JP2008168549A - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リザーバ形成基板等の第２の基板に形成された配線等が流路形成基板等の第１の基板をウェットエッチングするエッチング液により破壊されるのを確実に防止することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】第１の基板１０の第１の流路と第２の基板３０の第２の流路３１とが連通される領域に隔離層１９０を形成する工程と、第１の基板１０と第２の基板３０とを接合する工程と、開放孔２０１を有する第１の保護フィルム２００を第２の基板３０に減圧雰囲気下で貼着する工程と、第１の保護フィルム２００上に開放孔２０１を封止する第２の保護フィルム２０２を常圧雰囲気下で貼着する工程と、第１の基板１０の第２の基板３０との接合面とは反対側の面からウェットエッチングすることにより、第１の流路を形成すると共に隔離層１９０を露出する工程と、隔離層１９０を貫通させて第１の流路と第２の流路３１とを連通する工程とを具備する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ノズル開口から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と共に隔壁により区画された圧力発生室と、延設された隔壁により区画された圧力発生室に連通するインク供給路及びインク供給路に連通する連通路と、連通路に連通すると共に複数の圧力発生室に連通する連通部とが形成された流路形成基板と、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）。

このような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側に振動板と圧電素子とを形成した後、振動板の連通部が形成される領域に貫通部を形成し、その後、貫通部を隔離層（不連続金属層）で封止する。そして、リザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を流路形成基板の圧電素子側の面に接合した後、流路形成基板の他方面側からウェットエッチングすることにより圧力発生室及び連通部を形成し、その後、密着層及び金属層を順次ウェットエッチングすることにより除去して、連通部とリザーバ部とを連通してリザーバを形成している。

また、特許文献１には、流路形成基板をウェットエッチングする際に、エッチング液がリザーバ形成基板の配線等が設けられた面に付着するのを確実に防止するために、リザーバ形成基板の配線が形成された表面に保護フィルムを貼着する構成が開示されている。

特開２００６−２７２９１３号公報（１〜５図、第４〜１０頁）

しかしながら、保護フィルムをリザーバ形成基板に貼着する際に、保護フィルムと配線との間に微小な隙間が生じてしまい、この隙間を介してエッチング液が侵入し、配線が破壊されてしまうため、実質的に配線の破壊を防止することができないという問題がある。

また、リザーバ形成基板の表面に保護フィルムを貼着する際に、真空状態などの減圧状態で行うことで、保護フィルムと配線との間に微小な隙間を防止することができるものの、保護フィルムがリザーバ部を密封した状態となるため、減圧状態から大気中に取り出した際に、リザーバ部内が負圧となる。このため、流路形成基板に圧力発生室や連通部を形成した際に、隔離層が流路形成基板の拘束から開放され、リザーバ部の内外での圧力差によって隔離層が押圧されて亀裂等の破壊が発生し、エッチング液がリザーバ形成基板側に亀裂を介して流出してしまうという問題がある。このため、保護フィルムを真空状態で貼着することができない。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置の製造方法においても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、リザーバ形成基板等の第２の基板に形成された配線等が流路形成基板等の第１の基板をウェットエッチングするエッチング液により破壊されるのを確実に防止することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する第１の流路と該第１の流路に圧力変化を生じさせる圧力発生手段が設けられた第１の基板と、前記第１の基板の一方面側に接合されて前記第１の流路に連通すると共に厚さ方向に貫通した第２の流路が設けられた第２の基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記第１の流路と前記第２の流路とが連通される領域に隔離層を形成する工程と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、前記第２の流路の開口する領域に対応して開放孔を有する第１の保護フィルムを、前記第２の基板の前記第２の流路が開口する面に減圧雰囲気下で貼着する工程と、前記第１の保護フィルム上に前記開放孔を封止する第２の保護フィルムを常圧雰囲気下で貼着する工程と、前記第１の基板の前記第２の基板との接合面とは反対側の面からウェットエッチングすることにより、前記第１の流路を形成すると共に前記隔離層を露出する工程と、前記隔離層を貫通させて前記第１の流路と前記第２の流路とを連通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。
かかる態様では、第１の保護フィルムを第２の基板に密着した状態で貼着することができ、第１の基板をエッチングするエッチング液が、第１の保護フィルムと第２の基板との間に入り込むのを確実に防止することができる。従って、例えば、第２の基板に形成された配線等を保護することができる。また、第１の保護フィルムを第２の基板に減圧雰囲気下で貼着した後、常圧雰囲気下で第２の保護フィルムを貼着することで、第２の流路の内部が負圧となることなく、隔離層の破壊を防止することができる。さらに、第１の基板をウェットエッチングする際のエッチング液が隔離層によって第２の流路を介して第２の基板側に流出するのを防止することができる。

