JP6057071B2

JP6057071B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法

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Publication number: JP6057071B2
Application number: JP2013058559A
Authority: JP
Inventors: 宏司麻田
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Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2017-01-11
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Description

本発明は、ノズル開口から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、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に設けられた圧電アクチュエーターと、流路形成基板の圧電アクチュエーター側に接合された保護基板と、を具備するものが知られている。

また、このようなインクジェット式記録ヘッドは、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板に圧電アクチュエーターを形成した後、この上から、保護基板を接合し、その後、保護基板の流路形成基板とは反対面側を封止シートで覆って保護した状態で、流路形成基板をＫＯＨ等のアルカリ性水溶液からなるエッチング液でウェットエッチングすることにより圧力発生室等を形成する等して製造される（例えば、特許文献１参照）。

特許第４７９８３４８号公報

しかしながら、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板を水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ性水溶液からなるエッチング液でウェットエッチングすると、水素ガスが発生し、水素ガスが圧電体層にダメージを与えて、圧電体層の圧電特性が低下するという問題がある。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけではなく、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、圧電素子の水素によるダメージを抑制した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。

上記課題を解決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形成された流路形成基板と、該流路形成基板に設けられた圧電アクチュエーターと、前記流路形成基板の前記圧電アクチュエーター側に接合された保護基板と、を具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記圧電アクチュエーターが形成された前記流路形成基板と前記保護基板とを接合して接合体を形成する工程と、前記接合体の前記保護基板の前記流路形成基板とは反対面側に封止部材を接合すると共に、前記封止部材と前記保護基板との間の空間にニトロ化合物を含む保護材を配置する工程と、前記封止部材が接合された前記接合体の前記流路形成基板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。
かかる態様では、ウェットエッチングする際に発生する水素ガスをニトロ化合物を含む保護材によって吸着することができるため、水素ガスによる圧電アクチュエーターへのダメージを抑制することができる。

ここで、前記保護材を配置する工程では、当該保護材の融点よりも低い温度で配置し、前記流路形成基板をウェットエッチングする工程では、前記保護材の融点よりも高い温度で行うことが好ましい。これによれば、保護材を配置する際に固体であるため、封止部材等の接合面に保護材が付着することによる密着力の低下を抑制することができる。また、ウェットエッチングする際に保護材は液体となるため、水素吸着が効率よく行える。

また、前記ニトロ化合物は、溶媒としてポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリグリセリンからなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。これによれば、保護膜として、常温（室温）で固体、ウェットエッチングする温度で容易に液体にすることができる。

また、前記流路形成基板は、シリコン基板からなり、前記流路形成基板をウェットエッチングする工程では、水酸化カリウムを用いて行うことが好ましい。これによれば、流路形成基板に圧力発生室等を高精度に形成することができる。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。

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、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図である。

図示するように、本実施形態の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Ｉが備える流路形成基板１０は、本実施形態では、例えば、シリコン材料を含む基板、例えば、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板などからなる。この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、本実施形態では、第１の方向Ｘに並設された圧力発生室１２の列が、第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙに２列配置されている。

また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向の一端部側、すなわち第１の方向Ｘに直交する第２の方向Ｙの一端部側には、圧力発生室１２の開口面積を小さくして流路抵抗を付与したインク供給路１３と、圧力発生室１２と略同じ開口面積を有する連通路１４と、が複数の隔壁１１によって区画されている。また、連通路１４の外側（第２の方向Ｙにおいて圧力発生室１２とは反対側）には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５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、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。

流路形成基板１０の一方面側、すなわち圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２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接合されている。本実施形態では、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列を第２の方向Ｙに２列設けたため、１つのインクジェット式記録ヘッドＩには、ノズル開口２１が第１の方向Ｘに並設されたノズル列が、第２の方向Ｙに２列並設されている。

流路形成基板１０の他方面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態では、振動板５０として、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２と、を設けるようにした。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側（ノズルプレート２０が接合された面側）から異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、弾性膜５１によって画成されている。

ここで、振動板５０（積層膜の場合、電極形成側）は絶縁体であること、かつ圧電体層７０の形成時の温度（一般に５００℃以上）に耐えうることが必須であるほか、シリコンウェハーを流路形成基板１０に用いて、且つ圧力発生室１２等の流路を形成する際に、ＫＯＨ（水酸化カリウム）による異方性エッチング（ウェットエッチング）を用いる場合、振動板（積層の場合、シリコンウェハー側）はエッチングストップ層として機能することが必要である。また、振動板５０の一部に二酸化シリコンを使用した場合、圧電体層７０に含まれる鉛やビスマスなどが二酸化シリコンに拡散すると、二酸化シリコンが変質し、上層の電極や圧電体層７０が剥離する。このため、二酸化シリコンへの拡散防止層も必要となる。

