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JP2008168438A - 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

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 Download PDF

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浩司 北原
Motoki Itoda
基樹 糸田
Masahiro Fujii
正寛 藤井
Yoshifumi Hano
祥史 杷野
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Abstract

【課題】静電アクチュエータの発生圧力を向上させるとともに、駆動の安定性および駆動耐久性の向上を図ることができる静電アクチュエータの絶縁構造を得る。
【解決手段】基板上に形成された固定電極５と、この固定電極５に所定のギャップを介して対向配置された可動電極６と、固定電極５と可動電極６との間に静電気力を発生させて該可動電極６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、固定電極５または可動電極６の少なくとも一方の対向面に、原子層堆積法によりＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜７を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電駆動方式のインクジェットヘッド等に用いられる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。
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載される静電駆動方式のインクジェットヘッドが知られている。静電駆動方式のインクジェットヘッドは、一般に、ガラス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）とから構成される静電アクチュエータ部を備えている。そして、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、上記静電アクチュエータ部に静電気力を発生させることにより吐出室に圧力を加えて、選択されたノズル孔よりインク滴を吐出するようになっている。
従来の静電アクチュエータにおいては、アクチュエータの絶縁膜の絶縁破壊や短絡を防止して駆動の安定性と駆動耐久性を確保するため、振動板や個別電極の対向面に絶縁膜が形成されている。絶縁膜には、一般にシリコンの熱酸化膜が使用されている。その理由としては製造プロセスの簡便さや、絶縁膜特性がシリコン熱酸化膜は優れているという理由からである。また、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を用い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１参照）。さらに、振動板側の片方だけに絶縁膜を形成するのでは誘電体の絶縁膜内に残留電荷が生じてアクチュエータの駆動の安定性や駆動耐久性が低下することから、振動板側と個別電極側の両方に絶縁膜を形成する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、３参照）。また、上記残留電荷の発生を低減させるために、個別電極側の表面のみに体積抵抗の高い膜と低い膜とで二層の電極保護膜を形成する静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献４参照）。さらに、アクチュエータの絶縁膜に、酸化シリコンよりも比誘電率の高い誘電材料、いわゆるＨｉｇｈ−ｋ材（高誘電率ゲート絶縁膜）を用いることにより、アクチュエータの発生圧力を向上させることができる静電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
特開２０００−３１８１５５号公報 特開平８−１１８６２６号公報 特開２００３−８０７０８号公報 特開２００２−４６２８２号公報 特開２００６−２７１１８３号公報
上記の従来技術において、静電アクチュエータの電極の絶縁膜として、シリコン熱酸化膜を用いる場合は、適用がシリコン基板に限られるという適用上の問題がある。したがって、可動電極である振動板側にしかシリコン熱酸化膜を形成することができない。一方、特許文献２に示すようにＳｉＯ2膜を用いる場合は、ＣＶＤ法という膜の製法上、膜中に多くのカーボン系不純物が混入してしまい、駆動耐久性試験の結果、振動板と個別電極の繰り返しの接触によりＳｉＯ2膜が摩耗するなど膜の安定性に課題がある場合が多いということがわかった。
特許文献２では、振動板側に熱酸化膜を、個別電極側にスパッタ法により酸化シリコン膜（ここではスパッタ膜と記す）を形成するものであるが、スパッタ膜では絶縁耐圧が低くなるため、静電アクチュエータの絶縁破壊を防止するためには、膜厚を厚くするか、振動板側に熱酸化膜のような絶縁耐圧に優れた膜を別に形成する必要があった。
また、特許文献３では、振動板および個別電極の両電極が共にシリコン基板で構成され、振動板側だけでなく、個別電極側にも熱酸化膜からなる絶縁膜を構成し、さらにシリコン基板の接合面には絶縁膜が設けられていない構成とするものである。しかし、シリコン基板はガラス基板よりも高価であり、コスト高になる問題がある。
特許文献４では、個別電極側のみに体積抵抗の高い膜と低い膜とで二層の電極保護膜を形成し、振動板はモリブデンやタングステン、ニッケルなどの金属で構成するものである。しかし、このような絶縁構造では静電アクチュエータの構成が複雑になり、製造プロセスが煩雑化してコスト高となる問題がある。
特許文献５では、後記の式(２)に示すように、アクチュエータの絶縁膜に、酸化シリコンよりも比誘電率の高い誘電材料を使用することで、アクチュエータの発生圧力を高めるものである。しかし、アクチュエータを駆動させるためには電極間に電圧を印加する必要があり、電極に設けられた絶縁膜の絶縁耐圧が低いと、絶縁耐圧の観点からアクチュエータに印加可能な電圧が低く制限されてしまい、いわゆるＨｉｇｈ−ｋ材を絶縁膜として用いたアクチュエータであっても、Ｈｉｇｈ−ｋ材の絶縁耐圧が酸化シリコンよりも低い場合には、アクチュエータの発生圧力を向上させることは困難であった（後記の式（２）より印加電圧Ｖを小さくしなければならないため）。
さらにまた、上記の特許文献１〜５のいずれも、アクチュエータの絶縁膜を、原子層堆積法（ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法という）を用いて形成するものではない。
一方、静電アクチュエータを備える静電駆動方式のインクジェットヘッドにあっては、近年、高解像度化に伴い高密度化、高速度駆動の要求が一段と高まり、それに伴い静電アクチュエータもますます微小化する傾向にある。このような要求に応えるためには、できるだけ低コストのもとで静電アクチュエータの発生圧力を向上させるとともに、駆動の安定性および駆動耐久性の更なる向上を図ることができる静電アクチュエータの絶縁構造を得ることが重要な課題となる。
本発明は、上記のような課題を解決する静電アクチュエータを提供することを目的とし、さらには高解像度化に伴う高密度化、高速駆動に対応し得る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している。
前記課題を解決するため、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において、前記固定電極または前記可動電極の少なくとも一方の対向面に、ＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜を形成するものである。
本発明では、固定電極または可動電極の少なくとも一方の対向面に、原子層堆積法（ＡＬＤ法ともいう）により、ＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜を形成するものである。