ここで、前記第１の基板が、前記ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に連通する連通部とが前記第１の流路として設けられた流路形成基板からなると共に、前記第２の基板が、前記連通部に連通して複数の圧力発生室の共通の液体室の一部を構成するリザーバ部が前記第２の流路として設けられたリザーバ形成基板からなることが好ましい。これによれば、第１の保護フィルムをリザーバ形成基板に密着した状態で貼着することができ、エッチング液が、第１の保護フィルムとリザーバ形成基板との間に入り込むのを確実に防止することができる。

また、前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板とを接合する工程の前に、前記流路形成基板の前記リザーバ形成基板が接合される面に、前記圧力発生手段として振動板と該振動板上に圧電素子とを形成すると共に、前記振動板の前記連通部に相対向する領域に貫通部を形成した後、前記貫通部を封止する領域に前記隔離層を形成することが好ましい。これによれば、圧力発生手段として圧電素子を用いることで、圧電素子を高密度で配設することができると共に、流路形成基板をウェットエッチングする際のエッチング液が、隔離層を介して圧電素子側に流出するのを防止して圧電素子のエッチング液による破壊を確実に防止できる。

また、前記隔離層を形成する工程では、前記圧電素子から引き出される引き出し配線を形成すると共に、前記引き出し配線と同一層からなるが当該引き出し配線とは不連続な当該隔離層を形成することが好ましい。これによれば、引き出し配線と隔離層とが同時期に形成されるので、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。

また、前記リザーバ形成基板の前記リザーバ部が開口する面には、接続配線が設けられていることが好ましい。これによれば、第１の保護膜を接続配線に密着した状態で貼着することができるため、第１の基板をウェットエッチングするエッチング液が第１の保護膜と接続配線との間に入り込んで接続配線が破壊されるのを確実に防止することができる。

また、前記流路形成基板に前記圧力発生室及び前記連通部を形成した後、前記流路形成基板の前記圧力発生室及び前記連通部の内面及び露出された前記隔離層上に耐液体性を有する材料からなる保護膜を形成する工程と、前記隔離層上に前記保護膜を除去する工程とをさらに有することが好ましい。これによれば、流路形成基板の液体による侵食を確実に防止することができると共に、隔離層を貫通する際に保護膜が邪魔することなく、隔離層を良好に貫通することができる。

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に係る液体噴射ヘッドの一例であ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、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、第１の基板である流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）面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、他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がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる第１の流路が設けられている。

インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さ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。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。

すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。

また、本実施形態では、振動板を構成する弾性膜５０には、連通部１３と、詳しくは後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１とを連通する貫通部５１が設けられている。

また、詳しくは後述するが、弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。この絶縁体膜５５には、貫通部５１よりも大きな開口を有する貫通孔５６が設けられている。

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、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、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。

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が形成されており、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが約０．１〜０．５μｍの下電極膜６０と、圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなり厚さが例えば、約１．１μｍ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３２０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、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、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、絶縁体膜５５を設けずに、弾性膜５０と下電極膜６０とを振動板としてもよい。

また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、引き出し配線として密着層９１及び金属層９２からなるリード電極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上にも、リード電極９０や下電極膜６０とは不連続の隔離層１９０が存在している。

ここで、隔離層１９０は、本実施形態では、リード電極９０と同一層からなるが、リード電極９０とは不連続なものである。すなわち、詳しくは後述するが、隔離層１９０も密着層９１と金属層９２とで構成されている。

なお、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、本実施形態ではチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いている。

さらに、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を有するリザーバ形成基板３０が接合されている。本実施形態では、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤３５を用いて接合した。リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１は、弾性膜５０に設けられた貫通部５１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。すなわち、本実施形態では、リザーバ形成基板３０が第２の基板であり、リザーバ形成基板３０に設けられたリザーバ部３１が第１の基板（流路形成基板１０）の第１の流路（連通部１３）に連通する第２の流路となっている。なお、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

