JP3849773B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、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。
【０００７】
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。
【０００８】
また、一般的に、圧力発生室が形成される流路形成基板の圧電素子側の面には、この圧電素子の個別電極から振動板上まで引き出されて外部配線又は駆動ＩＣ等と電気的に接続される引き出し配線が設けられている。
【０００９】
この引き出し配線は、一般的に外部配線又は駆動ＩＣとワイヤボンディングにより接続されるため、その材料としては導電性の高い材料、例えば、金（Ａｕ）が好適に用いられる。
【００１０】
また、引き出し配線を金（Ａｕ）のみで形成した場合、個別電極或いは振動板等との密着性が悪いため、引き出し配線は通常、例えば、チタン（Ｔｉ）からなる密着層と、密着層上に形成された金（Ａｕ）からなる上部層との２層で構成されている。
【００１１】
このような密着層及び上部層の２層からなる引き出し配線は、流路形成基板上の全面に亘って密着層及び上部層をそれぞれ蒸着法又はスパッタリング法により形成後、上部層及び密着層をそれぞれウェットエッチングによりパターニングすることにより形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金（Ａｕ）からなる上部層をウェットエッチングによりパターニングする際に、密着層と上部層との間に異種金属接触腐食（電食）が生じ、密着層と上部層との密着性が悪化し、上部層が剥離しやすくなってしまうという問題がある。
【００１３】
また、インクジェット式記録ヘッドでは、引き出し配線の振動板上を引き回す距離が長く、上部層をウェットエッチングする面積が大きいため、電食が特に生じ易い。
【００１４】
さらに、上部層をウェットエッチングによりパターニングすると、チタン化合物が圧電素子の能動部に付着して、圧電素子の運動を阻害してしまうという問題がある。
【００１５】
また、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、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑み、異種金属接触腐食を防止して引き出し配線の密着性を向上すると共に圧電素子の運動を阻害しない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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１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る圧電素子と、該圧電素子の個別電極から引き出された密着層及び該密着層上に設けられた上部層で構成される引き出し配線とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記圧電素子が形成された前記流路形成基板上の全面に亘って、前記密着層と前記上部層とを順次積層形成する工程と、所定領域の上部層を前記密着層の表面が露出するまでドライエッチングにより除去して所定形状にパターニングする工程と、前記所定領域の密着層上に残留した上部層をウェットエッチングにより除去する工程と、前記所定領域の密着層をウェットエッチングにより除去して所定形状にパターニングして前記密着層及び前記上部層からなる前記引き出し配線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。
【００１８】
かかる第１の態様では、上部層をドライエッチングによりパターニングすることでウェットエッチングにより除去する上部層の面積を小さくして、密着層と上部層との間に異種金属接触腐食が生じるのを防止して密着性を向上することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記上部層が金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。
【００２０】
かかる第２の態様では、上部層を金で形成することで、導電性の高い上部層によって外部配線又は駆動ＩＣとワイヤボンディングにより接続することができる。
【００２１】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記密着層がチタン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。
【００２２】
かかる第３の態様では、チタンからなる密着層を用いることで、個別電極、振動板及び上部層との密着性を向上することができる。
【００２３】
本発明の第４の態様は、第１又は２の態様において、前記密着層がチタン・タングステン合金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。
【００２４】
かかる第４の態様では、チタン・タングステン合金からなる密着層を用いることで、個別電極、振動板及び上部層との密着性を向上することができる。
【００２５】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記上部層及び前記密着層を蒸着法又はスパッタリング法により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。
【００２６】
かかる第５の態様では、上部層及び密着層を蒸着法又はスパッタリング法により所望の厚さで確実に形成することができる。
【００２７】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記上部層をイオンミリング法を用いたドライエッチングによりパターニング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。
【００２８】
かかる第６の態様では、上部層をイオンミリング法により確実にパターニングすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
（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、インクジェット式記録ヘッドの上面図であり、図３は、インクジェット式記録ヘッドの断面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ′断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【００３１】
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る。流路形成基板１０としては、５０〜１５０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３２】
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二酸化シリコン膜５１が形成され、さらにその上に酸化ジルコニウム膜５２が形成されている。本実施形態では、この二酸化シリコン膜５１と酸化ジルコニウム膜５２とが弾性膜５０となる。
【００３３】
この流路形成基板１０には、その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が形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３７】
