JP2008149518A - 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、静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板上のＩＴＯ配線の厚さを、対向するシリコン基板表面の絶縁膜より厚くでき、しかもＩＴＯ配線とシリコン基板との等電位接合を精度良く行う。
【解決手段】シリコン基板１の内側部分にＳiＯ₂層４１を形成し、シリコン基板１のＳiＯ₂層４１が形成された側の表面に絶縁膜１１を形成し、シリコン基板１の絶縁膜側のガラス基板等電位接点凸部２４に対応する表面部分をＳiＯ₂層４１が現れるまでエッチングしてシリコン基板等電位接点凹部２４Ａを形成する工程と、この等電位接点凹部２４Ａの底部の一部をエッチングしてシリコン基板１を露出させる工程と、シリコン基板１とガラス基板２とを、等電位接点凹部２４Ａと等電位接点凸部２４とを密着させ、等電位接点凹部２４Ａのシリコン基板露出部と等電位接点凸部２４とを電気的に導通可能な隙間状態として陽極接合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、静電気力を利用して駆動する、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、静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。

近年、静電駆動方式の液滴吐出ヘッドでは高印字性能を追求するために、液滴を吐出するためのノズル及び吐出室の高密度化が求められている。そこで、歩留まりの向上、シリコン基板の大口径化を実現するために、シリコン基板をガラス基板に陽極接合した後に、シリコン基板を加工して液滴吐出ヘッドを製造することが一般的になってきている。すなわち、陽極接合は、底壁が振動板として作用する吐出室等が形成されたシリコン基板と、この振動板を駆動させるための電極（個別電極）が形成されたガラス基板とを、振動板の電位と電極の電位とを等電位にした上で接合するものである。これにより、振動板と電極との間での放電を防して、放電による液滴吐出ヘッドの破壊を回避するようにしている。

振動板と電極との間の等電位を確保するものとして、たとえば、「ウエハ等の基板に複数の液滴吐出ヘッドを一体形成する液滴吐出ヘッド製造方法において、シリコンを材料とし、液体を吐出させるための部材が形成されるキャビティプレートとなるシリコン基板と、部材を加圧して吐出液体を吐出させる１又は複数の電極をはじめとする電極部が形成されたガラス基板とを陽極接合する前に、ガラス基板に形成された電極部とキャビティプレートとなるシリコン基板とを導通させるための等電位接点を、シリコン基板とガラス基板との間に設ける工程を少なくとも有する」ようにした液滴吐出ヘッドの製造方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００４−３０６４４３号公報（第８、９頁及び第２図）

特許文献１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法では、製造される液滴吐出ヘッドにおけるキャビティプレートとなるシリコン基板に形成する絶縁膜と、電極となるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）配線とが同程度の膜厚で形成されるようになっている。それは、キャビティプレート用シリコン基板のＩＴＯ配線との対向面に形成した絶縁膜の一部を除去し、その絶縁膜除去部にガラス基板上に形成されたＩＴＯ配線の一部を入り込ませてそれらを導通状態にして、シリコン基板とガラス基板を陽極接合するためである。

ところで、静電アクチュエータの性能を向上させるためには、絶縁破壊しない範囲で絶縁膜をできる限り薄く形成した方が望ましい。それは、絶縁膜をより薄く形成した方が、絶縁膜を厚く形成したものに比べて、振動板を撓ませる力（駆動力）を大きくすることができるからである。しかしながら、上記の理由により、絶縁膜を薄くするには、ＩＴＯ配線も同時に薄くしなければならないという問題があった。

また、静電アクチュエータの性能を向上させるためには、ＩＴＯ配線をできる限り厚く形成した方が望ましい。それは、ＩＴＯ配線の膜厚を薄くすると、配線の電気抵抗が増大してしまい電気的な応答性が低下してしまうからである。また、ＩＴＯ配線を薄くし過ぎてしまうと、ＩＴＯ配線の断線につながる危険性も生じてしまうからである。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、シリコン基板とガラス基板とを陽極接合してなる静電アクチュエータ等において、ガラス基板上のＩＴＯ配線の厚さを、対向するシリコン基板表面の絶縁膜より厚くでき、しかもＩＴＯ配線とシリコン基板との等電位接合を精度良く行うことが可能な、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、静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを目的とするものである。

