JP2004034555A - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力発生室を良好に形成することができ、且つ製造効率を向上することのできる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ１００上に振動板及び圧電素子を形成する工程と、圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板となる封止基板形成材１２０をシリコンウェハ１００上に接合する工程と、封止基材形成材１２０の少なくとも周縁部に耐アルカリ性を有する材料からなる封止フィルム１４０を貼着して封止基板形成材１２０の接合面とは反対側の表面を封止する工程と、シリコンウェハ１００をエッチングすることにより圧力発生室を形成する工程と、封止フィルム１４０を除去する工程と、シリコンウェハ１００及び封止基板形成材１２０を所定の大きさに分割する工程とを有する。
【選択図】 図６
【解決手段】シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ１００上に振動板及び圧電素子を形成する工程と、圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板となる封止基板形成材１２０をシリコンウェハ１００上に接合する工程と、封止基材形成材１２０の少なくとも周縁部に耐アルカリ性を有する材料からなる封止フィルム１４０を貼着して封止基板形成材１２０の接合面とは反対側の表面を封止する工程と、シリコンウェハ１００をエッチングすることにより圧力発生室を形成する工程と、封止フィルム１４０を除去する工程と、シリコンウェハ１００及び封止基板形成材１２０を所定の大きさに分割する工程とを有する。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位により液体を噴射させる液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
また、一般的に、圧力発生室が形成される流路形成基板の圧電素子側の面には、この圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板が接合されており、これにより、圧電素子の外部環境に起因する破壊が防止されている。
【０００８】
このインクジェット式記録ヘッドの製造方法としては、まず流路形成基板となるシリコンウェハの表面に圧電素子を形成し、次いでシリコンウェハ上に封止基板となる封止基板形成材を接合した後、シリコンウェハの封止基板形成材とは反対側の面を異方性エッチングすることによって圧力発生室等を形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、シリコンウェハに封止基板形成材を接合後、異方性エッチングによって圧力発生室を形成しているため、圧力発生室を形成する前に、例えば、樹脂材料等を塗布して硬化することによって耐エッチング性を有する保護膜を封止基板形成材の表面に形成している。
【００１０】
一般的に、封止基板形成材には、各圧力発生室の共通インク室、あるいは圧電素子の配線を引き出すための連通孔等、封止基板形成材を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されているため、圧力発生室を異方性エッチングによって形成する際にエッチング液による圧電素子等の破壊を防止するために保護膜を設ける必要がある。
【００１１】
また、封止基板形成材が、シリコンウェハと同一の材料で形成されている場合には、異方性エッチングによって圧力発生室を形成する際に、封止基板形成材がエッチングされるのを防止するために保護膜を設けておく必要がある。
【００１２】
しかしながら、従来の製造方法では、このような保護膜は、封止基板上に樹脂材料等を塗布して硬化させることにより形成しているため、保護膜を形成する作業に比較的手間がかかっていた。また、このような保護膜は、圧力発生室形成後にエッチング等によって除去しているため、保護膜の除去にも手間がかかり、製造効率が低くコストが高くなってしまうという問題がある。
【００１３】
また、上述したように封止基板形成材には貫通孔等が形成されており形状が複雑であるため、保護膜によって封止基板形成材を完全に保護するのは難しいという問題がある。
【００１４】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに限って発生するものではなく、勿論、他の液体噴射ヘッドにおいても同様に発生する。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑み、圧力発生室を良好に形成することができ、且つ製造効率を向上することのできる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ上に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板となる封止基板形成材を前記シリコンウェハ上に接合する工程と、耐アルカリ性を有する材料からなり前記封止基板形成材の接合面とは反対側の表面を覆う封止フィルムを当該封止基板形成材の少なくとも周縁部に貼着することによりその表面を封止する工程と、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室を形成する工程と、前記封止フィルムを除去する工程と、前記シリコンウェハ及び前記封止基板形成材を所定の大きさに分割する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１７】
かかる第１の態様では、シリコンウェハに圧力発生室等をエッチングにより形成する際には、封止基板形成材の表面が封止フィルムにより完全に封止されているため、例えば、ＫＯＨ等のエッチング液が封止基板形成材に形成された貫通孔を介してシリコンウェハの圧電素子側の面に流れ込むことがない。これにより、所定の領域だけをエッチングでき、各圧力発生室を良好に形成することができる。
【００１８】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記封止基板形成材の表面を封止する工程では、前記封止フィルムと前記封止基板形成材の表面との間に保護フィルムを介在させて、前記封止基板形成材の封止基板となる領域と前記封止フィルムとの接触を防止したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１９】
かかる第２の態様では、封止フィルムと封止基板形成材の表面との接触を保護フィルムによって防止することができる。これにより、封止フィルムの塵や埃等の異物が封止基板形成材の表面に付着して汚れるのを防止することができる。なお、このように保護フィルムを介在させることは、封止フィルムが封止基板形成材の表面に実質的に接触しない領域を形成することにもなり、封止基板形成材の表面を封止フィルムに付着した異物から保護する作用の他に封止フィルムを除去し易くするという作用もある。
【００２０】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記封止フィルムと前記保護フィルムとを接着することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２１】
