JP2006069206A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動板の薄膜化および微細化を可能にするとともに、振動板の耐久性を高めることができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】 液体を吐出する吐出口１１９に連通する圧力発生室１１５と、圧力発生室１１５に対応して設けられる圧電素子１０８〜１１０と、圧力発生室１１５と圧電素子１０８〜１１０との間に設けられる振動板１１１と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法は、平板状の基板１０１の一方の主面に溝（凹部）１０４を有する基板１０１を用意する用意工程と、溝（凹部）１０４内に圧電素子１０８〜１１０を形成する圧電素子形成工程と、基板１０１の一方の主面と圧電素子１０８〜１１０との上に平坦な振動板１１１を形成する振動板形成工程と、振動板１１１の上に圧力発生室１１５を形成する圧力発生室形成工程と、基板１０１の少なくとも圧電素子１０８〜１１０の周辺を除去する除去工程と、を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液体にエネルギーを加えることによって液体を吐出させる液体吐出ヘッド（以下、「インクジェット記録ヘッド」とも称する）の製造方法に関する。

近年では、インクジェット記録装置が、記録性能が良く低コストであることから、パーソナルコンピュータの出力装置として広く利用されるようになっている。このインクジェット記録装置には、熱エネルギーによってインクに気泡を発生させ、その気泡による圧力波によりインク滴を吐出させるもの、静電力によりインク滴を吸引吐出させるもの、圧電素子のような振動子による圧力波を利用したもの等が開発されている。

上記のインクジェット記録装置のうち、圧電素子を用いたものは、インク吐出口に連通したインク流路と、そのインク流路に連通した圧力発生室とを有し、この圧力発生室に設けられ、振動板膜に接合された圧電体薄膜に所定の電圧を印加すると、圧電体薄膜が伸縮することによって、圧電体薄膜と振動板膜とが一体となって振動を起こして圧力発生室内のインクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液滴が吐出するような構成になっている。

ところで、近年では、インクジェット記録装置においては記録性能の向上、特に高解像度および高速記録が求められている。このためには、１回に吐出されるインク滴の吐出量を少なくし、さらに高速駆動をすることが必要である。これらのことを実現するにあたって、特許文献１では、圧力発生室での圧力損失を小さくするために圧力発生室の容積を縮小する方法が開示されている。

さらに、目的は異なるが基板として表面の面方位が｛１１０｝のシリコン基板を用い、そのシリコン基板の｛１１１｝面をインク圧力発生室の側面に配置したインクジェットヘッドが特許文献２に開示されている。また、特許文献３には、シリコン基板に設けられたキャビティに対向する領域に圧電素子を配し、各圧力発生室間の隔壁の剛性を確保することでクロストークを防止したヘッドが開示されている。
特開平９−１２３４４８号公報 特許第３１６８７１３号明細書 特開２０００−２４６８９８号公報

従来は、容積の小さい圧力発生室を簡易な工程で形成することができなかった。また、振動板を薄膜化するためにも複雑な工程が必要だった。これらの理由で、圧電体薄膜を吐出圧発生素子に用いたインクジェット記録ヘッドを、高密度に集積された状態に形成することが困難だった。

また、特許文献３に開示された圧電素子部の形成方法では、振動板が中空で急角度に曲がっているため、その一部に応力が集中して耐久性に問題が生じる可能性があった。さらに、液室内に素子部が突出するために流路抵抗が増大して、吐出周波数に悪影響を与えるおそれがあった。

そこで本発明は、振動板の薄膜化および微細化を可能にするとともに、振動板の耐久性を高めることができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に対応して設けられる圧電素子と、前記圧力発生室と前記圧電素子との間に設けられる振動板と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、平板状の基板の一方の主面に凹部を有する当該基板を用意する用意工程と、前記凹部内に前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、前記基板の一方の主面と前記圧電素子との上に平坦な前記振動板を形成する振動板形成工程と、前記振動板の上に前記圧力発生室を形成する圧力発生室形成工程と、前記基板の少なくとも前記圧電素子の周辺を除去する除去工程と、を有する。

