JP2007175989A

JP2007175989A - 液体噴射ヘッドの製造方法

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Publication number: JP2007175989A
Application number: JP2005376595A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Shimada; 勝人島田; Shiro Yazaki; 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP4844717B2

Abstract

【課題】圧電素子の変位特性を均一化した液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板１０の一方面側に下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００を形成する工程と、前記圧電素子３００の外周面に無機絶縁材料からなる第１の保護膜１０１を形成する工程と、前記第１の保護膜１０１の前記圧電素子３００の上面の主要部に相対向する領域を前記上電極８０に達するまで除去して開口部１０１ａを形成する工程と、前記開口部１０１ａを含む前記圧電素子３００の外周面に相対向する領域に第２の保護膜１０２を形成することにより、前記第１の保護膜１０１及び前記第２の保護膜１０２からなる保護膜１００を形成すると共に該保護膜１００の前記圧電素子３００の上面の主要部に相対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部１０３を形成する工程とを具備する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。

インク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。

そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、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ある。このような圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題を有する。

そこで、このような圧電素子の破壊を防止すると共に圧電素子の変形を阻害しないようにするヘッド構造として、圧電素子を絶縁体からなる保護膜で覆うと共に、上電極の主要部に対応する領域に他の領域よりも薄い薄肉部を設けものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の構成では、保護膜の上電極の表面に薄肉部を設けることにより、圧電素子の外部環境に起因する破壊を防止することができるものの、薄肉部は、エッチング時間を調整するハーフエッチングにより形成されるため、薄肉部の厚さの管理が困難であり、均一な特性の圧電素子を得るのが困難であ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。

特開２００１−２６０３５７号公報（第５〜６頁、第７〜８図）

本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の変位特性を均一化した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、
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子の外周面に無機絶縁材料からなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜の前記圧電素子の上面の主要部に相対向する領域を前記上電極に達するまで除去して開口部を形成する工程と、前記開口部を含む前記圧電素子の外周面に相対向する領域に第２の保護膜を形成することにより、前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜からなる保護膜を形成すると共に該保護膜の前記圧電素子の上面の主要部に相対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部を形成す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１の態様では、第１の保護膜を除去して開口部を形成してから、第２の保護膜を形成して、第１及び第２の保護膜からなる保護膜に薄膜部を形成するようにしたため、薄膜部の厚さの制御を容易に行うことができ、圧電素子の変位にばらつきが生じるのを防止して、圧電素子の変位特性を均一化することができる。また、圧電素子を保護膜で覆うことにより、圧電素子の湿気等の外部環境に起因する破壊を確実に防止することができると共に、保護膜に薄膜部を設けることにより、保護膜が圧電素子の変位を阻害することなく、圧電素子の変位特性を向上することができる。

本発明の第２の態様は、前記開口部を形成する工程では、反応性ドライエッチングで行うことを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第２の態様では、上電極を除去することなく第１の保護膜のみを選択的に除去することができ、薄膜部の厚さの制御を容易に行って、圧電素子の変位特性を均一化することができる。

本発明の第３の態様は、前記第１の保護膜の前記上電極に対するエッチング選択比が１以上であることを特徴とする第２の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第３の態様では、上電極を除去することなく第１の保護膜のみを選択的に除去することができ、薄膜部の厚さの制御を容易に行って、圧電素子の変位特性を均一化することができる。

本発明の第４の態様は、前記第１の保護膜を酸化アルミニウムで形成すると共に、前記上電極をイリジウム又は白金で形成することを特徴とする第１〜３の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第４の態様では、第１の保護膜及び上電極を所定の材料で形成することにより、上電極を除去することなく第１の保護膜のみを選択的に除去することができ、薄膜部の厚さの制御を容易に行って、圧電素子の変位特性を均一化することができる。

本発明の第５の態様は、前記第１の保護膜と前記第２の保護膜とを同一の材料で形成することを特徴とする第１〜４の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第５の態様では、第１の保護膜と第２の保護膜とを同一材料で形成しても、薄膜部の厚さの制御を容易に行って、圧電素子の変位特性を均一化することができる。

