JP2004050487A

JP2004050487A - 液体噴射ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2004050487A
Application number: JP2002208177A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Takahashi; 高橋　哲司
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】流路形成基板と封止基板とを高精度且つ容易に位置決めして接合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。
【解決手段】複数の流路形成基板１０が形成される流路形成基板用ウェハ１１０の流路形成基板１０となる領域以外に流路形成基板用ウェハ１１０を貫通する位置決め孔１３０を形成する工程と、流路形成基板用ウェハ１１０上に振動板を介して圧電素子３００を形成する工程と、複数の封止基板３０が形成される封止基板用ウェハ１５０に予め形成された位置決め孔１６０と流路形成基板用ウェハ１１０に形成された位置決め孔１３０とに位置決めピン１７０を挿入して流路形成基板用ウェハ１１０と封止基板用ウェハ１５０とを位置決めした状態で接合する工程と、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２を形成する工程と、流路形成基板用ウェハ１１０と封止基板用ウェハ１５０との接合体を所定の大きさに分割する工程とを有することにより、流路形成基板１０と封止基板３０とを高精度に位置決めして接合することができる。
【選択図】　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位により液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液滴としてインクを吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙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提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
また、後者の場合、圧電素子が大気中の水分等により破壊される虞があるため、圧電素子を所定の空間内に密封することが好ましい。このため、流路形成基板の圧電素子側の面に圧電素子を密封可能な空間である圧電素子保持部を有する封止基板を接着剤等により接合した構造が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような流路形成基板と封止基板を接合する際に、位置ズレが生じてしまい両者を高精度に位置決めできないという問題がある。
【０００９】
すなわち、流路形成基板は、例えば、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板用ウェハに複数個一体的に形成され、同様に、封止基板も封止基板用ウェハに複数個一体的に形成される。そして、これら流路形成基板用ウェハと封止基板用ウェハとを高精度に位置決めして接合後、その接合体を所定の大きさに分割する。また、このような流路形成基板用ウェハと封止基板用ウェハとは、一般的に接着剤等によって接合され、接合の際に加圧が必要となる。この加圧により位置ズレが生じ、結果的に各流路形成基板と封止基板とに位置ズレが生じてしまう。
【００１０】
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においても、同様に存在する。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、流路形成基板と封止基板とを高精度且つ容易に位置決めして接合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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子とを具備すると共に、前記流路形成基板に接合されて前記圧電素子に対向する領域に当該圧電素子を密封可能な空間である圧電素子保持部を有する封止基板を具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、複数の流路形成基板が形成される流路形成基板用ウェハの前記流路形成基板となる領域以外に当該流路形成基板用ウェハを貫通する位置決め孔を形成する工程と、前記流路形成基板用ウェハ上に前記振動板を介して前記圧電素子を形成する工程と、複数の封止基板が形成される封止基板用ウェハに予め形成された位置決め孔と前記流路形成基板用ウェハに形成された位置決め孔とに位置決めピンを挿入して前記流路形成基板用ウェハと前記封止基板用ウェハとを位置決めした状態で接合する工程と、前記流路形成基板用ウェハに前記圧力発生室を形成する工程と、前記流路形成基板用ウェハと前記封止基板用ウェハとの接合体を所定の大きさに分割する工程とを有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。
【００１３】
かかる第１の態様では、流路形成基板と封止基板とを高精度に位置決めして接合することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記位置決め孔を少なくとも２箇所に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。
【００１５】
かかる第２の態様では、流路形成基板用ウェハと封止基板用ウェハとが所定の位置に確実に位置決めされる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記流路形成基板用ウェハが、シリコン単結晶基板からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１７】
かかる第３の態様では、圧力発生室を高精度に形成できると共に、位置決め孔を高精度に形成できるため、流路形成基板と封止基板とを高精度に位置決めできる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記流路形成基板用ウェハに前記位置決め孔を形成する工程は、前記流路形成基板用ウェハを熱酸化してその表面に二酸化シリコン膜を形成する工程と、該二酸化シリコン膜をパターニングして前記位置決め孔が形成される領域に開口部を形成する工程と、該開口部から前記流路形成基板用ウェハをエッチングして位置決め孔となる貫通孔を形成する工程と、前記二酸化シリコン膜をエッチングにより除去する工程と、前記流路形成基板用ウェハを再度熱酸化することにより前記貫通孔の内面に保護膜を形成すると共に前記流路形成基板用ウェハの表面に前記振動板を形成する工程とを有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。
【００１９】
かかる第４の態様では、流路形成基板用ウェハに位置決め孔を容易且つ高精度に形成でき、且つ振動板も所定の厚さとなる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記開口部を前記流路形成基板用ウェハの両面にそれぞれ設けることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２１】
