JP5176887B2 - 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電駆動方式の静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置に関する。

ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドには、アクチュエータの駆動方式として、静電気力を利用したものがある。以下、この駆動方式によるアクチュエータを「静電アクチュエータ」と称するものとする。
例えば、液滴吐出ヘッドの代表例であるインクジェットヘッドの静電アクチュエータは、一般に、ガラス等の基板上に形成された個別電極（固定電極）と、この個別電極に所定のギャップ（空隙）を介して対向配置されたシリコン製の振動板（可動電極）と、振動板と個別電極との間に静電気力を発生させて、振動板に変位を生じさせる駆動手段とを備えている。そして、インク流路中に形成された振動板を静電気力で振動させることにより、インク滴をノズル孔より記録紙に向けて吐出・着弾させて印字等が行われる。

近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化、高精細化の要求が強まり、そのため、ノズル径はますます微小化の傾向にあり、それに伴い静電アクチュエータも微小化している。従って、このような微小径のノズル孔を有するインクジェットヘッドでは、インク滴の吐出を可能にするために、静電アクチュエータの駆動電圧を高くする必要がある。その一方、振動板は個別電極と当接、離脱を繰り返すため、静電アクチュエータの駆動耐久性の向上およびアクチュエータ発生圧力の向上などが要求される。本出願人は、これらの要求に応えるべく、振動板と個別電極の一方または両方の当接面側にダイアモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を形成した静電アクチュエータを提案している（例えば、特許文献１参照）。
また、ＤＬＣ膜の応力特性に着目し、駆動能力の高い静電アクチュエータを実現するための手段として、圧縮応力膜上にＤＬＣ膜等の引張り応力膜を形成した静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−１８７０６号公報 特開２００８−９９３６４号公報

ＤＬＣ膜は、一般的に優れた潤滑特性を有するものの、膜応力が大きく、下地膜との密着性に課題があるため、摺動部材としてＤＬＣ膜を使用する場合には、下地膜との密着性確保の観点から、膜応力は小さいほうが望ましい。そのため、上記特許文献１に示す静電アクチュエータでは、ＤＬＣ膜の下地膜としてシリコン酸化膜が用いられている。しかしながら、ＤＬＣ膜には以下に示すような課題があることがわかった。

静電アクチュエータにＤＬＣ膜を適用する場合の課題として、静電アクチュエータは静電気力により当接、離脱を行うため、当接、離脱により静電アクチュエータが帯電し、特に駆動電圧が高くなるとこの現象が現れ、振動板の貼り付きが発生して駆動不能に陥ることがあった。振動板の貼り付きとは、ここでは主に振動板および個別電極に発生した残留電荷により、駆動電圧を解除しても、振動板が個別電極に貼り付いたまま離れないこと（現象）をいう。
例えば、一方の電極の当接面にシリコン酸化膜を、他方の電極の当接面側にシリコン酸化膜とその上に水素化アモルファスカーボン膜（ＤＬＣ膜の一種）を形成した静電アクチュエータにおいて、駆動電圧を従来の３０〜４０Ｖよりも高い、例えば７０Ｖに上げると、振動板の貼り付きが発生した。

上記現象は水素化アモルファスカーボン膜の帯電により発生していると考えられ、当接面の絶縁膜物性、具体的には当接面絶縁膜の体積抵抗率と相関が見られる。本発明者らの検討によれば、体積抵抗率の高いＤＬＣ膜を当接面に形成した場合、体積抵抗率の増加に応じて、高電圧駆動で振動板の貼り付きが発生しにくいことがわかった。ここで、絶縁膜の体積抵抗率とは、単位体積当たりの電気抵抗値をいい、導体の場合の電気抵抗率と同様の概念である。

