JP4379511B2 - 静電アクチュエータの製造方法 - Google Patents
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Description
また、いずれか一方の絶縁膜が酸化シリコンとHigh−k材とを積層した絶縁膜となっているため、アクチュエータの発生圧力を向上させることができる。またアクチュエータの発生圧力を同一圧力にする場合には、絶縁膜厚みを増して、絶縁耐圧に優れた静電アクチュエータを構成することができる。これにより、静電アクチュエータの微小化、高密度化が可能となる。
また、いずれか一方の絶縁膜がHigh−k材どうしを積層した絶縁膜となっているため、アクチュエータの発生圧力を向上させることができる。またアクチュエータの発生圧力を同一圧力にする場合には、絶縁膜厚みを増して、絶縁耐圧に優れた静電アクチュエータを構成することができる。これにより、静電アクチュエータの微小化、高密度化が可能となる。
酸化シリコン膜は陽極接合に好適な材料であるので、ガラス基板とシリコン基板との接合面に酸化シリコン膜を形成することが望ましい。
具体的には酸化シリコン膜は陽極接合に好適な材料であるので、ガラス基板とシリコン基板との接合部に酸化シリコン膜を形成することが望ましい。また、接合部の絶縁膜が酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料からなる場合は、できるだけ接合強度の良好な誘電材料からなる絶縁膜、具体的にはアルミナ絶縁膜を接合部に形成することが望ましい。
シリコン熱酸化膜は絶縁耐圧や接合強度に優れた材料であるので、固定電極側に酸化シリコンとHigh−k材とを積層した絶縁膜を設ける場合は可動電極側に第2の絶縁膜としてシリコン熱酸化膜を設けることが好ましい。
これにより、信頼性の高い、液滴吐出特性に優れた高密度の液滴吐出ヘッドを安価に製造することができる。
図1は実施形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図2は組立状態における図1の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図、図3は図2のA部の拡大断面図、図4は図2のa−a拡大断面図、図5は図2のインクジェットヘッドの上面図である。なお、図1および図2では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
酸化シリコン(SiO2)よりも比誘電率の高い誘電材料、すなわちいわゆるHigh−k材と呼ばれる高誘電材料としては、例えば酸窒化シリコン(SiON)、酸化アルミニウム(Al2O3、アルミナ)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化タンタル(Ta2O3)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiN)、酸窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、窒化アルミ(AlN)、窒化ジルコニウム(ZrO2)、酸化セリウム(CeO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化イットリウム(Y2O3)、ジルコニウムシリケート(ZrSiO)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、ジルコニウムアルミネート(ZrAlO)、窒素添加ハフニウムアルミネート(HfAlON)、及びこれらの複合膜等を挙げることができる。その中でも膜の低温成膜性、膜の均質性、プロセス適応性等を考慮した場合、酸化アルミニウム(Al2O3、アルミナ)、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiN)、酸窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)を使用することが望ましく、これらの中から少なくとも一つが選ばれる。本実施形態1では、個別電極5側の第1の絶縁膜7は酸化シリコン膜のみの単層構造とし、振動板6側の第2の絶縁膜8は最下層をアルミナ膜8bとし、その上に酸化シリコン膜8aを積層する2層の絶縁構造としている。
以上により、インクジェットヘッド10の静電アクチュエータ部4が構成される。
ノズル基板1は、例えばシリコン基板から作製されている。インク滴を吐出するためのノズル孔11は、例えば径の異なる2段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから構成されている。噴射口部分11aおよび導入口部分11bは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分11aは先端がノズル基板1の表面に開口し、導入口部分11bはノズル基板1の裏面(キャビティ基板2と接合される接合側の面)に開口している。
