JP2016185603A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力室を形成する際に駆動回路が破壊されることを抑制できるインクジェットヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】第１の基板５１に振動板３１及び圧電素子が形成される圧電素子形成工程と、第２の基板５２に駆動回路４６が形成される駆動回路形成工程と、第１の基板５１をエッチングするエッチング溶液に対して耐性のある保護膜５６が駆動回路４６と重なる位置から第２の基板５２の端に亘って形成される保護膜形成工程と、第１の基板５１と第２の基板５２とが接着剤４８により接合される基板接合工程と、第１の基板５１及び第２の基板５２が接合された状態で、エッチング溶液により第１の基板５１がエッチングされて圧力室が形成される圧力室形成工程と、接合された第１の基板５１及び第２の基板５２が、切断予定ラインＬに沿って切断されることで、個々の圧力室形成基板及び封止板に分割される基板切断工程と、を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、電圧の印加により変形する圧電素子を備えたインクジェットヘッドの製造方法に関するものである。

インクジェットプリンターはパーマネントヘッドを備え、このパーマネントヘッドから各種の液体を噴射（吐出）する装置である。インクジェットプリンター（ｉｎｋ ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｅｒ）とは、非衝撃式印字装置であって、文字が用紙上にインクの粒子又は小滴の噴射によって形成されるものである（ＪＩＳ Ｘ００１２−１９９０）。複数の点で表現される文字や画像を印字するプリンターであるドットプリンターの一形態であり、インクの粒子又は小滴の噴射によって形成される複数の点で表現される文字や画像を印字する。また、パーマネントヘッド（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｈｅａｄ）とは、インクの液滴を連続的又は断続的に生成する、プリンター本体の機械部又は電気部である（以下、「インクジェットヘッド」（Ｉｎｋｊｅｔ‐ｈｅａｄ）という）（ＪＩＳ Ｚ８１２３−１：２０１３）。このインクジェットプリンターは、画像記録装置として使用されるほか、ごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を活かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。

上記のインクジェットヘッドは、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成基板、当該圧力室形成基板上に振動板を介して積層された圧電素子、及び、当該圧電素子に対して間隔を開けて配置された封止板等を備えている。そして、インクジェットヘッドは、圧電素子の駆動により圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルから液体を噴射する。このようなインクジェットヘッドの製造方法としては、２枚の基板を接合してから個々の圧力室形成基板及び封止板に分割する方法が知られている。具体的には、まず、一方の基板（例えば、シリコンウェハ）に振動板及び圧電素子を形成して圧力室形成基板となる領域を複数形成する。次に、この一方の基板に封止板となる他方の基板（例えば、シリコンウェハ）を接着剤により接合し、この状態で、エッチング溶液（例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ））を用いたエッチング（ウェットエッチング）により一方の基板に圧力室を形成する。その後、個々の圧力室形成基板及びこれに接合された封止板に分割することで、インクジェットヘッドが製造される。ここで、上記のような基板としては、一般的に、周縁部の角が丸められた（すなわち、面取りされた）ものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８―７３９２９号公報

ところで、近年、インクジェットヘッドの小型化に伴い、圧電素子を覆う封止板の表面に圧電素子を駆動する駆動回路を形成する技術が開発されている。しかしながら、上記のように圧力室形成基板となる基板と封止板となる基板とを接着剤により接合した状態で、ウェットエッチングにより圧力室を形成しようとすると、エッチング溶液が封止板となる基板の表面を侵食しながら進入し、駆動回路まで到達する虞があった。これにより、駆動回路が破壊される虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力室を形成する際に駆動回路が破壊されることを抑制できるインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通した圧力室が複数形成され、前記圧力室の一側の面を区画する振動板と、前記振動板の前記圧力室側とは反対側の面に形成される圧電素子と、が設けられた圧力室形成基板と、
前記圧電素子側の面に前記圧電素子を駆動する駆動回路を有し、前記圧電素子に対して間隔を開けて配置された封止板と、
前記圧力室形成基板と前記封止板とを接合する接着剤と、を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記圧力室形成基板に対応する領域が切断予定ラインにより区画された第１の基板に、前記振動板及び前記圧電素子が形成される圧電素子形成工程と、
前記封止板に対応する領域が切断予定ラインにより区画された第２の基板に、前記駆動回路が形成される駆動回路形成工程と、
前記第１の基板をエッチングするエッチング溶液に対して耐性のある保護膜が前記駆動回路と重なる位置から前記第２の基板の端に亘って形成される保護膜形成工程と、
前記第１の基板の前記圧電素子側の面と前記第２の基板の前記駆動回路側の面とが前記接着剤により接合される基板接合工程と、
前記第１の基板及び前記第２の基板が接合された状態で、前記エッチング溶液により前記第１の基板がエッチングされて前記圧力室が形成される圧力室形成工程と、
接合された前記第１の基板及び前記第２の基板が、前記切断予定ラインに沿って切断されることで、個々の前記圧力室形成基板及び前記封止板に分割される基板切断工程と、を含むことを特徴とする。

