JP3693118B2 - シリコンデバイスの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法並びに液体噴射ヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン基板上に薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造方法に関し、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、圧電体層の変位によりインク滴を吐出させる液体噴射ヘッド及びその製造方法に適用して好適なものである。
液体噴射装置としては、例えば、圧電素子や発熱素子によりインク滴吐出のための圧力を発生させる複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給する共通のリザーバと、各圧力発生室に連通するノズル開口とを備えたインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置があり、このインクジェット式記録装置では、印字信号に対応するノズルと連通した圧力発生室内のインクに吐出エネルギを印加してノズル開口からインク滴を吐出させる。
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滴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。
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、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提案されている（例えば、特許文献１参照）。
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
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、まず、流路形成基板となるシリコンウェハの一方面に振動板及び圧電素子を形成した後、シリコンウェハの圧電素子側に圧電素子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が設けられた封止基板を接合する。その後、シリコンウェハを他方面側からエッチングすることで、圧力発生室を形成した後、シリコンウェハを複数に分割することで形成されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、シリコンウェハに封止基板を接合する際に、シリコンウェハ上に形成された薄膜パターンの積層状態によって封止基板に当接する高さが均一ではなく、両者を接合する際に接着剤が厚く形成される領域が生じてしまう。
これにより、シリコンウェハをエッチングする際に用いられるアルカリ溶液等のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入し、圧電素子が破壊されてしまうという問題がある。
また、シリコンウェハ上に圧電素子と共に圧電素子の電極上又は引き出し電極上に絶縁層及び配線接続層を順次積層して各圧電素子の共通電極の電圧降下を防止した構造を有するインクジェット式記録ヘッドも提案されているが、このような構造では、シリコンウェハと封止基板とを接合する領域の接着剤の厚さが厚くなってしまい、特にエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入してしまうという問題がある。
さらに、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、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッド等のシリコンデバイス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、製造時に薄膜パターンの破壊を確実に防止することができるシリコンデバイスの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法並びに液体噴射ヘッド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、少なくとも第１導電層、絶縁層及び第２導電層が順次積層されて構成される薄膜パターンを有すると共に該薄膜パターンの反対側に凹部を有するシリコン基板上に、前記薄膜パターンを密封する空間を画成する薄膜パターン保持部を有する封止基板が接合されたシリコンデバイスの製造方法において、シリコンウェハの一方面に前記薄膜パターンを形成する際に、前記シリコンウェハ上に前記第１導電層と同一層で当該シリコンウェハの前記薄膜パターン全体を囲むように連続した第１透湿防止層を形成し、該第１透湿防止層上に前記絶縁層と同一層で且つ当該第１透湿防止層よりも幅狭の第２透湿防止層を形成し、該第２透湿防止層上に前記第２導電層と同一層で且つ当該第２透湿防止層を覆うように第３透湿防止層を形成することで透湿防止パターンを形成するようにし、その後、前記シリコンウェハ上に前記透湿防止パターンを介して前記封止基板を接合し、前記シリコンウェハの他方面からエッチングして前記凹部を形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第１の態様では、シリコンウェハと封止基板とを透湿防止パターンを介して接合するため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して薄膜パターン保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第２透湿防止層が第１透湿防止層及び第３透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第２透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第２透湿防止層を介して薄膜パターン保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板とを透湿防止パターンを介して接合するため、シリコンウェハと封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、シリコンウェハと封止基板との接合を確実に行うことができる。
かかる第１の態様では、シリコンウェハと封止基板とを透湿防止パターンを介して接合するため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して薄膜パターン保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第２透湿防止層が第１透湿防止層及び第３透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第２透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第２透湿防止層を介して薄膜パターン保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板とを透湿防止パターンを介して接合するため、シリコンウェハと封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、シリコンウェハと封止基板との接合を確実に行うことができる。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハの周縁部に沿って連続して形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第２の態様では、周縁部に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による薄膜パターンの破壊を防止することができる。