上記本発明の製造方法によれば、振動板の薄膜化および微細化を可能にするとともに振動板の耐久性を高めることが可能な液体吐出ヘッドを製造することができる。

上記本発明の製造方法によって製造された液体吐出ヘッドによれば、振動板が基板上に平面状に形成され、振動板の圧力発生室とは反対側に配置された圧電素子を取り囲む空間が基板に形成されているので、振動板の薄膜化および微細化を可能にするとともに、振動板の耐久性を高めることが可能である。さらに、圧電素子は空間を形成する基板の壁面に囲まれるので、液体吐出ヘッドの組立工程中に圧電素子や振動板に破損や歪みが生じることを抑えることができる。また、振動板全体が基板に支持されているので、液体吐出ヘッドの機械的な強度が高い。さらには、圧力発生室内の振動板は平面形状であるため圧力発生室内の流れ抵抗を損なうことがないので、液体の吐出周波数を高めることが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、振動板の薄膜化および微細化を可能にするとともに、振動板の耐久性を高めることができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの平面図であり、図２は図１に示したインクジェット記録ヘッドの底面図である。また、図３は図１に示したＡ−Ａ線における断面図であり、図４は図１に示したＢ−Ｂ線における断面図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、基板１０１として表面の面方位が｛１１０｝のシリコンウエハが用いられている。基板１０１には、振動板１１１の背面の振動板背面空間１０１ａが異方性エッチングによって形成されているとともに、液体を下面側から上面側に供給するための液体供給口１０１ｂが形成されている。振動板１１１は基板１０１の上面とほぼ同一平面上に設けられており、さらにその上を覆うように圧力発生室１１５が形成されている。圧力発生室１１５の上部には吐出口１１９が形成されている。

振動板１１１の圧力発生室１１５とは反対側の面上には、振動板を駆動して吐出圧力を発生させる圧電素子１０８〜１１０が設けられている。圧電素子は、圧電体膜１０９と、その上面側に設けられた上電極１１０と、その下面側に設けられた下電極１０８とで構成されている。圧電素子１０８〜１１０は、基板１０１にエッチングによって形成された空間１２０で取り囲まれている。基板１０１に液相の異方性エッチングで空間１２０を形成した場合には、空間１２０を形成する基板１０１のエッチング面はＳｉ｛１１１｝面である。

このような構成を有するインクジェット記録ヘッドでは、不図示の液体溜めから液体供給口１０１ｂに流入し連通孔１２１を通って圧力発生室１１５内に供給された液体は、符号１２２の経路で示すように、振動板１１１の変形によって吐出口１１９から外部に吐出され、吐出口１１９に対向配置された記録媒体に付着する。これにより、記録媒体に画像が記録される。

次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造プロセスの一例を図５〜図９を使って順を追って説明する。
（１）まず、図３に示すように、表面の面方位が｛１１０｝であるシリコン基板１０１を熱酸化して両面に酸化膜１０２を形成し、上面側の酸化膜１０２を部分的にエッチングして、振動板背面空間１０１ａと液体供給口１０１ｂを形成するための所定のパターン１０３を形成する。
（２）さらに、パターン１０３の部分を、高密度プラズマエッチング装置（ＩＣＰ）で上面から見た図８のように長方形にエッチングして、溝（凹部）１０４を形成する。溝１０４の深さは２〜４μｍ程度である。溝１０４は、長方形の長辺が基板１０１の｛１１１｝面と等価の面に平行になるように形成する。

以下では異方性エッチングを用いたプロセスを記述しているが、基板１０１の貫通エッチングにＩＣＰを用いるのであればシリコン基板の面方位に制限はない。
（３）さらに、基板１０１の上面の液体供給口１０１ｂを形成する部分の酸化膜１０２を除去する。そして、ＬＰＣＶＤ法などによってポリシリコンまたはアモルファスシリコンを堆積して、液体供給口１０１ｂを形成する部分と溝１０４およびその周囲の部分に犠牲層１０５を形成する（図９参照）。

このとき、液体供給口１０１ｂを形成する部分の犠牲層１０５は図９のように狭角が７０．５度をなす平行四辺形とし、その平行四辺形の長辺が基板１０１の｛１１１｝面と等価の面に平行になるように配置する。
（４）次に、この基板１０１の上面上に、ＣＶＤ法でＳｉ₃Ｎ₄膜１０６とＳｉＯ₂膜１０７とを堆積する。厚さはそれぞれ１０００〜４０００Å（１００〜４００ｎｍ）である。

