JP4821982B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

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と共に隔壁により区画された圧力発生室と、延設された隔壁により区画された圧力発生室に連通するインク供給路及びインク供給路に連通する連通路と、連通路に連通すると共に複数の圧力発生室に連通する連通部と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するものがある（例えば、特許文献１参照）。

さらに、インクジェット式記録ヘッドの製造方法としては、流路形成基板の一方面にボロンドープ層（本発明の配線層）を形成後、この流路形成基板の一方面側にリザーバ部を有するリザーバ形成基板を接合し、その後、流路形成基板を他方面側から異方性エッチングにより圧力発生室及び連通部を形成した後、ボロンドープ層を貫通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ている（例えば、特許文献３参照）。このような製造方法によりインクジェット式記録ヘッドを形成することにより、流路形成基板に圧力発生室及び連通部を形成する際に、隔離層によりエッチング液が連通部及びリザーバ部を介してリザーバ形成基板側に流れ出てリザーバ形成基板がエッチングされるのを防止している。

また、流路形成基板の圧力発生室等の内面に酸化タンタルからなる耐液体性を有する保護膜を設けたインクジェット式記録ヘッドがある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を用いて、特許文献３の保護膜を設ける場合、流路形成基板の連通部とリザーバ形成基板のリザーバ部とを貫通した後に保護膜を形成する場合は、リザーバ形成基板の上面側にも保護膜が形成され、保護膜がリザーバ形成基板上に設けられた駆動回路の配線などを覆ってしまい、駆動回路と配線との接続不良が発生してしまうという問題や、保護膜を除去する工程が必要となり、製造コストが増大してしまうという問題がある。

このため、流路形成基板の連通部とリザーバ形成基板のリザーバ部とを配線層が隔離した状態で保護膜を形成すると、配線層を貫通させる前に連通部とリザーバ部とを隔離する配線層上の保護膜を剥離する必要がある。このとき、圧力発生室を画成する隔壁の端部とリザーバ部の端部との間の距離が離れていると、振動板が変形し、配線層上の保護膜を剥離することができず、リザーバ部と連通部との間に保護膜が庇状に突出した残渣が発生するという問題がある。そして、このような保護膜の残渣は、剥がれ落ちやすく、剥がれ落ちた保護膜の残渣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。

特開２００５−１８６５２７号公報（第２〜４図、第６〜７頁） 特開２００５−２１９２４３号公報（第３〜５図、第６〜８頁） 特開２００４−２６２２２５号公報（第２図、第１２〜１３頁）

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、液体を噴射するノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画された圧力発生室を有する液体流路と、該液体流路に連通して前記圧力発生室の共通の液体室となるリザーバの一部を構成する連通部と、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を有す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を形成すると共に前記リード電極と同一の層からなるが当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複数の隔壁により区画された前記液体流路と、前記連通部と、を前記隔壁の前記リザーバ部側の端部であって当該隔壁が前記振動板と接している面の端部と前記リザーバ部との間の距離が５〜２００μｍとなるように形成する工程と、前記流路形成基板に形成された前記液体流路及び前記連通部の内面に耐液体性を有する材料からなる保護膜を形成すると共に該保護膜上に当該保護膜とはエッチングの選択性を有する材料からなる剥離層を形成する工程と、前記剥離層をウェットエッチングによって除去すると同時に前記配線層上の前記保護膜を選択的に除去する工程と、前記連通部側からウェットエッチングすることにより前記配線層を除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させて前記リザーバを形成する工程と、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。
かかる第１の態様では、隔壁のリザーバ部側の端部であって当該隔壁が振動板と接している面の端部とリザーバ部との間の距離を２００μｍ以下とすることで、隔壁によって振動板を拘束して変形量を減少させ、保護膜を除去する際に保護膜の残渣が発生するのを防止することができる。また、隔壁のリザーバ部側の端部であって当該隔壁が振動板と接している面の端部とリザーバ部との間の距離を５μｍ以上とすることで、流路形成基板とリザーバ形成基板とを接合した際の位置決めの誤差により、隔壁がリザーバ部側に突出するのを防止して、保護膜を除去した際に保護膜の残渣が発生するのを防止することができる。さらに、液体流路と連通部（リザーバ）との間の空間、具体的には、流路形成基板のみで構成され圧力発生室の幅方向に広がる空間を隔壁によって区画して小さくでき、且つ液体流路のリザーバ側の開口をリザーバ形成基板のリザーバ部に近づけることができるため、液体流路からの液体の流出を拡散して、隣り合う液体流路から流出する液体同士の干渉を低減でき、クロストークの発生を防止することができる。