また、ノズル基板1には、キャビティ基板2の吐出室21とリザーバ23とを連通するオリフィス12とリザーバ23部の圧力変動を補償するためのダイヤフラム部13が形成されている。
また、表面保護膜として用いられる化合物は、一般に下地絶縁膜に対し膜応力が非常に大きいため、下地絶縁膜と表面保護膜との界面からの剥離を防止するため、表面保護膜9の膜厚は極力薄く形成することが好ましい。具体的には、表面保護膜9の膜厚は下地絶縁膜の膜厚に対し10%以下とすることが望ましい。
また、振動板6と個別電極5との間に形成されるギャップGの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材35で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド10の信頼性を高く保持することができる。
以上により、インクジェットヘッド10が完成する。
駆動制御回路40により個別電極5とキャビティ基板2の共通電極26の間にパルス電圧を印加すると、振動板6は個別電極5側に引き寄せられて吸着し、吐出室21内に負圧を発生させて、リザーバ23内のインクを吸引し、インクの振動(メニスカス振動)を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板6は離脱して、インクをノズル11から押出し、インク液滴を吐出する。
また、このインクジェットヘッド10は、上記のように構成された静電アクチュエータ部4を備えているので、静電アクチュエータ部4を微小化しても駆動耐久性および駆動の安定性に優れ、高速駆動および高密度化が可能となる。
駆動時における振動板6を吸引する静電圧力(発生圧力)Pは、静電エネルギーをE、振動板6の個別電極5に対する任意の位置をx、振動板6の面積をS、印加電圧をV、絶縁膜の厚さをt、真空中の誘電率をε0、絶縁膜の比誘電率をεrとすると、以下の式で表される。
また、絶縁膜としてHigh−k材を適用したインクジェットヘッド10の場合、振動板6の面積を小さくしてもインク滴の吐出に必要なパワーを得ることが可能となる。このため、インクジェットヘッド10において振動板6の幅を小さくして、吐出室21のピッチ、すなわちノズル11のピッチを小さくすることにより解像度を上げることができ、より高精細な印刷を高速で行うことのできるインクジェットヘッド10を得ることができる。さらに振動板6の長さを短くすることにより、インク流路における応答性を向上して駆動周波数を上げることができ、より高速の印刷を行うことが可能となる。
また例えば、第2の絶縁膜8の比誘電率を全体として2倍にすれば、第2の絶縁膜8の厚さを2倍にしてもほぼ同じ発生圧力が得られるため、静電アクチュエータにおけるTDDB(Time Depend Dielectric Breakdown、長時間の絶縁破壊強度)、TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown、瞬間における絶縁破壊強度)等の耐絶縁破壊強度をほぼ2倍にできることが分かる。
(1)アクチュエータの発生圧力が向上する。
High−k材のアルミナ膜を使用することで、表2のようにt/εの値を小さくできるため、静電アクチュエータの発生圧力を向上させることができる。
(2)絶縁耐圧を確保できる。
絶縁耐圧に優れた酸化シリコン膜とアルミナ膜が十分な厚さで成膜されているため、必要な絶縁耐圧を確保することができる。
(3)接合強度を確保できる。
High−k材上に酸化シリコン膜を積層することで、この酸化シリコン膜を介してキャビティ基板と電極基板を陽極接合するので、従来の静電アクチュエータと同等の接合強度を確保できる。また、酸化シリコンどうしの接合となるため、アクチュエータ内への水分侵入を確実に防止できる効果もある。
(4)駆動耐久性が向上する。
表面保護膜として、第1の絶縁膜上にDLC膜が形成されているので静電アクチュエータの駆動耐久性を大幅に向上させることができる。
(5)リーク電流の低減が可能である。
High−k材上に酸化シリコン膜を積層することで、従来の静電アクチュエータと同等程度にリーク電流を低減できる。
(a)DLC膜は接合強度が低いため、キャビティ基板2と電極基板3(ガラス基板)との接合部分のDLC膜を除去する必要がある。DLC膜の除去の際はパターニングが必要であり、ガラス基板側にDLC膜を形成したほうがパターニングが容易で、より確実、簡便に除去できるからである。
