JP4930678B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、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。
また、このように形成されたリザーバ等の流路内には、流路形成基板等がインクによって浸食されるのを防止するために、一般的に、耐インク性を有する材料からなる保護膜が形成される。上述した被覆膜を設けた構造においてこのような保護膜を形成した場合、被覆膜上にも保護膜が形成される。そして、この樹脂材料からなる被覆膜上に形成された保護膜は樹脂材料に対する密着性が良くないため、剥がれ落ちやすく、剥がれ落ちた保護膜によってノズル詰まり等が発生してしまう虞がある。
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。
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、圧力発生室と該圧力発生室に連通する連通部とを含む液体流路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と圧電体層と上電極とを含む圧電素子を形成する工程と、前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通部を形成する工程と、前記圧電素子から引き出されるリード電極と同一の層からなり、該リード電極とは不連続の配線層で前記貫通部を封止する工程と、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他方面側から前記振動板及び前記配線層が露出するまでウェットエッチングして前記液体流路を形成する工程と、前記液体流路の内面に耐液体性を有する保護膜を形成する工程と、前記配線層上の前記保護膜を剥離して除去する工程と、前記配線層を前記連通部側からウェットエッチング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、を具備し、前記液体流路を形成する工程において、前記振動板側の開口縁部が前記貫通部の開口縁部よりも外側となるように前記連通部を形成し、前記貫通部の少なくとも前記流路形成基板側の開口縁部が前記振動板又は前記配線層のみで構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１の態様では、リザーバ部と連通部とを連通させる際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等の異物によるノズル詰まり等の吐出不良を防止することができる。特に、本発明は、配線層上の保護膜を貫通部の開口周縁に沿って良好に剥離させて除去することができ、いわゆる剥離残渣等の発生を防止することができるため、吐出不良の発生を確実に防止することができる。
かかる第１の態様では、リザーバ部と連通部とを連通させる際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等の異物によるノズル詰まり等の吐出不良を防止することができる。特に、本発明は、配線層上の保護膜を貫通部の開口周縁に沿って良好に剥離させて除去することができ、いわゆる剥離残渣等の発生を防止することができるため、吐出不良の発生を確実に防止することができる。
本発明の第２の態様は、前記貫通部を、周縁部に亘って角部が存在しない開口形状に形成することを特徴とすることを特徴とする第１の態様の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、配線層上の保護膜を貫通部の開口縁部に沿ってさらに良好且つ確実に剥離させて除去することができる。
かかる第２の態様では、配線層上の保護膜を貫通部の開口縁部に沿ってさらに良好且つ確実に剥離させて除去することができる。
本発明の第３の態様は、前記貫通部の内面と前記振動板の前記流路形成基板側の表面とのなす角度が鋭角となるように前記貫通部を形成することを特徴とする第１又は２の態様の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、配線層上の保護膜を貫通部の開口縁部に沿ってさらに良好且つ確実に剥離させて除去することができる。
かかる第３の態様では、配線層上の保護膜を貫通部の開口縁部に沿ってさらに良好且つ確実に剥離させて除去することができる。
本発明の第４の態様は、前記保護膜を剥離する工程において、前記保護膜上に内部応力が圧縮応力である剥離層を形成した後、該剥離層を剥離することで該剥離層と共に前記配線層上の前記保護膜を剥離することを特徴とする第１〜３の何れかの態様の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、剥離層によって配線層上の保護膜をさらに容易に且つ確実に除去することができる。
かかる第４の態様では、剥離層によって配線層上の保護膜をさらに容易に且つ確実に除去することができる。
本発明の第５の態様は、前記剥離層の内部応力が８０ＭＰａ以上であることを特徴とする第４の態様の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、所定応力の剥離層を用いることで配線層上の保護膜をさらに容易に且つ確実に除去することができる。
かかる第５の態様では、所定応力の剥離層を用いることで配線層上の保護膜をさらに容易に且つ確実に除去することができる。
本発明の第６の態様は、前記剥離層の前記保護膜との密着力が、前記保護膜と前記配線層との密着力より大きいことを特徴とする第４又は５の態様の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、剥離層と保護膜とが良好に密着するため、配線層上の保護膜を剥離層と共にさらに容易且つ確実に除去することができる。
かかる第６の態様では、剥離層と保護膜とが良好に密着するため、配線層上の保護膜を剥離層と共にさらに容易且つ確実に除去することができる。
本発明の第７の態様は、前記剥離層の材料として、チタンタングステンを用いることを特徴とする第４〜６の何れかの態様の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、剥離層を所定の材料で形成することで、配線層上の保護膜を剥離層と共にさらに容易且つ確実に除去することができる。
かかる第７の態様では、剥離層を所定の材料で形成することで、配線層上の保護膜を剥離層と共にさらに容易且つ確実に除去することができる。
本発明の第８の態様は、前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出した前記配線層の厚さ方向の一部を除去する工程をさらに有することを特徴とする第１〜７の何れかの態様の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、配線層と保護膜との密着力が弱められるため、配線層上の保護膜がさらに良好且つ確実に除去することができる。
かかる第８の態様では、配線層と保護膜との密着力が弱められるため、配線層上の保護膜がさらに良好且つ確実に除去することができる。
本発明の第９の態様は前記配線層が、密着層と該密着層上に形成される金属層とからなり、前記配線層の厚さ方向の一部を除去する工程において、前記配線層の表面をライトエッチングして前記密着層を除去することを特徴とする第８の態様の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、配線層をライトエッチングすることにより、密着層と共に密着層が拡散した金属層の一部が除去されることで、配線層と保護膜との密着力がより確実に弱められるため、配線層上の保護膜がさらに良好且つ確実に除去することができる。
