JP6111724B2

JP6111724B2 - 液滴吐出ヘッドの製造方法

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Publication number: JP6111724B2
Application number: JP2013029150A
Authority: JP
Inventors: 阿部　修也; 修也阿部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: JP2014156093A

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ及びこれらの複合機等の画像形成装置として、例えば、インク液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置（インクジェット記録装置）が知られている。この画像形成装置は、液滴吐出ヘッドから被記録媒体に対してインク滴を吐出して画像形成を行なうものである。

液滴吐出ヘッドは、インクタンクから供給されるインクを共通液室から複数の圧力室に分配し、各圧力室の容積を変化させることにより連通するノズルからインクを吐出させる。例えば、圧力室の壁の一部に振動板を設け、アクチュエータ等の圧力変換手段により振動板を変位させることにより圧力室の体積を変化させ、圧力を高めて圧力室内のインクをノズルから吐出させる方式が広く知られている。この方式は、多様な液滴に対応できる点で、サーマル方式に対し優位性がある。

また、アクチュエータを使用した液滴吐出ヘッドとしては、たわみモードの圧電素子により、圧力室の１面を構成する振動板を振動させる方式のもの（例えば、特許文献１〜３参照）が知られている。このような液滴吐出ヘッドを製造する方法としては、高集積化のために、リソグラフィ法により流路及び圧力発生素子を形成する方法が広く知られている。

特許文献１〜３に記載された液滴吐出ヘッドでは、圧電素子を封止してプロセス中に使用される薬液等から保護するため、プロセス中における基板全体の強度を確保するため、及び製品としての使用時に環境から受ける影響から保護するため等の目的で、圧力室が形成される流路形成基板の圧電素子側の面に別の基板（保護基板）を接合されている。吐出される液滴は、保護基板に形成されたリザーバ部から、振動板の開口領域（貫通部）を通じて流路形成基板の液供給部に供給される。

このような液滴吐出ヘッドの製造方法としては、流路形成基板の一方の面に振動板と圧電素子とを形成し、振動板にエッチングにより貫通部を形成した後、圧電素子が形成された面にリザーバ部が形成された保護基板を接合し、圧電素子が形成されていない面からエッチングすることにより圧力発生室及び連通部等の流路を形成する方法が知られている。

例えば、ウェットエッチングにより流路形成のためのエッチングを行う場合は、使用するエッチング液が振動板の貫通部を介して保護基板側に回り込むのを防止する必要がある。このため、貫通部に金属膜等の封止膜を形成し、流路形成を行った後、さらに封止膜をエッチング除去する工程が必要となり、生産性の低下やコストアップの要因となってしまうという問題があった。

これに対し、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）をプラズマ源とするシリコン深堀用エッチャーの加工寸法の寸法高精度化及び高エッチングレート化が進んだことから、上述の流路形成のためのエッチングを、ドライエッチングにより行う方法も実用化されてきている。これにより、上述のエッチング液のまわり込みを防止するための工程の増加は回避することができる。

一方、液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置において、近年は吐出される液滴の種類が増えてきている。例えば、家庭用やオフィス用のインクジェット記録装置においては、画質と印字速度の両立のために、吐出される液滴（インク）の高粘度化の傾向がみられる。また、記録紙以外の材質の被印刷物を対象とする装置や、文字及び画像の印刷以外に回路のパターンを形成する装置への応用も進んでおり、当該装置に用いられる液滴吐出ヘッドとして、高粘度の液滴を吐出可能なものが要求される傾向がある。

