されている。したがって、振動板１７と基板側電極１２間の空間３１は、並列する複数の振動板１７の間で連通されている。各振動板１７間を連通する全体の空間３１は、密閉空間になるように形成されている。
上記各振動板１７の支柱２１の近傍、本実施例では１つの振動板１７の側部に沿う各支柱２１間には、後述する製造工程で犠牲層をエッチング除去するための気体または液体を導入するための開口部（図示せず）が形成されている。犠牲層をエッチング除去した後は、開口部は所要の部材により閉塞される。
上記基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板を用いることができ、その上に絶縁膜（図示せず）を形成したものである。したがって、基板１１は石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等を用いることもできる。この場合には、基板表面に絶縁膜を形成する必要はない。本実施例では基板１１に、表面にシリコン酸化膜等による絶縁膜を形成したシリコン基板を用いた。
上記基板側電極１２は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成される。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。また、選択酸化により、基板側電極パターンを形成後、Ｂ+、Ｐ+、Ｂ+と打ち込み、ｐ−Ｗｅｌｌ上にチャネルストップ層を形成後、砒素（Ａｓ）を打ち込みｎ+拡散層電極を形成することも可能である。同様にｎ−Ｗｅｌｌ上にｐ+拡散層電極を形成することも可能である。本実施例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成した。
上記振動板側電極１５は、上記基板側電極１２と同様の材料、成膜方法で形成することができる。すなわち、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成されることができる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。本実施例では、振動板側電極１５は不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成した。
振動板側電極１５は、第３絶縁膜１６を介して振動板１７に接合され、且つ振動板１７の折曲された下面凹部内に挿入されるように形成され、かつ、空間３１の側壁側に延長形成されている。振動板１７は、例えば絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。また振動板１７の上面には第４絶縁膜１８が形成され、この第４絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜で形成される。また、第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１６は、例えばシリコン酸化膜で形成することができる。したがって、振動板は、本実施例では実質的に、第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７、第４絶縁膜１８で構成される。
上記構成の流体駆動装置１は、基板側電極１２と振動板側電極１５との間に電圧を印加することにより振動板１８を振動させ、振動板１７上の流体に圧力変化を与えてその流体を移動させるものである。
本発明の流体駆動装置１は、振動板側電極１５は支柱２１中を通り支柱２１底部の一部に達するように延長形成されているため、支柱２１底部全体に至るように振動板側電極１５を形成した構成よりも振動板１７の変形に寄与しない支柱２１底部に溜まる電荷量が少なくなり、電力が無駄に消費される量が低減される。また振動板１７の強度は、支柱２１に掛からないように振動板側電極１５を形成した構成よりも、振動板側電極１５の膜厚分だけ肉厚となるために支柱２１は強固になるという利点がある。また、上記構成の流体駆動装置１の電極に３０Ｖを印加したときのチャージ密度および分布荷重６１ｋＰａを印加したときの変形量を調べた。その結果、チャージ密度は４．４ｆＦであり、変形量は１３ｎｍであった。一方、従来構造のように、振動板側電極を支柱の外側に設けた構成では、チャージ密度は１．７ｆＦと少ないが、変形量は１８６ｎｍと非常に大きくなり、振動板がやわらかくなりすぎ、反発力が不十分となった。また振動板側電極を支柱の底部全面まで延長形成した構成では、チャージ密度は５．１ｆＦと非常に大きくなり、消費電力の無駄が多くなったが、変形量は１３ｎｍと少なかった。このように、本発明の流体駆動装置１は、チャージ密度をあまり増加させずに、少ない変形量とすることができた。
本発明の流体駆動装置の製造方法に係る第１実施例を、図２〜図１２の製造工程図によって説明する。なお、図２〜図１２の製造工程図は、主として前記図１（１）に示した平面レイアウト図に示したＡ−Ａ線断面およびＢ−Ｂ線断面と同様な位置における断面構造を示す。なお、図４では、犠牲層パターンの平面レイアウト図も併せて示した。
図２に示すように、表面が少なくとも絶縁性の基板１１を用意する。この基板１１は、例えば本実施例ではシリコン基板上に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を形成した基板を用いた。上記基板１１上に共通の基板側電極１２を形成する。基板側電極１２は、本実施例では、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法によりアモルファスシリコン膜を成膜した後、不純物として例えば燐（Ｐ）をドーピングする。その後、熱処理によってドーピングした不純物を活性化し、導電性を有する電極として形成した。これにより多結晶シリコンの基板側電極１２が形成される。
上記基板側電極１２は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成したが、例えば金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成することもできる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。また、選択酸化により、基板側電極パターンを形成後、Ｂ+、Ｐ+、Ｂ+と打ち込み、ｐ−Ｗｅｌｌ上にチャネルストップ層を形成後、砒素（Ａｓ）を打ち込みｎ+拡散層電極を形成することも可能である。同様にｎ−Ｗｅｌｌ上にｐ+拡散層電極を形成することも可能である。
次に、図３に示すように、基板側電極１２の表面上に第１絶縁膜１３を形成する。第１絶縁膜１３は、例えば１０００℃程度の高温の減圧ＣＶＤ法または熱酸化法により形成することができる。この第１絶縁膜１３は、基板側電極１１の保護膜、後述する犠牲層をエッチングするエッチング液またはエッチングガスに対して耐性のある膜、さらに振動板と基板側電極が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極１１に当接した場合のショート防止等の機能を有することが求められる。第１絶縁膜１３としては、例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）によるエッチングガスを用いるときは酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜とし、例えばフッ酸によるエッチング液を用いるときは窒化シリコン（ＳｉＮ）膜とすることができる。次に、第１絶縁膜１３の全面上に犠牲層４１を形成する。犠牲層４１として、本実施例では多結晶シリコン膜をＣＶＤ法より堆積する。
次に、図４に示すように、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、後に形成する振動板を支える支柱（いわゆるアンカー）を形成すべき部分（図示はしないが補助支柱を形成する場合にはその補助支柱に対応する部分も含む）の犠牲層４１を選択的にエッチング除去し開口部４２を形成して、犠牲層パターン４３を形成する。すなわち、一つの犠牲層パターン４３は、基本的には直方体形状に形成され、支柱が形成される領域は櫛歯形状に除去されて、その除去部分が上記開口部４２となり、隣接する流体駆動装置の空間を形成するための犠牲層パターン４３と連通する領域は犠牲層４１によって櫛歯形状に形成されている。なお、この犠牲層４１のエッチングは、櫛歯形状に形成する部分があるため、高精度な加工ができるドライエッチングが好ましい。
