JP4591019B2

JP4591019B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP4591019B2
Application number: JP2004287893A
Authority: JP
Inventors: 明松沢; 睦彦太田; 哲司高橋; 達朗鳥本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006102942A; US7318277B2; US20050262691A1

Description

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圧力発生室とこの圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、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し、振動板とこの振動板上に設けられた積層膜とを貫通する貫通部を介してリザーバ部と連通部とを連通させてリザーバを形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。具体的には、振動板及び積層膜の連通部（リザーバ部）に対向する部分を機械的に打ち抜いて貫通部を形成してリザーバ部と連通部とを連通させている。

しかしながら、このように機械的な加工で貫通部を形成すると、加工カス等の異物が生じ、圧力発生室などの流路内にこの異物が入り込み、吐出不良等の原因となるという問題がある。なお、貫通部を形成後、例えば、洗浄等を行うことで、加工カス等の異物はある程度除去することはできるが完全に除去するのは難しい。また、貫通部を機械的に加工すると、貫通部の周囲に亀裂等が発生し、この亀裂が生じることによっても吐出不良が発生するという問題がある。すなわち、亀裂が発生した状態でインクを充填してノズル開口から吐出させると、亀裂部分から破片が脱落し、この破片がノズル開口に詰まり吐出不良が発生するという問題がある。

上述した特許文献１には、このような問題を解決するために、樹脂材料からなる被覆膜によって積層膜を固定して異物の発生を防止した構造が開示されている。この構造を採用することで、異物の発生はある程度抑えられるかもしれないが、異物による吐出不良を完全に防止することは難しい。

なお、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の製造方法においても、同様に存在する。

特開２００３−１５９８０１号公報（第７−８図）

本発明は、このような事情に鑑み、異物によるノズル詰まり等の吐出不良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課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、シリコン基板からなり液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通孔を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の表面に所定の金属層を形成して該金属層で前記貫通孔を封止すると共に前記圧電素子に対応する領域の前記金属層をパターニングして前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成する工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する工程と、前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記金属層が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程と、前記貫通孔に対応する領域の前記金属層をエッチングにより除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させ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。
かかる第１の態様では、リザーバを形成する際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。また、流路形成基板をエッチングする際のエッチング液が、貫通孔を介してリザーバ形成基板側に回り込むのを防止でき、エッチング液によるリザーバ形成基板の損傷等も防止できる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程では、前記金属層をウェットエッチングにより除去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２の態様では、金属層を極めて短時間で良好に除去することができる。

本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記金属層を形成する工程の前に、前記貫通孔の周縁部に対応する領域に前記金属層とはエッチングの選択性を有する材料からなる犠牲層を形成する工程をさらに有し、且つ前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程が、前記犠牲層を介して前記金属層をウェットエッチングすることにより当該金属層に貫通部を形成する工程と、前記貫通孔に対向する領域内の前記犠牲層を除去する工程と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３の態様では、圧力発生室、リザーバ内等に、耐液体性を有する液体保護膜を形成する際、リザーバ部と連通部との境界部分での液体保護膜の付き回りを向上させることができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記犠牲層をドライエッチングによって除去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４の態様では、リザーバ内の犠牲層のみを除去することができ、液体保護膜の付き回りをさらに向上させることができる。

本発明の第５の態様では、第３又は４の態様において、前記犠牲層が、金属膜、酸化膜、窒化膜又は有機膜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５の態様では、犠牲層として所定の材料を用いることで、貫通孔内の犠牲層を比較的容易且つ良好に除去することができる。

本発明の第６の態様は、シリコン基板からなり液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通孔を形成する工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する工程と、前記リザーバ形成基板上に接続配線となる金属層を形成し該金属層によって前記貫通孔を封止する工程と、前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記金属層が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室と共に前記連通部を形成する工程と、前記金属層をパターニングして前記接続配線を形成すると共に前記貫通孔に対向する領域の前記金属層をエッチングにより除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させ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。
かかる第６の態様では、リザーバを形成する際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。また、流路形成基板をエッチングする際のエッチング液が、貫通孔を介してリザーバ形成基板側に回り込むのを防止でき、エッチング液によるリザーバ形成基板の損傷等も防止できる。

本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程では、前記金属層をウェットエッチングにより除去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、金属層を極めて短時間で良好に除去することができる。