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、０．０５〜１ｍｍ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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０．５〜５μｍ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。
【００４０】
また、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０には、流路形成基板１０の端部近傍の弾性膜５０上まで引き出された引き出し配線が設けられており、この引き出し配線には、外部配線又は駆動ＩＣ等が、例えば、ワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
【００４１】
本実施形態では、引き出し配線として、上電極膜８０の長手方向一端部近傍から流路形成基板１０の一端部近傍まで延設した、例えば、厚さが１５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）からなる密着層９１と、厚さが１．２μｍの金（Ａｕ）からなる上部層９２とで構成されたリード電極９０を設けた。
【００４２】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、下電極膜６０上、弾性膜５０上及びリード電極９０上には、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が接着剤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、リザーバ形成基板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、上述の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１００を構成している。
【００４３】
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３２が設けられている。
【００４４】
このようなリザーバ形成基板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。
【００４５】
また、このようなリザーバ形成基板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。
【００４６】
また、このリザーバ１００の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３６が設けられている。
【００４７】
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と接続したインク導入口４４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。
【００４８】
以上説明した本実施形態の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を参照して詳細に説明する。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。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコン膜５１を形成する。その後、二酸化シリコン膜５１上にジルコニウム層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム膜５２とする。本実施形態では、二酸化シリコン膜５１と酸化ジルコニウム膜５２とを弾性膜５０とした。
【００５０】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリング法で下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。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。
【００５１】
次に、図４（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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、図４（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、イリジウム等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、イリジウム（Ｉｒ）をスパッタリング法により成膜している。
【００５５】
次に、図５（ａ）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。
【００５６】
次に、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側の全面に亘って密着層９１を形成する。
【００５７】
密着層９１は、上電極膜８０、弾性膜５０及び上部層９２との密着性が良好な材料が好ましく、例えば、チタン（Ｔｉ）又はチタン・タングステン合金（Ｔｉ／Ｗ）を挙げることができる。また、チタン又はチタン・タングステン合金からなる密着層９１は、スパッタリング法又は蒸着法により形成することができる。本実施形態では、密着層９１として、チタン（Ｔｉ）をスパッタリング法により、１５０ｎｍの厚さで形成した。
【００５８】
次に、図５（ｃ）に示すように、密着層９１上の全面に亘って上部層９２を形成する。
【００５９】
上部層９２は、外部配線又は駆動ＩＣと例えば、ワイヤボンディング等で接続されるため、例えば、金（Ａｕ）等の導電性の高い材料を用いることが好ましく、スパッタリング法又は蒸着法により形成することができる。本実施形態では、上部層９２として、金（Ａｕ）を上述した密着層９１と同様に、スパッタリング法により、１．２μｍの厚さで形成した。
【００６０】
次に、図５（ｄ）に示すように、上部層９２上に引き出し配線であるリード電極９０のマスクパターンとなるマスク膜１２０を形成する。
【００６１】
このマスク膜１２０は、後の工程で密着層９１及び上部層９２からなるリード電極９０をエッチングによりパターニングする際に、同時にエッチングされない材料であればよい。
【００６２】
次に、図５（ｅ）に示すように、所定領域の上部層９２、すなわち、リード電極９０が形成されない領域の上部層９２のみを密着層９１が露出するまでドライエッチングにより除去して上部層９２を所定形状にパターニングする。例えば、本実施形態では、上部層９２をイオンミリング法を用いたドライエッチングにより所定形状にパターニングした。
【００６３】
このように、上部層９２をドライエッチングにより所定形状にパターニングすると、所定領域の密着層９１の表面はほぼ露出するが、圧電素子３００の周縁部、すなわち、圧電体層７０と下電極膜６０の表面とで形成された角部等に上部層９２の一部が残留してしまう。
【００６４】
このため、図６（ａ）に示すように、所定領域の密着層９１上に残留した上部層９２をウェットエッチングにより除去する。
【００６５】
このとき、ウェットエッチングによって所定領域の上部層９２を除去しても、上部層９２は、上述した工程で、ドライエッチングによりほぼ除去されているため、上部層９２をウェットエッチングする領域が狭く、密着層９１と上部層９２との間に電食が発生するのを防止することができる。これにより、密着層９１と上部層９２との密着性を向上して、リード電極９０を剥離し難くすることができる。
【００６６】
なお、残留した上部層９２をウェットエッチングするエッチング液としては、上部層９２のみを選択的にエッチングすることができるものであればよく、例えば、本実施形態では、ヨウ素１０重量％、ヨウ化カリ２０重量％及び水７０重量％の配合のエッチング液を用いた。
