JP2007160812A - 貫通方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを向上してコストを削減した貫通方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】厚さ方向に貫通した第１貫通孔１３が形成されるシリコン単結晶基板からなるベース基板１１０の一方面側の前記第１貫通孔１３が形成される領域に、第１金属層９３をスパッタリング法により形成した後、該第１金属層９３上に第２金属層９４をメッキ法により形成して隔離層１９１を形成すると共に、前記ベース基板１１０の一方面側に前記第１貫通孔１３が形成される領域に相対向する領域に第２貫通孔３１が形成されたシリコン単結晶基板からなる接合基板１３０を接合した後、前記ベース基板１１０を他方面側から異方性エッチングすることにより前記第１貫通孔１３を形成して前記隔離層１９１を露出し、その後、前記第１貫通孔１３と第２貫通孔３１との間の前記隔離層１９１を貫通する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ベース基板と接合基板とを接合後、ベース基板を異方性エッチングすることにより貫通孔を形成して、ベース基板の貫通孔と接合基板の貫通孔との間の隔離層を貫通する貫通方法及び液体を噴射す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。

液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合され連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを具備するものがある（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法としては、流路形成基板の一方面にボロンドープ層を形成後、この流路形成基板の一方面側にリザーバ部を有するリザーバ形成基板を接合し、その後、流路形成基板を他方面側から異方性エッチングにより圧力発生室及び連通部を形成した後、ボロンドープ層からなる隔離層を貫通してリザーバ部と連通部とを連通させてリザーバを形成している。このような製造方法によりインクジェット式記録ヘッドを形成することにより、流路形成基板に圧力発生室及び連通部を形成する際に、隔離層によりエッチング液が連通部及びリザーバ部を介してリザーバ形成基板側に流れ出てリザーバ形成基板がエッチングされるのを防止している。

しかしながら、連通部とリザーバ部とを隔離する隔離層をスパッタリング法により形成すると、流路形成基板上にパーティクルが存在した場合、スパッタリング法により形成した隔離層は、パーティクル部分でのカバレッジが悪いため、隔離層に穴が開いてしまい、この穴からエッチング液がリザーバ形成基板側に漏れ出してリザーバ形成基板が不用意にエッチングされてしまうため、歩留まりが低下してしまうという問題がある。

また、隔離層をスパッタリング法により形成する前に流路形成基板上を洗浄することで、大きなパーティクルを除去することができるものの、隔離層をスパッタリング法により形成した際にもパーティクルが発生するため、上述したのと同様の問題が発生する。

さらに、洗浄によるパーティクルの除去とスパッタリング法による隔離層の形成とを交互に繰り返し行って積層された隔離層を形成したとしても、上述したのと同様の問題が発生する。

また、スパッタリング法によりパーティクルの大きさよりも厚い隔離層を形成した場合には、穴を塞ぐことは可能であるが、隔離層の引っ張り側の内部応力によって隔離層に割れが生じてしまう虞があると共に、隔離層の形成に時間がかかってしまい高コストになるという問題がある。

なお、このような問題は、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だけでなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。また、このような問題は、液体噴射ヘッドの製造方法だけでなく、広くベース基板に隔離層を形成後、ベース基板に貫通孔をウェットエッチングにより形成すると共に、ベース基板の貫通孔とベース基板に接合された接合基板の貫通孔との間の隔離層を貫通する貫通方法においても同様に存在する。