かかる第５の態様では、流路形成基板用ウェハを両面側からエッチングすることで、位置決め孔を比較的短時間で形成でき、製造効率が向上する。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１又は２の態様において、前記流路形成基板用ウェハが、二酸化シリコンからなる絶縁層の両面に単結晶シリコンからなるシリコン層をそれぞれ有するＳＯＩ基板からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２３】
かかる第６の態様では、圧力発生室を高精度に形成できると共に、位置決め孔を高精度に形成できるため、流路形成基板と封止基板とを高精度に位置決めできる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記流路形成基板用ウェハに位置決め孔を形成する工程は、前記流路形成基板用ウェハを熱酸化してその表面に二酸化シリコン膜を形成する工程と、該二酸化シリコン膜をパターニングして前記流路形成基板用ウェハの両面側の前記位置決め孔が形成される領域のそれぞれに開口部を形成する工程と、該開口部から各シリコン層を前記絶縁層に達するまでエッチングして各シリコン層に位置決め孔となる貫通孔を形成する工程と、前記二酸化シリコン膜をエッチングにより除去すると共に前記貫通孔内の絶縁層を除去して各シリコン層に形成された貫通孔を連通させる工程と、前記流路形成基板用ウェハを熱酸化することにより前記貫通孔の内面に保護膜を形成すると共に前記流路形成基板用ウェハの表面に前記振動板を形成する工程とを有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。
【００２５】
かかる第７の態様では、位置決め孔を高精度且つ効率的に形成することができ、且つ振動板も所定の厚さとなる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第５又は７の態様において、前記流路形成基板用ウェハの両面に、大きさの異なる開口部を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。
【００２７】
かかる第８の態様では、流路形成基板用ウェハの一方面側に設けられる開口部のみを高精度に位置決めすればよいため、製造効率が向上する。
【００２８】
【発明の実施形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に係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。
【００３０】
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る。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３１】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００３２】
一方、流路形成基板１０の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁により区画された圧力発生室１２が幅方向に並設され、その長手方向外側には連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。なお、この連通部１３は、後述する封止基板３０のリザーバ部３２に連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する。
【００３３】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００３４】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。
ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００３５】
このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３６】
なお、このような流路形成基板１０は、図３に示すように、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板用ウェハ１１０に複数個が一体的に形成される。そして、詳しくは後述するが、流路形成基板用ウェハ１１０と後述する封止基板用ウェハとを接合後、その接合体を所定の大きさに分割する。
【００３７】
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とは反対側で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を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍ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、又は不錆鋼などからなる。なお、このノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。
【００３８】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍ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は圧電素子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。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。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圧電アクチュエータと称する。
【００３９】
なお、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から圧力発生室１２の外側までそれぞれ延設され、例えば、ワイヤボンディング等により図示しない駆動ＩＣ等と接続される。
【００４０】
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が、例えば、熱硬化性の接着剤等によって接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に密封されている。これにより、圧電素子３００は外部環境と遮断されるため、大気中の水分等による圧電素子３００の破壊を防止することができる。
【００４１】
また、封止基板３０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３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、封止基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に亘って形成されており、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の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００４２】
