JP3843647B2 - 静電アクチュエータの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド等のインク吐出機構として用いられる静電アクチュエータの製造方法に関するものである。更に詳しくは、静電アクチュエータの振動板に対向している電極薄膜を備えた電極基板を精度良く簡単な工程により製造することのできる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッドとしては、静電アクチュエータをインク吐出機構として採用した構成のものが知られており、例えば、本願人による特開平５−５０６０１号公報、同６−７０８８２号公報等に開示されている。
【０００３】
この形式のインクジェットヘッドは、各インクノズルに連通しているインク室の底壁が振動板として機能する半導体基板と、各インク室に対応する位置に凹部が形成されている電極基板と、この電極基板の各凹部の底面に形成されている個別電極としてのＩＴＯ薄膜とを有している。半導体基板の側の各振動板と、電極基板側の各ＩＴＯ薄膜とが、一定の間隔で対峙した状態で、これら半導体基板および電極基板が相互に接合されている。
【０００４】
各振動板と各ＩＴＯ電極の間に作用する静電気力は、これらの間隔によってその強さが左右されるので、当該間隔を精度良く形成することが必要である。また、これらの間に塵等が詰まると、振動板の振動が阻害されるので、これら振動板とＩＴＯ電極の隙間は封止材を用いて封鎖する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、振動板とＩＴＯ電極の間隔が目標とする寸法となるように精度良くインクジェットヘッドを製造するためには、ＩＴＯ電極が形成されている電極基板の凹部を精度良く形成する必要がある。また、当該凹部の底面に形成されるＩＴＯ電極の形成位置、形成領域および厚さ寸法の精度を高める必要がある。
【０００６】
一方、従来においては、振動板とＩＴＯ電極の隙間に樹脂製の封止材を取り付けるという追加工程によって、これらの間を封鎖している。このような封鎖工程を省略できれば、その分、インクジェットヘッドの生産効率が改善され、また、封止材を用いずに封鎖することができれば、それを取り付けるための封止代が不要となるので、その分インクジェットヘッドを小型化できるので好ましい。
【０００７】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、一定の間隔で対峙している振動板および電極薄膜を備えた静電アクチュエータを簡単な工程で精度良く製造することのできる製造方法を提案することにある。
【０００８】
また、本発明の課題は、振動板と電極薄膜の隙間を封止材を用いることなく封鎖状態にできる静電アクチュエータの製造方法を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、一方の対向電極としての振動板が形成されている半導体基板と、表面に凹部が形成されている電極基板と、この電極基板の前記凹部の底面に形成されている他方の対向電極としての電極薄膜とを有し、前記振動板および電極薄膜が一定の間隔で対向する状態で前記半導体基板および電極基板が相互に接合されている静電アクチュエータの製造方法において、次の工程により、電極薄膜を備えた電極基板を形成するようにしている。
【００１０】
まず、前記電極基板を形成するための基板素材の表面に、前記電極薄膜を形成するための電極材料の薄膜をスパッタリングする。次に、この電極材料の薄膜の表面にレジスト膜を形成する。次に、このレジスト膜をパターニングして、前記電極薄膜の形成領域に対応する領域以外の部分を除去する。次に、パターニングにより露出した前記基板素材および残存レジスト膜の表面に、前記電極材料の薄膜と同一厚さの第１のガラス薄膜をスパッタリングする。この後に、第１回目のレジストリフトオフを行うことにより前記電極薄膜を露出させる。
【００１１】
しかる後に、前記電極薄膜および前記第１のガラス薄膜の表面にレジスト膜を形成する。このレジスト膜をパターニングして、前記電極薄膜の形成領域に対応する領域以外の部分を除去する。パターニングにより露出した前記第１のガラス薄膜および残存レジスト膜の表面に、第２のガラス薄膜をスパッタリングする。しかる後に、第２回目のレジストリフトオフを行うことにより前記電極薄膜を露出させる。
