JP4070412B2 - 静電型インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電型インクジェットヘッドの製造方法に関し、より詳細には、プリンタ、コピー、ファクシミリ等に用いられる静電力を利用したインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動板と所定の間隔で振動板に対向する個別電極の間に電圧をかけたときに発生する静電力で振動板を変位させることによりインクを吐出させる形式のインクジェットヘッド（以下、静電型インクジェットヘッドという）において、振動板と個別電極間のギャップが非平行な部分を有するものとして、特開平９−３９２３５号公報、特開平９−１９３３７５号公報に開示された発明が知られている。また、特願平１１−３４９７３８号の発明も知られている。
【０００３】
特開平９−３９２３５号公報（インクジェットヘッドおよびその駆動方法）の発明は、振動板と所定の間隔で振動板に対向する電極の間に電圧をかけたときに発生する静電力で振動板を変位させることによりインクを吐出させる形式のインクジェットヘッドにおいて、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ている。非平行ギャップ形成方法については、具体的記述はされていない。
【０００４】
特開平９−１９３３７５号公報（記録ヘッド）の発明は、静電型インクジェットヘッドにおいて、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おさえる。非平行ギャップ形成方法については具体的記述はされていない。
【０００５】
特願平１１−３４９７３８号出願（静電型アクチュエータ・インクジェットヘッド及びそれらの製造方法）は、静電型インクジェットヘッドにおける非平行ギャップの形成方法として、電極基板上にフォトレジストの層を形成し、このフォトレジスト層をマスクとして電極基板材料を等方性及び／または異方性エッチングを行うことにより電極基板材料に所望のギャップ形状を形成する方法を提示している。
具体的な実施例としては電極基板（または電極基板上の絶縁膜、以下省略）上にレジストを塗布後、光が透過する領域は透過した光が散乱するように形成されていてるフォトマスクを用いて中央部で深くマスクの周辺部で浅い形状のレジスト層を形成したり、段差形状に開口したレジスト上にさらにレジストを重ね塗りすることにより開口部の周辺で形状が振動板側に向かって滑らかな凸形状のレジスト層を形成したり、さらにその後熱処理することによりレジスト形状を滑らかにする方法でレジスト層を形成後、レジストと電極基板を同時にエッチングすることによりレジストの形状を電極基板に転写する方法が提示されている。
また、非平行ギャップの形成方法として、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を用いて非平行なギャップ形状に対応したレジスト形状を形成し、レジストと基板材料を同時にエッチングすることによりレジスト形状を所定の比率で基板へ転写させる方法が提示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平９−３９２３５号公報には、他段階のギャップ形成について具体的な製造方法が示されていないが、形状から類推するとギャップの段数に応じて複数回のエッチングを行っているものと推定される。
特開平９−１９３３７５号公報には、非平行ギャップ形成方法については具体的な製造方法が示されていない。
また、特願平１１−３４９７３８号の明細書には、中央部で深くマスクの周辺部で浅い形状のギャップ、及び開口部の周辺で形状が振動板側に向かって滑らかな凸形状のギャップが示されている。また、振動板基板との接合面及びギャップに対応する部分全体に非平行なギャップ形状に対応したレジストパターンが形成されており、全体がレジストに覆われた状態からレジストと基板材料を同時にエッチングする方法が示されている。
【０００７】
従来の技術において示されているレジスト形状とした場合、非平行なギャップ形状に対応したレジストと基板材料をエッチングする工程は、次の２つのステップからなる。
（１）レジストのみがエッチングされるステップ。
（２）レジストと基板材料の両方がエッチングされるステップ。
そのため、ギャップ形状のバラツキも、上の２つのステップのバラツキの影響を受ける。
【０００８】
