JP2004209713A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動板と基板との接合をより強固にするとともに、振動板と電気機械変換素子の密着性を上げる。
【解決手段】振動板７と基板１をＨｅガス雰囲気中で、基板１を陽極、振動板７を陰極として直流を印加することで接合される。接合が不完全な部分にはＨｅガスの気泡が形成されるが室温まで冷却する間にＨｅガスは大気中へ放散され気泡は収縮する。機械研磨による振動板７の薄片化の終了後、基板１をスパッタ装置３２にて電極８ａであるＴｉ、Ｐｔを順番にそれぞれ２０ｎｍ、１５０ｎｍの厚さでスパッタ蒸着する。スパッタ蒸着終了後、搬送系３１を用いてＣＶＤ装置３５に基板１を搬送し、分解された有機金属ガスの金属成分のみを基板１に吹き付け、電気機械変換材料薄膜９を成膜する。電気機械変換材料薄膜９の成膜後、さらに、スパッタ装置３２にて電極８ｂを形成する。
【選択図】 図２
【解決手段】振動板７と基板１をＨｅガス雰囲気中で、基板１を陽極、振動板７を陰極として直流を印加することで接合される。接合が不完全な部分にはＨｅガスの気泡が形成されるが室温まで冷却する間にＨｅガスは大気中へ放散され気泡は収縮する。機械研磨による振動板７の薄片化の終了後、基板１をスパッタ装置３２にて電極８ａであるＴｉ、Ｐｔを順番にそれぞれ２０ｎｍ、１５０ｎｍの厚さでスパッタ蒸着する。スパッタ蒸着終了後、搬送系３１を用いてＣＶＤ装置３５に基板１を搬送し、分解された有機金属ガスの金属成分のみを基板１に吹き付け、電気機械変換材料薄膜９を成膜する。電気機械変換材料薄膜９の成膜後、さらに、スパッタ装置３２にて電極８ｂを形成する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は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】
従来のオンデマンド形ヘッドの一例の構造断面図を図８に示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図に示すように、基板１０１にはノズル１０５、圧力室１０４、インク供給路１０７、インク溜まり１０６に相当する溝が形成されている。さらに振動板１０２を基板１０１に接合することによりそれぞれの機能を有する流路となる。また、振動板１０２の圧力室１０４に該当する部分には電気機械変換素子１０３が接合されている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドの動作原理を簡単に説明すると、電気機械変換素子１０３に電圧を印加すると電気機械変換素子１０３は横方向に変形しようとするが、振動板１０２に電気機械変換素子の両端（紙面に垂直側）が拘束されているために振動板１０２が撓み変形を起こし圧力室１０４に圧力を発生する。印加していた電圧を解除するにより圧力室は変形してインク溜まり１０６よりインク供給路１０７を通じてインクが圧力室１０４に流入する。さらにもう一度圧力室１０４に駆動電圧波形を印加するとこの圧力によりインクはノズル１０５に押し出されインク滴１０８となって飛翔する。この一連の動作を適宜行うことにより高速でインク滴を飛翔させ紙等の記録媒体に記録がなされる。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドにおいては、直径２０ｕｍから４０ｕｍの小さなインク滴を飛ばす必要がある。そのためにノズル１０５は７０ｕｍ2から３００ｕｍ2の断面積を有するような三角形や四角形などの多角形あるいは円形形状が必要とされる。さらに、ノズル１０５に連通する圧力室１０４やインク供給路１０７、インク溜まり１０６も精密な加工が要求される。通常、基板１０１の材質としては、ガラスまたはシリコンが用いられ、フォトエッチングにより流路を精密に形成する。また、振動板１０２を基板１０１に接合する場合も、微細流路を形成するためにはみだしてしまうおそれのある接着剤などは使用することができず、拡散接合や陽極接合といった直接接合法が用いられる。また、陽極接合時の振動板とインク室の密着性を向上させる方法も開示されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
ここで、これら一連の流路形成方法について図９を用いて詳細に説明する。
【０００７】
図９（ａ）〜（ｆ）は、図８に示す記録ヘッドのＡ−Ａ’断面図を示しており、基板に流路を形成する一連の工程を示したものである。
【０００８】
まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板１０１の両面にエッチングマスクとなるシリコン窒化膜１１１を熱窒化法を用いて被着させる。
【０００９】
次に、図９（ｂ）に示すようにフォトエッチングによって流路となるべき部分のシリコン窒化膜を除去し、除去部１１２を形成する。
【００１０】
次に、図９（ｃ）に示すように、図９（ｂ）の工程で残したシリコン窒化膜１１１をマスクとして、シリコン基板１０１をＫＯＨを用いてエッチングし流路１０４を形成する。
【００１１】
次に、図９（ｄ）に示すように、前述のごとく形成された流路１０４は、シリコンが露出しているため、アルカリ性のインクによって腐蝕されたり、シリコンそのものは、はっ水性であるためインクの流動が悪くなったり気泡をかみやすくなったりするので、表面に保護膜を付ける必要があり基板１０１を熱酸化すると、シリコンの露出している流路面のみにシリコン酸化膜１１４が形成され前述の保護膜となる。
【００１２】
図９（ｅ）の工程では、最終的にガラスの振動板１０２を陽極接合するときに、障害となるシリコン窒化膜１１１を熱燐酸で除去する。この時シリコン酸化膜１１４は、熱燐酸では除去できないので、このまま流路１０４内壁に残る。
【００１３】
最後に図９（ｆ）に示すように、シリコン基板１０１と振動板１０２を陽極接合法により接合して一体化する。陽極接合の具体的な方法としては、基板１０１と振動板１０２を重ねた状態で４００℃に加熱し、このままの状態でシリコン基板１０１を陽極に、振動板１０２を陰極として３００Ｖの電圧を加えると数分の間に接合が完了する。この方法は、精密かつ微細な溝を有するインクジェットヘッドのごときものには、接合面が強固なことと接着剤を使用しないこと、精密な接合が簡単にできることで極めて有効な方法であるが、接合できる材質同志の組み合わせがあり、一般的には、無機の絶縁物に対してもう一方の部材は金属あるいは半導体が用いられる。
【００１４】
【特許文献１】
特開昭５４−１４６６３３号公報
【特許文献２】
特開平５−１６３５３号公報
【特許文献３】
特開平５−２４２０１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、ガラスの振動板をインク室であるＳｉ基板に陽極接合する際に大気中で行うと振動板と基板界面に残留した大気が抜けず気泡が形成され、後プロセスで破損してしまう場合があった。
【００１６】
またガラスの振動板をインクジェットヘッドの振動板に用いるためには薄片化する必要があるが、機械研磨などにより薄片化した場合、上述した気泡部分で割れを生じたり、研磨傷や研磨時の歪などが振動板に残り、駆動電圧を印加して振動板を変位させたときに残留応力により破損する場合があった。
【００１７】
さらに、電気機械変換素子を振動板に接合させるために接着剤などを用いた場合、素子と振動板との間に接着剤を均一に塗布しなければならないだけでなく、均一に荷重を印加しないと界面に不接着部分が形成され、振動板を均一に撓ませることができないなどの問題を生じる場合があった。
【００１８】
一方、接合に陽極接合を用いた場合には振動板の表面を大気に曝してしまうために表面の清浄化が必要となり、素子作製プロセスが複雑となる。また、薄膜電気機械変換素子の場合には基板上に薄膜が形成されるが、この基板の熱膨張係数が振動板と大きく異なると陽極接合後に基板温度を室温に下げた際、熱膨張係数差で振動板が反ってインク室を破壊してしまう問題もあった。
【００１９】