次に、図５に示すように、上記第１絶縁膜１３上に、上記犠牲層パターン４３の表面を被覆する第２絶縁膜１４を形成する。この第２絶縁膜１４は、第１絶縁膜１３と同様に犠牲層４１をエッチングするエッチング液またはエッチングガスに対して耐性を有する膜で形成する。本実施例では多結晶シリコン膜による犠牲層４１を例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）を用いてエッチング除去するので、第２絶縁膜１４としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を熱酸化またはＣＶＤにより形成する。また、上記第１、第２絶縁膜１３、１４は、振動板側電極の保護、振動板と基板側電極１２が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極１２に当接した場合のショート防止等の機能を有することが求められる。また、フッ酸により、酸化シリコン（ＳｉＯ2膜）犠牲層をエッチングするように犠牲層のエッチャントで基板側電極がエッチングされない場合で、かつ第２絶縁膜１４のみでも十分な耐圧が確保できる場合は第１絶縁膜を省略することが可能である。
次に、図６に示すように、上記第２絶縁膜１４上に各独立した振動板側電極１５を形成する。振動板側電極１５は、本実施例では、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法によりアモルファスシリコン膜を成膜した後、不純物として例えば燐（Ｐ）をドーピングする。その後、熱処理によってドーピングした不純物を活性化し、導電性を有する電極として形成した。これにより多結晶シリコンの振動板側電極１５が形成される。振動板側電極１５は支柱の中にも形成するため、犠牲層パターン４３上方および犠牲層パターン４３の側壁側および支柱形成領域の底部の一部に第２絶縁膜１４を介して形成される。本実施例では、支柱底部の一部にも振動板側電極１５が延長形成されているが、側壁部分のみに延長形成する構成でもよい。
上記振動板側電極１５は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成したが、例えば金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成することもできる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。
次に、図７に示すように、上記振動板側電極１５を被覆する第３絶縁膜１６を形成する。この第３絶縁膜１６は、例えば振動板側電極１５の表面を熱酸化してシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜で形成してもよく、または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって酸化シリコンを堆積して形成してもよい。上記第３絶縁膜１６は、振動板側電極１５に対して後に形成する振動板１７の応力を緩和する目的に形成されるものであり、応力緩和の必要がない場合には、省略することもできる。
次に、図８に示すように、第３絶縁膜１６上の全面に流体に圧力変化を与える振動板１７を形成する。上記振動板１７は、例えば絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。その成膜方法としては、例えば減圧ＣＶＤ法が挙げられる。上記のように振動板１７をシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成することにより、振動板１７は引っ張りの応力を有するものとなり、かつ反発力の高いものとなるので、振動板として好都合なものとなる。
次に、図９に示すように、振動板１７を被覆する第４絶縁膜１８を形成する。この第４絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜で形成される。この絶縁膜１８としては、例えば流体として、インク、薬液、その他の液体を用いるときにはその液体接触面に、親水性の絶縁膜１８を形成する。流体として気体を用いるときは気体に対して耐性のある絶縁膜１８を形成する。犠牲層パターン４３のエッチングに際して六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスを用いるときは、このエッチングガスに対して耐性もある酸化膜（例えばシリコン酸化膜）で絶縁膜１８を形成することが好ましい。
シリコン窒化膜による振動板１７は第３絶縁膜１６と第４絶縁膜１８により挟まれる構成となっているが、この構成は引張り応力を有するシリコン窒化膜と圧縮応力を有するシリコン酸化膜との積層構造を形成する場合には振動板の反りを防ぐ上で有効である。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層構造では引張りと圧縮応力の相乗効果により、振動板が大きく凹状になってしまい振動板の変位量が不足する。シリコン窒化膜の両側をシリコン酸化膜で覆うことでこの反りを緩和することができる。したがって、振動板は、本実施例では実質的に、第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７、第４絶縁膜１８で構成される。
また、支柱２１は、上記犠牲層パターン４３の側部側に入りこむように、櫛歯状に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４と振動板側電極１５と第３絶縁膜１６と振動板１７と第４絶縁膜１８とによって形成される。
次に、図１０に示すように、支柱２１の近傍に第４絶縁膜１８、振動板１７、第３絶縁膜１６、第２絶縁膜１４等を貫通して犠牲層パターン４３が露出するように開口部４４を形成する。この開口部４４は、犠牲層パターン４３をエッチング除去する際の抜き孔となるものであり、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性ドライエッチングで形成することができる。なお、この開口部は２μｍ角の方形以下で十分であり、小さいほど閉塞しやすい。ドライエッチングの場合、０.５μｍ角の方形でも十分犠牲層エッチングが可能であることが確認した。さらに本例では、薄い振動板１７を用いた場合、振動板１７自体の反発力を高めるために、振動板１７の中央部直下に補助支柱（いわゆるポスト）（図示せず）を支柱２１と同時に形成することも可能である。
次に、図１１に示すように、開口部４４を通じてエッチング液またはエッチングガスを導入し、本実施例では六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスを導入して犠牲層パターン４３〔前記図１０参照〕をエッチング除去し、振動板側電極１５を一体に有する振動板１７と基板側電極１２との間に空間３１を形成する。この場合、開口部４４が振動板１７の長辺に沿って複数形成され、開口部４４を通して振動板１７の短辺に沿う方向にエッチングが進められるので、短時間でのエッチングが可能になる。犠牲層パターン４３として多結晶シリコンのようなシリコンを使用した場合には六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスによりエッチング除去することができる。犠牲層パターン４３としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を使用した場合には、フッ酸のエッチング液によりエッチング除去することができる。犠牲層パターン４３をエッチング液で除去したときには乾燥処理を行う。この結果、犠牲層パターン４３を除去した領域に空間３１を形成するとともに、この空間３１側部に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７および第４絶縁膜１８とによって支柱形成領域に支柱２１が形成される。
次に、図１２に示すように、上記開口部４４を封止部材４５によって封止する。封止にはアルミニウム（Ａｌ）などの金属スパッタリング法による封止も可能であるが、振動室となる空間３１が減圧になるため振動板１７が凹状になり、振動板１７の支柱２１（もしくは補助支柱）の近傍に応力が常にかかる。また凹状となることにより振動板１７の可動範囲は狭くなる。この点を考慮して、例えばボロン・リン・シリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜を成膜した後、リフロー処理により開口部４４を埋める方法を採ることもできる。リフロー処理の際、窒素（Ｎ2）加圧雰囲気で行うことにより振動室となる空間３１の圧力を所望の値にすることが可能になる。また、後述の圧力室を形成する部材の粘性を利用して開口部４４を塞ぐこともできる。このようにして、流体駆動装置１が製造される。