本発明の静電アクチュエータの製造方法は、一方の電極を構成するシリコン基板と、前記シリコン基板と対向する少なくとも１つの個別電極が形成され、各個別電極と導通する等電位接点凸部が形成されたガラス基板とを接合し、前記接合後にシリコン基板を加工して前記個別電極とともにアクチュエータを構成する振動板を形成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内側部分にＳiＯ₂層を形成し、前記シリコン基板の前記ＳiＯ₂層が形成された側の表面に絶縁膜を形成し、前記シリコン基板の前記絶縁膜側の前記等電位接点凸部に対応する表面部分を前記ＳiＯ₂層が現れるまでエッチングして等電位接点凹部を形成する工程と、前記シリコン基板の前記等電位接点凹部の底部の一部をエッチングしてシリコン基板を露出させる工程と、前記シリコン基板と前記ガラス基板とを、前記等電位接点凹部と前記等電位接点凸部とを密着させ、前記等電位接点凹部のシリコン基板露出部と前記等電位接点凸部とを電気的に導通可能な隙間状態として陽極接合する工程と、前記陽極接合後、前記各個別電極と前記等電位接点凸部との導通を遮断する工程と、を備えたものである。

この製造方法によれば、ガラス基板の個別電極及びそれと同時に形成する等電位接点凸部の導電体の厚さを、対向するシリコン基板の絶縁膜より厚くできるので、アクチュエータの静電力及び動作の応答性を向上させることができる。また、ＳiＯ₂層はエッチングレートが急激に遅くなるエッチングストップ層として作用するため、等電位接点凹部の深さ寸法精度が向上する。これにより、ガラス基板とシリコン基板との等電位接点部での接合精度が上がるため、振動板と個別電極との間隔の精度も向上し、アクチュエータとしての動作精度が向上する。
なお、前記ＳiＯ₂層の形成は、酸素イオン注入拡散により、あるいは、表面にＳiＯ₂層が形成されたシリコン基板にベアシリコンを貼り合わせて行う。これらにより、シリコン基板内部でのＳiＯ₂層の位置や厚みを調整することができる。
また、陽極接合後、前記シリコン基板の前記ガラス基板との接合面の反対側面にエッチングを施して前記振動板を形成できるため、シリコン基板の取り扱いが容易になり、製造歩留まりが向上する。

本発明の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、前記シリコン基板に底壁が前記振動板となる液滴の吐出室を形成するものである。
その際、前記吐出室は、前記ＳiＯ₂層が現れるまで前記シリコン基板をエッチングして形成する。ＳiＯ₂層をエッチングレートが急激に遅くなるエッチングストップ層として利用することで、吐出室の深さ及び振動板の厚さを高精度に形成でき、液滴の吐出性能向上に寄与する。

本発明の静電アクチュエータは、一方の電極を構成する少なくとも１つの振動板が形成されたシリコン基板と、前記各振動板と対向する個別電極が形成されたガラス基板とが接合され、前記振動板と前記個別電極とでアクチュエータが構成されている静電アクチュエータであって、前記シリコン基板の前記振動板は、前記ガラス基板に近い側から絶縁膜、シリコン層及ＳiＯ₂層から構成されており、前記ガラス基板には、前記シリコン基板との接合時に各個別電極と前記シリコン基板との等電位接点として利用された等電位接点凸部が形成されており、前記シリコン基板の前記ガラス基板と対向する側には、前記等電位接点凸部に対応する等電位接点凹部が、前記振動板を構成する前記ＳiＯ₂層と一体に形成されているＳiＯ₂層に至る深さに形成されており、かつ前記等電位接点凹部の底部の一部で前記ＳiＯ₂層が除去されており、前記シリコン基板と前記ガラス基板とが、前記等電位接点凹部と前記等電位接点凸部とを密着して積層されているものである。
この静電アクチュエータは、前述した製造方法により製造することができるため、その方法に起因して得られる前述した各種の効果を有する。

本発明の液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエータにおける前記シリコン基板の前記ガラス基板対向側との反対側面に、液滴を貯えて吐出圧力を発生させる吐出室が形成されており、前記吐出室の底面が前記振動板となっているものである。
この液滴吐出ヘッドは、上記静電アクチュエータを液滴を吐出させる圧力室の動作アクチュエータとしているので、上記静電アクチュエータに起因する効果、すなわち、静電力が増大し、応答性や吐出精度が向上するという効果が得られる。
また、本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図、図２は図１の液滴吐出ヘッドの吐出室長手方向に沿った断面図、図３は図１の液滴吐出ヘッドの等電位接点部分を拡大して示した模式図である。この液滴吐出ヘッドは、静電駆動方式の静電アクチュエータを、液滴吐出のためのアクチュエータとして利用するものである。

