JP6011002B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法に関する。

インクジェットプリンター等に用いられる液体噴射ヘッドとして、例えば、ノズル開口を有するノズルプレート、振動板や圧電素子等を設けた流路形成基板、リザーバ形成基板、等を積層したインクジェット式記録ヘッドが知られている。特許文献１では、接合された流路形成基板及びリザーバ形成基板をレーザー光で複数のシリコンデバイスに分割する製造方法が提案されている。この製造方法は、シリコン基板上に二酸化シリコンの弾性膜を形成し、この弾性膜上に酸化ジルコニウムの絶縁体膜を形成し、切断予定部では絶縁体膜上に接着剤でリザーバ形成基板を接合し、弾性膜及び絶縁体膜を残して切断予定部の流路形成基板に凹部を形成した後、リザーバ形成基板にレーザー光を照射する。このとき、レーザー光の集光点をリザーバ形成基板の内部に合わせることにより、表層に連結部を残してリザーバ形成基板の内部に所定幅で脆弱部を形成している。その後、流路形成基板及びリザーバ形成基板に外力を加えることにより、脆弱部に沿って流路形成基板及びリザーバ形成基板を複数の液体噴射ヘッドに分割する。

上述した流路形成基板は、リザーバの一部を構成する連通部が設けられている。このため、液体噴射ヘッドが圧力発生室の長手方向に長くなってしまう。そこで、リザーバを流路形成基板の外へ出し、リザーバを構成する壁面の一部を流路形成基板及び保護基板の側壁により構成することにより、圧力発生室の長手方向において液体噴射ヘッドを小型化することが提案されている（特許文献２参照。）。

特開２００８−１１９９０５号公報 特開２０１１−６２８３０号公報

特許文献１に記載の技術は、流路形成基板の切断予定部に金属膜が無く、二酸化シリコンの弾性膜と酸化ジルコニウムの絶縁体膜が残されている。これら弾性膜及び絶縁体膜は、リザーバ形成基板に集光点を合わせたレーザー光が透過してしまうため、脆弱部とならない。このため、流路形成基板及びリザーバ形成基板に外力を加えたときに、これらの基板がリザーバ形成基板の脆弱部に沿って分割されないことがある。一方、切断予定部の弾性膜及び絶縁体膜を除去するためには、別工程が必要となる。
圧力発生室の長手方向において液体噴射ヘッドを小型化するためにリザーバを流路形成基板の外へ出す場合も、リザーバ側の縁部となる流路形成基板の切断予定部には金属膜が無く少なくとも二酸化シリコンの弾性膜が残される。同様に、リザーバ形成基板に集光点を合わせたレーザー光が透過してしまう弾性膜は脆弱部とならないため、流路形成基板及び保護基板に外力を加えたときに、これらの基板がリザーバ形成基板の脆弱部に沿って分割されないことがある。なお、リザーバ側の縁部は、圧電素子の駆動回路に接続するためのリード電極を設けることができない。

なお、上述の問題は、接合された流路形成基板及び保護基板をチップに分離する種々の方法についても同様に存在する。

本発明の目的の一つは、液体噴射ヘッドの製造工程を簡略化することにある。

上記目的の一つを達成するため、本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室及び該圧力発生室に圧力を印加する圧電素子を有する流路形成基板と、前記圧電素子から前記圧力発生室とは反対側にあって前記流路形成基板に接合された保護基板と、を切断予定部で分離する工程を備えた、液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記圧力発生室の壁面の一部を構成する振動板を前記流路形成基板の接合面に形成する工程と、
前記流路形成基板と前記保護基板との接合面の少なくとも前記切断予定部に金属膜を形成する工程と、
前記切断予定部に集光点を合わせたレーザー光を前記保護基板側から照射することにより、該保護基板に第１脆弱部を形成するとともに前記切断予定部の金属膜を融解させて前記流路形成基板に第２脆弱部を形成する脆弱部形成工程と、
前記保護基板と前記流路形成基板とを前記第１脆弱部と前記第２脆弱部とに沿って分割する分割工程と、を含み、
前記流路形成基板の前記圧電素子とは反対側の面に前記圧力発生室を形成するととともに前記流路形成基板の前記切断予定部における前記保護基板とは反対側の部位を除去し、前記圧力発生室、及び、前記除去した部位の内面に耐液体性を有する保護膜を形成した後、前記脆弱部形成工程を行う、態様を有する。
さらに、本発明は、上記液体噴射ヘッドの製造方法を含む液体噴射装置の製造方法の態様を有する。

流路形成基板に接合された保護基板の切断予定部に集光点を合わせたレーザー光を保護基板側から照射すると、該保護基板に第１脆弱部が形成される。この段階の基板の切断予定部は脆弱部とされ、基板は分割されていない。また、流路形成基板の切断予定部がレーザー光を透過させる材料で形成されていても、切断予定部の金属膜が融解することにより、流路形成基板に第２脆弱部が形成される。これにより、流路形成基板の切断予定部を切断したり除去したりする等の別工程を行わなくても、後の分割工程で保護基板及び流路形成基板を第１脆弱部及び第２脆弱部に沿って容易に分割することができる。従って、本態様は、液体噴射ヘッドの製造工程を簡略化することができる。

ここで、上記金属膜は、流路形成基板に形成されてもよいし、保護基板に形成されてもよい。また、上記金属膜は、基板の接合面全体にあってもよいし、基板の接合面の切断予定部を含む一部にのみあってもよい。
上記流路形成基板と上記保護基板との間には、接着剤等の接合材料があってもよい。