そこで、本発明は、振動板と基板との陽極接合時の接合をより強固にするとともに、振動板と電気機械変換素子の密着性を上げ、さらに素子化プロセスが容易になることでヘッドを精密に高密度化することが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクの流路となる流路溝を有する基板、該基板に接合されることで、前記流路溝を、少なくとも、インクを吐出させる圧力を印加する圧力室と、インクを前記圧力室へと供給するインク供給路とに形成する振動板、および前記圧力室上に前記振動板を変位させるための電気機械変換素子を有するインクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板と前記基板とが不活性ガス雰囲気中で陽極接合される接合工程と、前記接合工程後に、前記振動板を機械研磨により研磨する研磨工程と、前記研磨工程後に、研磨された前記振動板を備えた前記基板を真空雰囲気内で加熱し、前記振動板に第１の電極を成膜する第１の電極成膜工程と、第１の電極成膜工程後に連続して、前記第１の電極上に電気機械変換材料を成膜する電気機械変換材料成膜工程と、電気機械変換材料成膜工程後に連続して、成膜された前記電気機械変換材料上に第２の電極を成膜する第２の電極成膜工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
上記のとおり、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、接合工程にて、振動板と基板とを不活性ガス雰囲気中で陽極接合する。これにより、振動板と基板界面に生じる不接合部分には不活性ガスが残留し気泡となる。しかし気泡中の不活性ガスは、時間経過とともに振動板の粒界を介して大気中に放散され気泡は解消することになる。
【００２２】
さらに、研磨工程にて、振動板を機械研磨により研磨し、続く１の電極成膜工程では、この研磨された振動板を備えた基板を真空雰囲気内で加熱し、振動板に第１の電極を成膜する。基板と接合した振動板を機械研磨でインクジェットヘッドに使用できる振動板の厚さまで研磨するが、その際に生じる研磨傷や研磨歪を解消するためにガラス振動板の軟化点以下の温度に加熱し研磨傷の回復と研磨歪による残留応力を解消させる。この時の加熱手段として、例えば、スパッタ装置を用いると加熱により振動板の研磨傷や研磨歪を回復させるともに振動板表面が清浄化される。
【００２３】
第１の電極成膜工程後に連続する電気機械変換材料成膜工程にて、第１の電極上に電気機械変換材料を成膜し、さらに、電気機械変換材料成膜工程後に連続する第２の電極成膜工程にて、成膜された電気機械変換材料上に第２の電極を成膜する。これら各工程を連続して行うことで、電極と材料界面に界面準位が形成されずに良質な結晶が成膜することが可能となる。さらに電気機械変換材料上に電極を連続成膜することで密着性を上げた電極を形成することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２を参照して本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図１は流路の圧力室部分（図２におけるＢ−Ｂ’線）での断面図であり、図２は流路の側面断面図である。
【００２５】
図１（ａ）において基板１は両面ミラーＳｉ（１００）面を用いる。まず、ＫＯＨによるプロセスから基板を保護するために熱酸化工程により両面に保護用の熱酸化膜２を０．５ｕｍ成膜する。次に、耐蝕皮膜としての窒化膜３をＬＰＣＶＤ（減圧化学的気相成長法）を用いて０．２ｕｍ両面に成膜する。
【００２６】
次に、図２（ａ）に示すようにフォトリソグラフィ工程によりインク供給口となる裏面の窒化膜にパターニングを行い、ドライエッチングで窒化膜３を除去する。さらに開口部の熱酸化膜２をＢＨＦ（バッファふっ酸）により除去し、ＫＯＨで開口部のＳｉをエッチングし、インク供給口１１を形成する。
【００２７】
次に、基板１の表面側に、ノズル、圧力室、インク溜め等となる流路１２を形成するが、図２（ａ）に示すように裏面に開口しているインク供給口１１の内面のＳｉが露出しているので、このＳｉを保護するために、図２（ｂ）に示すように再度熱酸化工程により０．１ｕｍ程度の熱酸化膜４をインク供給口１１の内面に予め成膜しておく。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように流路１２を形成するためにフォトリソグラフィ工程を行い流路部分以外をマスクし、ドライエッチングにより窒化膜３を除去し、ＢＨＦで熱酸化膜２を除去する。
【００２９】
さらに図１（ｃ）で示すようにＫＯＨにより流路部分のエッチングを行う。時間経過とともにＳｉ（１１１）面が露出しエッチングが終了し、図１（ｃ）および図２（ｃ）で示されるように複雑な流路１２が形成される。この際、インク供給口１１は内面に形成した熱酸化膜４によって保護されているので、エッチングは進行しない。このようにして形成した流路１２とインク供給口１１とは酸化膜メンブレン５で分離されている状態となる。これら流路１２とインク供給口１１とを貫通させるためにＢＨＦで酸化膜メンブレン５を除去すると図２（ｄ）の状態となる。さらに図１（ｄ）に示すように流路１２、インク供給口１１内を親水性とするためと、インクに対する耐性とを強化するために再度、熱酸化膜工程を経て流路１２内とインク供給口１１内面とに酸化膜６を被せる。
【００３０】
次に流路１２およびインク供給口１１をレジストで保護（不図示）し、Ｓｉ基板両面の窒化膜３と熱酸化膜２をそれぞれドライエッチングとＢＨＦにより除去した。その後、流路１２とインク供給口１１内のレジストを除去する。この状態を図１（ｅ）および図２（ｅ）に示す。振動板を接合する前工程としては流路作製プロセスを通した基板を硫酸過酸化水素水で表面洗浄を行い残留レジストなどを剥離する。
【００３１】
次に振動板と基板の接合工程について説明する。図１（ｆ）および図２（ｆ）において振動板７（３０ｕｍ厚、コーニング社製 パイレックスガラス（登録商標））を基板１の流路１２側に位置合わせを行い、上下から振動板７と基板１をはさみこむ。この状態で接合部分をＨｅガス雰囲気とし、ガス雰囲気中で基板１をホットプレート（不図示）により４００℃に加熱した後、基板１を陽極、そして振動板７を陰極として直流２５０Ｖを１０〜１５分間印加する。これにより振動板７と基板１は接合される。この状態で接合が不完全な部分にはＨｅガスの気泡が形成されるが室温まで冷却する間にＨｅガスは大気中へ放散され気泡は収縮する。
【００３２】
なお、本発明のインクジェットヘッドの製造方法により製造されるインクジェットヘッドの基板は、上述したようにＳｉ製で、かつ振動板がＳｉと同等の熱膨張係数を有するガラス基体であることが好ましい。また、ガラス基体は、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラスからなる群より選ばれたものからなるものであってもよい。
【００３３】
次に振動板７の薄片化を行う。薄片化工程では、基板１に作製した流路１２、インク供給口１１および振動板７が破損しないようにレジストをインク供給口１１より充填し、振動板７側が表面となるように基板１を機械研磨機の研磨基体に低温ロウ材で均一になるように貼付けて機械研磨を行う。振動板７の厚さは図３に示すように薄ければ薄い程、変位量は増大するが、後プロセスのことを考慮すると極端な薄さにすることは不可能であり本実施形態では５ｕｍ±１ｕｍを目標とした。研磨には１ｕｍダイヤモンドスラリを用いて３０ｕｍから１０ｕｍくらいまでラッピング研磨し、仕上げ工程としてポリッシング研磨により目標値に追い込んだ。このようにして薄片化された振動板７を備えた基板１を湯煎して研磨基体からロウ材を溶かして剥離する。さらに流路１２およびインク供給口１１内のレジストを有機溶剤を用いて除去した状態を図１（ｇ）および図２（ｇ）に示す。
【００３４】
以上のように、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、不活性ガス雰囲気中の雰囲気ガスがＨｅガスであってもよいし、振動板の厚さを１０ｕｍ以下とする工程を含むものであってもよい。