(b)DLC膜は膜応力が高いため、薄膜の振動板側にDLC膜を形成すると、振動板が撓み、振動板当接に必要な当接電圧を印加しても、部分的に当接しない場合があるためである。一方、ガラス基板側にDLC膜を形成する場合、絶縁膜、ITO膜の下は厚いガラスであるため、振動板側にDLC膜を形成する場合に比べて、応力の影響を受けにくい。
また、接合部の面積より広い範囲でDLC膜を除去した場合、相手側の個別電極表面に直接接触する絶縁膜露出部分が生じる可能性があり、振動板の応力集中等により局所的に寿命が低下する可能性がある。
一方、ガラス基板側にDLC膜を形成した場合、接合部分のDLC膜を完全に除去するためにはパターニングによる完全除去を行えばよく、しかも個別電極部分は表面より下がった低い位置に設けられているためDLC膜の除去は容易である。そのため、より確実、簡便にアクチュエータの接合強度を確保することができる。
従って、DLC膜を表面保護膜として使用する場合は、DLC膜をガラス基板側に形成することが望ましい。
また、DLC膜は実施形態1以下のそれぞれの図面に示されるように、個々の個別電極5の対向面における第1の絶縁膜7の表面、または/および、個々の振動板6の対向面における第2の絶縁膜8の表面に、それぞれ個別に形成される。
図6は本発明の実施形態2に係るインクジェットヘッド10の概略断面図、図7は図6のB部の拡大断面図、図8は図6のb−b拡大断面図である。なお、実施形態2以下において、特に断らない限り上記の実施形態1と対応する部分には同じ符号を付して説明は省略する。
本実施形態2における静電アクチュエータ部4Aは、振動板6側の第2の絶縁膜8として、実施形態1のアルミナに代えて酸化ハフニウムを用い、酸化ハフニウム膜8cと酸化シリコン膜8aの積層構造とし、個別電極5側の第1の絶縁膜7は実施形態1と同様に酸化シリコン膜とし、その上にDLCからなる表面保護膜9を形成するものである。
膜厚については、第1の絶縁膜7の酸化シリコン膜を40nm、第2の絶縁膜8のうち酸化ハフニウム膜8cを40nm、酸化シリコン膜8aを50nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmとしている。また、ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
絶縁耐圧、接合強度、駆動耐久性及びリーク電流については実施形態1と同様の効果がある。
図9は本発明の実施形態3に係るインクジェットヘッド10の概略断面図、図10は図9のC部の拡大断面図、図11は図9のc−c拡大断面図である。
本実施形態3における静電アクチュエータ部4Bは、実施形態2と逆の絶縁膜の構成とするものである。すなわち、個別電極5側の第1の絶縁膜7として、酸化ハフニウム膜7cと酸化シリコン膜7aの積層構造とし、更にこの酸化シリコン膜7aの上にDLCからなる表面保護膜9を形成し、振動板6側の第2の絶縁膜8としてシリコン熱酸化膜を形成するものである。
膜厚については、第1の絶縁膜7のうち酸化ハフニウム膜7cを40nm、酸化シリコン膜7aを40nm、第2の絶縁膜8のシリコン熱酸化膜を50nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmとしている。ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
絶縁耐圧については、振動板側に絶縁耐圧に優れたシリコン熱酸化膜が十分な厚さで形成されているので、絶縁耐圧を向上させることが可能である。
接合強度、駆動耐久性及びリーク電流については実施形態1と同様の効果がある。
図12は本発明の実施形態4に係るインクジェットヘッド10の概略断面図、図13は図12のD部の拡大断面図、図14は図12のd−d拡大断面図である。
本実施形態4における静電アクチュエータ部4Cは、個別電極5側の第1の絶縁膜7として、酸化シリコン膜7aとその上に酸化ハフニウム膜7cを積層し、更にその上にDLCからなる表面保護膜9を形成し、振動板6側の第2の絶縁膜8として、シリコン熱酸化膜を形成するものである。なお、DLC膜はこのシリコン熱酸化膜上に形成してもよい。
膜厚については、第1の絶縁膜7のうち酸化シリコン膜7aを40nm、酸化ハフニウム膜7cを40nm、第2の絶縁膜8のシリコン熱酸化膜を50nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmとしている。ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
絶縁耐圧については、振動板側に絶縁耐圧に優れたシリコン熱酸化膜が十分な厚さで形成されているので、絶縁耐圧を向上させることが可能である。
接合強度、駆動耐久性及びリーク電流については実施形態1と同様の効果がある。
図15は本発明の実施形態5に係るインクジェットヘッド10の概略断面図、図16は図15のE部の拡大断面図、図17は図15のe−e拡大断面図である。