ところで、前記切断予定部に金属膜を形成する工程において、前記流路形成基板の前記切断予定部の前記振動板上に前記金属膜を形成してもよい。流路形成基板の切断予定部が薄肉化されて第２脆弱部が形成されるので、基板をより確実に分離することができる。特に、前記流路形成基板の接合面に酸化シリコン層を形成し、該酸化シリコン層上に前記金属膜を形成すると、基板を良好に分割することができる。

本発明は、前記流路形成基板の前記圧電素子とは反対側の面に前記圧力発生室を形成するととともに前記流路形成基板の切断予定部における前記保護基板とは反対側の部位を除去し、前記圧力発生室、及び、前記除去した部位の内面に耐液体性を有する保護膜を形成した後、前記脆弱部形成工程を行う、態様を有する。本態様は、液体による流路形成基板の浸食を抑制する好適な製造方法を提供することができる。

前記金属膜の材料に前記振動板上の圧電素子から引き出されるリード電極の材料の少なくとも一部を用いると、リード電極の形成時に切断予定部の金属膜も形成することができ、液体噴射ヘッドの製造コストを低減することができる。特に、前記金属膜の材料に前記リード電極の密着層の材料と同じ材料を少なくとも用いると、金属膜を好適な薄さに形成することができる。

前記分割工程により形成されるチップに、前記圧力発生室に供給する液体を貯留するリザーバを外付けする態様は、圧力発生室の長手方向において小型化するのに好適な液体噴射ヘッドの製造方法を提供することができる。

（ａ），（ｂ）は液体噴射ヘッドの製造方法の概略を模式的に例示する図。 記録ヘッド（液体噴射ヘッド）１の要部の概略を例示する便宜上の分解斜視図。 （ａ）は記録ヘッド１の要部の概略を例示する平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した断面図。 （ａ）〜（ｄ）は別の構造の記録ヘッド１Ａの製造工程を例示するための断面図。 （ａ），（ｂ）は記録ヘッド１Ａの製造工程を例示するための断面図。 （ａ），（ｂ）は記録ヘッド１Ａの製造工程を例示するための断面図。 （ａ），（ｂ）は記録ヘッド１Ａの製造工程を例示するための断面図。 （ａ），（ｂ）は記録ヘッド１Ａの製造工程を例示するための断面図。 保護基板５０に第１脆弱部Ｗ１を形成している様子を模式的に例示する断面図。 記録装置（液体噴射装置）２００の構成の概略を例示する図。 比較例においてレーザー光ＬＡ１を照射したときの記録ヘッド１の要部の概略を示す断面図。

以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下に説明する実施形態は、本発明を例示するものに過ぎない。

（１）本製造法により得られる液体噴射ヘッドの例：
図１（ａ）は、レーザー光ＬＡ１を照射することにより脆弱部（Ｗ１，Ｗ２）を形成する様子を模式的に例示する垂直断面図である。図１（ｂ）は、基板（１０，５０）を脆弱部（Ｗ１，Ｗ２）に沿って分割した様子を模式的に例示する垂直断面図である。図２は、本製造方法により得られる液体噴射ヘッドの一例である記録ヘッド１の要部を便宜上、分解した分解斜視図である。図３（ａ）は、記録ヘッド１の構成の概略を例示する平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ１−Ａ１の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した垂直断面図である。なお、基板分割後に切断部ＬＮ２近傍に残る可能性のある微細構造の図示を省略している。Ｄ１は圧力発生室１２の幅方向、Ｄ２は幅方向Ｄ１と直交する圧力発生室１２の長手方向、を示している。Ｄ３は、流路形成基板（第２基板）１０、振動板１６、保護基板（第１基板）５０、等の厚み方向、すなわち、圧力発生室１２の深さ方向を示している。分かり易く示すため、幅方向Ｄ１及び厚み方向Ｄ３の拡大率は長手方向Ｄ２の拡大率よりも大きくされ、各図は整合していないことがある。
なお、本明細書で説明する位置関係は、発明を説明するための例示に過ぎず、発明を限定するものではない。従って、第１電極の上以外の位置、例えば、下、左、右、等に第２電極が配置されることも、本発明に含まれる。

図２に例示される記録ヘッド１のチップＣ１は、ノズル開口７１が形成されたノズルプレート７０、振動板１６や圧電素子３やリード電極４５が形成された流路形成基板（第２基板）１０、流路形成基板１０の保護基板（第１基板）５０、が順に積層されている。流路形成基板１０には、ノズル開口７１に連通する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給口１４、といった液体流路が形成されている。前記液体流路を流れる液体による浸食を抑制するため、図３（ｂ）に示すように、液体流路（１２〜１４）の内面に保護膜８０が形成されている。本記録ヘッド１は、圧力発生室１２に供給する液体を貯留するリザーバ９がチップＣ１に外付けされている。リザーバ９は、分割されたチップＣ１の切断部ＬＮ２に接続されている。従って、リザーバ９内の液体は、圧力発生室の長手方向Ｄ２の外側からチップＣ１内に流入する。
図１０に示す記録装置２００に例示される液体噴射装置は、上述のような液体噴射ヘッドを備える。

流路形成基板１０は、膜厚が例えば５００〜８００μｍ程度と比較的厚く剛性の高いシリコン単結晶基板等から形成することができる。流路形成基板１０は、セグメントＳＧ１間が隔壁１１により区画され、セグメントＳＧ１毎の長尺な液体流路（１２〜１４）が形成されている。インク供給口１４は、圧力発生室１２及び連通部１３よりも細幅とされている。各液体流路（１２〜１４）は、圧力発生室１２の並設方向である幅方向Ｄ１へ並べられている。