かかる第２の態様では、周縁部に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による薄膜パターンの破壊を防止することができる。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記シリコンウェハをウェットエッチングすることにより、前記凹部を形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第３の態様では、ウェットエッチングすることによりシリコンウェハを高精度にパターニングすることができる。
かかる第３の態様では、ウェットエッチングすることによりシリコンウェハを高精度にパターニングすることができる。
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記第２透湿防止層が感光性樹脂からなることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第４の態様では、絶縁層からなる第２透湿防止層を比較的容易且つ高精度に形成できる。
かかる第４の態様では、絶縁層からなる第２透湿防止層を比較的容易且つ高精度に形成できる。
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記感光性樹脂が、ポリイミドであることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第５の態様では、所定の感光性樹脂を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
かかる第５の態様では、所定の感光性樹脂を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
本発明の第６の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記第２透湿防止層が、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、酸化珪素、窒化珪素又は酸化タンタルからなることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第６の態様では、所定の材料を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
かかる第６の態様では、所定の材料を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
本発明の第７の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子と、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、シリコンウェハ上に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記シリコンウェハ上の前記封止基板となる封止基板形成材が接合される接合領域に前記引き出し電極を形成すると共に当該引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立した第１透湿防止層を当該シリコンウェハ上に形成された前記圧電素子全体を囲むように連続して形成し、前記絶縁層を形成すると共に当該絶縁層と同一層の第２透湿防止層を前記第１透湿防止層上に当該第１透湿防止層よりも幅狭で形成し、前記接続配線層を形成すると共に当該接続配線層と同一層で且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第３透湿防止層を前記第２透湿防止層上に当該第２透湿防止層を覆うように形成することで、前記第１透湿防止層、第２透湿防止層及び第３透湿防止層からなる透湿防止パターンを形成する工程と、前記シリコンウェハ上に前記透湿防止パターンを介して前記封止基板形成材を接合する工程と、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室を形成する工程と、前記シリコンウェハ及び前記封止基板形成材を所定の大きさに分割する工程とを有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、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第２透湿防止層が第１透湿防止層及び第３透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第２透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第２透湿防止層を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板との接合を確実に行うことができる。
かかる第７の態様では、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第２透湿防止層が第１透湿防止層及び第３透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第２透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第２透湿防止層を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板との接合を確実に行うことができる。
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハの周縁部に沿って連続して形成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８の態様では、周縁部に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による圧電素子の破壊を防止することができる。
かかる第８の態様では、周縁部に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による圧電素子の破壊を防止することができる。
本発明の第９の態様は、第７又は８の態様において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハを分割する領域の外周に沿って連続して形成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９の態様では、分割する領域の外周に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による圧電素子の破壊を防止することができる。
かかる第９の態様では、分割する領域の外周に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による圧電素子の破壊を防止することができる。
本発明の第１０の態様は、第７〜９の何れかの態様において、前記透湿防止パターンが前記圧電素子保持部のそれぞれを囲む個別透湿防止パターンを含む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１０の態様では、個別透湿防止パターンを設けることで、分割して液体噴射ヘッドとした際に、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止することができ、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
かかる第１０の態様では、個別透湿防止パターンを設けることで、分割して液体噴射ヘッドとした際に、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止することができ、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
本発明の第１１の態様は、第７〜１０の何れかの態様において、前記シリコンウェハをウェットエッチングすることにより、前記圧力発生室を形成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１１の態様では、ウェットエッチングすることによりシリコンウェハに圧力発生室を高密度且つ高精度に形成することができる。
