JP2006123212A - Process for manufacturing liquid ejection head and liquid ejection head - Google Patents

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政隆 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for manufacturing a liquid ejection head capable of protecting a piezoelectric element against breakage surely over a long term, and to provide a liquid ejection head. <P>SOLUTION: The process for manufacturing a liquid ejection head comprises a step for forming a piezoelectric element consisting of a lower electrode 60, a piezoelectric layer 70 and an upper electrode 80 through a vibrating plate on one side of a channel forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with nozzle openings for ejecting a liquid drop is formed, and a step for forming the protective film 100 composed of an inorganic insulating material at least in a region opposing the piezoelectric element. In the step for forming the protective film, a protective film 100 of a predetermined thickness is formed by repeating a step for forming an inorganic insulating material layer 101 by coating the surface of the channel forming substrate with an inorganic insulating material, and a step for cleaning the surface of the inorganic insulating material layer 101 to remove foreign substances 105 adhered during the film formation step alternately a plurality of times. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッドに関し、特に、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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッドに関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a liquid ejecting head and a liquid ejecting head, and in particular, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a diaphragm, and a piezoelectric element is provided on the surface of the diaphragm. The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet recording head that is formed and ejects ink droplets by displacement of a piezoelectric element, and an ink jet recording head.

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。   A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator.

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。   The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, and it is possible to manufacture a head suitable for high-density printing, while the piezoelectric element is arranged in an array of nozzle openings. There is a problem that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the pitch into a comb-like shape and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are necessary.

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。   On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.

一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、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ある。また、このような圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。この問題を解決するために、圧力発生室が形成される流路形成基板に、圧電素子保持部を有する封止基板（リザーバ形成基板）を接合し、この圧電素子保持部内に圧電素子を密封するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。   On the other hand, in order to eliminate the disadvantages of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer is shaped to correspond to the pressure generating chamber by lithography. In some cases, the piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber. Further, such a piezoelectric element has a problem that it is easily destroyed due to an external environment such as moisture. In order to solve this problem, a sealing substrate (reservoir forming substrate) having a piezoelectric element holding portion is bonded to a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber is formed, and the piezoelectric element is sealed in the piezoelectric element holding portion. There is something like that (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、このように圧電素子を密封しても、例えば、封止基板と流路形成基板との接着部分から圧電素子保持部内に水分が入り込むこと等により、圧電素子保持部内の湿気が徐々に上昇し、最終的にはこの湿気により圧電素子が破壊されてしまうという問題がある。なお、このような問題は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴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。   However, even if the piezoelectric element is sealed in this way, moisture in the piezoelectric element holding portion gradually increases due to, for example, moisture entering the piezoelectric element holding portion from the bonded portion between the sealing substrate and the flow path forming substrate. However, there is a problem that the piezoelectric element is eventually destroyed by the moisture. Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink droplets, but also in other liquid ejecting heads that eject droplets other than ink.

特開２００３−１３６７３４号公報（第１図、第２図、第５頁）JP 2003-136734 A (FIGS. 1, 2 and 5)

本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の破壊を長期間に亘って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及び液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。   In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head and a liquid ejecting head that can reliably prevent destruction of a piezoelectric element over a long period of time.