さらに、このリザーバ部３２と圧電素子保持部３１との間には、封止基板３０を厚さ方向に貫通する貫通部３３が設けられている。そして、圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、この貫通部３３に対向する領域まで延設され、この貫通部３３を介してワイヤボンディング等により図示しない駆動ＩＣと接続される。
【００４３】
なお、この封止基板３０は、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成することが好ましく、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形成した。
【００４４】
また、このように圧電素子保持部３１内に圧電素子３００を確実に密封し、且つリザーバ部３２と連通部１３とを良好に連通させるためには、これら流路形成基板１０と封止基板３０とを高精度に位置決めした状態で接合する必要があるが、後述する本発明の製造方法によれば、比較的容易に両者を高精度に位置決めした状態で接合することが可能である。
【００４５】
なお、封止基板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、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となっており、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。
【００４６】
このようなインクジェット式記録ヘッドは、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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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、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。
【００４７】
ここで、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について図４〜７を参照して説明する。なお、図４、図６及び図７は、圧力発生室の長手方向の断面図であり、図５は、流路形成基板用ウェハの概略斜視図である。
【００４８】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板からなり複数の流路形成基板１０となる流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化することによりその表面に二酸化シリコン膜１２０を全面に亘って形成する。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、二酸化シリコン膜１２０をパターニングして、流路形成基板１０となる領域以外の所定位置に開口部１２１を形成する。例えば、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０の両面側の所定位置に、同一の大きさの開口部１２１をそれぞれ形成している。
【００５０】
なお、この開口部１２１が形成された二酸化シリコン膜１２０は、後述する封止基板用ウェハとの位置決めに用いられる位置決め孔を形成するためのマスクとして用いられる。
【００５１】
次に、図４（ｃ）に示すように、二酸化シリコン膜１２０をマスクとして、各開口部１２１から流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、この流路形成基板用ウェハ１１０を貫通させて位置決め孔となる貫通孔１１１を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０の両面側にそれぞれ開口部１２１を設けているため、流路形成基板用ウェハ１１０が両面側からエッチングされる。したがって、比較的短時間で貫通孔１１１を形成することができる。
【００５２】
次に、図４（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の表面の二酸化シリコン膜１２０をエッチング等により完全に除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０を再び熱酸化することにより、図４（ｅ）に示すように、貫通孔１１１の内面に保護膜１２５を形成し、後述する位置決めピンの外径と略同一の内径を有する位置決め孔１３０とすると共に、流路形成基板用ウェハ１１０の表面に弾性膜５０となる二酸化シリコン膜１４０を形成する。なお、このように位置決め孔１３０（貫通孔１１１）を形成するためのマスクとなる二酸化シリコン膜１２０を一旦除去し、再度熱酸化することで二酸化シリコン膜１４０を形成することにより、弾性膜５０の厚さが常に一定となる。
【００５３】
ここで、このような位置決め孔１３０は、図５に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の流路形成基板１０となる領域以外に設けられる。また、位置決め孔１３０の数は、特に限定されないが、少なくとも２箇所に形成することが好ましい。
【００５４】
次に、図６（ａ）に示すように、スパッタリング法で下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、特に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００５５】
次に、図６（ｂ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向していることが好ましい。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−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０を得ることができる。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００５６】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００５７】
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層７０の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００５８】
次に、図６（ｃ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００５９】
次に、図６（ｄ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
【００６０】
次に、図７（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等からなる導電層を流路形成基板１０の全面に亘って形成後、この導電層を圧電素子３００毎にパターニングすることにより、リード電極９０とする。