高粘度な液滴を吐出可能な、吐出力の高い液滴吐出ヘッドを構成するためには、振動板の剛性の向上が必要となる。
剛性が向上した振動板（例えば、膜厚の増加した振動板）に貫通部を形成するためには、エッチングに要する時間が長くなるため、エッチング方法や工程数の多少にかかわらず、全体的な生産性の低下やコストアップの要因となるという問題がある。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、振動板の貫通部形成に要するエッチング時間を短縮することができ、生産性の向上及びコスト低減を実現可能な液滴吐出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ために、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズル孔を有するノズル板と、前記ノズル孔に連通する圧力室及び該圧力室へ液滴を供給する液供給部が形成された流路形成基板と、前記圧力室の少なくとも一面を構成し、前記液供給部と連通供給する貫通部を有する振動板と、前記振動板の前記圧力室を構成する面と反対側の面に設けられ、下電極、圧電体及び上電極からなる圧電素子とを備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記振動板、前記圧電素子及び絶縁膜を形成する第１の工程と、前記絶縁膜に、前記圧電素子を構成する電極と配線とを接続するための接続孔を形成する第２の工程と、前記接続孔に配線を形成する第３の工程と、前記配線を被覆するパッシベーション膜を形成する第４の工程と、前記圧電素子の上部領域及び前記配線の端子部領域の前記パッシベーション膜をエッチングする第５の工程と、前記圧電素子の上部領域をエッチングする第６の工程と、を有し、前記第２の工程、前記第５の工程及び前記第６の工程の少なくともいずれかにおいて、前記振動板の前記貫通部が形成される開口領域のエッチングが行われることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法である。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、振動板の貫通部形成に要するエッチング時間を短縮することができ、生産性の向上及びコスト低減を実現可能な液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造の一例を示す断面の模式図である。実施例１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例２に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例１の第７の工程を示した説明図である。実施例２の第７の工程を示した説明図である。実施例３に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例３に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例４に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例４に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程の一例を示す説明図である。実施例１〜４に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の工程を比較した表である。本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す斜視図である。本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す側面図である。

以下、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本実施形態の液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズル孔を有するノズル板と、前記ノズル孔に連通する圧力室及び該圧力室へ液滴を供給する液供給部が形成された流路形成基板と、前記圧力室の少なくとも一面を構成し、前記液供給部と連通供給する貫通部を有する振動板と、前記振動板の前記圧力室を構成する面と反対側の面に設けられ、下電極、圧電体及び上電極からなる圧電素子とを備える液滴吐出ヘッドの製造方法である。本実施形態の方法により製造される液滴吐出ヘッドの一例の断面構成の模式図を図１に示す。（なお、細部の構成については理解を用意にするために縮尺を変更してあらわし、構造の一部については簡略化または省略している。）

〔液滴吐出ヘッド〕
図１に示すように、液滴吐出ヘッドは、第一の基板１０、第二の基板２０、ノズル板４０、各種保持部材（図示せず）、ドライバーＩＣ（図示せず）等から構成されている。
保護基板である第一の基板１０と、流路形成基板である第二の基板２０とは、熱膨張係数が大きく異なることがないことが好ましく、また加工しやすい材料からなることが好ましい。本実施形態では、面方位（１００）の単結晶シリコン基板である。

第一の基板１０には、第二の基板２０上に形成された圧電素子２２の動作を妨げないための凹部１１やリザーバ部１７などが、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）をプラズマ源とするシリコン深堀用エッチャーによるドライエッチングにて形成されている。

流路形成基板である第二の基板２０はシリコン単結晶基板からなり、第一の基板１０側の面に、厚さ２．２μｍ程度の振動板２１が形成されている。振動板２１は、シリコン酸化膜、ポリシリコン及びシリコン窒化膜の積層膜からなる。このように異なる膜が積層されてなることにより、応力と剛性との調整がはかられ、クラックの発生が防止される。

振動板２１上には、空隙である圧力室（圧力発生室）３３に対応して、下電極２２ａ、圧電体２２ｂ及び上電極２２ｃからなる圧電素子２２が形成されている。

圧電素子２２の周囲には、側面を覆うように厚さ１μｍ程度の絶縁膜２３が形成されている。絶縁膜２３は、圧電素子２２の吸湿を防止するとともに、配線（引出し配線）２５と下電極２２ａとの電気的な短絡を防止している。
圧電素子２２の上面（側面に近い部分以外）の絶縁膜２３は、圧電素子２２の変位を妨げないように除去されている。