ＨｆxＡｌyＯz膜を用いた場合、酸化シリコンよりも高い比誘電率と、静電アクチュエータとして必要な絶縁耐圧を両立することができるため、静電アクチュエータの発生圧力の向上、ひいては静電アクチュエータの微小化、高密度化が可能となる。
本発明の静電アクチュエータは、ＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜において、ｘとｙが下記の式１を満たすものとする。
ｘ≧ｙ ・・・・式１
例えば、ｘ対ｙの比率を１：１のほか、２：１、５：１のように調整することで、ＨｆxＡｌyＯz膜の比誘電率を目的に応じて変えることが可能となる。
本発明の静電アクチュエータでは、固定電極または可動電極の少なくとも一方にＳｉＯ2絶縁膜を形成することが望ましい。
この構成によって、絶縁耐圧の更なる向上を図ることが可能となる。
また、本発明の静電アクチュエータでは、前記絶縁膜上に、ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン等のカーボン系材料からなる表面保護膜を形成することが望ましい。
ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン等のカーボン系材料からなる表面保護膜は硬質膜であり、また、表面平滑性が高く、低摩擦性を有するため、静電アクチュエータの駆動の安定性及び駆動耐久性を向上させることが可能となる。
また、本発明の静電アクチュエータでは、前記表面保護膜の下地の前記絶縁膜がＳｉＯ2膜であることが望ましい。
ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン等のカーボン系材料からなる表面保護膜は、ＳｉＯ2膜との密着性が良好で膜剥がれがないため、静電アクチュエータの駆動の安定性及び駆動耐久性を向上させることが可能となる。
本発明に係る静電アクチュエータの第１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、ガラス基板上に前記固定電極を形成する工程と、シリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面に、原子層堆積法を用いてＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁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、この接合済み基板上の前記シリコン基板を薄板に加工する工程と、前記接合済み基板上の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、を有することを特徴とする。
この第１の製造方法は、シリコン基板の接合側の表面全面に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜を形成するものであり、このＡＬＤ法によれば、原子層レベルで成膜できるため、膜質の緻密性、安定性がきわめて高く、かつ薄膜の膜厚を高精度に実現することができる。これによって、アクチュエータの発生圧力の向上と絶縁耐圧の確保の両方を実現することができ、微小化、高密度化が可能な静電アクチュエータを製造することができる。
本発明に係る静電アクチュエータの第２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、ガラス基板上に前記固定電極を形成する工程と、前記固定電極上に、原子層堆積法を用いてＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜を形成する工程と、前記ガラス基板とシリコン基板とを陽極接合する工程と、この接合済み基板上の前記シリコン基板を薄板に加工する工程と、前記接合済み基板上の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、を有することを特徴とする。
この第２の製造方法は、ガラス基板上の固定電極上に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜を形成するものであり、これによって、上記同様に、アクチュエータの発生圧力の向上と絶縁耐圧の確保の両方を実現することができ、また微小化、高密度化が可能な静電アクチュエータを製造することができる。
本発明に係る静電アクチュエータの第３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、ガラス基板上に前記固定電極を形成する工程と、前記固定電極上にＳｉＯ2膜を形成する工程と、シリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面に、原子層堆積法を用いてＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁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、この接合済み基板上の前記シリコン基板を薄板に加工する工程と、前記接合済み基板上の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、を有することを特徴とする。
この第３の製造方法は、ガラス基板上の固定電極上に、ＳｉＯ2膜を形成するとともに、シリコン基板の接合側の表面全面に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜を形成するものであり、これによって、絶縁耐圧及び接合強度に優れ、またアクチュエータの発生圧力の高い、微小化、高密度化が可能な静電アクチュエータを製造することができる。
本発明に係る静電アクチュエータの第４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、ガラス基板上に前記固定電極を形成する工程と、前記固定電極上に、原子層堆積法を用いてＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜を形成する工程と、シリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面にＳｉＯ2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、この接合済み基板上の前記シリコン基板を薄板に加工する工程と、前記接合済み基板上の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、を有することを特徴とする。
この第４の製造方法は、シリコン基板の接合側の表面全面に、ＳｉＯ2膜を形成するとともに、ガラス基板上の固定電極上に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜を形成するものであり、これによって、上記同様に、絶縁耐圧及び接合強度に優れ、またアクチュエータの発生圧力の高い、微小化、高密度化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、上記の第１〜第４の製造方法において、ＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜上に、さらにＳｉＯ2膜を形成する工程を有するものとする。
これにより、絶縁耐圧の更なる向上を図ることが可能となる。
また、前記絶縁膜上、望ましくは、前記ＳｉＯ2膜上に、さらにダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン等のカーボン系材料からなる表面保護膜を形成する工程を有するものとする。
これにより、アクチュエータの駆動の安定性及び駆動耐久性を向上させた静電アクチュエータが得られる。なお、表面保護膜としては、ダイヤモンドライクカーボンを用いた場合、下地絶縁膜との密着性が良好で、表面平滑性が高く、低摩擦性を有するため望ましい。