かかる第３の態様では、保護フィルムが封止フィルムに接着されているため、封止フィルムを除去する際に保護フィルムも同時に除去することができる。これにより、保護フィルムの除去作業が簡略化できて、製造効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明の第４の態様は、第２又は３の態様において、前記保護フィルムがフッ素樹脂で形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２３】
かかる第４の態様では、保護フィルムを封止基板形成材に対して実質的に干渉しない材料、すなわち、封止基板形成材の表面に危害を与えない材料で形成することにより、封止基板形成材の表面を確実に保護できる。
【００２４】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記封止フィルムを除去する工程では、前記封止フィルムを当該封止フィルムが貼着された領域の内側で切断することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２５】
かかる第５の態様では、封止フィルムを比較的容易に且つ完全に除去でき、これにより、製造効率を向上させることができる。
【００２６】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記シリコンウェハの前記封止基板形成材との接合面とは反対側の面には犠牲ウェハが予め接合されており、前記封止基板形成材の他方面を封止する工程後に、前記犠牲ウェハをエッチングにより除去する工程を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２７】
かかる第６の態様では、シリコンウェハの剛性が向上し取り扱いが容易になる。また、犠牲ウェハをエッチングにより除去する際には、封止基板形成材の表面が封止フィルムにより完全に封止されているため、エッチング液が封止基板形成材に形成された貫通孔を介してシリコンウェハの圧電素子側の面に流れ込むことがない。したがって、所定の領域だけをエッチングでき、犠牲ウェハを確実に除去できる。
【００２８】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記封止フィルムをエポキシ系接着剤を介して前記封止基板形成材の周縁部に接着することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２９】
かかる第７の態様では、エポキシ系接着剤は耐アルカリ性を有しているため、封止フィルムと封止基板形成材の周縁部との接合部分にエッチング液が接触してもその接合部分は剥離されず、封止基板形成材の表面を封止フィルムによって完全に封止した状態を維持することができる。
【００３０】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記封止フィルムがＰＰＳで形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００３１】
かかる第８の態様では、封止フィルムが、例えば、ＫＯＨ等のエッチング液により溶解されないため、封止フィルム内にエッチング液が入り込むことを防止することができる。したがって、封止基板形成材の表面を完全に封止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。
【００３４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００３５】
この流路形成基板１０には、シリコン単結晶基板をその一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅方向に並設されている。また、その長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３１と連通される連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手方向一端部でそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００３６】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００３７】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００３８】
このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。本実施形態では、圧力発生室１２の配列密度を３６０ｄｐｉ程度としているため、流路形成基板１０の厚さを約７０μｍとしている。
【００３９】
なお、このような流路形成基板１０は、図３に示すように、シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ１００に複数個が一体的に形成され、詳しくは後述するが、このシリコンウェハ１００に圧力発生室１２等を形成した後、このシリコンウェハ１００を分割することによって形成される。
【００４０】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。
【００４１】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
【００４２】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極８５がそれぞれ接続されている。このリード電極８５は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から引き出され、インク供給路１４に対応する領域の弾性膜５０上までそれぞれ延設されている。
【００４３】
流路形成基板１０の圧電素子３００側には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２を有する封止基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。
【００４４】
また、封止基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ９０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１が設けられ、このリザーバ部３１は、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ９０を構成している。
【００４５】
さらに、封止基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間、すなわちインク供給路１４に対応する領域には、この封止基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられている。また、封止基板３０の圧電素子保持部３２側とは反対側の表面には外部配線３４が設けられている。さらに、この外部配線３４上には、各圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ３５が実装されている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極８５は、この接続孔３３まで延設されており、例えば、ワイヤボンディング等により外部配線３４と接続される。
【００４６】
封止基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなる。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ９０に対向する領域には、厚さ方向に完全に除去された開口部４３が形成され、リザーバ９０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００４７】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ９０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線３４を介して圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００４８】