図１に示すように、この液滴吐出ヘッドは、シリコン製のキャビティプレート１、ガラス基板２、及びシリコン製のノズルプレート３が積層接合された３層構造として構成されている。つまり、キャビティプレート１をガラス基板２とノズルプレート３とが上下から挟む構造となっている。

［キャビティプレート１］
キャビティプレート１は、たとえば厚さ約５０μｍ（マイクロメートル）の（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板と称する）で構成されている。図３に示すように、キャビティプレート１の内側部分にはＳiＯ₂層４１が形成され、そのＳiＯ₂層４１が形成された側の表面は、絶縁膜１１が形成され、かつ接合されているガラス基板２の等電位接点凸部２４と、キャビティプレート１の等電位接点凹部２４Ａとが接触した状態となっている。キャビティプレート１の等電位接点凹部２４Ａは、そのＳiＯ₂層４１まで絶縁膜１１及びシリコン基板が除去されていて、さらに、等電位接点凹部２４Ａの底部の一部は、ＳiＯ₂層４１が除去されてシリコン基板が露出した状態となっている。

キャビティプレート１には、底壁が振動板４に形成され、吐出液滴を貯え圧力を発生させてその液滴を吐出する吐出室５となる凹部６、各吐出室５共通に吐出する液滴を貯めておくためのリザーバ９となる凹部１０等が形成されている。リザーバ９には、ガラス基板２のインク供給口１７に対応する開口（図示省略）も設けられている。
キャビティプレート１の振動板４は、ガラス基板２に近い側から、絶縁膜１１、シリコン層（シリコン基板１の一部）及ＳiＯ２層４１により構成されている。

絶縁膜１１は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）膜として厚さ０．１μｍ程度に形成されている。絶縁膜１１は、液滴吐出ヘッドの駆動させたときにおける絶縁破壊やショートを防止する。

［ガラス基板２］
ガラス基板２は、厚さ約１ｍｍであり、キャビティプレート１の振動板４に対峙して接合されている。ガラス基板２には、たとえばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが好ましい。ガラス基板２には、キャビティプレート１に形成される各吐出室５に合わせ、エッチングにより深さが例えば約０．４μｍの凹部１３が設けられる。ガラス基板２にはさらに、リザーバ９となる凹部１０と連通するインク供給口１７及びギャップ部分を封止するための封止ギャップ剤を供給する封止剤供給口２２が形成されている。

凹部１３の内部には、振動板４と対向する個別電極１２、個別電極１２へ駆動電力を供給するリード部１４、外部との接続に供される端子部１５及び等電位接点凸部２４（以下、これらをまとめて電極配線またはＩＴＯ配線という）が成膜形成されている。凹部の深さは、その中に形成する電極配線の厚さに応じて調整すればよい。

上記電極配線の材料としては、酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）等を用い、それを例えば０．２μｍの厚さにＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｏｒｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ法を用いて成膜する。また、ＩＴＯに代えて、クロム等の金属等で形成してもよい。実施の形態１では、等電位接点凸部２４も同時に成膜でき、放電したかどうかの確認が行いやすいという理由等からＩＴＯで電極部を作製することにしている。

振動板４と個別電極１２との間に形成され、振動板４が振動する空間となるギャップ３０は、この凹部１３の深さ、個別電極１２及び振動板４（絶縁膜１１を含む）の厚さにより決まることになる。このギャップ３０は、どの位置でも一定の深さにする場合の他、個別電極１２の長手方向の両端から中央部に向かって徐々に深くする場合もある。

［ノズルプレート３］
ノズルプレート３は、たとえば厚さ約１００μｍのシリコン基板で構成されている。そして、ガラス基板２とは反対の面でキャビティプレート１と接合している。ノズルプレート３の上面には、吐出室５となる凹部６と連通するノズル孔１６が複数形成される。下面にはオリフィス７となる細溝８を設け、吐出室５となる凹部６とリザーバ９となる凹部１０とを連通させる。ここでは、ノズル孔１６を有するノズルプレート３を上面とし、ガラス基板２を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズルプレート３の方がガラス基板２よりも下面となることが多い。なお、実施の形態１では、ノズルプレート３にオリフィス７が形成されている場合を例に示しているが、キャビティプレート１にオリフィス７を形成するようにしてもよい。