この方法によれば、エッチング溶液に対して耐性のある保護膜が駆動回路と重なる位置から第２の基板の端に亘って形成されるため、圧力室形成工程において圧力室を形成する際に、エッチング溶液が駆動回路側に進入することを抑制できる。これにより、駆動回路が破壊されることを抑制できる。

また、上記方法において、前記保護膜は、前記駆動回路を覆って水分から保護することが望ましい。

この方法によれば、保護膜が駆動回路を保護する耐水保護膜を兼ねるため、この耐水保護膜を別途形成する必要が無く、製造が容易になる。また、駆動回路が保護されるため、駆動回路の信頼性が向上し、ひいてはインクジェットヘッドの信頼性が向上する。

さらに、上記各方法において、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなることが望ましい。

この方法によれば、保護膜を容易に作成できる。

また、上記各方法において、前記駆動回路は、導体層と当該導体層間に形成される絶縁体層とを備え、
前記絶縁体層は、前記駆動回路の外側まで形成され、
前記保護膜は、前記駆動回路と重なる位置から前記絶縁体層の外側まで覆うことが望ましい。

この方法によれば、保護膜が絶縁体層の外側まで覆うため、エッチング溶液が絶縁体層を介して第２の基板まで進入することを抑制できる。その結果、エッチング溶液が駆動回路まで進入することを一層抑制できる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 アクチュエーターユニットの構成を説明する要部を拡大した断面図である。 アクチュエーターユニットの製造方法を説明する斜視図である。 アクチュエーターユニットの製造方法を説明する平面図である。 接合された第１の基板及び第２の基板の要部を拡大した断面図である。 アクチュエーターユニットの製造方法を説明する断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明のインクジェットプリンターとして、インクジェットヘッドの一種である記録ヘッド３を搭載したプリンター１を例に挙げて説明する。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対してインク（液体の一種）を噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）によって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。

また、キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジ４の走査の基点となるホームポジションが設定されている。このホームポジションには、端部側から順に、記録ヘッド３のノズル面（ノズルプレート２１）に形成されたノズル２２を封止するキャップ１１、及び、ノズル面を払拭するためのワイピングユニット１２が配置されている。

次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の構成を説明する断面図である。図３は、記録ヘッド３の要部を拡大した断面図、すなわちアクチュエーターユニット１４の一側（図２における左側）を拡大した断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、アクチュエーターユニット１４および流路ユニット１５が積層された状態でヘッドケース１６に取り付けられている。なお、便宜上、アクチュエーターユニット１４を構成する各部材の積層方向を上下方向として説明する。

ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には各圧力室３０にインクを供給するリザーバー１８が形成されている。このリザーバー１８は、複数形成された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間であり、２列に並設（列設）された圧力室３０の列に対応して２つ形成されている。なお、ヘッドケース１６の上方には、インクカートリッジ７側からのインクをリザーバー１８に導入するインク導入路（図示せず）が形成されている。また、ヘッドケース１６の下面側には、当該下面からヘッドケース１６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空間１７が形成されている。後述する流路ユニット１５がヘッドケース１６の下面に位置決めされた状態で接合されると、連通基板２４上に積層されたアクチュエーターユニット１４（圧力室形成基板２９、封止板３３等）が収容空間１７内に収容されるように構成されている。