二酸化シリコンと酸化ジルコニウムとを積層した振動板５０は、それぞれの材料が圧電体層７０を形成する際の温度に耐えて且つ、二酸化シリコンが絶縁層とエッチングストップ層を、酸化ジルコニウムが絶縁層と拡散防止層として機能するため、最も好適である。本実施形態では、この弾性膜５１及び絶縁体膜５２によって振動板５０が形成されるが、振動板５０として、弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方のみを設けるようにしてもよい。更に流路形成基板１０の一部を薄化加工して振動板として使うことも可能である。

また、振動板５０の絶縁体膜５２上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とが、後述するプロセスで積層形成されて圧電アクチュエーター３００を構成している。ここで、圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電アクチュエーター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３２０という。本実施形態では、第１電極６０を圧電アクチュエーター３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター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。なお、上述した例では、第１電極６０が、複数の圧力発生室１２に亘って連続して設けられているため、第１電極６０が振動板の一部として機能するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、上述の弾性膜５１及び絶縁体膜５２を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。ただし、流路形成基板１０上に直接第１電極６０を設ける場合には、第１電極６０とインクとが導通しないように第１電極６０を絶縁性の保護膜等で保護するのが好ましい。つまり、本実施形態では、基板（流路形成基板１０）上に振動板５０を介して第１電極６０を設けた構成を例示したが、特にこれに限定されるものではなく、振動板５０を設けずに第１電極６０を直接基板上に設けるようにしてもよい。すなわち、第１電極６０が振動板として作用するようにしてもよい。つまり、基板上とは、基板の直上も、間に他の部材が介在した状態（上方）も含むものである。

また、圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：ＰＺＴ）、シリコンを含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ_３：ＰＺＴＮＳ）などを用いることができる。

また、圧電体層７０は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物などとしてもよい。

さらに、このような圧電アクチュエーター３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１３とは反対側の端部近傍から引き出され、振動板５０上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。

このような圧電アクチュエーター３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、振動板５０、第１電極６０及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３２を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３２は、本実施形態では、保護基板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１５と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１５を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３２のみをマニホールドとしてもよい。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との間に介在する弾性膜５１及び絶縁体膜５２にマニホールド１００と各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１３を設けるようにしてもよい。

保護基板３０には、圧電アクチュエーター３００に対向する領域に、圧電アクチュエーター３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電アクチュエーター保持部３１が設けられている。なお、圧電アクチュエーター保持部３１は、圧電アクチュエーター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。本実施形態では、第１の方向Ｘに並設された圧電アクチュエーター３００の列毎に独立した圧電アクチュエーター保持部３１を形成した。また、本実施形態では、保護基板３０には、圧電アクチュエーター保持部３１と外部とを連通する大気開放路３４が設けられている。これにより、圧電アクチュエーター３００が変形した際に圧電アクチュエーター保持部３１内の圧力が高まることで、圧電アクチュエーター３００の変形を阻害するのを抑制することができる。

また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電アクチュエーター３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。

また、保護基板３０上には、信号処理部として機能する駆動回路１２０が固定されている。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、貫通孔３３を挿通させたボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線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、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によってマニホールド部３２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、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等で形成される。この固定板４２のマニホールド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、マニホールド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Ｉ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からインクを取り込み、マニホールド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に対応する圧電アクチュエーター３００を駆動することによって振動板５０を撓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、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について図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に振動板５０を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することによって形成した二酸化シリコン（弾性膜５１）と、スパッタリング法で成膜後、熱酸化することによって形成した酸化ジルコニウム（絶縁体膜５２）との積層からなる振動板５０を形成した。

振動板５０（積層膜の場合、電極形成側）は絶縁体であること、かつ圧電体層７０の形成時の温度（一般に５００℃以上）に耐えうることが必須であるほか、シリコンウェハーを流路形成基板１０に用いて、且つ圧力発生室１２等の流路を形成する際に、ＫＯＨ（水酸化カリウム）による異方性エッチングを用いる場合、振動板（積層の場合、シリコンウェハー側）はエッチングストップ層として機能することが必要である。また、振動板５０の一部に二酸化シリコンを使用した場合、圧電体層７０に含まれる鉛やビスマスなどが二酸化シリコンに拡散すると、二酸化シリコンが変質し、上層の電極や圧電体層７０が剥離する。このため、二酸化シリコンへの拡散防止層も必要となる。