本実施形態5における静電アクチュエータ部4Dは、振動板6側の第2の絶縁膜8として、アルミナ膜8bと酸化シリコン膜8aの積層構造とし、個別電極5側の第1の絶縁膜7として、酸化シリコン膜を形成するものである。そして更に、第1及び第2の絶縁膜7、8の両方の表面にDLCからなる表面保護膜9を形成するものである。
膜厚については、第1の絶縁膜7の酸化シリコン膜を40nm、第2の絶縁膜8のうちアルミナ膜8bを50nm、酸化シリコン膜8aを30nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmずつとしている。ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
絶縁耐圧、接合強度及びリーク電流については、実施形態1と同様の効果がある。
図18は本発明の実施形態6に係るインクジェットヘッド10の概略断面図、図19は図18のF部の拡大断面図、図20は図18のf−f拡大断面図である。
本実施形態6における静電アクチュエータ部4Eは、DLCからなる表面保護膜9を実施形態1とは反対に振動板6側の第2の絶縁膜8の表面上に形成するものである。第1及び第2の絶縁膜7、8の構成は、実施形態1と同じである。
膜厚については、第1の絶縁膜7の酸化シリコン膜を40nm、第2の絶縁膜8のうちアルミナ膜8bを40nm、酸化シリコン膜8aを40nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmとしている。ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
図21は本発明の実施形態7に係るインクジェットヘッド10Aの概略断面図、図22は図21のG部の拡大断面図、図23は図21のg−g拡大断面図である。
本実施形態7における静電アクチュエータ部4Fは、個別電極5側の第1の絶縁膜7は酸化シリコン膜7aのみの単層構造とし、振動板6側の第2の絶縁膜8は最下層を酸化ハフニウム膜8cとし、その上にアルミナ膜8bを積層する2層の絶縁構造としたものである。そして更に、酸化シリコン膜7aの表面にDLCからなる表面保護膜9を形成するものである。
膜厚については、第1の絶縁膜7の酸化シリコン膜7aを70nm、第2の絶縁膜8のうち酸化ハフニウム膜8cを20nm、アルミナ膜8bを40nmとしている。また、表面保護膜9のDLC膜の厚さは5nmである。ギャップGの距離は200nmで、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)からなる個別電極5の厚さは100nmとしている。
異なる材料の絶縁膜、例えば酸化シリコンとアルミナ、酸化ハフニウムの3種類の異種材料よりなる絶縁膜を設けた場合の静電アクチュエータにおける平均圧力Peは、酸化シリコンの膜厚をt1、アルミナの膜厚をt2、酸化ハフニウムの膜厚をt3、酸化シリコンの比誘電率をε1、アルミナの比誘電率をε2、酸化ハフニウムの誘電率をε3とすると、式(2)から式(4)を導くことができる。また、表面保護膜9のDLCの膜厚をt4、比誘電率をε4とすると、式(4a)となる。
(1)アクチュエータの発生圧力が向上する。
High−k材のアルミナ膜、酸化ハフニウム膜を使用することで、表8のようにt/εの値を小さくできるため、静電アクチュエータの発生圧力を向上させることができる。
(2)絶縁耐圧を確保できる。
絶縁耐圧に優れた酸化シリコン膜が十分な厚さで成膜されているため、必要な絶縁耐圧を確保することができる。
(3)接合強度を確保できる。
接合強度が酸化ハフニウム膜よりも高いアルミナ膜を接合面側に形成することで、最低限必要な接合強度を確保することができる。
(4)駆動耐久性が向上する。
表面保護膜として、第1の絶縁膜の酸化シリコン膜上にDLC膜が形成されているので、静電アクチュエータの駆動耐久性を大幅に向上させることができる。
図24は本発明の実施形態8に係るインクジェットヘッド10Aの概略断面図、図25は図24のH部の拡大断面図、図26は図24のh−h拡大断面図である。
本実施形態8における静電アクチュエータ部4Gは、実施形態7と逆の絶縁膜の構成とするものである。すなわち、個別電極5側の第1の絶縁膜7として、酸化ハフニウム膜7cとその上にアルミナ膜7bのHigh−k材どうしを積層する構造とし、振動板6側の第2の絶縁膜8として、シリコン熱酸化膜8aを形成するものである。また、DLCからなる表面保護膜9は第1の絶縁膜7のアルミナ膜7b上に形成されている。
膜厚については、第1の絶縁膜7のうち酸化ハフニウム膜7cを20nm、アルミナ膜7bを40nm、第2の絶縁膜8のシリコン熱酸化膜8aを70nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmとしている。また、ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