ヘッドケース１６の下面に接合される流路ユニット１５は、連通基板２４及びノズルプレート２１を有している。連通基板２４は、シリコン製の板材であり、本実施形態では、表面（上面および下面）を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この連通基板２４には、図２に示すように、リザーバー１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される共通液室２５と、この共通液室２５を介してリザーバー１８からのインクを各圧力室３０に個別に供給する個別連通路２６とが、エッチングにより形成されている。共通液室２５は、圧力室３０の並設方向（ノズル列方向）に沿った長尺な空部であり、２つのリザーバー１８に対応して２列形成されている。この共通液室２５は、連通基板２４の板厚方向を貫通した第１液室２５ａと、連通基板２４の下面側から上面側に向けて当該連通基板２４の板厚方向の途中まで窪ませ、上面側に薄板部を残した状態で形成された第２液室２５ｂと、から構成される。個別連通路２６は、第２液室２５ｂの薄板部において、圧力室３０に対応して当該圧力室３０の並設方向に沿って複数形成されている。この個別連通路２６は、連通基板２４と圧力室形成基板２９とが位置決めされて接合された状態で、対応する圧力室３０の長手方向における一側の端部と連通する。

また、連通基板２４の各ノズル２２に対応する位置には、連通基板２４の板厚方向を貫通したノズル連通路２７が形成されている。すなわち、ノズル連通路２７は、ノズル列に対応して当該ノズル列方向に沿って複数形成されている。このノズル連通路２７によって、圧力室３０とノズル２２とが連通する。本実施形態のノズル連通路２７は、連通基板２４と圧力室形成基板２９とが位置決めされて接合された状態で、対応する圧力室３０の長手方向における他側（個別連通路２６とは反対側）の端部と連通する。

ノズルプレート２１は、連通基板２４の下面（圧力室形成基板２９とは反対側の面）に接合されたシリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。本実施形態では、このノズルプレート２１により、共通液室２５となる空間の下面側の開口が封止されている。また、ノズルプレート２１には、複数のノズル２２が直線状（列状）に開設されている。本実施形態では、２列に形成された圧力室３０の列に対応して、ノズル列が２列形成されている。この並設された複数のノズル２２（ノズル列）は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチ（例えば６００ｄｐｉ）で、主走査方向に直交する副走査方向に沿って等間隔に設けられている。なお、ノズルプレートを連通基板における共通液室から内側に外れた領域に接合し、共通液室となる空間の下面側の開口を例えば可撓性を有するコンプライアンスシート等の部材で封止することもできる。このようにすれば、ノズルプレートを可及的に小さくできる。

アクチュエーターユニット１４は、図２及び図３に示すように、圧力室形成基板２９、振動板３１、圧電素子３２および封止板３３が積層されてユニット化されている。このアクチュエーターユニット１４は、収容空間１７内に収容可能なように、収容空間１７よりも小さく形成されている。

圧力室形成基板２９は、シリコン製の硬質な板材であり、本実施形態では、表面（上面および下面）を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板２９には、エッチングにより一部が板厚方向に完全に除去されて、圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数形成されている。この空間は、下側が連通基板２４により区画され、上側が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。また、この空間、すなわち圧力室３０は、２列に形成されたノズル列に対応して２列に形成されている。各圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部であり、当該方向（すなわち、圧力室３０の長手方向）の一側の端部に個別連通路２６が連通し、他側の端部にノズル連通路２７が連通する。なお、本実施形態の圧力室３０のノズル列方向に直交する方向の両側壁は、シリコン単結晶基板の結晶性に起因して、圧力室形成基板２９の上面或いは下面に対して傾斜している。

振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室形成基板２９の上面（連通基板２４とは反対側の面）に積層されている。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、振動板３１によって、圧力室３０の上面が区画されている。この振動板３１における圧力室３０の上面を区画する区画領域３５は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変形（変位）する変位部として機能する。すなわち、振動板３１における区画領域３５は、撓み変形が許容される領域であり、振動板３１における区画領域３５から外れた領域は撓み変形が阻害される領域である。なお、振動板３１は、例えば、圧力室形成基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、から成る。そして、この絶縁膜上（振動板３１の圧力室３０側とは反対側の面）における区画領域３５に対応する位置に圧電素子３２がそれぞれ積層されている。

本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２列に並設されている。各圧電素子３２は、図３に示すように、振動板３１上に、下電極層３７、圧電体層３８、上電極層３９、及び金属層４０が順次積層されてなる。本実施形態では、下電極層３７が圧電素子３２毎に独立して形成される個別電極となっており、上電極層３９が複数の圧電素子３２に亘って連続して形成される共通電極となっている。すなわち、下電極層３７及び圧電体層３８は、圧力室３０毎に形成されている。一方、上電極層３９は、複数の圧力室３０に亘って形成されている。図３に示すように、本実施形態における各層３７、３８、３９のノズル列方向に直交する方向における両端は、区画領域３５よりも外側まで延設されている。