本発明の目的は、非平行ギャップを有する低電圧駆動が可能で高性能、高信頼性で、非平行ギャップ形状のバラツキを大きく低減させることが可能な静電型インクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するためになされたものであって、その第１の技術手段は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、該振動板とギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズルから吐出し、前記ギャップが、前記振動板に対し非平行な傾斜を持った第１の非平行部分と、前記振動板に対して平行な平行部分とからなる静電型インクジェットヘッドの製造方法において、前記ギャップの位置に対応して前記電極基板上もしくは該電極基板上に形成された絶縁層上の振動板基板との接合面領域及び前記第１の非平行部分に対応する領域にのみレジストパターンを前記平行部分と前記非平行部分との境界部であるレジストパターン端部に段差を設けて形成し、前記平行部分に対応する領域の前記電極基板もしくは前記絶縁層と、前記レジストパターンとを同時にエッチングすることにより前記レジストパターンを所定の比率で前記電極基板もしくは前記絶縁層に転写することを特徴とする。
【００１２】
第２の技術手段は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、該振動板とギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズルから吐出し、前記ギャップが、前記振動板に対し非平行な傾斜を持った第１の非平行部分と、該第１の非平行部分の傾斜より急峻な傾斜を持った第２の非平行部分と、前記振動板に対して平行な平行部分とからなる静電型インクジェットヘッドの製造方法において、前記ギャップの位置に対応して前記電極基板上もしくは該電極基板上に形成された絶縁層上の振動板基板との接合面領域及び前記第１の非平行部分及び第２の非平行部分に対応する領域にのみレジストパターンを形成し、前記第２の非平行部分に相当する部分のレジストパターン端部には段差が設けられ、前記平行部分に対応する領域の電極基板もしくは前記絶縁層と、前記レジストパターンとを同時にエッチングすることにより前記レジストパターンを所定の比率で前記電極基板もしくは前記絶縁層に転写することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の製造方法によって製造された静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部の要部断面図であり、請求項１，３の発明に対応する。
アクチュエータ部分の主要部は、従来の静電型インクジェットヘッドと同様に、支持基板１１，絶縁膜１２，対向電極１３，絶縁膜１４，隔壁２１，振動板２２等から構成される。
振動板２２と対向電極１３間には微少なギャップＧが形成されていて、振動板２２と対向電極１３間に電圧を加えると、静電力により振動板２２が対向電極側に変位し、その後電圧を０に戻したときに対向電極側に変位している振動板２２がその弾性力によって元の位置に戻ろうとする力によりインクを噴射させるものである。
振動板２２と対向電極１３間のギャップは絶縁膜１４中に堀込まれたくぼみによって作られた間隔から対向電極１３と絶縁膜１４の厚みの差を引いた大きさとなる。
【００１４】
実施例１の静電型インクジェットヘッドのアクチュエータでは、駆動電圧の低電圧化と噴射インク滴量の複数段階制御を目的として、片側においてはギャップ端から中心部に行くに従い振動板と対向電極間隔が徐々に広がるような第１の非平行部分Ｇ１が形成され、残り部分においては振動板２２と対向電極１３が平行となるような平行部分Ｇ３が形成されたギャップ形状となっている。また、第１の非平行部分Ｇ１と平行部分Ｇ３との間には０.２μｍ以上の段差が形成され、この部分が第２の非平行部分Ｇ２となっている。
【００１５】
対向電極１３上の絶縁膜１４は振動板２２と対向電極１３の短絡を防ぐものであり、同機能の絶縁膜を振動板側に形成してもよい。また、振動板と対向電極が接触しないような駆動方式で動作させる場合には省略することも可能である。
【００１６】
また、実施例１においては絶縁膜１２に窪みを掘ったが、支持基板１１に窪みを掘りその上に均一な厚みで絶縁層を形成しても同様なギャップを形成することが可能である。
さらに、支持基板１１としてガラス等の絶縁性の基板を用いた場合には、絶縁膜１２は省略可能である。
また、実施例１において対向電極形成基板側に形成されたような窪みを振動板側に形成してギャップ作成することも可能である。また、実施例１のギャップ形状はあくまで１例であり、目的に応じて他のギャップ形状にすることも可能である。
【００１７】
実施例１においては、支持基板１１として＜１００＞シリコンウェハを用い、絶縁膜１２としては前記シリコンウェハ上に熱酸化により概ね２μｍ成長させた熱酸化膜を用いた。
また、対向電極１３としてはＡｌ、その上の絶縁膜１４としてはプラズマＣＶＤ法により成長させたＳｉＯ2膜を用いた。