本発明の第６の態様は、前記第２の保護膜を前記第１の保護膜よりも柔軟な材料で形成することを特徴とする第１〜４の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第６の態様では、薄膜部を第１の保護膜よりも柔軟な第２の保護膜で形成することにより、保護膜が圧電素子の変位を阻害するのをさらに防止して、液体の噴射特性を向上することができる。

本発明の第７の態様は、前記第１の保護膜を酸化アルミニウムで形成すると共に、前記第２の保護膜を二酸化シリコンで形成することを特徴とする第６の態様の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、薄膜部を第１の保護膜よりも柔軟な第２の保護膜で形成することにより、保護膜が圧電素子の変位を阻害するのをさらに防止して、液体の噴射特性を向上することができる。

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に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図及びＢ−Ｂ′断面図である。

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、その一方の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、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室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、各圧力発生室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。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部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、後述するマスク膜５１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、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からなり厚さが例えば、約０．３〜０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。

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３２０という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子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１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。

また、本実施形態では、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、圧電体層７０及び上電極膜８０の圧力発生室１２の幅方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた下電極膜６０及び上電極膜８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０が、図３（ｂ）に示すように、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。

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アクチュエータ装置と称する。なお、本実施形態では、下電極膜６０を複数の圧電素子３００の並設方向に亘って設け、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部を、圧力発生室１２に相対向する位置となるように設けた。また、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、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。

そして、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００を構成する下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０（圧電体能動部３２０）を覆うように耐湿性を有する保護膜１００が設けられている。具体的には、保護膜１００は、流路形成基板１０上に複数の圧電素子３００を連続して覆う第１の保護膜１０１と第２の保護膜１０２とで構成されている。

第１保護膜１０１は、圧電体層７０の側面と上電極膜８０の上面の周縁を覆うように設けられている。すなわち、上電極膜８０の上面の主要部は、第１の保護膜１０１が設けられておらず、上電極膜８０の上面の主要部を開口する開口部１０１ａとなっている。この開口部１０１ａは、保護膜１０１を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に形成されている。

また、第２の保護膜１０２は、第１の保護膜１０１上の開口部１０１ａを含む圧電素子３００の外周に相対向する領域に設けられている。すなわち、第１の保護膜１０１の開口部１０１ａによって露出された上電極膜８０は、第２の保護膜１０２のみによって覆われている。これにより、第１の保護膜１０１と第２の保護膜１０２とからなる保護膜１００は、圧電素子３００の上電極膜８０の上面の主要部に相対向する領域に、他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部１０３が設けられている。

ここで、薄膜部１０３（開口部１０１ａ）の長手方向の端部は、圧電体能動部３２０の長手方向の端部、すなわち、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部から所定の距離内側となるように設けるのが好ましい。

ここで、図２に示すように、薄膜部１０３の長手方向の端部と、圧電体能動部３２０の長手方向の端部との距離ｄは、薄膜部１０３の幅Ｗ_１が上電極膜８０の幅Ｗの５０％以上の場合（Ｗ_１≧Ｗ／２）には、距離ｄは上電極膜８０の幅Ｗの５０％以上（ｄ≧Ｗ／２）である。また、逆に薄膜部１０３の幅Ｗ_１が、上電極膜８０の幅Ｗの５０％より小さい場合（Ｗ_１＜Ｗ／２）には、距離ｄは薄膜部１０３の幅Ｗ_１以上（ｄ≧Ｗ_１）である。

そして、薄膜部１０３の幅Ｗ_１は、上電極膜８０の幅Ｗの２５〜７５％が好ましい。これは、例えば、開口部１０１ａの幅Ｗ_１が小さすぎると、詳しくは後述するが、保護膜１００が圧電素子３００（圧電体能動部３２０）の変位を阻害し、インクの吐出特性が低下してしまうと共に、薄膜部１０３の幅Ｗ_１が大きすぎると、薄膜部１０３が圧電体層７０の側面に達して圧電体層７０を第２の保護膜１０２のみで覆う虞があり、信頼性が低下してしまうからである。本実施形態では、上電極膜８０の幅Ｗを約４０μｍとしたため、薄膜部１０３の幅Ｗ_１を１０〜３０μｍとするのが好ましい。