特開２００５−２１９２４３号公報（第３〜５図、第６〜８頁）

本発明はこのような事情に鑑み、歩留まりを向上してコストを削減した貫通方法及び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。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、厚さ方向に貫通した第１貫通孔が形成されるシリコン単結晶基板からなるベース基板の一方面側の前記第１貫通孔が形成される領域に、第１金属層をスパッタリング法により形成した後、該第１金属層上に第２金属層をメッキ法により形成して隔離層を形成すると共に、前記ベース基板の一方面側に前記第１貫通孔が形成される領域に相対向する領域に第２貫通孔が形成されたシリコン単結晶基板からなる接合基板を接合した後、前記ベース基板を他方面側から異方性エッチングすることにより前記第１貫通孔を形成して前記隔離層を露出し、その後、前記第１貫通孔と第２貫通孔との間の前記隔離層を貫通することを特徴とする貫通方法にある。
かかる第１の態様では、スパッタリング法により形成した第１金属層の穴を、第２金属層をメッキ法により形成することで覆うことができ、エッチング液の液漏れを確実に防止して歩留まりを向上することができる。また、スパッタリング法により厚い第１金属層が不要となり、コストを低減することができる。さらに、スパッタリング法により形成した第１金属層の内部応力と、メッキ法により形成した第２金属層の内部応力とが互いに打ち消し合うため、内部応力によって隔離層に割れが生じるのを防止することができる。

本発明の第２の態様は、前記第２金属層を形成する前に、前記第１金属層の表面を洗浄することを特徴とする第１の態様の貫通方法にある。
かかる第２の態様では、第１金属層の表面を洗浄することにより、パーティクルを除去することができ、第２金属層で第１金属層を確実に覆うことができる。

本発明の第３の態様は、前記第１金属層を形成する際に、スパッタリング法を複数回繰り返し行って複数層の当該第１金属層を形成することを特徴とする第１又は２の態様の貫通方法にある。
かかる第３の態様では、各層にピンホールが形成されたとしても、面方向で各層のピンホールが一致することはなく、エッチング液が隔離層を通過することを有効に防止することができる。

本発明の第４の態様は、複数層の前記第１金属層を形成する際に、各層を形成した後、当該第１金属層の表面を洗浄することを特徴とする第３の態様の貫通方法にある。
かかる第４の態様では、第１金属層のパーティクルが洗浄により除去された場合、そのパーティクルの大きさによっては、パーティクルが除去された部分にメッキ法でも覆えない程の大きな穴が第１金属層に開いてしまう可能性があるが、複数層の第１金属層を洗浄しながら積層することにより、パーティクルを確実に除去することができると共に第１金属層の各層に大きな穴が開いたとしても、面方向で各層の大きな穴が一致することはなく、エッチング液が隔離層を通過することを有効に防止することができる。

本発明の第５の態様は、前記隔離層が、金（Ａｕ）からなることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の貫通方法にある。
かかる第５の態様では、金からなる隔離層によって、エッチング液の液漏れを確実に防止できる。

本発明の第６の態様は、前記隔離層の最下層として密着層を形成することを特徴とする第１〜５の何れかの態様の貫通方法にある。
かかる第６の態様では、隔離層を密着層によりベース基板上に確実に形成することができる。

本発明の第７の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する複数の圧力発生室及び該圧力発生室に連通する連通部が形成されると共に、当該圧力発生室内に液体を噴射させるための圧力変化を付与する圧力発生手段を有する流路形成基板の一方面側の少なくとも前記連通部が形成される領域に、第１金属層をスパッタリング法により形成後、該第１金属層上に第２金属層をメッキ法により形成して前記第１金属層及び前記第２金属層からなる隔離層を形成する工程と、前記流路形成基板の一方面側に、前記連通部に連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を接合する工程と、前記流路形成基板を他方面側から異方性エッチングすることにより、前記圧力発生室及び前記連通部を形成し、前記連通部に相対向する領域の前記隔離層を露出する工程と、前記隔離層を貫通して前記連通部と前記リザーバ部とを連通させる工程とを具備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。
かかる第７の態様では、スパッタリング法により形成した第１金属層の穴を、第２金属層をメッキ法により形成することで覆うことができ、エッチング液の液漏れを確実に防止して、リザーバ形成基板側にエッチング液が回り込むのを防止することができ、歩留まりを向上することができる。また、スパッタリング法により厚い第１金属層が不要となり、コストを低減することができる。さらに、スパッタリング法により形成した第１金属層の内部応力と、メッキ法により形成した第２金属層の内部応力とが互いに打ち消し合うため、内部応力によって隔離層に割れが生じるのを防止することができる。

本発明の第８の態様は、前記隔離層を前記圧力発生手段の配線層と同一層で形成することを特徴とする第７の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第８の態様では、製造工程を簡略化してコストを削減することができる。