電極２２ａと上電極２２ｃとの接続部において、絶縁膜２３には接続孔２４が形成され、配線２５が接続されている。配線２５は外部との電気的接続部まで延設されており、端部（端子部領域）は電極端子２８となっている。配線２５と電極端子２８とは同一材料で一体的に形成されている。

電極端子２８には、ドライバーＩＣ（図示せず）がワイヤーボンドやＦＰＣ（フレキシブル基板）を介して、またはフリップチップ実装により、直接接続されている。

配線２５の保護のために、配線２５を覆うように厚さ０．８μｍ程度のパッシベーション膜２６が形成されている。パッシベーション膜２６は、外部との接続のため、電極端子２８の部分が開口している。
また、パッシベーション膜２６は圧電素子２２上にも成膜されるが、絶縁膜２３と同様に、圧電素子２２の変位をさまたげないように、圧電素子２２の上面の側面に近い部分以外は除去されている。

振動板２１の開口領域２９には貫通部２９ａが形成され、第一の基板１０に形成されたリザーバ部１７と第二の基板２０に形成された液供給部３１とが連通している。

下電極２２ａは、例えば、厚さ約０．１μｍの白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の比較的導電性の高い材料からなり、スパッタリング法等で形成されている。
圧電体２２ｂは、例えば、厚さ約１．０μｍ程度のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）をゾルゲル法により形成されている。
上電極２２ｃは、例えば、厚さ０．０５〜０．１μｍの白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等からなり、スパッタリング法等で形成されている。
これらの厚みは、使用する材料やアクチュエータの仕様等により適宜調整することが好ましい。

絶縁膜２３は、水分の透過・吸収が少なく、電気的絶縁性に優れたアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）（約０．１μｍ）上に、成膜レートが大きく、電気的絶縁性に優れたシリコン酸化膜（厚さ１μｍ程度）が積層されて形成されている。

絶縁膜２３の上には、配線２５が形成されている。配線２５には、加工し易くかつ電気伝導性に優れたＡｌ系合金が用いられ、厚さは３．０μｍ程度である。

絶縁膜２３と電極との界面には、密着層として０．０５〜０．１μｍのＴｉＮが設けられている。
第一の基板１０と第二の基板２０とは、接着剤１５により貼り合わされている。

ノズル板４０としては公知の材料、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス等を使用することができる。本実施形態のノズル板は、厚さ３０μｍのステンレスにプレス加工により形成されたノズル孔４１を有し、液の出口側の面にはフッ素系の樹脂を蒸着して成膜した撥液膜を有する。
ノズル板４０と第二の基板２０とは、接着剤１５により貼り合わされている。

〔液滴吐出ヘッドの製造方法〕
本実施形態の液滴吐出ヘッドの製造方法は、
（１）流路形成基板である第二の基板２０上に振動板２１、圧電素子２２及び絶縁膜２３を形成する第１の工程と、
（２）絶縁膜２３に、圧電素子２２を構成する下電極２２ａ、上電極２２ｃ、配線２５を接続するための接続孔２４を形成する第２の工程と、
（３）接続孔２４に配線２５を形成する第３の工程と、
（４）配線２５を被覆するパッシベーション膜２６を形成する第４の工程と、
（５）圧電素子２２の上部領域及び配線２５の端子部領域のパッシベーション膜２６をエッチングする第５の工程と、
（６）圧電素子２２の上部領域及び配線２５の端子部領域の絶縁膜２３をエッチングする第６の工程と、を有する。
そして、（２）第２の工程、（５）第５の工程及び（６）第６の工程の少なくともいずれかにおいて、振動板２１の貫通部２９ａが形成される開口領域２９のエッチングが行われる。これにより、振動板２１の開口領域２９に形成される貫通部２９ａの加工時間を短縮することができ、液滴吐出ヘッドの製造における生産性の向上及びコスト低減を実現することができる。