【００６１】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、複数の封止基板３０となる封止基板用ウェハ１５０を、例えば、熱硬化性の接着剤によって接合する。
【００６２】
ここで、封止基板用ウェハ１５０は、流路形成基板用ウェハ１１０と同様に、シリコン単結晶基板からなり、例えば、異方性エッチングによって圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が予め形成されている。また、封止基板用ウェハ１５０には、流路形成基板用ウェハ１１０の位置決め孔１３０に対応する位置に流路形成基板用ウェハ１１０と同様、位置決め孔１６０が予め形成されている。なお、この位置決め孔１６０の内面には、流路形成基板用ウェハ１１０の位置決め孔１３０と同様に、二酸化シリコン等からなる保護膜１５５が設けられていることが好ましい。
【００６３】
そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の位置決め孔１３０と封止基板用ウェハ１５０の位置決め孔１６０とに位置決めピン１７０を挿入することにより両者を位置決めし、この状態で両者を加圧・加熱する。これにより、流路形成基板用ウェハ１１０と封止基板用ウェハ１５０とを加圧しても、位置ズレ等の発生が防止されるため、両者を高精度に位置決めした状態で接合することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、位置決め孔１３０の内面に保護膜１２５が形成されているため、位置決め孔１３０に位置決めピン１７０を挿入する際に、欠け等が発生するのを防止でき、流路形成基板用ウェハ１１０と封止基板用ウェハ１５０とを常に良好に位置決めすることができる。
【００６５】
次に、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００とは反対側の面に設けられている二酸化シリコン膜１４０を所定形状にパターニングし、この二酸化シリコン膜１４０をマスクとして流路形成基板用ウェハ１１０をアルカリ溶液によって異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。
【００６６】
そして、その後は、図１及び図２に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の封止基板用ウェハ１５０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、封止基板用ウェハ１５０にコンプライアンス基板４０を接合し、これらの接合体を図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が製造される。
【００６７】
以上説明したように、本発明では、流路形成基板用ウェハ１１０の流路形成基板１０となる領域の外側に位置決め孔１３０を設け、この位置決め孔１３０と封止基板用ウェハ１５０に設けられた位置決め孔１６０とに位置決めピン１７０を挿入することで、流路形成基板用ウェハ１１０と封止基板用ウェハ１５０とを位置決めするようにした。これにより、流路形成基板用ウェハ１１０と封止基板用ウェハ１５０とを高精度に位置決めした状態で接合することができる。すなわち、各流路形成基板と各封止基板とを高精度に位置決めした状態で接合することができる。
【００６８】
また、特に、流路形成基板用ウェハ１１０の流路形成基板１０となる領域の外側に位置決め孔１３０を設けるようにしているため、流路形成基板上に位置決め孔を形成するためのスペースを確保する必要がなく、ヘッドを大型化することもない。
【００６９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００７０】
例えば、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０に位置決め孔となる貫通孔１１１を形成する際に、流路形成基板用ウェハ１１０の両面側に同一の大きさの開口部１２１を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、流路形成基板用ウェハ１１０の両面側に、それぞれ異なる大きさの開口部を設けるようにしてもよい。
【００７１】
具体的には、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の一方面に所定形状、すなわち、位置決めピン１７０の外径とほぼ一致する大きさの開口部１２１Ａを形成する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の他方面側には、この開口部１２１Ａよりも内径の大きい開口部１２１Ｂを形成するようにしてもよい。このような開口部１２１Ａ，１２１Ｂを形成した場合、流路形成基板用ウェハ１１０には、図８（ｂ）に示すように、内径の異なる小径部１３１と大径部１３２とで構成される位置決め孔１３０Ａが形成されるが、流路形成基板用ウェハ１１０と封止基板用ウェハ１５０とを位置決めする際には、小径部１３１の内面に位置決めピンが当接することで両者は高精度に位置決めされる。
【００７２】
このように流路形成基板用ウェハ１１０の両面側に異なる大きさの開口部１２１Ａ，１２１Ｂを形成するようにすれば、流路形成基板用ウェハ１１０の一方面の開口部１２１Ａは高精度に位置決めする必要があるが、他方面に設けられる開口部１２１Ｂは、一方面側の開口部１２１Ａがこの開口部１２１Ｂに対向する位置となるように形成されていればよく、高精度な位置決めが必要ない。すなわち、開口部１２１Ａのみが高精度に位置決めされていれば、開口部１２１Ｂが若干ずれた位置に形成された場合でも、流路形成基板用ウェハ１１０と封止基板用ウェハ１５０との位置決め精度を低下させることがない。したがって、製造効率を向上することができる。
【００７３】
なお、勿論、このような製造方法は、封止基板用ウェハ１５０に位置決め孔１６０を形成する場合にも適用できる。
【００７４】
さらに、上述の一実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０としてシリコン単結晶基板を使用したが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、二酸化シリコンからなる絶縁層と、この絶縁層の両面にシリコン単結晶基板からなるシリコン層を有する、いわゆるＳＯＩ基板を使用するようにしてもよい。そして、流路形成基板用ウェハとしてＳＯＩ基板を使用した場合には、例えば、図９に示すような手順で、位置決め孔１３０Ｂを形成する。
【００７５】
まず、図９（ａ）に示すように、絶縁層１１５とその両面にシリコン層１１６，１１７を有する流路形成基板用ウェハ１１０Ａを熱酸化することにより二酸化シリコン膜１２０Ａを形成する。そして、図９（ｂ）に示すように、この二酸化シリコン膜１２０Ａをパターニングすることにより、流路形成基板用ウェハ１１０Ａの両面側のそれぞれに開口部１２１を形成する。
【００７６】
次いで、図９（ｃ）に示すように、二酸化シリコン膜１２０Ａをマスクとして流路形成基板用ウェハ１１０Ａ、すなわち、各シリコン層１１６，１１７を絶縁層１１５に達するまでエッチングすることにより各シリコン層１１６，１１７に貫通孔１１８Ａ，１１８Ｂを形成する。