本発明の第９の態様は、前記第１金属層及び第２金属層を前記流路形成基板の全面に形成後、当該第１金属層及び第２金属層をパターニングすることで前記隔離層を形成することを特徴とする第７及び８の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第９の態様では、第１金属層と第２金属層とを同時にパターニングすることで、メッキ液による第１金属層より下の膜への侵食や異常析出を防ぐことができるため、この金属層をリード電極としても使用して同時に形成することが可能となり、製造工程を簡略化してコストを削減することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。図示するように、ベース基板となる流路形成基板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、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。

流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。連通部１３は、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

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とは反対側の端部近傍に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、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられるマスク膜５４を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５１が形成されている。さらに、この絶縁体膜５１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１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍ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。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としても良い。

また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、密着層９１及び金属層９２からなる配線層１９０で構成されるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。また、詳しくは後述するが、連通部１３の開口周縁部に対応する領域の振動板、すなわち、弾性膜５０及び絶縁体膜５１上にも、密着層９１及び金属層９２からなるがリード電極９０とは不連続の配線層１９０が存在している。また、配線層１９０を構成する金属層９２は、詳しくは後述するが、スパッタリング法により形成された第１金属層９３と、第１金属層９３上にメッキ法により形成された第２金属層９４とが積層されて構成されている。

ここで、金属層９２の主材料としては、比較的導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）が挙げられ、本実施形態では金（Ａｕ）を用いている。また、密着層９１の材料としては、金属層９２の密着性を確保できる材料であればよく、具体的には、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン化合物（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケルクロム化合物（ＮｉＣｒ）等が挙げられ、本実施形態ではニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を用いている。

このような流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有して接合基板となるリザーバ形成基板３０が接着剤３５によって接着されている。リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１は、振動板、本実施形態では、弾性膜５０及び絶縁体膜５１のそれぞれに設けられた貫通部５２を介して連通部１３と連通され、これらリザーバ部３１及び連通部１３によってリザーバ１００が形成されている。

また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３２内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部３２は、密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。このようなリザーバ形成基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

また、リザーバ形成基板３０上には、所定パターンで形成された接続配線２００が設けられ、この接続配線２００上には圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２１０が実装されている。そして、各圧電素子３００から圧電素子保持部３２の外側まで引き出された各リード電極９０の先端部と、駆動ＩＣ２１０とが駆動配線２２０を介して電気的に接続されている。

さらに、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に対応する領域上には、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。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）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。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１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００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。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、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１００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、駆動ＩＣ２１０からの記録信号に従い、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、圧電素子３００及び振動板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からインクが吐出する。

以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５３を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。

次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５３）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５１を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５３）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５１を形成する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５１上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次に、図３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。また、圧電素子３００を形成後に、絶縁体膜５１及び弾性膜５０をパターニングして、流路形成基板用ウェハ１１０の連通部（図示なし）が形成される領域に、これら絶縁体膜５１及び弾性膜５０を貫通して流路形成基板用ウェハ１１０の表面を露出させた貫通部５２を形成する。

なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。

また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、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−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。

次に、図４（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って密着層９１を介して金属層９２を形成し、密着層９１と金属層９２とからなる配線層１９０を形成する。なお、密着層９１は、スパッタリング法により形成することができる。また、金属層９２は、密着層９１上にスパッタリング法により第１金属層９３を形成後、この第１金属層９３上にメッキ法により第２金属層９４を形成することにより形成される。

このように、配線層１９０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って形成することにより、貫通部５２はこの配線層１９０により封止される。そして、この配線層１９０上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を形成し、このマスクパターンを介して配線層１９０を圧電素子３００毎にパターニングすることによりリード電極９０を形成する。また、同時に配線層１９０を貫通部５２を覆う領域にパターニングすることによりリード電極９０とは不連続な配線層１９０からなる隔離層１９１を形成する。