そして、下電極層３７と上電極層３９との間に圧電体層３８が挟まれた領域が、圧電素子３２として機能することになる。すなわち、下電極層３７と上電極層３９との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、圧電体層３８がノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形し、区画領域３５の振動板３１を変形させる。なお、圧電素子３２のうち区画領域３５の外側まで延在された部分は、圧力室形成基板２９により変形（変位）が阻害される。

また、本実施形態における圧電素子３２は、長手方向（ノズル列方向に直交する方向）における両端部に密着層４１を介して金属層４０が設けられている。圧電素子３２の他側（アクチュエーターユニット１４における内側）の端部に形成された金属層４０は、上電極層３９上に積層されて共通電極となる第１の共通金属層４０ａである。圧電素子３２の一側（アクチュエーターユニット１４における外側）の端部に形成された金属層４０は、上電極層３９上に積層され、第１の共通金属層４０ａと同様に、共通電極となる第２の共通金属層４０ｂである。第２の共通金属層４０ｂよりも外側（第１の共通金属層４０ａ側とは反対側）に形成された金属層４０は、一部が下電極層３７上に積層されて個別電極となる個別金属層４０ｃである。なお、個別金属層４０ｃの下側に形成される密着層４１は、アクチュエーターユニット１４の端まで延設されている。そして、本実施形態では、第１の共通金属層４０ａ及び個別金属層４０ｃに、後述するバンプ電極４２が接続される。

なお、上記した下電極層３７及び上電極層３９としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金(Ａｕ)等の各種金属、及び、これらの合金やＬａＮｉＯ_３等の合金等が用いられる。また、圧電体層３８としては、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（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ビスマス（Ｂｉ）又はイットリウム（Ｙ）等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その他、チタン酸バリウムなどの非鉛材料も用いることができる。さらに、金属層４０としては、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及び、これらの合金等からなる密着層上に金（Ａｕ）、銅(Ｃｕ)等が積層されたものが用いられる。

封止板３３は、複数のバンプ電極４２を介在させた状態で振動板３１（或いは、圧電素子３２）に対して間隔を開けて配置された平板状の部材である。なお、この間隔は、圧電素子３２の変形が阻害されない程度の間隔に設定されている。本実施形態の封止板３３は、表面（上面および下面）が（１１０）面のシリコン単結晶基板から成り、平面視において圧力室形成基板２９の外径と略同じに揃えられている。図３に示すように、この封止板３３の下面（圧電素子３２側の面）における圧電素子３２と対向する領域には、各圧電素子３２を個々に駆動する信号（駆動信号）を出力する駆動回路４６（ドライバー回路）が形成されている。駆動回路４６は、封止板３３となるシリコン単結晶基板（シリコンウェハ）の表面に、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）を用いて作成される。本実施形態の駆動回路４６は、図６に示すように、複数の導体層５４、及び、当該複数の導体層５４間の層間膜となる絶縁体層５５等が積層されて成る。また、封止板３３の圧電素子３２側の駆動回路４６が形成された領域を含むほぼ全面には、保護膜５６が積層されている。なお、この保護膜５６は、その表面が平坦になるように加工されている。

また、図３に示すように、封止板３３における区画領域３５から外れた領域であって、圧電体層３８上に形成された第１の共通金属層４０ａおよび個別金属層４０ｃに対向する領域には、圧力室形成基板２９側に突出した、弾性を有するバンプ電極４２が形成されている。このバンプ電極４２は、弾性を有する内部樹脂４３と、駆動回路４６内の対応する配線と電気的に接続され、内部樹脂４３の表面を覆う導電膜４４と、からなる。本実施形態では、個別金属層４０ｃに接続される個別バンプ電極４２ｂが、２列に形成された圧電素子３２に対応して２列に形成されている。また、第１の共通金属層４０ａに接続される共通バンプ電極４２ａが、２列に形成された個別バンプ電極４２ｂの間において１列に形成されている。なお、内部樹脂４３としては、例えば、ポリイミド樹脂等の樹脂が用いられる。また、導電膜４４としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン(Ｔｉ)、タングステン(Ｗ)等の金属が用いられる。

封止板３３と、振動板３１及び圧電素子３２が積層された圧力室形成基板２９とは、図３に示すように、各バンプ電極４２を介在させた状態で接着剤４８により接合されている。この接着剤４８は、各バンプ電極４２のノズル列方向に直交する方向における両側にノズル列方向に沿って帯状に配置されている。個別バンプ電極４２ｂよりも外側（共通バンプ電極４２ａ側とは反対側）に配置された接着剤４８は、圧力室形成基板２９の外周に形成されている。すなわち、この接着剤４８は、各圧電素子３２及びバンプ電極４２を囲繞するように形成されている。また、各接着剤４８は、駆動回路４６の一部と重なるように形成されている。

