JP5019027B2

JP5019027B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法

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Publication number: JP5019027B2
Application number: JP2006296679A
Authority: JP
Inventors: 喬徳倉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008114372A

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。

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。そして、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としては、例えば、振動板の表面全体に亘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知られている。

このようなインクジェット式記録ヘッドは、ノズル開口の多列化を図るために同時に複数個用いられている。しかしながら、各インクジェット式記録ヘッドの圧電素子は、変位量にばらつきがあるため、複数のインクジェット式記録ヘッドを組み合わせると、インク吐出量などのインク特性にばらつきが生じ、高精度及び高品質な印刷を行うことができない。

このため、圧電素子の静電容量を測定することにより、その特性を識別するようにしたアクチュエータ装置の検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ウェハの圧力発生室内に設ける耐液保護膜の厚さを変更することで、圧電素子の変位量を確保したものが提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。

特開２００３−３２６７２３号公報（第６及び７頁、第５図）特開２００４−９０２７９号公報（第５及び６頁、第３図）特開２００６−２２４６０９号公報（第５〜９頁、第５〜７図）

しかしながら、複数のインクジェット式記録ヘッドを組み合わせてヘッドユニットを製造する際に、特許文献１のようにインクジェット式記録ヘッドの製造後に圧電素子の静電容量を測定してインクジェット式記録ヘッドのランク分けを行うことで、インク吐出特性をある程度均一化することができるものの、ランク毎に同じ圧電素子の変位量となるインクジェット式記録ヘッドの過不足が生じてしまうため、歩留まりが低下してしまうという問題がある。

また、特許文献３のように、振動板の振動周波数を測定して、耐液保護膜の厚さを変更する場合、圧力発生室の形成後にしか振動周波数を測定することができないため、測定するタイミングが制限されてしまい煩雑であるという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑み、液体噴射特性を均一化して高精度及び高品質な印刷を行うことができると共に歩留まりを向上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目的とする。

本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられる流路形成基板の一方面側に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子を覆う絶縁体からなる保護膜を形成すると共に該保護膜の前記上電極に相対向する領域に開口部を形成する工程と、前記圧電素子及び前記保護膜が形成された前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程とを具備し、前記保護膜及び前記開口部を形成する工程では、前記圧電素子毎又は複数の圧電素子からなる圧電素子群毎の中から選定した少なくとも１つ毎の当該圧電体層の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて前記保護膜の前記開口部の開口面積を前記圧電素子毎又は前記圧電素子群毎に変更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。
かかる態様では、圧電素子毎又は複数の圧電素子群毎に保護膜の開口部の開口面積を変更することで、圧電素子毎又は複数の圧電素子群毎の変位量を均一化することができる。これにより、液体噴射ヘッドを複数組み合わせて液体噴射ヘッドユニットを製造する際に、液体噴射ヘッドの液体噴射特性を均一化することができ、液体噴射ヘッドユニットに高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。また、液体噴射ヘッドを製造後、圧電素子の変位量に基づいてランク分けする必要がなく、ランク毎の液体噴射ヘッドの過不足が生じることがないため、歩留まりを向上することができる。

ここで、前記圧電素子を形成する工程では、前記流路形成基板が複数個一体的に形成される流路形成基板用ウェハに前記圧電素子を形成すると共に、前記保護膜及び前記開口部を形成する工程では、各流路形成基板となる領域毎に選定した少なくとも１つの前記圧電体層の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて前記保護膜の前記開口部の開口面積を各流路形成基板の前記圧電素子毎又は前記圧電素子群毎に変更して形成し、その後、前記流路形成基板用ウェハを前記流路形成基板毎に分割する工程をさらに有することが好ましい。これによれば、１枚の流路形成基板用ウェハから同じ変位量の圧電素子を有する液体噴射ヘッドを製造することができるため、液体噴射ヘッドを複数組み合わせて液体噴射ヘッドユニットを製造する際に、液体噴射ヘッドの液体噴射特性を均一化することができると共に、歩留まりを向上することができる。

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に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、流路形成基板の平面図及びインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面の要部を拡大した図である。

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が（１１０）面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、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がその短手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の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。

インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。

すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。

ここで、流路形成基板１０の圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の内壁表面には、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（Ｔａ₂Ｏ₅）等の酸化タンタルからなる耐液保護膜１６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、このような耐液保護膜１６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。