【００３５】
以上の工程を経ることでインクジェットヘッドの流路は全て形成された。
【００３６】
続いて、この基板１に、図４に示す真空成膜装置を用いて、図１（ｈ）および図２（ｈ）に示すように圧力室にあたる振動板７の上に電気機械変換材料薄膜９および電極８ａ、８ｂを形成する工程を説明する。
【００３７】
本実施形態で用いた真空成膜装置は、電極を形成するスパッタ装置３２と、電気機械変換材料を形成する有機金属ＣＶＤ装置３５と、これらを繋ぎ、基板を搬送する、真空トンネルである搬送系３１とを有する。
【００３８】
まずロードロック室３０に基板１を入れてオイルフリー状態での真空排気を行い搬送系３１にてロードロック室右側のマグネトロン多元スパッタ装置３２に導入する。
【００３９】
まず、基板１をスパッタ装置３２の基板加熱機構３３にセットし、約５００℃に加熱する。真空排気されていることで振動板７と基板１との界面に生じた残留Ｈｅガスによる気泡は強制的に外部に放散され気泡内部は真空となり振動板７とＳｉ基板１とは接触する。また、加熱されることで振動板７と基板１が接合され強固に接合されることとなる。加えて、この加熱工程で振動板７表面もポリッシングで取りきれなかった研磨傷などが修復され、研磨時の残留応力も除去されることになる。
【００４０】
基板を昇温してから３時間程経過すると基板温度が安定するのでスパッタターゲット３４を用いて電極８ａであるＴｉ、Ｐｔを順番にそれぞれ２０ｎｍ、１５０ｎｍの厚さでスパッタ蒸着する。このように、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、電極成膜工程での電極を、基板の温度が振動板の軟化点以下となる温度で成膜する工程を含むものであってもよい。
【００４１】
スパッタ蒸着終了後、基板温度を下げて１００℃以下になった状態でロードロック室３０の搬送系３１を用いてＣＶＤ装置３５に基板１を搬送する。搬送後、ＣＶＤ装置３５の基板加熱機構３６にセットし基板温度を再度５００℃に昇温する。基板温度が安定した後、構成元素である有機金属ガス３８をそれぞれのガスセル３７に導入しガスセル３７内で有機金属ガスを分解し、金属成分のみを基板１に吹き付ける。この時に金属成分のみを効率良く吹き付けるためにガスセル３７と基板加熱機構３６にセットされた基板との間に電界を印加する。また基板上で酸化物を形成するために酸素ガス（不図示）も吹き付ける。このような工程で電極８ａ上に界面準位を形成することなく電極８ａと密着の良い電気機械変換材料薄膜９を成膜することができる。すなわち、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、電気機械変換材料を、振動板の軟化点以下の基板温度で結晶化させる工程を含むものであってもよい。また、電気機械変換材料は、水晶、ペロブスカイト系結晶、タングステンブロンズ系結晶、ウルツ鉱型結晶であり好ましくはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）チタン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸バリウムからなる群より選ばれたものの積層膜、あるいはバルク焼結体であってもよい。
【００４２】
さらに成膜した後、基板温度を下げ、電気機械変換材料薄膜９上に電極８ｂを形成するためにＣＶＤ装置３５よりロードロック室３０の搬送系３１を用いてスパッタ装置３２に搬送する。スパッタ蒸着は室温でＴｉ、Ａｕの順番にそれぞれ２０ｎｍ、１００ｎｍの厚さでスパッタ蒸着を行う。このように、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、電極成膜工程での電極を、基板の温度が振動板の軟化点以下となる温度で成膜する工程を含むものであってもよい。
【００４３】
上述した工程によって基板１上に電極８ａ、８ｂ、電気機械変換材料薄膜９を連続成膜した後、フォトリソグラフィ工程を経ることにより振動板７上に電気機械変換素子９ａを形成し、ノズル作製、インク供給口を形成する（不図示）ことでインクジェットヘッドができ上がる。
【００４４】
以上説明した本実施形態の製造方法によって製造されたインクジェットヘッドは、振動板７がバルク材料であるために薄片化してもピンホールが無く様々なインクに耐性があり、振動板７の上部に形成される電気機械変換素子９ａに悪影響を与えることがない。また、接合時の気泡も成膜工程で除去され振動板７自体の研磨傷や研磨歪も加熱処理により緩和されるので、振動板７自体も撓み振動に強くなり振動板７の耐久性も向上した。さらに振動板７上に電極８ａ、８ｂ、電気機械変換材料薄膜９を連続成膜するので、従来行っていた接着等によるプロセスが簡略化でき、同時に振動板７と電気機械変換素子９ａの密着が均一になり振動板７への電気機械変換素子９ａによる力が効率よく伝えることができるので良好な吐出特性が得られるインクジェットヘッドを作製することができる。
（第２の実施形態）
図５および図６を参照して本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態と同じ構成要素に関しては、第１の実施形態と同じ符号を用いて説明するものとする。
【００４５】
図５および図６は、本実施形態の製造方法により製造されるインクジェットヘッドの断面図であり、図５（ａ）から（ｄ）までは、インクジェットヘッドの流路のノズル部分の断面図であり、図６（ａ）から（ｄ）に示す、製造工程におけるインクジェットヘッドの側断面図のＣ−Ｃ’断面を示すものである。また、図５（ｅ）から（ｈ）までは流路の圧力室部分の断面図であり、図６（ｅ）から（ｈ）
に示す、製造工程におけるインクジェットヘッドの側断面図のＤ−Ｄ’断面を示すものである。
【００４６】
本実施形態においては流路の形成に、第１の実施形態で示したＫＯＨを用いる異方性エッチングではなく、プラズマドライエッチング（ＩＣＰ）を用いた。図５（ａ）および図６（ａ）に示すようにシリコン基板１の表面にエッチングマスクとして用いるための熱酸化膜２を形成する。
【００４７】
次に、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すようにノズル口およびインク供給口を形成するためにフォトリソグラフィ工程によりマスクし、熱酸化膜２をＢＨＦでエッチングする。
【００４８】
次に、図５（ｃ）および図６（ｃ）に示すように、この基板１を上述したＩＣＰを用いてＣＦ4あるいはＳＦ6でプラズマエッチングを行い、ノズル口２１ａ、インク供給口２１ｂを形成する。
【００４９】
次に、圧力室２３を形成するためにドライエッチングを行うが、このドライエッチングからノズル口２１ａおよびインク供給口２１ｂを保護するために、図５（ｄ）および図６（ｄ）に示すように内面に熱酸化膜２２を形成しておく。さらにフォトリソグラフィ工程により図５（ｅ）および図６（ｅ）に示すように圧力室部分２３ａを開口し、ノズル口２１ａおよびインク供給口２１ｂにレジストを充填（不図示）した後、ＢＨＦで圧力室部分２３ａの熱酸化膜２を除去する。
【００５０】
次に、ＩＣＰで２度目のプラズマエッチングを行うことで圧力室２３が形成され、これにより、図５（ｆ）および図６（ｆ）に示すようにノズル口２１ａ、圧力室２３、インク供給口２１ｂが形成される。続いて、上述した工程を経て形成された基板の全ての熱酸化膜をＢＨＦにより除去し、硫酸過酸化水素水で洗浄する。
【００５１】
次に、図５（ｇ）および図６（ｇ）に示すように、振動板２４を第１の実施形態と同様にＨｅガス雰囲気中で陽極接合により形成し、さらに研磨を行う。このようにして形成した振動板２４上に第１の実施形態と同様に、図３に示した真空成膜装置の、スパッタ装置３２によるスパッタ蒸着でＰｔ／Ｔｉ電極８ａを、ＣＶＤ装置３５により電気機械変換材料薄膜９を成膜し、その後さらにスパッタ装置３２によるスパッタ蒸着によりＡｕ／Ｔｉ電極８ｂを連続形成する。このようにして形成した基板を図５（ｈ）および図６（ｈ）に示す。
【００５２】