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室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からなる圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、少なくとも前記圧電素子に対向する領域に無機絶縁材料からなる保護膜を形成する保護膜形成工程とを具備し、且つ前記保護膜形成工程では、前記流路形成基板の表面に無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層を形成する成膜工程と当該無機絶縁材料層の表面を洗浄して前記成膜工程で付着した異物を除去する洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって前記保護膜を所定の厚さ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。
かかる第１の態様では、ピンホール等の形成不良が防止され、耐湿性の高い保護膜が形成される。したがって、圧電素子の水分に起因する破壊を確実に防止することができる。また、保護膜の膜厚を比較的薄くしても圧電素子の破壊を防止できるため、保護膜による圧電素子の変位量の低下も小さく抑えることができる。 According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems, a lower electrode and a piezoelectric element are disposed on one surface side of a flow path forming substrate in which pressure generating chambers communicating with nozzle openings for discharging droplets are formed via a diaphragm. A piezoelectric element forming step of forming a piezoelectric element comprising a body layer and an upper electrode; and a protective film forming step of forming a protective film made of an inorganic insulating material at least in a region facing the piezoelectric element, and the protective film In the forming step, a film forming step in which an inorganic insulating material is applied to the surface of the flow path forming substrate to form an inorganic insulating material layer, and a foreign matter adhered in the film forming step by cleaning the surface of the inorganic insulating material layer. In the method of manufacturing a liquid ejecting head, the protective film is formed to have a predetermined thickness by alternately repeating a cleaning process to be removed a plurality of times.
In the first aspect, formation defects such as pinholes are prevented, and a highly moisture-resistant protective film is formed. Therefore, it is possible to reliably prevent the destruction of the piezoelectric element due to moisture. In addition, since the piezoelectric element can be prevented from being destroyed even if the protective film is relatively thin, a decrease in the displacement amount of the piezoelectric element due to the protective film can be suppressed to a low level.

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記保護膜形成工程では、前記無機絶縁材料層を４層以上積層することによって前記保護膜を所定の厚さ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。
かかる第２の態様では、耐湿性の高い保護膜をより確実に形成することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, in the protective film forming step, the protective film is formed to a predetermined thickness by stacking four or more inorganic insulating material layers. A method of manufacturing a liquid jet head.
In the second aspect, a protective film having high moisture resistance can be more reliably formed.

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、積層した前記保護膜の厚さを、１００ｎｍ以下と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３の態様では、圧電素子の破壊を防止しつつ、圧電素子の変位量の低下が小さく抑えられ、良好な吐出特性を有するヘッドを製造することができる。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the thickness of the laminated protective film is 100 nm or less.
In the third aspect, it is possible to manufacture a head having good ejection characteristics while preventing the piezoelectric element from being destroyed and suppressing a decrease in the displacement amount of the piezoelectric element.

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記無機絶縁材料が酸化アルミニウムであ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４の態様では、酸化アルミニウムを用いることで、耐湿性の高い保護膜を確実に形成することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the inorganic insulating material is aluminum oxide.
In the fourth aspect, by using aluminum oxide, a protective film having high moisture resistance can be reliably formed.

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記無機絶縁材料層をＣＶＤ法によって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。
かかる第５の態様では、保護膜を比較的容易且つ良好に形成することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid jet head manufacturing method according to any one of the first to fourth aspects, the inorganic insulating material layer is formed by a CVD method.
In the fifth aspect, the protective film can be formed relatively easily and satisfactorily.

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記洗浄工程では、前記無機絶縁材料層の表面を所定の洗浄液で洗浄することにより前記異物を除去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６の態様では、成膜工程で付着した異物を確実に除去することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, in the cleaning step, the foreign matter is removed by cleaning a surface of the inorganic insulating material layer with a predetermined cleaning liquid. A method of manufacturing a liquid jet head.
In the sixth aspect, the foreign matter adhered in the film forming process can be reliably removed.

本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記洗浄液には超音波振動が付与されてい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７の態様では、成膜工程で付着した異物をより確実に除去することができる。 According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the liquid jet head manufacturing method is characterized in that ultrasonic vibration is applied to the cleaning liquid.
In the seventh aspect, foreign matter adhering in the film forming process can be more reliably removed.

本発明の第８の態様は、第６又は７の態様において、前記洗浄液が、純水又は所定のガスを含んだ水であ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８の態様では、無機絶縁材料層の表面を良好に洗浄することができる。 According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth or seventh aspect, the liquid jet head manufacturing method is characterized in that the cleaning liquid is pure water or water containing a predetermined gas.
In the eighth aspect, the surface of the inorganic insulating material layer can be cleaned well.

本発明の第９の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記洗浄工程では、前記無機絶縁材料層の表面を所定のブラシでスクラブ洗浄するにより前記異物を除去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９の態様では、成膜工程で付着した異物を確実に除去することができる。 According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the cleaning step includes removing the foreign matter by scrub cleaning the surface of the inorganic insulating material layer with a predetermined brush. A method of manufacturing a liquid jet head.
In the ninth aspect, the foreign matter adhering in the film forming process can be reliably removed.