アクチュエータの発生圧力及び駆動耐久性については実施形態7と同様の効果がある。 接合強度については、酸化シリコンどうしの接合となるため、実施形態7よりも高い接合強度を確保することができる。
さらに、製造プロセス面では、シリコン基板の接合面におけるシリコン熱酸化膜8aを除去する必要はないので、実施形態7よりも製造が容易であり、コスト低減につながる。
図27は本発明の実施形態9に係るインクジェットヘッド10Aの概略断面図、図28は図27のI部の拡大断面図、図29は図27のi−i拡大断面図である。
本実施形態9における静電アクチュエータ部4Hは、実施形態7と同一の絶縁膜の構成であるが、DLCからなる表面保護膜9を第2の絶縁膜8のアルミナ膜8b上に形成する点が実施形態7と相違している。
膜厚については、第1の絶縁膜7の酸化シリコン膜7aを70nm、第2の絶縁膜8のうち酸化ハフニウム膜8cを20nm、アルミナ膜8bを40nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmとしている。ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
図30は本発明の実施形態10に係るインクジェットヘッド10Aの概略断面図、図31は図30のJ部の拡大断面図、図32は図30のj−j拡大断面図である。
本実施形態10における静電アクチュエータ部4Iは、実施形態8と同一の絶縁膜の構成とし、更にDLCからなる表面保護膜9を第2の絶縁膜8のシリコン熱酸化膜8a上にも形成する点が実施形態8と相違している。すなわち、表面保護膜9のDLC膜は第1及び第2の絶縁膜7、8の両方に形成するものである。
膜厚については、第1の絶縁膜7のうち酸化ハフニウム膜7cを20nm、アルミナ膜7bを40nm、第2の絶縁膜8のシリコン熱酸化膜8aを70nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmずつとしている。ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
図33は本発明の実施形態11に係るインクジェットヘッド10Aの概略断面図、図34は図33のK部の拡大断面図、図35は図33のk−k拡大断面図である。
本実施形態11における静電アクチュエータ部4Jは、個別電極5側の第1の絶縁膜7として、アルミナ膜7bを形成し、その上にDLCからなる表面保護膜9を形成し、振動板6側の第2の絶縁膜8として、アルミナ膜8bと酸化ハフニウム膜8cを積層するものである。但しこの場合、酸化ハフニウムは接合強度が低いため、キャビティ基板2と電極基板3との接合部36における酸化ハフニウム膜8cの部分を除去し、アルミナ膜8bを介して両基板2、3を接合することにしている。従って、実施形態7と同様にアクチュエータとして最低限必要な接合強度を確保することができる。
膜厚については、第1の絶縁膜7のアルミナ膜7bを40nm、第2の絶縁膜8のうちアルミナ膜8bを90nm、酸化ハフニウム膜8cを20nmとし、表面保護膜9のDLC膜を5nmとしている。ギャップGの距離は200nm、個別電極5は100nmの厚さである。
絶縁耐圧については、振動板側に十分な厚みのアルミナ膜8bを設けているので必要な絶縁耐圧を確保することができる。
接合強度及び駆動耐久性については実施形態7と同様の効果がある。
ここでは、主に実施形態1に示したインクジェットヘッド10の製造方法について説明するが、必要に応じて他の実施形態2〜6についても言及する。
まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約1mmのガラス基板300に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部32を形成する。なお、この凹部32は個別電極5の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極5ごとに複数形成される。
そして、例えば、スパッタ法によりITO(Indium Tin Oxide)膜を100nmの厚さで形成し、このITO膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして個別電極5となる部分以外をエッチング除去して、凹部32の内部に個別電極5を形成する(図36のS1、図37(a))。
以上により、実施形態1の電極基板3を作製することができる。