また、第２の工程、第５の工程及び第６の工程のいずれかに加え、振動板２１の開口領域２９のエッチングを行う独立した第７の工程を設け、これらの工程で行われるエッチングにより貫通部２９ａを形成してもよい。これにより、第２の工程、第５の工程及び第６の工程の所要時間（エッチング時間）を変更することなく、かつ振動板２１の開口領域２９に形成される貫通部２９ａの加工時間の短縮をはかることができ、液滴吐出ヘッドの製造における生産性の向上及びコスト低減を実現することができる。

また、第２の工程、第５の工程及び第６の工程で行われるエッチングにより貫通部２９ａを形成することもできる。これにより、振動板２１の開口領域２９に形成される貫通部２９ａをエッチングする工程を別途設ける必要がないため、液滴吐出ヘッドの製造における生産性の向上及びコスト低減を実現することができる。

具体的には、以下に説明する各実施例の製造方法により製造される。

〔実施例１〕
本実施例の液滴吐出ヘッドの製造方法を、図２〜５を参照して説明する。
最初に、図２（Ａ）の（ａ１）に示すように、流路形成基板である第二の基板２０上に振動板２１となる積層膜を熱酸化・ＬＰＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜する。
形成された振動板２１上に、下電極２２ａをスパッタで、圧電体２２ｂをゾルゲル法で、上電極２２ｃをスパッタでそれぞれ成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングを行い、圧電素子２２を形成する（第１の工程）。

次に、図２（Ｂ）の（ｂ１）に示すように、圧電素子２２及び振動板２１が形成された第二の基板２０上に、ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により約０．１μｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を成膜した後、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−ＥｎｈａｎｃｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により１μｍ程度のシリコン酸化膜を成膜し、絶縁膜２３を形成する（第１の工程）。
次いで、接続孔部分２４ａ及び振動板開口領域部分２４ｂを開口したマスク（以下、「開口マスク１」という）を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行い、絶縁膜２３に接続孔２４を形成する（第２の工程）。

絶縁膜２３のエッチングは、具体的には、開口マスク１によりレジストパターンを形成した後、反応ガスとしてＣＦ_４＋ＣＨＦ_３を用い、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置を使用して絶縁膜２３のシリコン酸化膜をエッチングし、さらに反応ガスとしてＣｌ_２を用い、別の装置によりアルミナをエッチングする。
このエッチング工程におけるオーバーエッチングにより、振動板２１の貫通部２９ａが形成される開口領域２９が、０．０５μｍ程度エッチングされる。

次に、図２（Ｃ）の（ｃ１）に示すように、絶縁膜２３上に配線２５を形成する（第３の工程）。
具体的には、まず、接続孔２４の形成後、成膜面の清浄化のために絶縁膜２３の表面をＡｒスパッタによりエッチングする（いわゆる逆スパッタ）。このとき、振動板２１の開口領域２９が、０．０５μｍ程度エッチングされる。
次いで、密着層を構成するＴｉＮと、配線層を構成するＡｌ系合金をスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングし、配線２５を形成する。

次に、図３（Ａ）の（ｄ１）に示すように、配線２５を保護するパッシベーション膜２６を形成する（第４の工程）。
具体的には、配線２５上を被覆するシリコン窒化膜を、厚さ０．８μｍ程度成膜する。

次に、図３（Ｂ）の（ｅ１）に示すように、電極端子部２７ａ、圧電素子上部２７ｃ及び振動板開口領域部分２７ｂを開口したマスク（以下、「開口マスク２」という）を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行う（第５の工程）。

パッシベーション膜２６のエッチング時には、レジスト５０が開口した電極端子部２７ａ、圧電素子上部２７ｃ及び振動板開口領域部分２７ｂのパッシベーション膜２６がエッチング除去される。電極端子部２７ａでは、電極端子２８が露出し、圧電素子上部２７ｃでは、先に成膜した絶縁膜２３表面が露出する。
また、振動板開口領域２９では、先の工程でエッチングされた振動板２１が露出し、
エッチングされる。