このように、隔離層１９１として、スパッタリング法により形成した第１金属層９３と、第１金属層９３上にメッキ法により形成した第２金属層９４とすることで、第２金属層９４による第１金属層９３のカバレッジを向上して、穴の発生を防止することができる。すなわち、詳しくは後述するが、隔離層１９１をスパッタリング法により形成される第１金属層９３だけで構成すると、第１金属層９３を形成する前に流路形成基板用ウェハ１１０上にパーティクルが存在した場合、スパッタリング法により形成された第１金属層９３は、そのパーティクル部分でのカバレッジが悪いため、第１金属層９３に穴が開いてしまう。しかしながら、本発明のように、スパッタリング法により形成した第１金属層９３上にメッキ法により第２金属層９４を形成することで、第２金属層９４はパーティクル部分でのカバレッジが良く、隔離層に穴が形成されることがない。

これにより、詳しくは後述する圧力発生室１２及び連通部１３を形成する工程で使用するエッチング液が、隔離層１９１を通過してリザーバ形成基板用ウェハ１３０側に不用意に漏れ出るのを防止して、歩留まりを向上することができる。

また、本実施形態では、隔離層１９１をリード電極９０と同じ配線層１９０で同時に形成するようにしたため、製造工程を簡略化することができる。

なお、第１金属層９３をスパッタリング法を繰り返し行って複数層で構成してもよい。これにより、各層にピンホールが形成されたとしても、面方向で各層のピンホールが一致することはなく、圧力発生室１２等を形成する工程で使用するエッチング液が隔離層１９１を通過することを有効に防止することができる。

また、第１金属層９３を複数層で形成した場合、第１金属層９３の各層を形成した後、次の層を形成する前にその表面をスクラブ洗浄するようにするのが好ましい。すなわち、第１金属層９３を１層だけ形成した後、第２金属層９４を形成すると、第１金属層９３を形成した後の洗浄により大きなパーティクルが除去され、パーティクルが除去された部分の第１金属層９３に大きな穴が開いてしまう場合がある。この第１金属層９３に形成された大きな穴は、第２金属層９４をメッキ法により形成しても塞ぐことができない場合があるからである。このため、第１金属層９３をスパッタリング法により繰り返し行って、第１金属層９３の各層を形成した後、次の層を形成する前にその表面をスクラブ洗浄することにより、第１金属層９３の各層でパーティクルを除去した際に形成された大きな穴を次の層にて塞ぐことができ、その後の第２金属層９４をメッキ法により形成する際に、第２金属層９４で第１金属層９３を確実に覆うことができる。これにより、第１金属層９３を形成した際に発生したパーティクルを除去することができ、さらにカバレッジを向上することができる。

なお、このような金属層９２の主材料としては、比較的導電性の高い材料であれば特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）を用いることが好ましい。本実施形態では、第１金属層９３として、厚さが２００ｎｍの金（Ａｕ）を形成し、第２金属層９４として厚さが１．０μｍの金（Ａｕ）を形成した。

また、密着層９１の材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）又はクロム（Ｃｒ）等から選択される少なくとも一種の金属材料が挙げられるが、特に、チタンタングステン（ＴｉＷ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）等を用いるのが好ましい。本実施形態では、厚さが５０ｎｍのニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を形成した。

さらに、第２金属層９４を形成するメッキ法は、特に限定されず、例えば、無電解メッキ法、電解メッキ法が挙げられる。

次に、図４（ｂ）に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。ここで、このリザーバ形成基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されており、リザーバ形成基板用ウェハ１３０上には、上述した接続配線２００が予め形成されている。なお、リザーバ形成基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコンウェハであり、リザーバ形成基板用ウェハ１３０を接合することで流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。

次いで、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、更にフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ１１０を、約７０μｍの厚さとなるように加工した。次いで、図５（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５４を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図５（ｂ）に示すように、このマスク膜５４を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）して、流路形成基板用ウェハ１１０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。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０を、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のエッチング液によって弾性膜５０及び隔離層１９１が露出するまでエッチングすることより、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を同時に形成する。