【００１８】
隔壁２１及び振動板２２には＜１１０＞シリコンウェハが用いられ、さらに振動板２２にはエッチングストップのために高濃度（６×１０１９／ｃｍ３以上）のボロンドープがされている。
ただし、これらはあくまで１実施例であり、同様な機能を持つ他材料を用いてもかまわない。
【００１９】
本発明は、振動板とそれにギャップを挟んで対向する電極間のギャップの構成及びその形成法に関するものであることから他部品の図示は省略したが、従来技術と同様に、図１の構成のアクチュエータにインク供給路，流体抵抗，ノズルプレート等の部品と組み付けることにより、静電型インクジェットヘッドが作成される。
【００２０】
図２は、実施例１の静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部を形成するプロセスフローを示す概略図である。
図２（Ａ）：支持基板１１となる＜１００＞シリコンウェハ上に絶縁膜１２となる熱酸化膜を２.０μｍ成長させ、フォトレジスト３１をスピンコートし、プリベークを行ったのち、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３２（以下、このようなマスクをグラデーションマスクという。）を利用して露光処理を行う。
実施例１においては、フォトレジスト３１として粘度５０ｃｐのものを用い、概ね４６００ｒｐｍでスピンコートすることにより１.７μｍ程度の厚を得た。塗布後は９０℃ ６０ｓｅｃのプリベークをおこない、露光はステッパー（ＮＡ：０.５４、λ：３６５ｎｍ）にて装置的な露光量（透過率１００％，パターンボケの問題がないような広いパターンでの露光量）１３５ｍＪ／ｃｍ２、フォーカスオフセット量は６.０μｍの条件で行った。
第１の非平行部分Ｇ１より急峻な傾斜の第２の非平行部分Ｇ２を形成するための条件として、第１の非平行部分Ｇ１の最もレジスト膜厚が薄い部分で約０.１μｍのレジスト膜厚となるように露光条件を設定した。
【００２１】
実施例１においては、グラデーションマスクを用いたが、ギャップ形状に対応した透過率分布を持つようなフォトマスクを用いても良い。
そのようなフォトマスクは、例えば露光する波長の光に対し半透明の材料を用いその膜厚分布により透過率分布を制御することでも得られる。特に特殊な材料でなくとも、膜厚が薄ければ半透明になるので、例えばポリシリコン等でもかまわない。
【００２２】
図２（Ｂ）：つづいて現像処理を行うと、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るが、非平行ギャップの位置に対応して第１の非平行部分と第２の非平行部分が連続に形成されており、また振動板と対向電極が平行となるようなギャップ形状の底部分は前記フォトマスクが完全に開口しておりフォトレジストが残らないように設計されている。
【００２３】
図２（Ｃ）：フォトレジスト３１及び絶縁膜１２を同時にエッチングすることよりフォトレジストの形状が絶縁膜１２に転写されていく。実施例１においては、ＣＦ４／Ｏ２ガス系を用いたＲＩＥにより、フォトレジストのエッチレート約０.９μｍ／ｍｉｎ，酸化膜のエッチレート約０.３μｍ／ｍｉｎの条件でのエッチングを行った。
【００２４】
図２（Ｄ）：ギャップ部分の非平行部分のフォトレジスト３１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に縮小したような窪みが絶縁膜１２に形成される。このように、フォトレジスト３１のエッチレートがフォトレジスト形状を転写される絶縁膜１２もしくは支持基板１１のエッチレートよりも大きくなる条件でエッチングを行うことにより、フォトレジスト形成段階で生じる凹凸の高さより絶縁膜１２もしくは支持基板１１上での凹凸を小さくすることができる。
また、実施例１ではギャップ底部のフォトレジスト３１が残らないようにフォトレジストパターンを形成しているため、フォトレジスト塗布や露光、現像といった工程のバラツキがギャップ深さに影響せず、エッチングのバラツキのみが電極基板と振動板間のキャップ間隔に影響するためバラツキの少ないギャップ形成が可能となる。また、傾斜の急峻な部分を設けることによりフォトレジスト形状の横方向バラツキを低減させる効果も考慮している。
【００２５】
この後、スパッタ法により対向電極１３材料を成膜し、フォトリソ／エッチング工程により対向電極１３のパターン形成を行う。
さらに、絶縁膜１４をＰＥ−ＣＶＤ法により成膜する。本実施例ではＴＥＯＳ＋Ｏ２ガスを用いてシリコン酸化膜を０.１５μｍ成膜した。成膜方法、材料、厚みはこれに限ったものではない。さらに、振動板２２の形成領域に少なくとも６×１０１９／ｃｍ３以上のボロンドープを行った振動板／隔壁形成基板となる＜１１０＞シリコンウェハと対向電極１３が形成された支持基板１１とを直接接合より接着し隔壁２１となる部分をマスクして＜１１０＞ＫＯＨによりシリコンを異方性エッチングする。高濃度にボロンが拡散された領域でＫＯＨでのエッチングがストップし、隔壁２１が形成されると同時に振動板２２が形成される。