この工程では、Ｓｉ₃Ｎ₄膜１０６とＳｉＯ₂膜１０７とのどちらかを単独で堆積しても良い。
（５）振動板１１１の後背部を形成する犠牲層１０５に合わせて、高温に耐えることができるＰｔ／Ｔｉ等の金属で下電極１０８を形成する。さらに、この下電極１０８上に、スパッター等の方法でチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の薄膜を堆積後にパターニングして圧電体部１０９を形成する。この圧電体部１０９を形成した後に、Ｏ₂雰囲気下で６８０℃、５時間の焼成を行う。さらに、圧電体部１０９の上に高温に耐えるＰｔ／Ｔｉなどの金属を堆積した後にパターニングして上電極１１０を形成する。また、そのパターニングに用いたレジストでＰＺＴのパターニングも行う。以上により、溝１０４内に圧電素子１０８〜１１０を構成する。
（６）次に、図６に示すように、基板１０１の上面上にプラズマＣＶＤ等を使ってＳｉＮ_x膜を堆積してこれをパターニングし、振動板１１１を形成する。振動板１１１の膜厚は１〜４μｍ程度である。この後、基板１０１の上面側の、液体供給口１０１ｂを形成する部分の上のＳｉＯ₂膜１０６はパターニングして除去しておく。
（７）次に、後工程で除去されて圧力発生室１１５等を構成するための型材となる第１パターン１１２を、振動板１１１の上に形成する。その形成方法としては印刷技術やフォトリソ技術を利用することができるが、微細パターンを形成できるので感光性樹脂を利用したフォトリソ技術が望ましい。第１パターン１１２の材料としては厚膜のパターニングが可能で、後にアルカリ溶液や有機溶剤で溶解除去可能なものが好ましい。そのような材料として、例えば、ＴＨＢシリーズ（ＪＳＲ製）やＰＭＥＲシリーズ（東京応化工業製）などを使用することができる。後述する実施例ではこの材料として東京応化工業製のＰＭＥＲ・ＨＭ−３０００を使用しているが、材料は当然これに限定されるものではない。第１パターン１１２の膜厚としては、１度塗りで形成する場合には６０μｍ以下、複数塗りで形成する場合でも９０μｍ以下とすることが、膜厚の分布やパターニング性の観点から好ましい。
（８）次に、第１パターン１１２上に導電層１１３をスパッタリング等により成膜する。導電層１１３の材料としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ等を使用することができる。樹脂（第１パターン１１２）と導電層１１３との密着性がある程度良好でなくては微細なパターンを形成することができないので、第１パターン１１２上に他の金属からなる膜を成膜した後にＰｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等を成膜して導電層１１３を形成しても良い。後に第１パターン１１２を除去する工程で吐出口１１９（図３参照）に対応する部分の導電層１１３を除去できる必要があるので、導電層１１３の厚さとしては１５００Å（１５０ｎｍ）以下が良く、最適には１０００Å（１００ｎｍ）以下である。導電層１１３の厚さが１５００Åより厚いと第１パターン１１２を除去する工程で吐出口１１９の部分の導電層１１３を完全に除去しきれない場合があるためである。

続いて、導電層１１３が形成された第１パターン１１２の上に、後に除去することで吐出口１１９を形成するための第２パターン１１４を形成する。第２パターン１１４の材料としては、ＴＨＢシリーズ（ＪＳＲ製）やＰＭＥＲシリーズ（東京応化工業製）などを使用できる。後述する実施例では東京応化工業製のＰＭＥＲ・ＬＡ−９００ＰＭを使用しているが、当然これに限られるものではなく、厚膜のパターニングが可能で後にアルカリ溶液や有機溶剤で除去可能なものであれば他の材料を用いても良い。第２パターン１１４の膜厚としては、第１パターン１１２よりパターニングの精度が必要であるため３０μｍ以下であることが好ましい。つまり、第１パターン１１２と第２パターン１１４の合計の膜厚を１２０μｍ以下に作成するのが好ましい。

圧力発生室１１５内に発生させた圧力を吐出力として効率良く利用するために、第１および第２パターン１１２，１１４は共に上面側が下面側より小さいテーパー状になっているのが好ましい。第１および第２パターン１１２，１１４の最適なテーパー形状は、コンピュータを用いたシミュレーションなどを利用して求めることができる。テーパーの形成方法としては様々な方法を用いることができるが、例えば、プロキシミティタイプの露光機を用いる場合には基板１０１とマスク（不図示）との間の距離（ギャップ）を露光中に徐々に離すことで形成することが可能である。また、グレイスケールマスクなどを利用しても形成することが可能である。当然、１／５や１／１０などの縮小露光を利用すれば微小な吐出口の形成が容易である。さらに、グレイスケールマスクを利用すれば単純なテーパー形状ではなく螺旋状にするなど複雑な形状に形成することも容易である。
（９）次に、圧力発生室１１５や吐出口１１９を含む液体流路を構成する流路構造体１１８をメッキ処理により形成する。メッキの種類には電気メッキや無電解メッキなどがあり、それらを適時使い分けることができる。電気メッキは処理液が安価である点、および廃液処理が簡易である点が有利である。無電解メッキはつき回りがよい点、均一な膜が形成できる点、およびメッキ皮膜が硬く耐摩耗性がある点で優れている。使い分けの例としては、まず電気メッキでＮｉ層を厚く形成し、その後、無電解メッキによりＮｉ−ＰＴＦＥ複合メッキ層を薄く形成して、流路構造体１１８を形成することができる。この場合、所望の特性の皮膜を持つメッキ層を安価に形成することができるという利点がある。