なお、接着剤４８としては、感光性かつ熱硬化性を有する樹脂等が好適に用いられる。例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂等を主成分に含む樹脂が望ましい。このように、感光性を有するものを接着剤４８として用いれば、接着剤４８を塗布した後に露光及び現像することで、所定の位置に正確に接着剤４８を配置できるようになる。これにより、接着剤４８のはみ出しを抑制でき、ひいては記録ヘッド３を小型化できる。すなわち、接着剤４８が予定された位置からはみ出すことによりアクチュエーターユニット１４を構成する他の部分と干渉することを抑制ができ、接着剤４８を当該部分に可及的に近づけることができる。その結果、アクチュエーターユニット１４を小型化でき、ひいては記録ヘッド３を小型化できる。

そして、上記のように形成された記録ヘッド３は、インクカートリッジ７からのインクをインク導入路、リザーバー１８、共通液室２５および個別連通路２６を介して圧力室３０に導入する。この状態で、駆動回路４６からの信号が各バンプ電極４２を介して圧電素子３２に供給されると、圧電素子３２が駆動し、圧力室３０内に圧力変動が生じる。記録ヘッド３は、この圧力変動を利用することで、ノズル連通路２７を介してノズル２２からインク滴を噴射する。

次に、上記した記録ヘッド３、特にアクチュエーターユニット１４の製造方法について説明する。図４は、圧力室形成基板２９となる第１の基板５１と、封止板３３となる第２の基板５２とを表わす斜視図である。図５は、接合された第１の基板５１及び第２の基板５２を分割する切断予定ラインＬを表わす第２の基板５２側から見た平面図である。図６は、接合された第１の基板５１及び第２の基板５２の端部を拡大した断面図である。図７は、アクチュエーターユニットの製造過程を説明する断面における状態遷移図である。本実施形態のアクチュエーターユニット１４は、図４に示すように、振動板３１及び圧電素子３２が積層されて圧力室形成基板２９となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板（シリコンウェハ）からなる第１の基板５１と、封止板３３となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板（シリコンウェハ）からなる第２の基板５２とを接着剤４８により貼りあわせた状態で、図４及び図５に示す切断予定ラインＬ（スクライブライン）に沿って切断して個片化することで得られる。なお、第１の基板５１及び第２の基板５２の端部には、図６に示すように、角が丸められた面取り部５１ａ、５２ａが形成されている。

詳しく説明すると、第１の基板５１（圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板）では、まず、圧電素子形成工程において、振動板３１及び圧電素子３２等を形成する。具体的には、第１の基板５１の上面（封止板３３と対向する側の表面）に振動板３１を形成する。次に、半導体プロセスにより、下電極層３７、圧電体層３８、上電極層３９、密着層４１、及び金属層４０等を順次パターニングし、圧電素子３２等を形成する。これにより、第１の基板５１に、個々の記録ヘッド３に対応した圧力室形成基板２９となる領域が複数形成される。すなわち、第１の基板５１の切断予定ラインＬにより区画された複数の領域に、圧力室形成基板２９に対応する領域がそれぞれ形成される。

なお、図６に示すように、個別金属層４０ｃの下側に形成された密着層４１は、切断予定ラインＬを越えて隣接する領域（圧力室形成基板２９とならずに破棄される領域）まで延設されている。また、第１の基板５１の上面であって、振動板３１の外側から第１の基板５１の端に亘る領域は、熱酸化膜５８により覆われている。本実施形態における熱酸化膜５８は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなり、振動板３１を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を当該振動板３１から第１の基板５１の端（詳しくは、上面側の面取り部５１ａを越えて側面）に亘って設けることで形成される。これにより、振動板３１を作製する工程と同じ工程で熱酸化膜５８を形成することができる。このような熱酸化膜５８は、熱酸化処理により形成される。そして、熱酸化膜５８は、後述する第１の基板５１をエッチングするエッチング溶液（水酸化カリウム（ＫＯＨ））に対して比較的良好な耐性を有するため、第１の基板５１をエッチング（ウェットエッチング）する際にエッチング溶液が第１の基板５１の表面に浸食することを抑制できる。