体積抵抗率を上げる方法として、ＤＬＣ膜成膜時のＲＦ出力を下げて、原料ガスの分解を抑えた状態でＤＬＣ膜を成膜する方法がある。この場合、電気的な欠陥が少なく、膜中水素量の多い膜が得られる。しかしながら、この方法は原料ガスからＤＬＣ膜への炭素原子の再結合が発生しにくく、ＤＬＣ膜の硬さが軟らかくなるため、静電アクチュエータの動作回数が増加すると、膜表面にＤＬＣに起因する異物が発生しやすくなり、インク吐出特性が耐久的に低下するという課題があった。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、振動板の貼り付きを防止し、また当接面側の絶縁膜あるいはＤＬＣ膜の異物化を防止するとともに、駆動耐久性に優れ、高電圧駆動が可能な静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る静電アクチュエータは、基板上に形成された固定電極と、この固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて、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において、可動電極または固定電極上に酸化物系絶縁膜が形成され、この酸化物系絶縁膜の上に、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化する水素化アモルファスカーボン膜が形成されているものである。

この構成によれば、単一の体積抵抗率を有するＤＬＣ膜では得られない特性を実現することができる。すなわち、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化するため、可動電極すなわち振動板の貼り付きを防止でき、かつ、当接面側が基板側に比べて低硬度、低摩擦係数となるため、高電圧駆動が可能で、長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータを実現することができる。

また、本発明の静電アクチュエータにおいて、酸化物系絶縁膜は、可動電極および固定電極の両方に形成してもよい。また、水素化アモルファスカーボン膜との密着性確保の点から、酸化物系絶縁膜は、シリコン酸化膜が望ましい。

本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、基板上に形成された固定電極と、この固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて、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、可動電極と固定電極の一方または両方の電極上に酸化物系絶縁膜を形成する工程と、酸化物系絶縁膜の上に、複数の水素化アモルファスカーボン膜を形成する工程と、を有し、水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更することにより、体積抵抗率が当接面側が最も高くなるように厚み方向に連続的に変化する水素化アモルファスカーボン膜を形成するものである。

ＤＬＣ膜の物性のＤＬＣ膜組成に対する関係は、例えばＲＦ出力が小さい状態で成膜すると体積抵抗率が高くなり、高電圧印加時の振動板（可動電極）の貼り付きは改善できる傾向にあるが、ＲＦ出力が小さすぎると原料ガスのＤＬＣ化が十分に起こらず、駆動耐久によりＤＬＣ膜が異物化しやすい。
そこで、基板側を当接面側に比べて相対的に硬くすることで、ＤＬＣ膜全体として硬さを確保しつつ、当接面は振動板貼り付きや摩擦係数を考慮して、高体積抵抗率、低硬度、低摩擦係数とする。この方法により、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な静電アクチュエータを製造することができる。

また、本発明の静電アクチュエータの製造方法では、水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更するだけで、体積抵抗率が当接面側が最も高い水素化アモルファスカーボン膜を単一層で形成できるため、別途膜特性の異なる水素化アモルファスカーボン膜を積層して形成する場合に比べて、より簡単なプロセスで形成することができ、製造コストを低減することができる。この場合、成膜条件の変更は、原料ガス流量、希釈ガス流量、ＲＦ出力、成膜時の基板温度のうち１つ以上のパラメータを変更すればよい。

また、本発明の静電アクチュエータの製造方法では、当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時の基板温度は３００℃以下とすることが望ましく、また成膜時のＲＦ出力は３００Ｗ以下とすることが望ましい。
水素化アモルファスカーボン膜は一般的に３５０℃程度で膜中の炭素結合状態等の組成が変化し、高温側ではプラズマ雰囲気中で生成した炭素の結合状態から、より熱力学的に安定な状態、具体的には炭素−水素結合が離脱し、炭素−炭素単結合化し、その結果摩擦係数が上昇する傾向にある。当接面側は摺動特性確保のため低い摩擦係数を実現したいため、成膜条件としては炭素結合状態の変化が発生しない温度である基板温度３００℃以下で成膜することが望ましい。
パラメータとしてＲＦ出力を選択した場合、基材側は膜硬度確保のためＲＦ出力が大きい状態で、当接面側は体積抵抗率と摺動特性確保のため、原料ガスの完全分解による水素原子の離脱が発生しにくいＲＦ出力が小さい状態で成膜することが望ましい。
パラメータとして原料ガス流量、または希釈ガス流量を選択した場合、同様の理由で基材側はＲＦ出力に対し、原料ガスの濃度が低い状態で成膜し、当接面側はＲＦ出力に対し、原料ガスの濃度が高い状態で成膜することが望ましい。
また、目的によっては複数のパラメータを組み合わせ、最適な条件で成膜を行うことももちろん可能である。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のいずれかの静電アクチュエータを搭載したものである。
これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出ヘッドを実現できる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかの静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造するものである。
これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出ヘッドを低コストで製造することができる。