メッキ材料の種類としてはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕなどの単金属メッキ、合金メッキ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを析出させる複合メッキなどが挙げられる。耐薬品性や強度等の観点から、Ｎｉを用いることが好適である。また、メッキ膜に撥水性を与えるにはＮｉ−ＰＴＦＥ複合メッキなどを用いる。
（１０）前工程までで作成された基板１０１の上面側を後工程で用いられるエッチャントから保護するため、耐アルカリ性を持ち、後に有機溶剤などで除去可能な樹脂１１６で基板１０１の上面側を覆う。本実施形態では基板１０１の上面側を樹脂１１６で覆う構成としているが、これとは別に、基板１０１の下面側のみをエッチャントに接触させることが可能な治具に基板１０１を装着する手法を用いることもできる。
（１１）続いて、基板１０１の下面側の酸化膜１０２を部分的にエッチングして、振動板背面空間１０１ａと液体供給口１０１ｂを形成するための所定のパターンを形成する。これらのパターンは、図２に示すように平行四辺形の形状を有している。さらに、基板１０１の下面側の平行四辺形のパターンの狭角の近傍部分に、レーザー加工などによって先導孔（不図示）を開けても良い。これにより、基板１０１の異方性エッチングを行う際に平行四辺形の狭角の部分から発生する斜めのエッチングによって基板１０１の｛１１１｝面が傾斜することを抑制することができる。この先導孔はエッチングストップ層に限りなく近くまで到達していることが好ましい。先導孔の深さは、一般には基板１０１の厚さの６０％、以上好ましくは７０％以上、最適には８０％以上である。当然のことであるが、先導孔は基板１０１を貫通してはならない。

この基板１０１をエッチャントに浸漬し、｛１１１｝面が露出するように異方性エッチングすれば、平面形状が平行四辺形の振動板背面空間１０１ａおよび液体供給口１０１ｂを基板１０１に形成することができる。このとき用いることができるアルカリ系エッチャントとしてはＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド）などがあるが、環境の面からはＴＭＡＨを好適に使用することができる。

エッチング後は、耐アルカリ性の保護膜である樹脂１１６を有機溶剤などで溶解除去する。治具を使用した場合には基板１０１を治具から外す。そして、エッチングストップ層として機能する犠牲層１０５をドライエッチング等で除去する。これにより、圧電素子１０８〜１１０を取り囲む空間１２０が形成される。
（１２）最後に、圧力発生室１１５や吐出口１１９を含む流路を形成する第１および第２パターン１１２，１１４をアルカリ溶液や有機溶剤によって除去する。

以上の工程により、図１等に示したインクジェット記録ヘッドが完成する。

なお、インクジェット記録ヘッドの作製工程は上記に説明した工程に限られず、例えば、基板１０１のエッチングを、エッチャントを用いた異方性エッチングに代えて、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）によるエッチングで行うことも可能である。この場合には、最初の犠牲層１０５の埋め込み工程が不要になる。また、メッキのシードの形成に関し、シードの形成領域や形成の手順を入れ替えても良い。

（実施例１）
本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施例を図１〜図４を参照して説明する。

本実施例では、基板１０１として厚さ６３５μｍのＳｉ｛１１０｝ウエハを用いた。基板１０１には振動板１１１の下面側に圧電素子１０８〜１１０を設け、異方性エッチングによって基板１０１に振動板背面空間１０１ａを形成し、圧電素子１０８〜１１０の周囲に空間１２０を形成した。これと同時に、液体供給口１０１ｂを基板１０１に形成した。

振動板１１１は、Ｓｉ基板１０１の上面にＳｉＮ_xを２μｍの厚さで堆積し、これをパターニングして形成した。

圧電体膜１０９は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を２μｍの厚さで堆積しパターニングして形成した。上電極１１０はＰｔ／Ｔｉを１５００／５０Å（１５０／５ｎｍ）の厚さにそれぞれ堆積し、パターニングして形成した。下電極１０８は、Ｐｔ／Ｔｉの積層膜を１５００／５０Å（１５０／５ｎｍ）の厚さに堆積し、パターニングして形成した。圧電素子１０８〜１１０の下面側には、ＳｉＯ₂を２０００Å（２００ｎｍ）の厚さに堆積しパターニングして保護膜１０７を形成した。圧電素子１０８〜１１０の周囲には空間１２０が設けられているため、圧電素子１０８〜１１０および振動板１１１が変形したときに基板１０１に接触することがないので、圧電素子１０８〜１１０および振動板１１１の変形が拘束されることはなく、それらを十分に変位させることができる。