【００２６】
（実施例２）
図３は、実施例２による静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部を形成するプロセスを示す概略図であり、請求項２，３に対応する。
実施例２は、実施例１の製造方法のレジストパターニングにおいて、第２の非平行部分Ｇ２のレジストと完全に現像されてレジストが残っていない平行部分Ｇ３とのレジスト段差が、レジスト、装置等のプロセスバラツキにより不安定となり傾斜部分Ｇ１，Ｇ２の形状が不安定となることを改善することができる。
【００２７】
図３（Ａ）：実施例１と同様の電極基板となる絶縁膜１２にフォトレジスト３１を塗布後、傾斜部分の一部を完全に開口させたグラデーションマスクを用いて露光／現像を行なう。
本実施例においては傾斜部分Ｇ１，Ｇ２と平行部分Ｇ３のレジスト段差が存在せず、傾斜部分と平行部が連続的につながった従来方法と同様のレジスト形状となる。
【００２８】
図３（Ｂ）：その後、実施例１と同様にフォトレジスト３１及び絶縁膜１２を同時にエッチングすることによりフォトレジスト３１の形状を絶縁膜１２に転写する。
絶縁膜１２に転写されたギャップＧの断面形状も振動板と対向電極が非平行になる部分と平行になる部分が連続的に形状となる様な傾斜部の形状を作り込むことが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、振動板と個別電極間のギャップ深さのバラツキが少なく、低電圧駆動が可能で、安定した信頼性の高い静電型インクジェットヘッドが得られる。
また、本発明の静電型インクジェットヘッド製造方法によれば、振動板と対向電極間のギャップ形成における製造工程のバラツキ要素が、エッチングのバラツキのみとなり、深さバラツキの少ないギャップ形成が可能である。また、現像後の膜厚が不安定なレジスト膜厚の薄い領域を少なくすることで、安定したギャップ形状を作り込むことができ、安定した信頼性の高い静電型インクジェットヘッドの作成が可能となる。
さらに、本発明の静電型インクジェットヘッド製造方法によれば、非平行ギャップ形状の作り込みにおいて、深さバラツキの少ないギャップ形成が可能である。また、段差部分が存在しないため、プロセスバラツキによらず非平行部と平行部が連続的につながり、従来の製造方法と同様の低電圧駆動が可能な高性能、高信頼性の静電型インクジェットヘッドの作成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１による静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部の要部断面図である。
【図２】 実施例１による静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部を形成するプロセスフローを示す概略図である。
【図３】 実施例２による静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部を形成するプロセスフローを示す概略図である。
【符号の説明】
１１…支持基板、１２…絶縁膜、１３…対向電極、１４…絶縁膜、２１…隔壁、２２…振動板、３１…フォトレジスト、３２…グラデーションマスク、Ｇ…ギャップ、Ｇ１…第１の非平行部分、Ｇ２…第２の非平行部分、Ｇ３…平行部分。
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電型インクジェットヘッドの製造方法に関し、より詳細には、プリンタ、コピー、ファクシミリ等に用いられる静電力を利用したインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動板と所定の間隔で振動板に対向する個別電極の間に電圧をかけたときに発生する静電力で振動板を変位させることによりインクを吐出させる形式のインクジェットヘッド（以下、静電型インクジェットヘッドという）において、振動板と個別電極間のギャップが非平行な部分を有するものとして、特開平９−３９２３５号公報、特開平９−１９３３７５号公報に開示された発明が知られている。また、特願平１１−３４９７３８号の発明も知られている。
【０００３】
特開平９−３９２３５号公報（インクジェットヘッドおよびその駆動方法）の発明は、振動板と所定の間隔で振動板に対向する電極の間に電圧をかけたときに発生する静電力で振動板を変位させることによりインクを吐出させる形式のインクジェットヘッドにおいて、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ている。非平行ギャップ形成方法については、具体的記述はされていない。