以下、このような本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図４〜図８は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を説明する図であり、シリコンウェハの概略断面図である。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、複数の流路形成基板となるシリコンウェハ１００を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５５を全面に形成する。この二酸化シリコン膜５５は、詳しくは後述するが、弾性膜５０を構成すると共にシリコンウェハ１００をエッチングする際のマスクとして用いられるものである。
【００５０】
次いで、図４（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１００の一方面の二酸化シリコン膜５５上に、シリコンウェハ１００と略同一径の単結晶シリコンからなる犠牲ウェハ１１０を接合する。
【００５１】
ここで、この犠牲ウェハ１１０は、圧電素子３００等を形成する際のシリコンウェハ１００の剛性を確保するためのものである。詳しくは、流路形成基板１０となるシリコンウェハ１００の厚さは、本実施形態では、約７０μｍと比較的薄いため剛性が低くシリコンウェハ１００自体では取り扱いが困難であるため、シリコンウェハ１００に犠牲ウェハ１１０を接合することによりシリコンウェハ１００の剛性を確保している。勿論、シリコンウェハ１００のみで所定の剛性を確保できれば、この犠牲ウェハ１１０は設けなくてもよい。
【００５２】
次に、図４（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１００の犠牲ウェハ１１０とは反対側の面、すなわち、弾性膜５０となる二酸化シリコン膜５５上にスパッタリングで下電極膜６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００５３】
次に、図４（ｄ）に示すように、下電極膜６０上に圧電体層７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００５４】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００５５】
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層７０の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００５６】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層７０上に上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００５７】
次に、図５（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
【００５８】
次いで、図５（ｃ）に示すように、リード電極８５を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５９】
次に、図５（ｄ）に示すように、シリコンウェハ１００の圧電素子３００側に圧電素子３００を封止する圧電素子保持部３２を有する封止基板３０となる封止基板形成材１２０を接合する。
【００６０】
なお、この封止基板形成材１２０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、封止基板形成材１２０を接合することによってシリコンウェハ１００の剛性は著しく向上することになる。
【００６１】
次に、このような封止基板形成材１２０の周縁部に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、保護フィルム１３０を間に介在させた状態で封止フィルム１４０を貼着することにより、封止基板形成材１２０の表面を封止フィルム１４０で覆って封止する。ここで、封止基板形成材１２０の周縁部とは、封止基板形成材１２０の表面の周縁部はもちろん、シリコンウェハ１００又は封止基板形成材１２０の外周面を含み、例えば、本実施形態では、封止基板形成材１２０の表面の周縁部に封止フィルム１４０を貼着した。
【００６２】
具体的には、熱硬化性を示すエポキシ系接着剤を介して、封止フィルム１４０を保護フィルム１３０に仮接着すると共に封止基板形成材１２０の表面の周縁部に仮接着した後、所定温度で加熱処理してエポキシ系接着剤を硬化させ、封止フィルム１４０と保護フィルム１３０及び封止基板形成材１２０とを接着固定した。
【００６３】
なお、本実施形態では、封止フィルム１４０には、その一方面の全面にエポキシ系接着剤が予め塗られている。勿論、反対に、保護フィルム１３０及び封止基板形成材１２０側にエポキシ系接着剤を塗っていてもよい。
【００６４】
ここで、封止基板形成材１２０には、リザーバ部３１、接続孔３３等が厚さ方向に貫通して形成されているため、これらリザーバ部３１、接続孔３３等によってシリコンウェハ１００の表面が露出している。しかしながら、本実施形態では、このような封止基板形成材１２０の表面に封止フィルム１４０を接着固定することにより、シリコンウェハ１００の表面は完全に封止されることになる。
【００６５】
なお、このような封止フィルム１４０を形成する材料としては、耐アルカリ性を有し且つ所定の弾力性を有する高分子材料を用いることが好ましく、本実施形態では、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた。
【００６６】
このように、本実施形態では、後述する各工程での異方性エッチングの際に、封止フィルム１４０の内部にエッチング液が入り込むことを確実に防止できる。
【００６７】
また、封止フィルム１４０は所定の弾性力も有しているため、例えば、エポキシ系接着剤を加熱硬化させる際に封止フィルム１４０の内部にある空気が膨張しても、その空気の膨張を封止フィルム１４０の弾性変形により吸収することができる。したがって、シリコンウェハ１００及び封止基板形成材１２０の内部空間、例えば、圧電素子保持部３２等の封止された空間が破壊されるのを防止することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態では、封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０との接触は、保護フィルム１３０を介在させて防止しているため、例えば、封止フィルム１４０の塵や埃等の異物が封止基板形成材１２０の表面に付着するのを防止している。また、保護フィルム１３０は、封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０の表面に設けられた外部配線３４との接触を防止し、外部配線３４の剥離や損傷を防止する効果もある。
【００６９】
なお、このような保護フィルム１３０を形成する材料としては、封止基板形成材１２０の表面に干渉しない高分子材料、すなわち、封止基板形成材１２０の表面に危害を与えない材料であることが好ましく、例えば、フッ素樹脂等を挙げることができる。本実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いた。