かかる第９の態様では、配線層をライトエッチングすることにより、密着層と共に密着層が拡散した金属層の一部が除去されることで、配線層と保護膜との密着力がより確実に弱められるため、配線層上の保護膜がさらに良好且つ確実に除去することができる。
本発明の第１０の態様は、前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程において、前記配線層の前記金属層のみを除去することを特徴とする第９の態様の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、金属層のみを除去して密着層を残すようにすることで、リザーバに対応する領域の振動板の表面が密着層と保護膜とで覆われた状態となる。これにより、加工カス等の異物の発生をより確実に防止できると共に、リザーバの内面の耐液体性を向上することができる。
かかる第１０の態様では、金属層のみを除去して密着層を残すようにすることで、リザーバに対応する領域の振動板の表面が密着層と保護膜とで覆われた状態となる。これにより、加工カス等の異物の発生をより確実に防止できると共に、リザーバの内面の耐液体性を向上することができる。
本発明の第１１の態様は、前記保護膜の材料として、酸化物又は窒化物を用いたことを特徴とする第１〜１０の何れかの態様の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、圧力発生室、連通部等の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防止することができる。
かかる第１１の態様では、圧力発生室、連通部等の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防止することができる。
本発明の第１２の態様は、前記保護膜の材料として、酸化タンタルを用いたことを特徴とする第１１の態様の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、圧力発生室、連通部等の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防止することができる。
かかる第１２の態様では、圧力発生室、連通部等の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防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０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
（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０．５〜２μｍ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。
ここで、流路形成基板１０の圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４の内壁表面には、耐インク性を有する材料、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の酸化タンタルからなる保護膜１５が、約５０ｎｍの厚さで設けられている。なお、ここで言う耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。また、本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２等が開口する側の表面、すなわち、ノズルプレート２０が接合される接合面にも保護膜１５が設けられている。勿論、このような領域には、インクが実質的に接触しないため、保護膜１５は設けられていなくてもよい。
なお、このような保護膜１５の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインクのｐＨ値によっては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を用いてもよい。
流路形成基板１０の保護膜１５が形成された面側には、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、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のノズルプレート２０とは反対側の面には、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を圧電素子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、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、密着層９１及び金属層９２からなる配線層１９０で構成されるリード電極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。また、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振動板、すなわち、弾性膜５０及び絶縁体膜５１上にも、密着層９１及び金属層９２からなるがリード電極９０とは不連続の配線層１９０が存在している。
さらに、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が接合されている。本実施形態では、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤３５を用いて接合した。リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１は、弾性膜５０及び絶縁体膜５１に設けられた貫通部５２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。なお、詳しくは後述するが、上述した配線層１９０の少なくとも一部、例えば、本実施形態では、密着層９１が、連通部１３の開口周縁部から貫通部５２の内周面５２ａまで連続的に形成されている。
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７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室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。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、厚さが約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（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５１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３（ｄ）に示すように、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。また、圧電素子３００を形成後に、絶縁体膜５１及び弾性膜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）が形成される領域に、これら絶縁体膜５１及び弾性膜５０を貫通して流路形成基板用ウェハ１１０の表面を露出させた貫通部５２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、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（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（ａ）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の全面に亘って密着層９１を介して金属層９２を形成し、密着層９１と金属層９２とからなる配線層１９０を形成する。そして、この配線層１９０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９２及び密着層９１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。またこのとき、貫通部５２に対向する領域に、リード電極９０とは不連続の配線層１９０を残し、この配線層１９０によって貫通部５２が封止されるようにする。