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、表面保護膜の膜厚は極力薄く形成することが好ましい。
また、表面保護膜は十分な陽極接合が難しいため、接合前に、ガラス基板またはシリコン基板の接合部における表面保護膜を除去することが望ましい。
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する単一または複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル基板との間で、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、前記吐出室の底部にて構成される可動電極の振動板に所定のギャップを介して対向配置される固定電極の個別電極が形成された電極基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、上記のいずれかの静電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
本発明の液滴吐出ヘッドは、上述のように優れた駆動の安定性及び駆動耐久性を有し、かつアクチュエータ発生圧力の高い静電アクチュエータを備えているので、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が得られる。
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出する単一または複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル基板との間で、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、前記吐出室の底部にて構成される可動電極の振動板に所定のギャップを介して対向配置される固定電極の個別電極が形成された電極基板とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、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することを特徴とする。
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製造することができる。
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものであるので、高解像度、高密度、高速度のインクジェットプリンタ等を実現できる。
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を図面に基づいて説明する。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５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。
実施形態１．
本実施形態１のインクジェットヘッド１０は、図１〜図５に示すように、以下に説明する構造を持つ３枚の基板１、２、３を貼り合わせることにより構成される積層構造体となっている。なお、このインクジェットヘッド１０は１個につきノズル孔１１が２列に形成された構成となっており、ノズル孔１１の列ごとに左右１個ずつのヘッド部分を持つ構成となっているが、当該ヘッド部分は１個ずつで構成されていても良い。またノズル孔１１の数は制限されない。
中間の第１の基板１は、キャビティ基板とも呼ばれ、例えば面方位が（１１０）の単結晶のシリコン基板からなり、その表面には複数の流路となる溝もしくは凹部がエッチングにより形成されている。個々の流路には、底部を振動板６とする吐出室１２となる凹部１３が形成されている。振動板６は可動電極を構成し、所望の厚みのボロン拡散層により形成されている。また、各流路に共通に連通するリザーバ部１４となる凹部１５が形成される。なお、上記の４層構造の場合は、第4の基板としてリザーバ部が別のシリコン基板（リザーバ基板とも呼ばれる）に設けられる構成となっている。
第１の基板１の下面に接合される第２の基板２は、電極基板もしくは電極ガラス基板とも呼ばれ、ガラス基板を用いて形成されている。第２の基板２は第１の基板１と陽極接合により接合されるので、剥離のない接合強度を確保するために、熱膨張係数がシリコンのそれに近いホウ珪酸系ガラスが一般に用いられている。
第２の基板２の表面には、固定電極として、一般にＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極５が形成されている。各個別電極５は上記振動板６と対向する位置にエッチングにより形成された凹部２１内に形成されている。振動板６と個別電極５とは所定の間隔（ギャップ長という）Ｇを隔てて対向配置される。
また、絶縁破壊や短絡を防止するために、振動板６と個別電極５との間には後述するように絶縁膜７が介在されているので、実質的に有効なギャップ長Ｇは絶縁膜７と個別電極５間の距離ということになる。このギャップ長Gは例えば１１０ｎｍで設計されている。絶縁膜７を含む振動板６と個別電極５により静電アクチュエータ部４が構成される。
本発明の静電アクチュエータにおいて、絶縁膜７として、個別電極５または振動板６の少なくとも一方の対向面上に、原子層堆積法（ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法という）を用いてＨｆxＡｌyＯz膜を形成するものである。但し、ｘとｙは、ｘ≧ｙを満たすものとする。
ＡＬＤ法は、原子層レベルで成膜できるので、膜質がきわめて緻密である。しかもきわめて均一で極薄の膜厚を高精度に成膜できる特長がある。また、ｘ対ｙの比率を１：１だけでなく、２：１、あるいは５：１などのように変えることができ、この比率を変えることでＨｆxＡｌyＯz膜の比誘電率を変化させることができる。
本実施形態１では、Ｈｆの原料ガスであるＴＥＭＡＨ（テトラキス（Ｎ−エチルメチルアミノ）ハフニウム）とＯ3ガス、Ａｌの原料ガスであるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の供給時間比を変更することによって、ｘ対ｙの比率を変えている。
また、ＨｆxＡｌyＯz膜の比誘電率は１１〜１５であり、ＳｉＯ2（比誘電率：約３．９）、Ａｌ2Ｏ3（比誘電率：約７．８）に比べてはるかに高くなっている。ＨｆxＡｌyＯz膜の膜厚は特に限定されるものではないが、本実施形態１及び以下の実施形態では６０ｎｍとしているが、所望のＨｆxＡｌyＯz膜の絶縁耐圧と静電アクチュエータの発生圧力を考慮して適宜決定すればよい。また、個別電極５のＩＴＯ膜の膜厚は１００ｎｍとしている。
第２の基板２にはインク供給孔２２が１つもしくは複数個形成されている。インク供給孔２２は、図１に表面を塗りつぶしであらわすように第２の基板２の島状の接合部２３に設けられ、さらに上記リザーバ部１４に連通するように底部を貫通している。インク供給孔２２は図示しないインクタンクに接続されている。
振動板６と個別電極５との間に形成されるギャップの開放端部はエポキシ樹脂等による封止材１８で気密に封止される。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。
第１の基板１の上面に接合される第３の基板３は、ノズル基板とも呼ばれ、単結晶のシリコン基板からなり、エッチングにより上記の吐出室１２に連通し第３の基板３に対し垂直に貫通するように形成されたノズル孔１１と、吐出室１２とリザーバ部１４とを連通させるように下面に細溝状に形成された供給口３１と、リザーバ部１４部の圧力変動を補償するためのダイヤフラム部３２とを有する構成となっている。ノズル孔１１は、径の小さい噴射口部とこれより径の大きい導入口部とから２段に構成することにより、インク滴の直進性を向上させることができる。なお、上記の４層構造の場合、リザーバ基板（図示せず）にはリザーバ部のほか、ノズル孔１１と吐出室１２とを連通する連通孔ならびにリザーバ部と吐出室とを連通する孔が設けられる。また、リザーバ部の底部をダイヤフラム部とすることもある。