振動板１６は、シリコン基板１５上に形成された弾性膜１６ａと、この弾性膜１６ａ上に形成された絶縁膜１６ｂとを有し、圧力発生室１２の壁面の一部を構成する。弾性膜１６ａは例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_x）で構成することができ、絶縁膜１６ｂは例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_x）で構成することができる。振動板１６の厚みは、弾性を示す限り特に限定されないが、例えば０．５〜２μｍ程度とすることができる。

圧電素子３は、圧電体層３０と、圧電体層３０の圧力発生室１２側に設けられた下電極（第１電極）２０と、圧電体層３０の他方側に設けられた上電極（第２電極）４０とを有し、圧力発生室１２に圧力を印加する。圧電素子３の実質的な能動部４は、下電極２０と上電極４０とで圧電体層３０が挟まれた領域となる。圧電素子が共通下電極構造である場合、能動部４の能動端は上電極４０の境界位置となる。圧電素子が共通上電極構造である場合、能動部４の能動端は下電極２０の境界位置となる。圧電素子３には、駆動ＩＣ（半導体集積回路）６５に接続するために引き出されたリード電極４５等が設けられている。

リード電極４５は、振動板１６上に形成された密着層４６と、この密着層４６上に形成された主金属層４７とを有している。主金属層４７の構成金属には、Ａｕ（金）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、これらの混合物、等を用いることができる。主金属層４７の厚みは、例えば０．５〜１．５μｍ程度とすることができる。密着層４６には、ニッケルクロム（Ｎｉ_xＣｒ_1-x；０＜ｘ＜１）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、等を用いることができる。密着層４６の厚みは、例えば３０〜７０ｎｍ程度とすることができる。むろん、振動板１６と主金属層４７との密着力が十分であれば、密着層４６を省略可能である。また、これらの層４６，４７以外の層がリード電極４５に設けられてもよい。駆動ＩＣ６５は、駆動配線６６を介してリード電極４５と電気的に接続され、並設された圧電素子３を駆動する。むろん、圧電素子３の駆動回路は、ＩＣに限定されない。駆動配線６６には、ボンディングワイヤといった導電性ワイヤ等を用いることができる。

圧電体層３０は、少なくとも圧力発生室１２に対応した領域において、本質的に、下電極２０の上面に形成されている。圧電体層３０には、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ_x，Ｔｉ_1-x）Ｏ₃）といった強誘電体、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化マグネシウム、といった金属酸化物が添加されたもの、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｏ₃といった非鉛系ペロブスカイト型酸化物、この酸化物のＢサイトにマンガンといった金属が添加されたもの、等のペロブスカイト構造を有する材料を用いることができる。
圧電体層３０の厚みは、特に限定されないが、例えば０．２〜５μｍ程度とすることができる。

電極（２０，４０）の構成金属には、Ｐｔ（白金）、Ａｕ、Ｉｒ（イリジウム）、Ｔｉ（チタン）、等の１種以上を用いることができる。構成金属は、酸化物といった化合物の状態でもよいし、化合していない状態でもよく、合金の状態でもよいし、単独の金属の状態でもよく、これらの金属を主成分としてモル比で少ない別の金属が含まれてもよい。電極（２０，４０）の厚みは、特に限定されないが、例えば１０〜５００ｎｍ程度とすることができる。

液体流路（１２〜１４）の内面に設けられた保護膜８０には、耐液体性を有する材料が用いられている。保護膜８０は、液体による流路形成基板１０の浸食を抑制する。保護膜８０の厚みは、特に限定されないが、例えば３０〜７０ｎｍ程度とすることができる。耐インク性（耐液体性の一種）を有する材料には、耐アルカリ性を有する材料が好ましい。このような材料は、五酸化二タンタル（化学量論比Ｔａ₂Ｏ₅）といった酸化タンタル（ＴａＯ_x）が好ましいものの、インクのｐＨ値等に応じて酸化ジルコニウム（化学量論比ＺｒＯ₂）といった金属酸化物等を用いることもできるし、酸化タンタルに他の材料（例えば金属酸化物）が含まれる材料を用いることもできる。保護膜は、単層でもよいし、酸化タンタル層と他の材料層とを積層した膜等の積層膜でもよい。

上記流路形成基板１０には、例えば接着剤５５によって保護基板５０が接合されている。保護基板５０は、圧電素子３の上方にあって流路形成基板１０、特に、振動板１６上の圧電素子を保護する封止板といえる。圧電素子３に対向する領域に形成された圧電素子保持部５２は、圧電素子３の運動を阻害しない程度の空間を有する。保護基板５０には、例えば、シリコン単結晶基板、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂、等を用いることができる。シリコン基板を用いる場合、表面に酸化シリコン（ＳｉＯ_x）層を形成してもよい。保護基板５０の厚みは、特に限定されないが、例えば１００〜８００μｍ程度とすることができる。保護基板５０の接合面５０ａとは反対側の面が予めドライポリッシュ加工といった研磨等により鏡面化されると、保護基板５０に照射されるレーザー光ＬＡ１が保護基板５０の表面で乱反射するのを抑制することができる。従って、鏡面化処理により、レーザー光ＬＡ１による加工を高精度に行うことができる。

ノズルプレート７０は、各圧力発生室１２のインク供給口１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口７１が穿設され、流路形成基板１０の保護膜８０側の面に接着剤や熱溶着フィルムといった固定手段で固定されている。従って、圧力発生室１２は、液体を吐出するノズル開口７１に連通している。ノズルプレート７０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼、等を用いることができ、流路形成基板１０の開口面側に固着されている。ノズルプレート７０の厚みは、特に限定されないが、例えば０．０１〜１ｍｍ程度とすることができる。