ここで、金属層９２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ず、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）が挙げられ、本実施形態では金（Ａｕ）を用いている。また、密着層９１の材料としては、金属層９２の密着性を確保できる材料であればよく、具体的には、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン化合物（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケルクロム化合物（ＮｉＣｒ）等が挙げられ、本実施形態ではチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いている。
次に、図４（ｂ）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４（ｃ）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、さら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（ａ）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５４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（ｂ）に示すように、このマスク膜５４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に液体流路、本実施形態では、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及び密着層９１（金属層９２）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。なお、詳しくは後述するが、本発明では、連通部１３を、その振動板（弾性膜５０）側の開口縁部が、貫通部５２の開口縁部よりも外側に位置するように形成している。すなわち、連通部１３は、振動板側の開口が貫通部５２よりも大きく形成されている。
またこのように連通部１３等を形成する際、貫通部５２は密着層９１及び金属層９２からなる配線層１９０によって封止されているため、貫通部５２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（ポリフェニレンサルファイド）、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。
次に、図６（ａ）に示すように、貫通部５２内の配線層１９０の一部を連通部１３側からウェットエッチング（ライトエッチング）することにより除去する。すなわち、連通部１３側に露出されている密着層９１と、この密着層９１が拡散している金属層９２の一部の領域とをエッチングにより除去する。詳しくは後述するが、これにより、後の工程で配線層１９０上に形成される保護膜１５と配線層１９０との密着力が弱められ、配線層１９０上の保護膜１５が剥離し易くなる。
次に、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスク膜５４を除去し、図６（ｂ）に示すように、例えば、酸化物又は窒化物等の耐液体性（耐インク性）を有する材料、本実施形態では、五酸化タンタルからなる保護膜１５を、ＣＶＤ法等によって形成する。このとき、貫通部５２は配線層１９０によって封止されているため、貫通部５２を介してリザーバ形成基板用ウェハ１３０の外面等に保護膜１５が形成されることがない。したがって、接続配線２００等が形成されたリザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面に保護膜１５が形成されることなく、駆動ＩＣ２１０などの接続不良等の発生を防止することができると共に、余分な保護膜１５を除去する工程が不要となって製造工程を簡略化して製造コストを低減することができる。
次に、図６（ｃ）に示すように、保護膜１５上に高応力材料からなる剥離層１６を、例えば、ＣＶＤ法によって形成する。この剥離層１６は、その内部応力が圧縮応力であることが好ましく、特に、８０ＭＰａ以上の圧縮応力であることが望ましい。また、剥離層１６は、保護膜１５との密着力が保護膜１５と配線層１９０との密着力よりも大きな材料を用いるのが好ましい。本実施形態では、剥離層１６の材料としてチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いている。
このように高応力材料からなると共に保護膜１５との密着力が高い剥離層１６を保護膜１５上に形成すると、剥離層１６の応力によって配線層１９０上に形成された保護膜１５が剥がれ始める。そして、図７（ａ）に示すように、この剥離層１６をウェットエッチングにより除去することで、配線層１９０上の保護膜１５を剥離層１６と共に完全に除去する。なお、本実施形態では、前述した工程で貫通部５２に設けられた配線層１９０の連通部１３側の一部、すなわち、密着層９１及び密着層９１が拡散した金属層９２が除去されているため、配線層１９０と保護膜１５との密着力が弱く、保護膜１５を配線層１９０から容易に剥離することができる。
ここで、本発明では、連通部１３は、その振動板（弾性膜５０）側の開口縁部が、貫通部５２の開口縁部よりも外側となるように形成されている。そして、貫通部５２の流路形成基板用ウェハ１１０側の開口縁部が、振動板（弾性膜５０、絶縁体膜５１）又は配線層１９０のみ、すなわち、酸化物又は金属の薄膜のみで構成されるようにしている。例えば、本実施形態では、連通部１３の開口縁部が実質的に弾性膜５０のみで構成されるようにしている。このため、連通部１３等の内面に形成されている保護膜１５は、剥離層１６と共に剥離されて除去される際、この連通部１３の開口縁部に沿って良好に分離され、配線層１９０上の保護膜１５のみが確実に剥離して除去される。したがって、いわゆる剥離残渣がほとんど生じることがなく、この剥離残渣によるノズル詰まり等の発生を確実に防止することができる。
また、このように配線層１９０上の保護膜１５を良好に剥離させるためには、貫通部５２の内面（弾性膜５０の端面）と振動板の表面（弾性膜５０の表面）との角度θが１０〜９０°程度の鋭角であることが好ましい（図７（ａ）参照）。さらに、貫通部５２は、その周縁部に沿って角部が存在しないような開口形状で形成されていることが好ましい。例えば、図８に示すように、貫通部５２を略矩形の開口形状で形成する場合、その四隅を全てＲ形状とするのが好ましい。これにより、配線層１９０上の保護膜１５を剥離層１６と共にさらに良好且つ確実に剥離させることとができる。
なお、このように配線層１９０上の保護膜１５を除去した後は、図７（ｂ）に示すように、配線層１９０を連通部１３側からウェットエッチングすることによって除去して貫通部５２を開口させる。このとき配線層１９０上には保護膜１５が形成されていないため、保護膜１５が配線層１９０のウェットエッチングを邪魔することはない。