上記第１の基板１および第３の基板３の後端部は、図１、図５に示すように、エッチングにより開口された電極取り出し部１７となっており、電極取り出し部１７の形状は、平面視で略コ字状の開口部を有するものとなっている。そして、第２の基板２上に形成された個別電極５は、リード部５ａと端子部５ｂを有し、端子部５ｂが電極取り出し部１７において露出するように形成されている。また、第１の基板１の上面の後端部において片側もしくは両側に金属膜からなる共通電極１６が形成されている。そして、静電アクチュエータ部の駆動手段として、振動板６と個別電極５との間にパルス電圧を印加するためのドライバＩＣ等の駆動制御回路４０を搭載したＦＰＣ（図示せず）が各個別電極５の端子部５ｂと共通電極１６とに例えば導電性接着剤を用いて接続される。
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路４０により個別電極５と第１の基板１の共通電極１６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撓み、吐出室１２内に負圧を発生させて、リザーバ部１４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、その復元力によりインクをノズル孔１１から押し出し、インク滴を記録紙（図示せず）に向けて吐出する。
ここで、静電アクチュエータの発生圧力について説明する。
駆動時において振動板６を吸引する静電圧力（発生圧力）Ｐは、振動板６の個別電極５に対する任意の位置をｘとすると、静電エネルギーＥを微分し、振動板６の面積Ｓで除した値であり、印加電圧をＶ、絶縁膜７の厚さをｔ、真空中の誘電率をε0、絶縁膜７の比誘電率をεrとすると、以下の式で表される。
Figure 2008168438
さらに、振動板６の動作長すなわちギャップ長での平均圧力Ｐeは、式（１）をギャップ長ｄで積分して式（２）に示される圧力となる。
Figure 2008168438
上記の式（２）から、絶縁膜の比誘電率が大きいほど、平均圧力Ｐeが高くなることが分かる。従って、絶縁膜に酸化シリコンより比誘電率の高いＨｉｇｈ−ｋ材を適用した場合、静電アクチュエータにおける発生圧力を高めることが可能であることが分かる。
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のピット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、絶縁膜７の比誘電率が全体として２倍となれば、絶縁膜７の厚さを２倍にしても、同じ発生圧力を得ることができることが分かり、静電アクチュエータにおいて、耐絶縁破壊強度、例えばＴＤＤＢ（Time Depend Dielectric Breakdown、長時間の絶縁破壊強度）やＴＺＤＢ（Time Zero Dielectric Breakdown、瞬間における絶縁破壊強度）をほぼ２倍にすることが可能であることが分かる。
本実施の形態１の静電アクチュエータは、前述のように、振動板６の個別電極５に対する対向面上に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜７が形成されているので、以下に示すような効果が得られる。
（１）吐出能力の向上と絶縁耐圧の確保の両立が可能となる。
ＨｆxＡｌyＯz膜は、ＳｉＯ2からなる絶縁膜に比べて、比誘電率が向上するため、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。以下に、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3を積層した場合と、ＨｆxＡｌyＯz膜を形成した場合の実験結果について示す。ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3をそれぞれ膜厚３０ｎｍずつ（総膜厚６０ｎｍ）積層した場合とＨｆxＡｌyＯz膜を６０ｎｍ成膜した場合を比較すると、比誘電率の値は、ほぼ同等の値を示すが、絶縁耐圧は、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3をそれぞれ膜厚３０ｎｍずつ積層した場合が、６ＭＶ／ｃｍであったのに対し、ＨｆxＡｌyＯz膜の絶縁耐圧は、８ＭＶ／ｃｍ以上を確保することができた。よって、印加電圧の低電圧化の制約を受けることなく、比誘電率の向上と絶縁耐圧の確保の両立が可能となる。その結果、この静電アクチュエータをインクジェットヘッドに適用した場合、インクジェットヘッドの吐出能力を向上させることが可能である。
（２）接合強度を確保できる。
ＨｆxＡｌyＯz膜は比較的に接合強度が高いため、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。
（３）製造プロセスが簡単である。
ＨｆxＡｌyＯz膜をシリコン基板側に全面成膜するだけであるので、製造プロセスが簡単となる。また、個別電極５側にＨｆxＡｌyＯz膜を形成する場合に比べて、ＨｆxＡｌyＯz膜の除去の工程が不要となるため、製造プロセスが簡略化できる。
実施形態２．
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の静電アクチュエータ４は、実施形態１とは逆に、個別電極５の振動板６に対する対向面上に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜の絶縁膜７を形成するものである。
本実施形態２では、可動電極である振動板６上に絶縁膜を形成しないため、膜応力にともなう振動板６の反りを低減でき、ギャップのばらつきの低減、ひいてはアクチュエータ性能のばらつきの低減が可能となる。
実施形態３．
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の静電アクチュエータ４は、振動板６の個別電極５に対する対向面上に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜７を形成し、更に、個別電極５の振動板６に対する対向面上に、ＳｉＯ2膜７ｂを、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により膜厚２０ｎｍで形成して絶縁膜７を構成するものである。ここで、ＳｉＯ2膜の膜厚は、所望の絶縁耐圧と静電アクチュエータの発生圧力を考慮して適宜決定すればよい。
本実施形態３は、前記実施形態１、あるいは前記実施形態２に対し、絶縁耐圧に優れたＳｉＯ2膜を有するため、絶縁耐圧が向上するといった効果を有している。
実施形態４．
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の静電アクチュエータ４は、実施形態３に対し、絶縁膜の構成を逆に構成するものである。すなわち、個別電極５の振動板６に対する対向面上に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜７ａを形成し、振動板６の個別電極５に対する対向面上に、ＳｉＯ2膜７ｂを、例えばプラズマＣＶＤ法により膜厚２０ｎｍで形成して絶縁膜７を構成するものである。
本実施形態４も、前記実施形態３と同様の効果を有している。
実施形態５．
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の静電アクチュエータ４は、振動板６の個別電極５に対する対向面上に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜７ａを形成し、更にこのＨｆxＡｌyＯz膜７ａ上にＳｉＯ2膜７ｂを膜厚２０ｎｍ、プラズマＣＶＤ法により積層して絶縁膜７を構成するものである。
本実施形態５の効果は、以下のとおりである。
（１）吐出能力の向上
絶縁膜がＳｉＯ2膜のみの一層のものに比べて、更にＨｆxＡｌyＯz膜を形成することにより比誘電率が向上するため、アクチュエータの発生圧力が増大し、その結果、インクジェットヘッドの吐出能力を更に向上させることが可能である。
（２）絶縁耐圧の向上
絶縁耐圧に優れたＳｉＯ2膜を有するため、絶縁耐圧が向上する。
（３）接合強度の確保
接合強度については、従来の静電アクチュエータと同等の接合強度を確保することができる。