このとき、貫通部５２は隔離層１９１によって封止されているため、貫通部５２を介してリザーバ形成基板用ウェハ１３０側にエッチング液が漏れ出ることがない。

すなわち、図６（ａ）に示すように、隔離層１９１Ａを、スパッタリング法により形成した第１金属層９３だけで構成すると、スパッタリング法により形成した第１金属層９３は、パーティクル４００の全面を覆うことができず、パーティクル４００の上面のみしか覆うことができないため、第１金属層９３に穴４０１が開いてしまう。そして、このような状態で、流路形成基板用ウェハ１１０の異方性エッチングを行うと、エッチング液が隔離層１９１Ａの穴４０１を介してリザーバ形成基板用ウェハ１３０側に漏れ出てしまい、リザーバ形成基板用ウェハ１３０上の接続配線２００やリザーバ形成基板用ウェハ１３０自体がエッチングされてしまう。

しかしながら、図６（ｂ）に示すように、第１金属層９３をスパッタリング法により形成した後、第１金属層９３上に第２金属層９４をメッキ法により形成して隔離層１９１を形成することで、第１金属層９３によってパーティクル４００が覆えない場合にも、第２金属層９４がパーティクル４００を覆うことができるため、隔離層１９１に穴が形成されることがない。したがって、本発明の隔離層１９１によれば、エッチング液が隔離層１９１を介してリザーバ形成基板用ウェハ１３０側に漏れ出るのを確実に防止することができる。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面に設けられている接続配線２００にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。また、リザーバ部３１内にエッチング液が浸入してリザーバ形成基板用ウェハ１３０がエッチングされる虞もない。

また、隔離層１９１は、スパッタリング法により形成された第１金属層９３の内部応力が引っ張り応力となり、メッキ法により形成された第２金属層９４の内部応力が圧縮応力となるため、各層の内部応力が互いに打ち消し合い、内部応力によって割れが生じることがない。すなわち、図６（ａ）に示すように、スパッタリング法で厚い第１金属層９３を形成し、この第１金属層９３のみを隔離層１９１Ａとすると、スパッタリング法により形成された厚い第１金属層９３は、引っ張り側の内部応力により隔離層１９１Ａに割れが生じてしまう虞がある。しかしながら、図６（ｂ）に示すように、隔離層１９１として、第１金属層９３と第２金属層９４とをそれぞれスパッタリング法とメッキ法とで形成したため、内部応力が互いに打ち消し合うことになり、隔離層１９１に割れが生じるのを防止することができる。

なお、このような圧力発生室１２等を形成する際、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の流路形成基板用ウェハ１１０側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＰＴＡ（ポリパラフェニレンテレフタルアミド）等からなる封止フィルムでさらに封止するようにしてもよい。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面に設けられた配線の断線等の不良をより確実に防止することができる。

次いで、図５（ｃ）に示すように、貫通部５２に対向する領域の隔離層１９１をエッチングにより除去し、貫通部５２を介して連通部１３とリザーバ部３１とを連通させてリザーバ１００を形成する。例えば、本実施形態では、所定のエッチング液によるウェットエッチングによって隔離層１９１を除去するようにした。このとき、リザーバ形成基板用ウェハ１３０と流路形成基板用ウェハ１１０との間の隔離層１９１は完全にエッチングされることはないため、貫通部５２の周縁部には配線層１９０が残存することになる。

このように、本実施形態では、隔離層１９１をウェットエッチングによって除去するようにしたので、極めて短時間で隔離層１９１を良好に除去することができる。

なお、本実施形態では、隔離層１９１をウェットエッチングによって除去しているが、これに限定されず、ドライエッチングによって除去するようにしてもよい。

このようにリザーバ１００を形成した後は、図２（ｂ）に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ１３０に形成されている接続配線２００上に駆動ＩＣ２１０を実装すると共に、駆動ＩＣ２１０とリード電極９０とを駆動配線２２０によって接続する。その後、流路形成基板用ウェハ１１０及びリザーバ形成基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０のリザーバ形成基板用ウェハ１３０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、リザーバ形成基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。