本発明の第８の態様は、第１又は７の態様において、前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程では、前記金属層をドライエッチングにより除去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、貫通孔に対向する領域内の金属層のみを良好に除去することができる。

本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様において、前記金属層の主材料として、金、アルミニウム、銅、白金又はイリジウムを用い、且つ当該金属層の下側にタングステン、ニッケル又はクロムからなる密着層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９の態様では、リード電極が良好に形成されると共に、金属層によって貫通孔が確実に封止される。

本発明の第１０の態様は、シリコン基板からなり液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通孔を形成する工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する工程と、前記リザーバ形成基板上に当該リザーバ形成基板とは異なる材料からなり前記リザーバ形成基板上に形成されている接続配線を保護する保護膜を形成し該保護膜によって前記貫通孔を封止する工程と、前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記保護膜が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室と共に前記連通部を形成する工程と、前記保護膜をエッチングにより除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させ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。
かかる第１０の態様では、リザーバを形成する際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。また、流路形成基板をエッチングする際のエッチング液が、貫通孔を介してリザーバ形成基板側に回り込むのを防止でき、エッチング液によるリザーバ形成基板の損傷等も防止できる。

本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程では、前記保護層をウェットエッチングにより除去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、金属層を極めて短時間で良好に除去することができる。

本発明の第１２の態様は、第１０の態様において、前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程では、前記保護層をドライエッチングにより除去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１２の態様では、貫通孔に対向する領域内の金属層のみを良好に除去することができる。

本発明の第１３の態様は、第１０〜１２の何れかの態様において、前記保護膜として、前記接続配線とは異なる材料を用い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、保護膜をエッチングする際に、接続配線が同時にエッチングされるのを防止でき、保護膜を比較的容易に除去することができる。

本発明の第１４の態様は、第１０〜１２の何れかの態様において、前記保護膜が、酸化膜、窒化膜、有機膜又は金属膜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、保護膜を比較的容易に形成でき、且つ貫通孔を保護膜によって確実に封止することができる。

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に係る製造方法によって製造され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の平面図及び断面図である。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、その一方の面には予め熱酸化によって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。

流路形成基板１０には、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、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。連通部１３は、後述するリザーバ形成基板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１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭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。

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、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられるマスク膜５２を介して、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、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍ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、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５１が形成されている。さらに、この絶縁体膜５１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１．０μｍ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）等の金属層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。そして、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絶縁体膜５１上には、このリード電極９０と同一の層である金属層９５が存在している。

このような流路形成基板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が接着剤３５によって接着されている。リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１は、振動板、本実施形態では、弾性膜５０及び絶縁体膜５１、に設けられた貫通孔５０ａ，５１ａ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。

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２００が設けられ、この接続配線２００上には圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２１０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ＩＣ２１０とが駆動配線２２０を介して電気的に接続されている。

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ＩＣ２１０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の製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、圧力発生室１２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を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５３を形成する。そして、この弾性膜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弾性膜５０に、この弾性膜５０を貫通する貫通孔５０ａを形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。

次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５３）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５１を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５３）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５１を形成する。そして、この絶縁体膜５１をパターニングして、弾性膜５０の貫通孔５０ａに対向する領域の絶縁体膜５１に、この絶縁体膜５１を貫通する貫通孔５１ａを形成する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５１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４（ａ）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。

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。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。

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−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。

次に、図４（ｂ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、まず流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９５を形成する。このとき、貫通孔５０ａ，５１ａは、この金属層９５によって封止される。そして、この金属層９５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９５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。なお、貫通孔５０ａ，５１ａに対応する領域の金属層９５は、リード電極９０とは不連続となるように残しておく。

ここで、このような金属層９５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ないが、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）を用いることが好ましい。また、このような金属層９５を形成する場合、金属層９５（リード電極９０）の密着性を確保するための密着層を金属層９５の下側に形成しておくことが望ましい。この密着層の材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）又はクロム（Ｃｒ）等の材料が挙げられるが、特に、チタンタングステン（ＴｉＷ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）等を用いるのが好ましい。なお、本実施形態では、貫通孔５０ａ，５１ａを金属層９５によって封止するようにしているが、金属層９５の下側に密着層を設けている場合には、この密着層のみで貫通孔５０ａ，５１を封止するようにしてもよい。