本発明の第２の態様は、前記液体流路を形成する工程では、前記圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して前記圧力発生室の幅方向の断面積より小さい断面積を有する液体供給路と、この液体供給路に連通すると共に前記液体供給路の幅方向の断面積より大きい断面積を有する連通路とからなる前記液体流路を複数の前記隔壁で区画して設け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にある。
かかる第２の態様では、圧力発生室、液体供給路及び連通部の寸法を変更することなく、隔壁のリザーバ部側の端部とリザーバ部との間の距離を所望の距離にすることができ、液体吐出特性が悪化するのを防止できる。

本発明の第３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、流路形成基板の液体による侵食を確実に防止することができると共に、所望の厚さで高精度に保護膜を形成することができる。

本発明の第４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３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、流路形成基板の液体による侵食を確実に防止することができると共に、所望の厚さで高精度に保護膜を形成することができる。

本発明の第５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１〜４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５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６の態様は、前記剥離層の内部応力が圧縮応力であることを特徴とする第１〜５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６の態様では、剥離層の内部応力によって配線層上の保護膜が実質的に剥離されるため、剥離層を除去する際に保護層をより確実に選択的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たことを特徴とする第１〜６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、所定応力の剥離層を用いることで配線層上の保護膜がより確実に剥離される。

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、配線層上の保護膜を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、前記保護膜を形成する工程の前に、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少なくとも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、配線層上の保護膜をさらに良好且つ確実に除去することができる。

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。

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の長手方向一端部側には、圧力発生室１２と共に液体流路を構成するインク供給路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。

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、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の幅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の幅方向の断面積よりも小さい断面積を有する連通路１５とからなる液体流路が複数の隔壁１１により区画されて設けられている。なお、流路形成基板１０の液体流路については、詳しくは後述する。

ここで、流路形成基板１０の圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路と、連通部１３との内壁表面には、耐インク性を有する材料、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等の酸化タンタルからなる保護膜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、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１６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１６は設けられていなくてもよい。

なお、このような保護膜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（ＺｒＯ_２）、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１６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、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。

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。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、このリザーバ形成基板３０と流路形成基板１０とは接着剤３５によって接合されている。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。

ここで、連通部１３が設けられた流路形成基板１０には、連通部１３に連通する圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が隔壁１１により区画されて形成されている。すなわち、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路は、各圧力発生室１２毎に独立して設けられ、各圧力発生室１２とリザーバ１００との間の個別の流路を構成している。

詳しくは、流路形成基板１０の圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路を画成する隔壁１１は、流路形成基板１０のリザーバ形成基板３０との接合部分のリザーバ部３１側の端部近傍まで延設されて設けられている。このように連通路１５を設けることにより、インク吐出の際、隣接するインク供給路１４からリザーバ１００側へ流出するインク同士が干渉することがなく、クロストークの発生を防止できる。したがって、隣接するノズル開口２１からインク滴を吐出させるか否かに関係なく、安定したインク吐出特性を得ることができる。また、クロストークを発生させることなくインク供給路１４を短くすることができ、メニスカスの減衰特性を実質的に高めてヘッドの高速駆動を実現することも可能となる。

