JP2009226794A - インクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板同士の貼り合わせが不要で、接着剤によるノズル開口部の塞がりを防止できるようにしたインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置を提供する。
【解決手段】ドライバ回路３を有する基板１の表面側に流路形成膜１０を形成する工程と、流路形成膜１０に溝部を形成する工程と、溝部に犠牲膜を充填する工程と、犠牲膜及び流路形成膜１０上に振動膜３０を形成する工程と、振動膜３０をエッチングして犠牲膜を底面とする貫通孔ｈを形成する工程と、基板１を裏面側からエッチングしてリザーバ５を形成する工程と、流路形成膜１０をエッチングしてノズル開口部２２を形成する工程と、リザーバ５及び貫通孔ｈを介して犠牲膜をエッチングし除去する工程と、振動膜３０上に圧電素子５０を形成して貫通孔ｈを塞ぐ工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置に関し、特に、基板同士の貼り合わせが不要で、接着剤によるノズル開口部の塞がりを防止できるようにした技術に関する。

図８（ａ）に示すように、従来例に係るインクジェット式記録ヘッド２００は、圧電素子（即ち、ピエゾ素子）２０１と、圧電素子を駆動するためのドライバ回路２０３と、圧電素子を封止するための封止板２０５と、外部からインク液の供給を受けるリザーバ２０７と、振動板２０９及び圧力発生室２１１を有する基板２１０と、ノズル開口部２１３が形成されたノズル板２２０と、を備える。このような構成のインクジェット式記録ヘッド２００は、図８（ｂ）に示すように、上記各部位が接着剤で接着されると共に、圧電素子２０１とドライバ回路２０３とがワイヤーボンディングで接続することにより、組み上げられている。

また、近年では、ノズル開口部の配置間隔の高密度化が進んでおり、ワイヤーボンディングによる圧電素子２０１とドライバ回路２０３の接続は技術的限界に近づきつつある。このような流れを受けて、上記の基板や封止板にドライバ回路を直接形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。この方法によれば、圧電素子とドライバ回路の接続を、フォトリソグラフィー技術による金属配線の形成や、フリップチップ実装により行うので、ワイヤーボンディングよりも微細な接続が可能である。このため、ノズル開口部の配置間隔の高密度化に対応することができる。
特開２００１−２０５８１５号公報 特開２００１−１６２７９４号公報

しかしながら、上記の特許文献１、２等に開示された方法は、基板同士の貼り合わせを前提とした方法である。つまり、複数の基板にそれぞれ素子の形成や加工を施したものを貼り合わせるため、工程が煩雑で低コスト化が困難であった。
また、基板同士の貼り合わせは接着剤により行われるが、この接着剤が接合面からはみ出してノズル開口部を塞いでしまう可能性があった。このような可能性は、ノズル開口部が小径化しその配置間隔が高密度化するほど増大すると考えられる。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、基板同士の貼り合わせが不要で、接着剤によるノズル開口部の塞がりを防止できるようにしたインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置の提供を目的とする。

〔発明１〜３〕 発明１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、外部からインク液の供給を受けるリザーバと、前記リザーバに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、集積回路を有する基板の一方の面側に流路形成膜を形成する工程と、前記流路形成膜に溝部を形成する工程と、前記溝部に犠牲膜を充填する工程と、前記犠牲膜及び前記流路形成膜上に振動膜を形成する工程と、前記振動膜をエッチングして前記犠牲膜を底面とする貫通孔を形成する工程と、前記基板を他方の面側から前記犠牲膜が露出するまでエッチングして前記リザーバを形成する工程と、前記流路形成膜をエッチングして前記ノズル開口部を形成する工程と、前記リザーバ及び前記貫通孔を介して前記犠牲膜を除去する工程と、前記犠牲膜を除去する工程の後で、前記振動膜上に圧電素子を形成して前記貫通孔を塞ぐ工程と、を含むことを特徴とするものである。

ここで、「犠牲膜」には、「流路形成膜」に対してエッチングの選択性が高い膜（即ち、流路形成膜よりもエッチングされ易い膜）を用いることが好ましい。例えば、流路形成膜がシリコン酸化（ＳｉＯ₂）膜の場合は、犠牲膜にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を用いることができる。また、流路形成膜がａ−Ｓｉ膜の場合は、犠牲膜にＳｉＯ₂膜を用いることができる。さらに、流路形成膜がポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜の場合は、犠牲膜にＳｉＯ₂膜又はシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜を用いることができる。犠牲膜としてのＳｉＯ₂膜は、エッチングレートが比較的速いＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜でも良い。

発明２のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、外部からインク液の供給を受けるリザーバと、前記リザーバに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、集積回路を有する基板の一方の面側に第１流路形成膜を形成する工程と、前記圧力発生室と前記リザーバとを繋ぐ第１連通路となる領域の前記第１流路形成膜及び、前記圧力発生室と前記ノズル開口部とを繋ぐ第２連通路となる領域の前記第１流路形成膜にそれぞれ溝部を形成する工程と、前記溝部を埋め込むように前記基板の一方の面の上方全体に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜上に第２流路形成膜を形成する工程と、前記圧力発生室となる領域の前記犠牲膜上から前記第２流路形成膜を除去する工程と、前記犠牲膜及び前記第２流路形成膜上に振動膜を形成する工程と、前記振動膜をエッチングして前記犠牲膜を底面とする貫通孔を形成する工程と、前記基板を他方の面側から前記犠牲膜が露出するまでエッチングして前記リザーバを形成する工程と、前記第２流路形成膜をエッチングして前記ノズル開口部を形成する工程と、前記リザーバ及び前記貫通孔を介して前記犠牲膜を除去する工程と、前記犠牲膜を除去する工程の後で、前記振動膜上に圧電素子を形成して前記貫通孔を塞ぐ工程と、を含むことを特徴とするものである。

発明３のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、外部からインク液の供給を受けるリザーバと、前記リザーバに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、集積回路を有する基板の一方の面側に第１流路形成膜を形成する工程と、前記圧力発生室と前記リザーバとを繋ぐ第１連通路となる領域の前記第１流路形成膜及び、前記圧力発生室と前記ノズル開口部とを繋ぐ第２連通路となる領域の前記第１流路形成膜にそれぞれ第１溝部を形成する工程と、前記第１溝部に第１犠牲膜を充填する工程と、前記第１流路形成膜及び前記第１犠牲膜上に第２流路形成膜を形成する工程と、前記圧力発生室となる領域の前記第２流路形成膜に第２溝部を形成する工程と、前記第２溝部に第２犠牲膜を充填する工程と、前記第２犠牲膜及び前記第２流路形成膜上に振動膜を形成する工程と、前記振動膜をエッチングして前記第２犠牲膜を底面とする貫通孔を形成する工程と、前記基板を他方の面側から前記第１犠牲膜が露出するまでエッチングして前記リザーバを形成する工程と、前記第２流路形成膜をエッチングして前記ノズル開口部を形成する工程と、前記リザーバ及び前記貫通孔を介して前記第１犠牲膜及び前記第２犠牲膜を除去する工程と、前記第１犠牲膜及び前記第２犠牲膜を除去する工程の後で、前記振動膜上に圧電素子を形成して前記貫通孔を塞ぐ工程と、を含むことを特徴とするものである。

発明１〜３のインクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、１枚の基板に対して半導体プロセス（即ち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程など）を行うことにより、インクジェット式記録ヘッドを製造することができる。従来例と比べて、複数枚の基板を貼り合わせる必要がないので、工程を簡素化でき低コスト化が可能である。また、貼り合わせのための接着剤が不要であるため、接着剤によりノズル開口部が塞がれる可能性がない。このため、インクジェット式記録ヘッドを低コストで、歩留まり高く製造することが可能となる。
また、犠牲膜をエッチングする際に、リザーバだけでなく、リザーバと貫通孔の両方からエッチング液やエッチングガスを供給することができるため、犠牲膜を効率良く除去することができる。

〔発明４〕 発明４のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記貫通孔を形成する工程と、前記ノズル開口部を形成する工程とを並行して行うことを特徴とするものである。
このような方法によれば、工程数の削減に寄与することができる。また、犠牲膜を除去する際に、ノズル開口部が既に形成されているので、リザーバ及び貫通孔とノズル開口部を介して犠牲膜をエッチングし除去することができる。リザーバ及び貫通孔だけでなく、ノズル開口部からもエッチング液やエッチングガスを供給することができるため、犠牲膜をさらに効率良く除去することができる。

〔発明５〕 発明５のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明４のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記流路形成膜、又は、前記第２流路形成膜及び前記第１流路形成膜をエッチングして前記集積回路に至る第１コンタクトホールを形成する工程、をさらに含み、前記貫通孔を形成する工程と、前記ノズル開口部を形成する工程及び前記第１コンタクトホールを形成する工程を並行して行うことを特徴とするものである。このような方法によれば、工程数の削減に寄与することができる。