次に、図４（ｃ）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おり、リザーバ形成基板用ウェハ１３０上には、上述した接続配線２００が予め形成されている。なお、リザーバ形成基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコンウェハであり、リザーバ形成基板用ウェハ１３０を接合することで流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。

次いで、図５（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、更にフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ１１０を、約７０μｍの厚さとなるように加工した。次いで、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図５（ｃ）に示すように、このマスク膜５２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及びインク供給路１４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及び金属層９５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及びインク供給路１４を同時に形成する。

このとき、貫通孔５０ａ，５１ａは金属層９５によって封止されているため、貫通孔５０ａ，５１ａ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の表面に設けられている接続配線２００にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。また、リザーバ部３１内にエッチング液が浸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虞もない。

なお、このような圧力発生室１２等を形成する際、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側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＰＴＡ（ポリパラフェニレンテレフタルアミド）等からなる封止フィルムでさらに封止するようにしてもよい。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面に設けられた配線の断線等の不良をより確実に防止することができる。

次いで、図６（ａ）に示すように、貫通孔５０ａ，５１ａに対向する領域の金属層９５をエッチングにより除去し、貫通孔５０ａ，５１ａ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。例えば、本実施形態では、所定のエッチング液によるウェットエッチングによって金属層９５を除去するようにした。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との間の金属層９５は完全にエッチングされることはないため、貫通孔５０ａ，５１ａの周縁部には金属層９５が残存することになる。

また、このようにリザーバ１００を形成した後は、図６（ｂ）に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ１３０に形成されている接続配線２００上に駆動ＩＣ２１０を実装すると共に、駆動ＩＣ２１０とリード電極９０とを駆動配線２２０によって接続する。その後、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の外周縁部の不要部分を、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が製造される。

以上説明したように、本実施形態では、貫通孔５０ａ，５１ａをリード電極９０と同一層である金属層９５によって封止し、この金属層９５を最終的にエッチングにより除去することでリザーバ部３１と連通部１３とを連通させるようにした。このため、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。また、本実施形態では、金属層９５をウェットエッチングによって除去するようにしたので、極めて短時間で金属層９５を良好に除去することができる。

なお、本実施形態では、金属層９５をウェットエッチングによって除去しているが、これに限定されず、ドライエッチングによって除去するようにしてもよい。上述したように、金属層９５は金（Ａｕ）等からなるため、イオンミリング等によって良好に除去することができる。また、上述したように、金属層９５の下側に、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）等からなる密着層を設けた場合には、まずフッ化炭素系のエッチングガス、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ_４）を用いたプラズマドライエッチングにより密着層を除去した後、金属層９５をイオンミリングによって除去すればよい。

（実施形態２）
図７及び図８は、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断面図である。本実施形態では、金属層９５と共に犠牲層１４０によって貫通孔５０ａ，５１ａを封止した状態で連通部１３を形成し、その後、この金属層９５及び犠牲層１４０を除去して連通部とリザーバ部とを連通させるようにした例である。

具体的には、まず、実施形態１と同様に、流路形成基板用ウェハ１１０上に圧電素子３００を形成すると共に貫通孔５０ａ，５１ａを形成する（図３（ａ）〜図４（ａ）参照）。なお、本実施形態では、絶縁体膜５１の貫通孔５１ａを、弾性膜５０の貫通孔５０ａよりも開口面積が大きくなるように形成している（図７（ａ）参照）。勿論、これら貫通孔５０ａ，５１ａは同じ大きさで形成されていてもよい。

次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側の表面に、全面に亘って犠牲層１４０を形成後、所定形状にパターニングすることにより、貫通孔５０ａの周縁部に対応する領域、本実施形態では、貫通孔５１ａ内に犠牲層１４０を形成する。すなわち、犠牲層１４０は、貫通孔５０ａ内に所定量、例えば、１０μｍ程度張り出すように形成され、貫通孔５０ａに対向する領域には開口１４０ａが形成される。

ここで、犠牲層１４０は、後述する工程で犠牲層１４０上に形成される金属層９５とのエッチングの選択性を有する材料で形成されていればよく、例えば、金属膜、酸化膜及び有機膜等からなることが好ましい。また、この犠牲層１４０はドライエッチングによって除去するのが好ましいため、具体的には、例えば、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の材料を用いることが望ましい。なお、本実施形態では、犠牲層１４０の材料として、窒化シリコンを用いている。