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、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、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが約０．１〜０．５μｍの下電極膜６０と、圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなり厚さが例えば、約１．１μｍ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。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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

このような圧電素子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。

また、圧電素子３００は、耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜２００によって覆われている。本実施形態では、保護膜２００を圧電体層７０の側面と上電極膜８０の側面及び上面の周縁部を覆い、且つ複数の圧電素子３００に亘って連続して設けるようにした。すなわち、上電極膜８０の上面の略中心領域である主要部は、保護膜２００が設けられておらず、上電極膜８０の上面の主要部を開口する開口部２０１が設けられている。

開口部２０１は、保護膜２００を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものであり、例えば、流路形成基板１０上の全面に亘って保護膜２００を形成した後、選択的にパターニングすることで形成することができる。

このように圧電素子３００を保護膜２００で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の破壊を防止することができる。ここで、このような保護膜２００の材料としては、耐湿性を有する材料であればよいが、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_x）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_x）等の無機絶縁材料、または、ポリイミド（ＰＩ）等の有機絶縁材料を用いることができる。

また、保護膜２００に開口部２０１を設けることにより、圧電素子３００（圧電体能動部）の変位を阻害することなく、インク吐出特性を良好に保持することができる。

なお、保護膜２００は、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０の表面を覆うように設ければよく、各圧電素子３００毎に保護膜を設け、複数の圧電素子３００に亘って不連続となるようにしてもよい。

この保護膜２００上には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、保護膜２００に設けられた連通孔２０２を介して一端部が上電極膜８０に接続されると共に、他端部が流路形成基板１０のインク供給路１４側まで延設され、延設された先端部は、後述する圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０と接続配線１２１を介して接続されている。

さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられた保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、上述したように、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の共通の液体室となるリザーバ１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、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。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。

さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。

また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。

保護基板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と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

また、保護基板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、駆動回路１２０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、絶縁体膜５５、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。

ここで、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１０を参照して説明する。なお、図４〜図８、図１０は、圧力発生室の短手方向の断面図であり、図９は、圧電素子の変位特性を示すグラフである。まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数個一体的に形成される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５１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。

次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）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５５を形成する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５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。なお、下電極膜６０は、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。

次に、図５（ａ）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１０の全面に形成後、図５（ｂ）に示すように、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。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。また、圧電体層７０の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法等を用いるようにしてもよい。

次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って保護膜２００を形成した後、保護膜２００を所定形状にパターニングすることにより、開口部２０１及び連通孔２０２（図示なし）を形成する。
次いで、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。

次に、図６（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって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７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。
次に、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上にマスク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８に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。

具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０の各流路形成基板１０となる領域の中の１つの圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて、図８に示すように、各流路形成基板１０の圧力発生室１２の群毎に圧力発生室１２の短手方向の幅ｗ₁、ｗ₂を変更して形成する。

本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０の各流路形成基板１０の複数の圧電素子３００の中から、中央の圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量を測定するようにした。なお、静電容量の測定はこれに限定されず、例えば、各流路形成基板１０の複数の圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量を測定し、これらの平均を各流路形成基板１０の静電容量としてもよい。また、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量の測定は、例えば、所定周波数の交流電圧を用いて、測定する圧電素子３００の上電極膜８０（リード電極９０）と下電極膜６０とに正負の電荷を与え、電極間の電位差を測定することで測定することができる。さらに、圧力発生室１２の幅ｗ₁、ｗ₂の変更は、マスク５２に設けられた開口の開口面積を変更することで容易に行うことができる。

ここで、流路形成基板用ウェハ１１０上に弾性膜５０、絶縁体膜５５及び圧電素子３００を形成した後、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２を形成し、１つの流路形成基板用ウェハ１１０に図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０を同時に３７個形成したサンプルを用意し、各チップ（各流路形成基板１０）毎の圧電体層７０の平均の静電容量と圧電素子３００の平均の変位量とを測定した。この結果を図９（ａ）に示す。図９（ａ）に示すように、圧電体層７０の静電容量と圧電素子３００の変位量とは相関性が高いことから、圧電体層７０の静電容量を測定することで、圧電素子３００の変位量を推定することができる。

また、圧力発生室１２の短手方向の幅を変更したサンプルを複数用意し、圧力発生室１２の短手方向の幅と圧電素子３００の変位量とを測定した。この結果を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）に示すように、圧力発生室１２の短手方向の幅と圧電素子３００の変位量とは相関性が高いことから、圧力発生室１２の短手方向の幅を変更することで、圧電素子３００の変位量を所望の値にすることができる。