このように圧電素子３００を第１の保護膜１０１及び第２の保護膜１０２からなる保護膜１００で覆うことにより、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子３００の破壊を防止することができる。また、本実施形態では、圧電素子３００の上面の主要部を第２の保護膜１０２だけで覆って、他の領域よりも薄い薄膜部１０３としたため、保護膜１００が圧電素子３００の変位を阻害することなく、インク吐出特性を向上することができる。

このような第１の保護膜１０１と第２の保護膜１０２とは、同一の材料を用いてもよいが、第２の保護膜１０２は主に上電極膜８０の開口部１０１ａによって露出された領域を覆うため、第２の保護膜１０２として第１の保護膜１０１よりも柔軟な材料を用いるようにしてもよい。これにより、保護膜１００が圧電素子３００の変位を阻害するのをさらに確実に防止して、インク吐出特性を向上することができると共に、圧電素子３００の外部環境に起因する破壊を防止することができる。

このような第１の保護膜１０１としては、耐湿性を有する材料、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いるのが好ましい。

また、第２の保護膜１０２としては、耐湿性を有する材料、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、例えば、第１の保護膜１０１にアルミナを用いた場合には、アルミナよりも柔軟な材料、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を用いるのが好適である。

なお、第１の保護膜１０１として酸化アルミニウムを用いて、第２の保護膜１０２として酸化シリコンを用いた場合には、保護膜１００の総膜厚を１００ｎｍ程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができると共に、圧電素子３００の変形を阻害することがない。

また、保護膜１００に薄膜部１０３の端部を上述のように圧電体能動部３２０の端部に基づいて規定することにより、圧電体能動部３２０の駆動によって圧電素子３００の圧電体能動部３２０と実質的に駆動しない圧電体非能動部との境界に応力が集中した際に、この境界周辺の剛性を低下させることなく、応力集中による圧電素子３００及び振動板の破壊を防止することができる。

この保護膜１００上には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、保護膜１００に設けられた接続孔１０４を介して一端部が上電極膜８０に接続されると共に、他端部が流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、延設された先端部は、後述する圧電素子を駆動する駆動回路と接続配線を介して接続されている。

また、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。

また、保護基板３０には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３２が設けられており、このリザーバ部３２は、上述したように、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１１０を構成している。また、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。

また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００が固定されている。この駆動回路２００としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路２００とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線２１０を介して電気的に接続されている。

保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用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。

保護基板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）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２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１１０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１１０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１１０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、駆動回路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、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。

ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図６を参照して説明する。なお、図４〜図６は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図４（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５２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４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）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５５を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、圧電素子３００を形成する。具体的には、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜５５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。その後、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、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）等からなる上電極膜８０とを流路形成基板１０の全面に形成後、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。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。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。

なお、圧電体層７０と上電極膜８０とのパターニングでは、例えば、ドライエッチングにより一括して行うことができる。そして、このようなドライエッチングでは、圧電体層７０及び上電極膜８０が、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面が傾斜面となる。また、本実施形態では、上電極膜８０として白金を用いた。

次に、圧電素子３００上に保護膜１００を形成する。具体的には、まず、図４（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って第１の保護膜１０１を形成する。第１の保護膜１０１としては、耐湿性を有する材料、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いるのが好ましい。本実施形態では、第１の保護膜１０１としてアルミナを用いた。

また、第１の保護膜１００は、後の工程で第１の保護膜１０１を上電極膜８０に達するまで反応性ドライエッチングにより除去して開口部１０１ａを形成する際に、上電極膜８０に対するエッチング選択比が１以上となる材料を用いるのが好ましい。本実施形態では、上電極膜８０に白金を用いて、第１の保護膜１０１としてアルミナを用いたため、第１の保護膜１０１の上電極膜８０に対する反応性ドライエッチングする際のエッチング選択比が１以上となる。