成膜した電極８ｂおよび電気機械変換材料薄膜９を、フォトリソグラフィ、エッチング工程を経ることで、電気機械変換素子９ａに形成する。
【００５３】
次に、この基板裏面にノズル２６およびインク供給口２７を有する３０ｕｍ厚のパイレックスガラス製のノズルプレート２５を陽極接合し、インク供給口２７には共通インク室２８を接着する。このようにして形成したインクジェットヘッドを図５（ｉ）および図６（ｉ）に示す。
【００５４】
以上説明した本実施形態の製造方法によって製造されたインクジェットヘッドは、インク室作製にドライエッチングを用いているのでプロセス工程が簡略化され、大面積化、高密度化が可能となった。また流路を形成している基板表面がＫＯＨなどのウェットエッチングにさらされないため、熱酸化膜や熱窒化膜に形成されたピンホールを介しての表面エッチングの無くすことができるようになった。このために振動板２４をインク室に陽極接合する時に界面に気泡が形成される確率が小さくなり、研磨工程で振動板２４を破損する問題が無くなった。ノズルプレート２５も陽極接合で形成しているので電気機械変換素子９ａによる圧力上昇にも強く、良好な吐出特性を得ることができた。
【００５５】
なお、第１および第２の実施形態では５００℃で結晶化する電気機械変換材料を例にしたので電極８ａがＰｔ／Ｔｉであったが、これに拘るものではなく、より低温で結晶化する材料、例えばＺｎＯなどは２５０℃で十分なので電極材料としてはＡｕ／Ｔｉが使用することができる。また、各実施形態で示した数値、あるいは材質等も一例であり、本発明はこれらの数値および材質に限定されるものではない。
（第３の実施形態）
第１の実施形態あるいは第２の実施形態のインクジェットヘッドを複数装備したインクジェット記録装置の一例の外観斜視図を図７に示す。
【００５６】
本体シャーシ２１２にはガイドシャフト２０９が取付けられ、キャリッジ２０８は、矢印Ｂ方向に摺動自在にガイドシャフト２０９に支持されている。このキャリッジ２０８は、駆動プーリ２１３とアイドラプーリ２１４との間に張設されたタイミングベルト２１０にキャリッジ２０８の一部が固定されており、キャリッジモータ２１１の回転に応じガイドシャフト２０９に沿って矢印Ｂ方向に往復移動可能である。なお、本実施形態において、カートリッジ２０１はインクを吐出することで記録用紙２０４に記録を行うものであり、電気機械変換素子駆動回路を備え、吐出口が図示下向きに形成されたインクジェットヘッド２３１およびインクタンク２１５が一体化されている。
【００５７】
カートリッジ２０１はキャリッジ２０２に着脱自在に搭載され、このカートリッジ２０１を駆動するための電流や信号を送受信するフレキシブルケーブル２２２を介して不図示の記録制御部と電気的に接続される。
【００５８】
また、インクジェット記録装置は、インクジェットヘッド２３１のインク吐出特性を回復するための回復手段を有するキャップユニット２０３を有する。キャップユニット２０３は、インクジェットヘッド２３１に対応したキャップ部材２０６と、ゴム等の部材からなるワイパーブレード２０７とを具備する。このような構成からなるインクジェット記録装置は、インクジェットヘッド２３１を被記録媒体の搬送方向Ａと直行する方向（主走査方向）Ｂにシリアルスキャンさせて、インクジェットヘッド２３１のノズル数に対応した幅の記録を行い、一方で非記録時に被記録媒体を記録幅に等しい送り量で間欠的に搬送するものである。
【００５９】
本実施形態の記録装置は高解像度・高速印字が可能で従来と比較して消費電力、高密度化、大面積化、耐久性の向上などが可能となった。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、振動板と基板とを不活性ガス雰囲気中で陽極接合の際に、不接合部分に生じた不活性ガスの気泡は時間経過とともに振動板の粒界を介して大気中に放散され気泡は解消するため、機械研磨による薄片化において気泡部分で割れを生じることがない。また、この研磨された振動板を備えた基板を真空雰囲気内で加熱し、振動板に第１の電極を成膜することで、研磨傷の回復と研磨歪による残留応力を解消させることができる。さらに、連続して第１の電極上に電気機械変換材料、および第２の電極を成膜することで振動板と電極層の密着性を向上させることができる。このように、本発明によれば、素子化プロセスが容易になるため、精密、かつ高密度化されたインクジェットヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの、流路製作工程および電気機械変換素子の成膜工程における断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの、流路製作工程および電気機械変換素子の成膜工程における側断面図である。
【図３】振動板の膜厚と変位量の関係を示すグラフである。
【図４】本発明に用いた真空成膜装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの、流路製作工程および電気機械変換素子の成膜工程における断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの、流路製作工程および電気機械変換素子の成膜工程における側断面図である。
【図７】本発明のインクジェット記録ヘッド適用が可能なインクジェット記録装置の一例の斜視図である。
【図８】従来のオンデマンド型インクジェットヘッドの一例の概略を示す構成断面図である。
【図９】従来のインクジェットヘッドの各流路製作工程におけるインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２、４、２２ 熱酸化膜
３ 窒化膜
５ 酸化膜メンブレン
６ 酸化膜
７ 振動板
８ａ 電極
８ｂ 電極
９ 電気機械変換材料薄膜
９ａ 電気機械変換素子
１１ インク供給口
１２ 流路
２１ａ ノズル口
２１ｂ インク供給口
２３ 圧力室
２３ａ 圧力室部分
２４ 振動板
２５ ノズルプレート
２６ ノズル
２７ インク供給口
２８ 共通インク室
３０ ロードロック室
３１ 搬送系
３２ スパッタ装置
３３ 基板加熱機構
３４ スパッタターゲット
３５ ＣＶＤ装置
３６ 基板加熱機構
３７ ガスセル
３８ 有機金属ガス
２０１ カートリッジ
２０２ キャリッジ
２０３ キャップユニット
２０４ 記録用紙
２０６ キャップ部材
２０７ ワイパーブレード
２０８ キャリッジ
２０９ ガイドシャフト
２１０ タイミングベルト
２１１ キャリッジモータ
２１２ 本体シャーシ
２１３ 駆動プーリ
２１４ アイドラプーリ
２１５ インクタンク
２２２ フレキシブルケーブル
２３１ インクジェット記録ヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は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】