本発明の流体駆動装置１の製造方法は、犠牲層パターン４３上方および犠牲層パターン４３の側壁側および支柱形成領域の底部の一部に第２絶縁膜１４を介して振動板側電極１５を形成する工程を備えているため、振動板側電極１５は支柱２１中を通り支柱２１底部の一部に達するように延長形成されるので、支柱２１底部全体にわたるように振動板側電極を形成した構成よりも振動板１７の変形に寄与しない支柱２１底部に溜まる電荷量が少なくなり、電力が無駄に消費される量が低減される構成に形成することができる。また振動板１７の強度は支柱２１に掛からないように振動板側電極を形成した構成よりも振動板側電極１５の膜厚分だけ肉厚となるため、支柱２１は強固となるように構成することができるという利点がある。
次に、本発明の静電駆動流体吐出装置に係る第１実施例を、図１３の概略構成斜視図および図１４の概略構成断面図によって説明する。この実施例では、一例として、本発明の流体駆動装置を用いた静電駆動流体吐出装置の一例として静電ヘッドを説明する。
まず、図１３に示すように、本実施の形態に係る静電駆動流体吐出装置（静電ヘッド）１は、静電気力により駆動（振動）する複数の振動板１７を高密度に並列配置してなる流体駆動装置２と、その各振動板１７上に対応する位置にそれぞれ流体６１（矢印で示す）が溜められる圧力室（いわゆるキャビティ）２２および流体６１を外部に吐出する吐出部５３、本例ではノズル（流体として液体を用いるので）が形成された隔壁構体５４を備えた、いわゆる流体供給部５５とから成る。また、図面に示した構成では、支柱（アンカー）２１間に補助支柱（ポスト）２３が形成された構成を示した。
また、図１４に示すように、本発明の流体駆動装置１に対し、振動板１７を支持する支柱２１に対応する位置に流体供給部５５の隔壁５２が形成されるように、圧力室５１およびノズル５３を有した隔壁構体が形成されている。つまり流体供給部５５が配置される。圧力室５１は流体の供給路（図示せず）に連通している。
次に、上記静電駆動流体吐出装置２の動作を、前記図１５を用いて説明する。なお、下記の説明において前記図１、図１３、図１４等によって説明した構成部品と同様な下記構成部品には同一符号を付与して説明する。
図１５（１）に示すように、流体駆動装置１において、基板側電極１２と振動板側電極１５間に所要の電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板側電極１５を有する振動板１７が基板側電極１２の側にたわむ。逆に、基板側電極１２および振動板側電極１５間への電圧印加を開放すると、図１５（２）に示すように、振動板１７は静電力から開放され、自身の復元力により減衰振動する。この振動板１７の上下駆動による圧力室５１の容積変動で、圧力室５１内の流体６１がノズル５３から外部に吐出され、また圧力室５１内へ流体６１が供給される。振動板１７が基板側電極１２の側にたわむと、空間３１が閉空間の場合にその振動板１７と基板側電極１２との間の空気は圧縮されるために振動板１７のたわみを阻害しようとするが、支柱２１（補助支柱２３）での支持構造であるので、隣接する振動板１７下の空間３１に圧縮された空気を逃がすことができ、十分に振動板１７をたわませることができる。
次に、本発明の静電駆動流体吐出装置の製造方法に係る第１実施例を、図１６、図１７の製造工程図によって説明する。なお、図１６、図１７の工程図は、前記図１（１）に示した平面レイアウト図に示したＡ−Ａ線断面およびＢ−Ｂ線断面と同様な位置における断面構造を示す。
前記図２〜図１２によって説明した製造方法により流体駆動装置１を製造した後、図１６に示すように、流体駆動装置１上に、隔壁形成膜を成膜する。この隔壁形成膜は、例えば光硬化性樹脂材料、例えば感光性を有するエポキシ樹脂材料で形成することができる。その後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、上記隔壁形成膜をパターニングし、流体を溜める圧力室（いわゆるチャンバー）５１およびこの圧力室５１に連通する流体の供給流路（図示せず）を構成する隔壁５２（５２Ａ）を形成する。すなわち、振動板１７上に圧力室５１を形成し、例えば隣接する流体駆動装置１の支柱２１間上に圧力室５１を構成するための隔壁５２を形成する。
次に、図１７に示すように、各圧力室５１の上部を閉塞するように、吐出部（例えばノズル）５３を有する隔壁５２（５２Ｂ）を上記隔壁５２Ａの上端面に接合もしくは接着する。この隔壁５２Ｂは、例えばシート状体（いわゆるノズルシート）からなり、例えば、ニッケル、ステンレスなどの金属、またはＳｉウェーハなどの所要の材料で形成することができる。上記説明した工程を経て、本発明の静電駆動流体吐出装置２を得る。
なお、上記光硬化性樹脂の粘性を調節することで、前記図１２によって説明した振動板１７の開口部４４を金属スパッタリングによって封止部材４５を形成せずに、この光硬化性樹脂を用いて封止部材４５を形成して封止することができる。
本実施例に係る流体駆動装置１によれば、振動板１７を静電気力によりたわませ、その復元力を駆動力とすることにより、微小流体を精度良く制御して供給することが可能になる。振動板１７の中間部の直下に補助支柱２３を設けるときは、振動板１７を薄くしても、または振動板１７の短辺幅を長くしても、振動板１７の支柱２１間の長さが見かけ上短くなり、振動板１７の反発力を大きくできるので必要な駆動力が得られる。
振動板１７をこれと一体の複数の支柱２１により支持し、支柱２１の近傍に犠牲層パターン４３をエッチングする際のエッチャント導入用の開口部４４を設けた構成とすることにより、長辺約０.５ｍｍ〜３ｍｍ、短辺約１５μｍ〜１００μｍの振動板１７と基板側電極１２間の空間３１の形成において、振動板１７下の犠牲層パターン４３を除去することにより形成される空間３１を短辺側に向かってエッチング形成することができるため、短時間でのエッチングが可能となるとともに、各隣り合う振動板１７下の空間３１を同時に、かつ精度良く形成することを可能にする。したがって、流体に対する駆動力を確保して高密度化を可能にした流体駆動装置１を提供することができる。
下部の基板側電極１２を共通電極とし、上部の振動板側電極１５を複数の独立電極として形成することにより、振動板１７下面を平らに形成することができる。下部の基板側電極１２を個別にした場合は、電極の厚さに起因する段差が振動板１７の段差となって現れるため、振動板１７の引張り応力がその段差で緩和されてしまい、引張り応力が有効に働かない。一方、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜による振動板１７と多結晶シリコン（Ｓｉ）からなる振動板側電極１５は、振動板１７の段差部によって形成された下面側に第３絶縁膜１６を介して振動板側電極１５が密着して配置されているので、振動板１７に段差部があても振動板１７の張力が段差部で吸収されることがない。
なお、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜による振動板１７と多結晶シリコン（Ｓｉ）からなる振動板側電極１５の上下関係を入れ替えた場合、すなわち窒化シリコン膜による振動板１７を先に形成し、その上に多結晶シリコンの振動板側電極１５を形成した場合、振動板１７が平坦にできるが、基板側電極１２と振動板側電極１５との間に印加された電圧は比誘電率の高いＳｉＮ膜にも分配されるため、振動板１７下面と基板側電極１２上面の空間３１に働く実効電圧が低下し、それにつれて静電引力が低下し、振動板１７の変位量も低下するため、低消費電力駆動を目指す場合に不利となる。
圧力室５１に供給される流体６１が液体の場合、液体が接する部分が導体であると液体６１に導体表面より気泡ができたり、導体表面が腐食することがあるが、本実施例では振動板側電極１５上に振動板１７があり、振動板１７の表面が第４絶縁膜１８で被覆されているので、その様な問題は発生しない。
また、流体６１が液体の場合、振動板１７の表面に親水性膜の第４絶縁膜１８を形成することにより、圧力室５１内への液体６１の流入を円滑に行わせることができる。また、流体６１が気体の場合には、振動板１７の表面に気体に対して耐性のある第４絶縁膜１８を形成することにより、振動板１７が気体で侵されることがない。
本実施例に係る流体駆動装置１の製造方法によれば、犠牲層４１、振動板１７を気相形成することにより、次のような効果を奏する。電極間間隔の均一性、振動板１７の膜厚の均一性が高くなり、各振動板１７間の動作電圧のバラツキが小さくなる。振動板１７の表面の平坦度が高くなる。電極間隔、振動板１７の膜厚の制御が容易になり、成膜時間、温度により所望の膜厚の振動板１７を容易に作ることができる。一般の半導体プロセスで容易に作成することができるので、量産性にも優れる。