【００６７】
次に、図６（ｂ）に示すように、所定領域の密着層９１をウェットエッチングにより所定形状にパターニングしてリード電極９０を形成する。
【００６８】
密着層９１を所定形状にウェットエッチングするエッチング液としては、密着層９１のみを選択的にエッチングすることができるものであればよく、例えば、本実施形態では、アンモニア１０重量％、過酸化水素水２０重量％及び水７０重量％の配合のエッチング液を用いた。
【００６９】
次に、図６（ｃ）に示すように、リード電極９０上のマスク膜１２０を除去する。
【００７０】
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、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図６（ｄ）に示すように、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。
【００７１】
その後は、流路形成基板１０の開口面側にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、ノズルプレート２０とは反対側の面にリザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次接合して一体化することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドが形成される。
【００７２】
また、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、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毎に分割してインクジェット式記録ヘッドとする。
【００７３】
このように、本実施形態では、所定領域の上部層９２をドライエッチングにより所定形状にパターニングすることで、所定領域の密着層９１上に残留した上部層９２をウェットエッチングにより除去すればよいため、上部層９２をウェットエッチングにより除去する面積を減少させて、密着層９１と上部層９２との間に電食が発生するのを防止して、密着層９１と上部層９２との密着性を向上することができる。これにより、リード電極９０が上電極膜８０及び酸化ジルコニウム膜５２から剥離するのを防止することができる。また、所定領域の密着層９１上に残留した上部層９２をウェットエッチングにより除去する際に、チタン化合物が圧電素子３００に付着することがなく、圧電素子３００の運動を阻害することがない。
【００７４】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１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。
【００７５】
例えば、上述した実施形態１では、リード電極９０を構成する密着層９１をチタン（Ｔｉ）としたが、特にこれに限定されず、例えば、密着層をチタン・タングステン合金としても、密着層と上電極膜８０、酸化ジルコニウム膜５２及び上部層９２との密着性を良好にすることができる。
【００７６】
また、例えば、上述の実施形態１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。
【００７７】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図７は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００７８】
図７に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００７９】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００８０】
さらに、上述の実施形態では、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噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、流路形成基板の全面に亘って密着層と上部層とを順次積層形成後、所定領域の上部層を密着層が露出するようにドライエッチングによりパターニングするようにしたため、所定領域の密着層上に残留した上部層をウェットエッチングにより除去する際に密着層と上部層との間に異種金属接触腐食が発生するのを防止して、密着層と上部層との密着性を向上することができる。これにより、引き出し配線と個別電極及び振動板との密着性を向上することができる。また、チタン化合物が圧電素子の能動部に付着することがなく、圧電素子の運動を阻害することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】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を示す斜視図である。
【図２】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上面図である。
【図３】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断面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ′断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】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製造工程を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図５】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製造工程を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図６】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製造工程を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
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 リザーバ形成基板
３１ リザーバ部
３２ 圧電素子保持部
４０ コンプライアンス基板
５０ 弾性膜
５１ 二酸化シリコン膜
５２ 酸化ジルコニウム膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
９１ 密着層
９２ 上部層
９０ リード電極
１００ リザーバ
１２０ マスク膜
３００ 圧電素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、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。
【０００７】
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。
【０００８】
また、一般的に、圧力発生室が形成される流路形成基板の圧電素子側の面には、この圧電素子の個別電極から振動板上まで引き出されて外部配線又は駆動ＩＣ等と電気的に接続される引き出し配線が設けられている。
【０００９】
この引き出し配線は、一般的に外部配線又は駆動ＩＣとワイヤボンディングにより接続されるため、その材料としては導電性の高い材料、例えば、金（Ａｕ）が好適に用いられる。
【００１０】
また、引き出し配線を金（Ａｕ）のみで形成した場合、個別電極或いは振動板等との密着性が悪いため、引き出し配線は通常、例えば、チタン（Ｔｉ）からなる密着層と、密着層上に形成された金（Ａｕ）からなる上部層との２層で構成されている。