従来のオンデマンド形ヘッドの一例の構造断面図を図８に示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図に示すように、基板１０１にはノズル１０５、圧力室１０４、インク供給路１０７、インク溜まり１０６に相当する溝が形成されている。さらに振動板１０２を基板１０１に接合することによりそれぞれの機能を有する流路となる。また、振動板１０２の圧力室１０４に該当する部分には電気機械変換素子１０３が接合されている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドの動作原理を簡単に説明すると、電気機械変換素子１０３に電圧を印加すると電気機械変換素子１０３は横方向に変形しようとするが、振動板１０２に電気機械変換素子の両端（紙面に垂直側）が拘束されているために振動板１０２が撓み変形を起こし圧力室１０４に圧力を発生する。印加していた電圧を解除するにより圧力室は変形してインク溜まり１０６よりインク供給路１０７を通じてインクが圧力室１０４に流入する。さらにもう一度圧力室１０４に駆動電圧波形を印加するとこの圧力によりインクはノズル１０５に押し出されインク滴１０８となって飛翔する。この一連の動作を適宜行うことにより高速でインク滴を飛翔させ紙等の記録媒体に記録がなされる。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドにおいては、直径２０ｕｍから４０ｕｍの小さなインク滴を飛ばす必要がある。そのためにノズル１０５は７０ｕｍ2から３００ｕｍ2の断面積を有するような三角形や四角形などの多角形あるいは円形形状が必要とされる。さらに、ノズル１０５に連通する圧力室１０４やインク供給路１０７、インク溜まり１０６も精密な加工が要求される。通常、基板１０１の材質としては、ガラスまたはシリコンが用いられ、フォトエッチングにより流路を精密に形成する。また、振動板１０２を基板１０１に接合する場合も、微細流路を形成するためにはみだしてしまうおそれのある接着剤などは使用することができず、拡散接合や陽極接合といった直接接合法が用いられる。また、陽極接合時の振動板とインク室の密着性を向上させる方法も開示されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
ここで、これら一連の流路形成方法について図９を用いて詳細に説明する。
【０００７】
図９（ａ）〜（ｆ）は、図８に示す記録ヘッドのＡ−Ａ’断面図を示しており、基板に流路を形成する一連の工程を示したものである。
【０００８】
まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板１０１の両面にエッチングマスクとなるシリコン窒化膜１１１を熱窒化法を用いて被着させる。
【０００９】
次に、図９（ｂ）に示すようにフォトエッチングによって流路となるべき部分のシリコン窒化膜を除去し、除去部１１２を形成する。
【００１０】
次に、図９（ｃ）に示すように、図９（ｂ）の工程で残したシリコン窒化膜１１１をマスクとして、シリコン基板１０１をＫＯＨを用いてエッチングし流路１０４を形成する。
【００１１】
次に、図９（ｄ）に示すように、前述のごとく形成された流路１０４は、シリコンが露出しているため、アルカリ性のインクによって腐蝕されたり、シリコンそのものは、はっ水性であるためインクの流動が悪くなったり気泡をかみやすくなったりするので、表面に保護膜を付ける必要があり基板１０１を熱酸化すると、シリコンの露出している流路面のみにシリコン酸化膜１１４が形成され前述の保護膜となる。
【００１２】
図９（ｅ）の工程では、最終的にガラスの振動板１０２を陽極接合するときに、障害となるシリコン窒化膜１１１を熱燐酸で除去する。この時シリコン酸化膜１１４は、熱燐酸では除去できないので、このまま流路１０４内壁に残る。
【００１３】
最後に図９（ｆ）に示すように、シリコン基板１０１と振動板１０２を陽極接合法により接合して一体化する。陽極接合の具体的な方法としては、基板１０１と振動板１０２を重ねた状態で４００℃に加熱し、このままの状態でシリコン基板１０１を陽極に、振動板１０２を陰極として３００Ｖの電圧を加えると数分の間に接合が完了する。この方法は、精密かつ微細な溝を有するインクジェットヘッドのごときものには、接合面が強固なことと接着剤を使用しないこと、精密な接合が簡単にできることで極めて有効な方法であるが、接合できる材質同志の組み合わせがあり、一般的には、無機の絶縁物に対してもう一方の部材は金属あるいは半導体が用いられる。
【００１４】
【特許文献１】
特開昭５４−１４６６３３号公報
【特許文献２】
特開平５−１６３５３号公報
【特許文献３】
特開平５−２４２０１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、ガラスの振動板をインク室であるＳｉ基板に陽極接合する際に大気中で行うと振動板と基板界面に残留した大気が抜けず気泡が形成され、後プロセスで破損してしまう場合があった。
【００１６】
またガラスの振動板をインクジェットヘッドの振動板に用いるためには薄片化する必要があるが、機械研磨などにより薄片化した場合、上述した気泡部分で割れを生じたり、研磨傷や研磨時の歪などが振動板に残り、駆動電圧を印加して振動板を変位させたときに残留応力により破損する場合があった。
【００１７】
さらに、電気機械変換素子を振動板に接合させるために接着剤などを用いた場合、素子と振動板との間に接着剤を均一に塗布しなければならないだけでなく、均一に荷重を印加しないと界面に不接着部分が形成され、振動板を均一に撓ませることができないなどの問題を生じる場合があった。
【００１８】
一方、接合に陽極接合を用いた場合には振動板の表面を大気に曝してしまうために表面の清浄化が必要となり、素子作製プロセスが複雑となる。また、薄膜電気機械変換素子の場合には基板上に薄膜が形成されるが、この基板の熱膨張係数が振動板と大きく異なると陽極接合後に基板温度を室温に下げた際、熱膨張係数差で振動板が反ってインク室を破壊してしまう問題もあった。
【００１９】
そこで、本発明は、振動板と基板との陽極接合時の接合をより強固にするとともに、振動板と電気機械変換素子の密着性を上げ、さらに素子化プロセスが容易になることでヘッドを精密に高密度化することが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクの流路となる流路溝を有する基板、該基板に接合されることで、前記流路溝を、少なくとも、インクを吐出させる圧力を印加する圧力室と、インクを前記圧力室へと供給するインク供給路とに形成する振動板、および前記圧力室上に前記振動板を変位させるための電気機械変換素子を有するインクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板と前記基板とが不活性ガス雰囲気中で陽極接合される接合工程と、前記接合工程後に、前記振動板を機械研磨により研磨する研磨工程と、前記研磨工程後に、研磨された前記振動板を備えた前記基板を真空雰囲気内で加熱し、前記振動板に第１の電極を成膜する第１の電極成膜工程と、第１の電極成膜工程後に連続して、前記第１の電極上に電気機械変換材料を成膜する電気機械変換材料成膜工程と、電気機械変換材料成膜工程後に連続して、成膜された前記電気機械変換材料上に第２の電極を成膜する第２の電極成膜工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
上記のとおり、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、接合工程にて、振動板と基板とを不活性ガス雰囲気中で陽極接合する。これにより、振動板と基板界面に生じる不接合部分には不活性ガスが残留し気泡となる。しかし気泡中の不活性ガスは、時間経過とともに振動板の粒界を介して大気中に放散され気泡は解消することになる。
【００２２】
さらに、研磨工程にて、振動板を機械研磨により研磨し、続く１の電極成膜工程では、この研磨された振動板を備えた基板を真空雰囲気内で加熱し、振動板に第１の電極を成膜する。基板と接合した振動板を機械研磨でインクジェットヘッドに使用できる振動板の厚さまで研磨するが、その際に生じる研磨傷や研磨歪を解消するためにガラス振動板の軟化点以下の温度に加熱し研磨傷の回復と研磨歪による残留応力を解消させる。この時の加熱手段として、例えば、スパッタ装置を用いると加熱により振動板の研磨傷や研磨歪を回復させるともに振動板表面が清浄化される。
【００２３】
第１の電極成膜工程後に連続する電気機械変換材料成膜工程にて、第１の電極上に電気機械変換材料を成膜し、さらに、電気機械変換材料成膜工程後に連続する第２の電極成膜工程にて、成膜された電気機械変換材料上に第２の電極を成膜する。これら各工程を連続して行うことで、電極と材料界面に界面準位が形成されずに良質な結晶が成膜することが可能となる。さらに電気機械変換材料上に電極を連続成膜することで密着性を上げた電極を形成することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２を参照して本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図１は流路の圧力室部分（図２におけるＢ−Ｂ’線）での断面図であり、図２は流路の側面断面図である。