（４）製造プロセスが簡単
シリコン基板側にＨｆxＡｌyＯz膜とＳｉＯ2膜を全面成膜するだけであるので、製造プロセスが簡単となる。
実施形態６．
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の静電アクチュエータ４は、実施形態５と同じ絶縁膜の構成を個別電極５上に形成するものである。すなわち、個別電極５の振動板６に対する対向面上に、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜７ａを形成し、さらにこのＨｆxＡｌyＯz膜７ａ上にＳｉＯ2膜７ｂを膜厚２０ｎｍ、プラズマＣＶＤ法により積層形成して絶縁膜７とするものである。
本実施形態６では、可動電極である振動板６上に絶縁膜を形成しないため、膜応力にともなう振動板６の反りを低減でき、ギャップのばらつきの低減、ひいてはアクチュエータ性能のばらつきの低減が可能となる。
実施形態７．
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１０の概略断面図、図２２は図２１のＨ部の拡大断面図、図２３は図２１のｈ−ｈ拡大断面図である。
本実施形態７の静電アクチュエータ４は、振動板６側は実施形態３と同様に、ＨｆxＡｌyＯz膜７ａとその上にＳｉＯ2膜７ｂを積層する絶縁膜７の構成とし、個別電極５上にはＳｉＯ2膜７ｂを形成し、さらに両方のＳｉＯ2膜７ｂ上にそれぞれ表面保護膜８としてＤＬＣ膜を形成するものである。
各々の膜厚及び比誘電率は、表１のようになっている。なお、その他の実施形態についても同様であるが、各々の膜厚は、この値に限定するものではなく、所望の絶縁耐圧と静電アクチュエータの発生圧力を考慮して適宜決定すればよい。
Figure 2008168438
表面保護膜８としては、セラミックス系硬質膜であるＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等や、炭素系硬質膜であるダイヤモンドまたはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等が使用可能である。その中でも下地絶縁膜であるＳｉＯ2膜との密着性が良好な、ＤＬＣを用いるのが望ましい。ＤＬＣ膜は表面がきわめて平滑で、低摩擦性を有する。本実施形態７および以下に示す実施形態８〜１２ではＤＬＣを用いている。
本実施形態７の上記構成によるアクチュエータ特性結果は、ＨｆxＡｌyＯz膜の膜厚をＳｉＯ2膜と等価な電気的膜厚に換算した値である等価酸化膜厚（ＥＯＴ）は７６ｎｍであり、耐圧５６Ｖという高電圧駆動が可能となった。また、リーク電流密度は１００ｎＡ／ｃｍ2以下（３０Ｖ時）であった。
さらに、本実施形態７によれば以下のような効果がある。
（１）吐出能力の向上と絶縁耐圧の確保の両立が可能となる。
ＨｆxＡｌyＯz膜は、ＳｉＯ2からなる絶縁膜に比べて、比誘電率が向上するため、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。また、実施形態１の効果と同様に、ＨｆxＡｌyＯz膜を用いることによって、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3を積層した場合に比べて絶縁耐圧が向上するため、印加電圧の低電圧化の制約を受けることがなく、その結果、比誘電率の向上と絶縁耐圧の確保の両立が可能となる。
（２）アクチュエータ耐久性の向上
両側の絶縁膜上に表面保護膜としてＤＬＣ膜を形成したので、アクチュエータの駆動耐久性が大幅に向上する。
（３）ＤＬＣ膜の密着性が良好
ＤＬＣ膜の下地にＳｉＯ2膜を形成したので、ＤＬＣ膜の密着性が向上する。その結果、アクチュエータ駆動に伴う振動板の繰り返しの接触及び離脱によって、ＤＬＣ膜が剥離したり摩耗等の劣化が生じたりすることを抑制でき、アクチュエータの駆動耐久性が向上する。
（４）接触帯電量の抑制
両側のＤＬＣ膜どうしが接触するため、接触帯電量を抑制することができる。そのため、ばらつきの少ない安定したアクチュエータ特性が得られる。
実施形態８．
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１０の概略断面図、図２５は図２４のＩ部の拡大断面図、図２６は図２４のｉ−ｉ拡大断面図である。
本実施形態８の静電アクチュエータ４は、実施形態７と逆の構成であり、ＨｆxＡｌyＯz膜７ａを個別電極５側に形成するものである。表面保護膜８のＤＬＣ膜は実施形態７と同様に両側のＳｉＯ2膜７ｂ上にそれぞれ形成する。
本実施形態８では、振動板上に形成する絶縁膜の膜厚を薄くすることができるため、膜応力にともなう振動板の反りを低減でき、ギャップのばらつきの低減、ひいてはアクチュエータ性能のばらつきの低減が可能となる。その他の効果は実施形態７と同じである。
実施形態９．
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１０の概略断面図、図２８は図２７のＪ部の拡大断面図、図２９は図２７のｊ−ｊ拡大断面図である。
本実施形態９の静電アクチュエータ４は、個別電極５側には絶縁膜及び表面保護膜は設けずに、振動板６側にのみ実施形態７と同様にＨｆxＡｌyＯz膜７ａとその上にＳｉＯ2膜７ｂを積層する絶縁膜７の構成とし、さらにＳｉＯ2膜７ｂ上に表面保護膜８として膜厚１０ｎｍのＤＬＣ膜を形成する構成である。
本実施形態９の効果は以下のとおりである。
（１）吐出能力の向上と絶縁耐圧の確保の両立が可能となる。
ＨｆxＡｌyＯz膜は、ＳｉＯ2からなる絶縁膜に比べて、比誘電率が向上するため、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。また、実施形態１の効果と同様に、ＨｆxＡｌyＯz膜を用いることによって、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3を積層した場合に比べて絶縁耐圧が向上するため、印加電圧の低電圧化の制約を受けることがなく、その結果、比誘電率の向上と絶縁耐圧の確保の両立が可能となる。
（２）アクチュエータ耐久性の向上
振動板側に表面保護膜としてＤＬＣ膜を形成したので、アクチュエータの耐久性が向上する。
（３）製造プロセスが簡単
シリコン基板側にＨｆxＡｌyＯz膜とＳｉＯ2膜を全面成膜するので、個別電極５側にこれらの絶縁膜を成膜する場合に比べて、ＨｆxＡｌyＯz膜、ＳｉＯ2膜の除去の工程が不要となるため、製造プロセスが簡略化できる。
実施形態１０．
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１０の概略断面図、図３１は図３０のＫ部の拡大断面図、図３２は図３０のｋ−ｋ拡大断面図である。
本実施形態１０の静電アクチュエータ４は、実施形態９とは逆に、個別電極５側に、ＨｆxＡｌyＯz膜７ａとその上にＳｉＯ2膜７ｂを積層する絶縁膜７の構成とし、さらにＳｉＯ2膜７ｂ上に表面保護膜８としてＤＬＣ膜を形成する構成である。
本実施形態１０では、振動板側に絶縁膜を形成していないため、膜応力にともなう振動板の反りを低減でき、ギャップのばらつきの低減、ひいてはアクチュエータ性能のばらつきの低減が可能となる。
実施形態１１．
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１０の概略断面図、図３４は図３３のＭ部の拡大断面図、図３５は図３３のｍ−ｍ拡大断面図である。
本実施形態１１の静電アクチュエータ４は、振動板６側は実施形態９と同様に、ＨｆxＡｌyＯz膜７ａとその上にＳｉＯ2膜７ｂを積層する絶縁膜７の構成とし、さらにＳｉＯ2膜７ｂ上に表面保護膜８としてＤＬＣ膜を形成し、個別電極５側には膜厚２０ｎｍのＳｉＯ2膜７ｂのみを形成する構成である。
本実施形態１１の効果は以下のとおりである。
（１）吐出能力の向上と絶縁耐圧の確保の両立が可能となる。
ＨｆxＡｌyＯz膜は、ＳｉＯ2からなる絶縁膜に比べて、比誘電率が向上するため、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。また、実施形態１の効果と同様に、ＨｆxＡｌyＯz膜を用いることによって、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3を積層した場合に比べて絶縁耐圧が向上するため、印加電圧の低電圧化の制約を受けることがなく、その結果、比誘電率の向上と絶縁耐圧の確保の両立が可能となる。