【０００４】
特開平９−１９３３７５号公報（記録ヘッド）の発明は、静電型インクジェットヘッドにおいて、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おさえる。非平行ギャップ形成方法については具体的記述はされていない。
【０００５】
特願平１１−３４９７３８号出願（静電型アクチュエータ・インクジェットヘッド及びそれらの製造方法）は、静電型インクジェットヘッドにおける非平行ギャップの形成方法として、電極基板上にフォトレジストの層を形成し、このフォトレジスト層をマスクとして電極基板材料を等方性及び／または異方性エッチングを行うことにより電極基板材料に所望のギャップ形状を形成する方法を提示している。
具体的な実施例としては電極基板（または電極基板上の絶縁膜、以下省略）上にレジストを塗布後、光が透過する領域は透過した光が散乱するように形成されていてるフォトマスクを用いて中央部で深くマスクの周辺部で浅い形状のレジスト層を形成したり、段差形状に開口したレジスト上にさらにレジストを重ね塗りすることにより開口部の周辺で形状が振動板側に向かって滑らかな凸形状のレジスト層を形成したり、さらにその後熱処理することによりレジスト形状を滑らかにする方法でレジスト層を形成後、レジストと電極基板を同時にエッチングすることによりレジストの形状を電極基板に転写する方法が提示されている。
また、非平行ギャップの形成方法として、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を用いて非平行なギャップ形状に対応したレジスト形状を形成し、レジストと基板材料を同時にエッチングすることによりレジスト形状を所定の比率で基板へ転写させる方法が提示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平９−３９２３５号公報には、他段階のギャップ形成について具体的な製造方法が示されていないが、形状から類推するとギャップの段数に応じて複数回のエッチングを行っているものと推定される。
特開平９−１９３３７５号公報には、非平行ギャップ形成方法については具体的な製造方法が示されていない。
また、特願平１１−３４９７３８号の明細書には、中央部で深くマスクの周辺部で浅い形状のギャップ、及び開口部の周辺で形状が振動板側に向かって滑らかな凸形状のギャップが示されている。また、振動板基板との接合面及びギャップに対応する部分全体に非平行なギャップ形状に対応したレジストパターンが形成されており、全体がレジストに覆われた状態からレジストと基板材料を同時にエッチングする方法が示されている。
【０００７】
従来の技術において示されているレジスト形状とした場合、非平行なギャップ形状に対応したレジストと基板材料をエッチングする工程は、次の２つのステップからなる。
（１）レジストのみがエッチングされるステップ。
（２）レジストと基板材料の両方がエッチングされるステップ。
そのため、ギャップ形状のバラツキも、上の２つのステップのバラツキの影響を受ける。
【０００８】
本発明の目的は、非平行ギャップを有する低電圧駆動が可能で高性能、高信頼性で、非平行ギャップ形状のバラツキを大きく低減させることが可能な静電型インクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するためになされたものであって、その第１の技術手段は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、該振動板とギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズルから吐出し、前記ギャップが、前記振動板に対し非平行な傾斜を持った第１の非平行部分と、前記振動板に対して平行な平行部分とからなる静電型インクジェットヘッドの製造方法において、前記ギャップの位置に対応して前記電極基板上もしくは該電極基板上に形成された絶縁層上の振動板基板との接合面領域及び前記第１の非平行部分に対応する領域にのみレジストパターンを前記平行部分と前記非平行部分との境界部であるレジストパターン端部に段差を設けて形成し、前記平行部分に対応する領域の前記電極基板もしくは前記絶縁層と、前記レジストパターンとを同時にエッチングすることにより前記レジストパターンを所定の比率で前記電極基板もしくは前記絶縁層に転写することを特徴とする。
【００１２】