本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出装置を安価に提供することができる。

以下、本発明を適用した静電アクチュエータを備える液滴吐出ヘッドの実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１から図４を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、吐出室とリザーバ部が別々の基板に設けられた４枚の基板を積層した４層構造のものや、基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができるものである。

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のインクジェットヘッドの上面図、図４は図２のＡ−Ａ拡大断面図である。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。

本実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０は、図１から図４に示すように、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２に設けられた振動板６に対峙して個別電極５が配設された電極基板３とを貼り合わせることにより構成されている。

インクジェットヘッド１０のノズル孔１１ごとに設けられる静電アクチュエータ４は、図２、図４に示すように、固定電極として、ガラス製の電極基板３の凹部３２内に形成された個別電極５と、可動電極として、シリコン製のキャビティ基板２の吐出室２１の底壁で構成され、個別電極５に所定のギャップ（空隙）Ｇを介して対向配置される振動板６とを備えている。

ここで、個別電極５上には、酸化物系絶縁膜７として、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）が形成される。さらに、この絶縁膜７上には、体積抵抗率が当接面側（表面側）が最も高くなるように、厚み方向に連続的に変化するように水素化アモルファスカーボン膜（以下、ａ−ｃ：Ｈ膜と記す）８が形成されている。当接面側の体積抵抗率が最も高くなるように成膜するには、後述するように、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜する際に、原料ガス流量、希釈ガス流量、ＲＦ出力、成膜時の基板温度のうち１つ以上のパラメータを連続的に変更することにより、表面側をｓｐ３リッチに形成する。つまり、Ｓｉ（ケイ素）元素の濃度を表面側が多く、基板側が少なくなるように、またＨ（水素）の濃度は表面側が少なく、基板側（本実施形態の場合はガラス基板側）が多くなるように、成膜する。
このような成膜方法により、体積抵抗率が、表面側が最も高く、厚み方向に連続的に変化する単層のａ−ｃ：Ｈ膜８を成膜することができる。
従って、この構成によれば、単一の体積抵抗率を有するＤＬＣ膜では得られない膜特性を実現することができる。

振動板６の当接面側、すなわちキャビティ基板２の電極基板３と接合する側の接合面全面には、静電アクチュエータ４の絶縁破壊や短絡等を防ぐために、例えばシリコンの熱酸化膜からなる絶縁膜９が形成されている。

個別電極５は、一般に透明電極であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により形成されるが、特にこれに限定されるものではない。ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide）の透明電極、あるいはＡｕ、Ａｌ等の金属等でもかまわない。
この個別電極５の端子部５ａとキャビティ基板２上に設けられた共通電極２６とに、図４に簡略化して示すように、静電アクチュエータ４の駆動手段として、ドライバＩＣなどの駆動制御回路４０がＦＰＣを介して配線接続される。

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段の同軸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（インク吐出面）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との接合面側）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。

ノズル孔１１を噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから２段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のバラツキがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のバラツキを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。

電極基板３に接合されるキャビティ基板２は、例えば面方位が（１１０）の単結晶シリコン基板から作製されている。キャビティ基板２には、インク流路に設けられる吐出室２１となる凹部２２、およびリザーバ２３となる凹部２４がエッチングにより形成されている。凹部２２はノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図２に示すようにノズル基板１とキャビティ基板２を接合した際、各凹部２２は吐出室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、またインク供給口であるオリフィス１２ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２１（凹部２２）の底部が振動板６となっている。また、この振動板６は、シリコン基板の表面に高濃度のボロン（Ｂ）を拡散させたボロン拡散層により形成されており、ボロン拡散層の厚さを振動板６の厚さと同じにするものである。これは、アルカリによる異方性ウェットエッチングにより、吐出室２１を形成する際に、ボロン拡散層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなるため、いわゆるエッチングストップ技術により振動板６を所望の厚さに精度よく形成することができるからである。