かかる第１１の態様では、ウェットエッチングすることによりシリコンウェハに圧力発生室を高密度且つ高精度に形成することができる。
本発明の第１２の態様は、第７〜１１の何れかの態様において、前記絶縁層が感光性樹脂からな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１２の態様では、絶縁層からなる第２透湿防止層を比較的容易且つ高精度に形成できる。
かかる第１２の態様では、絶縁層からなる第２透湿防止層を比較的容易且つ高精度に形成できる。
本発明の第１３の態様は、第１２の態様において、前記感光性樹脂が、ポリイミドであ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１３の態様では、所定の感光性樹脂を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
かかる第１３の態様では、所定の感光性樹脂を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
本発明の第１４の態様は、第７〜１１の何れかの態様において、前記絶縁層が、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、酸化珪素、窒化珪素又は酸化タンタルからな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１４の態様では、所定の材料を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
かかる第１４の態様では、所定の材料を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
本発明の第１５の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子と、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記振動板及び前記圧電素子が形成されたシリコンウェハ上の前記封止基板となる封止基板形成材が接合される接合領域に形成され、前記引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立して、前記圧電素子全体を囲むように連続して形成された第１透湿防止層と、前記絶縁層と同一層で、前記第１透湿防止層上に当該第１透湿防止層よりも幅狭で形成された第２透湿防止層と、前記接続配線層と同一層で、前記第２透湿防止層上に当該第２透湿防止層を覆うように形成され且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第３透湿防止層とからなる透湿防止パターンを介して前記シリコンウェハと前記封止基板形成材とを接合した後、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室が形成されたものを所定の大きさに分割したものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１５の態様では、シリコンウェハと封止基板形成材とが透湿防止パターンを介して接合されるため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第２透湿防止層が第１透湿防止層及び第３透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第２透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第２透湿防止層を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板とを確実に接合した液体噴射ヘッドとすることができる。
かかる第１５の態様では、シリコンウェハと封止基板形成材とが透湿防止パターンを介して接合されるため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第２透湿防止層が第１透湿防止層及び第３透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第２透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第２透湿防止層を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板とを確実に接合した液体噴射ヘッドとすることができる。
本発明の第１６の態様は、第１５の態様において、前記流路形成基板と前記封止基板との接合領域の少なくとも一部には、前記透湿防止パターンの一部が存在することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１６の態様では、透湿防止パターンを流路形成基板と封止基板との接合領域に形成してもよく、透湿防止パターンの形成を容易にすることができると共に、シリコンウェハの分割を容易に行える。
かかる第１６の態様では、透湿防止パターンを流路形成基板と封止基板との接合領域に形成してもよく、透湿防止パターンの形成を容易にすることができると共に、シリコンウェハの分割を容易に行える。
本発明の第１７の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子と、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記流路形成基板と前記封止基板との間の接合領域の少なくとも一部に、前記引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立して形成された第１導電層と、前記絶縁層と同一層で、前記第１導電層上に当該第１導電層よりも幅狭で形成された層間絶縁層と、前記接続配線層と同一層で、前記層間絶縁層上に当該層間絶縁層を覆うように形成され且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第２導電層とからなる積層パターンを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１７の態様では、流路形成基板と封止基板との間に積層パターンを設けることによって、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止できるため、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
かかる第１７の態様では、流路形成基板と封止基板との間に積層パターンを設けることによって、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止できるため、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
本発明の第１８の態様は、第１７の態様において、前記積層パターンが、前記流路形成基板に分割されるシリコンウェハ状態では、前記圧電素子全体を囲むように連続して設けられて、前記シリコンウェハと、分割されることで前記封止基板となる封止基板形成層との接合領域に形成された透湿防止パターンであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１８の態様では、製造時にシリコンウェハと封止基板形成材とが透湿防止パターンを介して接合されるため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板とを確実に接合した液体噴射ヘッドとすることができる。
かかる第１８の態様では、製造時にシリコンウェハと封止基板形成材とが透湿防止パターンを介して接合されるため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板とを確実に接合した液体噴射ヘッドとすることができる。