〔発明６〕 発明６のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明１から発明５の何れか一のインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、前記集積回路を前記基板の一方の面に形成する工程、をさらに含み、前記集積回路の配線材料には高融点金属を用いることを特徴とするものである。ここで、「高融点金属」は、例えばタングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ₂）、チタン（Ｔｉ）又はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ₂）等であり、例えば１５００℃以上の融点を持つ金属のことである。
このような方法によれば、例えば、圧電素子を形成する際に７００℃程度の熱処理を行う場合でも、熱を原因とする断線等の不具合発生を防止することができる。

〔発明７、８〕 発明７のインクジェット式記録ヘッドは、外部からインク液の供給を受けるリザーバと、前記リザーバに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドであって、集積回路及び前記リザーバが形成された基板と、前記基板の一方の面側に設けられて、前記圧力発生室と前記ノズル開口部とが形成された流路形成膜と、前記流路形成膜上に設けられて前記圧力発生室を覆う振動膜と、前記振動膜上に設けられた圧電素子と、を備え、前記振動膜には貫通孔が形成されており、当該貫通孔は前記圧電素子によって塞がれていることを特徴とするものである。

発明８のインクジェット式記録ヘッドは、発明７のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記インクジェット式記録ヘッドは、前記圧力発生室内の圧力変化により、前記リザーバに供給されたインク液を前記ノズル開口部から吐出することを特徴とするものである。
発明７、８のインクジェット式記録ヘッドによれば、基板同士の貼り合わせがなく、接着剤によるノズル開口部の塞がりが防止されたインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。

〔発明９〕 発明９のインクジェット式記録装置は、発明７又は発明８のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするものである。
このような構成であれば、基板同士の貼り合わせがなく、接着剤によるノズル開口部の塞がりが防止されたインクジェット式記録ヘッドを具備することができる。このようなインクジェット式記録ヘッドは、低コストで、歩留まり高く製造することができるので、インクジェット式記録装置の安価化に寄与することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）をＸ１−Ｘ´１線で切断したときの断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、このインクジェット式記録ヘッド１００は、例えば基板１と、流路形成膜１０と、振動膜３０と、圧電素子（即ち、ピエゾ素子）５０とを備える。

基板１は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板である。この基板１の表面（即ち、図１（ｂ）において上側の面）には、圧電素子５０を駆動するためのドライバ回路３が一体に形成されている。また、この基板１には、裏面（即ち、図１（ｂ）において下側の面）から表面にかけて径が徐々に小さくなるように形成された貫通穴が形成されている。この貫通穴が、外部からインク液の供給を受けるリザーバ５である。リザーバ５の容積は、後述する全ての圧力発生室２０の容積に対して、それよりも十分に大きい。さらに、基板１の表面にはドライバ回路３を保護するための保護膜７が形成されている。

流路形成膜１０は、基板１の表面側に形成されている。この流路形成膜１０は例えば積層構造であり、基板１側からみて１層目の第１流路形成膜１１と、２層目の第２流路形成膜１２とを有する。この流路形成膜１０には、個々に区画された複数のインク流路が形成されている。ここで、インク流路とは、インク液が流れる経路のことであり、インク連通路１９と、圧力発生室２０と、ノズル連通路２１と、ノズル開口部２２とを有する。図１（ｂ）に示すように、インク連通路１９はリザーバ５と圧力発生室２０とを繋いで当該間でインク液が流れるようにする流路であり、ノズル連通路２１は圧力発生室２０とノズル開口部２２とを繋いで当該間でインク液が流れるようにする流路である。なお、インク液に圧力を与える圧力発生室２０の容積と、ノズル開口部２２の大きさは、インク液の吐出量とその吐出スピード、吐出周波数などに応じて最適化されている。

また、流路形成膜１０とその下の保護膜７には、ドライバ回路３の表面（即ち、能動面）に形成されたパッド電極等を底面とする第１コンタクトホール６４が形成されている。さらに、流路形成膜１０上に振動膜３０が形成されている。振動膜３０は弾性膜であり、流路形成膜１０上に形成されて圧力発生室２０を覆っている。この振動膜３０には、例えば、個々の圧力発生室２０に対応してそれぞれ複数の貫通孔ｈが設けられている。