【００７７】
次いで、図９（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０Ａの表面の二酸化シリコン膜１２０Ａをエッチングにより除去する。このとき、各貫通孔１１８Ａ，１１８Ｂ内の絶縁層１１５が同時に除去され、貫通孔１１８Ａ，１１８Ｂ同士が連通し、流路形成基板用ウェハ１１０Ａを貫通する貫通孔１１９となる。
【００７８】
次いで、図９（ｅ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０Ａを再び熱酸化して、貫通孔１１９の内面に保護膜１２５を形成し位置決め孔１３０Ｂとすると共に、弾性膜５０となる二酸化シリコン膜１４０を形成する。
【００７９】
なお、その後は、上述した実施形態と同様の工程で、インクジェット式記録ヘッドを形成する。
【００８０】
勿論、このように流路形成基板用ウェハ１１０ＡとしてＳＯＩ基板を用いた場合でも、上述の実施形態と同様に、封止基板用ウェハ１５０との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００８１】
また、本実施形態では、液体噴射ヘッドとして、印刷媒体に所定の画像や文字を印刷するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、勿論、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、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噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、流路形成基板用ウェハの位置決め孔と封止基板用ウェハの位置決め孔とに位置決めピンを挿入することにより両者を位置決めして両者を接合するようにしたので、位置ズレ等の発生がなく両者を常に高精度に位置決めした状態で接合することができる。すなわち、各流路形成基板と封止基板とを容易に、高い精度で位置決めして接合することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す平面図及び断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る流路形成基板用ウェハを示す概略斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る流路形成基板用ウェハを示す概略斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程の他の例を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程の他の例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
２０　ノズルプレート
２１　ノズル開口
３０　封止基板
３１　圧電素子保持部
３２　リザーバ部
５０　弾性膜
６０　下電極膜
７０　圧電体層
８０　上電極膜
９０　リード電極
１１０　流路形成基板用ウェハ
１１１　貫通孔
１２０　二酸化シリコン膜
１２５　保護膜
１３０　位置決め孔
１４０　二酸化シリコン膜
１５０　封止基板用ウェハ
１６０　位置決め孔
１７０　位置決めピン
３００　圧電素子

Claims

液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子とを具備すると共に、前記流路形成基板に接合されて前記圧電素子に対向する領域に当該圧電素子を密封可能な空間である圧電素子保持部を有する封止基板を具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
複数の流路形成基板が形成される流路形成基板用ウェハの前記流路形成基板となる領域以外に当該流路形成基板用ウェハを貫通する位置決め孔を形成する工程と、前記流路形成基板用ウェハ上に前記振動板を介して前記圧電素子を形成する工程と、複数の封止基板が形成される封止基板用ウェハに予め形成された位置決め孔と前記流路形成基板用ウェハに形成された位置決め孔とに位置決めピンを挿入して前記流路形成基板用ウェハと前記封止基板用ウェハとを位置決めした状態で接合する工程と、前記流路形成基板用ウェハに前記圧力発生室を形成する工程と、前記流路形成基板用ウェハと前記封止基板用ウェハとの接合体を所定の大きさに分割する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１において、前記位置決め孔を少なくとも２箇所に形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１又は２において、前記流路形成基板用ウェハが、シリコン単結晶基板からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項３において、前記流路形成基板用ウェハに前記位置決め孔を形成する工程は、前記流路形成基板用ウェハを熱酸化してその表面に二酸化シリコン膜を形成する工程と、該二酸化シリコン膜をパターニングして前記位置決め孔が形成される領域に開口部を形成する工程と、該開口部から前記流路形成基板用ウェハをエッチングして位置決め孔となる貫通孔を形成する工程と、前記二酸化シリコン膜をエッチングにより除去する工程と、前記流路形成基板用ウェハを再度熱酸化することにより前記貫通孔の内面に保護膜を形成すると共に前記流路形成基板用ウェハの表面に前記振動板を形成する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項４において、前記開口部を前記流路形成基板用ウェハの両面にそれぞれ設けることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１又は２において、前記流路形成基板用ウェハが、二酸化シリコンからなる絶縁層の両面に単結晶シリコンからなるシリコン層をそれぞれ有するＳＯＩ基板からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項６において、前記流路形成基板用ウェハに位置決め孔を形成する工程は、前記流路形成基板用ウェハを熱酸化してその表面に二酸化シリコン膜を形成する工程と、該二酸化シリコン膜をパターニングして前記流路形成基板用ウェハの両面側の前記位置決め孔が形成される領域のそれぞれに開口部を形成する工程と、該開口部から各シリコン層を前記絶縁層に達するまでエッチングして各シリコン層に位置決め孔となる貫通孔を形成する工程と、前記二酸化シリコン膜をエッチングにより除去すると共に前記貫通孔内の絶縁層を除去して各シリコン層に形成された貫通孔を連通させる工程と、前記流路形成基板用ウェハを熱酸化することにより前記貫通孔の内面に保護膜を形成すると共に前記流路形成基板用ウェハの表面に前記振動板を形成する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項５又は７において、前記流路形成基板用ウェハの両面に、大きさの異なる開口部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。