【００１２】
このように、本発明の製造方法においては、第１回目のレジストリフトオフにより電極薄膜を精度良く形成し、第２回目のレジストリフトオフにより凹部を精度良く形成している。従って、従来のように電極基板の表面にエッチングにより凹部を形成し、この凹部の底面に電極薄膜を形成する方法に比べて、精度良く、しかも簡単な工程により、凹部底面に電極薄膜が形成された電極基板を製造できる。よって、静電アクチュエータを精度良く、しかも簡単な工程により製造できる。
【００１３】
ここで、電極基板には、電極薄膜と同一素材からなる外部接続用のリード部が形成されているので、このリード部が引き出されている電極基板の凹部と、当該電極基板に接合される半導体基板の隙間を封鎖して、振動板と電極薄膜の間に塵等が侵入しないようにする必要がある。
【００１４】
かかる封鎖を、従来のような封止材を用いることなく行うためには次のようにすればよい。すなわち、前記の第１回目のレジスト膜のパターニング時には当該リード部に対応する領域にはレジスト膜を残し、前記第２目のレジスト膜のパターニング時には前記リード部に対応する領域のレジスト膜を除去する。
【００１５】
このようにすれば、当該リード部の表面を第２のガラス薄膜で覆うことができる。この結果、当該電極基板と半導体基板を接合すると、自動的に、電極薄膜と振動板の隙間が封鎖された状態が形成される。
【００１６】
よって、従来のような封止材を用いる必要が無くなるので、静電アクチュエータの生産効率がその分改善され、また、封止材を取り付けるための封止代が不要となる分、小型化できる。
【００１７】
ここで、静電アクチュエータはインクジェットヘッドのインク吐出機構として採用することができ、この場合には、前記振動板の振動により容積が変動するインク室と、このインク室に連通しているインクノズルとを有する構成とすればよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した静電型インクジェットヘッドの製造方法の一例を説明する。
【００１９】
（インクジェットヘッドの構造）
まず、本例の製造方法によって製造されたインクジェットヘッドの全体構造を説明する。図１は本発明を適用したインクジェットヘッドの分解斜視図である。図２は組み立てられたインクジェットヘッドの断面構成図であり、図３はその平面構成図である。
【００２０】
これらの図に示すように、インクジェットヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプである。このインクジェットヘッド１は、キャビティープレート３を挟み、上側にノズルプレート２、下側に電極ガラス基板４がそれぞれ積層された３層構造となっている。
【００２１】
キャビティープレート３は、例えばシリコン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板５として機能するインク室６を構成することになる凹部７と、凹部７の後部に設けられたインク供給口８を形成することになる細溝９と、各々のインク室６にインクを供給するためのインクリザーバ１０を構成することになる凹部１１とがエッチングによって形成されている。このキャビティープレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化されている。
【００２２】
このキャビティープレート３の上側に接合されるノズルプレート２は、キャビティープレート３と同様に、例えばシリコン基板である。ノズルプレート２において、インク室６の上面を規定している部分には各インク室６に連通する複数のインクノズル２１が形成されている。また、インクリザーバ１０の上面を規定する部分にはインクリザーバ１０にインクを供給するインク供給孔１２が形成されている。
【００２３】
このノズルプレート２をキャビティープレート３に接合することにより、上記の凹部７、１１、および細溝９が塞がれて、インク室６、インク供給口８、インクリザーバ１０のそれぞれが区画形成される。
【００２４】
なお、インク供給孔１２は、接続パイプ１３およびチューブ１４を介して不図示のインクタンクに接続される。インク供給孔１２から供給されたインクは、各インク供給口８を経由して独立した各インク室６に供給される。
【００２５】