一方、第２の基板５２（封止板３３側のシリコン単結晶基板）では、まず、上面（圧力室形成基板２９側とは反対側の表面）の全体に、第１の基板５１の表面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）と同様の熱酸化膜５８を形成する。本実施形態における熱酸化膜５８は、図６に示すように、第２の基板５２の上面から上面側の面取り部５２ａを越えて側面まで形成されている。

次に、駆動回路形成工程において、図６に示すように、半導体プロセスにより下面（圧力室形成基板２９と対向する側の表面）に駆動回路４６等を形成する。なお、図６に示す切断予定ラインＬよりも外側に形成される回路は、有効露光範囲から外れた領域に形成されるダミー回路４７であり、両基板５１、５２の切断後において切断片（切れ端）と共に破棄される。これらの駆動回路４６及びダミー回路４７は、金属等からなる導体層５４（半導体も含む）及びシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等からなる絶縁体層５５が交互に積み重ねられて構成される。すなわち、駆動回路４６及びダミー回路４７は、半導体プロセスにより導体層５４と、当該導体層５４間に形成される絶縁体層５５とを順次パターニングすることで形成される。本実施形態における絶縁体層５５は、駆動回路４６、ダミー回路４７、及びこれらの外側に亘って形成されている。この絶縁体層５５の端部は、下面側の面取り部５２ａの端まで延設されている。ここで、本実施形態における絶縁体層５５は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなり、膜の成長速度等の製造上の理由からＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて形成される。このように形成された絶縁体層５５は、エッチング溶液（水酸化カリウム（ＫＯＨ））に対する保護膜としての能力が比較的弱く、第１の基板５１側へのエッチング溶液の進入を十分に抑制できない。このため、第１の基板５１が侵食され、エッチング溶液がダミー回路４７のみならず、駆動回路４６まで進入して駆動回路４６を破壊する虞がある。このため、本実施形態では、この絶縁体層５５を覆うように保護膜５６を形成する。

具体的には、保護膜形成工程により、第１の基板５１をエッチングするエッチング溶液に対して耐性のある保護膜５６を第２の基板５２の下面に形成する。本実施形態における保護膜５６は、半導体プロセスにより、駆動回路４６及びダミー回路４７と重なる位置から第２の基板５２の端に亘って形成される。より詳しく説明すると、保護膜５６は、駆動回路４６を覆うように駆動回路４６の外側まで形成され、その端部が第２の基板５２の下面側の面取り部５２ａ及び側面を越えて上面側の面取り部５２ａまで延設されている。すなわち、この保護膜５６により、絶縁体層５５が覆われると共に、第２の基板５２の側面及び上面側の面取り部５２ａにおける熱酸化膜５８が覆われる。ここで、保護膜５６は、第１の基板５１をエッチングするエッチング溶液（水酸化カリウム（ＫＯＨ））に対して比較的良好な耐性を有し、且つ耐水性も有することが望ましい。本実施形態では、熱酸化膜５８及び絶縁体層５５よりも水酸化カリウム（ＫＯＨ）に対する耐性が優れ、且つ耐水性も有することから、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を保護膜５６として用いている。このように、保護膜５６が耐水性も有するため、この保護膜５６で駆動回路４６を覆うことにより、駆動回路４６を水分から保護する耐水保護膜として利用することができる。

保護膜５６が形成されたならば、平坦化工程において、ＣＭＰ（化学機械研磨）法等の研磨方法を用いて保護膜５６を削り、保護膜５６の表面を平坦化させる。これにより、保護膜５６に接着される接着剤４８の接着力の低下を抑制できる。その後、表面に樹脂膜を製膜し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、内部樹脂４３を形成した後、加熱により当該内部樹脂４３を溶融してその角を丸める。そして、蒸着やスパッタリング等により内部樹脂４３の表面に金属膜を成膜し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、導電膜４４を形成する。これにより、第２の基板５２に、個々の記録ヘッド３に対応した封止板３３となる領域が複数形成される。すなわち、第２の基板５２の切断予定ラインＬにより区画された複数の領域に、封止板３３に対応する領域がそれぞれ形成される。