【００１１】
このような密着層及び上部層の２層からなる引き出し配線は、流路形成基板上の全面に亘って密着層及び上部層をそれぞれ蒸着法又はスパッタリング法により形成後、上部層及び密着層をそれぞれウェットエッチングによりパターニングすることにより形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金（Ａｕ）からなる上部層をウェットエッチングによりパターニングする際に、密着層と上部層との間に異種金属接触腐食（電食）が生じ、密着層と上部層との密着性が悪化し、上部層が剥離しやすくなってしまうという問題がある。
【００１３】
また、インクジェット式記録ヘッドでは、引き出し配線の振動板上を引き回す距離が長く、上部層をウェットエッチングする面積が大きいため、電食が特に生じ易い。
【００１４】
さらに、上部層をウェットエッチングによりパターニングすると、チタン化合物が圧電素子の能動部に付着して、圧電素子の運動を阻害してしまうという問題がある。
【００１５】
また、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、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑み、異種金属接触腐食を防止して引き出し配線の密着性を向上すると共に圧電素子の運動を阻害しない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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１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る圧電素子と、該圧電素子の個別電極から引き出された密着層及び該密着層上に設けられた上部層で構成される引き出し配線とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記圧電素子が形成された前記流路形成基板上の全面に亘って、前記密着層と前記上部層とを順次積層形成する工程と、所定領域の上部層を前記密着層の表面が露出するまでドライエッチングにより除去して所定形状にパターニングする工程と、前記所定領域の密着層上に残留した上部層をウェットエッチングにより除去する工程と、前記所定領域の密着層をウェットエッチングにより除去して所定形状にパターニングして前記密着層及び前記上部層からなる前記引き出し配線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。
【００１８】
かかる第１の態様では、上部層をドライエッチングによりパターニングすることでウェットエッチングにより除去する上部層の面積を小さくして、密着層と上部層との間に異種金属接触腐食が生じるのを防止して密着性を向上することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記上部層が金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。
【００２０】
かかる第２の態様では、上部層を金で形成することで、導電性の高い上部層によって外部配線又は駆動ＩＣとワイヤボンディングにより接続することができる。
【００２１】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記密着層がチタン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。
【００２２】
かかる第３の態様では、チタンからなる密着層を用いることで、個別電極、振動板及び上部層との密着性を向上することができる。
【００２３】
本発明の第４の態様は、第１又は２の態様において、前記密着層がチタン・タングステン合金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。
【００２４】
かかる第４の態様では、チタン・タングステン合金からなる密着層を用いることで、個別電極、振動板及び上部層との密着性を向上することができる。
【００２５】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記上部層及び前記密着層を蒸着法又はスパッタリング法により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。
【００２６】
かかる第５の態様では、上部層及び密着層を蒸着法又はスパッタリング法により所望の厚さで確実に形成することができる。
【００２７】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記上部層をイオンミリング法を用いたドライエッチングによりパターニング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。
【００２８】
かかる第６の態様では、上部層をイオンミリング法により確実にパターニングすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
（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、インクジェット式記録ヘッドの上面図であり、図３は、インクジェット式記録ヘッドの断面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ′断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【００３１】
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る。流路形成基板１０としては、５０〜１５０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３２】
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二酸化シリコン膜５１が形成され、さらにその上に酸化ジルコニウム膜５２が形成されている。本実施形態では、この二酸化シリコン膜５１と酸化ジルコニウム膜５２とが弾性膜５０となる。
【００３３】
この流路形成基板１０には、その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が形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３７】
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、０．０５〜１ｍｍ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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０．５〜５μｍ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。
【００４０】
また、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０には、流路形成基板１０の端部近傍の弾性膜５０上まで引き出された引き出し配線が設けられており、この引き出し配線には、外部配線又は駆動ＩＣ等が、例えば、ワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
【００４１】
本実施形態では、引き出し配線として、上電極膜８０の長手方向一端部近傍から流路形成基板１０の一端部近傍まで延設した、例えば、厚さが１５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）からなる密着層９１と、厚さが１．２μｍの金（Ａｕ）からなる上部層９２とで構成されたリード電極９０を設けた。