キャビティープレート３の下側に接合されるガラス基板４は、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板である。このガラス基板４において、各々の振動板５に対向する部分には振動室１５を構成することになる長方形の凹部１６が形成されている。この凹部１６の底面には、振動板５に対向する個別電極１７のセグメント電極部１８が形成されている。セグメント電極部１８にはリード部１９が連続形成されており、このリード部１９は後述するように、ガラス基板４の表面にスパッタリングされた第２のホウ珪酸ガラス薄膜２０によって覆われている。この個別電極１７はＩＴＯ薄膜から形成されている。
【００２６】
ガラス基板４をキャビティープレート３に接合することにより、各インク室６の底面を規定している振動板５と個別電極１７のセグメント電極部１８は、非常に狭い隙間Ｇを隔てて対向する。また、ガラス基板４の形成されている凹部１６は、これらガラス基板４およびキャピティプレート３を接合することにより、密閉された振動室１５とされる。
【００２７】
振動板５は薄肉とされており、面外方向、すなわち、図２において上下方向に弾性変形可能となっている。この振動板５は、各インク室側の共通電極として機能する。隙間Ｇを挟み、振動板５と、対応する各セグメント電極部１８とによって対向電極が形成されている。
【００２８】
振動板５と個別電極１７との間には電圧印加装置２５が接続されている。電圧印加装置２５の一方の出力は各個別電極１７のリード部１９に接続され、他方の出力はキャビティープレート３に形成された共通電極端子２６に接続されている。キャビティープレート３自体は導電性をもつため、この共通電極端子２６から振動板（共通電極）５に電圧を供給することができる。
【００２９】
また、より低い電気抵抗で振動板５に電圧を供給する必要がある場合には、例えば、キャビティープレート３の一方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成すれば良い。
【００３０】
ここで、本例では、キャビティープレート３とガラス基板４との接続に陽極接合を用いているので、キャビティープレート３の流路形成面側に導電膜を形成してある。
【００３１】
このように構成したインクジェットヘッド１においては、電圧印加装置２５からの駆動電圧が対向電極間に印加されると、対向電極間に充電された電荷によるクーロン力が発生し、振動板５はセグメント電極部１８の側へ撓み、インク室５の容積が拡大する。次に、電圧印加装置２５からの駆動電圧を解除して対向電極間の電荷を放電すると、振動板５はその弾性復帰力によって復帰し、インク室６の容積が急激に収縮する。この時発生する内圧変動により、インク室６に貯留されたインクの一部が、インク室６に連通しているインクノズル２１から記録紙（図示せず）に向かって吐出する。
【００３２】
なお、インクジェットヘッド１で使用されるインクとしては、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１にビータを設けておけば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３３】
（インクジェットヘッドの製造方法）
インクジェットヘッド１は、キャビティープレート３、ノズルプレート２、電極ガラス基板４をそれぞれウエハから加工して製造し、次に、それらの３部材を相互に接合（ＡＢ接合）することにより製造される。キャビティープレート３およびノズルプレート２は、本願人による特開平５−５０６０１号公報に記載されているような公知の方法によって製造できる。よって、本明細書においては、電極ガラス基板４の製造方法を説明する。
【００３４】
図５は、本例の電極ガラス基板４の製造工程を示す概略フローチャートである。この図に示すように、まず、ステップＳＴ１において、ホウ珪酸ガラス基板４Ａにブラシ擦り洗浄および硫酸洗浄を施す。次に、ステップＳＴ２において、個別電極１７を形成するためのＩＴＯ薄膜１７Ａをガラス基板４Ａの表面にスパッタリングにより形成する。例えば、１０００Åの厚さのＩＴＯ薄膜を形成する。次に、ステップＳＴ３においてレジスト膜３１を塗布し、引き続き、ステップＳＴ４において、当該レジスト膜３１に対して、個別電極１７に対応する領域をパターニングする。すなわち、フォトマスクを介してレジスト膜３１を露光して、個別電極１７の形成領域に対応するレジスト膜部分３１Ａのみを残す。
【００３５】