次に、図３（Ｃ）の（ｆ１）に示すように、前記開口マスク２を用いて、絶縁膜２３をエッチングする（第６の工程）。
シリコン酸化膜からなる絶縁膜２３を、反応ガスとしてＣＦ_４＋ＣＨＦ_３を用い、ＲＩＥ装置を使用してエッチングする。このとき、圧電素子上部２７ｃ及び電極端子部２７ａの絶縁膜２３がエッチングされるが、配線２５を構成するＡｌ系膜はほとんどエッチングされない。
一方、振動板２１はシリコン系材料であるため、振動板開口領域２９がエッチングされる。エッチング条件に応じて減少する膜厚は変化するが、おおむね絶縁膜２３と同程度（１．０μｍ程度）である。

次に、図４（Ａ）の（ｇ１）に示すように、振動板の開口領域２９を開口したマスク（以下、「開口マスク３」という）を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行う（第７の工程）。
本実施例では、貫通部２９ａが形成されるまでエッチングを行う。
振動板の開口領域２９は、上記第２の工程、第３の工程、第５の工程及び第６の工程においてエッチングされ、既に１．１μｍ程度の膜厚が減少しているため、残存した１．１μｍ程度のエッチングを行うことで貫通部２９ａを形成することができる。よって、エッチング時間を短くすることができる。

そして、図４（Ｂ）の（ｈ１）に示すように、リザーバ部１７及び凹部１１が形成された第一の基板１０と、第二の基板２０とを接着剤１５を介して接合する。

次に、図５（Ａ）の（ｉ１）に示すように、第二の基板２０を研磨により薄板化する。
薄板化により吐出特性が向上する。また、薄板化は、次の工程におけるエッチング時間の短縮及び寸法の高精度化に寄与する。

そして、図５（Ｂ）の（ｊ１）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、第二の基板２０に液供給部３１、流体抵抗部３２及び圧力室（圧力発生室）３３からなる流路を形成する。エッチングは、ＩＣＰをプラズマ源とするシリコン深堀用エッチャーによるドライエッチングを行った。
流路が形成されるとともに、図４（Ａ）の（ｇ１）に示した第７の工程で形成された振動板の貫通部２９ａを介し、リザーバ部１７と液供給部３１とが連通する。
その後、従来の液滴吐出ヘッドの製造方法と同様に、電気部品の実装、液供給部品の実装、保持部材への実装を行うことにより、液滴吐出ヘッドの主要部が完成する。

〔実施例２〕
本実施例の液滴吐出ヘッドの製造方法を、図６を参照して説明する。
本実施例の工程のフローは、実施例１と同じであるが、振動板２１の開口領域２９のエッチングに用いられる前記開口マスク２及び前記開口マスク３の開口寸法が異なっている。
上述の実施例１において、開口マスク２の２７ｂは、開口マスク３の開口部よりも大きいが、本実施例では、開口マスク２の２７ｂが、開口マスク３の開口部よりも小さい。

図６（Ａ）の（ｄ２）に示すように、実施例１と同様に配線２５を保護するパッシベーション膜２６を形成する（第４の工程）。
次に、図６（Ｂ）の（ｅ２）及び（ｆ２）に示すように、実施例１で用いたものよりも振動板開口領域部分２７ｂの開口寸法が小さい開口マスク２を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行う（第５の工程）。
次に、図６（Ｃ）の（ｇ２）に示すように、前記開口マスク２の振動板開口領域部分２７ｂの開口寸法よりも大きい前記開口マスク３を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行う（第７の工程）。

開口マスク２及び開口マスク３の開口寸法の違いによる効果を、図７及び図８に基づき説明する。図７は実施例１の第７の工程における振動板開口領域２９の拡大図であり、図８は実施例２の第７の工程における振動板開口領域２９の拡大図である。

図７及び図８に示すように、開口マスクの開口寸法の違いにより、形成された貫通部の厚み（図７のＴ１、図８のＴ２）と、レジスト塗布異常の有無による貫通部の幅（図７のＷ１及びＷ２、図８のＷ３及びＷ４）のバラツキの程度が異なる。