支柱２１の近傍に開口部４４を形成し、この開口部４４を通して犠牲層パターン４３をエッチング除去するので、精度良く振動板１７と基板側電極１２間の空間３１を形成することができる。開口部４４は振動板１７の長手方向に沿って複数形成されるので、犠牲層パターン４３のエッチングは振動板１７の短辺方向になされ、エッチング時間の短縮が図れる。
本実施例に係る静電駆動流体吐出装置２によれば、上述の流体駆動装置１を備えることにより、流体６１の吐出部５３、本実施例ではノズルを高密度に配置できると共に、高い駆動力で微小量の流体６１を精度良く制御して供給することができる。
静電駆動流体吐出装置２は、圧力室５１として、高圧力室、中圧力室および低圧力室が複数設けられ、各圧力室５１を連結し、各圧力室５１間に逆流防止弁を配置して圧力差で流体を流すようにした構成のものも含む。その一例を図１８によって説明する。図１８では、図１８（１）に平面図を示し、図１８（２）に断面図を示し、図１８（３）、（４）に動作を説明する断面図を示す。
図１８（１）、（２）に示すように、静電駆動流体吐出装置２は、本発明の流体駆動装置１を備え、流体駆動装置１のそれぞれ上部に圧力室５１が設けられていて、これらが複数設けられているものである。上記圧力室５１は、例えば高圧力室、中圧力室および低圧力室が設けられ、各圧力室５１は流路７１、７２によって連結され、各圧力室５１間には逆流防止弁７５、７６が配置されている。この逆流防止弁７５、７６は、下流側を支点として開閉するものである。図面中の矢印は流体の流れる方向を示す。
上記静電駆動流体吐出装置２は、図１８（３）に示すように、流体駆動装置１において、基板側電極１２と振動板側電極１５間に所要の電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板側電極１５を有する振動板１７が基板側電極１２の側にたわむ。逆に、基板側電極１２および振動板側電極１５間への電圧印加を開放すると、図１８（４）に示すように、振動板１７は静電力から開放され、自身の復元力により減衰振動する。この振動板１７の上下駆動により圧力室５１が容積変動を起こす。図１８（３）に示すように、圧力室５１の容積が拡大されると、圧力室５１は減圧されるので、下流側に対して負圧状態となり逆流防止弁７５は開放状態となる。一方、上流側に対しても負圧状態となるので逆流防止弁７６は閉塞される。そして、図１８（４）に示すように、圧力室５１の容積が縮小されると、圧力室５１は加圧されるので、下流側に対して高圧状態となり逆流防止弁７５は閉塞状態となり、一方、上流側に対しても高圧状態となるので逆流防止弁７６は開放される。このようにして、圧力室５１の前後に圧力差を生じさせることで流体６１を矢印方向に送給することができる。
静電駆動流体吐出装置１２は、図示はしないが、流体として気体を用いるときは、基本的に圧力室５１の外部への吐出口に弁を設けるようにして構成することができる。
本発明では、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板１７を含む流体駆動装置１、流体の圧力室５１および吐出部（例えばノズル）５３を有する隔壁構体５４から成る静電駆動流体吐出装置１２を製造方法することが可能になる。支柱２１の近傍に設けた開口部４４より犠牲層パターン４３をエッチング除去する工程を含めて、標準的な半導体プロセスを利用できるので、流体駆動装置１、静電駆動流体吐出装置２のコスト低減が図れる。
なお、流体駆動装置１上に、別途形成した吐出部（例えばノズル）５３、圧力室５１および流体供給流路（図示せず）を有する隔壁構体５４を貼り合わせて、静電駆動流体吐出装置２を製造することもできる。また開口部４４としては、例えば図１９に示すように、１つの支柱２１の近傍に複数形成することもできる。図面では、支柱２１の長手方向両側に２個ずつ、短手方向に１個ずつ形成されているが、その個数は適宜選択できる。また、形成位置についても適宜選択できる。また、支柱２１、補助支柱２３は、振動板１７、振動板側電極１５および第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１６、第４絶縁膜１８を構成する材料の一部で形成することができる。
次に、本発明の流体駆動装置に係る第２実施例を、図２０によって説明する。この第２実施例の流体駆動装置は、前記第１実施例で説明した流体駆動装置において、振動板側電極の構成が異なるだけである。よって、以下の説明においては、第１実施例と同様なる構成部品には同一符号を付与した。また、図２０（１）は平面レイアウト図の一部を示し、図２０（２）は図２０（１）中のＡ−Ａ線における概略構成断面を示し、図２０（３）は図２０（１）中のＢ−Ｂ線における概略構成断面を示すものである。なお、図２０（１）と図２０（２）、（３）の縮尺は必ずしも一致させていない。また、流体駆動装置は並列に配置されるが、図面では一つの流体駆動装置に着目して、以下の説明を行う。
図２０に示すように、表面が少なくとも絶縁層により形成された基板１１上には導電体薄膜からなるもので他の流体駆動装置（図示せず）と共通に用いられる基板側電極１２が形成されている。上記基板側電極１２上には第１絶縁膜１３が形成されている。この第１絶縁膜１３上に空間３１が形成されるように第２絶縁膜１４が形成されている。したがって、上記空間３１は、平面的に形成した第１絶縁膜と立体的に形成された第２絶縁膜１４によって構成されるもので、ほぼ直方体形状の空間であって、その空間３１の側部に入りこむようにかつ櫛歯状に第２絶縁膜１４を含む支柱２１が形成されているものである。なお、上記第１絶縁膜１３および第２絶縁膜１４は、後に説明する振動板側電極が撓んだ際に上記基板側電極１２に接触するのを避けるための絶縁膜である。
上記第２絶縁膜１４上には上記空間３１に対して第２絶縁膜１４を介して各独立に駆動される振動板側電極１５が形成されている。この振動板側電極１５は平面視（平面レイアウト図上方から見た場合）では矩形（方形もしくは長方形）に形成されていて、支柱形成領域間に延長形成されている。したがって、振動板側電極１５は、支柱形成領域間に櫛歯状に形成されている。このように、振動板側電力１５は、長方形の電極を基本とし、櫛歯のごとく支柱形成領域間に延長形成されている。また、隣接する振動板側電極１５間にリークが生じないようにするため、振動板側電極１５は互いに独立して形成されている。
上記第２絶縁膜１４上には上記振動板側電極１５を被覆する第３絶縁膜１６が形成されている。さらに上記第３絶縁膜１６上には流体に圧力変化を与えるもので、各独立に駆動される振動板側電極１１を一体に有した複数の振動板１７が並列配置され、各振動板１７を両持ち梁で支持するように支柱２１が基板１１上、実質第１絶縁膜１３上に形成されて構成されている。さらに振動板１７を被覆するように第３絶縁膜１６上には第４絶縁膜１８が形成されている。上記第３絶縁膜１６は、振動板側電極１５に対して振動板１７の応力を緩和する目的で形成されるものであり、応力緩和の必要がない場合には、省略することもできる。以上説明したように、上記支柱２１は、上記空間３１側部に入りこむように、櫛歯状に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４と振動板側電極１５と第３絶縁膜１６と振動板１７と第４絶縁膜１８とによって形成されている。
上記振動板１７は、図示の例では短冊状に形成され、振動板１７の側部に沿って夫々所定間隔（支柱間ピッチ）を置いて複数の支柱２１が形成されている。なお、この所定間隔（支柱間ピッチ）は２μｍ以上、１０μｍ以下が好ましく、５μｍが最適である。隣り合う振動板１７は支柱２１を介して連続して形成され、かつ支柱２１も振動板１７を含んで形成されている。したがって、振動板１７と基板側電極１２間の空間３１は、並列する複数の振動板１７の間で連通されている。各振動板１７間を連通する全体の空間３１は、密閉空間になるように形成されている。
上記各振動板１７の支柱２１の近傍、本実施例では１つの振動板１７の側部に沿う各支柱２１間には、後述する製造工程で犠牲層をエッチング除去するための気体または液体を導入するための開口部（図示せず）が形成されている。犠牲層をエッチング除去した後は、開口部は所要の部材により閉塞される。
上記基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板を用いることができ、その上に絶縁膜（図示せず）を形成したものである。したがって、基板１１は石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等を用いることもできる。この場合には、基板表面に絶縁膜を形成する必要はない。本実施例では基板１１に、表面にシリコン酸化膜等による絶縁膜を形成したシリコン基板を用いた。