この後は、ステップＳＴ５において、ＩＴＯ薄膜１７Ａのエッチングを行う。この結果、レジスト膜分３１Ａによって覆われているＩＴＯ薄膜部分１７Ｂが残る。
【００３６】
次に、ステップＳＴ６において、レジスト膜部分３１Ａおよび露出しているガラス基板４Ａの表面に、ＩＴＯ薄膜と同一厚さ（本例では１０００Å）のホウ珪酸ガラス薄膜をスパッタにより形成する。これにより、レジスト膜部分３１Ａの表面およびガラス基板４Ａの表面にそれぞれ、同一厚さの第１のホウ珪酸ガラス薄膜４１Ａ、４１Ｂが形成される。この後は、ステップＳＴ７において、第１回目のレジストリフトオフを行い、表面に第１のホウ珪酸ガラス薄膜４１Ａが形成されているレジスト膜部分３１Ａを除去する。
【００３７】
この第１回目のレジストリフトオフを行うことによって、ガラス基板４Ａの表面には、同一厚さの第１のホウ珪酸ガラス薄膜４１Ｂおよび個別電極１７に対応するパターンのＩＴＯ薄膜部分１７Ｂが残る。
【００３８】
次に、ステップＳＴ８において、再度、レジスト膜３２を形成する。次に、ステップＳＴ９において当該レジスト膜３２をパターニングする。このパターニングにおいては、前回のステップＳＴ４における場合とは異なり、ＩＴＯ薄膜部分１７Ｂのうちのセグメント電極１８に対応する部分を覆っているレジスト膜部分を除去する。
【００３９】
次に、ステップＳＴ１０において、ホウ珪酸ガラスの２回目のスパッタリングを行い、残存しているレジスト膜部分３２Ａの表面および、ＩＴＯ薄膜部分１７Ｂにおけるセグメント電極１８に対応する部分の表面に、同一厚さ、例えば１７５０Åの第２のホウ珪酸ガラス薄膜４２Ａ、４２Ｂを形成する。
【００４０】
この後は、ステップＳＴ１１において、第２回目のレジストリフトオフを行い、表面に第２のホウ珪酸ガラス薄膜４２Ａが形成されているレジスト膜部分３２Ａを除去する。
【００４１】
この第２回目のレジストリフトオフを行うことによって、ガラス基板４Ａの表面において、第１のホウ珪酸ガラス薄膜４１Ｂの上に第２のホウ珪酸ガラス薄膜４２Ｂが形成される。また、ＩＴＯ薄膜部分１７Ｃにおけるリード部１９に対応する部分の表面に第２のホウ珪酸ガラス薄膜４２Ｂが形成される。
【００４２】
この結果、図１、図２から分かるように、ガラス基板４の表面には、ガラス基板素材４Ａの表面に２層の形成したホウ珪酸ガラス薄膜４１Ｂ、４２Ｂによって、各振動板５に対峙している部分に、長方形の凹部１６が形成される。また、この凹部１６の底面にはＩＴＯ薄膜部分１７Ｂにおけるセグメント電極１８を形成する部分が露出した状態になる。さらに、ＩＴＯ薄膜部分１７Ｂにおけるリード部１９を形成している部分は、第２のホウ珪酸ガラス薄膜４２Ｂによって覆われ、その端面がガラス基板４の端面から露出した状態になる。
【００４３】
このようにして電極ガラス基板４を形成した後は、当該電極ガラス基板４を、キャビティプレート３の裏面に位置合わせして、陽極接合する。さらに、キャビティプレート３の上面にノズルプレート２を接合する。しかる後は、ダイシングにより、個別の静電型イクジェットヘッドが得られる。
【００４４】
（その他の実施の形態）
なお、上記の説明は本発明をイクジェットヘッドに適用した例であるが、本発明は、インクジェットヘッド以外の静電アクチュエータを駆動機構としている装置にも適用できることは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電アクチュエータの製造方法においては、第１回目のレジストリフトオフにより、電極ガラス基板上において凹部が形成される位置に精度良く個別電極を形成し、第２回目のレジストリフトオフにより、個別電極のセグメント電極を取り囲む状態にガラス薄膜を形成して、精度良く凹部を形成している。
【００４６】
従って、本発明の方法によれば、ガラス基板の表面をエッチングして凹部を形成し、その凹部底面に個別電極を形成する従来の方法に比べて、深さ寸法が正確な凹部、および厚さ寸法が正確な個別電極を形成できる。また、凹部の底面に対して正確な位置に個別電極を形成できる。さらに、個別電極形成用のパターンと凹部形成用のパターンの位置合わせ精度が、これらのパターン形成の解像度に影響しないので、高密度に個別電極を形成できる。
【００４７】
これに加えて、ガラス基板をエッチングするためのフッ酸系のエッチャントを使用する必要がないので、金等のマスクが不要となり、製造工程が簡便になるという利点もある。
【００４８】