したがって、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量を測定して圧電素子３００の変位量を推定すると共に、圧電素子３００の変位量が所望の値となるように圧力発生室１２の短手方向の幅を変更して形成することで、１枚の流路形成基板用ウェハ１１０に設けられた複数のインクジェット式記録ヘッドの圧電素子３００の変位量を均一化することができる。すなわち、変位量の低い圧電素子３００に対応する圧力発生室１２は、その幅を広げて形成し、変位量の高い圧電素子３００に対応する圧力発生室１２は、変位量の低い圧電素子３００と同じ変位量となるように圧力発生室１２の幅を狭くする。これにより、流路形成基板用ウェハ１１０の各流路形成基板１０の圧電素子３００の変位量を均一化することができる。したがって、１枚の流路形成基板用ウェハ１１０から同じ変位量の圧電素子３００を有するインクジェット式記録ヘッドを製造することができるため、インクジェット式記録ヘッドを複数組み合わせてインクジェット式記録ヘッドユニットを製造する際に、インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性（液体噴射特性）を均一化することができ、インクジェット式記録ヘッドユニットに高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。

また、１枚の流路形成基板用ウェハ１１０から形成された複数のインクジェット式記録ヘッドを組み合わせて１つのヘッドユニットを形成することができるため、歩留まりを向上することができる。すなわち、複数のインクジェット式記録ヘッドを製造後、圧電素子３００の変位量に基づいてランク分けする必要がなく、ランク毎のインクジェット式記録ヘッドの過不足が生じることがない。

その後は、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスク５２を除去し、図１０に示すように、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等の酸化物又は窒化シリコン（ＳｉＮ）等の窒化物などの耐インク性（耐液体性）を有する材料、本実施形態では、五酸化タンタルからなる耐液保護膜１６を圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の内面に亘って形成する。なお、耐液保護膜１６の形成方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等を用いることができる。

そして、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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した後、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ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、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、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、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。

このように形成された複数のインクジェット式記録ヘッドは、各インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性が揃っているため、複数のインクジェット式記録ヘッドを組み合わせて用いて多列化しても、印刷精度及び印刷品質が劣化することがない。また、同時に複数形成したインクジェット式記録ヘッドのランク分けを行う必要がなく、複数のインクジェット式記録ヘッドを容易に組み合わせることができる。

なお、本実施形態では、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量の測定を、圧力発生室１２が形成される直前に行うようにしたが、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量の測定は、圧電素子３００を形成した後であれば、何れのタイミングで行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、圧力発生室１２の短手方向の幅を変更するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧力発生室１２の長手方向の幅（長さ）を変更するようにしてもよい。

（実施形態２）
図１１は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であ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。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

上述した実施形態１の図４（ａ）〜図５（ｂ）に示す工程と同様に、流路形成基板用ウェハ１１０に弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）、絶縁体膜５５及び圧電素子３００を形成する。

次に、図１１に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って保護膜２００を形成した後、保護膜２００を所定形状にパターニングすることにより、開口部２０１及び連通孔２０２（図示なし）を形成する。

具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０の各流路形成基板１０となる領域の中の１つの圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて、図１１に示すように、各流路形成基板１０の圧電素子３００毎に保護膜２００の開口部２０１の開口面積を変更する。本実施形態では、圧電素子３００の並設方向における開口部２０１の短手方向の幅ｄ₁、ｄ₂を変更するようにした。これは、圧電素子３００は、短手方向の撓み変形によって圧力発生室１２に圧力変化を生じさせるため、圧電素子３００の短手方向の撓み変形に影響を及ぼす開口部２０１の幅ｄ₁、ｄ₂を変更することにより、圧電素子３００の変位量を変更することができるからである。すなわち、変位の低い圧電素子３００には、保護膜２００の開口部２０１の幅ｄ₁を広げて圧電素子３００の変位量を大きくし、変位の高い圧電素子３００には、保護膜２００の開口部２０１の幅ｄ₂を狭めて圧電素子３００の変位量を小さくしている。なお、本実施形態では、圧電体層７０の静電容量に基づいて開口部２０１の幅ｄ₁、ｄ₂を変更するようにしたが、特にこれに限定されず、開口部２０１の長手方向の長さを変更するようにしてもよく、開口部２０１の幅及び長さの両方を変更するようにしてもよい。また、保護膜２００の開口部２０１の幅の変更は、保護膜２００をパターニングする際のマスクの開口を変更することで容易に且つ高精度に行うことができる。