図２，３に示すリザーバ９は、リザーバ底面部材１１０、リザーバ天井部材１２０、コンプライアンス基板６０、を有している。リザーバ底面部材１１０は、シリコン単結晶基板、ニッケルを４２％含有する鉄合金（４２アロイ）、等を用いることができ、リザーバ９の底面を構成する。リザーバ天井部材１２０は、天井壁１２１と３つの側壁を有し、保護基板５０上に例えば接着剤を介して設けられている。天井壁１２１には、液体を導入するための液体導入孔１２２が設けられている。コンプライアンス基板６０は、リザーバ天井部材１２０の開放された側面側にリザーバ底面部材１１０までに亘って接合されている。コンプライアンス基板６０に設けられた封止膜６１は、例えば厚み４〜８μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）といった剛性が低く可撓性を有する材料等が用いられ、リザーバ９の一方の面を封止する。コンプライアンス基板６０に設けられた固定板６２は、例えば厚み２０〜４０μｍ程度のステンレス鋼（ＳＵＳ）といった金属等の硬質の材料が用いられ、リザーバ９に対向する領域が開口部６３とされている。
むろん、リザーバ９を基板に外付けする構造は、上述した構造に限定されない。

ところで、図１１に示す比較例のように、切断予定部ＬＮ１の振動板１６上に金属膜無く保護基板５０が接着剤５５で接合されている場合、保護基板５０に集光点Ｐ１を合わせたレーザー光ＬＡ１は振動板１６を透過する。そもそも、弾性膜１６ａを構成する酸化シリコンと絶縁膜１６ｂを構成する酸化ジルコニウムは、透明材料であり、レーザー光が透過する性質を有している。切断予定部ＬＮ１に残された酸化シリコン及び酸化ジルコニウムは、保護基板５０に集光点Ｐ１を合わせたレーザー光ＬＡ１によっては脆弱部とならない。このため、流路形成基板１０及び保護基板５０にエキスパンドブレーク等の外力を加えたときに、基板（１０，５０）が保護基板５０の脆弱部に沿って分割されないことがある。一方、切断予定部ＬＮ１の振動板１６を切断したり除去したりするためには、ブレーキング等の別工程が必要となる。切断予定部ＬＮ１の絶縁膜１６ｂを予め除去しておいたとしても、切断予定部ＬＮ１の酸化シリコン上に金属膜無く保護基板５０が接合されていれば、この酸化シリコンは、保護基板５０に集光点Ｐ１を合わせたレーザー光ＬＡ１によっては脆弱部とならない。従って、外力を加えた基板（１０，５０）が保護基板５０の脆弱部に沿って分割されないことがある。なお、始めから振動板１６全体を除去することはできない。これは、始めから流路形成基板１０を分割することになり、分割された流路形成基板同士が保持されないためである。

本製造方法は、図１（ａ）に示すように、基板（１０，５０）の接合面（１０ａと５０ａの少なくとも一方）の少なくとも切断予定部ＬＮ１に金属膜４８を形成している。基板にリザーバ９を外付けする場合、流路形成基板１０のリザーバ９側の縁部は圧電素子３の駆動ＩＣ６５に接続するためのリード電極を設けることができないため、金属膜４８は前記リード電極とは異なる。そのうえで、流路形成基板１０に接合された保護基板５０の切断予定部ＬＮ１に集光点Ｐ１を合わせたレーザー光ＬＡ１を保護基板５０側から照射している。これにより、保護基板５０に第１脆弱部Ｗ１が形成されるとともに、切断予定部ＬＮ１の金属膜４８が融解する。この段階の保護基板５０は、第１脆弱部Ｗ１で繋がっており、分割されていない。また、流路形成基板１０の切断予定部ＬＮ１がレーザー光ＬＡ１を透過させる材料で形成されていても、切断予定部ＬＮ１の金属膜４８が融解することにより、流路形成基板１０に第２脆弱部Ｗ２が形成される。これにより、後の分割工程で基板（５０，１０）を脆弱部（Ｗ１，Ｗ２）に沿って容易に分割することができる。

第１脆弱部Ｗ１は、例えば、保護基板５０（例えばシリコン単結晶基板）に対して透過特性を示す波長のレーザー光をレンズ光学系で保護基板５０内の切断予定部ＬＮ１に焦点を結ぶように集光させ、集光点Ｐ１を改質することにより形成することができる。透過特性を示す波長は、溶融切断用などの吸収特性を示す波長よりも長波長側である。これにより、レーザー光ＬＡ１照射時に保護基板５０は切断予定部ＬＮ１で脆弱化されるだけで切断されない。第１脆弱部Ｗ１は、溶融後多結晶化した溶融処理領域等の強度が弱められた改質領域をいう。第１脆弱部Ｗ１は、保護基板５０の表層（接合面側と反対面側の少なくとも一方）を残して形成されてもよい。なお、第１脆弱部Ｗ１を形成する際に、第１脆弱部Ｗ１の一部が剥がれ落ちる場合もあるが、特に問題はない。

レーザー光ＬＡ１による保護基板５０の改質は、集光点Ｐ１及びその近傍に集中して行われる。そこで、図９に示すように、切断予定部ＬＮ１で集光点Ｐ１の深さを変えて複数回レーザー光ＬＡ１を所定速度で走査させることによって第１脆弱部Ｗ１を形成してもよい。図９は、保護基板５０の表層に連結部５１を残す例を示している。

ここで、図１（ａ）に示すように、レーザー光ＬＡ１の保護基板５０への入射幅をＷ、保護基板５０内のレーザー光ＬＡ１の入射角度をθとすると、集光点Ｐ１の深さＺは、
Ｚ＝Ｗ／（２×ｔａｎθ） …（１）
となる。従って、レーザー光の入射幅Ｗを調整することにより、集光点Ｐ１の深さ、すなわち、加工深さを調節することができる。