そして、第１の基板５１に振動板３１及び圧電素子３２が形成され、第２の基板５２に駆動回路４６等が形成されたならば、基板接合工程において、両基板５１、５２を接合する。すなわち、第１の基板５１の圧電素子３２側の面と第２の基板５２の駆動回路４６側の面とを、間隔を開けた状態で接着剤４８により接合する。本実施形態では、第１の基板５１の表面（第２の基板５２に対向する面）に、感光性および熱硬化性を有する液体状の接着剤をスピンコーター等により塗布し、加熱させることで弾性を有する接着剤層を形成する。次に、露光及び現像することで、各バンプ電極４２の両側に対応する位置に接着剤４８の形状をパターニングする。この際、図６に示すように、圧力室形成基板２９の外周に形成される接着剤４８は、駆動回路４６と重なる領域よりも外側であって、ダミー回路４７の一部と重なる領域まで延設されている。すなわち、圧力室形成基板２９の端に形成される接着剤４８は、切断予定ラインＬを越えて隣接する領域まで延設されている。換言すると、切断予定ラインＬと重なる領域であって、切断公差を含めた領域に亘って接着剤４８が形成される。なお、接着剤４８は、製膜後における加熱量及び露光時における露光量の調整により、硬化反応が進められて、ある程度の硬化度まで硬化されている。これにより、接着剤４８が濡れ広がることを抑制できる。その結果、接着剤４８のパターニング精度を向上させることができる。

接着剤４８が形成されたならば、第１の基板５１又は第２の基板５２の何れか一方の基板を他方の基板に向けて相対的に移動させて、接着剤４８を両基板５１、５２の間に挟んで張り合わせる。この状態で、バンプ電極４２の弾性復元力に抗して、第１の基板５１及び第２の基板５２を上下に加圧する。これにより、バンプ電極４２が押し潰され、確実に導通をとることができる。また、接着剤４８を第２の基板５２の表面に確実に接着させることができる。そして、加圧しながら、接着剤４８の硬化温度まで加熱する。その結果、バンプ電極４２が押し潰された状態で、接着剤４８が硬化し、両基板が接合される（図６及び図７（ａ）参照）。

両基板５１、５２が接合されたならば、図７（ｂ）に示すように、第１の基板５１を下面側（第２の基板５２側とは反対側）から研磨し、当該第１の基板５１を薄くする。その後、圧力室形成工程において、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、薄くなった第１の基板５１に圧力室３０を形成する。具体的には、第１の基板５１の下面にフォトレジストをパターニングし、両基板５１、５２が接合された状態で、エッチング溶液（本実施形態では水酸化カリウム（ＫＯＨ））に浸す。これにより圧力室３０がエッチングされる。このとき、第１の基板５１の上面及び第２の基板５２の上面は、熱酸化膜５８により保護される。また、第２の基板５２の下面は、保護膜５６により保護される。その後、図７（ｃ）に示すように、フォトレジストを剥離して圧力室３０が形成される。なお、このとき、図７に示すように、切断予定ラインＬと重なる領域であって、切断公差を含めた領域もシリコン単結晶基板が除去される。最後に、基板切断工程において、図７（ｄ）に示すように、接合された第１の基板５１及び第２の基板５２を、切断予定ラインＬに沿って切断することで、個々の圧力室形成基板２９及び封止板３３に分割する。このとき、図７（ｃ）に示すように、第１の基板５１の切断予定ラインＬと重なる領域が除去されているため、切断が容易になる。また、切断予定ラインＬと重なる領域に接着剤４８を配置したので、切断時の衝撃により、圧力室形成基板２９と封止板３３との相対位置がずれたり、圧力室形成基板２９と封止板３３との間隔がばらついたりする不具合を抑制できる。さらに、切断予定ラインＬと重なる領域に密着層４１を配置したので、靱性を得ることができ、破片等が発生することを抑制できる。なお、第１の基板５１及び第２の基板５２を切断する方法としては、ダイヤモンド等からなるカッターを用いる方法やレーザーを用いる方法等、種々の方法を採用できる。

そして、上記の過程により製造されたアクチュエーターユニット１４は、接着剤等を用いて流路ユニット１５（連通基板２４）に位置決めされて固定される。そして、アクチュエーターユニット１４をヘッドケース１６の収容空間１７に収容した状態で、ヘッドケース１６と流路ユニット１５とを接合することで、上記の記録ヘッド３が製造される。