次に、図７（ｂ）に示すように、実施形態１と同様、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金属層９５を形成し、その後パターニングすることでリード電極９０を形成する。このとき、貫通孔５０ａ，５１ａに対応する領域の金属層９５を、リード電極９０とは不連続となるように残し、この金属層９５によって犠牲層１４０の開口１４０ａと共に、貫通孔５０ａを封止する。なお、本実施形態では、金属層９５を貫通孔５１ａに対向する領域内に形成するようにしたが、これに限定されず、勿論、金属層９５は、貫通孔５１ａの外側まで連続的に形成されていてもよい。

その後は、実施形態１と同様に、流路形成基板用ウェハ１１０とリザーバ形成基板用ウェハ１３０とを接合して流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さに加工する（図４（ｃ）及び図５（ａ）参照）。そして、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をウェットエッチングすることにより圧力発生室１２、連通部１３等を形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、犠牲層１４０の開口１４０ａを介して金属層９５をウェットエッチングすることにより、金属層９５に貫通部９５ａを形成する。すなわち、この貫通部９５ａを介してリザーバ部３１と連通部１３とを連通させてこれらリザーバ部３１と連通部１３とからなるリザーバ１００を形成する。

なお、金属層９５をエッチングする際、金属層９５は厚さ方向と共に、面方向にも数μｍ程度エッチング（サイドエッチング）される。このため、金属層９５の貫通部９５ａは、犠牲層１４０の開口１４０ａよりも若干大きく形成される。

また、このように金属層９５をウェットエッチングによって除去する際には、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面全面に熱剥離シート等を貼り付けて保護しておくことが望ましい。熱剥離シートとは、例えば、ポリエステルフィルムを基材とするシートであり、所定の温度（熱剥離温度）に加熱することで容易に剥がすことができる。例えば、本実施形態では、熱剥離温度が１４０℃よりも低い熱剥離シートを用いている。このような熱剥離シートを用いることで、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面に設けられた配線の断線等の不良の発生を防止することができ且つ加熱するだけで容易に剥離することができる。

次に、図８（ｂ）に示すように、犠牲層１４０を除去する。このとき、犠牲層１４０は、リザーバ１００内に張り出している部分のみを除去するようにするのが好ましい。このため、本実施形態では、犠牲層１４０をドライエッチングによって除去するようにした。この結果、リザーバ１００内には、金属層９５のみが張り出した状態で残ることになる。なお、リザーバ１００の幅は、例えば、１．２ｍｍ程度であるのに対し、金属層９５の張り出し量は数μｍ程度と極めて小さい。したがって、この金属層９５の張り出した部分が、インクの流れに悪影響を及ぼす虞はない。

次いで、図８（ｃ）に示すように、圧力発生室１２、インク供給路１４及びリザーバ１００の内面に、耐インク性（耐液体性）を有する材料、例えば、五酸化タンタル等からなるインク保護膜１５０をＣＶＤ法等によって形成する。

ここで、本実施形態では、上述したように犠牲層１４０を介して金属層９５に貫通部９５ａを形成し、犠牲層１４０をドライエッチングによって除去するようにしたので、金属層９５はリザーバ１００内に若干張り出した状態で残っている。このため、リザーバ１００の内面にインク保護膜１５０を形成する際、インク保護膜１５０の付き回りが向上し、リザーバ１００の内面にインク保護膜１５０を全面に亘って良好に形成することができる。

また、このような製造方法によっても、実施形態１と同様、圧力発生室１２、リザーバ１００等のインク流路内に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。

（実施形態３）
図９及び図１０は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本実施形態は、実施形態１の構成において、リード電極９０と同一層である金属層９５の代わりに、リザーバ形成基板３０（リザーバ形成基板用ウェハ１３０）上に形成される接続配線２００と同一層である金属層２０５によって貫通孔５０ａ，５１ａを封止した状態で連通部１３を形成し、その後、この金属層２０５を除去して連通部１３とリザーバ部３１とを連通させるようにした例である。

具体的には、まず、実施形態１と同様に、流路形成基板用ウェハ１１０上に圧電素子３００を形成すると共に貫通孔５０ａ，５１ａを形成し、さらにリード電極９０を形成する（図３（ａ）〜図４（ｂ）参照）。なお、本実施形態では、リード電極９０を形成する際、貫通孔５０ａ，５１ａに対向する領域の金属層９５も完全に除去する。次いで、図９（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側の面に、リザーバ形成基板用ウェハ１３０を接着剤３５によって接着する。このとき、本実施形態に係るリザーバ形成基板用ウェハ１３０上には、接続配線２００は形成されていない。