圧電素子５０は、振動膜３０を介して圧力発生室２０の真上に形成されている。図１（ｂ）に示すように、この圧電素子５０は、下部電極５１と、下部電極５１上に形成された圧電体５２と、圧電体５２上に形成された上部電極５３とを有する。下部電極５１は、例えば複数の圧電素子５０にわたる共通の電極である。また、圧電体５２は、電圧を加えると伸長、収縮する、又は、歪みが生じるような誘電体であり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。さらに、上部電極５３は、下部電極５１とは異なり共通の電極ではなく、個々の圧電体と１：１で対応した個別の電極である。この圧電素子５０は、個々の圧力発生室２０の真上にそれぞれ設けられている。なお、上記の振動膜３０に設けられた複数の貫通孔ｈは、その全てが圧電素子５０の下部電極５１により塞がれている。

また、この圧電素子５０を覆うように基板１の表面側には保護膜６０が形成されている。そして、この保護膜６０には上部電極５３を底面とする第２コンタクトホール６５が形成されている。この第２コンタクトホール６５と、流路形成膜１０及び保護膜７に形成された第１コンタクトホール６４とを埋め込むように配線６７が形成されている。この配線６７により、上部電極５３がドライバ回路３にそれぞれ接続されている。また、圧電素子５０の下部電極５１は配線６８によって保護膜６０上に引き出されている。

このような構成のインクジェット式記録ヘッド１００は、図示しない外部インク供給手段からリザーバ５にインク液を取り込み、図中の矢印で示すように、リザーバ５からノズル開口部２２に至るまでの間をインク液で満たしておく。そして、ドライバ回路３からの記録信号に従い、圧電素子５０の上部電極５３と下部電極５１との間に電圧を印加して圧電体５２を伸長、収縮させ、又は、歪みを生じさせる。これにより、振動膜３０が変形して圧力発生室２０内の圧力が高まり、ノズル開口部２２からインク液を吐出する。

次に、上記のインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法について説明する。図２〜図６は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図であり、図２（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ｂ）、図５（ａ）〜図６（ｂ）は断面図、図４（ａ）は平面図である。
図２（ａ）において、まず始めに、例えば面方位（１００）のバルクシリコンウエーハからなる基板１を用意する。次に、図２（ｂ）に示すように、圧電素子５０を駆動するためのドライバ回路３を基板１の表面側に形成する。このドライバ回路３の形成は半導体プロセスで行う。なお、ドライバ回路３の内部に形成される配線（例えば、トランジスタ等を繋ぐ配線や、最上層の配線であるパッド電極を含む）は、アルミニウム（Ａｌ）等の低融点金属ではなく、例えばＷ、ＷＳｉ₂、Ｔｉ又はＴｉＳｉ₂などの高融点金属で形成しておくことが好ましい。その理由は、後の圧電体膜の形成工程で例えば７００℃程度の熱処理を行うからである。ドライバ回路３の内部に形成される配線を、例えば１５００℃以上の融点を持つ金属で形成しておくことにより、後工程で７００℃程度の熱処理を行う場合でも、熱を原因とする断線等の不具合発生を防止することができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、ドライバ回路３を覆うように基板１の表面上に保護膜７を形成する。この保護膜７は、例えばＳｉＯ₂膜、又は、シリコン窒化（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜等であり、その形成は例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で行う。
次に、図３（ａ）に示すように、保護膜７上に第１流路形成膜１１を形成する。第１流路形成膜１１の厚さは例えば５０００〜１５０００ｎｍであり、その形成は例えばＣＶＤで行う。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、第１流路形成膜１１を部分的にエッチングして、例えば、インク連通路１９（図１参照。）となる領域と、ノズル連通路２１（図１参照。）となる領域と、ノズル開口部２２（図１参照。）となる領域に、それぞれ溝部１３を形成する。基板１表面の上方全体に犠牲膜１４を形成して溝部１３を埋め込む。犠牲膜１４の厚さは、例えば溝部１３の深さと略同一の厚さ、又はそれ以上の厚さとする。犠牲膜１４は例えばＣＶＤで形成する。これにより、犠牲膜１４の被形成面の凹凸形状（即ち、第１流路形成膜１１と溝部１３の段差）が犠牲膜１４の表面側に反映される。

次に、図３（ｂ）に示すように、犠牲膜１４上に第２流路形成膜１２を形成する。第２流路形成膜１２の厚さは例えば５０００〜１５０００ｎｍであり、その形成は例えばＣＶＤで行う。そして、例えばＣＭＰにより、第２流路形成膜１２に平坦化処理を施して、第１流路形成膜１１上の犠牲膜１４表面を露出させる。これにより、圧力発生室２０（図１参照。）を形成する領域は、第２流路形成膜１２に形成された溝部１６に犠牲膜１４が充填されたような構造となる。