振動板１１１の短辺の長さは６７μｍ、長辺の長さは３ｍｍとした。この寸法での振動板１１１の最大変位は１６０ｎｍであった。

基板１０１上には、圧力発生室１１５を個別に形成した。圧力発生室１１５の壁部材の材質はＮｉからなり、その壁部材はメッキによって形成した。圧力発生室１１５の内壁の高さは６０μｍ、壁部材の厚さは２０μｍとした。圧力発生室１１５の一端には連通孔１２１を設け、各圧力発生室１１５を共通液室に連通させた。

圧力発生室１１５の他端の上部には上側開口の直径が２０μｍで下側開口の直径が３０μｍの吐出口１１９を形成した。これにより、圧力発生室１１５内の液体を振動板１１１の変形によって符号１２２に示す経路を通って吐出口１１９から吐出させることで、吐出された液体が記録媒体に付着して画像を記録することが可能になる。

図１は図３に示したインクジェット記録ヘッドの上面側を示す図である。ただし、電極等の図示は省略している。

本実施例では、圧力発生室１１５を、基板１０１のＳｉ｛１１１｝面に対して垂直な方向に１５０個並列して配置した。ノズルの配列ピッチ（吐出口１１９の配列ピッチ）は８４．７μｍとした。なお、各圧力発生室１１５は長手方向が基板１０１の｛１１１｝面と平行に形成している。

図２は図３に示したインクジェット記録ヘッドの下面側を示す図である。

本実施例では、基板１０１のＳｉ｛１１１｝面と平行に、狭角が７０．５度をなす平行四辺形の長辺が配置されるように、エッチングによって振動板背面空間１０１ａおよび液体供給口１０１ｂを形成した。振動板背面空間１０１ａの長辺方向の長さは２．７ｍｍとし、液体供給口１０１ｂの長辺方向の長さは５００μｍとした。

上記のように構成した本実施例のインクジェット記録ヘッドは、圧電素子１０８〜１１０と振動板１１１がＳｉ基板１０１の振動板背面空間１０１ａを形成する壁に囲まれるので、圧電素子１０８〜１１０等をより確実に保護することができ、そのため、記録ヘッドの電気実装時にも圧電素子１０８〜１１０等が破壊されることはなかった。また、振動板１１１全体が基板１０１に支持されているので記録ヘッドの機械的な強度は高い。さらに、圧力発生室１１５内の振動板１１１は平面形状であるため圧力発生室１１５内の流れ抵抗を損なうことがないので、液体の吐出周波数を高めることが可能である。

この記録ヘッドを用いて、粘度２ｃｐ（２×１０^-3Ｐａ・ｓ）の水性インクを使用して、吐出周波数２０ｋＨｚで１．５ｐｌの液滴を吐出口１１９から吐出させたところ、記録ヘッドのノズル列方向の幅１２．５ｍｍにわたって不吐出のない高品位な記録物が得られた。
（実施例２）
本発明のインクジェット記録ヘッドの製造プロセスの一実施例を、図５〜図９を参照して説明する。
（１）外径φ１５０ｍｍ、厚さ６３０μｍ、表面の面方位が｛１１０｝であるシリコン基板１０１を熱酸化して酸化膜１０２を形成し、上面側の酸化膜１０２を部分的にエッチングしてパターン１０３を形成し（図５（１））、さらにパターン１０３の部分を高密度プラズマエッチング装置（ＩＣＰ）で上面から見た図８のように長方形にエッチングして溝１０４を形成した（図５（２））。溝１０４の深さは３μｍとした。長方形の溝１０４の長辺の長さは３ｍｍ、短辺の長さは７０μｍとし、その長辺は｛１１１｝面と等価の面に平行になるように形成した。
（２）さらに、液体供給口１０１ｂに相当する部分の酸化膜１０２を除去し、ＬＰＣＶＤ法でポリシリコン膜を３０００Å（３００ｎｍ）の厚さに堆積して、液体供給口１０１ｂに相当する部分と溝１０４およびその周囲部分に犠牲層１０５を形成した（図５（３））。