【００４２】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、下電極膜６０上、弾性膜５０上及びリード電極９０上には、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が接着剤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、リザーバ形成基板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、上述の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１００を構成している。
【００４３】
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３２が設けられている。
【００４４】
このようなリザーバ形成基板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。
【００４５】
また、このようなリザーバ形成基板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。
【００４６】
また、このリザーバ１００の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３６が設けられている。
【００４７】
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と接続したインク導入口４４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。
【００４８】
以上説明した本実施形態の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を参照して詳細に説明する。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。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコン膜５１を形成する。その後、二酸化シリコン膜５１上にジルコニウム層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム膜５２とする。本実施形態では、二酸化シリコン膜５１と酸化ジルコニウム膜５２とを弾性膜５０とした。
【００５０】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリング法で下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。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。
【００５１】
次に、図４（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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、図４（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、イリジウム等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、イリジウム（Ｉｒ）をスパッタリング法により成膜している。
【００５５】
次に、図５（ａ）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。
【００５６】
次に、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側の全面に亘って密着層９１を形成する。
【００５７】
密着層９１は、上電極膜８０、弾性膜５０及び上部層９２との密着性が良好な材料が好ましく、例えば、チタン（Ｔｉ）又はチタン・タングステン合金（Ｔｉ／Ｗ）を挙げることができる。また、チタン又はチタン・タングステン合金からなる密着層９１は、スパッタリング法又は蒸着法により形成することができる。本実施形態では、密着層９１として、チタン（Ｔｉ）をスパッタリング法により、１５０ｎｍの厚さで形成した。
【００５８】
次に、図５（ｃ）に示すように、密着層９１上の全面に亘って上部層９２を形成する。
【００５９】
上部層９２は、外部配線又は駆動ＩＣと例えば、ワイヤボンディング等で接続されるため、例えば、金（Ａｕ）等の導電性の高い材料を用いることが好ましく、スパッタリング法又は蒸着法により形成することができる。本実施形態では、上部層９２として、金（Ａｕ）を上述した密着層９１と同様に、スパッタリング法により、１．２μｍの厚さで形成した。
【００６０】
次に、図５（ｄ）に示すように、上部層９２上に引き出し配線であるリード電極９０のマスクパターンとなるマスク膜１２０を形成する。
【００６１】
このマスク膜１２０は、後の工程で密着層９１及び上部層９２からなるリード電極９０をエッチングによりパターニングする際に、同時にエッチングされない材料であればよい。
【００６２】
次に、図５（ｅ）に示すように、所定領域の上部層９２、すなわち、リード電極９０が形成されない領域の上部層９２のみを密着層９１が露出するまでドライエッチングにより除去して上部層９２を所定形状にパターニングする。例えば、本実施形態では、上部層９２をイオンミリング法を用いたドライエッチングにより所定形状にパターニングした。
【００６３】
このように、上部層９２をドライエッチングにより所定形状にパターニングすると、所定領域の密着層９１の表面はほぼ露出するが、圧電素子３００の周縁部、すなわち、圧電体層７０と下電極膜６０の表面とで形成された角部等に上部層９２の一部が残留してしまう。
【００６４】
このため、図６（ａ）に示すように、所定領域の密着層９１上に残留した上部層９２をウェットエッチングにより除去する。
【００６５】
このとき、ウェットエッチングによって所定領域の上部層９２を除去しても、上部層９２は、上述した工程で、ドライエッチングによりほぼ除去されているため、上部層９２をウェットエッチングする領域が狭く、密着層９１と上部層９２との間に電食が発生するのを防止することができる。これにより、密着層９１と上部層９２との密着性を向上して、リード電極９０を剥離し難くすることができる。
【００６６】
なお、残留した上部層９２をウェットエッチングするエッチング液としては、上部層９２のみを選択的にエッチングすることができるものであればよく、例えば、本実施形態では、ヨウ素１０重量％、ヨウ化カリ２０重量％及び水７０重量％の配合のエッチング液を用いた。
【００６７】
次に、図６（ｂ）に示すように、所定領域の密着層９１をウェットエッチングにより所定形状にパターニングしてリード電極９０を形成する。
【００６８】
密着層９１を所定形状にウェットエッチングするエッチング液としては、密着層９１のみを選択的にエッチングすることができるものであればよく、例えば、本実施形態では、アンモニア１０重量％、過酸化水素水２０重量％及び水７０重量％の配合のエッチング液を用いた。
【００６９】
次に、図６（ｃ）に示すように、リード電極９０上のマスク膜１２０を除去する。
【００７０】
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、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図６（ｄ）に示すように、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。
【００７１】