【００２５】
図１（ａ）において基板１は両面ミラーＳｉ（１００）面を用いる。まず、ＫＯＨによるプロセスから基板を保護するために熱酸化工程により両面に保護用の熱酸化膜２を０．５ｕｍ成膜する。次に、耐蝕皮膜としての窒化膜３をＬＰＣＶＤ（減圧化学的気相成長法）を用いて０．２ｕｍ両面に成膜する。
【００２６】
次に、図２（ａ）に示すようにフォトリソグラフィ工程によりインク供給口となる裏面の窒化膜にパターニングを行い、ドライエッチングで窒化膜３を除去する。さらに開口部の熱酸化膜２をＢＨＦ（バッファふっ酸）により除去し、ＫＯＨで開口部のＳｉをエッチングし、インク供給口１１を形成する。
【００２７】
次に、基板１の表面側に、ノズル、圧力室、インク溜め等となる流路１２を形成するが、図２（ａ）に示すように裏面に開口しているインク供給口１１の内面のＳｉが露出しているので、このＳｉを保護するために、図２（ｂ）に示すように再度熱酸化工程により０．１ｕｍ程度の熱酸化膜４をインク供給口１１の内面に予め成膜しておく。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように流路１２を形成するためにフォトリソグラフィ工程を行い流路部分以外をマスクし、ドライエッチングにより窒化膜３を除去し、ＢＨＦで熱酸化膜２を除去する。
【００２９】
さらに図１（ｃ）で示すようにＫＯＨにより流路部分のエッチングを行う。時間経過とともにＳｉ（１１１）面が露出しエッチングが終了し、図１（ｃ）および図２（ｃ）で示されるように複雑な流路１２が形成される。この際、インク供給口１１は内面に形成した熱酸化膜４によって保護されているので、エッチングは進行しない。このようにして形成した流路１２とインク供給口１１とは酸化膜メンブレン５で分離されている状態となる。これら流路１２とインク供給口１１とを貫通させるためにＢＨＦで酸化膜メンブレン５を除去すると図２（ｄ）の状態となる。さらに図１（ｄ）に示すように流路１２、インク供給口１１内を親水性とするためと、インクに対する耐性とを強化するために再度、熱酸化膜工程を経て流路１２内とインク供給口１１内面とに酸化膜６を被せる。
【００３０】
次に流路１２およびインク供給口１１をレジストで保護（不図示）し、Ｓｉ基板両面の窒化膜３と熱酸化膜２をそれぞれドライエッチングとＢＨＦにより除去した。その後、流路１２とインク供給口１１内のレジストを除去する。この状態を図１（ｅ）および図２（ｅ）に示す。振動板を接合する前工程としては流路作製プロセスを通した基板を硫酸過酸化水素水で表面洗浄を行い残留レジストなどを剥離する。
【００３１】
次に振動板と基板の接合工程について説明する。図１（ｆ）および図２（ｆ）において振動板７（３０ｕｍ厚、コーニング社製 パイレックスガラス（登録商標））を基板１の流路１２側に位置合わせを行い、上下から振動板７と基板１をはさみこむ。この状態で接合部分をＨｅガス雰囲気とし、ガス雰囲気中で基板１をホットプレート（不図示）により４００℃に加熱した後、基板１を陽極、そして振動板７を陰極として直流２５０Ｖを１０〜１５分間印加する。これにより振動板７と基板１は接合される。この状態で接合が不完全な部分にはＨｅガスの気泡が形成されるが室温まで冷却する間にＨｅガスは大気中へ放散され気泡は収縮する。
【００３２】
なお、本発明のインクジェットヘッドの製造方法により製造されるインクジェットヘッドの基板は、上述したようにＳｉ製で、かつ振動板がＳｉと同等の熱膨張係数を有するガラス基体であることが好ましい。また、ガラス基体は、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラスからなる群より選ばれたものからなるものであってもよい。
【００３３】
次に振動板７の薄片化を行う。薄片化工程では、基板１に作製した流路１２、インク供給口１１および振動板７が破損しないようにレジストをインク供給口１１より充填し、振動板７側が表面となるように基板１を機械研磨機の研磨基体に低温ロウ材で均一になるように貼付けて機械研磨を行う。振動板７の厚さは図３に示すように薄ければ薄い程、変位量は増大するが、後プロセスのことを考慮すると極端な薄さにすることは不可能であり本実施形態では５ｕｍ±１ｕｍを目標とした。研磨には１ｕｍダイヤモンドスラリを用いて３０ｕｍから１０ｕｍくらいまでラッピング研磨し、仕上げ工程としてポリッシング研磨により目標値に追い込んだ。このようにして薄片化された振動板７を備えた基板１を湯煎して研磨基体からロウ材を溶かして剥離する。さらに流路１２およびインク供給口１１内のレジストを有機溶剤を用いて除去した状態を図１（ｇ）および図２（ｇ）に示す。
【００３４】
以上のように、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、不活性ガス雰囲気中の雰囲気ガスがＨｅガスであってもよいし、振動板の厚さを１０ｕｍ以下とする工程を含むものであってもよい。
【００３５】
以上の工程を経ることでインクジェットヘッドの流路は全て形成された。
【００３６】
続いて、この基板１に、図４に示す真空成膜装置を用いて、図１（ｈ）および図２（ｈ）に示すように圧力室にあたる振動板７の上に電気機械変換材料薄膜９および電極８ａ、８ｂを形成する工程を説明する。
【００３７】
本実施形態で用いた真空成膜装置は、電極を形成するスパッタ装置３２と、電気機械変換材料を形成する有機金属ＣＶＤ装置３５と、これらを繋ぎ、基板を搬送する、真空トンネルである搬送系３１とを有する。
【００３８】
まずロードロック室３０に基板１を入れてオイルフリー状態での真空排気を行い搬送系３１にてロードロック室右側のマグネトロン多元スパッタ装置３２に導入する。
【００３９】
まず、基板１をスパッタ装置３２の基板加熱機構３３にセットし、約５００℃に加熱する。真空排気されていることで振動板７と基板１との界面に生じた残留Ｈｅガスによる気泡は強制的に外部に放散され気泡内部は真空となり振動板７とＳｉ基板１とは接触する。また、加熱されることで振動板７と基板１が接合され強固に接合されることとなる。加えて、この加熱工程で振動板７表面もポリッシングで取りきれなかった研磨傷などが修復され、研磨時の残留応力も除去されることになる。
【００４０】
基板を昇温してから３時間程経過すると基板温度が安定するのでスパッタターゲット３４を用いて電極８ａであるＴｉ、Ｐｔを順番にそれぞれ２０ｎｍ、１５０ｎｍの厚さでスパッタ蒸着する。このように、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、電極成膜工程での電極を、基板の温度が振動板の軟化点以下となる温度で成膜する工程を含むものであってもよい。
【００４１】
スパッタ蒸着終了後、基板温度を下げて１００℃以下になった状態でロードロック室３０の搬送系３１を用いてＣＶＤ装置３５に基板１を搬送する。搬送後、ＣＶＤ装置３５の基板加熱機構３６にセットし基板温度を再度５００℃に昇温する。基板温度が安定した後、構成元素である有機金属ガス３８をそれぞれのガスセル３７に導入しガスセル３７内で有機金属ガスを分解し、金属成分のみを基板１に吹き付ける。この時に金属成分のみを効率良く吹き付けるためにガスセル３７と基板加熱機構３６にセットされた基板との間に電界を印加する。また基板上で酸化物を形成するために酸素ガス（不図示）も吹き付ける。このような工程で電極８ａ上に界面準位を形成することなく電極８ａと密着の良い電気機械変換材料薄膜９を成膜することができる。すなわち、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、電気機械変換材料を、振動板の軟化点以下の基板温度で結晶化させる工程を含むものであってもよい。また、電気機械変換材料は、水晶、ペロブスカイト系結晶、タングステンブロンズ系結晶、ウルツ鉱型結晶であり好ましくはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）チタン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸バリウムからなる群より選ばれたものの積層膜、あるいはバルク焼結体であってもよい。