本発明の第１９の態様は、第１７又は１８の態様において、前記積層パターンが、前記圧電素子保持部を囲むように連続して設けられた個別透湿防止パターンを含むことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１９の態様では、流路形成基板と封止基板との間に個別透湿防止パターンを設けることによって、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止できるため、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
かかる第１９の態様では、流路形成基板と封止基板との間に個別透湿防止パターンを設けることによって、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止できるため、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
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を示す分解斜視図であり、図２は、図１の断面図であり、図３は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの配線構造を示す平面図である。
（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を示す分解斜視図であり、図２は、図１の断面図であり、図３は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの配線構造を示す平面図である。
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、異方性エッチングにより形成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、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する封止基板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の一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
また、この流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他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１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
また、この流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他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１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、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。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
なお、このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
なお、このような流路形成基板１０は、図４に示すように、シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ１００に複数個が一体的に形成される。そして、詳しくは後述するが、このシリコンウェハ１００に封止基板３０等を接合した後、シリコンウェハ１００に圧力発生室１２等を形成し、シリコンウェハ１００を分割することによって複数の流路形成基板１０となる。
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とは反対側で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を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍ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、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍ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。
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなる引き出し電極９０がそれぞれ接続されている。この引き出し電極９０は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から引き出され、インク供給路１４に対応する領域の弾性膜５０上までそれぞれ延設されている。
さらに、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０は、圧力発生室１２の並設方向に亘って連続的に延設され、且つ圧力発生室１２のインク供給路１４側でパターニングされている。すなわち、本実施形態では、下電極膜６０は、流路形成基板１０の引き出し電極９０が延設される領域のみが除去され、その他の領域に全面に亘って設けられている。
また、本実施形態では、圧力発生室１２の列の外側に対応する領域の下電極膜６０上に、引き出し電極９０と同一の層からなり且つ引き出し電極９０とは電気的に独立した積層電極層９５が設けられている。
さらに、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０は、圧力発生室１２の並設方向に亘って連続的に延設され、且つ圧力発生室１２のインク供給路１４側でパターニングされている。すなわち、本実施形態では、下電極膜６０は、流路形成基板１０の引き出し電極９０が延設される領域のみが除去され、その他の領域に全面に亘って設けられている。
また、本実施形態では、圧力発生室１２の列の外側に対応する領域の下電極膜６０上に、引き出し電極９０と同一の層からなり且つ引き出し電極９０とは電気的に独立した積層電極層９５が設けられている。
そして、このような圧電素子３００の長手方向端部近傍に対向する領域には、絶縁材料からなり圧電素子３００の並設方向に沿って延設される絶縁層１１０を有する。例えば、本実施形態では、絶縁層１１０は、圧力発生室１２の列の周囲に亘って連続的に設けられており、圧力発生室１２の列に対応する領域は開口部１１１となっている。
また、この絶縁層１１０上には、導電材料からなる接続配線層１２０が連続的に設けられており、この接続配線層１２０と下電極膜６０とは、絶縁層１１０に設けられた複数の貫通部１１２を介して電気的に接続されている。
また、この絶縁層１１０上には、導電材料からなる接続配線層１２０が連続的に設けられており、この接続配線層１２０と下電極膜６０とは、絶縁層１１０に設けられた複数の貫通部１１２を介して電気的に接続されている。
ここで、絶縁層１１０に設けられる貫通部１１２は、比較的等間隔で配置されていることが好ましく、例えば、本実施形態では、各圧電素子３００の引き出し電極９０側の端部近傍に延設されている絶縁層１１０の各隔壁１１に対向する領域に、それぞれ貫通部１１２を設けるようにした。なお、この貫通部１１２の大きさも、特に限定されないが、２０μｍ以下であることが好ましい。
また、本実施形態では、圧力発生室１２の列の外側に対向する領域、すなわち、下電極膜６０上に設けられた積層電極層９５に対向する領域にも貫通部１１３が設けられており、この貫通部１１３を介しても積層電極層９５（下電極膜６０）と接続配線層１２０とが電気的に接続されている。
また、本実施形態では、圧力発生室１２の列の外側に対向する領域、すなわち、下電極膜６０上に設けられた積層電極層９５に対向する領域にも貫通部１１３が設けられており、この貫通部１１３を介しても積層電極層９５（下電極膜６０）と接続配線層１２０とが電気的に接続されている。