【００７０】
また、本実施形態では、保護フィルム１３０の外周の縁部近傍に封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０とが接合していない空間Ａが形成されている。これにより、詳しくは後述するが、封止フィルム１４０を除去し易くする作用もある。
【００７１】
次に、図６（ｃ）に示すように、犠牲ウェハ１１０を、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液でエッチングすることによって除去する。上述したように、本実施形態では、封止基板形成材１２０の表面が封止フィルム１４０により完全に封止されているため、異方性エッチングの際に、封止フィルム１４０がエッチング液に溶解して除去されることはなく、封止フィルム１４０の内部にエッチング液が入り込むことを確実に防止することができる。これにより、シリコンウェハ１００又は圧電素子３００が破壊されるのを確実に防止して、犠牲ウェハ１１０を比較的容易に且つ確実に除去することができる。
【００７２】
次いで、図７（ａ）に示すように、シリコンウェハ１００上に形成されている二酸化シリコン膜５５を所定形状にパターニングすることによりマスクパターン１５０を形成する。
【００７３】
そして、図７（ｂ）に示すように、このマスクパターン１５０を介して、前述したアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことにより、シリコンウェハ１００に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。なお、その後は、連通部１３とリザーバ部３１との境界にある弾性膜５０及び下電極膜６０を除去することにより、リザーバ部３１から圧力発生室１２までのインク流路を形成する。
【００７４】
次に、図８（ａ）に示すように、封止フィルム１４０だけを空間Ａで切断することにより、封止フィルム１４０及び保護フィルム１３０を除去する。
【００７５】
具体的には、保護フィルム１３０の外周の縁部近傍に形成された封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０との間に形成された空間Ａで封止フィルム１４０を切断することにより、封止フィルム１４０及び保護フィルム１３０を除去する。
【００７６】
このように、封止フィルム１４０だけを切断し、封止フィルム１４０と共に保護フィルム１３０を除去するようにすれば、封止フィルム１４０の除去に必要な時間を著しく短縮することができ、製造効率を大幅に向上することができる。
【００７７】
ここで、封止フィルム１４０を除去する際には、少なくとも封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０の周縁部との接合部分の内側で切断すればよいが、本実施形態のように前述した空間Ａに対応する位置で切断すれば、作業効率を向上させることができる。具体的には、このような空間Ａでは、封止フィルム１４０は封止基板形成材１２０に実質的に貼着されておらず、また、保護フィルム１３０は封止基板形成材１２０に接合されておらず封止フィルム１４０と接着固定されているためである。したがって、保護フィルム１３０を封止フィルム１４０と共に比較的容易に除去することができ、作業効率をさらに向上させることができる。これにより、製造コストを低く抑えることができる。
【００７８】
次いで、図８（ｂ）に示すように、封止フィルム１４０で封止されていた封止基板３０となる領域と封止フィルム１４０が貼着されていた領域との境界部分で、シリコンウェハ１００及び封止基板形成材１２０を厚さ方向に切断することにより、封止フィルム１４０が貼着された領域を除去する。
【００７９】
このようにして封止フィルム１４０を完全に除去した後は、流路形成基板１０の封止基板形成材１２０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、封止基板形成材１２０にコンプライアンス基板４０を接合し、シリコンウェハ１００等各基板を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００８０】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００８１】
例えば、上述した実施形態では、封止フィルム１４０を封止基板形成材１２０の表面の周縁部に貼着するようにしたが、これに限定されず、封止フィルム１４０を封止基板形成材１２０の外周面、またはシリコンウェハ１００の外周面に貼着するようにしてもよい。
【００８２】
また、上述した実施形態では、封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０との間に保護フィルム１３０を介在させたが、これに限定されず、封止フィルムと封止基板形成材との間に保護フィルムを挟まなくてもよい。この場合には、例えば、封止フィルムの周縁部だけにエポキシ系接着剤を塗るようにすればよい。そして、このように封止フィルムの周縁部だけに接着剤を塗り、封止基板形成材に接着固定する場合には、例えば、アルコール等で洗浄した封止フィルムや、熱処理した封止フィルム等を用いることが好ましい。これにより、封止フィルムの一方面に付着した塵や埃等の異物が除去され、封止基板形成材の表面が汚れるのを防止することができる。
【００８３】
さらに、上述した実施形態では、シリコンウェハ１００上に接合した後の封止基板形成材１２０の表面の周縁部に封止フィルム１４０を接合するようにしたが、これに限定されず、シリコンウェハ１００上に接合する前に、封止基板形成材１２０の表面の周縁部に封止フィルム１４０を接合してもよい。
【００８４】
ここで、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の製造方法では、封止基板形成材上に封止フィルムを接合して封止基板形成材の表面を封止するようにしたので、シリコンウェハに圧力発生室を形成する際、あるいは犠牲ウェハを除去する際等に、エッチング液がシリコンウェハの圧電素子側の面に浸入するのを封止フィルムにより確実に防止でき、エッチング液による圧電素子等の破壊を防止することができる。また、封止フィルムを比較的容易且つ短時間で除去することができるため、製造効率を向上することができる。したがって、製造コストを低く抑えることができる。さらに、封止基板形成材の表面に設けられた外部配線を封止フィルムによりエッチング液から確実に保護することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るシリコンウェハを示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板
１１ 隔壁
１２ 圧力発生室
１３ 連通部
１４ インク供給路
２０ ノズルプレート
２１ ノズル開口
３０ 封止基板
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
１００ シリコンウェハ
１１０ 犠牲ウェハ
１２０ 封止基板形成材
１３０ 保護フィルム
１４０ 封止フィルム
３００ 圧電素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位により液体を噴射させる液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
また、一般的に、圧力発生室が形成される流路形成基板の圧電素子側の面には、この圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板が接合されており、これにより、圧電素子の外部環境に起因する破壊が防止されている。