（２）アクチュエータ耐久性の向上
表面保護膜としてＤＬＣ膜を形成したので、アクチュエータの耐久性が向上する。
（３）製造プロセスが簡単
前記実施形態７に対し、ＤＬＣ膜の除去の工程が不要となるため、製造プロセスが簡略化できる。
（４）接触帯電量の抑制
ＤＬＣ膜とＩＴＯ膜が直接接触する場合に比べて、ＤＬＣ膜とＳｉＯ2膜の方が接触帯電量を抑制することができる。そのため、ばらつきの少ない安定したアクチュエータ特性が得られる。
実施形態１２．
図３６は本発明の実施形態１２に係るインクジェットヘッド１０の概略断面図、図３７は図３６のＮ部の拡大断面図、図３８は図３６のｎ−ｎ拡大断面図である。
本実施形態１２の静電アクチュエータ４は、実施形態１１と逆の構成であり、個別電極５側にＨｆxＡｌyＯz膜７ａとその上にＳｉＯ2膜７ｂを積層する絶縁膜７の構成とし、さらにＳｉＯ2膜７ｂ上に表面保護膜８としてＤＬＣ膜を形成し、振動板６側はＳｉＯ2膜７ｂのみを形成する構成である。
本実施形態１２では、振動板上に形成する絶縁膜の膜厚を薄くすることができるため、膜応力にともなう振動板の反りを低減でき、ギャップのばらつきの低減、ひいてはアクチュエータ性能のばらつきの低減が可能となる。
また、ＤＬＣ膜とＩＴＯ膜が直接接触する場合に比べて、ＤＬＣ膜とＳｉＯ2膜の方が接触帯電量を抑制することができる。そのため、ばらつきの少ない安定したアクチュエータ特性が得られる。
このインクジェットヘッド１０は、以上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。
なお、以上の各実施形態では、ＡＬＤ法によりＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜７を個別電極５または振動板６のいずれか一方に形成するものとしたが、個別電極５及び振動板６の両方に形成してもよいものである。
次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法の一例について図３９から図４２を参照して概要を説明する。図３９はインクジェットヘッド１０の製造工程の概略の流れを示すフローチャート、図４０は電極ガラス基板の製造工程の概要を示す断面図、図４１及び図４２はインクジェットヘッド１０の製造工程の概要を示す断面図である。
図３９において、ステップＳ１〜Ｓ４は電極ガラス基板の製造工程を示すものであり、ステップＳ５〜Ｓ９はキャビティ基板の元になるシリコン基板の製造工程を示すものである。
ここでは、実施形態７に示したインクジェットヘッド１０を中心にそ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１〜６、８〜１２についても言及する。
ウエハ状の電極ガラス基板２Ａは以下のようにして製造される。
まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約１ｍｍのガラス基板２００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２１を形成する。なお、この凹部２１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２１の内部に個別電極５を形成する（図３９のＳ１、図４０（ａ））。
次に、個別電極５側の絶縁膜として、ガラス基板２００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）法によりＳｉＯ2膜７ｂを２０ｎｍの厚さで形成する（図３９のＳ２）。ついで、このＳｉＯ2膜７ｂの上に、表面保護膜８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、ＤＬＣ膜を１０ｎｍの厚さで全面成膜する（図３９のＳ３、図４０（ｂ））。
次に、ガラス基板２００の個別電極５の振動板６に対する対向面以外の部分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。ＤＬＣ膜除去後、さらにその部分のＳｉＯ2膜７ｂをＣＨＦ3によるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチングにより除去する（図３９のＳ４、図４０（ｃ））。その後、ブラスト加工等によってインク供給孔２２となる孔部２２ａを形成する。
以上により、実施形態７の電極ガラス基板２Ａを作製することができる。
なお、その他の実施形態については上記に準じて工程を削除し又は追加して実施する。例えば、実施形態１、５、９の場合は、図３９のＳ１のみを実施すればよく、実施形態１１の場合は上記のＤＬＣ膜の成膜工程（図３９のＳ３）を省略すればよい。実施形態３の場合は、図３９のＳ１とＳ２のみを実施すればよい。また、実施形態２、４、６、８、１０、１２の場合はＩＴＯ膜上にＨｆxＡｌyＯz膜７ａを成膜するが、これについては、シリコン基板への成膜と同じであるので、後で詳しく説明する。なお、ＩＴＯ膜上にＨｆxＡｌyＯz膜７ａを成膜した後の個別電極５の振動板６に対する対向面以外の部分の除去は上記と同様にＣＨＦ3によるＲＩＥドライエッチングにより除去する。
ウエハ状のキャビティ基板１Ａは上記により作製されたウエハ状の電極ガラス基板２Ａにシリコン基板１００を陽極接合してから作製される。
まず、例えば厚さが２８０μｍのシリコン基板１００の片面全面に、例えば厚さが０．８μｍのボロン拡散層１０１を形成したシリコン基板１００を作製する（図３９のＳ５）
。次に、そのシリコン基板１００のボロン拡散層１０１の表面（下面）上に、絶縁膜７として、まずＨｆxＡｌyＯz膜７ａを熱ＣＶＤ装置を用いたＡＬＤ法により、６０ｎｍの厚さで全面成膜する（図３９のＳ６）。すなわち、シリコン基板１００を熱ＣＶＤ装置に入れ、２５０〜４００℃程度に加熱し、真空引きを行う。次に、原料ガスであるＴＥＭＡＨ（テトラキス（Ｎ−エチルメチルアミノ）ハフニウム）を一定時間導入した後、パージにより余剰ガスを除去し、次に、Ｏ3を一定時間導入する。次に、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を一定時間導入した後、パージにより余剰ガスを除去し、次に、Ｏ3を一定時間導入する。このサイクルを所要回数繰り返しＨｆxＡｌyＯz膜７ａを成膜する。
実施例では以下のような条件で成膜した。
・加工条件
温度 ３００℃、ＴＥＭＡＨ供給量 ０．１（ｇ／ｍｉｎ）、Ｏ3供給量 ２００（ｇ／Ｎｍ3）、ＴＭＡ供給量 １００（ｃｃ／ｍｉｎ）
・成膜サイクル
ＴＥＭＡＨを２００ｓｅｃ供給、パージを行った後、Ｏ3を４００ｓｅｃ供給、これを５回繰り返す。次に、ＴＭＡを１０ｓｅｃ供給、パージを行った後、Ｏ3を３０ｓｅｃ供給、これを５回繰り返す。以上の成膜を１サイクルと考えた場合、これを３０サイクル繰り返すことで、総膜厚６０ｎｍを成膜した。
次に、このＨｆxＡｌyＯz膜７ａの上に、ＴＥＯＳを原料ガスとして用いたＲＦ−ＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜７ｂを２０ｎｍの厚さで全面成膜する（図３９のＳ７）。そしてさらに、このＳｉＯ2膜７ｂ上に、表面保護膜８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、ＤＬＣ膜を１０ｎｍの厚さで全面成膜する（図３９のＳ８、図４１（ａ））。
次に、シリコン基板１００の振動板６の個別電極５に対する対向面以外のＤＬＣ膜をＯ2アッシングにより除去する（図３９のＳ９、図４１（ｂ））。
以上により、実施形態７の接合前のシリコン基板１００を作製することができる。また、実施形態９と１１の場合も全く同じである。