更に、本発明の方法では、第２回目のスパッタリングにより個別電極のリード部１９の表面に形成したガラス薄膜部分をそのまま残すことにより、リード部１９がガラス薄膜部分により覆われたガラス基板を形成している。従って、このガラス基板をキャビティープレートの裏面に陽極接合すれば、自動的に気密状態の振動室が形成される。よって、従来のように、個別電極が形成された凹部を、樹脂製の封止材を用いて封鎖する必要が無い。従って、その分、製造工程を簡素化でき、また、封止材を取り付けるための封止代が不要となるので、その分、装置寸法を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により製造したインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの概略縦断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの平面構成図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドの電極ガラス基板の製造方法を示す概略フローチャートである。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ ノズルプレート
３ キャビティープレート
４ 電極ガラス基板
４Ａ ガラス基板
５ 振動板（共通電極）
６ インク室
１５ 振動室
Ｇ 間隔
１６ 凹部
１７ 個別電極
１７Ｂ 電極薄膜
１８ セグメント電極部
１９ リード部
３１、３２ レジスト膜
４１Ａ、４１Ｂ 第１のガラス薄膜
４２Ａ、４２Ｂ 第２のガラス薄膜

Claims (4)

1. 一方の対向電極としての振動板が形成されている半導体基板と、表面に凹部が形成されている電極基板と、この電極基板の前記凹部の底面に形成されている他方の対向電極としての電極薄膜とを有し、前記振動板および電極薄膜が一定の間隔で対向する状態で前記半導体基板および電極基板が相互に接合されている静電アクチュエータの製造方法において、
   前記電極基板を形成するための基板素材の表面に、前記電極薄膜を形成するための電極材料の薄膜をスパッタリングし、
   この電極材料の薄膜の表面にレジスト膜を形成し、
   このレジスト膜をパターニングして、前記電極薄膜の形成領域に対応する領域以外の部分を除去し、
   パターニングにより露出した前記基板素材および残存レジスト膜の表面に、前記電極材料の薄膜と同一厚さの第１のガラス薄膜をスパッタリングし、
   第１回目のレジストリフトオフを行うことにより前記電極薄膜を露出させ、
   前記電極薄膜および前記第１のガラス薄膜の表面にレジスト膜を形成し、
   このレジスト膜をパターニングして、前記電極薄膜の形成領域に対応する領域以外の部分を除去し、
   パターニングにより露出した前記第１のガラス薄膜および残存レジスト膜の表面に、第２のガラス薄膜をスパッタリングし、
   第２回目のレジストリフトオフを行うことにより前記電極薄膜を露出させることにより、前記電極基板を形成することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
2. 請求項１において、前記電極基板は、前記電極薄膜と同一素材からなる外部接続用のリード部を備えており、
   前記第１回目のレジスト膜のパターニング時には当該リード部に対応する領域にはレジスト膜を残し、
   前記第２目のレジスト膜のパターニング時には前記リード部に対応する領域を除去し、
   当該リード部の表面を第２のガラス薄膜で覆うことを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
3. 請求項２において、
   前記電極基板と前記半導体基板を陽極接合することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
4. 請求項１ないし４のうちの何れかの項において、前記静電アクチュエータは、前記振動板の振動により容積が変動するインク室と、このインク室に連通しているインクノズルとを有するインクジェットヘッドであることを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。

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