また、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の端部であって当該隔壁１１が振動板を構成する弾性膜５０と接している面側の端部は、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とが接合される接合部分に対向する領域内、すなわち、連通部１３とリザーバ部３１とを連通する貫通部５２よりも内側に配置されている。これは、例えば、隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部がリザーバ１００側に突出すると、後述する製造工程において、連通部１３とリザーバ部３１とを隔離する配線層上の保護膜１６を剥離した際に、保護膜１６が連通部１３とリザーバ部３１との間に庇状に残留した残渣が発生してしまうからである。すなわち、隔壁１１の弾性膜５０と接している面側の端部が、リザーバ部３１側に突出して設けられた場合、隔壁１１が連通部１３とリザーバ部３１とを隔離する配線層を拘束するため、配線層上の保護膜１６を剥離する際に、配線層の変形を阻害して、配線層上の保護膜１６を完全に剥離することができなくなるからである。

また、詳しくは後述する製造工程で、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを位置決めして接合する際に、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との位置決めでは、約±３μｍの誤差が生じるため、流路形成基板１０の隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との間の距離Ｓをゼロにすると、隔壁１１がリザーバ部３１側に突出してしまう虞がある。このため、流路形成基板１０の隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１（貫通部５２）との間の距離Ｓは、５μｍ以上とするのが好ましい。

さらに、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の端部と、リザーバ部３１との間の距離Ｓは２００μｍ以下で形成されている。これは、例えば、隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部とリザーバ部３１との間の距離Ｓを離し過ぎると、詳しくは後述する製造工程で、連通部１３とリザーバ部３１とを隔離する配線層上の保護膜１６を剥離する際に、隔壁１１による配線層の拘束が減少するため、配線層の変形量が増大し、配線層上の保護膜１６を完全に剥離することができなくなるからである。

すなわち、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との間の距離Ｓを５μｍ〜２００μｍとすることで、製造工程時に保護膜１６の残渣の発生を減少させることができる。そして、このような保護膜１６の残渣が剥がれ落ちて、剥がれ落ちた保護膜１６の残渣によるノズル開口２１の目詰まり等の吐出不良を防止することができる。

また、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との間の距離を５μｍ〜２００μｍとすることで、インク供給路１４と連通部１３（リザーバ１００）との間の空間、具体的には、流路形成基板１０のみで構成され圧力発生室１２の幅方向に広がる空間を隔壁１１によって区画して小さくでき、且つ隔壁１１のリザーバ１００側の開口、すなわち、連通路１５のリザーバ１００側の開口をリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に近づけることができるため、連通路１５からのインクの流出を拡散して、隣り合う連通路１５から流出するインク同士の干渉を低減でき、クロストークの発生を防止できる。

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と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。

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回路２１０が実装されている。駆動回路２１０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、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、駆動回路２１０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、厚さが数μｍ程度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、厚さが数十μｍ程度のステンレス鋼（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２１０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１０を参照して説明する。

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（ＺｒＯ_２）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（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）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、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_１／２Ｔａ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）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（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を残して、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）、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に圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路と、連通部１３とをを形成する。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が露出するまでエッチングすることより、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路と、連通部１３とを同時に形成する。

このとき、流路形成基板用ウェハ１１０の液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部は、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とが接合される接合部分に対向する領域内、すなわち、連通部１３とリザーバ部３１とを連通する貫通部５２よりも内側となるように形成する。これは、例えば、隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部がリザーバ１００側に突出すると、後の工程で、連通部１３とリザーバ部３１とを隔離する配線層１９０上の保護膜１６を剥離した際に、保護膜１６が連通部１３とリザーバ部３１との間に庇状に残留した残渣が発生してしまうからである。すなわち、隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部が、リザーバ部３１側に突出して設けられた場合、隔壁１１が連通部１３とリザーバ部３１とを隔離する配線層１９０を拘束するため、配線層１９０上の保護膜１６を剥離する際に、配線層１９０の変形を阻害して、配線層１９０上の保護膜１６を完全に剥離することができなくなるからである。