その後は、上述した実施形態１と同様に、リード電極９０を形成する工程、流路形成基板用ウェハ１１０に保護基板用ウェハ１３０を接合する工程、流路形成基板用ウェハ１１０を薄くする工程、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２等を形成する工程、圧力発生室１２等の内面に耐液保護膜１６を形成する工程を行う。なお、圧力発生室１２を形成する際は、上述した実施形態１のように圧力発生室１２の幅を変更することなく、同一の幅で形成する。

このように、本実施形態では、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量に応じて、保護膜２００の開口部２０１の開口面積を変更して形成するようにしたため、１枚の流路形成基板用ウェハ１１０に設けられた複数のインクジェット式記録ヘッドの圧電素子３００の変位量を均一化することができる。１枚の流路形成基板用ウェハ１１０から同じ変位量の圧電素子３００を有するインクジェット式記録ヘッドを製造することができるため、インクジェット式記録ヘッドを複数組み合わせてインクジェット式記録ヘッドユニットを製造する際に、インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性（液体噴射特性）を均一化することができ、インクジェット式記録ヘッドユニットの高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。

なお、本実施形態では、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量に基づいて、保護膜２００の開口部２０１の開口面積を変更するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、開口部２０１の開口面積を同じにして、保護膜２００の厚さを変更するようにしてもよい。勿論、保護膜２００の厚さと開口部２０１の開口面積の両方を変更するようにしてもよい。

また、本実施形態では、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量に基づいて、保護膜２００の開口部２０１の開口面積を変更する際に、開口部２０１の短手方向の幅を変更するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、開口部２０１の長手方向の幅（長さ）を変更するようにしてもよい。

（実施形態３）
図１２は、本発明の実施形態３に係る液体噴射ヘッドの一例であ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。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

上述した実施形態１と同様に、流路形成基板用ウェハ１１０に弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）、絶縁体膜５５、圧電素子３００及びリード電極９０を形成した後、流路形成基板用ウェハ１１０に保護基板用ウェハ１３０を接合し、その後、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２等を異方性エッチングにより形成する。なお、圧力発生室１２を形成する際は、上述した実施形態１のように圧力発生室１２の幅を変更することなく、同一の幅で形成する。

次に、流路形成基板用ウェハ１１０の表面のマスク５２を除去し、図１２に示すように、例えば、酸化物（一例に過ぎないが、例えば、酸化シリコン）又は窒化物（一例に過ぎないが、例えば、窒化シリコン）等の耐インク性（耐液体性）を有する材料、本実施形態では、五酸化タンタルからなる耐液保護膜１６を、ＣＶＤ法、スパッタリング法等によって圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の内面に亘って形成する。

具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０の各流路形成基板１０となる領域の中の１つの圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて、図１２に示すように、各流路形成基板１０の圧電素子３００毎に耐液保護膜１６の厚さｔ₁、ｔ₂を変更して形成する。すなわち、変位の低い圧電素子３００には、耐液保護膜１６の厚さｔ₁を薄くして圧電素子３００の変位量を大きくし、変位の高い圧電素子３００には、耐液保護膜１６の厚さｔ₂を厚くして圧電素子３００の変位量を小さくしている。

なお、耐液保護膜１６の厚さの変更は、ＣＶＤ法、スパッタリング法で耐液保護膜１６を形成するのであれば、耐液保護膜１６の成膜回数を変更することで容易に行うことができる。すなわち、薄く耐液保護膜１６を形成したい領域には、少ない回数の成膜を行い、厚く耐液保護膜１６を形成したい領域には、多く成膜を行うことで、耐液保護膜１６の厚さを変更することができる。