図２に示すように、個別電極１２と振動板４で構成される静電アクチュエータは、発振回路１８により駆動される。発振回路１８は、ワイヤ２１を介して端子部１５と接続され、個別電極１２に電荷の供給及び停止を制御する役目を果たすものである。発振回路１８は、たとえば２４ｋＨｚで発振し、個別電極１２に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行うようになっている。なお、この発振回路１８は、ドライバＩＣ等の集積回路で構成するのが好ましい。また、この発振回路１８を、液滴吐出ヘッドの内部、例えばガラス基板２上に備えるようにしてもよい。

上記のような液滴吐出ヘッドは次のように動作する。すなわち、発振回路１８によりキャビティプレート１と個別電極１２との間にパルス電圧が印加されると、キャビティプレート１と個別電極１２との間に電位差が生じ、静電気力が発生する。そのため、振動板４が個別電極１２側に撓み、リザーバ９の内部に溜まっていたインク等の液滴が吐出室５に流れ込む。その後、キャビティプレート１と個別電極１２との間に印加されていたパルス電圧がなくなると、振動板４が元の状態位置に復元して吐出室５の内部の圧力が高くなり、ノズル孔１６からインク等の液滴が吐出される。

次に、ガラス基板２の等電位接点凸部２４とキャビティプレート１の等電位接点凹部２４Ａとの接合状態及びそれらの作用について説明する。図３に示すように、ガラス基板２の等電位接点凸部２４に対応する部分には凸部が形成されており、その凸部に個別電極１２と一体に、導電体であるＩＴＯ配線が成膜されて等電位接点凸部２４が形成されている。一方、キャビティプレート１における上記等電位接点凸部２４に対応する部分には、等電位接点凹部２４Ａが形成されている。等電位接点凹部２４Ａは、既に説明したように、キャビティプレート１のガラス基板対向面側の絶縁膜１１とシリコン基板を、キャビティプレート１の内部に形成したＳiＯ₂層に至る深さまで除去して形成されている。そして、等電位接点凹部２４Ａの底部の一部では、ＳiＯ₂層４１が除去されてシリコン基板が露出した状態となっている。

キャビティプレート１とガラス基板２とは、等電位接点凹部２４Ａと等電位接点凸部２４とを密着させ、等電位接点凹部２４Ａのシリコン基板露出部と等電位接点凸部２４とが電気的に導通可能な隙間２５を有した状態にして陽極接合される。従って、ＳiＯ₂層４１は、等電位接点凹部２４Ａのシリコン基板露出部と等電位接点凸部２４とが電気的に導通可能な隙間２５を形成できる厚さに形成する。一方、ガラス基板２の等電位接点凸部２４に対応する部位は、キャビティプレート１とガラス基板２との接合面の位置より突出していて、その先端部は等電位接点凹部２４Ａの内部に入った状態となっており、その表面にＩＴＯ配線が成膜されていて、そのＩＴＯ配線が等電位接点凹部２４Ａの底面と接触した状態となっている。ここで、参考までに各部の寸法の一例を示しておく。
・ガラス基板２上のＩＴＯ配線の厚さ：70nm、
・キャビティプレート１の絶縁膜１１の厚さ：60nm、
・キャビティプレート１内部のＳiＯ₂層４１の厚さ：10〜30nm、
・キャビティプレート１の絶縁膜１１表面からＳiＯ₂層４１までの深さ：260〜860nm。

等電位接点凹部２４Ａは、キャビティプレート１となるシリコン基板に成膜された絶縁膜１１の対応部分を除去した後、その部分のシリコン基板をエッチングで掘り下げて形成する。その際、ウェットエッチングを使用すれば、キャビティプレート１の内部に形成されているＳiＯ₂層がエッチングストップ層として作用するため、等電位接点凹部２４Ａを所望の寸法深さに精度良く形成できる。

図４は、キャビティプレート１となるシリコン基板に接合される前のガラス基板２を上面から見た平面図である。図示するように、各個別電極１２は等電位接点凸部２４と電気的に接続された状態となっている。等電位接点凸部２４は、陽極接合時にキャビティプレート１となるシリコン基板と、各個別電極１２との間を等電位にする。等電位接点凸部２４としてＩＴＯ等の導電体配線が成膜される部分については、ガラス基板２の凹部１３を形成する際に、エッチングせずに凸部として残しておく。

図４中のダイシングライン２７は、ウエハに一体形成された複数の液滴吐出ヘッドを切り離す際のラインである。したがって、図４においてダイシングライン２７よりも右側にある部分は、完成された液滴吐出ヘッドには残らない。また、この切り離しによって、液滴吐出ヘッドとしての最終形態においては、等電位接点凸部２４と各個別電極１２との導通は遮断された状態となる。