【０００８】
このインクジェット式記録ヘッドの製造方法としては、まず流路形成基板となるシリコンウェハの表面に圧電素子を形成し、次いでシリコンウェハ上に封止基板となる封止基板形成材を接合した後、シリコンウェハの封止基板形成材とは反対側の面を異方性エッチングすることによって圧力発生室等を形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、シリコンウェハに封止基板形成材を接合後、異方性エッチングによって圧力発生室を形成しているため、圧力発生室を形成する前に、例えば、樹脂材料等を塗布して硬化することによって耐エッチング性を有する保護膜を封止基板形成材の表面に形成している。
【００１０】
一般的に、封止基板形成材には、各圧力発生室の共通インク室、あるいは圧電素子の配線を引き出すための連通孔等、封止基板形成材を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されているため、圧力発生室を異方性エッチングによって形成する際にエッチング液による圧電素子等の破壊を防止するために保護膜を設ける必要がある。
【００１１】
また、封止基板形成材が、シリコンウェハと同一の材料で形成されている場合には、異方性エッチングによって圧力発生室を形成する際に、封止基板形成材がエッチングされるのを防止するために保護膜を設けておく必要がある。
【００１２】
しかしながら、従来の製造方法では、このような保護膜は、封止基板上に樹脂材料等を塗布して硬化させることにより形成しているため、保護膜を形成する作業に比較的手間がかかっていた。また、このような保護膜は、圧力発生室形成後にエッチング等によって除去しているため、保護膜の除去にも手間がかかり、製造効率が低くコストが高くなってしまうという問題がある。
【００１３】
また、上述したように封止基板形成材には貫通孔等が形成されており形状が複雑であるため、保護膜によって封止基板形成材を完全に保護するのは難しいという問題がある。
【００１４】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに限って発生するものではなく、勿論、他の液体噴射ヘッドにおいても同様に発生する。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑み、圧力発生室を良好に形成することができ、且つ製造効率を向上することのできる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ上に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板となる封止基板形成材を前記シリコンウェハ上に接合する工程と、耐アルカリ性を有する材料からなり前記封止基板形成材の接合面とは反対側の表面を覆う封止フィルムを当該封止基板形成材の少なくとも周縁部に貼着することによりその表面を封止する工程と、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室を形成する工程と、前記封止フィルムを除去する工程と、前記シリコンウェハ及び前記封止基板形成材を所定の大きさに分割する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１７】
かかる第１の態様では、シリコンウェハに圧力発生室等をエッチングにより形成する際には、封止基板形成材の表面が封止フィルムにより完全に封止されているため、例えば、ＫＯＨ等のエッチング液が封止基板形成材に形成された貫通孔を介してシリコンウェハの圧電素子側の面に流れ込むことがない。これにより、所定の領域だけをエッチングでき、各圧力発生室を良好に形成することができる。
【００１８】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記封止基板形成材の表面を封止する工程では、前記封止フィルムと前記封止基板形成材の表面との間に保護フィルムを介在させて、前記封止基板形成材の封止基板となる領域と前記封止フィルムとの接触を防止したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１９】
かかる第２の態様では、封止フィルムと封止基板形成材の表面との接触を保護フィルムによって防止することができる。これにより、封止フィルムの塵や埃等の異物が封止基板形成材の表面に付着して汚れるのを防止することができる。なお、このように保護フィルムを介在させることは、封止フィルムが封止基板形成材の表面に実質的に接触しない領域を形成することにもなり、封止基板形成材の表面を封止フィルムに付着した異物から保護する作用の他に封止フィルムを除去し易くするという作用もある。
【００２０】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記封止フィルムと前記保護フィルムとを接着することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２１】
かかる第３の態様では、保護フィルムが封止フィルムに接着されているため、封止フィルムを除去する際に保護フィルムも同時に除去することができる。これにより、保護フィルムの除去作業が簡略化できて、製造効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明の第４の態様は、第２又は３の態様において、前記保護フィルムがフッ素樹脂で形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２３】
かかる第４の態様では、保護フィルムを封止基板形成材に対して実質的に干渉しない材料、すなわち、封止基板形成材の表面に危害を与えない材料で形成することにより、封止基板形成材の表面を確実に保護できる。
【００２４】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記封止フィルムを除去する工程では、前記封止フィルムを当該封止フィルムが貼着された領域の内側で切断することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２５】
かかる第５の態様では、封止フィルムを比較的容易に且つ完全に除去でき、これにより、製造効率を向上させることができる。
【００２６】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記シリコンウェハの前記封止基板形成材との接合面とは反対側の面には犠牲ウェハが予め接合されており、前記封止基板形成材の他方面を封止する工程後に、前記犠牲ウェハをエッチングにより除去する工程を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２７】
かかる第６の態様では、シリコンウェハの剛性が向上し取り扱いが容易になる。また、犠牲ウェハをエッチングにより除去する際には、封止基板形成材の表面が封止フィルムにより完全に封止されているため、エッチング液が封止基板形成材に形成された貫通孔を介してシリコンウェハの圧電素子側の面に流れ込むことがない。したがって、所定の領域だけをエッチングでき、犠牲ウェハを確実に除去できる。
【００２８】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記封止フィルムをエポキシ系接着剤を介して前記封止基板形成材の周縁部に接着することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２９】