次に、図９（ｂ）に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ１３０上に、接続配線２００を構成する金属層２０５を全面に亘って形成する。このとき、金属層２０５はリザーバ部３１内にも連続的に形成され、弾性膜５０及び絶縁体膜５１に形成された貫通孔５０ａ，５１ａは、この金属層２０５によって封止される。なお、このような接続配線２００を構成する金属層２０５の主材料も、リード電極９０を構成する金属層９５と同様に、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）を用いることが好ましく、金属層２０５の下側には、例えば、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）又はクロム（Ｃｒ）等からなる密着層を形成しておくことが望ましい。

次に、図９（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハを所定の厚さに加工し、図１０（ａ）に示すように、流路形成基板１０の表面にマスク膜５２を形成する。そして、図１０（ｂ）に示すように、マスク膜５２を介して弾性膜５０及び金属層２０５に達するまで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）することにより、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。なお、これら流路形成基板用ウェハの加工手順及びエッチング手順は、上述した実施形態１と同様である。

そして、このように圧力発生室１２、連通部１３等を形成後、図１０（ｃ）に示すように、金属層２０５をパターニングして接続配線２００を形成する。このとき、貫通孔５０ａ，５１ａに対向する領域、すなわち、リザーバ部３１内の金属層２０５を同時に除去し、貫通孔５０ａ，５１ａを介してリザーバ部３１と連通部１３とを連通させてリザーバ１００を形成する。なお、その後の工程は、上述した実施形態１と同様である。

このような本実施形態によっても、実施形態１と同様、圧力発生室１２、連通部１３等のインク流路内に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。

（実施形態４）
図１１及び図１２は、実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。本実施形態は、実施形態１の構成において、リード電極９０と同一層である金属層９５の代わりに、保護膜２３０によって貫通孔５０ａ，５１ａを封止した状態で連通部１３を形成し、その後、この保護膜２３０を除去して連通部１３とリザーバ部３１とを連通させるようにした例である。

具体的には、まず、実施形態１と同様に、流路形成基板用ウェハ１１０上に圧電素子３００を形成すると共に貫通孔５０ａ，５１ａを形成し、さらにリード電極９０を形成する（図３（ａ）〜図４（ｂ）参照）。なお、本実施形態においても、リード電極９０を形成する際、貫通孔５０ａ，５１ａに対向する領域の金属層９５を完全に除去している。次いで、図１１（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側の面に、予め接続配線２００が形成されたリザーバ形成基板用ウェハ１３０を接着剤３５によって接着する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ１３０上に、リザーバ形成基板用ウェハ１３０とは異なる材料からなり接続配線２００を保護する保護膜２３０を全面に亘って形成する。このとき、保護膜２３０はリザーバ部３１内にも連続的に形成され、弾性膜５０及び絶縁体膜５１に形成された貫通孔５０ａ，５１ａはこの保護膜２３０によって封止される。なお、このような保護膜２３０は、例えば、酸化膜、窒化膜、有機膜又は金属膜等からなることが好ましい。また、保護膜２３０の材料としては、リザーバ形成基板用ウェハ１３０とは異なる材料を使用すればよいが、接続配線２００とも異なる材料を用いることが好ましい。また、保護膜２３０の材料としては、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２や連通部１３を形成する際の上記マスク膜５２とは別の材料を用いることが好ましい。

次に、図１１（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さに加工し、図１２（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の表面にマスク膜５２を形成する。そして、図１２（ｂ）に示すように、マスク膜５２を介して弾性膜５０及び保護膜２３０に達するまで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）することにより、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。なお、これら流路形成基板用ウェハ１１０の加工手順及びエッチング手順は、上述した実施形態１と同様である。

そして、このように圧力発生室１２、連通部１３等を形成後、図１２（ｃ）に示すように、保護膜２３０をエッチングによって完全に除去する。これにより、貫通孔５０ａ，５１ａを介してリザーバ部３１と連通部１３とが連通し、リザーバ１００が形成される。なお、その後の工程は、上述した実施形態１と同様である。