次に、液滴吐出ヘッドの製造方法を図５〜図８に基づいて説明する。図５は、ガラス基板２の製造工程の一例を示す縦断面図である。まず、図５に従って、ガラス基板２の製造方法を説明する。

ガラス基板２となる硼珪酸ガラス製の厚さ約１ｍｍのガラス基板２ａの上面にＣｒ／Ａｕ膜（クロム・金合金膜）３１をＥＣＲスパッタ装置により形成する（ａ）。次に、フォトリソグラフィー（ステッパーやマスクアライナー等）により凹部１３に対応する形状にＣｒ／Ａｕ膜３１をパターニングし、エッチングによりＣｒ／Ａｕ膜３１の凹部１３に対応する部分を除去する（ｂ）。

このとき、等電位接点凸部２４に対応する部分がエッチングにより除去されないようにパターニングにする。そして、Ｃｒ／Ａｕ膜３１をエッチングマスクとして、フッ酸水溶液でガラス基板２ａをエッチングして凹部１３を形成する（ｃ）。さらに、Ｃｒ／Ａｕ膜３１を一旦すべて除去した後、等電位接点凸部２４に対応する部分がエッチングにより除去されないように再度パターニングし、ガラス基板２の凹部１３形成面側を再度エッチングして、等電位接点凸部２４に対応する部位を他の部分より突出させる（ｄ）。なお、この突出量は、ガラス基板２上のＩＴＯ配線の厚さ、キャビティプレート１の絶縁膜１１の厚さ、およびキャビティプレート１の絶縁膜１１表面からＳiＯ₂層４１までの深さなどを考慮して、適宜決定すればよい。
その後、ガラス基板２ａの上面全体にＩＴＯ膜１２ａをＥＣＲスパッタ装置により成膜する（ｅ）。

次に、フォトリソグラフィー（ステッパーやマスクアライナー等）によりＩＴＯ膜１２ａに、個別電極１２、リード部１４、端子部１５、等電位接点凸部２４等に対応する配線形状をパターニングし、それら以外の部分のＩＴＯ膜１２ａをエッチングにより除去してＩＴＯ配線を形成する（ｆ）。ＩＴＯ膜１２ａは、対向することになるキャビティプレートの絶縁膜１１よりも厚く、かつその等電位接点凹部２４Ａの凹部深さと等しい厚さに成膜する。

さらに、インク供給口１７及び封止剤供給口２２となる穴をダイヤモンドドリルで穿孔して作製する（ｇ）。ここで、この工程で封止剤供給口２２となる孔及びインク供給口１７を貫通させてしまうと、ウエットエッチング時にエッチャントとなる溶液がギャップに流入してしまうので、この工程においては貫通させず、後の工程において外部から容易に貫通させることができる程度の孔に留めておく。

図６は、キャビティプレート１の製造工程の一例を示す縦断面図である。ここでは、図６に従って、ガラス基板２の製造方法を説明する。
まず、キャビティプレート１となるシリコン基板１ａ（この時点では、通常ウエハ状である）の両面を研磨し、たとえば厚さを５２５μｍにする。そして、シリコン基板１ａに付着した微小パーティクル（粒子等、大気中の浮遊物、人体からの発塵等）を洗浄するためのＳＣ−１洗浄（アンモニア水と過酸化水素水の混合液による洗浄）及びシリコン基板１ａに付着した金属を洗浄するためのＳＣ−２洗浄（塩酸と過酸化水素水の混合液による洗浄）のコンビネーション洗浄を行う（ａ）。

これは、シリコン基板表面への成膜等の障害にならないように、また、成膜時シリコン基板１ａが表面に付着した金属を取り込まないように、異物をあらかじめ除去しておくようにするためである。なお、シリコン基板１ａに付着した微小パーティクルやシリコン基板１ａに付着した金属を除去できる洗浄方法であればよく、ＳＣ−１洗浄やＳＣ−２洗浄に限定するものではない。また、その順序も特に限定するものではない。

洗浄後、シリコン基板１ａの一方の面から酸素イオン注入を実施し、シリコン基板１ａの内部にＳiＯ₂層４１を形成する（ｂ）。酸素イオン注入は、例えば、シリコン基板１ａの温度を４００℃、酸素イオン注入の加速エネルギーを１８０ＫｅＶ、酸素ドーズ量４×１０¹⁷ｃｍ^-2、の条件にて行う。この際、加速エネルギーを制御してＳiＯ₂層４１が形成される深さを調節し、酸素ドーズ量を制御してＳiＯ₂層４１の厚みを調節することができる。
なお、シリコン基板１ａの内部にＳiＯ₂層を形成する方法としては、酸素イオン注入の他に、まずシリコン基板１ａの表面にＳiＯ₂層を形成し、そのＳiＯ₂層が形成されたシリコン基板に、ベアシリコンを貼り合わせる方法をとってもよい。