その他の実施形態については上記に準じて実施する。例えば、実施形態１と３の場合は、図３９のＳ５〜Ｓ６を実施すればよく、実施形態２、６、１０の場合は図３９のＳ５のみを実施すればよい。また、実施形態４の場合は、図３９のＳ５を実施後、そのボロン拡散層の上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を全面成膜すればよい。実施形態５の場合は、図３９のＳ５〜Ｓ７を実施後、ＤＬＣ膜の成膜工程を省けばよく、実施形態８の場合は、図３９のＳ５を実施後、ＨｆxＡｌyＯz膜の成膜工程を省いて、直接Ｓ８〜Ｓ９を実施すればよい。実施形態１２の場合は、図３９のＳ５を実施後、ＨｆxＡｌyＯz膜の成膜工程を省いて、直接Ｓ７のみを実施すればよい。
以上により、その他の実施形態１〜６、８、１０、１２の接合前のシリコン基板１００を作製することができる。
次に、以上により作製されたシリコン基板１００を上記電極ガラス基板２Ａ上にアライメントして陽極接合する（図３９のＳ１０、図４１（ｃ））。
ついで、この接合済みシリコン基板１００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Ｓ１１、図４１（ｄ））、さらにこのシリコン基板１００の表面全面をウエ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Ｓ１２）。
次に、薄板に加工された接合済みシリコン基板１００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（図３９のＳ１３）、ウェットエッチングまたはドライエッチングによってインク流路溝を形成する（図３９のＳ１４）。これによって、吐出室１２となる凹部１３、リザーバ部１４となる凹部１５および電極取り出し部１７となる凹部１９が形成される（図４２（ｅ））。その際、ボロン拡散層１０１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。
次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングにより、凹部１９の底部を除去して電極取り出し部１７を開口した後（図４２（ｆ））、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（図３９のＳ１５）。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、真空引きを行い、ついで窒素ガスを導入して窒素雰囲気下で水分を除去する。そして、所要時間経過後、窒素雰囲気下でギャップ開放端部にエポキシ樹脂等の封止材１８を塗布して気密に封止する（図３９のＳ１６、図４２（ｇ））。このように静電アクチュエータ内部（ギャップ内）の付着水分を除去した後、気密封止することによって、静電アクチュエータの駆動耐久性を向上させることができる。
また、マイクロブラスト加工等によりリザーバ部の底部を貫通させてインク供給孔２２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１６を形成する（図３９のＳ１６、図４２（ｇ））。
以上の工程を経て電極ガラス基板２Ａに接合されたシリコン基板１００からキャビティ基板１Ａが作製される。
その後、このキャビティ基板１Ａの表面上に、予めノズル孔１１等が形成されたノズル基板３Ａを接着により接合する（図３９のＳ１７、図４２（ｈ））。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３９のＳ１８）。
このインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、前述したように、アクチュエータの発生圧力が向上し、絶縁耐圧、駆動耐久性および吐出性能に優れた静電アクチュエータを備えるインクジェットヘッドを製造することができる。
また、キャビティ基板１Ａを、予め作製された電極ガラス基板２Ａに接合した状態のシリコン基板１００から作製するものであるので、その電極ガラス基板２Ａによりキャビティ基板１Ａを支持した状態となるため、キャビティ基板１Ａ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、キャビティ基板を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
以上の実施形態では、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、インクジェットプリンタのほか、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。
例えば、図４３は本発明のインクジェットヘッドを備えるインクジェットプリンタの概要を示すものである。
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と、このインクジェットヘッド１０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。
本発明の実施形態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Ａ部の拡大断面。 図２のａ−ａ拡大断面図。 図２のインクジェットヘッドの上面図。 本発明の実施形態２に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図６のＢ部の拡大断面図。 図６のｂ−ｂ拡大断面図。 本発明の実施形態３に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図９のＣ部の拡大断面図。 図９のｃ−ｃ拡大断面図。 本発明の実施形態４に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図１２のＤ部の拡大断面図。 図１２のｄ−ｄ拡大断面図。 本発明の実施形態５に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図１５のＥ部の拡大断面図。 図１５のｅ−ｅ拡大断面図。 本発明の実施形態６に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図１８のＦ部の拡大断面図。 図１８のｆ−ｆ拡大断面図。 本発明の実施形態７に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図２１のＨ部の拡大断面図。 図２１のｈ−ｈ拡大断面図。 本発明の実施形態８に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図２４のＩ部の拡大断面図。 図２４のｉ−ｉ拡大断面図。 本発明の実施形態９に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図２７のＪ部の拡大断面図。 図２７のｊ−ｊ拡大断面図。 本発明の実施形態１０に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図３０のＫ部の拡大断面図。 図３０のｋ−ｋ拡大断面図。 本発明の実施形態１１に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図３３のＭ部の拡大断面図。 図３３のｍ−ｍ拡大断面図。 本発明の実施形態１２に係るインクジェットヘッドの概略断面図。 図３６のＮ部の拡大断面図。 図３６のｎ−ｎ拡大断面図。 インクジェットヘッドの製造工程の概略の流れを示すフローチャート。 電極基板の製造工程の概要を示す断面図。 インクジェットヘッドの製造工程の概要を示す断面図。 図４１に続く製造工程の概略断面図。 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 第１の基板、１Ａ キャビティ基板、２ 第２の基板、２Ａ 電極ガラス基板、３ 第３の基板、３Ａ ノズル基板、４ 静電アクチュエータ部、５ 個別電極（固定電極）、６ 振動板（可動電極）、７ 絶縁膜、７ａ ＨｆxＡｌyＯz膜、７ｂ ＳｉＯ2膜、８ 表面保護膜（ＤＬＣ膜）、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、１２ 吐出室、１４ リザーバ部、１６ 共通電極、１７ 電極取り出し部、１８ 封止材、２１ 凹部、２２ インク供給孔、２３ 接合部、３１ 供給口、３２ ダイヤフラム部、４０ 駆動制御回路、１００ シリコン基板、２００ ガラス基板、５００ インクジェットプリンタ。