このような本実施形態によっても、勿論、実施形態１と同様、圧力発生室１２、連通部１３等のインク流路内に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。また、保護膜２３０をリザーバ形成基板用ウェハ１３０とは異なる材料で形成することで、保護膜２３０のエッチング時に、リザーバ形成基板用ウェハ１３０がエッチングされることなく保護膜２３０を容易に除去することができる。また、同様に、保護膜２３０を接続配線２００とは異なる材料で形成することで、保護膜２３０のエッチング時に接続配線２００が除去されることがなく保護膜２３０を容易且つ良好に除去することができる。また、保護膜２３０に窒化膜を用いても良いとあるが、マスク膜５２とは異なる材料であることも必要である。つまり、上記実施例中ではマスク膜５２にＳｉＮを用いたので、保護膜２３０として、例えば、ニクロム（商標）等の金属を用いることが考えられる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、貫通孔５０ａ、５１ａを形成した後に圧電素子３００を形成したが、これとは反対に圧電素子３００を形成した後に貫通孔５０ａ、５１ａを形成しても良い。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（面発光ディスプレー）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。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。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。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。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。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。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。実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。実施形態３に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。実施形態３に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。実施形態４に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。実施形態４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

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、３５接着剤、４０コンプライアンス基板、５０弾性膜、５１絶縁体膜、５０ａ，５１ａ貫通孔、６０下電極膜、７０圧電体層、８０上電極膜、９０リード電極、９５金属層、９５ａ貫通部、１００リザーバ、１１０流路形成基板用ウェハ、１３０リザーバ形成基板用ウェハ、１４０犠牲層、１４０ａ開口、１５０インク保護膜、２００接続配線、２０５金属層、２１０駆動ＩＣ、２２０駆動配線、２３０保護膜、３００圧電素子

Claims

シリコン基板からなり液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通孔を形成する第一の工程と、第一の工程の後に前記流路形成基板の前記圧電素子側の表面に所定の金属層を形成して該金属層で前記貫通孔を封止すると共に前記圧電素子に対応する領域の前記金属層をパターニングして前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成する第二の工程と、第二の工程の後に前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する第三の工程と、第三の工程の後に前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記金属層が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室及び前記連通部を形成する第四の工程と、第四の工程の後に前記貫通孔に対応する領域の前記金属層をエッチングにより除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる第五の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、第五の工程では、前記金属層をウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去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２において、第二の工程の前に、前記貫通孔の周縁部に対応する領域に前記金属層とはエッチングの選択性を有する材料からなる犠牲層を形成する工程をさらに有し、且つ第五の工程が、前記犠牲層を介して前記金属層をウェットエッチングすることにより当該金属層に貫通部を形成する工程と、前記貫通孔に対向する領域内の前記犠牲層を除去する工程と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３において、前記犠牲層をドライエッチングによって除去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３又は４において、前記犠牲層が、金属膜、酸化膜、窒化膜又は有機膜からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
シリコン基板からなり液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通孔を形成する第一の工程と、第一の工程の後に前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する第二の工程と、第二の工程の後に前記リザーバ形成基板上に接続配線となる金属層を形成し該金属層によって前記貫通孔を封止する第三の工程と、第三の工程の後に前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記金属層が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室と共に前記連通部を形成する第四の工程と、第四の工程の後に前記金属層をパターニングして前記接続配線を形成すると共に前記貫通孔に対向する領域の前記金属層をエッチングにより除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる第五の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６において、第五の工程では、前記金属層をウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去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１〜７の何れかにおいて、前記金属層の主材料として、金、アルミニウム、銅、白金又はイリジウムを用い、且つ当該金属層とリザーバ形成基板の間にタングステン、ニッケル又はクロムからなる密着層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。
シリコン基板からなり液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通孔を形成する第一の工程と、第一の工程の後に前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する第二の工程と、第二の工程の後に前記リザーバ形成基板上に当該リザーバ形成基板とは異なる材料からなり前記リザーバ形成基板上に形成されている接続配線を保護する保護膜を形成し該保護膜によって前記貫通孔を封止する第三の工程と、第三の工程の後に前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記保護膜が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室と共に前記連通部を形成する第四の工程と、第四の工程の後に前記保護膜をエッチングにより除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる第五の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９において、第五の工程では、前記保護層をウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去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９又は１０において、前記保護膜として、前記接続配線とは異なる材料を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項９又は１０において、前記保護膜が、酸化膜、窒化膜、有機膜又は金属膜からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。