凹部２４は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各吐出室２１に共通のリザーバ（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバ２３（凹部２４）はそれぞれオリフィス１２を介して全ての吐出室２１に連通している。また、リザーバ２３の底部には電極基板３を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔３３を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。

電極基板３は、ガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板２のシリコン基板と熱膨張係数の近いホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板３とキャビティ基板２を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティ基板２との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティ基板２を強固に接合することができるからである。

以上のように作製された電極基板３とキャビティ基板２とを陽極接合し、その上にノズル基板１を接着接合することにより、図２に示すようにインクジェットヘッド１０の本体部が完成する。その後、ＦＰＣを用いて駆動制御回路４０を各個別電極５と共通電極２６とに配線接続する。さらに、電極取り出し部（ＦＲＰ実装部ともいう）３４における静電アクチュエータ４の外部連通部にエポキシ系樹脂等の封止材３５を塗布するなどして気密に封止する。これにより、湿気や異物等が静電アクチュエータ４のギャップ内へ侵入するのを確実に防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性が向上する。

ここで、インクジェットヘッド１０の動作について説明する。任意のノズル孔１１よりインク滴を吐出させるためには、そのノズル孔１１に対応する静電アクチュエータ４を以下のように駆動する。
駆動制御回路４０により当該個別電極５と共通電極である振動板６間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加によって発生する静電気力により振動板６が個別電極５側に引き寄せられて当接し、吐出室２１内に負圧を発生させ、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は個別電極５から離脱して、その時の振動板６の復元力によりインクを当該ノズル孔１１から押出し、インク滴を吐出する。

本実施の形態の静電アクチュエータ４は、個別電極５上に、下地酸化物系絶縁膜７としてシリコン酸化膜が形成され、さらにその上に当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、体積抵抗率が厚み方向に連続的に変化するａ−ｃ：Ｈ膜８が形成されているため、高電圧駆動をしても帯電は生じにくい。よって、振動板６の貼り付きを防止でき、高電圧駆動が可能となる。
また、ａ−ｃ：Ｈ膜８の膜硬度は、当接面側が基板側より低くなるため、ＤＬＣ膜の耐摩耗性を確保でき、当接面側は摩擦係数が低く、かつ相対的に軟らかい（低硬度）ＤＬＣ膜となっているため、当接面側のＤＬＣ膜の異物化を防止することができる。
さらに、当接面側は、低摩擦係数のＤＬＣ膜であるため、これに対向する振動板６側の絶縁膜９の異物化を防止することができる。
よって、本実施の形態によれば、高電圧駆動が可能で、長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ４を実現することができる。

なお、本実施の形態では、個別電極５上の酸化物系絶縁膜７をシリコン酸化膜としたが、その他には、Ａｌ₂Ｏ₃やＨｆＯ₂等のいわゆるＨｉｇｈ−ｋ材を用いても良い。Ｈｉｇｈ−ｋ材は比誘電率がＳｉＯ₂よりも大きいため、アクチュエータ発生圧力を高めることができ、高電圧駆動に資するとともに、更なる高密度化が可能となる。

（インクジェットヘッドの製造方法）
次に、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造方法の一例について、図５及び図６を参照して説明する。
図５は実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の電極基板の製造工程を示す部分断面図であり、ウエハ状のガラス基板に複数個作製されるもののうちの一部分を断面であらわしたものである。図６は実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造工程の部分断面図で、シリコンウエハのある部分の断面をあらわしたものである。なお、以下に記載する基板の厚み、膜厚、エッチング深さ、温度、圧力等についての数値はその一例を示すもので、これに限定されるものではない。