本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れかの態様の製造方法によって形成されたことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１０の態様では、耐久性及び信頼性に優れた液体噴射ヘッドを実現することができる。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a liquid jet head formed by the manufacturing method according to any one of the first to ninth aspects.
In the tenth aspect, it is possible to realize a liquid jet head that is excellent in durability and reliability.

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り、図３は要部を示す平面図である。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り形成した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、複数の圧力発生室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の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部と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の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view showing a main part. . As shown in the drawing, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment, and one surface thereof is made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation. An elastic film 50 of 5 to 2 μm is formed. A plurality of pressure generating chambers 12 are arranged in parallel in the width direction of the flow path forming substrate 10. In addition, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. Communication is made via a supply path 14. The communication part 13 constitutes a part of a reservoir that communicates with a reservoir part of a protective substrate, which will be described later, and serves as a common ink chamber for the pressure generating chambers 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13.

また、流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられた絶縁膜５１を介して、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、０．０１〜１ｍｍ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、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。 Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, an insulating film 51 used as a mask when forming the pressure generating chambers 12 is interposed on the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12. A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating in the vicinity of the end is fixed through an adhesive, a heat-welded film, or the like. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.01 to 1 mm, a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 −6 / ° C.], glass ceramics, silicon It consists of a single crystal substrate or non-rust steel.

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、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５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５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。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。   On the other hand, as described above, the elastic film 50 having a thickness of, for example, about 1.0 μm is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10. For example, an insulator film 55 having a thickness of about 0.4 μm is formed. Further, on the insulator film 55, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, and a thickness of, for example, about 0 The upper electrode film 80 having a thickness of 0.05 μm is laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.

例えば、本実施形態では、図３に示すように、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、複数の圧力発生室１２に対応する領域に連続的に設けられている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の列の外側、及び列設された圧電素子３００の間から連通部１３近傍まで延設され、それらの先端部は、後述する駆動ＩＣ２００から延設された接続配線２１０が接続される接続部６０ａとなっている。圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、下電極膜６０の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の端面は圧電体層７０によって覆われている。そして、圧力発生室１２の長手方向端部近傍には、圧電体層を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部３３０が形成されている。また、上電極膜８０の一端部近傍にはリード電極９０が接続されている。このリード電極９０は、本実施形態では、圧力発生室１２の外側の圧電体非能動部３３０上から連通部１３近傍まで延設されており、その先端部は、下電極膜６０と同様に、接続配線２１０が接続される接続部９０ａとなっている。   For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the lower electrode film 60 is formed in a region facing the pressure generation chamber 12 in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12, and corresponds to the plurality of pressure generation chambers 12. It is provided continuously in the area. Further, the lower electrode film 60 extends from the outside of the row of the pressure generating chambers 12 and between the arranged piezoelectric elements 300 to the vicinity of the communication portion 13, and the tip portion thereof extends from a drive IC 200 described later. The connection portion 60a is connected to the connection wiring 210. The piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are basically provided in a region facing the pressure generation chamber 12, but in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are outside the end portion of the lower electrode film 60. The end surface of the lower electrode film 60 is covered with the piezoelectric layer 70. In the vicinity of the longitudinal end of the pressure generation chamber 12, a piezoelectric inactive portion 330 having a piezoelectric layer but not substantially driven is formed. A lead electrode 90 is connected to the vicinity of one end of the upper electrode film 80. In this embodiment, the lead electrode 90 extends from the piezoelectric inactive portion 330 outside the pressure generating chamber 12 to the vicinity of the communicating portion 13, and the tip thereof is the same as the lower electrode film 60. A connection portion 90a is connected to the connection wiring 210.