したがって、配線層１９０を容易且つ確実にウェットエッチングにより除去して貫通部５２を開口させることができる。すなわち、このような本発明の製造方法によれば、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、エッチングにより貫通部５２を形成する際、配線層１９０を構成する密着層９１は除去せずに金属層９２のみを除去するのが好ましい。すなわち、密着層９１が、連通部１３の開口周縁部から貫通部５２の内周面５２ａまで連続的に形成されているようにするのが好ましい。これにより、リザーバ１００に対応する領域の弾性膜５０の表面は、密着層９１及び保護膜１５によって完全に覆われた状態となる。すなわち、配線層１９０を構成する金属層９２のみを除去することで、リザーバ１００内に振動板である弾性膜５０の表面が露出されていない状態となり、加工カスの発生をさらに確実に防止することができる。
また、リザーバ１００の内面の耐インク性をさらに向上することができるという効果もある。例えば、本実施形態では、弾性膜５０は二酸化シリコンからなり耐インク性は比較的高いものの、上述のように弾性膜５０の表面がリザーバ１００内に露出されないようにすることで、リザーバ１００の内面の耐インク性はより高くなる。
その後は、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（図２参照）。そして、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、本実施形態の製造方法によれば、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。
（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、密着層９１及び金属層９２で構成される配線層１９０を例示したが、配線層１９０の構成はこれに限定されず、例えば、配線層を金属層のみで構成させるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、貫通部５２内に形成した配線層１９０上の保護膜１５を高応力材料の剥離層１６によって除去するようにしたが、配線層１９０上の保護膜１５の除去方法は、特に限定されるものではない。
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、密着層９１及び金属層９２で構成される配線層１９０を例示したが、配線層１９０の構成はこれに限定されず、例えば、配線層を金属層のみで構成させるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、貫通部５２内に形成した配線層１９０上の保護膜１５を高応力材料の剥離層１６によって除去するようにしたが、配線層１９０上の保護膜１５の除去方法は、特に限定されるものではない。
さらに、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。
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １５ 保護膜、 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、 ５２ 貫通部、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 ９１ 密着層、 ９２ 金属層、 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、 １９０ 配線層、 ２００ 接続配線、 ２１０ 駆動ＩＣ、 ２２０ 駆動配線、 ３００ 圧電素子
Claims (12)
- 圧力発生室と該圧力発生室に連通する連通部とを含む液体流路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と圧電体層と上電極とを含む圧電素子を形成する工程と、
前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通部を形成する工程と、
前記圧電素子から引き出されるリード電極と同一の層からなり、該リード電極とは不連続の配線層で前記貫通部を封止する工程と、
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他方面側から前記振動板及び前記配線層が露出するまでウェットエッチングして前記液体流路を形成する工程と、
前記液体流路の内面に耐液体性を有する保護膜を形成する工程と、
前記配線層上の前記保護膜を剥離して除去する工程と、
前記配線層を前記連通部側からウェットエッチング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、を具備し、
前記液体流路を形成する工程において、前記振動板側の開口縁部が前記貫通部の開口縁部よりも外側となるように前記連通部を形成し、前記貫通部の少なくとも前記流路形成基板側の開口縁部が前記振動板又は前記配線層のみで構成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記貫通部を、周縁部に亘って角部が存在しない開口形状に形成することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記貫通部の内面と前記振動板の前記流路形成基板側の表面とのなす角度が鋭角となるように前記貫通部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記保護膜を剥離する工程において、前記保護膜上に内部応力が圧縮応力である剥離層を形成した後、該剥離層を剥離することで該剥離層と共に前記配線層上の前記保護膜を剥離することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記剥離層の内部応力が８０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記剥離層の前記保護膜との密着力が、前記保護膜と前記配線層との密着力より大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記剥離層の材料として、チタンタングステンを用いることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出した前記配線層の厚さ方向の一部を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記配線層が、密着層と該密着層上に形成される金属層とからなり、
前記配線層の厚さ方向の一部を除去する工程において、前記配線層の表面をライトエッチングして前記密着層を除去することを特徴とする請求項８に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程において、前記配線層の前記金属層のみを除去することを特徴とする請求項９に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記保護膜の材料として、酸化物又は窒化物を用いたことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記保護膜の材料として、酸化タンタルを用いたことを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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