貫通部の厚み（Ｔ１、Ｔ２）は各層の膜厚やエッチング量に依存するため、単純に良否を判断することはできないが、所望の厚みとなるように使用する開口マスクの寸法組みあわせを選択することができる。

貫通部の幅（Ｗ１〜Ｗ４）は、レジスト塗布不良による気泡の発生など、レジスト塗布異常により影響を受ける。例えば、図７及び図８の右側に示すように、先の工程により形成された段差によりレジストが底部まで達せず、テント状に塗布されて気泡を噛んでしまう場合がある（右側（Ａ）の図）。この気泡はベークの工程で膨張する（右側（Ｂ）の図）。

この状態でエッチングを行った結果、図７に示す実施例１の構成では、振動板貫通部の幅Ｗ２は、狙いの寸法Ｗ１よりも大きくなってしまう。
この寸法の誤差は、振動板貫通部の機能が単にインク等の液滴の流路であって、貫通さえしていれば良い設計である場合には問題とならないが、例えば、微細な貫通部を複数並べてフィルターとして使用する場合等には問題となることがある。

一方、図８に示す実施例２の構成では、振動板貫通部の幅Ｗ４は、狙いの寸法Ｗ３との誤差が小さい。
レジスト塗布異常の発生を防止することが好ましことは言うまでもないが、万一レジスト塗布異常が生じた場合であっても、実施例２の製造方法によれば、寸法の誤差の発生を低減し、製品として不良となるのを防止し、歩留まりの向上をはかることができる。

〔実施例３〕
本実施例の液滴吐出ヘッドの製造方法を、図９及び図１０を参照して説明する。
なお、本実施例における構成部材の材料や形成方法などは実施例１と同じであり、使用する開口マスク１〜３の開口寸法は実施例２と同じである。

最初に、図９（Ａ）の（ａ３）に示すように、流路形成基板である第二の基板２０上に振動板２１、圧電素子２２及び絶縁膜２３を形成し（第１の工程）、絶縁膜２３に接続孔２４を形成し（第２の工程）、配線２５を形成する（第３の工程）。
実施例１と同様に、第２の工程及び第３の工程において、振動板２１の開口領域２９がエッチングされる。

次に、図９（Ｂ）の（ｂ３）に示すように、振動板の開口領域２９を開口した開口マスク３を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行う（第７の工程）。本実施例の第７の工程では、貫通部２９ｂを完成させず、後の開口マスク２を用いたエッチング時に貫通部２９ｂが形成される程度の厚みとなるようにエッチングを行う。

次に、図９（Ｃ）の（ｃ３）に示すように、配線２５上にシリコン窒化膜であるパッシベーション膜２６を、厚さ０．８μｍ程度成膜する（第４の工程）。

次に、図１０（Ａ）の（ｄ３）に示すように、電極端子部２７ａ、圧電素子上部２７ｃ及び振動板開口領域２７ｂを開口した開口マスク２を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行う（第５の工程）。

パッシベーション膜２６のエッチング時には、レジスト５０が開口した電極端子部２７ａ、圧電素子上部２７ｃ及び振動板開口領域２７ｂのパッシベーション膜２６がエッチング除去される。電極端子部２７ａでは、電極端子２８が露出し、圧電素子上部２７ｃでは、先に成膜した絶縁膜２３表面が露出する。また、振動板開口領域２９では、先の工程でエッチングされた振動板２１が露出し、エッチングされる。

次に、図１０（Ｂ）の（ｅ３）に示す様に、前記開口マスク２を用いて、絶縁膜２３をエッチングする（第６の工程）。
シリコン酸化膜からなる絶縁膜２３を、反応ガスとしてＣＦ_４＋ＣＨＦ_３を用い、ＲＩＥ装置を使用してエッチングする。このとき、圧電素子上部２７ｃ及び電極端子部２７ａの絶縁膜２３がエッチングされるが、配線２５を構成するＡｌ系膜はほとんどエッチングされない。