このように、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０に接続配線層１２０を電気的に接続することにより、下電極膜６０の抵抗値を実質的に低下する。また、同様に、下電極膜６０上に積層電極層９５を設けることによっても、下電極膜６０の抵抗値が実質的に低下する。したがって、多数の圧電素子を同時に駆動しても電圧降下が発生することがなく、常に良好で且つ安定したインク吐出特性を得ることができる。
また、接続配線層１２０が圧電素子３００の端部に対向する領域に絶縁層１１０を介して設けられているため、接続配線層１２０を設けるためのスペースを確保する必要がない。したがって、ヘッドを大型化することなくインク吐出特性を安定させることができる。
さらに、接続配線層１２０と下電極膜６０とを絶縁層１１０の複数の貫通部１１２，１１３を介して電気的に接続するようにしたので、下電極膜６０の各部分での抵抗値が略一定となり、各圧電素子３００の駆動による振動板の変位量が安定する。これにより、各ノズル開口から吐出されるインクの吐出特性を均一化することができる。
さらに、接続配線層１２０と下電極膜６０とを絶縁層１１０の複数の貫通部１１２，１１３を介して電気的に接続するようにしたので、下電極膜６０の各部分での抵抗値が略一定となり、各圧電素子３００の駆動による振動板の変位量が安定する。これにより、各ノズル開口から吐出されるインクの吐出特性を均一化することができる。
また、本実施形態では、絶縁層１１０及び接続配線層１２０を圧力発生室１２の列に対向する領域の外側に設けているため、接続配線層１２０によって振動板の変位が阻害されることがない。したがって、接続配線層１２０の厚さを比較的厚くすることができ、下電極膜６０の抵抗値を確実に低下させることができる。
なお、本実施形態では、各圧電素子３００の引き出し電極９０側の端部近傍に延設されている絶縁層１１０の各隔壁１１に対向する領域に、それぞれ貫通部１１２を設けるようにしたが、この貫通部１１２の数及び位置は特に限定されるものではない。
なお、本実施形態では、各圧電素子３００の引き出し電極９０側の端部近傍に延設されている絶縁層１１０の各隔壁１１に対向する領域に、それぞれ貫通部１１２を設けるようにしたが、この貫通部１１２の数及び位置は特に限定されるものではない。
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１０５の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する封止基板３０が接着剤１４０を介して接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、封止基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、弾性膜５０を貫通して設けられた貫通孔５１を介して流路形成基板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１０５を構成している。
この封止基板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。
この封止基板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。
また、流路形成基板１０と封止基板３０とを接合する接着剤１４０は、特に限定されず、例えば、エポキシ系接着剤等を挙げることができる。
さらに、封止基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。
さらに、封止基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。
また、封止基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間、すなわちインク供給路１４に対応する領域には、この封止基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出された引き出し電極９０は、この接続孔３３まで延設されており、ワイヤボンディング等により図示しない外部配線と接続される。
また、封止基板３０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１０５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１０５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。
なお、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、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１０５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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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。
以下、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について、図５〜図８を参照して説明する。なお、図５、図６及び図８は、シリコンウェハの圧力発生室１２の長手方向の一部を示す断面図であり、図７は、シリコンウェハの上面図である。
まず、図５（ａ）に示すように、複数の流路形成基板となるシリコンウェハ１００を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５５を全面に形成する。この二酸化シリコン膜５５は、詳しくは後述するが、弾性膜５０を構成すると共にシリコンウェハ１００をエッチングする際のマスクとして用いられるものである。
まず、図５（ａ）に示すように、複数の流路形成基板となるシリコンウェハ１００を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５５を全面に形成する。この二酸化シリコン膜５５は、詳しくは後述するが、弾性膜５０を構成すると共にシリコンウェハ１００をエッチングする際のマスクとして用いられるものである。
次に、図５（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を形成すると共に所定形状にパターニングする。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、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層７０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。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
次に、図５（ｃ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向していることが好ましい。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−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛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を用いてもよい。
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛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を用いてもよい。
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
次に、図５（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
次に、図５（ｅ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