なお、本実施形態では、上述のように圧電素子３００の外周面が傾斜面となるように形成したため、第１の保護膜１０１を圧電素子３００の外周面に化学気相成長（ＣＶＤ）法等により比較的容易に薄く形成することができる。

次に、図５（ａ）に示すように、第１の保護膜１０１の上電極膜８０の主要部に相対向する領域を上電極膜８０に達するまで除去して開口部１０１ａを形成する。第１の保護膜１０１を除去する方法は、特に限定されないが、本実施形態では、例えば、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を用いた。このような反応性ドライエッチングでは、上述のように第１の保護膜１０１の上電極膜８０に対するエッチング選択比が１以上であるため、上電極膜８０をエッチングすることなく、第１の保護膜１０１のみを除去して開口部１０１ａを形成することができる。これにより、圧電素子３００の変位にばらつきが生じるのを防止して、圧電素子３００の変位特性を均一化することができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って第２の保護膜１０２を形成する。これにより、第１の保護膜１０１及び第２の保護膜１０２からなる保護膜１００が形成されると共に、保護膜１００の圧電素子３００の主要部に相対向する領域、すなわち、第１の保護膜１０１の開口部１０１ａに相対向する領域に他の領域よりも薄い薄膜部１０３が形成される。

このような第２の保護膜１０２としては、特に限定されないが、耐湿性を有する材料、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）等の無機絶縁材料を用いるのが好ましい。すなわち、圧電素子３００の外周は、第１の保護膜１０１により覆われ、第２の保護膜１０２は主に圧電素子３００の開口部１０１ａにより露出された領域を覆うため、第２の保護膜１０２は、第１の保護膜１０１に比べて耐湿性の劣る材料を用いてもよいが、保護膜１００によって圧電体層７０の側面を確実に保護すると共に開口部１０１ａからの湿気の進入を確実に防止するために、第２の保護膜１０２として耐湿性を有する材料を用いることにより信頼性を向上することができる。

また、第２の保護膜１０２としては、第１の保護膜１０１と同様の材料を用いてもよいが、第２の保護膜１０２は、主に圧電素子３００の主要部である開口部１０１ａにより露出された領域を覆うため、圧電素子３００の変位を阻害しないように、第１の保護膜１０１よりも柔軟な材料を用いるのが好ましい。このため、第２の保護膜１０２としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を用いるのが好ましい。なお、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる第２の保護膜１０２は、第１の保護膜１０１であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）よりも耐湿性が劣るが、第２の保護膜１０２は上述のように主に上電極膜８０の開口部により露出された領域を覆うため、圧電素子３００を保護することができる。

また、本実施形態では、第１の保護膜１０１及び第２の保護膜１０２からなる保護膜１００を１００ｎｍ程度の厚さで形成した。さらに、第２の保護膜１０２は、化学気相成長（ＣＶＤ）法等により比較的容易に薄く形成することができる。

このように形成された保護膜１００は、薄膜部１０３を第２の保護膜１０２のみで形成することができるため、薄膜部１０３の厚さの制御を容易に行うことができ、圧電素子３００の変位にばらつきが生じるのを防止して、圧電素子３００の変位特性を均一化することができる。

また、圧電素子３００を保護膜１００で覆うことにより、圧電素子３００の湿気等の外部環境に起因する破壊を確実に防止することができると共に、保護膜１００に薄膜部１０３を設けることにより、保護膜１００が圧電素子３００の変位を阻害することなく、圧電素子３００の変位特性を向上することができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングする。

なお、本実施形態では、リード電極９０を形成する前に、保護膜１００を反応性ドライエッチングすることにより、リード電極９０と上電極膜８０とを接続する接続孔１０４を形成する。

次に、図５（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接着剤３５を介して接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって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。

次に、図６（ａ）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、さら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、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。

次いで、図６（ｂ）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５１を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５１を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。

その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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の保護基板用ウェハ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、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、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、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。