上記基板側電極１２は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成される。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。また、選択酸化により、基板側電極パターンを形成後、Ｂ+、Ｐ+、Ｂ+と打ち込み、ｐ−Ｗｅｌｌ上にチャネルストップ層を形成後、砒素（Ａｓ）を打ち込みｎ+拡散層電極を形成することも可能である。同様にｎ−Ｗｅｌｌ上にｐ+拡散層電極を形成することも可能である。本実施例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成した。
上記振動板側電極１５は、上記基板側電極１２と同様の材料、成膜方法で形成することができる。すなわち、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成されることができる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。本実施例では、振動板側電極１５は不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成した。
振動板側電極１５は、第３絶縁膜１６を介して振動板１７に接合され、且つ振動板１７の折曲された下面凹部内に挿入されるように形成され、かつ、空間３１の側壁側に延長形成されている。振動板１７は、例えば絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。また振動板１７の上面には第４絶縁膜１８が形成され、この第４絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜で形成される。また、第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１６は、例えばシリコン酸化膜で形成することができる。したがって、振動板は、本実施例では実質的に、第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７、第４絶縁膜１８で構成される。
上記構成の流体駆動装置３は、基板側電極１２と振動板側電極１５との間に電圧を印加することにより振動板１８を振動させ、振動板１７上の流体に圧力変化を与えてその流体を移動させるものである。
本発明の流体駆動装置３は、振動板側電極１５は支柱２１中を通り支柱２１底部の一部に達するように延長形成されているため、支柱２１底部全体に至るように振動板側電極１５を形成した構成よりも振動板１７の変形に寄与しない支柱２１底部に溜まる電荷量が少なくなり、電力が無駄に消費される量が低減される。またまた振動板１７の強度は支柱２１に掛からないように振動板側電極を形成した構成よりも強固になるという利点がある。さらに、上記構成の流体駆動装置３の電極に３０Ｖを印加したときのチャージ密度および分布荷重６１ｋＰａを印加したときの変形量を調べた。その結果、チャージ密度は２．７ｆＦであり、変形量は８８ｎｍであった。一方、従来構造のように支柱内に振動板側電極を延長形成せず、チャージ密度は１．７ｆＦと少ないが、変形量は１８６ｎｍと非常に大きくなり、振動板を振動させた時に振動板が下面に接触し、振動が円滑に起こらない状態となった。このように、本発明の流体駆動装置３は、チャージ密度をあまり増加させずに、少ない変形量とすることができた。
本発明の流体駆動装置の製造方法に係る第２実施例を、図２１〜図３１の製造工程図によって説明する。なお、図２１〜図３１の製造工程図は、主として前記図２０（１）に示した平面レイアウト図に示したＡ−Ａ線断面およびＢ−Ｂ線断面と同様な位置における断面構造を示す。なお、図２３では、犠牲層パターンの平面レイアウト図も併せて示した。
図２１に示すように、表面が少なくとも絶縁性の基板１１を用意する。この基板１１は、例えば本実施例ではシリコン基板上に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を形成した基板を用いた。上記基板１１上に共通の基板側電極１２を形成する。基板側電極１２は、本実施例では、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法によりアモルファスシリコン膜を成膜した後、不純物として例えば燐（Ｐ）をドーピングする。その後、熱処理によってドーピングした不純物を活性化し、導電性を有する電極として形成した。これにより多結晶シリコンの基板側電極１２が形成される。
上記基板側電極１２は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成したが、例えば金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成することもできる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。また、選択酸化により、基板側電極パターンを形成後、Ｂ+、Ｐ+、Ｂ+と打ち込み、ｐ−Ｗｅｌｌ上にチャネルストップ層を形成後、砒素（Ａｓ）を打ち込みｎ+拡散層電極を形成することも可能である。同様にｎ−Ｗｅｌｌ上にｐ+拡散層電極を形成することも可能である。
次に、図２２に示すように、基板側電極１２の表面上に第１絶縁膜１３を形成する。第１絶縁膜１３は、例えば１０００℃程度の高温の減圧ＣＶＤ法または熱酸化法により形成することができる。この第１絶縁膜１３は、基板側電極１１の保護膜、後述する犠牲層をエッチングするエッチング液またはエッチングガスに対して耐性のある膜、さらに振動板と基板側電極が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極１１に当接した場合のショート防止等の機能を有することが求められる。第１絶縁膜１３としては、例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）によるエッチングガスを用いるときは酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜とし、例えばフッ酸によるエッチング液を用いるときは窒化シリコン（ＳｉＮ）膜とすることができる。次に、第１絶縁膜１３の全面上に犠牲層４１を形成する。犠牲層４１として、本実施例では多結晶シリコン膜をＣＶＤ法より堆積する。
次に、図２３に示すように、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、後に形成する振動板を支える支柱（いわゆるアンカー）を形成すべき部分（図示はしないが補助支柱を形成する場合にはその補助支柱に対応する部分も含む）の犠牲層４１を選択的にエッチング除去し開口部４２を形成して、犠牲層パターン４３を形成する。すなわち、一つの犠牲層パターン４３は、基本的には直方体形状に形成され、支柱が形成される領域は櫛歯形状に除去されて、その除去部分が上記開口部４２となり、隣接する流体駆動装置の空間を形成するための犠牲層パターン４３と連通する領域は犠牲層４１によって櫛歯形状に形成されている。なお、この犠牲層４１のエッチングは、櫛歯形状に形成する部分があるため、高精度な加工ができるドライエッチングが好ましい。
次に、図２４に示すように、上記第３絶縁膜１３上に、上記犠牲層パターン４３の表面を被覆する第２絶縁膜１４を形成する。この第２絶縁膜１４は、第１絶縁膜１３と同様に犠牲層４１をエッチングするエッチング液またはエッチングガスに対して耐性を有する膜で形成する。本実施例では多結晶シリコン膜による犠牲層４１を例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）を用いてエッチング除去するので、第２絶縁膜１４がエッチングストッパとなるように、例えば熱酸化またはＣＶＤによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）で形成する。またこの第２絶縁膜１４には、振動板側電極の保護、振動板と基板側電極１２が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極１２に当接した場合のショート防止等の機能を有することが求められる。また、フッ酸により、酸化シリコン（ＳｉＯ2膜）犠牲層をエッチングするように犠牲層のエッチャントで基板側電極がエッチングされない場合で、かつ第２絶縁膜１４のみでも十分な耐圧が確保できる場合は第１絶縁膜を省略することが可能である。