そして、少なくとも圧電素子３００を構成する各層、本実施形態では、圧電素子３００を構成する各層及びリード電極９０のパターン領域が、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに対向する領域を除いて、保護膜１００によって覆われている。すなわち、パターン領域の下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及びリード電極９０の表面（上面及び端面）が、無機絶縁材料からなる保護膜１００によって覆われている。   Then, at least each layer constituting the piezoelectric element 300, in this embodiment, each layer constituting the piezoelectric element 300 and the pattern region of the lead electrode 90 are opposed to the connection portion 60a of the lower electrode film 60 and the connection portion 90a of the lead electrode 90. Except for the region to be covered, it is covered with the protective film 100. That is, the surfaces (upper surface and end surface) of the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, the upper electrode film 80, and the lead electrode 90 in the pattern region are covered with the protective film 100 made of an inorganic insulating material.

このような無機絶縁材料からなる保護膜１００は、薄膜でも水分の透過性が極めて低いため、保護膜１００によって、少なくとも下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０の表面を覆うことにより、圧電体層７０の水分（湿気）に起因する破壊を防止することができる。また、本実施形態では、接続部６０ａ，９０ａを除いて、圧電素子３００を構成する各層及びリード電極９０の表面を覆うようにしているので、これらの層と保護膜１００との間から水分が侵入した場合でも、圧電体層７０まで水分が達するのを防ぐことができ、圧電体層７０の水分に起因する破壊をより確実に防止することができる。   Since the protective film 100 made of such an inorganic insulating material has a very low moisture permeability even in a thin film, the protective film 100 covers at least the surfaces of the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80 with the protective film 100. In addition, it is possible to prevent the piezoelectric layer 70 from being damaged due to moisture (humidity). Further, in the present embodiment, since the surfaces of the layers constituting the piezoelectric element 300 and the lead electrode 90 are covered except for the connection portions 60a and 90a, moisture is absorbed from between these layers and the protective film 100. Even when it penetrates, it is possible to prevent moisture from reaching the piezoelectric layer 70 and to more reliably prevent breakage of the piezoelectric layer 70 due to moisture.

また、この保護膜１００は、詳しくは後述するが、流路形成基板１０上に無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層を形成する成膜工程と、この無機絶縁材料層の表面を洗浄して成膜工程で付着した異物を除去する洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって形成されている。これにより、保護膜１００を形成する際に、例えば、ピンホール等の形成不良の発生を防止することができる。したがって、耐湿性の高い保護膜１００を形成することができる。   Further, as will be described later in detail, the protective film 100 is formed by applying an inorganic insulating material on the flow path forming substrate 10 to form an inorganic insulating material layer, and cleaning the surface of the inorganic insulating material layer. In this way, the cleaning process for removing the foreign matter attached in the film forming process is alternately repeated a plurality of times. Thereby, when forming the protective film 100, it is possible to prevent, for example, formation defects such as pinholes. Therefore, the protective film 100 with high moisture resistance can be formed.

なお、保護膜１００の材料は、無機絶縁材料であれば特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等が挙げられるが、特に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。保護膜１００の材料として、酸化アルミニウムを用いた場合、保護膜１００の厚さが１００ｎｍ以下と比較的薄く形成されていても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができるからである。 The material of the protective film 100 is not particularly limited as long as it is an inorganic insulating material. Examples thereof include aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ). It is preferable to use (Al 2 O 3 ). When aluminum oxide is used as the material of the protective film 100, moisture permeation in a high humidity environment can be sufficiently prevented even if the protective film 100 is formed as thin as 100 nm or less. is there.

また、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１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。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１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３１は、密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。   Further, a protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 capable of securing a space that does not hinder the movement of the region facing the piezoelectric element 300 is bonded to the surface of the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side. It is joined via the agent 35. Since the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding part 31, it is protected in a state hardly affected by the external environment. The piezoelectric element holding part 31 may be sealed or may not be sealed.

また保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部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、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられており、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３３を構成している。   The protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 in a region corresponding to the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, the reservoir portion 32 is provided along the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged so as to penetrate the protective substrate 30 in the thickness direction, and as described above, the communication portion of the flow path forming substrate 10. The reservoir 33 is connected to the pressure generation chamber 12 and serves as an ink chamber common to the pressure generation chambers 12.

さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３４が設けられ、この貫通孔３４内に上述した下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａが露出されている。そして、これら下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに、保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ２００から延設される接続配線２１０の一端が接続されている。そして、この接続配線２１０が延設された貫通孔３４には、有機絶縁材料、例えば、本実施形態では、ポッティング材である封止材２２０が充填されており、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａと接続配線２１０とは、この封止材２２０によって完全に覆われている。   Furthermore, a through hole 34 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction is provided in a region between the piezoelectric element holding portion 31 and the reservoir portion 32 of the protective substrate 30, and the above-described lower electrode is provided in the through hole 34. The connection portion 60a of the film 60 and the connection portion 90a of the lead electrode 90 are exposed. One end of a connection wiring 210 extending from the drive IC 200 mounted on the protective substrate 30 is connected to the connection portion 60 a of the lower electrode film 60 and the connection portion 90 a of the lead electrode 90. The through hole 34 in which the connection wiring 210 is extended is filled with an organic insulating material, for example, a sealing material 220 as a potting material in the present embodiment, and the connection portion 60a of the lower electrode film 60 is filled. The connecting portion 90 a of the lead electrode 90 and the connection wiring 210 are completely covered with the sealing material 220.

なお、保護基板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より好ましく、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。   In addition, examples of the material of the protective substrate 30 include glass, ceramic material, metal, resin, and the like, but it is more preferable that the material is substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, the silicon single crystal substrate made of the same material as the flow path forming substrate 10 is used.

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。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３３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３３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。   A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm). Yes. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 33 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 33 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

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３３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ＩＣ２００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、弾性膜５０、絶縁体膜５５、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。   In such an ink jet recording head of this embodiment, after taking ink from an external ink supply means (not shown) and filling the interior from the reservoir 33 to the nozzle opening 21, the pressure is applied according to the recording signal from the drive IC 200. By applying a voltage between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the generation chamber 12, the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are bent and deformed. The pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

ここで、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４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハからなり複数の流路形成基板１０が一体的に形成され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５２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、膜厚が約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。   Here, a method of manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 4 to 7 are cross-sectional views of the pressure generation chamber 12 in the longitudinal direction. First, as shown in FIG. 4A, a flow path forming substrate wafer 110 made of a silicon wafer and integrally formed with a plurality of flow path forming substrates 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. A silicon dioxide film 52 constituting the elastic film 50 is formed on the surface. In this embodiment, a silicon wafer having a relatively thick film thickness of about 625 μm and a high rigidity is used as the flow path forming substrate wafer 110.

次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）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（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５とする。 Next, as shown in FIG. 4B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 52). Specifically, after a zirconium (Zr) layer is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 52) by, for example, sputtering, the zirconium layer is thermally oxidized in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C., for example. Thus, the insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) is obtained.

次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５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４（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウム等からなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。その後、図５（ａ）に示すように、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。   Next, as shown in FIG. 4C, for example, after the lower electrode film 60 is formed by laminating platinum and iridium on the insulator film 55, the lower electrode film 60 is patterned into a predetermined shape. Next, as shown in FIG. 4D, for example, a piezoelectric layer 70 made of a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) and an upper electrode film 80 made of, for example, iridium are formed. It is formed on the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110. Thereafter, as shown in FIG. 5A, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are patterned in a region facing each pressure generating chamber 12 to form the piezoelectric element 300.

なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料の他に、例えば、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を用いることもできる。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、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。 In addition to the ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), for example, niobium, nickel, magnesium, bismuth or yttrium may be used as the material of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300. It is also possible to use a relaxor ferroelectric or the like to which a metal such as is added. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics, application, etc. of the piezoelectric element 300. For example, PbTiO 3 (PT), PbZrO 3 (PZ), Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (PZT) ), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PZN-PT), Pb (Ni 1 ) / 3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PNN-PT), Pb (In 1/2 Nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PIN-PT), Pb (Sc 1/3 Ta 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 (PST-PT), Pb (Sc 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 (PSN-PT), BiScO 3 —PbTiO 3 (BS-PT), BiYbO 3 —PbTiO 3 (BY PT), and the like.