その後は、流路形成基板１０の開口面側にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、ノズルプレート２０とは反対側の面にリザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次接合して一体化することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドが形成される。
【００７２】
また、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、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毎に分割してインクジェット式記録ヘッドとする。
【００７３】
このように、本実施形態では、所定領域の上部層９２をドライエッチングにより所定形状にパターニングすることで、所定領域の密着層９１上に残留した上部層９２をウェットエッチングにより除去すればよいため、上部層９２をウェットエッチングにより除去する面積を減少させて、密着層９１と上部層９２との間に電食が発生するのを防止して、密着層９１と上部層９２との密着性を向上することができる。これにより、リード電極９０が上電極膜８０及び酸化ジルコニウム膜５２から剥離するのを防止することができる。また、所定領域の密着層９１上に残留した上部層９２をウェットエッチングにより除去する際に、チタン化合物が圧電素子３００に付着することがなく、圧電素子３００の運動を阻害することがない。
【００７４】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１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。
【００７５】
例えば、上述した実施形態１では、リード電極９０を構成する密着層９１をチタン（Ｔｉ）としたが、特にこれに限定されず、例えば、密着層をチタン・タングステン合金としても、密着層と上電極膜８０、酸化ジルコニウム膜５２及び上部層９２との密着性を良好にすることができる。
【００７６】
また、例えば、上述の実施形態１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。
【００７７】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図７は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００７８】
図７に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００７９】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００８０】
さらに、上述の実施形態では、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噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、流路形成基板の全面に亘って密着層と上部層とを順次積層形成後、所定領域の上部層を密着層が露出するようにドライエッチングによりパターニングするようにしたため、所定領域の密着層上に残留した上部層をウェットエッチングにより除去する際に密着層と上部層との間に異種金属接触腐食が発生するのを防止して、密着層と上部層との密着性を向上することができる。これにより、引き出し配線と個別電極及び振動板との密着性を向上することができる。また、チタン化合物が圧電素子の能動部に付着することがなく、圧電素子の運動を阻害することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】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を示す斜視図である。
【図２】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上面図である。
【図３】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断面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ′断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】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製造工程を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図５】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製造工程を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図６】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製造工程を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
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 リザーバ形成基板
３１ リザーバ部
３２ 圧電素子保持部
４０ コンプライアンス基板
５０ 弾性膜
５１ 二酸化シリコン膜
５２ 酸化ジルコニウム膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
９１ 密着層
９２ 上部層
９０ リード電極
１００ リザーバ
１２０ マスク膜
３００ 圧電素子
Claims (6)
- 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る圧電素子と、該圧電素子の個別電極から引き出された密着層及び該密着層上に設けられた上部層で構成される引き出し配線とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記圧電素子が形成された前記流路形成基板上の全面に亘って、前記密着層と前記上部層とを順次積層形成する工程と、所定領域の上部層を前記密着層の表面が露出するまでドライエッチングにより除去して所定形状にパターニングする工程と、前記所定領域の密着層上に残留した上部層をウェットエッチングにより除去する工程と、前記所定領域の密着層をウェットエッチングにより除去して所定形状にパターニングして前記密着層及び前記上部層からなる前記引き出し配線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。 - 請求項１において、前記上部層が金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１又は２において、前記密着層がチタン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１又は２において、前記密着層がチタン・タングステン合金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１〜４の何れかにおいて、前記上部層及び前記密着層を蒸着法又はスパッタリング法により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１〜５の何れかにおいて、前記上部層をイオンミリング法を用いたドライエッチングによりパターニングすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
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