かかる第７の態様では、エポキシ系接着剤は耐アルカリ性を有しているため、封止フィルムと封止基板形成材の周縁部との接合部分にエッチング液が接触してもその接合部分は剥離されず、封止基板形成材の表面を封止フィルムによって完全に封止した状態を維持することができる。
【００３０】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記封止フィルムがＰＰＳで形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００３１】
かかる第８の態様では、封止フィルムが、例えば、ＫＯＨ等のエッチング液により溶解されないため、封止フィルム内にエッチング液が入り込むことを防止することができる。したがって、封止基板形成材の表面を完全に封止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。
【００３４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００３５】
この流路形成基板１０には、シリコン単結晶基板をその一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅方向に並設されている。また、その長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３１と連通される連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手方向一端部でそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００３６】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００３７】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００３８】
このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。本実施形態では、圧力発生室１２の配列密度を３６０ｄｐｉ程度としているため、流路形成基板１０の厚さを約７０μｍとしている。
【００３９】
なお、このような流路形成基板１０は、図３に示すように、シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ１００に複数個が一体的に形成され、詳しくは後述するが、このシリコンウェハ１００に圧力発生室１２等を形成した後、このシリコンウェハ１００を分割することによって形成される。
【００４０】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。
【００４１】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
【００４２】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極８５がそれぞれ接続されている。このリード電極８５は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から引き出され、インク供給路１４に対応する領域の弾性膜５０上までそれぞれ延設されている。
【００４３】
流路形成基板１０の圧電素子３００側には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２を有する封止基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。
【００４４】
また、封止基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ９０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１が設けられ、このリザーバ部３１は、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ９０を構成している。
【００４５】
さらに、封止基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間、すなわちインク供給路１４に対応する領域には、この封止基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられている。また、封止基板３０の圧電素子保持部３２側とは反対側の表面には外部配線３４が設けられている。さらに、この外部配線３４上には、各圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ３５が実装されている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極８５は、この接続孔３３まで延設されており、例えば、ワイヤボンディング等により外部配線３４と接続される。
【００４６】
封止基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなる。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ９０に対向する領域には、厚さ方向に完全に除去された開口部４３が形成され、リザーバ９０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００４７】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ９０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線３４を介して圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００４８】
以下、このような本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図４〜図８は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を説明する図であり、シリコンウェハの概略断面図である。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、複数の流路形成基板となるシリコンウェハ１００を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５５を全面に形成する。この二酸化シリコン膜５５は、詳しくは後述するが、弾性膜５０を構成すると共にシリコンウェハ１００をエッチングする際のマスクとして用いられるものである。
【００５０】
次いで、図４（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１００の一方面の二酸化シリコン膜５５上に、シリコンウェハ１００と略同一径の単結晶シリコンからなる犠牲ウェハ１１０を接合する。
【００５１】
ここで、この犠牲ウェハ１１０は、圧電素子３００等を形成する際のシリコンウェハ１００の剛性を確保するためのものである。詳しくは、流路形成基板１０となるシリコンウェハ１００の厚さは、本実施形態では、約７０μｍと比較的薄いため剛性が低くシリコンウェハ１００自体では取り扱いが困難であるため、シリコンウェハ１００に犠牲ウェハ１１０を接合することによりシリコンウェハ１００の剛性を確保している。勿論、シリコンウェハ１００のみで所定の剛性を確保できれば、この犠牲ウェハ１１０は設けなくてもよい。
【００５２】