また、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とを位置決めして接合する際に、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との位置決めでは、約±３μｍの誤差が生じるため、流路形成基板用ウェハ１１０の隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との間の距離Ｓをゼロにすると、隔壁１１がリザーバ部３１側に突出してしまう虞がある。このため、流路形成基板用ウェハ１１０の隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１（貫通部５２）との間の距離Ｓは、５μｍ以上とするのが好ましい。

さらに、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との間の距離Ｓが２００μｍ以下となるように形成する。これは、詳しくは後述するが、例えば、隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部とリザーバ部３１との間の距離Ｓを離し過ぎると、後の工程で、連通部１３とリザーバ部３１とを隔離する配線層１９０上の保護膜１６を剥離する際に、隔壁１１による振動板（弾性膜５０）の拘束が減少するため、振動板の変形量が増大し、配線層１９０上の保護膜１６を完全に剥離することができなくなるからである。すなわち、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との間の距離Ｓを５μｍ〜２００μｍとすることで、後の工程で、配線層１９０上の保護膜１６を剥離した際に、隔壁１１によって振動板（弾性膜５０）を拘束させ、振動板の変形量を抑えて、保護膜１６の残渣が発生するのを減少させることができる。そして、このような保護膜１６の残渣が剥がれ落ちて、剥がれ落ちた保護膜１６の残渣によるノズル開口２１の目詰まり等の吐出不良を防止することができる。

また、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との間の距離Ｓを５μｍ〜２００μｍとすることで、インク供給路１４と連通部１３（リザーバ１００）との間の空間、具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０のみで構成され圧力発生室１２の幅方向に広がる空間を隔壁１１によって区画して小さくでき、且つ隔壁１１のリザーバ１００側の開口、すなわち、連通路１５のリザーバ１００側の開口をリザーバ形成基板用ウェハ１３０のリザーバ部３１に近づけることができるため、連通路１５からのインクの流出を拡散して、隣り合う連通路１５から流出するインク同士の干渉を低減でき、クロストークの発生を防止できる。

なお、流路形成基板用ウェハ１１０に液体流路を形成する際、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１６と配線層１９０との密着力が弱められ、配線層１９０上の保護膜１６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、液体流路内及び連通部１３内、すなわち、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路と、連通部１３との内面に保護膜１６を形成する。なお、保護膜１６は、上述したように、例えば、酸化物又は窒化物等の耐液体性（耐インク性）を有する材料からなり、本実施形態では、五酸化タンタルからなる。また、保護膜１６の形成方法は、特に限定されないが、例えば、ＣＶＤ法によって形成することができる。

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１６が形成されることはない。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１６が形成されて駆動回路２１０などの接続不良等が発生するのを防止することができる。また同時に、余分な保護膜１６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１６上に、保護膜１６とはエッチングの選択性を有する材料からなる剥離層１７を、例えば、ＣＶＤ法等によって形成する。ここで、保護膜１６とはエッチングの選択性を有する材料とは、その材料をウェットエッチングするためのエッチング液によって保護膜１６がエッチングされ難く、実質的にエッチングされない材料のことをいう。また、剥離層１７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。さらに剥離層１７は、保護膜１６との密着力が保護膜１６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。例えば、本実施形態では、剥離層１７の材料として、以上の条件を満たすチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いている。

次に、図７（ａ）に示すように、この剥離層１７をウェットエッチングによって完全に除去すると同時に、配線層１９０上の保護膜１６を選択的に除去する。ここで、保護膜１６の金（Ａｕ）からなる金属層９２との密着力は、保護膜１６の二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜５０との密着力よりも弱く、剥離層１７の内部応力が圧縮応力であるため、保護膜１６上に剥離層１７を形成することで、剥離層１７の内部応力によって保護膜１６は配線層１９０からある程度剥離された状態となる。そして、剥離層１７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１６も同時に選択的に除去される。