第２の技術手段は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、該振動板とギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズルから吐出し、前記ギャップが、前記振動板に対し非平行な傾斜を持った第１の非平行部分と、該第１の非平行部分の傾斜より急峻な傾斜を持った第２の非平行部分と、前記振動板に対して平行な平行部分とからなる静電型インクジェットヘッドの製造方法において、前記ギャップの位置に対応して前記電極基板上もしくは該電極基板上に形成された絶縁層上の振動板基板との接合面領域及び前記第１の非平行部分及び第２の非平行部分に対応する領域にのみレジストパターンを形成し、前記第２の非平行部分に相当する部分のレジストパターン端部には段差が設けられ、前記平行部分に対応する領域の電極基板もしくは前記絶縁層と、前記レジストパターンとを同時にエッチングすることにより前記レジストパターンを所定の比率で前記電極基板もしくは前記絶縁層に転写することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の製造方法によって製造された静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部の要部断面図であり、請求項１，３の発明に対応する。
アクチュエータ部分の主要部は、従来の静電型インクジェットヘッドと同様に、支持基板１１，絶縁膜１２，対向電極１３，絶縁膜１４，隔壁２１，振動板２２等から構成される。
振動板２２と対向電極１３間には微少なギャップＧが形成されていて、振動板２２と対向電極１３間に電圧を加えると、静電力により振動板２２が対向電極側に変位し、その後電圧を０に戻したときに対向電極側に変位している振動板２２がその弾性力によって元の位置に戻ろうとする力によりインクを噴射させるものである。
振動板２２と対向電極１３間のギャップは絶縁膜１４中に堀込まれたくぼみによって作られた間隔から対向電極１３と絶縁膜１４の厚みの差を引いた大きさとなる。
【００１４】
実施例１の静電型インクジェットヘッドのアクチュエータでは、駆動電圧の低電圧化と噴射インク滴量の複数段階制御を目的として、片側においてはギャップ端から中心部に行くに従い振動板と対向電極間隔が徐々に広がるような第１の非平行部分Ｇ１が形成され、残り部分においては振動板２２と対向電極１３が平行となるような平行部分Ｇ３が形成されたギャップ形状となっている。また、第１の非平行部分Ｇ１と平行部分Ｇ３との間には０.２μｍ以上の段差が形成され、この部分が第２の非平行部分Ｇ２となっている。
【００１５】
対向電極１３上の絶縁膜１４は振動板２２と対向電極１３の短絡を防ぐものであり、同機能の絶縁膜を振動板側に形成してもよい。また、振動板と対向電極が接触しないような駆動方式で動作させる場合には省略することも可能である。
【００１６】
また、実施例１においては絶縁膜１２に窪みを掘ったが、支持基板１１に窪みを掘りその上に均一な厚みで絶縁層を形成しても同様なギャップを形成することが可能である。
さらに、支持基板１１としてガラス等の絶縁性の基板を用いた場合には、絶縁膜１２は省略可能である。
また、実施例１において対向電極形成基板側に形成されたような窪みを振動板側に形成してギャップ作成することも可能である。また、実施例１のギャップ形状はあくまで１例であり、目的に応じて他のギャップ形状にすることも可能である。
【００１７】
実施例１においては、支持基板１１として＜１００＞シリコンウェハを用い、絶縁膜１２としては前記シリコンウェハ上に熱酸化により概ね２μｍ成長させた熱酸化膜を用いた。
また、対向電極１３としてはＡｌ、その上の絶縁膜１４としてはプラズマＣＶＤ法により成長させたＳｉＯ2膜を用いた。
【００１８】
隔壁２１及び振動板２２には＜１１０＞シリコンウェハが用いられ、さらに振動板２２にはエッチングストップのために高濃度（６×１０１９／ｃｍ３以上）のボロンドープがされている。
ただし、これらはあくまで１実施例であり、同様な機能を持つ他材料を用いてもかまわない。
【００１９】
本発明は、振動板とそれにギャップを挟んで対向する電極間のギャップの構成及びその形成法に関するものであることから他部品の図示は省略したが、従来技術と同様に、図１の構成のアクチュエータにインク供給路，流体抵抗，ノズルプレート等の部品と組み付けることにより、静電型インクジェットヘッドが作成される。
【００２０】
図２は、実施例１の静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部を形成するプロセスフローを示す概略図である。
図２（Ａ）：支持基板１１となる＜１００＞シリコンウェハ上に絶縁膜１２となる熱酸化膜を２.０μｍ成長させ、フォトレジスト３１をスピンコートし、プリベークを行ったのち、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３２（以下、このようなマスクをグラデーションマスクという。）を利用して露光処理を行う。