次に、図４（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１００の犠牲ウェハ１１０とは反対側の面、すなわち、弾性膜５０となる二酸化シリコン膜５５上にスパッタリングで下電極膜６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００５３】
次に、図４（ｄ）に示すように、下電極膜６０上に圧電体層７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００５４】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００５５】
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層７０の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００５６】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層７０上に上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００５７】
次に、図５（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
【００５８】
次いで、図５（ｃ）に示すように、リード電極８５を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５９】
次に、図５（ｄ）に示すように、シリコンウェハ１００の圧電素子３００側に圧電素子３００を封止する圧電素子保持部３２を有する封止基板３０となる封止基板形成材１２０を接合する。
【００６０】
なお、この封止基板形成材１２０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、封止基板形成材１２０を接合することによってシリコンウェハ１００の剛性は著しく向上することになる。
【００６１】
次に、このような封止基板形成材１２０の周縁部に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、保護フィルム１３０を間に介在させた状態で封止フィルム１４０を貼着することにより、封止基板形成材１２０の表面を封止フィルム１４０で覆って封止する。ここで、封止基板形成材１２０の周縁部とは、封止基板形成材１２０の表面の周縁部はもちろん、シリコンウェハ１００又は封止基板形成材１２０の外周面を含み、例えば、本実施形態では、封止基板形成材１２０の表面の周縁部に封止フィルム１４０を貼着した。
【００６２】
具体的には、熱硬化性を示すエポキシ系接着剤を介して、封止フィルム１４０を保護フィルム１３０に仮接着すると共に封止基板形成材１２０の表面の周縁部に仮接着した後、所定温度で加熱処理してエポキシ系接着剤を硬化させ、封止フィルム１４０と保護フィルム１３０及び封止基板形成材１２０とを接着固定した。
【００６３】
なお、本実施形態では、封止フィルム１４０には、その一方面の全面にエポキシ系接着剤が予め塗られている。勿論、反対に、保護フィルム１３０及び封止基板形成材１２０側にエポキシ系接着剤を塗っていてもよい。
【００６４】
ここで、封止基板形成材１２０には、リザーバ部３１、接続孔３３等が厚さ方向に貫通して形成されているため、これらリザーバ部３１、接続孔３３等によってシリコンウェハ１００の表面が露出している。しかしながら、本実施形態では、このような封止基板形成材１２０の表面に封止フィルム１４０を接着固定することにより、シリコンウェハ１００の表面は完全に封止されることになる。
【００６５】
なお、このような封止フィルム１４０を形成する材料としては、耐アルカリ性を有し且つ所定の弾力性を有する高分子材料を用いることが好ましく、本実施形態では、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた。
【００６６】
このように、本実施形態では、後述する各工程での異方性エッチングの際に、封止フィルム１４０の内部にエッチング液が入り込むことを確実に防止できる。
【００６７】
また、封止フィルム１４０は所定の弾性力も有しているため、例えば、エポキシ系接着剤を加熱硬化させる際に封止フィルム１４０の内部にある空気が膨張しても、その空気の膨張を封止フィルム１４０の弾性変形により吸収することができる。したがって、シリコンウェハ１００及び封止基板形成材１２０の内部空間、例えば、圧電素子保持部３２等の封止された空間が破壊されるのを防止することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態では、封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０との接触は、保護フィルム１３０を介在させて防止しているため、例えば、封止フィルム１４０の塵や埃等の異物が封止基板形成材１２０の表面に付着するのを防止している。また、保護フィルム１３０は、封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０の表面に設けられた外部配線３４との接触を防止し、外部配線３４の剥離や損傷を防止する効果もある。
【００６９】
なお、このような保護フィルム１３０を形成する材料としては、封止基板形成材１２０の表面に干渉しない高分子材料、すなわち、封止基板形成材１２０の表面に危害を与えない材料であることが好ましく、例えば、フッ素樹脂等を挙げることができる。本実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いた。
【００７０】
また、本実施形態では、保護フィルム１３０の外周の縁部近傍に封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０とが接合していない空間Ａが形成されている。これにより、詳しくは後述するが、封止フィルム１４０を除去し易くする作用もある。
【００７１】
次に、図６（ｃ）に示すように、犠牲ウェハ１１０を、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液でエッチングすることによって除去する。上述したように、本実施形態では、封止基板形成材１２０の表面が封止フィルム１４０により完全に封止されているため、異方性エッチングの際に、封止フィルム１４０がエッチング液に溶解して除去されることはなく、封止フィルム１４０の内部にエッチング液が入り込むことを確実に防止することができる。これにより、シリコンウェハ１００又は圧電素子３００が破壊されるのを確実に防止して、犠牲ウェハ１１０を比較的容易に且つ確実に除去することができる。
【００７２】
次いで、図７（ａ）に示すように、シリコンウェハ１００上に形成されている二酸化シリコン膜５５を所定形状にパターニングすることによりマスクパターン１５０を形成する。
【００７３】
そして、図７（ｂ）に示すように、このマスクパターン１５０を介して、前述したアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことにより、シリコンウェハ１００に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。なお、その後は、連通部１３とリザーバ部３１との境界にある弾性膜５０及び下電極膜６０を除去することにより、リザーバ部３１から圧力発生室１２までのインク流路を形成する。
【００７４】
次に、図８（ａ）に示すように、封止フィルム１４０だけを空間Ａで切断することにより、封止フィルム１４０及び保護フィルム１３０を除去する。
【００７５】
具体的には、保護フィルム１３０の外周の縁部近傍に形成された封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０との間に形成された空間Ａで封止フィルム１４０を切断することにより、封止フィルム１４０及び保護フィルム１３０を除去する。