実施形態3の場合は、個別電極5側の第1の絶縁膜7として、まず酸化ハフニウム膜7cをECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ法により、所望の厚さでガラス基板300の接合面側表面全面に成膜した後、更にその上に上記のTEOSを原料ガスとして用いたRF−CVD法により酸化シリコン膜7aを所望の厚さで全面成膜する。そして更に、この酸化シリコン膜7aの上に、表面保護膜9として、トルエンガスを原料ガスに用いた平行平板型RF−CVD法により、所望の厚みのDLC膜を全面成膜する。その後、ガラス基板300の接合部36及び個別電極5の端子部5aに対応する部分のみをパターニングして、その部分のDLC膜をO2アッシングにより除去した後、その部分の酸化シリコン膜7aと酸化ハフニウム膜7bをCHF3によるRIEドライエッチングにより同時に除去する。
実施形態4の場合は、第1の絶縁膜7の酸化ハフニウム膜7cと酸化シリコン膜7aの成膜の順番が実施形態3と反対になるだけであり、実施形態3に準じて行えばよい。
実施形態5の場合は、上記実施形態1の場合と同じである。
実施形態6の場合は、上記実施形態1の場合において、第1の絶縁膜7として酸化シリコン膜をガラス基板300の接合面側全面に成膜した後、個別電極5の端子部5aに対応する部分の酸化シリコン膜のみをCHF3によるRIEドライエッチングにより除去するだけでよい。この場合、ガラス基板300の接合部36の絶縁膜除去は必ずしも必要でない。
以上により、実施形態2〜6の電極基板3を作製することができる。
次に、そのシリコン基板200のボロン拡散層201の表面(下面)上に、第2の絶縁膜8として、まずアルミナ膜8bをECRスパッタ法により、40nmの厚さで全面成膜する。その後、そのアルミナ膜8b上に、TEOSを原料ガスとして用いたRF−CVD法により酸化シリコン膜8aを40nmの厚さで形成する(図36のS6、図38(a))。
実施形態3及び実施形態4の場合は、好ましくは熱酸化法により、シリコン熱酸化膜をボロン拡散層201の表面上に全面成膜するとよい。
実施形態5及び実施形態6の場合は、上記の実施形態1と同様にアルミナ膜8bと酸化シリコン膜8aを積層させた後に、表面保護膜9としてDLC膜を酸化シリコン膜8a上に全面成膜する。その後、シリコン基板200の電極基板3との接合部に対応する部分のみをパターニングして、その部分のDLC膜をO2アッシングにより除去する。
以上により、実施形態2〜6のシリコン基板200を作製することができる。
ついで、この接合済みシリコン基板200の表面全面を研磨加工して、厚さを例えば50μm程度に薄くし(図36のS8、図38(c))、さらにこのシリコン基板200の表面全面をウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する(図36のS9)。
また、マイクロブラスト加工等により凹部24の底部を貫通させてインク供給孔33を形成する。さらに、インク流路溝の腐食を防止するため、このシリコン基板の表面にプラズマCVD法によりTEOS−SiO2膜からなるインク保護膜(図示せず)を形成する。また、シリコン基板上に金属からなる共通電極26を形成する。
その後、このキャビティ基板2の表面上に、予めノズル孔11等が形成されたノズル基板1を接着により接合する(図36のS14、図38(g))。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、上述したインクジェットヘッド10の本体部が完成する(図36のS15)。
また、キャビティ基板2を、予め作製された電極基板3に接合した状態のシリコン基板200から作製するものであるので、その電極基板3によりキャビティ基板2を支持した状態となるため、キャビティ基板2を薄板化しても、割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。したがって、キャビティ基板2を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
ここでは、主に実施形態7に示したインクジェットヘッド10Aの製造方法について説明するが、必要に応じて他の実施形態8〜11についても言及する。
まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約1mmのガラス基板300に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部32を形成する。なお、この凹部32は個別電極5の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極5ごとに複数形成される。
そして、例えば、スパッタ法によりITO(Indium Tin Oxide)膜を100nmの厚さで形成し、このITO膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして個別電極5となる部分以外をエッチング除去して、凹部32の内部に個別電極5を形成する(図39のS1、図40(a))。