実施例１においては、フォトレジスト３１として粘度５０ｃｐのものを用い、概ね４６００ｒｐｍでスピンコートすることにより１.７μｍ程度の厚を得た。塗布後は９０℃ ６０ｓｅｃのプリベークをおこない、露光はステッパー（ＮＡ：０.５４、λ：３６５ｎｍ）にて装置的な露光量（透過率１００％，パターンボケの問題がないような広いパターンでの露光量）１３５ｍＪ／ｃｍ２、フォーカスオフセット量は６.０μｍの条件で行った。
第１の非平行部分Ｇ１より急峻な傾斜の第２の非平行部分Ｇ２を形成するための条件として、第１の非平行部分Ｇ１の最もレジスト膜厚が薄い部分で約０.１μｍのレジスト膜厚となるように露光条件を設定した。
【００２１】
実施例１においては、グラデーションマスクを用いたが、ギャップ形状に対応した透過率分布を持つようなフォトマスクを用いても良い。
そのようなフォトマスクは、例えば露光する波長の光に対し半透明の材料を用いその膜厚分布により透過率分布を制御することでも得られる。特に特殊な材料でなくとも、膜厚が薄ければ半透明になるので、例えばポリシリコン等でもかまわない。
【００２２】
図２（Ｂ）：つづいて現像処理を行うと、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るが、非平行ギャップの位置に対応して第１の非平行部分と第２の非平行部分が連続に形成されており、また振動板と対向電極が平行となるようなギャップ形状の底部分は前記フォトマスクが完全に開口しておりフォトレジストが残らないように設計されている。
【００２３】
図２（Ｃ）：フォトレジスト３１及び絶縁膜１２を同時にエッチングすることよりフォトレジストの形状が絶縁膜１２に転写されていく。実施例１においては、ＣＦ４／Ｏ２ガス系を用いたＲＩＥにより、フォトレジストのエッチレート約０.９μｍ／ｍｉｎ，酸化膜のエッチレート約０.３μｍ／ｍｉｎの条件でのエッチングを行った。
【００２４】
図２（Ｄ）：ギャップ部分の非平行部分のフォトレジスト３１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に縮小したような窪みが絶縁膜１２に形成される。このように、フォトレジスト３１のエッチレートがフォトレジスト形状を転写される絶縁膜１２もしくは支持基板１１のエッチレートよりも大きくなる条件でエッチングを行うことにより、フォトレジスト形成段階で生じる凹凸の高さより絶縁膜１２もしくは支持基板１１上での凹凸を小さくすることができる。
また、実施例１ではギャップ底部のフォトレジスト３１が残らないようにフォトレジストパターンを形成しているため、フォトレジスト塗布や露光、現像といった工程のバラツキがギャップ深さに影響せず、エッチングのバラツキのみが電極基板と振動板間のキャップ間隔に影響するためバラツキの少ないギャップ形成が可能となる。また、傾斜の急峻な部分を設けることによりフォトレジスト形状の横方向バラツキを低減させる効果も考慮している。
【００２５】
この後、スパッタ法により対向電極１３材料を成膜し、フォトリソ／エッチング工程により対向電極１３のパターン形成を行う。
さらに、絶縁膜１４をＰＥ−ＣＶＤ法により成膜する。本実施例ではＴＥＯＳ＋Ｏ２ガスを用いてシリコン酸化膜を０.１５μｍ成膜した。成膜方法、材料、厚みはこれに限ったものではない。さらに、振動板２２の形成領域に少なくとも６×１０１９／ｃｍ３以上のボロンドープを行った振動板／隔壁形成基板となる＜１１０＞シリコンウェハと対向電極１３が形成された支持基板１１とを直接接合より接着し隔壁２１となる部分をマスクして＜１１０＞ＫＯＨによりシリコンを異方性エッチングする。高濃度にボロンが拡散された領域でＫＯＨでのエッチングがストップし、隔壁２１が形成されると同時に振動板２２が形成される。
【００２６】
（実施例２）
図３は、実施例２による静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部を形成するプロセスを示す概略図であり、請求項２，３に対応する。
実施例２は、実施例１の製造方法のレジストパターニングにおいて、第２の非平行部分Ｇ２のレジストと完全に現像されてレジストが残っていない平行部分Ｇ３とのレジスト段差が、レジスト、装置等のプロセスバラツキにより不安定となり傾斜部分Ｇ１，Ｇ２の形状が不安定となることを改善することができる。
【００２７】
図３（Ａ）：実施例１と同様の電極基板となる絶縁膜１２にフォトレジスト３１を塗布後、傾斜部分の一部を完全に開口させたグラデーションマスクを用いて露光／現像を行なう。
本実施例においては傾斜部分Ｇ１，Ｇ２と平行部分Ｇ３のレジスト段差が存在せず、傾斜部分と平行部が連続的につながった従来方法と同様のレジスト形状となる。