このとき、液体供給口１０１ｂを成す部分の犠牲層１１５は図９に示すように狭角が７０．５度をなす平行四辺形とし、平行四辺形の長辺および短辺は｛１１１｝と等価の面に平行になるように配置する。
（３）この基板１０１上に、エッチングストップ層としてのＳｉ₃Ｎ₄膜１０６をＬＰＣＶＤ法によって３０００Å（３００ｎｍ）の厚さに堆積し、さらにその上にＳｉＯ₂膜１０７を熱ＣＶＤ法によって２０００Å（２００ｎｍ）の厚さに堆積した（図５（４））。
（４）振動板の下面部を形成する犠牲層１０５に合わせて、Ｐｔ／Ｔｉを１５００／５０Å（１５０／５ｎｍ）の厚さにそれぞれ堆積してこれをパターニングし、下電極１０８を形成した（図５（５））。
（５）この下電極１０８上に、ＰＺＴからなる薄膜をスパッター法で２μｍの厚さに堆積して成膜を行い、その後にＯ₂雰囲気下で６８０℃、５時間の焼成を行った。これにより、圧電体部１０９を形成した（図５（５））。
（６）圧電体部１０９上に、Ｐｔ／Ｔｉを１５００／５０Å（１５０／５ｎｍ）の厚さにそれぞれ堆積してこれをパターニングし、上電極１１０を形成した。そして、同じレジストを用いてＰＺＴ膜である圧電体部１０９もパターニングした。以上により、圧電素子１０８〜１１０を形成した（図５（５））。
（７）次に、このようにして形成した圧電素子１０８〜１１０の上に、プラズマＣＶＤ等を使って、ＳｉＮ_x膜を２μｍの厚さに堆積してこれをパターニングし、振動板１１１を形成した（図６（６））。この後、液体供給口１２１を成す部分の上のＳｉＯ₂膜１０７をパターニングして除去した。
（８）振動板１１１上に圧力発生室１１５の型材である第１のパターン１１２をスピンナで６０μｍの厚さに形成し、これを乾燥した後にパターニングした（図６（７））。第１のパターン１１２には、ＰＭＥＲ・ＨＭ−３０００ＰＭ（東京応化工業製）を使用した。
（９）振動板１１１および第１のパターン１１２の上にメッキを行う際に用いる導電層１１３を形成した（図６（８））。導電層１１３は、Ｔｉ／Ｃｕをそれぞれ２５０／７５０Å（２５／７５ｎｍ）の厚さにスパッタリングにより成膜し、それをパターニングすることで形成した。Ｔｉ層は基板に対するＣｕ層の密着性向上や導電性向上を目的として成膜した。
（１０）導電層１１３の上に、吐出口の型材となる第２のパターン１１４をスピンナで２５μｍの厚さに形成し、これを乾燥した後にパターニングした（図６（８））。第２のパターン１１４にはＰＭＥＲ・ＬＡ−９００ＰＭ（東京応化工業株式会社製）使用し、その露光にはプロキシミティタイプの露光機を使いた。露光時にマスクと基板とのギャップを１００μｍにすることで、第２のパターン１１４をテーパー形状にした。
（１１）次に、導電層１１３の上に電気メッキでＮｉ層を２０μｍの厚さに形成し、その後無電解メッキによりＮｉ−ＰＴＦＥ複合メッキ層を３μｍの厚さに形成して、圧力発生室１１５を形成する壁部材となる流路構造体１１８を形成した（図６（９））。
（１２）次に、基板１０１の上面側を保護するために環化ゴム系樹脂１１６を基板１０１の上面側に塗布した（図７（１０））。環化ゴム系樹脂１１６にはＯＢＣ（東京応化工業製）を使用した。その後、基板１０１の下面側の酸化膜１０２を、図２に示す振動板背面空間１０１ａおよび液体供給口１０１ｂを成す平行四辺形の形状にパターニングし、それらの平行四辺形の狭角の近傍部分にレーザー加工を施して、基板１０１に先導孔（不図示）を開けた。先導孔の深さは基板１０１の厚さの８０％にした。そして、基板１０１の下面側に対して、ＴＭＡＨ２２ｗｔ％、８０℃にて、異方性エッチングを所定の時間行った。これにより、基板１０１に振動板背面空間１０１ａおよび液体供給口１０１ｂが形成されると共に、振動板背面空間１０１ａ内の犠牲層１０５がエッチングされて圧電素子１０８〜１１０の周囲には空間１２０が形成された（図７（１１））。
（１３）この異方性エッチングを行った後、環化ゴム系樹脂１１６をキシレンで除去し、その後、圧電素子１０８〜１１０の下面側に残ったエッチングストップ層としてのＳｉ₃Ｎ₄層１０６をケミカルドライエッチング（ＣＤＥ法）で除去した（図７（１１））。これにより、圧電素子１０８〜１１０が完成した。最後にダイレクトパス（荒川化学工業製）を使って、第１および第２のパターン１１２，１１４を除去した（図７（１２））。その溶剤としては、パインアルファＳＴ−３８０（荒川化学工業株式会社製）を使用した。