はじめに、実施の形態１に係る電極基板３の製造方法について説明する。
（ａ）ホウ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５（ａ））。

（ｂ）次に、個別電極５上の絶縁膜７として、ガラス基板３００の接合面側の表面全体に、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン）を原料ガスとして用いたＲＦ−ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法（以下、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法という）によりＳｉＯ₂膜を３０ｎｍの厚さで形成する（図５（ｂ））。

（ｃ）次に、このＳｉＯ₂膜上に、トルエンを原料ガスとして用いたＲＦ−ＣＶＤ法により、成膜条件を連続的に変化させながら、ａ−ｃ：Ｈ膜８を全面成膜する（図５（ｃ））。このとき、次の３つの方法によりａ−ｃ：Ｈ膜８を成膜した。
（第１の成膜方法）
この方法は、ＲＦ出力のみを連続的に変更して成膜する方法である。例えば、ＲＦ出力を５００Ｗから３００Ｗまで連続的に変化させる。またこのとき、原料ガス流量は５ｓｃｃｍ、窒素ガス流量は５ｓｃｃｍ、成膜時の基板温度は３００℃、成膜時間は２０秒、膜厚は５ｎｍとした。
（第２の成膜方法）
この方法は、成膜時の基板温度を変化させて成膜する方法である。例えば、ガラス基板３００側を４００℃、当接面側を３００℃とするものである。またこのとき、ＲＦ出力は３００Ｗ、原料ガス流量は５ｓｃｃｍ、窒素ガス流量は５ｓｃｃｍ、成膜時間は２０秒、膜厚は５ｎｍとした。
（第３の成膜方法）
この方法は、ＲＦ出力と成膜時の基板温度の両方を変化させて成膜する方法である。例えば、ガラス基板３００側を４００℃、ＲＦ出力を５００Ｗ、当接面側を３００℃、ＲＦ出力を３００Ｗとするものである。またこのとき、原料ガス流量は５ｓｃｃｍ、窒素ガス流量は５ｓｃｃｍ、成膜時間は２０秒、膜厚は５ｎｍとした。

図７はＲＦ出力とＤＬＣ膜の体積抵抗率との関係を示すグラフであり、図８はＲＦ出力とＤＬＣ膜の膜硬度との関係を示すグラフ、図９はＲＦ出力とＤＬＣ膜の膜応力との関係、図１０はＲＦ出力とＤＬＣ膜の摩擦係数との関係を示すグラフである。
上記の各グラフのデータは、原料ガス：トルエン、原料ガス流量：２０ｓｃｃｍ、膜厚：１００ｎｍのときの測定値である。また、膜硬度については、測定装置として「ナノインデンテータＥＮＴ−１１００ａ（エリオニクス社製）」を用い、押し込み深さで測定しているため、値が大きい方が軟らかい（低硬度）ことを示す。
図７から、ＲＦ出力を変化させる場合、基板側をＲＦ出力が大きい状態で、当接面側をＲＦ出力が小さい状態で成膜することにより、当接面側の体積抵抗率が最も高くなるように連続的に体積抵抗率が傾斜したＤＬＣ膜が得られることがわかる。
膜硬度については、図８から基板側が当接面側よりも硬いＤＬＣ膜となることがわかる。また、膜応力については、図９から当接面側が基板側よりも低いＤＬＣ膜となることがわかる。但し、当接面側と基板側との膜応力差が大きくなると、膜が剥離しやすいと考えられる。そこで、ＲＦ出力を連続的に変更することで応力差を小さくし、耐久性を向上させる。図１０よりＲＦ出力を１００Ｗとした場合、低摩擦係数を有するＤＬＣ膜となることがわかる。
上述した第１から第３の成膜方法のいずれかを用いることにより、体積抵抗率は当接面側が最も高くなるため、振動板６の貼り付きがなく、膜硬度はガラス基板３００側が当接面側よりも高くなるため、膜応力は当接面側がガラス基板３００側より低いため、ＤＬＣ膜の耐摩耗性を確保でき、摩擦係数は当接面側が小さくなりＤＬＣ膜の摺動特性を確保できる。