一方、振動板２１はシリコン系材料であるため、振動板開口領域２９がエッチングされ、貫通部２９ｂが形成される。
振動板の開口領域２９は、上記第２の工程、第３の工程、第５の工程及び第７の工程においてエッチングされ、既に１．１μｍ程度の膜厚が減少しているため、残存した１．１μｍ程度のエッチングを行うことで貫通部２９ｂを形成することができる。よって、エッチング時間を短くすることができる。

続いて、実施例１において図４（Ｂ）の（ｈ１）、図５（Ａ）の（ｉ１）、図５（Ｂ）の（ｊ１）を参照して説明した工程を行った後、電気部品の実装、液供給部品の実装、保持部材への実装を行うことにより、液滴吐出ヘッドの主要部が完成する。

〔実施例４〕
本実施例の液滴吐出ヘッドの製造方法を、図１１及び図１２を参照して説明する。
なお、本実施例における構成部材の材料や形成方法などは実施例１と同じである。

最初に、図１１（Ａ）の（ａ４）に示すように、流路形成基板である第二の基板２０上に振動板２１及び圧電素子２２を形成する（第１の工程）。

次に、図１１（Ｂ）の（ｂ４）に示すように、圧電素子２２及び振動板２１が形成された第二の基板２０上に、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により約０．１μｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を成膜した後、ＰＥ−ＣＶＤ法により１μｍ程度のシリコン酸化膜を成膜し、絶縁膜２３を形成する。
次いで、接続孔２４ａ及び振動板開口領域２９の部分２４ｂを開口した開口マスク１を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行い、絶縁膜２３に接続孔２４を形成する（第２の工程）。

本実施例の第２の工程は、実施例１の工程よりもオーバーエッチングを長くして、振動板開口領域２９が０．６μｍ程度エッチングされるようにする。なお、圧電素子２２は構成材料がシリコン系材料とＰｔ系材料であるため、電極はオーバーエッチングによる影響をほとんど受けない。

次に、図１１（Ｃ）の（ｃ４）に示すように、絶縁膜２３上に配線２５を形成し（第３の工程）、図１２（Ａ）の（ｄ４）に示すように、配線２５の保護のためにシリコン窒化膜であるパッシベーション膜２６を厚さ０．８μｍ程度成膜する（第４の工程）。

次に、図１２（Ｂ）の（ｅ４）に示すように、電極端子部２７ａ、圧電素子上部２７ｃ及び振動板開口領域２７ｂを開口した開口マスク２を用いてフォトリソグラフィ及びエッチングを行う（第５の工程）。

次に、図１２（Ｃ）の（ｆ４）に示すように、前記開口マスク２を用いて、絶縁膜２３をエッチングする（第６の工程）。
シリコン酸化膜からなる絶縁膜２３を、反応ガスとしてＣＦ_４＋ＣＨＦ_３を用い、ＲＩＥ装置を使用してエッチングする。このとき、圧電素子上部２７ｃ及び電極端子部２７ａの絶縁膜２３がエッチングされるが、配線２５を構成するＡｌ系膜はほとんどエッチングされない。
一方、振動板２１はシリコン系材料であるため、振動板開口領域２９がエッチングされる。振動板開口領域２９は、上記第２の工程においてエッチングされているため、この第６の工程のエッチングにより貫通部２９ｂが形成される。

第６の工程において、貫通部２９ｂが形成されるまでオーバーエッチングとなるエッチングを行う必要があるが、他の部材については選択比が十分な材質で構成することによりオーバーエッチングの影響はほとんどない。

上記の実施例１〜４の製造方法の工程をまとめたものを図１３に示す。
図１３中、工程の数字［１］〜［７］は、第１の工程〜第７の工程を示す。
振動板２１の開口領域２９がエッチングされる工程には「●」を示している。
実施例１〜４のいずれの製造方法でも、従来の方法よりも振動板の貫通部形成に要するエッチング時間を短縮することができる。また、実施例４の製造方法によれば、開口マスク３を省略することができ、工程数も低減することができるため、さらに生産性の向上及びコスト低減を実現することができる。
実施例１〜４の製造方法は、製造される液滴吐出ヘッドの所望の性能等に応じて、適宜選択することができる。