次に、図２５に示すように、上記第２絶縁膜１４上に各独立した振動板側電極１５を形成する。振動板側電極１５は、本実施例では、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法によりアモルファスシリコン膜を成膜した後、不純物として例えば燐（Ｐ）をドーピングする。その後、熱処理によってドーピングした不純物を活性化し、導電性を有する電極として形成した。これにより多結晶シリコンの振動板側電極１５が形成される。振動板側電極１５は、支柱形成領域間を含む犠牲層パターン４３上に第２絶縁膜１４を介して形成される。
上記振動板側電極１５は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成したが、例えば金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成することもできる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。
次に、図２６に示すように、上記振動板側電極１５を被覆する第３絶縁膜１６を形成する。この第３絶縁膜１６は、例えば振動板側電極１５の表面を熱酸化してシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜で形成してもよく、または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって酸化シリコンを堆積して形成してもよい。なお、上記第３絶縁膜１６は、振動板側電極１５に対して振動板１７の応力を緩和する目的で形成されるものであり、応力緩和の必要がない場合には、省略することもできる。
次に、図２７に示すように、第３絶縁膜１６上の全面に流体に圧力変化を与える振動板１７を形成する。上記振動板１７は、例えば絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。その成膜方法としては、例えば減圧ＣＶＤ法が挙げられる。上記のように振動板１７をシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成することにより、振動板１７は引っ張りの応力を有するものとなり、かつ反発力の高いものとなるので、振動板として好都合なものとなる。
次に、図２８に示すように、振動板１７を被覆する第４絶縁膜１８を形成する。この第４絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜で形成される。この絶縁膜１８としては、例えば流体として、インク、薬液、その他の液体を用いるときにはその液体接触面に、親水性の絶縁膜１８を形成する。流体として気体を用いるときは気体に対して耐性のある絶縁膜１８を形成する。犠牲層パターン４３のエッチングに際して六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスを用いるときは、このエッチングガスに対して耐性もある酸化膜（例えばシリコン酸化膜）で絶縁膜１８を形成することが好ましい。
シリコン窒化膜による振動板１７は第３絶縁膜１６と第４絶縁膜１８により挟まれる構成となっているが、この構成は引張り応力を有するシリコン窒化膜と圧縮応力を有するシリコン酸化膜との積層構造を形成する場合には振動板の反りを防ぐ上で有効である。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層構造では引張りと圧縮応力の相乗効果により、振動板が大きく凹状になってしまい振動板の変位量が不足する。シリコン窒化膜の両側をシリコン酸化膜で覆うことでこの反りを緩和することができる。したがって、振動板は、本実施例では実質的に、第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７、第４絶縁膜１８で構成される。
また、支柱２１は、上記犠牲層パターン４３の側部側に入りこむように、櫛歯状に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４と第３絶縁膜１６と振動板１７と第４絶縁膜１８とによって形成される。
次に、図２９に示すように、支柱２１の近傍に第４絶縁膜１８、振動板１７、第３絶縁膜１６、第２絶縁膜１４等を貫通して犠牲層パターン４３が露出するように開口部４４を形成する。この開口部４４は、犠牲層パターン４３をエッチング除去する際の抜き孔となるものであり、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性ドライエッチングで形成することができる。なお、この開口部は２μｍ角の方形以下で十分であり、小さいほど閉塞しやすい。ドライエッチングの場合、０.５μｍ角の方形でも十分犠牲層エッチングが可能であることが確認した。さらに本例では、薄い振動板１７を用いた場合、振動板１７自体の反発力を高めるために、振動板１７の中央部直下に補助支柱（いわゆるポスト）（図示せず）を支柱２１と同時に形成することも可能である。
次に、図３０に示すように、開口部４４を通じてエッチング液またはエッチングガスを導入し、本実施例では六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスを導入して犠牲層パターン４３〔前記図２９参照〕をエッチング除去し、振動板側電極１５を一体に有する振動板１７と基板側電極１２との間に空間３１を形成する。この場合、開口部４４が振動板１７の長辺に沿って複数形成され、開口部４４を通して振動板１７の短辺に沿う方向にエッチングが進められるので、短時間でのエッチングが可能になる。犠牲層パターン４３として多結晶シリコンのようなシリコンを使用した場合には六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは四フッ化炭素（ＣＦ4）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスによりエッチング除去することができる。犠牲層パターン４３としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を使用した場合には、フッ酸のエッチング液によりエッチング除去することができる。犠牲層パターン４３をエッチング液で除去したときには乾燥処理を行う。この結果、犠牲層パターン４３を除去した領域に空間３１を形成するとともに、この空間３１側部に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１６、振動板１７および第４絶縁膜１８とによって支柱形成領域に支柱２１が形成される。
次に、図３１に示すように、上記開口部４４を封止部材４５によって封止する。封止にはアルミニウム（Ａｌ）などの金属スパッタリング法による封止も可能であるが、振動室となる空間３１が減圧になるため振動板１７が凹状になり、振動板１７の支柱２１（もしくは補助支柱）の近傍に応力が常にかかる。また凹状となることにより振動板１７の可動範囲は狭くなる。この点を考慮して、例えばボロン・リン・シリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜を成膜した後、リフロー処理により開口部４４を埋める方法を採ることもできる。リフロー処理の際、窒素（Ｎ2）加圧雰囲気で行うことにより振動室となる空間３１の圧力を所望の値にすることが可能になる。また、後述の圧力室を形成する部材の粘性を利用して開口部４４を塞ぐこともできる。このようにして、流体駆動装置３が製造される。
本発明の流体駆動装置３の製造方法は、支柱形成領域間を含む犠牲層パターン４３上に第２絶縁膜１４を介して振動板側電極１５を形成する工程を備えているため、支柱２１底部全体にわたるように振動板側電極を形成した構成よりも振動板１７の変形に寄与しない支柱２１底部に溜まる電荷量が少なくなり、電力が無駄に消費される量が低減される構成に形成することができる。また振動板１７の強度は支柱２１に掛からないように振動板側電極を形成した構成よりも強固になるという利点がある。
次に、本発明の静電駆動流体吐出装置に係る第２実施例を、図３２の概略構成斜視図および図３３の概略構成断面図によって説明する。この実施例では、一例として、本発明の流体駆動装置を用いた静電駆動流体吐出装置の一例として静電ヘッドを説明する。