Claims (15)

  1. 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において、
    前記固定電極または前記可動電極の少なくとも一方の対向面に、ＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜を形成することを特徴とする静電アクチュエータ。
  2. ＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜において、ｘとｙが下記の式１を満たすことを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
    ｘ≧ｙ ・・・・式１
  3. 前記固定電極または前記可動電極の少なくとも一方にＳｉＯ2絶縁膜を形成す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. 前記絶縁膜上に、ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン等のカーボン系材料からなる表面保護膜を形成することを特徴とする請求項1乃至３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
  5. 前記表面保護膜の下地の前記絶縁膜が、ＳｉＯ2絶縁膜であ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。
  6. 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、
    ガラス基板上に前記固定電極を形成する工程と、
    シリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面に、原子層堆積法を用いてＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁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、
    この接合済み基板上の前記シリコン基板を薄板に加工する工程と、
    前記接合済み基板上の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、
    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。
  7. 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、
    ガラス基板上に前記固定電極を形成する工程と、
    前記固定電極上に、原子層堆積法を用いてＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜を形成する工程と、
    前記ガラス基板とシリコン基板とを陽極接合する工程と、
    この接合済み基板上の前記シリコン基板を薄板に加工する工程と、
    前記接合済み基板上の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、
    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。
  8. 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、
    ガラス基板上に前記固定電極を形成する工程と、
    前記固定電極上にＳｉＯ2絶縁膜を形成する工程と、
    シリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面に、原子層堆積法を用いてＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁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、
    この接合済み基板上の前記シリコン基板を薄板に加工する工程と、
    前記接合済み基板上の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、
    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。
  9. 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、
    ガラス基板上に前記固定電極を形成する工程と、
    前記固定電極上に、原子層堆積法を用いてＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜を形成する工程と、
    シリコン基板の前記ガラス基板との接合側表面全面にＳｉＯ2絶縁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、
    この接合済み基板上の前記シリコン基板を薄板に加工する工程と、
    前記接合済み基板上の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、
    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。
  10. 前記ＨｆxＡｌyＯz膜からなる絶縁膜上に、さらにＳｉＯ2絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
  11. 前記ＨｆxＡｌyＯz膜上、または前記ＳｉＯ2絶縁膜上に、さらにダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン等のカーボン系材料からなる表面保護膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
  12. 接合前に、前記固定電極の前記可動電極に対する対向面または前記可動電極の前記固定電極に対する対向面以外の前記表面保護膜を除去することを特徴とする請求項１１記載の静電アクチュエータの製造方法。
  13. 液滴を吐出する単一または複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル基板との間で、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、前記吐出室の底部にて構成される可動電極の振動板に所定のギャップを介して対向配置される固定電極の個別電極が形成された電極基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、 請求項１乃至５のいずれかに記載の静電アクチュエータを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  14. 液滴を吐出する単一または複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル基板との間で、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、前記吐出室の底部にて構成される可動電極の振動板に所定のギャップを介して対向配置される固定電極の個別電極が形成された電極基板とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、
    請求項６乃至１２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することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
  15. 請求項１３に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。
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