なお、本実施形態では、リザーバ５（図１参照。）を形成した後で犠牲膜１４を除去する。このため、犠牲膜１４には、第１流路形成膜１１及び第２流路形成膜１２（即ち、流路形成膜１０）に対してエッチングの選択性が高い膜、つまり、所定のエッチング条件において流路形成膜１０よりもエッチングされ易い膜、を用いることが好ましい。
例えば、流路形成膜１０がＳｉＯ₂膜の場合は、犠牲膜１４にａ−Ｓｉ膜を用いることができる。また、流路形成膜１０がａ−Ｓｉ膜の場合は、犠牲膜１４にＳｉＯ₂膜を用いることができる。さらに、流路形成膜１０がＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の場合は、犠牲膜１４にＳｉＯ₂膜又はＳｉＧｅ膜を用いることができる。上記のＳｉＯ₂膜は、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜でも良い。

また、犠牲膜１４の形成方法はＣＶＤに限定されない。例えば、１μｍ以下の超微粒子をヘリウム（Ｈｅ）等のガスの圧力によって高速で基板１に衝突させることにより成膜するいわゆるガスデポジション法或いはジェットモールディング法と呼ばれる方法を用いて、犠牲膜１４を形成しても良い。
次に、図３（ｃ）に示すように、第２流路形成膜１２及び犠牲膜１４上に振動膜３０を形成する。振動膜３０は上述したように弾性膜であり、例えばＳｉＯ₂膜又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、若しくはこれらを積層した膜からなり、その厚さは例えば１〜２μｍである。振動膜３０にＺｒＯ₂を用いる場合は、例えば、第２流路形成膜１２及び犠牲膜１４上にジルコニウム（Ｚｒ）を形成し、その後、Ｚｒを５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより、ＺｒＯ₂を形成すれば良い。なお、振動膜３０の材料は上記の種類に限定されないが、リザーバ５（図１参照。）を形成する工程及び犠牲膜１４を除去する工程でエッチングされない若しくはエッチングされにくい材料を用いることが好ましい。

また、この振動膜３０の形成工程と前後して、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、基板１を裏面側から部分的にエッチングしてリザーバ５を形成する。ここでは、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いて基板１をウェットエッチングする。ＫＯＨを用いた異方性のウェットエッチングにより、リザーバ５は徐々に径が小さくなるように形成され、その側面には（１１１）面が露出する。なお、リザーバ５の形成はウェットエッチングに限定されず、例えば、ドライエッチングで行ってもよい。また、この実施形態では、圧電素子５０（図１参照。）を形成する前にリザーバ５を形成しているが、これに限定されず、何れの工程でリザーバ５を形成してもよい。

次に、リザーバ５の底面で露出した保護膜７をエッチングして除去する。例えば、保護膜７がＳｉＯ₂膜の場合は、フッ酸（ＨＦ）溶液を用いたウェットエッチング又はドライエッチングにより、保護膜７を除去する。また、保護膜７がＳｉ₃Ｎ₄膜の場合は、熱リン酸溶液を用いたウェットエッチング又はドライエッチングにより、保護膜７を除去する。これにより、リザーバ５の底面から犠牲膜１４が露出することとなる。

次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、振動膜３０を部分的にエッチングして犠牲膜１４を底面とする貫通孔ｈを複数形成する。ここでは、圧力発生室２０（図１参照。）となる領域の一つ一つの真上に、複数の貫通孔ｈをそれぞれ形成する。個々の貫通孔ｈの直径は例えば１〜２μｍである。なお、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、この貫通孔ｈの形成工程では、貫通孔ｈと共に、ノズル開口部２２と、ドライバ回路３に接続するための第１コンタクトホール６４とを同時に形成してもよい。

そして、図５（ａ）に示すように、リザーバ５及び貫通孔ｈと、ノズル開口部２２を介して犠牲膜１４をエッチングする。これにより、犠牲膜１４が完全に取り除かれ、流路形成膜１０と振動膜３０とに囲まれた空間、即ち、インク流路が形成される。犠牲膜１４のエッチングはドライエッチング又はウェットエッチングのどちらで行っても良いが、ここでは、流路形成膜１０のエッチング速度よりも犠牲膜１４のエッチング速度の方が大きいエッチングガス、又はエッチング液を用いて犠牲膜１４をエッチングする。