このようにして完成した記録ヘッドの吐出口１１９の上側開口の径は１５μｍであり、下側開口の径は３０μｍであった。圧力発生室１１５の壁部材の厚さは２３μｍであった。形成された振動板背面空間１０１ａの長辺方向の長さは３ｍｍ、液体供給口１０１ｂの長辺方向の長さは５００μｍであった。

この記録ヘッドを使って、粘度２ｃｐ（２×１０^-3Ｐａ・ｓ）の水性インクを用いて、吐出周波数２５ｋＨｚで３ｐｌの液滴を吐出させたところ、不吐出のない高品位な記録物が得られた。また連続吐出試験で連続して１×１０¹⁰回吐出させたところ、吐出性能に変化はなかった。
（実施例３）
本発明のインクジェット記録ヘッドの製造プロセスの他の実施例を、図１０〜図１３を参照して説明する。
（１）外径φ１５０ｍｍ、厚さ２００μｍのシリコン基板２０１に、熱酸化によって酸化膜２０２を６０００Å（６００ｎｍ）の厚さに形成し、上面側の酸化膜２０２を部分的にエッチングして開口部２０３を形成した（図１０（１））。
（２）開口部２０３を高密度プラズマエッチング装置（ＩＣＰ）でエッチングして、深さ３μｍの溝部２０４を形成した（図１０（２））。
（３）基板２０１の上面側に、エッチングストップ層としてＬＰＣＶＤ法でＳｉ₃Ｎ₄膜２０５を３０００Å（３００ｎｍ）の厚さに堆積し、さらに保護膜として熱ＣＶＤ法でＳｉＯ₂膜２０６を２０００Å（２００ｎｍ）の厚さに堆積した（図１０（３））。
（４）次に、図１０（４）に示すように、溝部２０４内に５０Å（５ｎｍ）の厚さのＴｉと１５００Å（１５０ｎｍ）の厚さのＰｔとをスパッター法で堆積して下電極２０７を形成した。下電極２０７上にスパッター法でＰＺＴの単結晶を２μｍの厚さに堆積し、Ｏ₂雰囲気下で６８０℃で５時間のアニールを行って圧電素子膜２０８を形成した。さらに、圧電素子膜２０８上に５０Å（５ｎｍ）の厚さのＴｉと１５００Å（１５０ｎｍ）の厚さのＰｔとをスパッター法で堆積し、パターニングして上電極２０９を形成した。
（５）基板２０１の上面上に、ＳｉＮ_x膜をプラズマＣＶＤ法を用いて２μｍの厚さに堆積し、これをパターニングして振動板２１０を形成した（図１１（５））。液体供給口（不図示）につながる部分のＳｉＯ₂膜２０６をエッチングにより除去した。
（６）基板２０１の上面上に、圧力発生室の型材となる第１のパターン２１１を形成した（図１１（６））。第１のパターン２１１は、ＰＭＥＲ・ＨＭ−３０００ＰＭ（東京応化工業製）をスピンナで６０μｍの厚さに形成し、乾燥した後にパターニングすることで形成した。
（７）振動板２１０および第１のパターン２１１の上にメッキを行う際に用いる導電層２１２を形成した（図１１（７））。導電層２１２は、Ｔｉ／Ｃｕをそれぞれ２５０／７５０Å（２５／７５ｎｍ）の厚さにスパッタリングにより成膜し、それをパターニングすることで形成した。Ｔｉ層は基板に対するＣｕ層の密着性向上や導電性向上を目的として成膜した。
（８）導電層２１２の上に、吐出口の型材となる第２のパターン２１３をスピンナで２５μｍの厚さに形成し、これを乾燥した後にパターニングした（図１１（７））。第２のパターン２１３にはＰＭＥＲ・ＬＡ−９００ＰＭ（東京応化工業株式会社製）使用し、その露光にはプロキシミティタイプの露光機を使いた。露光時にマスクと基板とのギャップを１２０μｍにすることで、第２のパターン２１３をテーパー形状にした。
（９）次に、導電層２１２の上に電気メッキでＮｉ層を２０μｍの厚さに形成し、その後無電解メッキによりＮｉ−ＰＴＦＥ複合メッキ層を３μｍの厚さに形成して、圧力発生室を形成する壁部材となる流路構造体２１４を形成した（図１１（８））。
（１０）基板２０１の下面側の酸化膜２０２を、図１３に示すように振動板背面空間および液体供給口を成す長方形形状にパターニング（２０２ａ）し、ＩＣＰにてＳｉ基板２０１をエッチングしてエッチング層であるＳｉ₃Ｎ₄膜２０５に到達するまで掘り込んで、振動板２１０の下面側に振動板背面空間２０１ａと液体供給口（不図示）を形成した（図１２（９））。このときに圧電素子２０７〜２０９の周囲に空間２１６ができるように、基板２０１の下面側のＳｉＯ₂膜２０２のパターンを設計した。
（１１）エッチングストップ層であるＳｉ₃Ｎ₄膜２０５をケミカルドライエッチング（ＣＤＥ法）で除去し、最後にダイレクトパス（荒川化学工業製）を使って各パターン２１１，２１３を除去した（図１２（１０））。このとき、溶剤としてパインアルファＳＴ−３８０（荒川化学工業株式会社製）を使用した。