このように、本実施形態における記録ヘッド３の製造方法では、エッチング溶液に対して耐性のある保護膜５６が駆動回路４６と重なる位置から第２の基板５２の端に亘って形成されるため、圧力室形成工程において圧力室３０を形成する際に、エッチング溶液が駆動回路４６側に進入することを抑制できる。これにより、駆動回路４６が破壊されることを抑制できる。また、保護膜５６が駆動回路４６を保護する耐水保護膜を兼ねるため、この耐水保護膜を別途形成する必要が無く、製造が容易になる。さらに、駆動回路４６が保護されるため、駆動回路４６の信頼性が向上し、ひいては記録ヘッド３の信頼性が向上する。また保護膜５６をシリコン窒化膜（ＳｉＮ）としたので、保護膜５６を容易に作成できる。そして、保護膜５６が絶縁体層５５の外側まで覆うため、エッチング溶液が絶縁体層５５を介して第２の基板５２まで進入することを抑制できる。その結果、エッチング溶液が駆動回路４６まで進入することを一層抑制できる。

ところで、上記した実施形態では、駆動回路４６が保護膜５６により覆われたが、これには限られない。保護膜が少なくとも一部の駆動回路と重なっていればよい。また、上記した実施形態では、エッチング溶液として水酸化カリウム（ＫＯＨ）が用いられ、このエッチング溶液に耐性を有する保護膜５６としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が用いられたが、これには限られない。すなわち、エッチング溶液は、第１の基板の材質に合わせて適宜に選択でき、また、保護膜は、これに合わせて適宜に選択できる。さらに、上記した実施形態では、第１の基板５１の上面及び第２の基板５２の上面は、熱酸化膜５８により保護されたが、これには限られない。例えば、熱酸化膜に代えて、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を用いることもできる。

また、上記した実施形態では、下電極層３７及び上電極層３９とこれらに対応する各バンプ電極４２が、それぞれ圧電体層３８上に積層された金属層４０と接続されたが、これには限られない。圧電体層上において、複数のバンプ電極の少なくとも一部が、下電極層又は上電極層の何れか一方と電気的に接続されていればよい。さらに、上記した実施形態では、バンプ電極４２を封止板３３側に設けたが、これには限られない。例えば、バンプ電極を圧力室基板側に設けることもできる。

そして、以上で述べた実施形態では、インクジェットヘッドとして、インクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明のインクジェットヘッドを用いることができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…アクチュエーターユニット，１５…流路ユニット，１６…ヘッドケース，１７…収容空間，１８…リザーバー，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２４…連通基板，２５…共通液室，２６…個別連通路，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３５…区画領域，３７…下電極層，３８…圧電体層，３９…上電極層，４０…金属層，４２…バンプ電極，４３…内部樹脂，４４…導電膜，４６…駆動回路，４７…ダミー回路，４８…接着剤，５１…第１の基板，５２…第２の基板，５４…導体層，５５…絶縁体層，５６…保護膜，５８…熱酸化膜

Claims (4)

1. ノズルに連通した圧力室が複数形成され、前記圧力室の一側の面を区画する振動板と、前記振動板の前記圧力室側とは反対側の面に形成される圧電素子と、が設けられた圧力室形成基板と、
   前記圧電素子側の面に前記圧電素子を駆動する駆動回路を有し、前記圧電素子に対して間隔を開けて配置された封止板と、
   前記圧力室形成基板と前記封止板とを接合する接着剤と、を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
   前記圧力室形成基板に対応する領域が切断予定ラインにより区画された第１の基板に、前記振動板及び前記圧電素子が形成される圧電素子形成工程と、
   前記封止板に対応する領域が切断予定ラインにより区画された第２の基板に、前記駆動回路が形成される駆動回路形成工程と、
   前記第１の基板をエッチングするエッチング溶液に対して耐性のある保護膜が前記駆動回路と重なる位置から前記第２の基板の端に亘って形成される保護膜形成工程と、
   前記第１の基板の前記圧電素子側の面と前記第２の基板の前記駆動回路側の面とが前記接着剤により接合される基板接合工程と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板が接合された状態で、前記エッチング溶液により前記第１の基板がエッチングされて前記圧力室が形成される圧力室形成工程と、
   接合された前記第１の基板及び前記第２の基板が、前記切断予定ラインに沿って切断されることで、個々の前記圧力室形成基板及び前記封止板に分割される基板切断工程と、を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 前記保護膜は、前記駆動回路を覆って水分から保護することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 前記保護膜は、シリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記駆動回路は、導体層と当該導体層間に形成される絶縁体層とを備え、
   前記絶縁体層は、前記駆動回路の外側まで形成され、
   前記保護膜は、前記駆動回路と重なる位置から前記絶縁体層の外側まで覆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ヘッドの製造方法。

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