【００７６】
このように、封止フィルム１４０だけを切断し、封止フィルム１４０と共に保護フィルム１３０を除去するようにすれば、封止フィルム１４０の除去に必要な時間を著しく短縮することができ、製造効率を大幅に向上することができる。
【００７７】
ここで、封止フィルム１４０を除去する際には、少なくとも封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０の周縁部との接合部分の内側で切断すればよいが、本実施形態のように前述した空間Ａに対応する位置で切断すれば、作業効率を向上させることができる。具体的には、このような空間Ａでは、封止フィルム１４０は封止基板形成材１２０に実質的に貼着されておらず、また、保護フィルム１３０は封止基板形成材１２０に接合されておらず封止フィルム１４０と接着固定されているためである。したがって、保護フィルム１３０を封止フィルム１４０と共に比較的容易に除去することができ、作業効率をさらに向上させることができる。これにより、製造コストを低く抑えることができる。
【００７８】
次いで、図８（ｂ）に示すように、封止フィルム１４０で封止されていた封止基板３０となる領域と封止フィルム１４０が貼着されていた領域との境界部分で、シリコンウェハ１００及び封止基板形成材１２０を厚さ方向に切断することにより、封止フィルム１４０が貼着された領域を除去する。
【００７９】
このようにして封止フィルム１４０を完全に除去した後は、流路形成基板１０の封止基板形成材１２０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、封止基板形成材１２０にコンプライアンス基板４０を接合し、シリコンウェハ１００等各基板を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００８０】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００８１】
例えば、上述した実施形態では、封止フィルム１４０を封止基板形成材１２０の表面の周縁部に貼着するようにしたが、これに限定されず、封止フィルム１４０を封止基板形成材１２０の外周面、またはシリコンウェハ１００の外周面に貼着するようにしてもよい。
【００８２】
また、上述した実施形態では、封止フィルム１４０と封止基板形成材１２０との間に保護フィルム１３０を介在させたが、これに限定されず、封止フィルムと封止基板形成材との間に保護フィルムを挟まなくてもよい。この場合には、例えば、封止フィルムの周縁部だけにエポキシ系接着剤を塗るようにすればよい。そして、このように封止フィルムの周縁部だけに接着剤を塗り、封止基板形成材に接着固定する場合には、例えば、アルコール等で洗浄した封止フィルムや、熱処理した封止フィルム等を用いることが好ましい。これにより、封止フィルムの一方面に付着した塵や埃等の異物が除去され、封止基板形成材の表面が汚れるのを防止することができる。
【００８３】
さらに、上述した実施形態では、シリコンウェハ１００上に接合した後の封止基板形成材１２０の表面の周縁部に封止フィルム１４０を接合するようにしたが、これに限定されず、シリコンウェハ１００上に接合する前に、封止基板形成材１２０の表面の周縁部に封止フィルム１４０を接合してもよい。
【００８４】
ここで、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の製造方法では、封止基板形成材上に封止フィルムを接合して封止基板形成材の表面を封止するようにしたので、シリコンウェハに圧力発生室を形成する際、あるいは犠牲ウェハを除去する際等に、エッチング液がシリコンウェハの圧電素子側の面に浸入するのを封止フィルムにより確実に防止でき、エッチング液による圧電素子等の破壊を防止することができる。また、封止フィルムを比較的容易且つ短時間で除去することができるため、製造効率を向上することができる。したがって、製造コストを低く抑えることができる。さらに、封止基板形成材の表面に設けられた外部配線を封止フィルムによりエッチング液から確実に保護することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るシリコンウェハを示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板
１１ 隔壁
１２ 圧力発生室
１３ 連通部
１４ インク供給路
２０ ノズルプレート
２１ ノズル開口
３０ 封止基板
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
１００ シリコンウェハ
１１０ 犠牲ウェハ
１２０ 封止基板形成材
１３０ 保護フィルム
１４０ 封止フィルム
３００ 圧電素子
Claims (8)
- ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ上に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板となる封止基板形成材を前記シリコンウェハ上に接合する工程と、耐アルカリ性を有する材料からなり前記封止基板形成材の接合面とは反対側の表面を覆う封止フィルムを当該封止基板形成材の少なくとも周縁部に貼着することによりその表面を封止する工程と、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室を形成する工程と、前記封止フィルムを除去する工程と、前記シリコンウェハ及び前記封止基板形成材を所定の大きさに分割する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項１において、前記封止基板形成材の表面を封止する工程では、前記封止フィルムと前記封止基板形成材の表面との間に保護フィルムを介在させて、前記封止基板形成材の封止基板となる領域と前記封止フィルムとの接触を防止したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項２において、前記封止フィルムと前記保護フィルムとを接着することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項２又は３において、前記保護フィルムがフッ素樹脂で形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項１〜４の何れかにおいて、前記封止フィルムを除去する工程では、前記封止フィルムを当該封止フィルムが貼着された領域の内側で切断することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項１〜５の何れかにおいて、前記シリコンウェハの前記封止基板形成材との接合面とは反対側の面には犠牲ウェハが予め接合されており、前記封止基板形成材の他方面を封止する工程後に、前記犠牲ウェハをエッチングにより除去する工程を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項１〜６の何れかにおいて、前記封止フィルムをエポキシ系接着剤を介して前記封止基板形成材の周縁部に接着することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項１〜７の何れかにおいて、前記封止フィルムがＰＰＳで形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
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