以上説明したように、本発明では、隔離層１９１として、第１金属層９３をスパッタリング法により形成した後、第１金属層９３上に第２金属層９４をメッキ法により形成するようにしたため、第１金属層９３の穴を、第２金属層９４により確実に覆うことができ、エッチング液の液漏れを確実に防止して、リザーバ形成基板用ウェハ１３０側へのエッチング液の回り込みを防止することができ、歩留まりを向上することができる。また、スパッタリング法により厚い第１金属層を形成する必要がなく、スパッタリング法による長時間の成膜が不要となって、製造時間を短縮することができると共に、コストを低減することができる。さらに、スパッタリング法により形成した第１金属層９３の内部応力と、メッキ法により形成した第２金属層９４の内部応力とが互いに打ち消し合うため、内部応力によって隔離層１９１に割れが生じるのを防止することができる。また、本実施形態では、第１金属層９３と第２金属層９４とを形成後、これらを同時にパターニングして隔離層１９１を形成するようにしたため、製造工程を簡略化してコストを削減することができる。

（実施例１〜４）
実施例１の隔離層として、第１金属層をスパッタリング法により２００ｎｍの厚さで形成後、第１金属層上に第２金属層をメッキ法により３０００ｎｍの厚さで形成した。

実施例２の隔離層として、第１金属層をスパッタリング法により２００ｎｍの厚さで形成後、第１金属層上に第２金属層をメッキ法により１０００ｎｍの厚さで形成した。

実施例３の隔離層として、第１金属層をスパッタリング法により２００ｎｍの厚さで形成後、第１金属層上に第２金属層をメッキ法により８００ｎｍの厚さで形成した。

実施例４の隔離層として、第１金属層をスパッタリング法により１００ｎｍの厚さで１層目を形成後、１層目上にスパッタリング法により１００ｎｍ厚さで２層目を形成した後、第１金属層上に第２金属層をメッキ法により１０００ｎｍの厚さで形成した。

なお、各実施例１〜４の隔離層は、各層を成膜する度にその表面をスクラブ洗浄して形成した。

（比較例１及び２）
比較例１の隔離層として、第１金属層をスパッタリング法により４００ｎｍの厚さで１層目を形成後、1層目上にスパッタリング法により４００ｎｍの厚さで２層目を形成した後、２層目上にスパッタリング法により４００ｎｍの厚さで３層目を形成した。すなわち、比較例１の隔離層として、スパッタリング法により３層が積層された第１金属層を形成した。

比較例２の隔離層として、第１金属層をスパッタリング法により２００ｎｍの厚さで１層目を形成後、１層目上にスパッタリング法により１０００ｎｍの厚さで２層目を形成した。すなわち、比較例２の隔離層として、スパッタリング法により２層が積層された第１金属層を形成した。

なお、各比較例１〜２の隔離層は、各層を成膜する度にその表面をスクラブ洗浄して形成した。

（試験例）
実施例１〜４と比較例１及び２との隔離層が形成された流路形成基板用ウェハをウェットエッチングすることにより圧力発生室１２及び連通部１３を形成し、エッチング液が隔離層を介して液漏れしたか測定した。この結果を下記表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜４の隔離層、すなわち、第１金属層をスパッタリング法により形成した後、第１金属層上に第２金属層をメッキ法により形成した隔離層は、エッチング液の液漏れが確認できなかった。これに対し、比較例１及び２の隔離層、すなわち、スパッタリング法を複数回繰り返し行って第１金属層を積層形成した隔離層は、エッチング液の液漏れが生じてしまった。

このように、隔離層として、第１金属層をスパッタリング法により形成した後、第１金属層上に第２金属層をメッキ法により形成することで、カバレッジを向上してエッチング液の液漏れを防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、圧電素子３００を形成した後に貫通部５２を形成したが、これとは反対に圧電素子３００を形成する前に貫通部５２を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態１では、隔離層１９１をリード電極９０と同一層で、リード電極９０とは不連続となるように形成したが、特にこれに限定されず、例えば、隔離層１９１をリード電極９０とは別途形成するようにしてもよい。勿論、リード電極９０と隔離層１９１の第１金属層９３とを同一層で形成した後、貫通部５２に相対向する領域のみに第２金属層９４をメッキ法により形成するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態１では、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って第１金属層９３及び第２金属層９４からなる金属層９２を形成後、これらを同時にパターニングするようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、第１金属層９３を形成後、パターニングしてから、第２金属層９４を所望の領域のみに形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態１では、流路形成基板用ウェハ１１０の貫通部５２に相対向する領域に隔離層１９１を形成するようにしたが、隔離層１９１の形成領域は特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドの各部材を位置決めするために用いるアライメント孔や、流路形成基板用ウェハ１１０とリザーバ形成基板用ウェハ１３０とを分割する際に使用されるミシン目などが形成される領域に、本発明の隔離層１９１を適用すれば、アライメント孔やミシン目を介してエッチング液が液漏れするのを防止することができる。