（ｄ）次に、ａ−ｃ：Ｈ膜８は陽極接合ができないので、個別電極５の電極部分のみにａ−ｃ：Ｈ膜８を残すように、それ以外のａ−ｃ：Ｈ膜８部分をＯ₂アッシングにより除去する。すなわち、ａ−ｃ：Ｈ膜８に対してレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。そして、レジストパターンを形成後、接合部３６およびＦＰＣ実装部３４（個別電極５の端子部５ａ）のａ−ｃ：Ｈ膜８部分のみをＯ₂アッシングにより除去する。ついで、ＣＨＦ₃ガスを用いてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチングにより、接合部３６およびＦＰＣ実装部３４（個別電極５の端子部５ａ）のＳｉＯ₂膜を除去する（図５（ｄ））。その後、ブラスト加工等によってインク供給孔３３となる孔部３３ａをガラス基板３００に形成する。

次に、図６を参照して、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。ここでは、主にキャビティ基板２の製造方法を示す。キャビティ基板２は上記により作製された電極ガラス基板３００Ａにシリコン基板２００を陽極接合してから作製される。

（ａ）まず、例えば厚さが２８０μｍのシリコン基板２００の片面全面に、例えば厚さが０．８μｍのボロン拡散層２０１を形成したシリコン基板２００を作製する。次に、そのシリコン基板２００のボロン拡散層２０１の表面上に、絶縁膜９として、熱酸化法によりＳｉＯ₂膜を１１０ｎｍの厚さで全面成膜する（図６（ａ））。

（ｂ）次に、このシリコン基板２００を電極ガラス基板３００Ａ上にアライメントして陽極接合する（図６（ｂ））。
（ｃ）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６（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。

（ｄ）次に、薄板に加工された接合済みシリコン基板２００の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い、ＫＯＨ水溶液による異方性ウェットエッチングによってインク流路溝を形成する。これによって、底壁を振動板６とする吐出室２１となる凹部２２、リザーバ２３となる凹部２４およびＦＰＣ実装部（電極取り出し部）３４となる凹部２７が形成される（図６（ｄ））。その際、ボロン拡散層２０１の表面でエッチングストップがかかるので、振動板６の厚さを高精度に形成することができるとともに、表面荒れを防ぐことができる。

（ｅ）次に、ＣＨＦ₃ガスを用いてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチングで、凹部２７の底部を除去してＦＰＣ実装部（電極取り出し部）３４を開口する（図６（ｅ））。その後、静電アクチュエータの内部に付着している水分を除去する。水分除去はこのシリコン基板を例えば真空チャンバ内に入れ、加熱真空引きをすることにより水分を除去する。
（ｆ）そして、所要時間経過後、窒素ガスを導入し窒素雰囲気下でギャップの外部連通部にエポキシ樹脂等の封止材３５を塗布して気密に封止する（図６（ｆ））。
さらに、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。

以上の工程を経て電極基板３に接合されたシリコン基板２００からキャビティ基板２が作製される。
（ｇ）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。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６（ｇ））。

本実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、ａ−ｃ：Ｈ膜８の成膜中に、成膜条件として、原料ガス流量、希釈ガス流量、ＲＦ出力、成膜時の基板温度のうち１つ以上のパラメータを変更するだけで、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化するａ−ｃ：Ｈ膜８を形成できるため、別途膜特性の異なるａ−ｃ：Ｈ膜を積層する場合に比べて、より簡単なプロセスで形成することができる。従って、製造コストを低減することができる。
また、キャビティ基板２を、予め作製された電極ガラス基板３００Ａに接合した状態のシリコン基板２００から作製するので、その電極ガラス基板３００Ａによりシリコン基板２００を支持した状態となり、シリコン基板２００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。従って、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。