以上により、実施形態7の電極基板3を作製することができる。
実施形態9の場合は、実施形態7と同様の方法で個別電極5上に酸化シリコン膜(TEOS−SiO2)を形成するだけでよい。
実施形態11の場合は、個別電極5側の第1の絶縁膜7として、アルミナ膜7bをECRスパッタ法により、所望の厚さでガラス基板300の接合面側の表面全面に成膜した後、このアルミナ膜7bの上に、表面保護膜9として、トルエンガスを原料ガスに用いた平行平板型RF−CVD法により、所望の厚さのDLC膜を全面成膜する。その後、ガラス基板300の接合部36及び個別電極5の端子部5aに対応する部分のみをパターニングして、その部分のDLC膜をO2アッシングにより除去した後、その部分のアルミナ膜7bをCHF3によるRIEドライエッチングにより除去する。
以上により、実施形態7〜11の電極基板3を作製することができる。
実施形態9の場合は、実施形態7と同様の方法で酸化ハフニウム膜8cとその上にアルミナ膜8bを全面成膜し、更にそのアルミナ膜8bの上に表面保護膜9としてDLC膜を全面成膜する。その後、ガラス基板300の接合部36に対応する部分を若干大きめにパターニングして、その部分のDLC膜部分をO2アッシングにより除去し下地絶縁膜のアルミナ膜8bを露出させる。
実施形態10の場合は、実施形態8と同様にシリコン熱酸化膜8aを全面成膜した後、ボロン拡散層201の表面上のシリコン熱酸化膜8aの上に表面保護膜9としてDLC膜を全面成膜する。その後、ガラス基板300の接合部36に対応する部分を若干大きめにパターニングして、その部分のDLC膜部分をO2アッシングにより除去し下地絶縁膜のシリコン熱酸化膜8aを露出させる。
実施形態11の場合は、ボロン拡散層201の表面上に、第2の絶縁膜8として、まずECRスパッタ法により、アルミナ膜8bを所望の厚さで全面成膜し、更にその上に酸化ハフニウム膜8cを同じくECRスパッタ法により所望の厚さで全面成膜する。その後、ガラス基板300の接合部36に対応する部分を若干大きめにパターニングして、その部分の酸化ハフニウム膜8cをCHF3によるRIEドライエッチングにより除去し下地絶縁膜のアルミナ膜8bを露出させる。
以上により、実施形態7〜11のシリコン基板200を作製することができる。
ついで、この接合済みシリコン基板200の表面全面を研磨加工して、厚さを例えば50μm程度に薄くし(図39のS8、図41(c))、さらにこのシリコン基板200の表面全面をウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する(図39のS9)。
また、マイクロブラスト加工等により凹部24の底部を貫通させてインク供給孔33を形成する。さらに、インク流路溝の腐食を防止するため、このシリコン基板の表面にプラズマCVD法によりTEOS−SiO2膜からなるインク保護膜(図示せず)を形成する。また、シリコン基板上に金属からなる共通電極26を形成する。
その後、このキャビティ基板2の表面上に、予めノズル孔11等が形成されたノズル基板1を接着により接合する(図39のS14、図41(g))。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、上述したインクジェットヘッド10Aの本体部が完成する(図39のS15)。
このインクジェットプリンタ500は、記録紙501を副走査方向Yに向けて搬送するプラテン502と、このプラテン502にインクノズル面が対峙しているインクジェットヘッド10(又は10A)と、このインクジェットヘッド10(又は10A)を主走査方向Xに向けて往復移動させるためのキャリッジ503と、インクジェットヘッド10の各インクノズルにインクを供給するインクタンク504とを有している。
したがって、高解像度、高速駆動のインクジェットプリンタを実現できる。
Claims (4)
- 基板上に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて該可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータの製造方法において、
前記固定電極が形成されたガラス基板上に、第1の絶縁膜として、酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記可動電極が形成されるシリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面に、第2の絶縁膜として、酸化シリコンと、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料とを積層した絶縁膜を形成する工程と、