例えば、流路形成膜１０がＳｉＯ₂膜であり、犠牲膜１４がａ−Ｓｉ膜である場合は、エッチングガスとしてフッ化キセノン（ＸｅＦ₂）ガスを用いることができる。また、流路形成膜１０がａ−Ｓｉ膜又はＰｏｌｙ−Ｓｉ膜であり、犠牲膜１４がＰＳＧ膜である場合は、エッチング液としてＨＦ溶液を用いることができる。このようにエッチング条件を選択することにより、流路形成膜１０のエッチングを抑制しつつ、犠牲膜１４を選択的にエッチングして除去することができる。

なお、上記のように、貫通孔ｈと第１コンタクトホール６４とを同時に形成した場合は、犠牲膜１４をエッチングする際に、第１コンタクトホール６４の底面でドライバ回路３の配線（例えば、パッド電極等）が露出している。従って、この場合は、流路形成膜１０のエッチング速度よりも犠牲膜１４のエッチング速度の方が大きく、且つ、ドライバ回路３の配線をエッチングしないようなエッチングガス、又はエッチング液を用いて犠牲膜１４をエッチングすることが好ましい。

次に、図５（ｂ）に示すように、振動膜３０上に下部電極膜を形成して貫通孔ｈを埋め込む。ここでは、例えば、スパッタリング法により振動膜３０上に下部電極膜を形成する。この下部電極膜の材料としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適である。その理由は、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。下部電極膜の材料には、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持することができるような材料を選択して用いる必要がある。特に、圧電体膜としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないような材料を選択して用いることが望ましい。このような条件を満たす材料として、Ｐｔ、Ｉｒ等が好適である。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、下部電極膜を部分的にエッチングして、共通電極としての形状を有した下部電極５１を形成する。

そして、圧電体膜を成膜する。ここでは、例えば、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布し乾燥してゲル化し、さらに高温で焼結すること（即ち、ゾルーゲル法）で圧電体膜を形成する。圧電体膜の材料としては、ＰＺＴ系の材料が好適であり、その場合の焼結温度は例えば７００℃程度である。なお、この圧電体膜の成膜方法は、ゾルーゲル法に限定されず、例えば、スパッタリング法、又は、ＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）などのスピンコート法により成膜してもよい。或いは、ゾルーゲル法又はスパッタリング法若しくはＭＯＤ法等によりＰＺＴの前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法により成膜してもよい。このような方法により形成される圧電体膜の厚さは、例えば０．２〜５μｍである。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により圧電体膜を部分的にエッチングして、図６（ａ）に示すように、所定形状を有した圧電体５２を形成する。

次に、上部電極膜を成膜する。上部電極膜は、導電性の高い材料であればよく、Ａｌ、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｐｔ等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用することができる。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により上部電極膜を部分的にエッチングして、図６（ｂ）に示すように、所定形状を有した上部電極５３を形成する。これにより、振動膜３０上に、下部電極５１と圧電体５２と上部電極５３とからなる圧電素子５０が完成する。
なお、本実施形態では、下部電極５１を圧電素子５０の共通電極とし、上部電極５３を圧電素子５０の個別電極としているが、ドライバ回路３や配線の都合でこれを逆にしても良い。つまり、下部電極５１を個別電極とし、上部電極５３を共通電極としても良い。

次に、図６（ｂ）において、圧電素子５０が形成された振動膜３０上の全面に保護膜６０を形成する。保護膜６０は例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）であり、その形成は例えばスパッタリング法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）で行う。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、上部電極５３上に第２コンタクトホール６５を形成する。そして、基板１の表面全体に導電膜を形成して、第１コンタクトホール６４及び第２コンタクトホール６５を埋め込む。さらに、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、導電膜を部分的にエッチングする。これにより、個々の圧電素子５０の上部電極５３とドライバ回路３とをそれぞれ電気的に接続する配線６７（図１参照。）と、共通の電極である下部電極５１を保護膜６０上に引き出す配線６８（図１参照。）とを形成する。以上のような工程を経て、図１（ａ）及び（ｂ）に示したインクジェット式記録ヘッド１００が完成する。