このとき、上述のように、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との距離Ｓが５〜２００μｍとなっているため、振動板である弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が適宜変位され、配線層１９０上の保護膜１６のみを選択的に除去することができる。これにより、保護膜１６が庇状に残留した残渣が発生するのを防止して、この残渣が剥がれ落ちてノズル開口２１の目詰まりによるインク吐出不良が発生するのを防止することができる。

すなわち、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部とリザーバ部３１との間の距離Ｓを離し過ぎると、配線層１９０上の保護膜１６を剥離する際に、隔壁１１による配線層１９０の拘束が減少するため、振動板（弾性膜５０）の変形量が増大し、配線層１９０上の保護膜１６を完全に剥離することができなり、連通部１３とリザーバ部３１との間に保護膜１６が庇状に残留した大きな残渣１６ａが発生する。このような保護膜１６の残渣１６ａは、剥がれ落ちることで、ノズル開口２１の目詰まり等の吐出不良が発生する。

これに対して、液体流路を画成する隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部と、リザーバ部３１との距離Ｓを５〜２００μｍとした場合には、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、隔壁１１が振動板（弾性膜５０）を拘束するため、振動板の変形量を抑えて保護膜１６に大きな残渣１６ａが発生するのを防止することができる。そして、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すような保護膜１６の大きな残渣１６ａによるノズル開口２１の目詰まり等の吐出不良を防止することができる。

なお、図８は、距離Ｓを変化させた際の拡大断面図であり、図９は、距離Ｓを変化させた際の画像である。

このように配線層１９０上の保護膜１６を除去した後は、図７（ｂ）に示すように、配線層１９０（金属層９２）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１６が形成されていないため、保護膜１６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。

また、このような方法でリザーバ１００を形成した場合、リザーバ１００内に露出している配線層１９０の表面には保護膜１６が形成されないことになる。このため、配線層１９０がインクによって浸食される虞はあるが、その量は非常に少なく、ヘッドの寿命としては全く問題ない程度のものである。また、図示しないが、リザーバ部３１の内面には、リザーバ形成基板用ウェハ１３０を熱酸化することによって二酸化シリコン膜が形成されているため、保護膜１６は設けられていなくてもよい。

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上に駆動回路２１０を実装すると共に、駆動回路２１０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。

（実施例１）
上述した実施形態１と同様の製造方法によって、流路形成基板に圧力発生室及び圧電素子を２列設け、圧力発生室の列の一方側にそれぞれの圧力発生室の列に連通する連通路を設けたインクジェット式記録ヘッドを２つ形成した。また、実施例１では、各インクジェット式記録ヘッドの液体流路を画成する隔壁のリザーバ部側の弾性膜と接している面側の端部と、リザーバ部との距離Ｓが３３μｍとなるようにした。

（実施例２）
実施例１と同様に、圧力発生室及び圧電素子が２列設けられたインクジェット式記録ヘッドを２つ形成し、各インクジェット式記録ヘッドの液体流路を画成する隔壁のリザーバ部３１側の弾性膜と接している面側の端部と、リザーバ部との距離Ｓが１９２μｍとなるようにした。

（比較例１）
比較のため、上述した実施形態１と同様の製造方法によって、流路形成基板に圧力発生室及び圧電素子を２列設け、圧力発生室の列の一方側にそれぞれの圧力発生室の列に連通する連通路を設けたインクジェット式記録ヘッドを２つ形成した。また、比較例１では、各インクジェット式記録ヘッドの液体流路を画成する隔壁のリザーバ部側の弾性膜と接している面側の端部と、リザーバ部との距離Ｓが２４２μｍとなるようにした。