保護基板５０の切断予定部ＬＮ１に集光点Ｐ１を合わせたレーザー光ＬＡ１を保護基板５０側から照射すると、レーザー光ＬＡ１に対して非透過特性を示す金属膜４８が融解する。金属膜４８の材料は上記レーザー光ＬＡ１に対して熱吸収特性を示す材料であればよく、金属膜４８の構成金属には、ニッケルクロム、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、Ａｕ（金）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、その他の非透明材料、これらの混合物、等を用いることができる。金属膜４８は、例えば３０〜７０ｎｍ程度と比較的薄い厚みが好ましい。なお、保護基板の切断予定部に集光点を合わせたレーザー光の照射によって金属膜４８が切断予定部ＬＮ１全体にまでは融解しない場合には、切断予定部ＬＮ１全体が融解するように金属膜４８を薄くすればよい。また、金属膜４８の融解により流路形成基板１０が切断予定部ＬＮ１全体にまでは脆弱部（Ｗ２）が形成されてない場合には、切断予定部ＬＮ１全体に脆弱部が形成されるように金属膜４８を厚くすればよい。

金属膜４８の材料にニッケルクロム等リード電極の密着層４６の材料と同じ材料を用いると、融解して第２脆弱部Ｗ２を形成するのに好適な薄さに金属膜４８を形成することができる。また、密着層４６の形成時に切断予定部ＬＮ１の金属膜４８も形成することができ、液体噴射ヘッドの製造コストを低減することができる。むろん、密着層４６の材料層以外の層が金属膜４８に設けられてもよい。

また、金属膜４８の材料に金などリード電極の主金属層４７の材料と同じ材料を用いると、主金属層４７の形成時に切断予定部ＬＮ１の金属膜４８も形成することができ、液体噴射ヘッドの製造コストを低減することができる。むろん、密着層４６など主金属層４７の材料層以外の層が金属膜４８に設けられてもよい。
さらに、金属膜４８は、密着層４６の形成とは別に形成されてもよい。

第２脆弱部Ｗ２は、融解した金属膜Ｗ３により切断予定部ＬＮ１の流路形成基板１０に形成される。第２脆弱部Ｗ２は、溶融後固化した溶融領域等の強度が弱められた領域をいう。流路形成基板１０の切断予定部ＬＮ１における接合面１０ａとは反対側の部位を除去して凹部Ｒ１を形成すると、流路形成基板１０の切断予定部ＬＮ１全体に第２脆弱部Ｗ２が形成され易いので、好適である。切断予定部ＬＮ１に凹部Ｒ１を形成して振動板１６を残すと、切断予定部ＬＮ１全体に第２脆弱部Ｗ２を形成するのに好適な薄さに流路形成基板１０を形成することができる。凹部Ｒ１をリザーバ９への連通部１３にすると、凹部Ｒ１専用の領域が不要となるので、好適である。また、流路形成基板１０の切断予定部ＬＮ１から絶縁膜１６ｂを除去した後に金属膜４８を形成すると、切断予定部ＬＮ１全体に第２脆弱部Ｗ２を形成するのにさらに好適な薄さに流路形成基板１０を形成することができる。
なお、融解した金属膜Ｗ３により、切断予定部ＬＮ１の接着剤５５も変質して脆弱部Ｗ４となる。

（２）液体噴射ヘッドの製造方法の例：
次に、図４〜９を参照して、記録ヘッドの製造方法を例示する。図４〜９は、図２，３とは細部の構造が異なる記録ヘッド１Ａを圧力発生室の長手方向Ｄ２に沿った垂直断面図で示している。まず、流路形成基板１０用の例えば面方位（１１０）のシリコンウェハを例えば１０００〜１２００℃程度の拡散炉で熱酸化する等によって、シリコン基板１５の表面に対して弾性膜１６ａを一体に形成する。弾性膜１６ａは、二酸化シリコン（化学量論比ＳｉＯ₂）等で構成することができ、例えば厚み４００〜１５００ｎｍ程度とすることができる。次いで、図４（ａ）に示すように、弾性膜１６ａ上に絶縁膜１６ｂを形成する。例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を弾性膜１６ａ上に形成した後にジルコニウム層を例えば５００〜１２００℃程度の拡散炉で熱酸化することにより、酸化ジルコニウム層を絶縁膜１６ｂとして形成することができる。絶縁膜１６ｂの厚みは、例えば３００〜５００ｎｍ程度とすることができる。図４（ａ）に示す例では、絶縁膜１６ｂを形成した後にパターニングして、切断予定部ＬＮ１に貫通部１６ｃを形成している。例えば、絶縁膜１６ｂをエッチングすることにより、切断予定部ＬＮ１の絶縁膜１６ｂを弾性膜１６ａ上から除去する。なお、表面に金属膜４８が形成される振動板１６の概念には、絶縁膜１６ｂを除去した弾性膜１６ａも含まれるものとする。
以上が、振動板形成工程Ｓ１である。

次いで、スパッタ法等によって振動板１６上に下電極２０を形成する。図４（ｂ）に示す例では、下電極２０を形成した後にパターニングしている。なお、上述した酸化ジルコニウム層の代わりに、又は、酸化ジルコニウム層に加えて、窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）膜、Ｉｒ膜、酸化イリジウム（ＩｒＯ）膜、等の層を密着層又は拡散防止層として振動板１６上に形成したうえで、当該層上に下電極２０を形成してもよい。