【００４２】
さらに成膜した後、基板温度を下げ、電気機械変換材料薄膜９上に電極８ｂを形成するためにＣＶＤ装置３５よりロードロック室３０の搬送系３１を用いてスパッタ装置３２に搬送する。スパッタ蒸着は室温でＴｉ、Ａｕの順番にそれぞれ２０ｎｍ、１００ｎｍの厚さでスパッタ蒸着を行う。このように、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、電極成膜工程での電極を、基板の温度が振動板の軟化点以下となる温度で成膜する工程を含むものであってもよい。
【００４３】
上述した工程によって基板１上に電極８ａ、８ｂ、電気機械変換材料薄膜９を連続成膜した後、フォトリソグラフィ工程を経ることにより振動板７上に電気機械変換素子９ａを形成し、ノズル作製、インク供給口を形成する（不図示）ことでインクジェットヘッドができ上がる。
【００４４】
以上説明した本実施形態の製造方法によって製造されたインクジェットヘッドは、振動板７がバルク材料であるために薄片化してもピンホールが無く様々なインクに耐性があり、振動板７の上部に形成される電気機械変換素子９ａに悪影響を与えることがない。また、接合時の気泡も成膜工程で除去され振動板７自体の研磨傷や研磨歪も加熱処理により緩和されるので、振動板７自体も撓み振動に強くなり振動板７の耐久性も向上した。さらに振動板７上に電極８ａ、８ｂ、電気機械変換材料薄膜９を連続成膜するので、従来行っていた接着等によるプロセスが簡略化でき、同時に振動板７と電気機械変換素子９ａの密着が均一になり振動板７への電気機械変換素子９ａによる力が効率よく伝えることができるので良好な吐出特性が得られるインクジェットヘッドを作製することができる。
（第２の実施形態）
図５および図６を参照して本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態と同じ構成要素に関しては、第１の実施形態と同じ符号を用いて説明するものとする。
【００４５】
図５および図６は、本実施形態の製造方法により製造されるインクジェットヘッドの断面図であり、図５（ａ）から（ｄ）までは、インクジェットヘッドの流路のノズル部分の断面図であり、図６（ａ）から（ｄ）に示す、製造工程におけるインクジェットヘッドの側断面図のＣ−Ｃ’断面を示すものである。また、図５（ｅ）から（ｈ）までは流路の圧力室部分の断面図であり、図６（ｅ）から（ｈ）
に示す、製造工程におけるインクジェットヘッドの側断面図のＤ−Ｄ’断面を示すものである。
【００４６】
本実施形態においては流路の形成に、第１の実施形態で示したＫＯＨを用いる異方性エッチングではなく、プラズマドライエッチング（ＩＣＰ）を用いた。図５（ａ）および図６（ａ）に示すようにシリコン基板１の表面にエッチングマスクとして用いるための熱酸化膜２を形成する。
【００４７】
次に、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すようにノズル口およびインク供給口を形成するためにフォトリソグラフィ工程によりマスクし、熱酸化膜２をＢＨＦでエッチングする。
【００４８】
次に、図５（ｃ）および図６（ｃ）に示すように、この基板１を上述したＩＣＰを用いてＣＦ4あるいはＳＦ6でプラズマエッチングを行い、ノズル口２１ａ、インク供給口２１ｂを形成する。
【００４９】
次に、圧力室２３を形成するためにドライエッチングを行うが、このドライエッチングからノズル口２１ａおよびインク供給口２１ｂを保護するために、図５（ｄ）および図６（ｄ）に示すように内面に熱酸化膜２２を形成しておく。さらにフォトリソグラフィ工程により図５（ｅ）および図６（ｅ）に示すように圧力室部分２３ａを開口し、ノズル口２１ａおよびインク供給口２１ｂにレジストを充填（不図示）した後、ＢＨＦで圧力室部分２３ａの熱酸化膜２を除去する。
【００５０】
次に、ＩＣＰで２度目のプラズマエッチングを行うことで圧力室２３が形成され、これにより、図５（ｆ）および図６（ｆ）に示すようにノズル口２１ａ、圧力室２３、インク供給口２１ｂが形成される。続いて、上述した工程を経て形成された基板の全ての熱酸化膜をＢＨＦにより除去し、硫酸過酸化水素水で洗浄する。
【００５１】
次に、図５（ｇ）および図６（ｇ）に示すように、振動板２４を第１の実施形態と同様にＨｅガス雰囲気中で陽極接合により形成し、さらに研磨を行う。このようにして形成した振動板２４上に第１の実施形態と同様に、図３に示した真空成膜装置の、スパッタ装置３２によるスパッタ蒸着でＰｔ／Ｔｉ電極８ａを、ＣＶＤ装置３５により電気機械変換材料薄膜９を成膜し、その後さらにスパッタ装置３２によるスパッタ蒸着によりＡｕ／Ｔｉ電極８ｂを連続形成する。このようにして形成した基板を図５（ｈ）および図６（ｈ）に示す。
【００５２】
成膜した電極８ｂおよび電気機械変換材料薄膜９を、フォトリソグラフィ、エッチング工程を経ることで、電気機械変換素子９ａに形成する。
【００５３】
次に、この基板裏面にノズル２６およびインク供給口２７を有する３０ｕｍ厚のパイレックスガラス製のノズルプレート２５を陽極接合し、インク供給口２７には共通インク室２８を接着する。このようにして形成したインクジェットヘッドを図５（ｉ）および図６（ｉ）に示す。
【００５４】
以上説明した本実施形態の製造方法によって製造されたインクジェットヘッドは、インク室作製にドライエッチングを用いているのでプロセス工程が簡略化され、大面積化、高密度化が可能となった。また流路を形成している基板表面がＫＯＨなどのウェットエッチングにさらされないため、熱酸化膜や熱窒化膜に形成されたピンホールを介しての表面エッチングの無くすことができるようになった。このために振動板２４をインク室に陽極接合する時に界面に気泡が形成される確率が小さくなり、研磨工程で振動板２４を破損する問題が無くなった。ノズルプレート２５も陽極接合で形成しているので電気機械変換素子９ａによる圧力上昇にも強く、良好な吐出特性を得ることができた。
【００５５】
なお、第１および第２の実施形態では５００℃で結晶化する電気機械変換材料を例にしたので電極８ａがＰｔ／Ｔｉであったが、これに拘るものではなく、より低温で結晶化する材料、例えばＺｎＯなどは２５０℃で十分なので電極材料としてはＡｕ／Ｔｉが使用することができる。また、各実施形態で示した数値、あるいは材質等も一例であり、本発明はこれらの数値および材質に限定されるものではない。
（第３の実施形態）
第１の実施形態あるいは第２の実施形態のインクジェットヘッドを複数装備したインクジェット記録装置の一例の外観斜視図を図７に示す。
【００５６】
本体シャーシ２１２にはガイドシャフト２０９が取付けられ、キャリッジ２０８は、矢印Ｂ方向に摺動自在にガイドシャフト２０９に支持されている。このキャリッジ２０８は、駆動プーリ２１３とアイドラプーリ２１４との間に張設されたタイミングベルト２１０にキャリッジ２０８の一部が固定されており、キャリッジモータ２１１の回転に応じガイドシャフト２０９に沿って矢印Ｂ方向に往復移動可能である。なお、本実施形態において、カートリッジ２０１はインクを吐出することで記録用紙２０４に記録を行うものであり、電気機械変換素子駆動回路を備え、吐出口が図示下向きに形成されたインクジェットヘッド２３１およびインクタンク２１５が一体化されている。
【００５７】
カートリッジ２０１はキャリッジ２０２に着脱自在に搭載され、このカートリッジ２０１を駆動するための電流や信号を送受信するフレキシブルケーブル２２２を介して不図示の記録制御部と電気的に接続される。
【００５８】
また、インクジェット記録装置は、インクジェットヘッド２３１のインク吐出特性を回復するための回復手段を有するキャップユニット２０３を有する。キャップユニット２０３は、インクジェットヘッド２３１に対応したキャップ部材２０６と、ゴム等の部材からなるワイパーブレード２０７とを具備する。このような構成からなるインクジェット記録装置は、インクジェットヘッド２３１を被記録媒体の搬送方向Ａと直行する方向（主走査方向）Ｂにシリアルスキャンさせて、インクジェットヘッド２３１のノズル数に対応した幅の記録を行い、一方で非記録時に被記録媒体を記録幅に等しい送り量で間欠的に搬送するものである。