（比較例２）
比較のため、上述した実施形態１と同様の製造方法によって、流路形成基板に圧力発生室及び圧電素子を２列設け、圧力発生室の列の一方側にそれぞれの圧力発生室の列に連通する連通路を設けたインクジェット式記録ヘッドを２つ形成した。また、比較例２では、各インクジェット式記録ヘッドの液体流路を画成する隔壁のリザーバ部側の弾性膜と接している面側の端部と、リザーバ部との距離Ｓが２７１μｍとなるようにした。

（試験例）
各実施例１、２及び比較例１、２のそれぞれの２つのインクジェット式記録ヘッドの保護膜の残渣発生数を計測した。これらの結果を図１０に示す。なお、図１０は、距離Ｓと保護膜の残渣の発生数を示すグラフである。また、図１０に示すグラフのＡ列、Ｂ列は、並設された圧力発生室の列を示すものである。

図１０に示す結果から、実施例１及び２の距離Ｓを５〜２００μｍとした場合には、保護膜の残渣が発生してないのに比べ、距離Ｓを大きくした比較例１及び２では、保護膜の残渣が発生していることが分かる。また、図１０から、距離Ｓが離れるほど、残渣の発生数が増大していることが分かった。

以上の結果から、液体流路を画成する隔壁のリザーバ部側の弾性膜と接している面側の端部と、リザーバ部との間の距離Ｓを５〜２００μｍにすることで、保護膜の残渣の発生を減少させて、残渣が剥がれ落ちることによるノズル開口の目詰まり等のインク吐出不良を防止することができる。

（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、本発明は、もちろん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、密着層及び金属層で構成される配線層を例示したが、配線層の層構造は、特に限定されず、配線層は、例えば、金属層のみで形成されていてもよし、三層以上で形成されていてもよい。

また、上述した実施形態１では、液体流路として、圧力発生室１２とインク供給路１４と連通路１５とを設けるようにしたが、圧力と容積との関係やクロストークの関係などにより、連通路１５を設けない場合であっても、隔壁１１のリザーバ部３１側の弾性膜５０と接している面側の端部とリザーバ部３１との間の距離Ｓを５〜２００μｍとするのが好ましい。

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。

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１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 距離Ｓを変化させた際の拡大断面図である。 距離Ｓを変化させた際の画像である。 試験例の結果を示すグラフである。

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 保護膜、 １６ａ 残渣、 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、 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 駆動回路、 ２２０ 駆動配線、 ３００ 圧電素子

Claims (9)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画された圧力発生室を有する液体流路と、該液体流路に連通して前記圧力発生室の共通の液体室となるリザーバの一部を構成する連通部と、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を有す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を形成すると共に前記リード電極と同一の層からなるが当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複数の隔壁により区画された前記液体流路と、前記連通部と、を前記隔壁の前記リザーバ部側の端部であって当該隔壁が前記振動板と接している面の端部と前記リザーバ部との間の距離が５〜２００μｍとなるように形成する工程と、
   前記流路形成基板に形成された前記液体流路及び前記連通部の内面に耐液体性を有する材料からなる保護膜を形成すると共に該保護膜上に当該保護膜とはエッチングの選択性を有する材料からなる剥離層を形成する工程と、
   前記剥離層をウェットエッチングによって除去すると同時に前記配線層上の前記保護膜を選択的に除去する工程と、
   前記連通部側からウェットエッチングすることにより前記配線層を除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させて前記リザーバを形成する工程と、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。
2. 前記液体流路を形成する工程では、前記圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して前記圧力発生室の幅方向の断面積より小さい断面積を有する液体供給路と、この液体供給路に連通すると共に前記液体供給路の幅方向の断面積より大きい断面積を有する連通路とからなる前記液体流路を複数の前記隔壁で区画して設け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。
3. 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又は２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
4. 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３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
5. 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１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
6. 前記剥離層の内部応力が圧縮応力であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
7. 前記剥離層の材料として、チタンタングステンを用いたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
8. 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。
9. 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、前記保護膜を形成する工程の前に、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少なくとも除去することを特徴とする請求項８記載の液体噴射ヘッドの製造方法。

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