次いで、スピンコート法といった液相法等によって少なくとも下電極２０上に圧電体層３０を形成し、スパッタ法等によって少なくとも圧電体層３０上に上電極４０を形成する。図４（ｂ）に示す例では、上電極４０を形成した後に圧電体層３０及び上電極４０をパターニングしている。これにより、圧電体層３０及び電極（２０，４０）を有する圧電素子３が形成され、この圧電素子３及び振動板１６を備えた圧電アクチュエーター２が形成される。以上が、圧電素子形成工程Ｓ２である。

圧電体層３０を形成する場合、例えば、上述したＰＺＴを構成する金属の有機物を分散媒に分散した前駆体溶液の塗布工程、例えば１７０〜１８０℃程度の乾燥工程、例えば３００〜４００℃程度の脱脂工程、及び、例えば５５０〜８００℃程度の焼成工程を経ることにより、ペロブスカイト型酸化物を有する圧電体層３０が形成される。塗布工程と乾燥工程と脱脂工程と焼成工程の組合せは、複数回行ってもよい。なお、液相法以外にも、スパッタ法といった気相法等で圧電体層３０を形成してもよい。

次いで、図４（ｃ）に示すように、基板上に密着層４６を形成する（金属膜形成工程Ｓ３）。例えば、圧電素子３を設けた基板の全面に亘ってニッケルクロム等の密着層４６をスパッタ法等により形成し、レジスト等からなるマスクパターンを介してパターニングすればよい。すると、リード電極４５の密着層とは不連続の金属膜４８（例えばニッケルクロム層）を切断予定部ＬＮ１の弾性膜１６ａ（例えば酸化シリコン層）上に形成することができる。この金属膜形成工程Ｓ３により、リード電極４５の密着層と同時に隔離層である金属膜４８を形成することができ、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。むろん、リード電極４５の密着層の形成とは別に金属膜４８を形成してもよい。

次いで、図４（ｄ）に示すように、基板上に主金属層４７を形成する（主金属層形成工程Ｓ４）。例えば、基板の全面に亘って金等の主金属層４７をスパッタ法等により形成し、レジスト等からなるマスクパターンを介してパターニングすればよい。

なお、電極（２０，４０）や密着層４６や主金属層４７は、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリング法といったスパッタ法等によって形成することができる。各層の厚みは、スパッタ装置の印加電圧やスパッタ処理時間を変えることにより調整することができる。

次いで、図５（ａ）に示すように、圧電素子保持部５２を予め形成した保護基板５０を流路形成基板１０の接合面１０ａに例えば接着剤５５によって接合する（保護基板接合工程Ｓ５）。図５（ａ）に示す例では、切断予定部ＬＮ１において、接合面１０ａに設けられた金属膜４８と保護基板５０の接合面５０ａとの間に接着剤５５が存在する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜１６ａを形成したシリコン基板１５を例えば６０〜８０μｍ程度にする。例えば、当該シリコン基板１５において圧電素子３とは反対側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所定の厚みにする（削成工程Ｓ６）。なお、流路形成基板１０の振動板１６とは反対側の面をノズル側面１０ｂとする。

次いで、図６（ａ）に示すように、マスクを介してＫＯＨ水溶液等のアルカリ溶液でシリコン基板１５のノズル側面１０ｂを異方性エッチング（ウェットエッチング）し、圧力発生室１２やインク供給口１４や凹部Ｒ１を形成する（流路形成工程Ｓ７）。例えば、シリコン基板１５のノズル側面１０ｂに窒化シリコン（化学量論比Ｓｉ₃Ｎ₄）といったマスク膜を形成し、パターニングして圧力発生室１２や凹部Ｒ１等に対応したマスク開口部を形成し、このマスク開口部を有するマスク膜を介してエッチングすると、液体流路（１２，１４）や凹部Ｒ１が形成される。その後、エッチングすることによりマスク膜を除去してもよい。凹部Ｒ１は、流路形成基板１０の切断予定部ＬＮ１における振動板１６とは反対側の除去部位であり、リザーバ９への連通部１３となる部位である。
なお、液体流路は、圧電素子３の形成前に形成されてもよい。

次いで、図６（ｂ）に示すように、液体流路（１２，１４）や凹部Ｒ１の内面等に保護膜８０を形成する（保護膜形成工程Ｓ８）。例えば、上述した酸化タンタルを化学気相法によりノズル側面１０ｂから流路形成基板１０に堆積させると、液体流路（１２，１４）や凹部Ｒ１の内面を含むノズル側面１０ｂの全面にわたって保護膜８０を形成することができる。

次いで、図７（ａ）に示すように、保護基板５０の切断予定部ＬＮ１に集光点Ｐ１を合わせたレーザー光ＬＡ１を保護基板５０側から照射することにより、保護基板５０に第１脆弱部Ｗ１を形成するとともに切断予定部ＬＮ１の金属膜４８を融解させて流路形成基板１０に第２脆弱部Ｗ２を形成する（脆弱部形成工程Ｓ９）。例えば、図９に示すように、切断予定部ＬＮ１で集光点Ｐ１の深さを変えて複数回レーザー光ＬＡ１を走査させ、厚み方向Ｄ３に沿って第１脆弱部Ｗ１を形成する。上述したように、第１脆弱部Ｗ１は強度が弱められた改質領域であるため、保護基板５０は、第１脆弱部Ｗ１で繋がっており、分割されていない。また、融解した金属膜Ｗ３により、切断予定部ＬＮ１の接着剤５５も脆弱部Ｗ４となる。

次いで、図７（ｂ）に示すように、接合された基板（５０，１０）を脆弱部（Ｗ１，Ｗ２）に沿ってエキスパンドブレーク等により分割する（分割工程Ｓ１０）。エキスパンドブレークの場合、例えば、ダイシング用粘着テープを基板の一面に貼り、この粘着テープを縦横に引き伸ばす外力を基板に加えて切断予定部ＬＮ１を切断する。これにより、切断予定部ＬＮ１で複数のチップＣ１に分離することができる。