まず、図３２に示すように、本実施の形態に係る静電駆動流体吐出装置（静電ヘッド）４は、静電気力により駆動（振動）する複数の振動板１７を高密度に並列配置してなる流体駆動装置３と、その各振動板１７上に対応する位置にそれぞれ流体６１（矢印で示す）が溜められる圧力室（いわゆるキャビティ）２２および流体６１を外部に吐出する吐出部５３、本例ではノズル（流体として液体を用いるので）が形成された隔壁構体５４を備えた、いわゆる流体供給部５５とから成る。また、図面に示した構成では、支柱（アンカー）２１間に補助支柱（ポスト）２３が形成された構成を示した。
また、図３３に示すように、本発明の流体駆動装置３に対し、振動板１７を支持する支柱２１に対応する位置に流体供給部５５の隔壁５２が形成されるように、圧力室５１およびノズル５３を有した隔壁構体が形成されている。つまり流体供給部５５が配置される。圧力室５１は流体の供給路（図示せず）に連通している。
上記静電駆動流体吐出装置４の動作は、前記静電駆動流体吐出装置２の動作と同様になる。
次に、本発明の静電駆動流体吐出装置の製造方法に係る第２実施例を、図３４、図３５の製造工程図によって説明する。なお、図３４、図３５の工程図は、前記図２０（１）に示した平面レイアウト図に示したＡ−Ａ線断面およびＢ−Ｂ線断面と同様な位置における断面構造を示す。
前記図２１〜図３１によって説明した製造方法により流体駆動装置３を製造した後、図３５に示すように、流体駆動装置３上に、隔壁形成膜を成膜する。この隔壁形成膜は、例えば光硬化性樹脂材料、例えば感光性を有するエポキシ樹脂材料で形成することができる。その後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、上記隔壁形成膜をパターニングし、流体を溜める圧力室（いわゆるチャンバー）５１およびこの圧力室５１に連通する流体の供給流路（図示せず）を構成する隔壁５２（５２Ａ）を形成する。すなわち、振動板１７上に圧力室５１を形成し、例えば隣接する流体駆動装置１の支柱２１間上に圧力室５１を構成するための隔壁５２を形成する。
次に、図３５に示すように、各圧力室５１の上部を閉塞するように、吐出部（例えばノズル）５３を有する隔壁５２（５２Ｂ）を上記隔壁５２Ａの上端面に接合もしくは接着する。この隔壁５２Ｂは、例えばシート状体（いわゆるノズルシート）からなり、例えば、ニッケル、ステンレスなどの金属、またはＳｉウェーハなどの所要の材料で形成することができる。上記説明した工程を経て、本発明の静電駆動流体吐出装置４を得る。
なお、上記光硬化性樹脂の粘性を調節することで、前記図３１によって説明した振動板１７の開口部４４を金属スパッタリングによって封止部材４５を形成せずに、この光硬化性樹脂を用いて封止部材４５を形成して封止することができる。
本実施例に係る流体駆動装置３によれば、振動板１７を静電気力によりたわませ、その復元力を駆動力とすることにより、微小流体を精度良く制御して供給することが可能になる。振動板１７の中間部の直下に補助支柱２３を設けるときは、振動板１７を薄くしても、または振動板１７の短辺幅を長くしても、振動板１７の支柱２１間の長さが見かけ上短くなり、振動板１７の反発力を大きくできるので必要な駆動力が得られる。
振動板１７をこれと一体の複数の支柱２１により支持し、支柱２１の近傍に犠牲層パターン４３をエッチングする際のエッチャント導入用の開口部４４を設けた構成とすることにより、長辺約０.５ｍｍ〜３ｍｍ、短辺約１５μｍ〜１００μｍの振動板１７と基板側電極１２間の空間３１の形成において、振動板１７下の犠牲層パターン４３を除去することにより形成される空間３１を短辺側に向かってエッチング形成することができるため、短時間でのエッチングが可能となるとともに、各隣り合う振動板１７下の空間３１を同時に、かつ精度良く形成することを可能にする。したがって、流体に対する駆動力を確保して高密度化を可能にした流体駆動装置３を提供することができる。
下部の基板側電極１２を共通電極とし、上部の振動板側電極１５を複数の独立電極として形成することにより、振動板１７下面を平らに形成することができる。下部の基板側電極１２を個別にした場合は、電極の厚さに起因する段差が振動板１７の段差となって現れるため、振動板１７の引張り応力がその段差で緩和されてしまい、引張り応力が有効に働かない。一方、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜による振動板１７と多結晶シリコン（Ｓｉ）からなる振動板側電極１５は、振動板１７の段差部によって形成された下面側に第３絶縁膜１６を介して振動板側電極１５が密着して配置されているので、振動板１７に段差部があても振動板１７の張力が段差部で吸収されることがない。
なお、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜による振動板１７と多結晶シリコン（Ｓｉ）からなる振動板側電極１５の上下関係を入れ替えた場合、すなわち窒化シリコン膜による振動板１７を先に形成し、その上に多結晶シリコンの振動板側電極１５を形成した場合、振動板１７が平坦にできるが、基板側電極１２と振動板側電極１５との間に印加された電圧は比誘電率の高いＳｉＮ膜にも分配されるため、振動板１７下面と基板側電極１２上面の空間３１に働く実効電圧が低下し、それにつれて静電引力が低下し、振動板１７の変位量も低下するため、低消費電力駆動を目指す場合に不利となる。
圧力室５１に供給される流体６１が液体の場合、液体が接する部分が導体であると液体６１に導体表面より気泡ができたり、導体表面が腐食することがあるが、本実施例では振動板側電極１５上に振動板１７があり、振動板１７の表面が第４絶縁膜１８で被覆されているので、その様な問題は発生しない。
また、流体６１が液体の場合、振動板１７の表面に親水性膜の第４絶縁膜１８を形成することにより、圧力室５１内への液体６１の流入を円滑に行わせることができる。また、流体６１が気体の場合には、振動板１７の表面に気体に対して耐性のある第４絶縁膜１８を形成することにより、振動板１７が気体で侵されることがない。
本実施例に係る流体駆動装置３の製造方法によれば、犠牲層４１、振動板１７を気相形成することにより、次のような効果を奏する。電極間間隔の均一性、振動板１７の膜厚の均一性が高くなり、各振動板１７間の動作電圧のバラツキが小さくなる。振動板１７の表面の平坦度が高くなる。電極間隔、振動板１７の膜厚の制御が容易になり、成膜時間、温度により所望の膜厚の振動板１７を容易に作ることができる。一般の半導体プロセスで容易に作成することができるので、量産性にも優れる。
支柱２１の近傍に開口部４４を形成し、この開口部４４を通して犠牲層パターン４３をエッチング除去するので、精度良く振動板１７と基板側電極１２間の空間３１を形成することができる。開口部４４は振動板１７の長手方向に沿って複数形成されるので、犠牲層パターン４３のエッチングは振動板１７の短辺方向になされ、エッチング時間の短縮が図れる。
本実施例に係る静電駆動流体吐出装置４によれば、上述の流体駆動装置３を備えることにより、流体６１の吐出部５３、本実施例ではノズルを高密度に配置できると共に、高い駆動力で微小量の流体を精度良く制御して供給することができる。
上記静電駆動流体吐出装置４は、圧力室５１として、高圧力室、中圧力室および低圧力室が複数設けられ、各圧力室５１を連結し、各圧力室５１間に逆流防止弁を配置して圧力差で流体を流すようにした構成のものも含む。その一例は、前記図１８によって説明した静電駆動流体吐出装置１と同様な構成とすることができる。
静電駆動流体吐出装置４は、図示はしないが、流体として気体を用いるときは、基本的に圧力室５１の外部への吐出口に弁を設けるようにして構成することができる。
本発明では、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板１７を含む流体駆動装置３、流体の圧力室５１および吐出部（例えばノズル）５３を有する隔壁構体５４から成る静電駆動流体吐出装置４を製造方法することが可能になる。支柱２１の近傍に設けた開口部４４より犠牲層パターン４３をエッチング除去する工程を含めて、標準的な半導体プロセスを利用できるので、流体駆動装置３、静電駆動流体吐出装置４のコスト低減が図れる。
なお、流体駆動装置３上に、別途形成した吐出部（例えばノズル）５３、圧力室５１および流体供給流路（図示せず）を有する隔壁構体５４を貼り合わせて、静電駆動流体吐出装置４を製造することもできる。また開口部４４としては、例えば前記図１９によって説明したように、１つの支柱２１の近傍に複数形成することもできる。