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１２０が設けられ、この接続配線１２０上には圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２１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、駆動回路１２１とが駆動配線１２２を介して電気的に接続されている。なお、この駆動回路１２１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。

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１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、駆動回路１２１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１の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室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。

次に、図３（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（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを流路形成基板用ウェハ１１０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５５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）が形成される領域の絶縁体膜５５及び弾性膜５０を貫通させる。すなわち、絶縁体膜５５をエッチングして貫通孔５６を形成し、さらに弾性膜５０をエッチングすることにより貫通部５１を形成する。なお、本実施形態では、絶縁体膜５５の貫通孔５６を、弾性膜５０の貫通部５１よりも開口面積が大きくなるように形成している。勿論、これら貫通部５１、貫通孔５６は、同じ大きさで形成されていてもよい。

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。

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、金属有機物を溶媒に溶解・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の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法等を用いてもよい。

次に、図４（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。まず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を形成する。そして、この金属層９２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金属層９２及び密着層９１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、弾性膜５０の貫通部５１に対応する領域に、リード電極９０とは不連続となるように密着層９１及び金属層９２を残して隔離層１９０を形成する。この隔離層１９０によって貫通部５１が封止されるようにする。すなわち、本実施形態では、リザーバ部３１と連通部１３とを隔離する隔離層１９０として、リード電極９０と同一層からなるが、リード電極９０とは不連続の独立した密着層９１及び金属層９２を形成する。これにより、リード電極９０と同時に隔離層１９０を形成することができ、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。

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、本実施形態ではチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いている。

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いる。また、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との接合面とは反対側には、接続配線１２０が予め形成されている。

次に、図５（ａ）に示すように、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との接合面とは反対側の面に第１の保護フィルム２００を減圧雰囲気下で貼着する。具体的には、所定の圧力に減圧した減圧チャンバ２１０内で第１の保護フィルム２００をリザーバ形成基板用ウェハ１３０に貼着する。この第１の保護フィルム２００には、リザーバ部３１に相対向する領域にリザーバ部３１を減圧雰囲気下に開放する開放孔２０１が設けられている。すなわち、第１の保護フィルム２００をリザーバ形成基板用ウェハ１３０に貼着すると、リザーバ部３１は、隔離層１９０と第１の保護フィルム２００とによって密封されるが、第１の保護フィルム２００に開放孔２０１を設けることによって、リザーバ部３１が密封されることなく減圧雰囲気下に開放された状態となる。

また、第１の保護フィルム２００をリザーバ形成基板用ウェハ１３０に減圧雰囲気下で貼着することで、第１の保護フィルム２００とリザーバ形成基板用ウェハ１３０上に設けられた接続配線１２０との間に空間が形成されることなく、両者を密着させた状態で貼着することができる。すなわち、第１の保護フィルム２００をリザーバ形成基板用ウェハ１３０に減圧雰囲気下で貼着することで、第１の保護フィルム２００と接続配線１２０との間の空気が排出されて両者が良好に密着される。

なお、減圧雰囲気下とは、常圧（大気圧近傍）よりも減圧された雰囲気下のことを言う。また、第１の保護フィルム２００の貼着は、真空状態に近い減圧雰囲気下で行うのが好ましい。

また、接続配線１２０は、例えば、厚さが約１μｍ程度であり、このような接続配線１２０であっても、その端面の段差部分に空間が生じることなく、第１の保護フィルム２００を良好に密着することができる。

さらに、第１の保護フィルム２００は、耐アルカリ性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＴＡ（ポリパラフェニレンテレフタルアミド）等を用いることができる。ここで耐アルカリ性を有する材料とは、流路形成基板用ウェハ１１０にウェットエッチングして圧力発生室１２、連通部１３等を形成する際に用いられるアルカリ性のエッチング液に耐性を有するものを言う。

また、第１の保護フィルム２００をリザーバ形成基板用ウェハ１３０に貼着する方法は、特に限定されず、例えば、接着剤を用いてもよく、また、第１の保護フィルム２００自体として、熱溶着フィルムや、ＵＶ溶着フィルム等を用いて、第１の保護フィルム２００を熱溶着やＵＶ溶着等により貼着するようにしてもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１の保護フィルム２００上に開放孔２０１を封止する第２の保護フィルム２０２を常圧雰囲気下で貼着する。ここで言う常圧雰囲気下とは、一般的な室内の気圧（大気圧近傍）の雰囲気下のことであり、後の工程で流路形成基板用ウェハ１１０をウェットエッチングする際の室内の気圧であればよい。