二酸化シリコンと酸化ジルコニウムとを積層した振動板５０は、それぞれの材料が圧電体層７０を形成する際の温度に耐えて且つ、二酸化シリコンが絶縁層とエッチングストップ層を、酸化ジルコニウムが絶縁層と拡散防止層として機能するため、最も好適である。本実施形態では、この弾性膜５１及び絶縁体膜５２によって振動板５０が形成されるが、振動板５０として、弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方のみを設けるようにしてもよい。

次いで、図３（ｂ）に示すように、振動板５０上の全面に第１電極６０を形成すると共に所定形状にパターニングする。この第１電極６０の材料は特に限定されないが、圧電体層７０を形成する際の熱処理（一般に５００℃以上）時の酸化または圧電体層７０に含まれる材料の拡散などによって導電性を消失しない材料であることが必須である。このため、第１電極６０の材料としては高温でも導電性を失わない白金、イリジウム等の金属や、酸化イリジウム、ランタンニッケル酸化物などの導電性酸化物、及びこれらの材料の積層材料が好適に用いられる。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）、レーザーアブレーション法などの気相成膜、スピンコート法などの液相成膜などにより形成することができる。また、前述の導電材料と、振動板５０との間に、密着力を確保するための密着層を用いてもよい。本実施形態では、特に図示していないが密着層としてチタンを用いている。なお、密着層としては、ジルコニウム、チタン、酸化チタンなどを用いることができる。密着層の成膜方法は、電極材料と同様である。また、電極表面（圧電体層７０の成膜側）に圧電体層７０の結晶成長を制御するための制御層を形成してもよい。本実施形態では、圧電体層７０（ＰＺＴ）の結晶制御としてチタンを使用している。チタンは、圧電体層７０の成膜時に圧電体層７０内に取り込まれるため、圧電体層７０形成後には膜として存在していない。結晶制御層としては、ランタンニッケル酸化物などのペロブスカイト型結晶構造の導電性酸化物などを使用してもよい。結晶制御層の成膜方法は、電極材料と同様である。なお、絶縁性の結晶制御層は、圧電体層７０形成後、圧電体層７０と第１電極６０との間に存在しないことが望ましい。これは、結晶制御層と圧電体層７０のコンデンサの直列接続になるため、圧電体層７０に印加される電界が低下するためである。本実施形態のように、配向制御層としてチタンを用いることで、本来であれば酸化物（絶縁体）になる熱処理を受けるが、圧電体層７０中に取り込まれるため膜として存在しない。

次に、図３（ｃ）に示すように、第１電極６０上に圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層形成する。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・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を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層７０は液相法、気相法の何れで形成してもよい。また、第２電極８０は、導電性の高い金属、例えば、イリジウム（Ｉｒ）等を用いることができる。

次に、図３（ｄ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングすることで、圧電アクチュエーター３００を形成する。なお、圧電体層７０及び第２電極８０のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。

次に、図４（ａ）に示すように、金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成すると共に所定形状にパターニングする。

次に、図４（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電アクチュエーター３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤３５を介して接合して接合体を形成した後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。

次に、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。

次に、図５（ａ）に示すように、保護基板用ウェハー１３０の流路形成基板用ウェハー１１０が接合された面とは反対側の面に、封止部材２００を接着剤２０１を介して接合すると共に、封止部材２００と保護基板用ウェハー１３０との間にニトロ化合物を含む保護材２１０を配置する。

ここで、封止部材２００は、シート形状を有し、保護基板用ウェハー１３０の表面を覆うことで、保護基板用ウェハー１３０に形成されたマニホールド部３２及び貫通孔３３等を封止する。

このとき、封止部材２００は、保護基板用ウェハー１３０の表面の周縁部に接着剤２０１を介して接着し、後の工程で切り分けられて保護基板３０となる領域には接着されないようにした。

なお、封止部材２００は、流路形成基板用ウェハー１１０をウェットエッチングする際に用いるアルカリ性水溶液に耐久性を有する材料で形成されている。このような封止部材２００の材料としては、例えば、ポリパラフィレンテレスタルアミド（ＰＰＴＡ）等が挙げられる。また、封止部材２００は、特に図示していないが、保護基板用ウェハー１３０に接触する領域に、保護材料で形成された保護シートを有するようにしてもよい。保護材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を用いることができる。特に、保護基板用ウェハー１３０の表面に悪影響を及ぼさない材料、すなわち、保護基板用ウェハー１３０の表面に干渉しない高分子材料を用いるのが好ましい。このような材料としては、フッ素樹脂等を挙げることができ、本実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を用いている。