【００５９】
本実施形態の記録装置は高解像度・高速印字が可能で従来と比較して消費電力、高密度化、大面積化、耐久性の向上などが可能となった。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、振動板と基板とを不活性ガス雰囲気中で陽極接合の際に、不接合部分に生じた不活性ガスの気泡は時間経過とともに振動板の粒界を介して大気中に放散され気泡は解消するため、機械研磨による薄片化において気泡部分で割れを生じることがない。また、この研磨された振動板を備えた基板を真空雰囲気内で加熱し、振動板に第１の電極を成膜することで、研磨傷の回復と研磨歪による残留応力を解消させることができる。さらに、連続して第１の電極上に電気機械変換材料、および第２の電極を成膜することで振動板と電極層の密着性を向上させることができる。このように、本発明によれば、素子化プロセスが容易になるため、精密、かつ高密度化されたインクジェットヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの、流路製作工程および電気機械変換素子の成膜工程における断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの、流路製作工程および電気機械変換素子の成膜工程における側断面図である。
【図３】振動板の膜厚と変位量の関係を示すグラフである。
【図４】本発明に用いた真空成膜装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの、流路製作工程および電気機械変換素子の成膜工程における断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの、流路製作工程および電気機械変換素子の成膜工程における側断面図である。
【図７】本発明のインクジェット記録ヘッド適用が可能なインクジェット記録装置の一例の斜視図である。
【図８】従来のオンデマンド型インクジェットヘッドの一例の概略を示す構成断面図である。
【図９】従来のインクジェットヘッドの各流路製作工程におけるインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２、４、２２ 熱酸化膜
３ 窒化膜
５ 酸化膜メンブレン
６ 酸化膜
７ 振動板
８ａ 電極
８ｂ 電極
９ 電気機械変換材料薄膜
９ａ 電気機械変換素子
１１ インク供給口
１２ 流路
２１ａ ノズル口
２１ｂ インク供給口
２３ 圧力室
２３ａ 圧力室部分
２４ 振動板
２５ ノズルプレート
２６ ノズル
２７ インク供給口
２８ 共通インク室
３０ ロードロック室
３１ 搬送系
３２ スパッタ装置
３３ 基板加熱機構
３４ スパッタターゲット
３５ ＣＶＤ装置
３６ 基板加熱機構
３７ ガスセル
３８ 有機金属ガス
２０１ カートリッジ
２０２ キャリッジ
２０３ キャップユニット
２０４ 記録用紙
２０６ キャップ部材
２０７ ワイパーブレード
２０８ キャリッジ
２０９ ガイドシャフト
２１０ タイミングベルト
２１１ キャリッジモータ
２１２ 本体シャーシ
２１３ 駆動プーリ
２１４ アイドラプーリ
２１５ インクタンク
２２２ フレキシブルケーブル
２３１ インクジェット記録ヘッド
Claims (1)
- インクの流路となる流路溝を有する基板、該基板に接合されることで、前記流路溝を、少なくとも、インクを吐出させる圧力を印加する圧力室と、インクを前記圧力室へと供給するインク供給路とに形成する振動板、および前記圧力室上に前記振動板を変位させるための電気機械変換素子を有するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記振動板と前記基板とが不活性ガス雰囲気中で陽極接合される接合工程と、
前記接合工程後に、前記振動板を機械研磨により研磨する研磨工程と、
前記研磨工程後に、研磨された前記振動板を備えた前記基板を真空雰囲気内で加熱し、前記振動板に第１の電極を成膜する第１の電極成膜工程と、
第１の電極成膜工程後に連続して、前記第１の電極上に電気機械変換材料を成膜する電気機械変換材料成膜工程と、
電気機械変換材料成膜工程後に連続して、成膜された前記電気機械変換材料上に第２の電極を成膜する第２の電極成膜工程とを含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002379659A JP2004209713A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | インクジェットヘッドの製造方法 |
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| JP2004209713A true JP2004209713A (ja) | 2004-07-29 |
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| JP (1) | JP2004209713A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100726426B1 (ko) | 2006-03-22 | 2007-06-11 | 삼성전자주식회사 | 잉크카트리지 및 그 제조방법 |
| JP2009061666A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Canon Inc | インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法 |
| JP2010083134A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
| US8045029B2 (en) | 2004-04-26 | 2011-10-25 | Intellectual Ventures Ii Llc | CMOS image sensor for high speed signal processing |
-
2002
- 2002-12-27 JP JP2002379659A patent/JP2004209713A/ja active Pending
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| US8045029B2 (en) | 2004-04-26 | 2011-10-25 | Intellectual Ventures Ii Llc | CMOS image sensor for high speed signal processing |
| US8482647B2 (en) | 2004-04-26 | 2013-07-09 | Intellectual Ventures Ii Llc | CMOS image sensor for high speed signal processing |
| KR100726426B1 (ko) | 2006-03-22 | 2007-06-11 | 삼성전자주식회사 | 잉크카트리지 및 그 제조방법 |
| JP2009061666A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Canon Inc | インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法 |
| JP2010083134A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
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