次に、内部にＳiＯ₂層４１が形成されたシリコン基板１ａを、１３００℃以上、例えば１３５０℃で４時間程度、アニール処理を行う（ｃ）。
続いて、プラズマＣＶＤ法により、シリコン基板１ａのＳiＯ₂層４１が形成された側の表面にＴＥＯＳ膜からなる絶縁膜１１を約１μｍ成膜する（ｄ）。
続いて、絶縁膜１１に等電位接点凹部２４Ａとなる凹部を形成するためのレジストパターニングを施した後、フッ酸水溶液でウエットエッチングを行い、ＴＥＯＳエッチングマスクをパターニングする（ｅ）。
このパターニング後、シリコン基板１ａを水酸化カリウム水溶液でウエットエッチングし、先に形成していたＳiＯ₂層４１に至る深さのシリコン基板等電位接点部２４Ａを形成する（ｆ）。このとき、ＳiＯ₂層４１ではエッチングレートが急激に遅くなるので、その時点でエッチングを停止する。すなわち、ＳiＯ₂層４１をエッチングストップとして利用する。
その後さらに、シリコン基板１ａの等電位接点凹部２４Ａの底部を構成するＳiＯ₂層４１の一部をエッチングして、シリコン基板を露出させる（ｇ）。

図７及び図８の（ａ）〜（ｋ）は、シリコン基板１ａとガラス基板２ａとを製造接合する工程及びそれ以降の製造工程を示す断面工程図である。ここでは、先に説明した図５、６に従って製作したガラス基板２ａとシリコン基板１ａとを使用するものとする（ａ）。
シリコン基板１ａとガラス基板２とを、等電位接点凹部２４Ａと等電位接点凸部２４とを密着させ、等電位接点凹部２４Ａのシリコン基板露出部と等電位接点凸部２４とを電気的に導通可能な隙間２５を有した状態として、陽極接合を行い接合基板６１を作成する（ｂ）。陽極接合は、例えば、シリコン基板１ａとガラス基板２とを摂氏３６０℃に加熱した後、ガラス基板２ａを負極側に接続し、シリコン基板１ａを正極側に接続した上で、８００Ｖの電圧を印加して行う。

上記のようにして陽極接合を行うことで、シリコン基板１ａと個別電極１２とが等電位の状態で接合されるため、振動板４と個別電極１２との間での放電が防止されて、放電に伴う静電アクチュエータの破壊が回避できる。

陽極接合後、接合基板６１を３８重量パーセントの濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にたとえば１６０分浸し、さらに３２重量パーセントの濃度の水酸化カリウム水溶液に１０分浸してシリコン基板１ａをエッチングして、たとえば厚さ１４０μｍになるまで薄板化する（ｃ）。初めに、濃度の高い水酸化カリウムに浸すことで、ある程度の厚さまではエッチング速度を優先する。その後、濃度の低い水酸化カリウムに浸すことにより、シリコン基板１ａの表面荒れを抑え、かつ、エッチング面上にできる極小突起の発生率も抑えるように仕上げることができる。

また、シリコン基板１ａの上面（表側表面）をグラインダーで研削して厚さを約１５０μｍにしてもよい。このとき、基板の表面には中心から放物線を描く研削跡が残り、その表面荒れは０．１μｍ程度である。続いて、３２重量パーセント、８０℃の水酸化カリウム水溶液でシリコン基板１ａの上面全体をエッチングし、機械加工（グラインダーで研削）で発生した加工変質層を除去し、厚さを１４０μｍとすることも可能である。

続いて、プラズマＣＶＤ法により、成膜時の処理温度が摂氏３６０℃、高周波出力が７００Ｗ、圧力が３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量がＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件でシリコン基板１ａの表面にＴＥＯＳ膜を厚さ約１．５μｍで成膜する（ｄ）。そして、吐出室５、リザーバ９及び電極取り出し口２６となる部分等、キャビティプレート１の要素を形成するためのレジストパターニングをＴＥＯＳ膜に施し、フッ酸水溶液でエッチングしてＴＥＯＳエッチングマスクをパターニングする。パターニング形成後、基板全体を３５重量パーセントの濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、パターニングしていない部分のシリコン基板１ａの厚さが約１０μｍになるまでウエットエッチングを行う（ｅ）。なお、ここではリザーバ９となる部分は、完全に除去しないようにハーフエッチングする。