次に、図５（ｅ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
次に、図６（ａ）に示すように、引き出し電極９０及び積層電極層９５（図示なし）を形成する。例えば、本実施形態では、金（Ａｕ）等からなる第１導電層２９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成し、その後、この第１導電層２９０を圧電素子３００毎にパターニングすることによって各引き出し電極９０とする。また、このとき、圧力発生室１２の列の外側に対向する領域の第１導電層２９０を残すことにより積層電極層９５とする。
さらに、後の工程でシリコンウェハ１００上に封止基板３０となる封止基板形成材が接合される接合領域に、シリコンウェハ１００をエッチングする際のエッチング液によって圧電素子３００が破壊されないようにエッチング液の侵入を防止する透湿防止パターン１３０となる第１透湿防止層９６を同時に形成する。すなわち、圧電素子３００の全体を囲むように連続した第１導電層２９０を所定幅で残すことにより第１透湿防止層９６とする。例えば、本実施形態では、第１導電層２９０をシリコンウェハ１００の周縁部に沿って連続して残すことにより第１透湿防止層９６とした。
次に、図６（ｂ）に示すように、圧力発生室１２の列の周囲に絶縁層１１０を形成すると共に所定位置に貫通部１１２、１１３（図示なし）を形成する。すなわち、シリコンウェハ１００の全面に絶縁層形成膜２１０を形成後、エッチングすることによって開口部１１１（図示なし）及び貫通部１１２、１１３を形成して絶縁層１１０とする。
また、このとき、透湿防止パターン１３０となる第２透湿防止層１１４を同時に形成する。すなわち、絶縁層形成膜２１０を第１透湿防止層９６上に、第１透湿防止層９６よりも幅狭に残すことにより第２透湿防止層１１４とする。
また、このとき、透湿防止パターン１３０となる第２透湿防止層１１４を同時に形成する。すなわち、絶縁層形成膜２１０を第１透湿防止層９６上に、第１透湿防止層９６よりも幅狭に残すことにより第２透湿防止層１１４とする。
この絶縁層形成膜２１０の材質としては、例えば、ポリイミド等の感光性樹脂を用いることが好ましい。これにより、絶縁層形成膜２１０からなる絶縁層１１０及び第２透湿防止層１１４を比較的容易且つ高精度に形成することができる。また、絶縁層形成膜２１０の材質としては、比較的絶縁性の優れたものであれば特に限定されず、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、酸化珪素、窒化珪素又は酸化タンタル等を用いてもよい。
次に、図６（ｃ）に示すように、絶縁層１１０上に接続配線層１２０を形成する。すなわち、流路形成基板１０の全面に第２導電層２２０を成膜後、エッチングすることによって所定パターンの接続配線層１２０とする。
この接続配線層１２０は、上述したように下電極膜６０の抵抗値を低下させるためのものであるため、第２導電層２２０として少なくとも下電極膜６０よりも固有抵抗の小さい金属を用いることが望ましく、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。例えば、本実施形態では、金（Ａｕ）をスパッタリングによって形成している。
この接続配線層１２０は、上述したように下電極膜６０の抵抗値を低下させるためのものであるため、第２導電層２２０として少なくとも下電極膜６０よりも固有抵抗の小さい金属を用いることが望ましく、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。例えば、本実施形態では、金（Ａｕ）をスパッタリングによって形成している。
また、このとき、透湿防止パターン１３０となる第３透湿防止層１２１を同時に形成する。すなわち、第１透過防止層９６上に第２透過防止層１１４の上面及び側面を覆うように第２導電層２２０を残すことにより第３透過防止層１２１とする。これにより、図７に示すように第１透過防止層９６、第２透過防止層１１４及び第３透過防止層１２１からなる透湿防止パターン１３０が、シリコンウェハ１００の周縁部に全周に亘って連続して形成される。
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図８（ａ）に示すように、シリコンウェハ１００上に透湿防止パターン１３０を介して封止基板３０となる封止基板形成材２３０を接合する。本実施形態では、シリコンウェハ１００と封止基板形成材２３０とを接着剤１４０を介して接合した。
このように、シリコンウェハ１００と封止基板形成材２３０とを接着剤１４０を介して接合すると、透湿防止パターン１３０上には他の接合領域に比べて比較的薄い接着層１４０ａのみが形成される。
このように、シリコンウェハ１００と封止基板形成材２３０とを接着剤１４０を介して接合すると、透湿防止パターン１３０上には他の接合領域に比べて比較的薄い接着層１４０ａのみが形成される。
また、後の工程で分割されてインクジェット式記録ヘッドとなる流路形成基板１０と封止基板３０との接合領域には、透湿防止パターン１３０によって所望の間隔が設けられるため、この接合領域に所望の厚さの接着剤１４０を形成することができる。これにより、流路形成基板１０と封止基板３０との接合強度を確保すると共に確実な接合を行ったインクジェット式記録ヘッドを形成することができる。
次に、図８（ｂ）に示すように、二酸化シリコン膜５５をパターニングすると共に、パターニングされた二酸化シリコン膜５５をマスクとしてシリコンウェハ１００の他方面をエッチングすることにより、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通部１３を形成する。本実施形態では、シリコンウェハ１００の他方面をＫＯＨ等のアルカリ溶液によって異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通部１３を形成した。
ここで、シリコンウェハ１００をＫＯＨ等のアルカリ溶液などのエッチング液によってエッチングすると、シリコンウェハ１００と封止基板形成材２３０との接合部分もエッチング液に浸漬される。しかしながら、透湿防止パターン１３０が圧電素子３００全体を囲むようにシリコンウェハ１００の周縁部に連続して形成され、接着層１４０ａが比較的薄いため、エッチング液がこの接着層１４０ａを介して圧電素子保持部３２内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターン１３０は、ポリイミドなどの感光性樹脂等からなる第２透湿防止層１１４の表面が露出しないように第１透湿防止層９６及び第３透湿防止層１２１によって覆われているため、この第２透湿防止層１１４を介してエッチング液が圧電素子保持部３２内に侵入することがなく、第２透湿防止層１１４がエッチング液に溶かされることもないため、圧電素子３００等の薄膜パターンがエッチング液によって破壊されるのを確実に防止することができる。
その後、シリコンウェハ１００の封止基板形成材２３０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を接合し、シリコンウェハ１００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毎に透湿防止パターン１３０の形成された領域外を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。
その後、シリコンウェハ１００の封止基板形成材２３０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を接合し、シリコンウェハ１００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毎に透湿防止パターン１３０の形成された領域外を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。
（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示すシリコンウェハの上面図である。