実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの概略断面図、図１２は図１１のＢ−Ｂ拡大断面図である。なお、実施の形態２以降において、実施の形態１と同じ構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施の形態２は、実施の形態１で示したａ−ｃ：Ｈ膜８を振動板６側に形成したものである。すなわち、振動板６の接合面には、酸化物系絶縁膜７として、熱酸化法によりシリコン熱酸化膜を全面成膜する。このシリコン熱酸化膜の上に、実施の形態１と同様の組成および膜特性を有するａ−ｃ：Ｈ膜８を形成するものである。但し、ＤＬＣ膜は陽極接合ができないので、個別電極５に対向する振動板６部分のみにａ−ｃ：Ｈ膜８が形成されている。
一方、個別電極５上には、絶縁破壊や短絡等を防ぐために、シリコン酸化膜からなる絶縁膜９が形成されている。

本実施の形態２の構成でも、実施の形態１と同様に、振動板６の貼り付きおよび当接面側の絶縁膜９あるいはＤＬＣ膜（ａ−ｃ：Ｈ膜８）の異物化を防止でき、高電圧駆動が可能で長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ４を実現することができる。
また、実施の形態２の場合、実施の形態１に比べて振動板６の剛性を高めることができるので、吐出圧力および吐出速度（印刷速度等）の向上に寄与する。

次に、実施の形態２に係るインクジェットヘッド１０の製造方法の一例について、図１３および図１４を参照して説明する。
図１３、図１４は実施の形態２に係るインクジェットヘッド１０の製造工程を示す部分断面図であり、シリコンウエハのある部分の断面をあらわしたものである。電極ガラス基板３００Ｂの製造工程については図示していないが、図５の（ａ）、（ｂ）の工程を経たのち、ＣＨＦ₃ガスを用いてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチングで、ＦＰＣ実装部３４（個別電極５の端子部５ａ）および接合部３６のＳｉＯ₂膜を除去すれば、本実施の形態２における電極ガラス基板３００Ｂを作製することができる。

（ａ）本実施の形態２の場合、図６（ａ）と同様に、まず、厚さが２８０μｍのシリコン基板２００の片面全面に、例えば厚さが０．８μｍのボロン拡散層２０１を形成したシリコン基板２００を作製し、さらに絶縁膜７として、熱酸化法によりＳｉＯ₂膜を１１０ｎｍの厚さで全面成膜する。次に、ボロン拡散層２０１のＳｉＯ₂膜上に、トルエンを原料ガスとして用いたＲＦ−ＣＶＤ法により、成膜条件を変更しながらａ−ｃ：Ｈ膜８を全面成膜する（図１３（ａ））。このとき、ａ−ｃ：Ｈ膜８の成膜方法は実施の形態１で説明したとおりである。

（ｂ）次に、ａ−ｃ：Ｈ膜８は陽極接合ができないので、振動板６部分のみにａ−ｃ：Ｈ膜８を残すように、それ以外のａ−ｃ：Ｈ膜８部分をＯ₂アッシングにより除去する（図１３（ｂ））。すなわち、ａ−ｃ：Ｈ膜８に対してレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。そして、レジストパターンを形成後、振動板６部分以外のａ−ｃ：Ｈ膜８部分をＯ₂アッシングにより除去する。

（ｃ）このようにして形成されたシリコン基板２００を、別工程で作製済みの電極ガラス基板３００Ｂ上にアライメントして陽極接合する（図１３（ｃ））。
この後は、図６（ｃ）〜（ｇ）と同様に、シリコン基板２００の薄板化加工（図１４（ｄ））、異方性ウェットエッチングによるインク流路溝の形成（図１４（ｅ））、ＦＰＣ実装部３４のドライエッチングによる開口（図１４（ｆ））、共通電極２６、封止材３５による封止部の形成、およびインク供給孔３３の貫通形成（図１４（ｇ））を経て、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断することにより、実施の形態２のインクジェットヘッド１０の本体部が完成する（図１４（ｈ））。

本実施の形態２に係るインクジェットヘッド１０の製造方法でも、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図１５は本発明の実施の形態３に係るインクジェットヘッドの概略断面図、図１６は図１５のＣ−Ｃ拡大断面図である。
本実施の形態３の静電アクチュエータ４は、実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせた構成である。この場合、個別電極５および振動板６の当接面側は共にａ−ｃ：Ｈ膜８となっているので、ＤＬＣ膜どうしの当接、離脱となるため、当接面側のＤＬＣ膜（ａ−ｃ：Ｈ膜８）の異物化は生じない。
よって、本実施の形態３によれば、振動板６の貼り付きを防止でき、高電圧駆動が可能で長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ４を実現することができる。