〔画像形成装置〕
上述の方法により製造された液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例の画像形成装置について、図１４及び図１５を参照して説明する。なお、図１４は装置の斜視説明図であり、図１５は前記装置の機構部の側面説明図である。

本実施形態の画像形成装置（インクジェット記録装置）８１は、主に、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３と、キャリッジ９３に搭載した上述の実施形態により形成された液滴吐出ヘッド９４と、液滴吐出ヘッド９４へインクを供給するインクカートリッジ９５とで構成される印字機構部８２等を有している。

画像形成装置８１の下方部には前方側から多数枚の記録媒体８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、記録媒体８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される記録媒体８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。

印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなる液滴吐出ヘッド９４を、複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３には液滴吐出ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する図示しない大気口、下方には液滴吐出ヘッド９４へインクを供給する図示しない供給口を、内部にはインクが充填された図示しない多孔質体を有しており、該多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色の液滴吐出ヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装している。タイミングベルト１００はキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。

一方、給紙カセット８４にセットした記録媒体８３を液滴吐出ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から記録媒体８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、記録媒体８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された記録媒体８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの記録媒体８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された記録媒体８３を液滴吐出ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、記録媒体８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに記録媒体８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。

記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド９４を駆動することにより、停止している記録媒体８３にインクを吐出して１行分を記録し、記録媒体８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、記録媒体８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ記録媒体８３を排紙する。

キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。
また、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

本実施形態の画像形成装置８１は、本発明に係る液滴吐出ヘッド９４を用いているため、生産性の向上及びコスト低減を実現可能である。

なお、上記実施形態ではインクジェット記録装置としての画像形成装置を説明しているが、これに限定されるものではなく、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料などを吐出する画像形成装置にも適用することができる。

１０第一の基板（保護基板）
１１凹部（圧電素子振動空間）
１５接着剤
１７リザーバ部
２０第二の基板（流路形成基板）
２１振動板
２２圧電素子
２２ａ下電極
２２ｂ圧電体
２２ｃ上電極
２３絶縁膜
２４接続孔
２５配線
２６パッシベーション膜（配線保護膜）
２７ａ絶縁膜開口部（電極端子部）
２７ｂ絶縁膜開口部（振動板開口領域部分）
２７ｃ絶縁膜開口部（圧電素子上部）
２８電極端子
２９振動板開口領域
２９ａ振動板貫通部
３１液供給部
３２流路抵抗部
３３圧力発生室
４０ノズル板
４１ノズル孔
５０レジスト

特許第４５９１０１９公報特開２００８−０６２４５１号公報特開２００９−２７４２２６号公報

Claims

液滴を吐出するノズル孔を有するノズル板と、前記ノズル孔に連通する圧力室及び該圧力室へ液滴を供給する液供給部が形成された流路形成基板と、前記圧力室の少なくとも一面を構成し、前記液供給部と連通供給する貫通部を有する振動板と、前記振動板の前記圧力室を構成する面と反対側の面に設けられ、下電極、圧電体及び上電極からなる圧電素子とを備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板上に前記振動板、前記圧電素子及び絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記絶縁膜に、前記圧電素子を構成する電極と配線とを接続するための接続孔を形成する第２の工程と、
前記接続孔に配線を形成する第３の工程と、
前記配線を被覆するパッシベーション膜を形成する第４の工程と、
前記圧電素子の上部領域及び前記配線の端子部領域の前記パッシベーション膜をエッチングする第５の工程と、
前記圧電素子の上部領域をエッチングする第６の工程と、を有し、
前記第２の工程、前記第５の工程及び前記第６の工程の少なくともいずれかにおいて、前記振動板の前記貫通部が形成される開口領域のエッチングが行われることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記振動板の開口領域をエッチングする第７の工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記振動板の前記貫通部が、前記第２の工程、前記第５の工程及び前記第６の工程において行われる前記振動板の開口領域のエッチングにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。