【００２８】
図３（Ｂ）：その後、実施例１と同様にフォトレジスト３１及び絶縁膜１２を同時にエッチングすることによりフォトレジスト３１の形状を絶縁膜１２に転写する。
絶縁膜１２に転写されたギャップＧの断面形状も振動板と対向電極が非平行になる部分と平行になる部分が連続的に形状となる様な傾斜部の形状を作り込むことが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、振動板と個別電極間のギャップ深さのバラツキが少なく、低電圧駆動が可能で、安定した信頼性の高い静電型インクジェットヘッドが得られる。
また、本発明の静電型インクジェットヘッド製造方法によれば、振動板と対向電極間のギャップ形成における製造工程のバラツキ要素が、エッチングのバラツキのみとなり、深さバラツキの少ないギャップ形成が可能である。また、現像後の膜厚が不安定なレジスト膜厚の薄い領域を少なくすることで、安定したギャップ形状を作り込むことができ、安定した信頼性の高い静電型インクジェットヘッドの作成が可能となる。
さらに、本発明の静電型インクジェットヘッド製造方法によれば、非平行ギャップ形状の作り込みにおいて、深さバラツキの少ないギャップ形成が可能である。また、段差部分が存在しないため、プロセスバラツキによらず非平行部と平行部が連続的につながり、従来の製造方法と同様の低電圧駆動が可能な高性能、高信頼性の静電型インクジェットヘッドの作成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１による静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部の要部断面図である。
【図２】 実施例１による静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部を形成するプロセスフローを示す概略図である。
【図３】 実施例２による静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部を形成するプロセスフローを示す概略図である。
【符号の説明】
１１…支持基板、１２…絶縁膜、１３…対向電極、１４…絶縁膜、２１…隔壁、２２…振動板、３１…フォトレジスト、３２…グラデーションマスク、Ｇ…ギャップ、Ｇ１…第１の非平行部分、Ｇ２…第２の非平行部分、Ｇ３…平行部分。
Claims (2)
- 記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、該振動板とギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズルから吐出し、前記ギャップが、前記振動板に対し非平行な傾斜を持った第１の非平行部分と、前記振動板に対して平行な平行部分とからなる静電型インクジェットヘッドの製造方法において、前記ギャップの位置に対応して前記電極基板上もしくは該電極基板上に形成された絶縁層上の振動板基板との接合面領域及び前記第１の非平行部分に対応する領域にのみレジストパターンを前記平行部分と前記非平行部分との境界部であるレジストパターン端部に段差を設けて形成し、前記平行部分に対応する領域の前記電極基板もしくは前記絶縁層と、前記レジストパターンとを同時にエッチングすることにより前記レジストパターンを所定の比率で前記電極基板もしくは前記絶縁層に転写することを特徴とする静電型インクジェットヘッドの製造方法。
- 記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、該振動板とギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズルから吐出し、前記ギャップが、前記振動板に対し非平行な傾斜を持った第１の非平行部分と、該第１の非平行部分の傾斜より急峻な傾斜を持った第２の非平行部分と、前記振動板に対して平行な平行部分とからなる静電型インクジェットヘッドの製造方法において、前記ギャップの位置に対応して前記電極基板上もしくは該電極基板上に形成された絶縁層上の振動板基板との接合面領域及び前記第１の非平行部分及び第２の非平行部分に対応する領域にのみレジストパターンを形成し、前記第２の非平行部分に相当する部分のレジストパターン端部には段差が設けられ、前記平行部分に対応する領域の電極基板もしくは前記絶縁層と、前記レジストパターンとを同時にエッチングすることにより前記レジストパターンを所定の比率で前記電極基板もしくは前記絶縁層に転写することを特徴とする静電型インクジェットヘッドの製造方法。
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