このように、本発明の実施形態によれば、１枚の基板１に対して半導体プロセス（即ち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程など）を行うことにより、インクジェット式記録ヘッドを製造することができる。従来例と比べて、複数枚の基板を貼り合わせる必要がないので、工程を簡素化でき低コスト化が可能である。また、貼り合わせのための接着剤が不要であるため、接着剤によりノズル開口部２２が塞がれる可能性がない。このため、インクジェット式記録ヘッドを低コストで、歩留まり高く製造することが可能となる。さらに、犠牲膜をエッチングする際に、リザーバ５だけでなく、リザーバ５と貫通孔ｈの両方からエッチング液やエッチングガスを供給することができるため、犠牲膜１４を効率良く除去することができる。

また、このようなインクジェット式記録ヘッドをインクジェット式記録装置に搭載することにより、インクジェット式記録装置の安価化にも寄与することができる。
この実施形態では、基板１の表面が本発明の「一方の面」に対応し、基板１の裏面が本発明の「他方の面」に対応し、ドライバ回路３が本発明の「集積回路」に対応している。また、インク連通路１９が本発明の「第１連通路」に対応し、ノズル連通路２１が本発明の「第２連通路」に対応している。
なお、上記の実施形態では、図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、保護膜７上に第１流路形成膜１１を形成し、第１流路形成膜１１に溝部１３を形成する。次に、基板１の表面全体に犠牲膜１４を形成して溝部１３を埋め込み、犠牲膜１４上に第２流路形成膜１２を形成する。その後、第２流路形成膜１２に平坦化処理を施して、第１流路形成膜１１上の犠牲膜１４の表面を露出させる場合について説明した。

しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＣＭＰにより第１流路形成膜１１を平坦化しても良い。その場合は、例えば図７（ｃ）に示すように、平坦化された第１流路形成膜１１上に第２流路形成膜１２を形成する。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、第２流路形成膜１２をエッチングして溝部１５を形成する。そして、図７（ｂ）に示すように、溝部１５を埋め込むように基板１の上方全面に犠牲膜１６を形成する。その後、例えばＣＭＰにより、犠牲膜１６を平坦化する。平坦化後は、図７（ｅ）に示すように、圧力発生室２０（図１参照。）となる領域において犠牲膜１６の表面が露出した状態となる。

このような方法であっても、図７（ｅ）以降の工程で、犠牲膜１６及び第２流路形成膜１２上に振動膜３０を形成し、続いて、図３（ｃ）〜図６（ｂ）の工程を順次行うことにより、図１（ａ）及び（ｂ）に示したインクジェット式記録ヘッド１００を完成することができる。また、上記の実施形態と同様、図４の工程では、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、圧力発生室２０（図１参照。）となる領域の第２流路形成膜１２を部分的にエッチングして、第２犠牲膜１５を底面とする貫通孔ｈを複数形成する。これにより、犠牲膜１４、１６を効率良く除去することができる。
図７（ａ）〜（ｅ）では、溝部１３が本発明の「第１溝部」に対応し、溝部１５が本発明の「第２溝部」に対応している。また、犠牲膜１４が本発明の「第１犠牲膜」に対応し、犠牲膜１６が本発明の「第２犠牲膜」に対応している。

実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す図。 インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１）。 インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その２）。 インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その３）。 インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その４）。 インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その５）。 インクジェット式記録ヘッド１００の他の製造方法を示す図。 従来例を示す図。

符号の説明

１ 基板、３ ドライバ回路、５ リザーバ、７ 保護膜、１０ 流路形成膜、１１ 第１流路形成膜、１２ 第２流路形成膜、１３、１５ 溝部、１４、１６ 犠牲膜、１９ インク連通部、２０ 圧力発生室、２１ ノズル連通部、２２ ノズル開口部、３０ 振動膜、５０ 圧電素子、５１ 下部電極、５２ 圧電体、５３ 上部電極、６０ 保護膜、６４ 第１コンタクトホール、６５ 第２コンタクトホール、６７、６８ 配線、ｈ 貫通孔

Claims (9)