このような第２の保護フィルム２０２は、耐アルカリ性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、第１の保護フィルム２００と同様の材料であってもよく、また第１の保護フィルム２００とは異なる材料であってもよい。

また、第２の保護フィルム２０２は、少なくとも第１の保護フィルム２００の開放孔２０１を封止できればよく、必ずしも第１の保護フィルム２００の全面に貼着しなくてもよい。

次いで、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上にマスク膜５７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、このマスク膜５７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、インク供給路１４及び連通路１５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１９０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、インク供給路１４及び連通路１５を同時に形成する。このとき、弾性膜５０の貫通部５１は、隔離層１９０によって封止されているため、貫通部５１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流れ込むことがない。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ１３０のリザーバ部３１内にエッチング液が侵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のを防止することができる。また、リザーバ部３１を介してエッチング液がリザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面側回りこむのを防止することができる。そして、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の外周側からリザーバ形成基板用ウェハ１３０の接続配線１２０側にエッチング液が回り込んだとしても、接続配線１２０は、第１の保護フィルム２００及び第２の保護フィルム２０２によって覆われているため、接続配線１２０にエッチング液が付着するのを確実に防止して、接続配線１２０の断線等の不良の発生を防止することができる。また、第１の保護フィルム２００と接続配線１２０との間に空間が形成されることなく、第１の保護フィルム２００が接続配線１２０に密着しているため、第１の保護フィルム２００と接続配線１２０との間の空間にエッチング液が侵入するのを確実に防止して、接続配線１２０の断線等の不良の発生を確実に防止することができる。

次いで、図７に示すように、貫通部５１に対向する領域の隔離層１９０、すなわち、密着層９１及び金属層９２をエッチングすることによって除去し、開口した貫通部５１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。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との接合領域の隔離層１９０まで完全にエッチングされることがないため、貫通部５１の周縁部には隔離層１９０の一部が残存する。

なお、隔離層１９０のエッチングは、ウェットエッチングやドライエッチングが挙げられるが、ドライエッチングで隔離層１９０をエッチングすると、弾性膜５０等がエッチングされてしまい厚さの制御が困難であるため、隔離層１９０はウェットエッチングするのが好ましい。

このように隔離層１９０をエッチングにより除去することで、従来の機械的な加工とは異なり加工カス等の異物が発生することはない。したがって、圧力発生室１２、連通部１３等のインク流路内に加工カスが残留し、残留した加工カスによってノズル詰まり等の吐出不良が発生するのを確実に防止することができる。

その後は、リザーバ形成基板用ウェハ１３０から第１の保護フィルム２００及び第２の保護フィルム２０２を剥離し、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１が製造される。勿論、分割した後、第１の保護フィルム２００及び第２の保護フィルム２０２を剥離するようにしてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、本発明の基本的構成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、流路形成基板用ウェハ１１０の連通部１３と、リザーバ形成基板用ウェハ１３０のリザーバ部３１とを隔離層１９０で隔離した状態で、連通部１３を形成するようにしたが、本発明は特にこれに限定されず、第１の流路が設けられる第１の基板と、第２の流路が設けられた第２の基板とを接合した後、第１の基板に第１の流路を形成する製造工程に広く適用することができる。

また、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。

さらに、流路形成基板１０の圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の内壁表面に、耐インク特性を有する材料、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等の酸化タンタルからなる保護膜を形成するようにしてもよい。なお、ここで言う耐インク特性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング特性のことである。また、保護膜の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインク（液体）のｐＨ値によっては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を用いてもよい。ただし、酸性の液体を用いる場合には、もちろん耐酸性の保護膜を用いることになる。