前記第1及び第2の絶縁膜の一方または両方の表面にセラミックス系硬質膜または炭素系硬質膜からなる表面保護膜を形成する工程と、
前記ガラス基板と前記シリコン基板とを陽極接合する工程と、
前記シリコン基板の接合面と反対の表面からエッチング加工して前記可動電極を形成する工程と、
前記固定電極と前記可動電極との間に形成されるギャップの内部に存在する水分を除去する工程と、
前記ギャップを気密に封止する工程と、
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。 - 基板上に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて該可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータの製造方法において、
前記固定電極が形成されたガラス基板上に、第1の絶縁膜として、酸化シリコンと、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料とを積層した絶縁膜を形成する工程と、
前記可動電極が形成されるシリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面に、第2の絶縁膜として、酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記第1及び第2の絶縁膜の一方または両方の表面にセラミックス系硬質膜または炭素系硬質膜からなる表面保護膜を形成する工程と、
前記ガラス基板と前記シリコン基板とを陽極接合する工程と、
前記シリコン基板の接合面と反対の表面からエッチング加工して前記可動電極を形成する工程と、
前記固定電極と前記可動電極との間に形成されるギャップの内部に存在する水分を除去する工程と、
前記ギャップを気密に封止する工程と、
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。 - 基板上に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて該可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータの製造方法において、
前記固定電極が形成されたガラス基板上に、第1の絶縁膜として、酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記可動電極が形成されるシリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面に、第2の絶縁膜として、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料どうしを積層してなる絶縁膜を形成する工程と、
前記第1及び第2の絶縁膜の一方または両方の表面にセラミックス系硬質膜または炭素系硬質膜からなる表面保護膜を形成する工程と、
前記ガラス基板と前記シリコン基板とを陽極接合する工程と、
前記シリコン基板の接合面と反対の表面からエッチング加工して前記可動電極を形成する工程と、
前記固定電極と前記可動電極との間に形成されるギャップの内部に存在する水分を除去する工程と、
前記ギャップを気密に封止する工程と、
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。 - 基板上に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて該可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータの製造方法において、
前記固定電極が形成されたガラス基板上に、第1の絶縁膜として、酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料どうしを積層してなる絶縁膜を形成する工程と、
前記可動電極が形成されるシリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面に、第2の絶縁膜として、シリコン熱酸化膜を形成する工程と、
前記第1及び第2の絶縁膜の一方または両方の表面にセラミックス系硬質膜または炭素系硬質膜からなる表面保護膜を形成する工程と、
前記ガラス基板と前記シリコン基板とを陽極接合する工程と、
前記シリコン基板の接合面と反対の表面からエッチング加工して前記可動電極を形成する工程と、
前記固定電極と前記可動電極との間に形成されるギャップの内部に存在する水分を除去する工程と、
前記ギャップを気密に封止する工程と、
を有す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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