本発明の流体駆動装置と流体駆動装置の製造方法および静電駆動流体吐出装置と静電駆動流体吐出装置の製造方法は、微小な容量（ピコリットル程度もしくはそれ以下の容量）の液体を送給するもしくは吐出するという用途全般に適用できる。例えば民生用ではインクジェット・プリンタヘッド、産業用では有機ＥＬなどの高分子、低分子有機材料塗布装置、プリント基板配線印刷装置、ハンダバンプ印刷装置、３次元モデリング装置、μＴＡＳ（Micro Total Analysis Systems）として薬液その他の液体をｐｌ（ピコリットル）以下の微小単位にて精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、さらには気体を微小量精度良くコントロールして供給する供給ヘッド等に適用することができる。また流体駆動装置１０は、例えばコンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）の冷却用の流体ポンプの駆動源にも適用することができる。
１…流体駆動装置、１２…基板側電極、１５…振動板側電極、１７…振動板、２１…支柱
Claims (8)
- 流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、
前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、
前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、
前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱とを備えた流体駆動装置において、
前記振動板側電極は前記支柱中を通り前記支柱底部の一部に達するように延長形成された
ことを特徴とする流体駆動装置。 - 基板上に基板側電極を形成する工程と、
前記基板側電極上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上で支柱形成領域を除いた領域に空間を形成するための犠牲層パターンを形成する工程と、
前記犠牲層パターンを被覆する第２絶縁膜を形成する工程と、
前記犠牲層パターン上および前記犠牲層パターンの側壁側および前記支柱形成領域の底部の一部に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程と、
前記振動板側電極を被覆する第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上に流体に圧力変化を与える振動板を形成する工程と、
前記犠牲層パターンを除去して、前記犠牲層パターンを除去した領域に空間を形成するとともに、前記空間側部に形成された前記支柱形成領域に前記第２絶縁膜と前記振動板側電極と前記第３絶縁膜と前記振動板とによって前記支柱形成領域に支柱を形成する工程と
を備えたことを特徴とする流体駆動装置の製造方法。 - 流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、
前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、
前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、
前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱とを有し、
前記振動板側電極は前記支柱中を通り前記支柱底部の一部に達するように延長形成され、
前記振動板上に流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室が形成されている
ことを特徴とする静電駆動流体吐出装置。 - 基板上に基板側電極を形成する工程と、
前記基板側電極上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上で支柱形成領域を除いた領域に空間を形成するための犠牲層パターンを形成する工程と、
前記犠牲層パターンを被覆する第２絶縁膜を形成する工程と、
前記犠牲層パターン上および前記犠牲層パターンの側壁側および前記支柱形成領域の底部の一部に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程と、
前記振動板側電極を被覆する第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上に、流体に圧力変化を与える振動板を形成する工程と、
前記犠牲層パターンを除去して、前記犠牲層パターンを除去した領域に空間を形成するとともに、前記空間側部に形成された前記支柱形成領域に前記第２絶縁膜と前記振動板側電極と前記第３絶縁膜と前記振動板とによって前記支柱形成領域に支柱を形成する工程と、
前記振動板上に前記第３絶縁膜を介して、流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室を形成する工程と
を備えたことを特徴とする静電駆動流体吐出装置の製造方法。 - 流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、
前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、
前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、
前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱とを備えた流体駆動装置において、
前記振動板側電極は前記支柱間に延長形成された
ことを特徴とする流体駆動装置。 - 基板上に基板側電極を形成する工程と、
前記基板側電極上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上で支柱形成領域を除いた領域に空間を形成するための犠牲層パターンを形成する工程と、
前記犠牲層パターンを被覆する第２絶縁膜を形成する工程と、
前記支柱形成領域間を含む前記犠牲層パターン上に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程と、
前記振動板側電極を被覆する第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上に流体に圧力変化を与える振動板を形成する工程と、
前記犠牲層パターンを除去して、前記犠牲層パターンを除去した領域に空間を形成するとともに、前記空間側部に形成された前記支柱形成領域に前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜と前記振動板とによって前記支柱形成領域に支柱を形成する工程と
を備えたことを特徴とする流体駆動装置の製造方法。 - 流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、
前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、
前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、
前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱とを有し、
前記振動板側電極は前記支柱間に延長形成され、
前記振動板上に流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室が形成されている
ことを特徴とする静電駆動流体吐出装置。 - 基板上に基板側電極を形成する工程と、
前記基板側電極上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上で支柱形成領域を除いた領域に空間を形成するための犠牲層パターンを形成する工程と、
前記犠牲層パターンを被覆する第２絶縁膜を形成する工程と、
前記支柱形成領域間を含む前記犠牲層パターン上に前記第２絶縁膜を介して振動板側電極を形成する工程と、
前記振動板側電極を被覆する第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上に、流体に圧力変化を与える振動板を形成する工程と、
前記犠牲層パターンを除去して、前記犠牲層パターンを除去した領域に空間を形成するとともに、前記空間側部に形成された前記支柱形成領域に前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜と前記振動板とによって前記支柱形成領域に支柱を形成する工程と、
前記振動板上に前記第３絶縁膜を介して、流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室を形成する工程と
を備えたことを特徴とする静電駆動流体吐出装置の製造方法。
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