その後、さらにシリコン基板１ａを３重量パーセントの濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ＳiＯ₂層４１がエッチングストップとして作用するまでウエットエッチングを行う（ｆ）。これにより、吐出室５及びリザーバ９が形成される。そして、ＳiＯ₂層４１から絶縁膜１１までの部分が吐出室５の底壁となって、それが振動板４となる。このように２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、振動板４の面荒れを抑制することができる。本実施の形態では、このようなエッチングを施すことにより、厚み精度を０．８±０．０５μｍ以下にすることができ、液滴吐出ヘッドの吐出性能の安定化を図っている。

次に、接合基板６１をフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板１ａの表面に残るＴＥＯＳエッチングマスクをすべて除去する（ｇ）。その後、以前の工程で途中まで開けておいたインク供給口１７となる孔及び封止剤供給口２２となる孔にレーザ加工を施し、貫通させる。そして、ギャップ封止剤２８として、たとえばエポキシ樹脂を封止剤供給口２２から流入させ、ノズル毎に設けられているギャップ３０を封止する（ｈ）。

このように、電極取り出し口２６の開口前にギャップ３０を封止することにより、ギャップに異物、ガス等の流入を防ぎ、歩留まりの低下を防ぐことができる。それから、電極取り出し口２６に残るＳiＯ₂層４１から絶縁膜１１までの部分を除去するために、電極取り出し口２６に対応した部分を開口させたマスクをキャビティプレート１に重ねて、その部分をドライエッチングで除去する（ｉ）。ドライエッチングは、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等が利用でき、その条件は、たとえば、ＲＦパワーが２００Ｗ、圧力が４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ₄流量が３０ｃｍ³／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）である。

続いて、インク供給口１７をキャビティプレート１に形成したリザーバ９と連通させる。そこで、機械加工、レーザ加工等により、リザーバ９の一部を開口し、インク供給口１７と連通させる。
一方、ノズルプレート３は、たとえば１００μｍのシリコン基板にノズル孔１６を開け、さらに、電極取り出し口２６に合わせた開口部を形成して作成する。そして、たとえばエポキシ樹脂等の接着剤を用いて、キャビティプレート１上に接着する（ｊ）。

最後に、ダイシングライン２７に沿ってダイシングを行い、ウエハに一体形成されている複数の液滴吐出ヘッドを個々に切り離して完成する（ｋ）。この切り離しにより、等電位接点凸部２４は各個別電極１２から切り離される。
なお、以上は、振動板４と個別電極１２がそれぞれ複数ある場合のアクチュエータ及び液滴吐出ヘッドであったが、本願発明は、振動板４と個別電極１２が１組だけのものであっても適用可能である。
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、上記３層構造の物に限らず、吐出室が形成されたキャビティプレートと、リザーバが形成されたリザーバプレートとの２つの基板を、図１のキャビティプレート１に対応させた４層構造の液滴吐出ヘッドにも適用できる。

以上のように、ガラス基板２とキャビティプレート１となるシリコン基板１ａとに、それぞれ等電位接点凸部２４と等電位接点凹部２４Ａを設け、それらの部位を利用して個別電極１２とシリコン基板１ａと等電位にして陽極接合を行うようにしたので、個別電極１２を構成するＩＴＯ膜１２ａと、振動板４を構成する絶縁膜１１との厚さを別個に設定することが可能となる。また、シリコン基板１の内部（内側）に形成したＳiＯ₂層４１により、等電位接点凹部２４Ａ及び吐出室５の凹部深さを高精度に制御することができる。そして、これらによって駆動力が向上し、応答性のよい、静電アクチュエータ及びそれを適用した液滴吐出ヘッドを得ることができる。

実施形態２．
図９は、実施の形態１で説明した液滴吐出ヘッドをその液滴吐出部に備えた液滴吐出装置１００の一例を示した斜視図であり、一般的なインクジェットプリンタを表している。この液滴吐出装置１００は、実施の形態１の液滴吐出ヘッドが有する効果を奏し、従って、応答性や吐出精度に優れている。
なお、実施の形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッドは、吐出させる液滴を様々に変更することで、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、生体液体の吐出等にも適用することができる。