また、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法については、図示は省略するが、前述したところから明らかなように、図１３、図１４の電極ガラス基板３００Ｂに代えて、図５の電極ガラス基板３００Ａを用いればよい。
本実施の形態３の場合、製造コストは、実施の形態１および実施の形態２に比べて多少上昇するが、絶縁膜の異物化のないインクジェットヘッド１０を製造することができる。

以上の実施の形態では、静電アクチュエータおよびインクジェットヘッド、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、本発明の静電アクチュエータは、光スイッチやミラーデバイス、マイクロポンプ、レーザプリンタのレーザ操作ミラーの駆動部などにも利用することができる。また、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、例えば図１７に示すようなインクジェットプリンタ４００のほか、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、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。

本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。 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２のインクジェットヘッドの上面図。 図２のＡ−Ａ拡大断面図。 実施の形態１に係るインクジェットヘッドの電極基板の製造工程の概略断面図。 実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造工程の概略断面図。 ＲＦ出力とＤＬＣ膜の体積抵抗率との関係を示すグラフ。 ＲＦ出力とＤＬＣ膜の膜硬度との関係を示すグラフ。 ＲＦ出力とＤＬＣ膜の膜応力との関係を示すグラフ。 ＲＦ出力とＤＬＣ膜の摩擦係数との関係を示すグラフ。 本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図１１のＢ−Ｂ拡大断面図。 実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造工程の概略断面図。 図１３に続く製造工程の概略断面図。 本発明の実施の形態３に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図１５のＣ−Ｃ拡大断面図。 本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図。

符号の説明

１ ノズル基板、２ キャビティ基板、３ 電極基板、４ 静電アクチュエータ、５ 個別電極（固定電極）、６ 振動板（可動電極）、７ 酸化物系絶縁膜、８ 水素化アモルファスカーボン膜（ａ−ｃ：Ｈ膜）、９ 絶縁膜、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、１２ オリフィス、１３ ダイヤフラム部、２１ 吐出室、２３ リザーバ、２６ 共通電極、３２ 凹部、３３ インク供給孔、３４ 電極取り出し部（ＦＰＣ実装部）、３５ 封止材、３６ 接合部、４０ 駆動制御回路（駆動手段）、２００ シリコン基板、３００ ガラス基板、４００ インクジェットプリンタ。

Claims (10)

1. 基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して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、前記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において、
   前記可動電極または前記固定電極上に酸化物系絶縁膜が形成され、前記酸化物系絶縁膜の上に、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化する水素化アモルファスカーボン膜が形成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 前記酸化物系絶縁膜は、前記可動電極および前記固定電極の両方に形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
3. 前記酸化物系絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１または２記載の静電アクチュエータ。
4. 基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して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、前記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、
   前記可動電極と前記固定電極の一方または両方の電極上に酸化物系絶縁膜を形成する工程と、
   前記酸化物系絶縁膜の上に、水素化アモルファスカーボン膜を形成する工程と、
   を有し、
   前記水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更することにより、体積抵抗率が当接面側が最も高くなるように厚み方向に連続的に変化する水素化アモルファスカーボン膜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。
5. 前記成膜条件の変更は、原料ガス流量、希釈ガス流量、ＲＦ出力、成膜時の基板温度のうち１つ以上のパラメータを変更することを特徴とする請求項４記載の静電アクチュエータの製造方法。
6. 当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時の基板温度は３００℃以下とすることを特徴とする請求項４または５記載の静電アクチュエータの製造方法。
7. 当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時のＲＦ出力は３００Ｗ以下とすることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
8. 請求項１乃至３のいずれかに記載の静電アクチュエータを搭載したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
9. 請求項４乃至７のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
10. 請求項８に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。

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