また、保護材２１０は、ニトロ化合物を含むものである。なお、保護材２１０として、液体を用いると、封止部材２００を保護基板用ウェハー１３０に接合する際に、保護基板用ウェハー１３０又は封止部材２００に塗布するが、塗布した液体が毛細管現象などによって接着面に付着し、保護基板用ウェハー１３０と封止部材２００との密着力が低下して、エッチング液が侵入する虞がある。このため、保護材２１０は、保護基板用ウェハー１３０と封止部材２００との間に配置する際には固体であるのが好ましい。

また、保護材２１０に含まれるニトロ化合物は、流路形成基板用ウェハー１１０をウェットエッチングした際に発生した水素を吸着させる水素吸着剤である。このため、流路形成基板用ウェハー１１０をウェットエッチングする際には、液体となっている方が、水素の吸着が効率よく行える。したがって、保護材２１０は、常温では固体、ウェットエッチングする際に加熱された温度（約８０℃）で液体となるのが好ましい。言い換えると、保護材２１０は、常温では固体からなり、流路形成基板用ウェハー１１０をウェットエッチングする工程では、保護材２１０の融点よりも高い温度（約８０℃）で行うことが好ましい。これにより、流路形成基板用ウェハー１１０をウェットエッチングする際に、保護材２１０を液体化して、マニホールド部３２及び貫通孔３３等の内部をニトロ化合物で満たすことができる。なお、このような条件を満たす保護材２１０の溶媒としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリグリセリン等が挙げられる。すなわち、保護材２１０は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリグリセリンからなる群から選択される少なくとも一種の溶媒を含むものである。

また、保護材２１０は、例えば、ポリエチレングリコールの溶媒を加熱して液体化し、この溶媒の中にニトロ化合物を溶解させる。このようにしてできたニトロ化合物溶液を塗布して、常温に戻すことによりシート状（固体）に形成することができる。このようにシート状に形成されたニトロ化合物を含む保護材２１０は、封止部材２００と保護基板用ウェハー１３０との間に容易に配置することができると共に、保護材２１０が固体からなるため、毛細管現象等によって保護材２１０が封止部材２００と保護基板用ウェハー１３０との接合面に付着するのを抑制して密着力の低下を抑制することができる。

そして、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５３を介してアルカリ性水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、圧電アクチュエーター３００に対応する圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成する。本実施形態では、封止部材２００が接合された保護基板用ウェハー１３０及び流路形成基板用ウェハー１１０の接合体を、約８０℃に加熱したＫＯＨに浸漬することで、ウェットエッチングを行った。

ここで、エッチング液として用いられるアルカリ性水溶液は、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などがを用いることができる。

そして、シリコン材料を含む流路形成基板１０（流路形成基板用ウェハー１１０）を上記で例示したアルカリ性水溶液でエッチングすると流路形成基板１０に含まれるシリコンと、アルカリ性水溶液に含まれる成分とが反応して水素ガスが発生する。以下に、上記の例示したアルカリ性水溶液とシリコンとの反応を示す。
Ｓｉ＋２ＯＨ⁻＋４Ｈ_２
→Ｓｉ（ＯＨ）_２ ^２＋＋４ｅ⁻＋４Ｈ_２Ｏ
→Ｓｉ（ＯＨ）_２ ^２＋＋２Ｈ_２＋４ＯＨ⁻
→Ｓｉ（ＯＨ）_２ ^２−＋２Ｈ_２↑＋２Ｈ_２Ｏ

このように流路形成基板用ウェハー１１０をアルカリ性水溶液を用いてウェットエッチングした際に発生した水素ガスは、分子量が小さく、接着剤３５、２０１の界面などを介してマニホールド部３２及び貫通孔３３内に侵入してしまう。そして、マニホールド部３２や貫通孔３３内に侵入した水素ガスが、大気開放路３４や接着剤３５の界面などを通って圧電アクチュエーター保持部３１内に侵入し、侵入した水素ガスが圧電体層７０にダメージを与えて、圧電体層の圧電特性が劣化してしまう。

本実施形態では、保護基板用ウェハー１３０と封止部材２００との間に、ニトロ化合物を含む保護材２１０を設けることで、保護材２１０が内部に侵入した水素を吸着して、圧電アクチュエーター保持部３１内に水素ガスが侵入するのを抑制することができる。つまり、保護材２１０は、圧電アクチュエーター３００が設けられた空間である圧電アクチュエーター保持部３１又はこの空間の周りの空間、すなわち、マニホールド部３２及び貫通孔３３内に設けるのが好ましい。本実施形態では、保護基板用ウェハー１３０と封止部材２００との間に保護材２１０を設けているが、流路形成基板用ウェハー１１０をウェットエッチングする際の加熱によって、保護材２１０は液体となって、圧電アクチュエーター保持部３１内やマニホールド部３２及び貫通孔３３内に充填されるので、水素を効率よく吸着させることができ、水素による圧電体層７０のダメージを低減することができる。