このようにして完成した記録ヘッドの吐出口の上側開口の径は２５μｍであり、下側開口の径は３５μｍであった。圧力発生室の壁部材の厚さは２１μｍであった。形成された振動板背面空間２０１ａの長辺方向の長さは３ｍｍ、液体供給口２０１ｂの長辺方向の長さは５００μｍであった。

この記録ヘッドを使って、粘度２ｃｐ（２×１０^-3Ｐａ・ｓ）の水性インクを用いて、吐出周波数２５ｋＨｚで１５ｐｌの液滴を吐出させたところ、不吐出のない高品位な記録物が得られた。また連続吐出試験で連続して１×１０¹⁰回吐出させたところ、吐出性能に変化はなかった。

図１４は、実施例３で作製されたインクジェット記録ヘッドのうちの並列する２つのノズル部を示す断面図である。
（実施例４）
図１５は、実施例３の工程（１０）においてＳｉ基板の下面側に図１３に示すようなパターン２０２ａを形成せずに、ＩＣＰでＳｉ基板を全部エッチングで取り去ったものを示している。

［比較例］
図１６は、実施例２の工程（１）でＳｉ基板に溝を形成せずに基板上に積層する形で圧電素子を作製し、圧電素子の下側と両側にポリシリコンの犠牲層を配置して、振動板背面空間４０４を形成したものである。このインクジェット記録ヘッドで連続吐出試験を行ったところ、３×１０⁷回の吐出で振動板４０２の角部４０３に亀裂が発生して吐出不能になるヘッドがあった。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの平面図である。 図１に示したインクジェット記録ヘッドの底面図である。 図１に示したＡ−Ａ線における断面図である。 図１に示したＢ−Ｂ線における断面図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの他の製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの他の製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの他の製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの他の製造プロセスを説明する図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドのうちの並列する２つのノズル部を示す断面図である。 本発明によって製造されたインクジェット記録ヘッドの変形例を示す断面図である。 インクジェット記録ヘッドの比較例を示す断面図である。

符号の説明

１０１ 基板
１０１ａ 振動板背面空間
１０１ｂ 液体供給口
１０８ 下電極
１０９ 圧電体膜
１１０ 上電極
１１１ 振動板
１１７ 圧力発生室
１１９ 吐出口

Claims (7)

1. 液体を吐出する吐出口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に対応して設けられる圧電素子と、前記圧力発生室と前記圧電素子との間に設けられる振動板と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   平板状の基板の一方の主面に凹部を有する当該基板を用意する用意工程と、
   前記凹部内に前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
   前記基板の一方の主面と前記圧電素子との上に平坦な前記振動板を形成する振動板形成工程と、
   前記振動板の上に前記圧力発生室を形成する圧力発生室形成工程と、
   前記基板の少なくとも前記圧電素子の周辺を除去する除去工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記用意工程と前記圧電素子形成工程との間において、選択的にエッチングを行うことが可能な犠牲層を前記凹部内に形成する工程と、耐エッチング性を有するパッシベーション層を少なくとも前記犠牲層の上に形成する工程と、を更に有する請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記基板の一部と前記パッシベーション層の一部とを除去することにより、前記圧力発生室に連通する液体供給口を前記基板に形成する工程を更に有する請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記圧力発生室形成工程は、前記圧力発生室となる第１のパターンを前記振動板の上に形成する工程と、前記第１のパターンの上に前記圧力発生室の壁を構成する部材となる第２のパターンを形成する工程と、前記第１のパターンを除去して前記圧力発生室を形成する工程と、を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記第１のパターンを除去して前記圧力発生室を形成する工程は、前記除去工程の後に行う請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記基板は表面の面方位が｛１１０｝であるシリコンからなる請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記除去工程は結晶軸異方性エッチングによって行う請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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