実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を分解した状態を示す分解斜視図。 図１の液滴吐出ヘッドの吐出室長手方向に沿った断面図。 図１の液滴吐出ヘッドの等電位接点部分を拡大して示した模式図。 シリコン基板へ接合前のガラス基板を上方から平面図。 ガラス基板の製造工程を示す縦断面図。 キャビティプレートの製造工程を示す縦断面図。 シリコン基板とガラス基板とにより液滴吐出ヘッドを製造する工程図。 図８に続く工程図。 実施の形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図。

符号の説明

１ キャビティプレート（シリコン基板）、１ａ シリコン基板、２，２ａ ガラス基板、３ ノズルプレート、４ 振動板、５ 吐出室、６ 吐出室となる凹部、７ オリフィス、８ 細溝、９ リザーバ、１０ リザーバとなる凹部、１１ 絶縁膜、１２ 個別電極、１２ａ ＩＴＯ膜、１３ ＩＴＯ膜が形成される凹部、１４ リード部、１５ 端子部、１６ ノズル孔、１７ インク供給口、１８ 発振回路、１９ インク滴、２０ 記録紙、２１ ワイヤ、２２ 封止剤供給口、２４ 等電位接点凸部、２４Ａ 等電位接点凹部、２５ 等電位接点間隙間、２６ 電極取り出し口、２７ ダイシングライン、２８ 封止剤、３０ ギャップ、４１ ＳiＯ₂層、６１ 接合基板、１００ 液滴吐出装置。

Claims (9)

1. 一方の電極を構成するシリコン基板と、前記シリコン基板と対向する少なくとも１つの個別電極が形成され、各個別電極と導通する等電位接点凸部が形成されたガラス基板とを接合し、前記接合後にシリコン基板を加工して前記個別電極とともにアクチュエータを構成する振動板を形成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内側部分にＳiＯ₂層を形成し、前記シリコン基板の前記ＳiＯ₂層が形成された側の表面に絶縁膜を形成し、前記シリコン基板の前記絶縁膜側の前記等電位接点凸部に対応する表面部分を前記ＳiＯ₂層が現れるまでエッチングして等電位接点凹部を形成する工程と、
   前記シリコン基板の前記等電位接点凹部の底部の一部をエッチングしてシリコン基板を露出させる工程と、
   前記シリコン基板と前記ガラス基板とを、前記等電位接点凹部と前記等電位接点凸部とを密着させ、前記等電位接点凹部のシリコン基板露出部と前記等電位接点凸部とを電気的に導通可能な隙間状態として陽極接合する工程と、
   前記陽極接合後、前記各個別電極と前記等電位接点凸部との導通を遮断する工程と、
   を備えたことを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
2. 前記ＳiＯ₂層の形成を、酸素イオン注入拡散により行う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。
3. 前記ＳiＯ₂層の形成を、表面にＳiＯ₂層が形成されたシリコン基板にベアシリコンを貼り合わせて行う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。
4. 陽極接合後、前記シリコン基板の前記ガラス基板との接合面の反対側面にエッチングを施して前記振動板を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
5. 請求項４の記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して、前記シリコン基板に底壁が前記振動板となる液滴の吐出室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。
6. 前記吐出室は、前記ＳiＯ₂層が現れるまで前記シリコン基板をエッチングして形成することを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 一方の電極を構成する少なくとも１つの振動板が形成されたシリコン基板と、前記各振動板と対向する個別電極が形成されたガラス基板とが接合され、前記振動板と前記個別電極とでアクチュエータが構成されている静電アクチュエータであって、
   前記シリコン基板の前記振動板は、前記ガラス基板に近い側から絶縁膜、シリコン層及びＳiＯ₂層から構成されており、
   前記ガラス基板には、前記シリコン基板との接合時に各個別電極と前記シリコン基板との等電位接点として利用された等電位接点凸部が形成されており、
   前記シリコン基板の前記ガラス基板と対向する側には、前記等電位接点凸部に対応する等電位接点凹部が、前記振動板を構成する前記ＳiＯ₂層と一体に形成されているＳiＯ₂層に至る深さに形成されており、かつ前記等電位接点凹部の底部の一部で前記ＳiＯ₂層が除去されており、
   前記シリコン基板と前記ガラス基板とが、前記等電位接点凹部と前記等電位接点凸部とを密着して積層されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
8. 請求項７に記載の静電アクチュエータにおける前記シリコン基板の前記ガラス基板対向側との反対側面に、液滴を貯えて吐出圧力を発生させる吐出室が形成されており、前記吐出室の底面が前記振動板となっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
9. 請求項８記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

Images