このように、本実施形態では、第１の保護膜１０１を形成後、開口部１０１ａを形成してから、第２の保護膜１０２を形成して、第１の保護膜１０１及び第２の保護膜１０２からなる保護膜１００に薄膜部１０３を形成するようにしたため、薄膜部１０３の厚さの制御を容易に行うことができ、圧電素子３００の変位にばらつきが生じるのを防止して、圧電素子３００の変位特性を均一化することができる。また、圧電素子３００を保護膜１００で覆うことにより、圧電素子３００の湿気等の外部環境に起因する破壊を確実に防止することができると共に、保護膜１００に薄膜部１０３を設けることにより、保護膜１００が圧電素子３００の変位を阻害することなく、圧電素子の変位特性を向上することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１について説明したが、本発明は、上述の実施形態１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、保護膜１００に矩形状の薄膜部１０３を設けるようにしたが、薄膜部１０３の形状は特にこれに限定されず、例えば、薄膜部の長手方向端部の幅をテーパ状に漸小させるようにしてもよい。このように薄膜部の長手方向端部をテーパ状にすることで、圧電素子３００の圧電体能動部３２０と圧電体非能動部との境界の応力集中を分散させることができ、さらに圧電素子３００（圧電体能動部３２０）及び振動板の破壊を防止することができる。なお、このような薄膜部の形状は、開口部の形状を変更することで実現できる。

また、上述した実施形態１では、圧電素子保持部３１を有する保護基板３０を設けるようにしたが、圧電素子３００は保護膜１００によって覆われて外部環境に起因する破壊が防止されているため、保護基板３０を厚さ方向に貫通する圧電素子保持部としてもよく、また保護基板３０を設けなくてもよい。

さらに、上述した実施形態１では、保護膜１００を流路形成基板１０の圧電素子３００側の面に複数の圧電素子３００に亘って連続して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、保護膜を圧電素子３００の外周のみに設けるようにしてもよい。また、第１の保護膜を圧電素子３００の外周のみに設け、第２の保護膜を流路形成基板１０の圧電素子３００側の面に亘って設けるようにしてもよく、さらに、第１の保護膜を流路形成基板１０の全面に亘って形成し、第２の保護膜を圧電素子の外周のみに形成するようにしてもよい。何れにしても、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極６０からなる振動板上に形成される保護膜の厚さを薄くすることができ、保護膜１００が圧電素子３００及び振動板の変形を阻害するのを防止することができる。

また、上述した実施形態１では、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。

実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。実施形態１に係る記録ヘッドの要部平面図である。実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。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、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保護基板、３１圧電素子保持部、３２リザーバ部、４０コンプライアンス基板、６０下電極膜、７０圧電体層、８０上電極膜、９０リード電極、１００保護膜、１０１第１の保護膜、１０１ａ開口部、１０２第２の保護膜、１０３薄膜部、１１０リザーバ、２００駆動回路、２１０接続配線、３００圧電素子、３２０圧電体能動部

Claims

液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子の外周面に無機絶縁材料からなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜の前記圧電素子の上面の主要部に相対向する領域を前記上電極に達するまで除去して開口部を形成する工程と、前記開口部を含む前記圧電素子の外周面に相対向する領域に第２の保護膜を形成することにより、前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜からなる保護膜を形成すると共に該保護膜の前記圧電素子の上面の主要部に相対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部を形成す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。
前記開口部を形成する工程では、反応性ドライエッチングで行うことを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記第１の保護膜の前記上電極に対するエッチング選択比が１以上であることを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記第１の保護膜を酸化アルミニウムで形成すると共に、前記上電極をイリジウム又は白金で形成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記第１の保護膜と前記第２の保護膜とを同一の材料で形成することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記第２の保護膜を前記第１の保護膜よりも柔軟な材料で形成することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記第１の保護膜を酸化アルミニウムで形成すると共に、前記第２の保護膜を二酸化シリコンで形成することを特徴とする請求項６記載の液体噴射ヘッドの製造方法。