図９に示すように、実施形態２では、透湿防止パターン１３０Ａをシリコンウェハ１０が１つのチップサイズに分割される領域全体を囲むようにその分割される領域の外周に沿って連続した矩形状に形成したものである。なお、透湿防止パターン１３０Ａを含む膜形成プロセス及びその後のエッチング及び分割等の一連の製造工程は、上述した実施形態１と同様の製造工程なため、重複する説明は省略する。
このように、透湿防止パターン１３０Ａをシリコンウェハ１００上の流路形成基板１０毎に分割される領域の外周に沿って連続して形成するようにしても、上述した実施形態１と同様にエッチングの際のアルカリ溶液等のエッチング液による圧電素子３００の破壊を防止することができる。
図９は、本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示すシリコンウェハの上面図である。
図９に示すように、実施形態２では、透湿防止パターン１３０Ａをシリコンウェハ１０が１つのチップサイズに分割される領域全体を囲むようにその分割される領域の外周に沿って連続した矩形状に形成したものである。なお、透湿防止パターン１３０Ａを含む膜形成プロセス及びその後のエッチング及び分割等の一連の製造工程は、上述した実施形態１と同様の製造工程なため、重複する説明は省略する。
このように、透湿防止パターン１３０Ａをシリコンウェハ１００上の流路形成基板１０毎に分割される領域の外周に沿って連続して形成するようにしても、上述した実施形態１と同様にエッチングの際のアルカリ溶液等のエッチング液による圧電素子３００の破壊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及び２を説明したが、勿論、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態１及び２では、透湿防止パターン１３０、１３０Ａをそれぞれ単独で形成するようにしたが、特にこれに限定されず、勿論、両者を組み合わせて２つの透湿防止パターン１３０、１３０Ａを形成するようにしてもよい。これにより、エッチングの際のエッチング液による圧電素子３００等の薄膜パターンの破壊をさらに確実に防止することができる。
以上、本発明の実施形態１及び２を説明したが、勿論、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態１及び２では、透湿防止パターン１３０、１３０Ａをそれぞれ単独で形成するようにしたが、特にこれに限定されず、勿論、両者を組み合わせて２つの透湿防止パターン１３０、１３０Ａを形成するようにしてもよい。これにより、エッチングの際のエッチング液による圧電素子３００等の薄膜パターンの破壊をさらに確実に防止することができる。
また、上述した実施形態１及び２では、透湿防止パターン１３０、１３０Ａをそれぞれ接合領域内のシリコンウェハ１００の周縁部又は分割される領域の外周に沿って設けるようにしたが、透湿防止パターンによりシリコンウェハ上の圧電素子３００等の薄膜パターンを囲むことができれば、接合領域の何れの位置に形成するようにしてもよく、形状も特に限定されるものではない。例えば、透湿防止パターン１３０、１３０Ａを、各インクジェット式記録ヘッドとなる流路形成基板１０と封止基板３０との接合領域の少なくとも一部に設けるようにしてもよい。これにより、シリコンウェハ１００を分割してインクジェット式記録ヘッドとした際に、インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板１０と封止基板３０との接合領域の少なくとも一部に透湿防止パターンが残留することにより形成された積層パターンが設けられるようにしてもよい。
さらに、積層パターンとして、シリコンウェハ１００上に透湿防止パターンを形成する際には、シリコンウェハ１００の分割されるインクジェット式記録ヘッドのそれぞれの周縁部に亘って連続して設けるようにしてもよい。すなわち、シリコンウェハ１００上に透湿防止パターンを、各インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板１０と封止基板３０との接合領域に亘って連続して設ける。これにより、シリコンウェハ１００を分割した際に、インクジェット式記録ヘッドのそれぞれの流路形成基板１０と封止基板３０との接合領域に亘って圧電素子保持部３２を囲むように連続した透湿防止パターンが残留することにより、個別透湿防止パターンが形成される。この個別透湿防止パターンによって圧電素子保持部３２内に外部から接着剤１４０を介して透湿するのを確実に防止することができ、圧電素子３００の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
なお、積層パターンとしては、上述したように透湿防止パターンの一部が残留したものと、個別透湿防止パターンとの両方を設けるようにしてもよい。これにより、製造時に圧電素子保持部３２内へのエッチング液の侵入をさらに確実に防止できると共に、完成したインクジェット式記録ヘッドとしても、圧電素子保持部３２内に外部から接着剤１４０を介して透湿するのを防止することができる。
また、例えば、上述の実施形態１及び２では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、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インクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
さらに、上述の実施形態１及び２では、液体噴射ヘッドとして、印刷媒体に所定の画像や文字を印刷するインクジェット式記録ヘッドの製造方法を一例として説明したが、勿論、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、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噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドの製造方法にも適用することができる。
そして、本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に限定されるものではなく、例えば、半導体等、シリコン基板上に薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造方法に適用することができる。
そして、本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に限定されるものではなく、例えば、半導体等、シリコン基板上に薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造方法に適用することができる。
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 封止基板、 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 引き出し電極、 ９５ 積層電極層、 ９６ 第１透湿防止層、 １００ シリコンウェハ、 １０５ リザーバ、 １１０ 絶縁層、 １１１ 開口部、 １１４ 第２透湿防止層、 １２０ 接続配線層、 １２１ 第３透湿防止層、 １３０、１３０Ａ 透湿防止パターン、 ２１０ 絶縁層形成膜、 ２２０ 第２導電層、 ２３０ 封止基板形成材、 ２９０ 第１導電層、 ３００ 圧電素子
Claims (19)
- 少なくとも第１導電層、絶縁層及び第２導電層が順次積層されて構成される薄膜パターンを有すると共に該薄膜パターンとは反対側の面に凹部を有するシリコン基板上に、前記薄膜パターンを密封する空間を画成する薄膜パターン保持部を有する封止基板が接合されたシリコンデバイスの製造方法において、