なお、本実施形態では、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量の測定を耐液保護膜１６が形成される直前に行うようにしたが、圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量の測定は、圧電素子３００を形成した後であれば、何れのタイミングで行うようにしてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の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１〜３では、流路形成基板用ウェハ１１０の流路形成基板１０となる領域の少なくとも１つの圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量を測定し、測定結果に基づいて各流路形成基板１０の圧電素子３００の群毎に圧電素子３００の群に対応する圧力発生室１２の幅、保護膜２００の開口部２０１の開口面積又は耐液保護膜１６の厚さを変更して形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、各圧電素子３００の圧電体層７０の静電容量を測定し、各圧電素子３００毎に対応する圧力発生室１２の幅、保護膜２００の開口部２０１の開口面積又は耐液保護膜１６の厚さを変更して形成するようにしてもよい。勿論、静電容量の測定は、流路形成基板１０の少なくとも１つの圧電素子３００毎に限定されず、例えば、任意の複数の圧電素子３００の１つ以上の圧電体層７０の静電容量を測定し、任意の複数の圧電素子３００の群毎に圧力発生室１２の幅、保護膜２００の開口部２０１の開口面積又は耐液保護膜１６の厚さを変更するようにしてもよく、勿論、任意の複数の圧電素子３００の平均の静電容量を測定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態１〜３では、圧電素子３００の静電容量に基づいて、それぞれ圧力発生室１２の幅、保護膜２００の開口部２０１の開口面積又は耐液保護膜１６の厚さを変更するようにしたが、勿論、これらの実施形態１〜３から選択される少なくとも２つの形態を組み合わせるようにしてもよい。すなわち、実施形態１及び２、実施形態１及び３、実施形態２及び３、実施形態１、２及び３を組み合わせるようにしてもよい。

このように実施形態１〜３を組み合わせることで、さらに圧電素子３００の変位特性を均一化する範囲を広げることができ、さらにインク吐出特性（液体噴射特性）の均一化を図ることができる。すなわち、例えば、実施形態１のように圧力発生室１２の幅を変更する場合、圧力発生室１２の幅を広げすぎると、隔壁１１の剛性が低下すると共にコンプライアンスが発生したり、隔壁１１のノズルプレート２０との接合面積が減少して、流路形成基板１０とノズルプレート２０との接合強度が低下してしまうなどの不具合が発生する。また、例えば、圧力発生室１２の幅を大きく変更すると、圧力発生室１２の体積が増減し、この圧力発生室１２の体積の増減に伴いインク吐出特性（液体噴射特性）にも著しい変化が発生してしまう。また、保護膜２００の開口部２０１は、上電極膜８０に相対向する領域内に設けられるため、上電極膜８０よりも大きな面積で形成することができない。さらに、耐液保護膜１６についても、厚さを変更することで圧力発生室１２の体積が増減する。したがって、それぞれの制限によって圧電素子３００の変位特性を均一化できない場合であっても、圧力発生室１２の幅の変更と、保護膜２００の開口部２０１の開口面積の変更と、耐液保護膜１６の厚さの変更とを適宜組み合わせることで、圧電素子３００の変位特性を均一化してインク吐出特性（液体噴射特性）を均一化することができ、インクジェット式記録ヘッドユニットに高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。

なお、上述した実施形態１〜３では、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（電界放出ディスプレー）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概略構成を示す分解斜視図である。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断面図である。実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法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方法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方法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方法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方法を示す断面図である。本実施形態１に係る圧電素子の変位量特性を示すグラフである。実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法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方法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方法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、１３連通部、１４インク供給路、１５連通路、１６耐液保護膜、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０保護基板、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、６０下電極膜、７０圧電体層、８０上電極膜、９０リード電極、１００リザーバ、１２０駆動回路、１２１接続配線、２００保護膜、２０１開口部、３００圧電素子

Claims

液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられる流路形成基板の一方面側に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子を覆う絶縁体からなる保護膜を形成すると共に該保護膜の前記上電極に相対向する領域に開口部を形成する工程と、前記圧電素子及び前記保護膜が形成された前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程とを具備し、
前記保護膜及び前記開口部を形成する工程では、前記圧電素子毎又は複数の圧電素子からなる圧電素子群毎の中から選定した少なくとも１つ毎の当該圧電体層の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて前記保護膜の前記開口部の開口面積を前記圧電素子毎又は前記圧電素子群毎に変更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。
前記圧電素子を形成する工程では、前記流路形成基板が複数個一体的に形成される流路形成基板用ウェハに前記圧電素子を形成すると共に、前記保護膜及び前記開口部を形成する工程では、各流路形成基板となる領域毎に選定した少なくとも１つの前記圧電体層の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて前記保護膜の前記開口部の開口面積を各流路形成基板の前記圧電素子毎又は前記圧電素子群毎に変更して形成し、その後、前記流路形成基板用ウェハを前記流路形成基板毎に分割する工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッドの製造方法。