なお、上述した実施形態１においては、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挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、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噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。また、本発明は液体噴射ヘッドの製造方法に限定されず、第１貫通孔が設けられるベース基板と、第２貫通孔が設けられた接合基板との間に隔離層を形成し、ベース基板をウェットエッチングすることにより第１貫通孔を形成した後、隔離層を貫通して第１貫通孔と第２貫通孔とを連通させる貫通方法に広く適用することができるものである。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る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、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ リザーバ形成基板、 ３１ リザーバ部、３２ 圧電素子保持部、 ３５ 接着剤、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５１ 絶縁体膜、 ５０ａ，５１ａ 貫通孔、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 ９１ 密着層、 ９２ 金属層、 ９３ 第１金属層、 ９４ 第２金属層、 １００ リザーバ、 １１０ 流路形成基板用ウェハ、 １３０ リザーバ形成基板用ウェハ、 １９０ 配線層、 １９１ 隔離層、 ２００ 接続配線、 ２１０ 駆動ＩＣ、 ２２０ 駆動配線、 ３００ 圧電素子

Claims (9)

1. 厚さ方向に貫通した第１貫通孔が形成されるシリコン単結晶基板からなるベース基板の一方面の前記第１貫通孔が形成される領域に、第１金属層をスパッタリング法により形成した後、該第１金属層上に第２金属層をメッキ法により形成して隔離層を形成すると共に、前記ベース基板の一方面側に前記第１貫通孔が形成される領域に相対向する領域に第２貫通孔が形成されたシリコン単結晶基板からなる接合基板を接合した後、前記ベース基板を他方面側から異方性エッチングすることにより前記第１貫通孔を形成して前記隔離層を露出し、その後、前記第１貫通孔と第２貫通孔との間の前記隔離層を貫通することを特徴とする貫通方法。
2. 前記第２金属層を形成する前に、前記第１金属層の表面を洗浄することを特徴とする請求項１記載の貫通方法。
3. 前記第１金属層を形成する際に、スパッタリング法を複数回繰り返し行って複数層の当該第１金属層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の貫通方法。
4. 複数層の前記第１金属層を形成する際に、各層を形成した後、当該第１金属層の表面を洗浄することを特徴とする請求項３記載の貫通方法。
5. 前記隔離層が、金（Ａｕ）からなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の貫通方法。
6. 前記隔離層の最下層として密着層を形成することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の貫通方法。
7. 液体を噴射するノズル開口に連通する複数の圧力発生室及び該圧力発生室に連通する連通部が形成されると共に、当該圧力発生室内に液体を噴射させるための圧力変化を付与する圧力発生手段を有する流路形成基板の一方面側の少なくとも前記連通部が形成される領域に、第１金属層をスパッタリング法により形成後、該第１金属層上に第２金属層をメッキ法により形成して前記第１金属層及び前記第２金属層からなる隔離層を形成する工程と、前記流路形成基板の一方面側に、前記連通部に連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を接合する工程と、前記流路形成基板を他方面側から異方性エッチングすることにより、前記圧力発生室及び前記連通部を形成し、前記連通部に相対向する領域の前記隔離層を露出する工程と、前記隔離層を貫通して前記連通部と前記リザーバ部とを連通させる工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
8. 前記隔離層を前記圧力発生手段の配線層と同一層で形成することを特徴とする請求項７記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
9. 前記第１金属層及び第２金属層を前記流路形成基板の全面に形成後、当該第１金属層及び第２金属層をパターニングすることで前記隔離層を形成することを特徴とする請求項７及び８に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
   

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