次いで、図８（ａ），（ｂ）に示すように、各チップＣ１の主金属層４７（リード電極４５）と駆動ＩＣ６５とを駆動配線６６によって接続し、ノズル開口７１を有するノズルプレート７０を各チップＣ１の圧力発生室１２側の面に接合し、切断部ＬＮ２にリザーバ９を外付けする（リザーバ形成工程Ｓ１１）。流路形成基板１０の開口面側に対するノズルプレート７０の固着には、接着剤、熱溶着フィルム、等を用いることができる。リザーバ９は、ノズルプレート７０を接合したチップＣ１に、リザーバ底面部材１１０と、液体導入孔１２２を有するリザーバ天井部材１２０と、封止膜６１及び固定板６２を積層したコンプライアンス基板６０とを接合することにより形成される。分割された凹部Ｒ１は、リザーバ９の連通部１３として機能する。ノズルプレート７０の圧力発生室１２とは反対側の面に対するリザーバ底面部材１１０の固着にも、接着剤、熱溶着フィルム、等を用いることができる。保護基板５０の接合面５０ａとは反対側の面に対するリザーバ天井部材１２０の固着にも、接着剤、熱溶着フィルム、等を用いることができる。これらの部材（１１０，１２０）に対するコンプライアンス基板６０の固着にも、接着剤、熱溶着フィルム、等を用いることができる。
以上により、記録ヘッド１Ａが製造される。

本記録ヘッド１Ａは、図示しない外部インク供給手段と接続した液体導入孔１２２からインクを取り込み、リザーバ９からノズル開口７１に至るまで内部をインクで満たす。駆動ＩＣ６５からの記録信号に従い、圧力発生室１２毎に下電極２０と上電極４０との間に電圧を印加すると、圧電体層３０、下電極２０及び振動板１６の変形によりノズル開口７１からインク滴が吐出する。

一実施例として、以下のサンプルを作製した。
上述した製造方法に従って、面方位（１１０）の流路形成基板用シリコン単結晶基板の表面に酸化シリコン（化学量論比ＳｉＯ₂）の弾性膜１６ａを形成した。該弾性膜上に、貫通部１６ｃを有する酸化ジルコニウム（化学量論比ＺｒＯ₂）の絶縁膜１６ｂ、ＰＺＴの圧電体層３０を有する圧電素子３、ニッケルクロムの密着層４６（金属膜４８を含む。）、及び、金の主金属層４７を形成した。ニッケルクロム層は、レーザー光ＬＡ１の照射による融解により切断予定部ＬＮ１の流路形成基板１０が脆弱部（Ｗ２）に変質するような厚みに設定した。また、面方位（１１０）の保護基板用シリコン単結晶基板の表面に酸化シリコン層を形成し、該基板に圧電素子保持部５２を形成して、流路形成基板１０と保護基板５０とを接着剤５５で接合した。接合後の流路形成基板１０のノズル側面１０ｂに液体流路（１２，１４）及び凹部Ｒ１を形成し、ノズル側面１０ｂの全面にわたって酸化タンタル（化学量論比Ｔａ₂Ｏ₅）の保護膜８０を形成した。その後、保護基板５０の切断予定部ＬＮ１に集光点Ｐ１を合わせたシリコン透過性のレーザー光ＬＡ１を保護基板５０側から照射することにより、保護基板５０のシリコンに第１脆弱部Ｗ１を形成した。

また、一比較例として、図１１で示した構造のサンプルを作製した。比較例サンプルは、切断予定部ＬＮ１において、切断予定部ＬＮ１の酸化ジルコニウム層上に金属膜無く保護基板５０が接着剤５５で接合されている。

それぞれのサンプルについて、基板の断面を観察した。接合面に金属膜を形成しなかった比較例サンプルは、流路形成基板１０の切断予定部ＬＮ１にある酸化シリコン層及び酸化ジルコニウム層に脆弱部が形成されていないことが確認された。切断予定部ＬＮ１の接着剤５５も、脆弱部となっていなかった。一方、接合面に金属膜を形成した実施例サンプルは、切断予定部ＬＮ１のニッケルクロムが融解し、流路形成基板１０の切断予定部ＬＮ１にある酸化シリコン、酸化ジルコニウム、及び、酸化タンタルが変質している（第２脆弱部Ｗ２が形成されている）ことが確認された。切断予定部ＬＮ１の接着剤５５も、変質している（脆弱部Ｗ４が形成されている）ことが確認された。

また、それぞれのサンプルについて、ダイシング用粘着テープを基板の一面に貼り、この粘着テープを縦横に引き伸ばして基板の分割を試みた。比較例サンプルは、切断予定部ＬＮ１で分割されないチップが生じた。一方、実施例サンプルは、容易に切断予定部ＬＮ１で複数のチップに分割された。

以上より、本製造方法は、流路形成基板の切断予定部がレーザー光を透過させる材料で形成されていても、切断予定部の金属膜が融解することにより、流路形成基板に第２脆弱部を形成することができる。これにより、後の分割工程で保護基板及び流路形成基板を第１脆弱部及び第２脆弱部に沿って容易に分割することができる。従って、本製造方法は、切断予定部の振動板を切断したり除去したりする等の別工程が不要であり、液体噴射ヘッドの製造工程を簡略化することができる。