次に、図６（ａ）に示すように、封止部材２００が接合された接合体をエッチング液から取り出す。これにより、接合体は室温に戻り、マニホールド部３２、圧電アクチュエーター保持部３１及び貫通孔３３内に液体として充填された保護材２１０は、マニホールド部３２、圧電アクチュエーター保持部３１及び貫通孔３３の壁面に固化した状態で付着する。

次に、図６（ｂ）に示すように、封止部材２００を剥離する。例えば、封止部材２００を保護基板用ウェハー１３０の保護基板３０とならない領域に接着剤２０１を介して接着している場合には、保護基板用ウェハー１３０の余分な部分を切り捨てることで、封止部材２００を剥離することができる。つまり、封止部材２００の剥離する工程と、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー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工程と、を同時に行うことも可能である。

次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０と保護基板用ウェハー１３０との接合体を洗浄する。本実施形態では、接合体を水に浸漬することで、水洗した。保護材２１０に含まれるポリエチレングリコール等の溶剤は水溶性なため、水洗することによって、マニホールド部３２、圧電アクチュエーター保持部３１及び貫通孔３３の壁面に固化した保護材２１０は除去される。

その後は、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー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、保護基板用ウェハー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ー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、本実施形態では、流路形成基板１０（流路形成基板用ウェハー１１０）をウェットエッチングすることで圧力発生室１２等を形成する際に発生する水素ガスをニトロ化合物を含む保護材２１０に吸着させることで、水素によって圧電体層７０がダメージを受けるのを抑制して、圧電特性が低下するのを抑制することができる。特に、保護材２１０として、室温では固体、ウェットエッチングする際の温度では、液体となる溶媒を用いることで、ウェットエッチングする際に発生する水素ガスを液体の保護材２１０によって効率よく吸着することができる。また、固体の保護材２１０を用いることで、保護材２１０を封止部材２００と保護基板３０（保護基板用ウェハー１３０）との間に配置する際に、接着面等に付着するのを抑制して密着力の低下を抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態１では、保護材２１０として、室温で固体、ウェットエッチングする温度で液体となる溶媒を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、室温で液体となる保護材２１０を設けるようにしてもよい。また、保護材２１０は、室温で固体であってもよく、粉末状となっていてもよい。

また、上述した実施形態１では、水洗することで、保護材２１０を除去するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、保護材２１０が残ったままであってもよい。これにより、大気中に含まれる水素が保護材２１０に吸着されるため、使用時の水素による圧電体層７０へのダメージをさらに抑制することができる。

さらに、上述した実施形態１では、保護基板３０にマニホールド部３２及び貫通孔３３が設けられた構成を例示したが、特にこれに限定されず、保護基板３０には、マニホールド部３２や貫通孔３３が設けられていなくてもよい。保護基板３０の圧電アクチュエーター保持部３１内又はこれの周囲の空間内に保護材２１０は設けられていればよい。

また、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、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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の製造方法にも適用することができる。

１０流路形成基板、１１隔壁、１２圧力発生室、１３インク供給路、１４連通路、１５連通部、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０保護基板、５０振動板、５１弾性膜、５２絶縁体膜、６０第１電極、７０圧電体層、８０第２電極、１００マニホールド、１１０流路形成基板用ウェハー、１３０保護基板用ウェハー、２００封止部材、２１０保護材、３００圧電アクチュエーター

Claims

液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、
該流路形成基板に設けられた圧電アクチュエーターと、
前記流路形成基板の前記圧電アクチュエーター側に接合された保護基板と、を具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記圧電アクチュエーターが形成された前記流路形成基板と前記保護基板とを接合して接合体を形成する工程と、
前記接合体の前記保護基板の前記流路形成基板とは反対面側に封止部材を接合すると共に、前記封止部材と前記保護基板との間の空間にニトロ化合物を含む保護材を配置する工程と、
前記封止部材が接合された前記接合体の前記流路形成基板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。
前記保護材を配置する工程では、当該保護材の融点よりも低い温度で配置し、
前記流路形成基板をウェットエッチングする工程では、前記保護材の融点よりも高い温度で行う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。
前記ニトロ化合物は、溶媒としてポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリグリセリンからなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記流路形成基板は、シリコン基板からなり、前記流路形成基板をウェットエッチングする工程では、水酸化カリウムを用いて行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。