このような保護膜を形成するには、例えば、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３等を形成した後、圧力発生室１２及び連通部１３の内面と露出された隔離層１９０の表面とに保護膜を形成する。そして、隔離層１９０上の保護膜を除去することで、密着層９１を容易に除去することができる。また、隔離層１９０上の保護膜の除去は、例えば、保護膜上に剥離層を形成し、この剥離層と共に隔離層上の保護膜を剥離するようにすればよい。剥離層は、内部応力が圧縮応力で、且つ剥離層の保護膜との密着力が、保護膜と隔離層との密着力より大きいものが好ましく、例えば、チタンタングステンからなる材料が挙げられる。このような剥離層によって隔離層上の保護膜を容易に且つ確実に除去することができる。そして、隔離層上の保護膜を除去しておくことで、保護膜が隔離層のエッチングを邪魔することがない。また、保護膜を形成する前に、連通部内に露出する隔離層の厚さ方向の一部、すなわち密着層９１をライトエッチングすることにより除去するのが好ましい。これによれば、さらに保護膜を剥離し易くすることができる。

また、上述した実施形態１では、圧電素子３００を形成した後、貫通部５１を形成するようにしたが、貫通部５１は、隔離層１９０を形成する前であれば、いつどのようなタイミングで形成してもよい。

さらに、上述した実施形態１では、予め開放孔２０１が設けられた第１の保護フィルム２００をリザーバ形成基板３０に貼着させたが、特にこれに限定されず、例えば、リザーバ形成基板３０に開放孔２０１が設けられていない第１の保護フィルム２００を貼り付けた後に、第１の保護フィルム２００のリザーバ部３１に対応する領域に開放孔２０１を設け、その後、減圧雰囲気下で第１の保護フィルム２００をリザーバ形成基板３０に密着させるように貼着するようにしてもよい。このようにしても、第１の保護フィルム２００とリザーバ形成基板３０とが密着した状態で貼着させることができる。

さらに、上述した実施形態１では、第１の流路である圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエータ装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のアクチュエータ装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエータ装置などを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータなどを使用することができる。

また、上述した実施形態においては、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１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（電界放出ディスプレー）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。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態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

１ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １６ 保護膜、 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 貫通部、 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、 １００ リザーバ、 １１０ 流路形成基板用ウェハ、 １２０ 接続配線、 １２１ 駆動回路、 １３０ リザーバ形成基板用ウェハ、 １９０ 隔離層、 ２００ 第１の保護フィルム、 ２０１ 開放孔、 ２０２ 第２の保護フィルム、 ３００ 圧電素子

Claims (6)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通する第１の流路と該第１の流路に圧力変化を生じさせる圧力発生手段が設けられた第１の基板と、前記第１の基板の一方面側に接合されて前記第１の流路に連通すると共に厚さ方向に貫通した第２の流路が設けられた第２の基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記第１の流路と前記第２の流路とが連通される領域に隔離層を形成する工程と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、前記第２の流路の開口する領域に対応して開放孔を有する第１の保護フィルムを、前記第２の基板の前記第２の流路が開口する面に減圧雰囲気下で貼着する工程と、前記第１の保護フィルム上に前記開放孔を封止する第２の保護フィルムを常圧雰囲気下で貼着する工程と、前記第１の基板の前記第２の基板との接合面とは反対側の面からウェットエッチングすることにより、前記第１の流路を形成すると共に前記隔離層を露出する工程と、前記隔離層を貫通させて前記第１の流路と前記第２の流路とを連通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。
2. 前記第１の基板が、前記ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に連通する連通部とが前記第１の流路として設けられた流路形成基板からなると共に、前記第２の基板が、前記連通部に連通して複数の圧力発生室の共通の液体室の一部を構成するリザーバ部が前記第２の流路として設けられたリザーバ形成基板からなる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。
3. 前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板とを接合する工程の前に、前記流路形成基板の前記リザーバ形成基板が接合される面に、前記圧力発生手段として振動板と該振動板上に圧電素子とを形成すると共に、前記振動板の前記連通部に相対向する領域に貫通部を形成した後、前記貫通部を封止する領域に前記隔離層を形成す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。
4. 前記隔離層を形成する工程では、前記圧電素子から引き出される引き出し配線を形成すると共に、前記引き出し配線と同一層からなるが当該引き出し配線とは不連続な当該隔離層を形成することを特徴とする請求項３記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
5. 前記リザーバ形成基板の前記リザーバ部が開口する面には、接続配線が設けられていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
6. 前記流路形成基板に前記圧力発生室及び前記連通部を形成した後、前記流路形成基板の前記圧力発生室及び前記連通部の内面及び露出された前記隔離層上に耐液体性を有する材料からなる保護膜を形成する工程と、前記隔離層上に前記保護膜を除去する工程とをさらに有することを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。

Images