シリコンウェハの一方面に前記薄膜パターンを形成する際に、前記シリコンウェハ上に前記第１導電層と同一層で当該シリコンウェハの前記薄膜パターン全体を囲むように連続した第１透湿防止層を形成し、該第１透湿防止層上に前記絶縁層と同一層で且つ当該第１透湿防止層よりも幅狭の第２透湿防止層を形成し、該第２透湿防止層上に前記第２導電層と同一層で且つ当該第２透湿防止層を覆うように第３透湿防止層を形成することで透湿防止パターンを形成するようにし、その後、前記シリコンウェハ上に前記透湿防止パターンを介して前記封止基板を接合し、前記シリコンウェハの他方面からエッチングして前記凹部を形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。 - 請求項１において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハの周縁部に沿って連続して形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
- 請求項１又は２において、前記シリコンウェハをウェットエッチングすることにより、前記凹部を形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
- 請求項１〜３の何れかにおいて、前記第２透湿防止層が感光性樹脂からなることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
- 請求項４において、前記感光性樹脂が、ポリイミドであることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
- 請求項１〜３の何れかにおいて、前記第２透湿防止層が、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、酸化珪素、窒化珪素又は酸化タンタルからなることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
- ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子と、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
シリコンウェハ上に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記シリコンウェハ上の前記封止基板となる封止基板形成材が接合される接合領域に前記引き出し電極を形成すると共に当該引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立した第１透湿防止層を当該シリコンウェハ上に形成された前記圧電素子全体を囲むように連続して形成し、前記絶縁層を形成すると共に当該絶縁層と同一層の第２透湿防止層を前記第１透湿防止層上に当該第１透湿防止層よりも幅狭で形成し、前記接続配線層を形成すると共に当該接続配線層と同一層で且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第３透湿防止層を前記第２透湿防止層上に当該第２透湿防止層を覆うように形成することで、前記第１透湿防止層、第２透湿防止層及び第３透湿防止層からなる透湿防止パターンを形成する工程と、前記シリコンウェハ上に前記透湿防止パターンを介して前記封止基板形成材を接合する工程と、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室を形成する工程と、前記シリコンウェハ及び前記封止基板形成材を所定の大きさに分割する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項７において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハの周縁部に沿って連続して形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項７又は８において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハを分割する領域の外周に沿って連続して形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項７〜９の何れかにおいて、前記透湿防止パターンが前記圧電素子保持部のそれぞれを囲む個別透湿防止パターンを含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項７〜１０の何れかにおいて、前記シリコンウェハをウェットエッチングすることにより、前記圧力発生室を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項７〜１１の何れかにおいて、前記絶縁層が感光性樹脂からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項１２において、前記感光性樹脂が、ポリイミドであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項７〜１１の何れかにおいて、前記絶縁層が、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、酸化珪素、窒化珪素又は酸化タンタルからなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子と、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
前記振動板及び前記圧電素子が形成されたシリコンウェハ上の前記封止基板となる封止基板形成材が接合される接合領域に形成され、前記引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立して、前記圧電素子全体を囲むように連続して形成された第１透湿防止層と、前記絶縁層と同一層で、前記第１透湿防止層上に当該第１透湿防止層よりも幅狭で形成された第２透湿防止層と、前記接続配線層と同一層で、前記第２透湿防止層上に当該第２透湿防止層を覆うように形成され且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第３透湿防止層とからなる透湿防止パターンを介して前記シリコンウェハと前記封止基板形成材とを接合した後、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室が形成されたものを所定の大きさに分割したものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項１５において、前記流路形成基板と前記封止基板との接合領域の少なくとも一部には、前記透湿防止パターンの一部が存在することを特徴とする液体噴射ヘッド。
- ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子と、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
前記流路形成基板と前記封止基板との間の接合領域の少なくとも一部に、前記引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立して形成された第１導電層と、前記絶縁層と同一層で、前記第１導電層上に当該第１導電層よりも幅狭で形成された層間絶縁層と、前記接続配線層と同一層で、前記層間絶縁層上に当該層間絶縁層を覆うように形成され且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第２導電層とからなる積層パターンを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項１７において、前記積層パターンが、前記流路形成基板に分割されるシリコンウェハ状態では、前記圧電素子全体を囲むように連続して設けられて、前記シリコンウェハと、分割されることで前記封止基板となる封止基板形成層との接合領域に形成された透湿防止パターンであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項１７又は１８において、前記積層パターンが、前記圧電素子保持部を囲むように連続して設けられた個別透湿防止パターンを含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
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