（３）液体噴射装置：
図１０は、上述した記録ヘッド１（１Ａを含む。）を有するインクジェット式の記録装置（液体噴射装置）２００の外観を示している。記録ヘッド１を記録ヘッドユニット２１１，２１２に組み込むと、耐久性を向上させた記録装置２００を製造することができる。図１０に示す記録装置２００は、記録ヘッドユニット２１１，２１２のそれぞれに、記録ヘッド１が設けられ、外部インク供給手段であるインクカートリッジ２２１，２２２が着脱可能に設けられている。記録ヘッドユニット２１１，２１２を搭載したキャリッジ２０３は、装置本体２０４に取り付けられたキャリッジ軸２０５に沿って往復移動可能に設けられている。駆動モーター２０６の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト２０７を介してキャリッジ２０３に伝達されると、キャリッジ２０３がキャリッジ軸２０５に沿って移動する。図示しない給紙ローラー等により給紙される記録シート２９０は、プラテン２０８上に搬送され、インクカートリッジ２２１，２２２から供給され記録ヘッド１から吐出するインクにより印刷がなされる。

（４）応用、その他：
本発明は、種々の変形例が考えられる。
上述した製造工程の順序は、適宜、変更可能である。例えば、振動板形成工程Ｓ１で振動板１６を形成した後、金属膜４８を形成してから圧電素子３を形成してもよい。
上述した実施形態では圧力発生室毎に個別の圧電体を設けているが、複数の圧力発生室に共通の圧電体を設け圧力発生室毎に個別電極を設けることも可能である。
上述した実施形態では圧電素子の上側を圧電素子保持部で覆っているが、圧電素子の上側を大気に開放することも可能である。

流体噴射ヘッドから吐出される液体は、液体噴射ヘッドから吐出可能な材料であればよく、染料等が溶媒に溶解した溶液、顔料や金属粒子といった固形粒子が分散媒に分散したゾル、等の流体が含まれる。このような流体には、インク、液晶、等が含まれる。液体噴射ヘッドは、プリンターといった画像記録装置の他、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置、有機ＥＬディスプレー等の電極の製造装置、バイオチップ製造装置、等に搭載可能である。
なお、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項に係る構成要件のみからなる製造方法等でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。

以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、チップの製造工程を簡略化することができる技術等を提供することができる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。

１，１Ａ…記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…圧電アクチュエーター、３…圧電素子、９…リザーバ、１０…流路形成基板（第２基板）、１０ａ…接合面、１０ｂ…ノズル側面、１２…圧力発生室、１３…連通部、１５…シリコン基板、１６…振動板、１６ａ…弾性膜、１６ｂ…絶縁膜、１６ｃ…貫通部、２０…下電極（第１電極）、３０…圧電体層、４０…上電極（第２電極）、４５…リード電極、４６…密着層、４７…主金属層、４８…金属膜、５０…保護基板（第１基板）、５０ａ…接合面、５１…連結部、５５…接着剤、６０…コンプライアンス基板、６５…駆動ＩＣ、７０…ノズルプレート、７１…ノズル開口、８０…保護膜、１１０…リザーバ底面部材、１２０…リザーバ天井部材、２００…記録装置（液体噴射装置）、Ｃ１…チップ、ＬＡ１…レーザー光、ＬＮ１…切断予定部、ＬＮ２…切断部、Ｐ１…集光点、Ｒ１…凹部、Ｓ１…振動板形成工程、Ｓ２…圧電素子形成工程、Ｓ３…金属膜形成工程、Ｓ４…主金属層形成工程、Ｓ５…保護基板接合工程、Ｓ６…削成工程、Ｓ７…流路形成工程、Ｓ８…保護膜形成工程、Ｓ９…脆弱部形成工程、Ｓ１０…分割工程、Ｓ１１…リザーバ形成工程、Ｗ１…第１脆弱部、Ｗ２…第２脆弱部、Ｗ３…融解した金属膜、Ｗ４…接着剤の脆弱部。

Claims (7)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室及び該圧力発生室に圧力を印加する圧電素子を有する流路形成基板と、前記圧電素子から前記圧力発生室とは反対側にあって前記流路形成基板に接合された保護基板と、を切断予定部で分離する工程を備えた、液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記圧力発生室の壁面の一部を構成する振動板を前記流路形成基板の接合面に形成する工程と、
   前記流路形成基板と前記保護基板との接合面の少なくとも前記切断予定部に金属膜を形成する工程と、
   前記切断予定部に集光点を合わせたレーザー光を前記保護基板側から照射することにより、該保護基板に第１脆弱部を形成するとともに前記切断予定部の金属膜を融解させて前記流路形成基板に第２脆弱部を形成する脆弱部形成工程と、
   前記保護基板と前記流路形成基板とを前記第１脆弱部と前記第２脆弱部とに沿って分割する分割工程と、を含み、
   前記流路形成基板の前記圧電素子とは反対側の面に前記圧力発生室を形成するととともに前記流路形成基板の前記切断予定部における前記保護基板とは反対側の部位を除去し、前記圧力発生室、及び、前記除去した部位の内面に耐液体性を有する保護膜を形成した後、前記脆弱部形成工程を行うことを特徴とする、液体噴射ヘッドの製造方法。
2. 前記切断予定部に金属膜を形成する工程において、前記流路形成基板の前記切断予定部の前記振動板上に前記金属膜を形成する、請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
3. 前記流路形成基板の接合面に酸化シリコン層を形成し、該酸化シリコン層上に前記金属膜を形成した、請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
4. 前記金属膜の材料に前記振動板上の前記圧電素子から引き出されるリード電極の材料の少なくとも一部を用いた、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
5. 前記金属膜の材料に前記リード電極の密着層の材料と同じ材料を少なくとも用いた、請求項４に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
6. 前記分割工程により形成されるチップに、前記圧力発生室に供給する液体を貯留するリザーバを外付けする工程を含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法により液体噴射ヘッドを形成する工程を備えた、液体噴射装置の製造方法。

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