1. 外部からインク液の供給を受けるリザーバと、前記リザーバに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、
   集積回路を有する基板の一方の面側に流路形成膜を形成する工程と、
   前記流路形成膜に溝部を形成する工程と、
   前記溝部に犠牲膜を充填する工程と、
   前記犠牲膜及び前記流路形成膜上に振動膜を形成する工程と、
   前記振動膜をエッチングして前記犠牲膜を底面とする貫通孔を形成する工程と、
   前記基板を他方の面側から前記犠牲膜が露出するまでエッチングして前記リザーバを形成する工程と、
   前記流路形成膜をエッチングして前記ノズル開口部を形成する工程と、
   前記リザーバ及び前記貫通孔を介して前記犠牲膜を除去する工程と、
   前記犠牲膜を除去する工程の後で、前記振動膜上に圧電素子を形成して前記貫通孔を塞ぐ工程と、を含むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
2. 外部からインク液の供給を受けるリザーバと、前記リザーバに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、
   集積回路を有する基板の一方の面側に第１流路形成膜を形成する工程と、
   前記圧力発生室と前記リザーバとを繋ぐ第１連通路となる領域の前記第１流路形成膜及び、前記圧力発生室と前記ノズル開口部とを繋ぐ第２連通路となる領域の前記第１流路形成膜にそれぞれ溝部を形成する工程と、
   前記溝部を埋め込むように前記基板の一方の面の上方全体に犠牲膜を形成する工程と、
   前記犠牲膜上に第２流路形成膜を形成する工程と、
   前記圧力発生室となる領域の前記犠牲膜上から前記第２流路形成膜を除去する工程と、
   前記犠牲膜及び前記第２流路形成膜上に振動膜を形成する工程と、
   前記振動膜をエッチングして前記犠牲膜を底面とする貫通孔を形成する工程と、
   前記基板を他方の面側から前記犠牲膜が露出するまでエッチングして前記リザーバを形成する工程と、
   前記第２流路形成膜をエッチングして前記ノズル開口部を形成する工程と、
   前記リザーバ及び前記貫通孔を介して前記犠牲膜を除去する工程と、
   前記犠牲膜を除去する工程の後で、前記振動膜上に圧電素子を形成して前記貫通孔を塞ぐ工程と、を含むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
3. 外部からインク液の供給を受けるリザーバと、前記リザーバに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、
   集積回路を有する基板の一方の面側に第１流路形成膜を形成する工程と、
   前記圧力発生室と前記リザーバとを繋ぐ第１連通路となる領域の前記第１流路形成膜及び、前記圧力発生室と前記ノズル開口部とを繋ぐ第２連通路となる領域の前記第１流路形成膜にそれぞれ第１溝部を形成する工程と、
   前記第１溝部に第１犠牲膜を充填する工程と、
   前記第１流路形成膜及び前記第１犠牲膜上に第２流路形成膜を形成する工程と、
   前記圧力発生室となる領域の前記第２流路形成膜に第２溝部を形成する工程と、
   前記第２溝部に第２犠牲膜を充填する工程と、
   前記第２犠牲膜及び前記第２流路形成膜上に振動膜を形成する工程と、
   前記振動膜をエッチングして前記第２犠牲膜を底面とする貫通孔を形成する工程と、
   前記基板を他方の面側から前記第１犠牲膜が露出するまでエッチングして前記リザーバを形成する工程と、
   前記第２流路形成膜をエッチングして前記ノズル開口部を形成する工程と、
   前記リザーバ及び前記貫通孔を介して前記第１犠牲膜及び前記第２犠牲膜を除去する工程と、
   前記第１犠牲膜及び前記第２犠牲膜を除去する工程の後で、前記振動膜上に圧電素子を形成して前記貫通孔を塞ぐ工程と、を含むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
4. 前記貫通孔を形成する工程と、前記ノズル開口部を形成する工程とを並行して行うことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
5. 前記流路形成膜、又は、前記第２流路形成膜及び前記第１流路形成膜をエッチングして前記集積回路に至る第１コンタクトホールを形成する工程、をさらに含み、
   前記貫通孔を形成する工程と、前記ノズル開口部を形成する工程及び前記第１コンタクトホールを形成する工程を並行して行うことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
6. 前記集積回路を前記基板の一方の面に形成する工程、をさらに含み、
   前記集積回路の配線材料には高融点金属を用いることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
7. 外部からインク液の供給を受けるリザーバと、前記リザーバに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドであって、
   集積回路及び前記リザーバが形成された基板と、
   前記基板の一方の面側に設けられて、前記圧力発生室と前記ノズル開口部とが形成された流路形成膜と、
   前記流路形成膜上に設けられて前記圧力発生室を覆う振動膜と、
   前記振動膜上に設けられた圧電素子と、を備え、
   前記振動膜には貫通孔が形成されており、当該貫通孔は前記圧電素子によって塞がれていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
8. 前記インクジェット式記録ヘッドは、前記圧力発生室内の圧力変化により、前記リザーバに供給されたインク液を前記ノズル開口部から吐出することを特徴とする請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッド。
9. 請求項７又は請求項８に記載のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。

Images