次に、図５（ｂ）に示すように、各圧電素子３００の上電極膜８０から引き出されるリード電極９０を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９１を形成し、この金属層９１を、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介してエッチングすることにより、圧電素子３００毎にパターニングする。なお、リード電極９０を構成する金属層９１の下側には、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）からなる密着層を形成するようにしてもよい。   Next, as shown in FIG. 5B, lead electrodes 90 drawn from the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300 are formed. Specifically, a metal layer 91 made of, for example, gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, and this metal layer 91 is made of a mask pattern (for example, made of resist or the like). The patterning is performed for each piezoelectric element 300. Note that an adhesion layer made of, for example, titanium tungsten (TiW) may be formed below the metal layer 91 constituting the lead electrode 90.

次に、図５（ｃ）に示すように、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる保護膜１００を形成すると共に所定形状にパターニングする。以下に説明するように、本発明では、流路形成基板用ウェハ１１０上に無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層１０１を形成する成膜工程と、この無機絶縁材料層１０１の表面を洗浄して成膜工程で付着した異物１０５を除去する洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって保護膜１００を形成している。 Next, as shown in FIG. 5C, for example, a protective film 100 made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed and patterned into a predetermined shape. As described below, in the present invention, a film forming process for forming an inorganic insulating material layer 101 by applying an inorganic insulating material on the flow path forming substrate wafer 110, and cleaning the surface of the inorganic insulating material layer 101. Then, the protective film 100 is formed by alternately repeating a cleaning process for removing the foreign matter 105 attached in the film forming process a plurality of times.

具体的には、まず、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に無機絶縁材料である酸化アルミニウムを塗布し、無機絶縁材料層１０１（１０１ａ）を所定の厚さ、例えば、本実施形態では２５ｎｍ程度の厚さに形成する。この無機絶縁材料層１０１の形成方法は特に限定されないが、例えば、ＣＶＤ法を採用することで、比較的容易に良好な膜質を有する無機絶縁材料層１０１を形成することができる。   Specifically, first, as shown in FIG. 6A, aluminum oxide, which is an inorganic insulating material, is applied to the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, so that the inorganic insulating material layer 101 (101a) has a predetermined thickness. For example, in this embodiment, it is formed to a thickness of about 25 nm. A method for forming the inorganic insulating material layer 101 is not particularly limited. For example, by employing a CVD method, the inorganic insulating material layer 101 having a good film quality can be formed relatively easily.

ここで、無機絶縁材料層１０１を形成する際、流路形基板用ウェハ１１０の表面にはどうしても、例えば、塵埃等の異物１０５が付着してしまう。例えば、クリーンルーム等で無機絶縁材料層１０１を形成することで、このような異物の付着はある程度防止することはできるが、完全に防止するのは難しい。なお、無機絶縁材料層１０１の膜厚が２５ｎｍ程度であるのに対し、異物１０５の直径は、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度と極めて大きい。   Here, when the inorganic insulating material layer 101 is formed, for example, foreign matter 105 such as dust adheres to the surface of the flow path substrate wafer 110. For example, by forming the inorganic insulating material layer 101 in a clean room or the like, such adhesion of foreign matter can be prevented to some extent, but it is difficult to prevent it completely. The thickness of the inorganic insulating material layer 101 is about 25 nm, whereas the diameter of the foreign material 105 is extremely large, for example, about several μm to several tens of μm.

そこで、本発明の製造方法では、成膜工程の後に、洗浄工程を実施して、このような異物１０５を除去している。本実施形態では、無機絶縁材料層１０１ａの表面を、所定の洗浄液によって洗浄し、これにより無機絶縁材料層１０１ａを形成する際に付着した異物１０５ａを除去する（図６（ｂ））。なお、無機絶縁材料層１０１ａの異物１０５ａが除去された部分には、無機絶縁材料層１０１ａを実質的に貫通する貫通部１０２ａが形成されることになる。   Therefore, in the manufacturing method of the present invention, a cleaning process is performed after the film forming process to remove such foreign matter 105. In this embodiment, the surface of the inorganic insulating material layer 101a is cleaned with a predetermined cleaning liquid, thereby removing the foreign matter 105a attached when the inorganic insulating material layer 101a is formed (FIG. 6B). Note that a penetrating portion 102a that substantially penetrates the inorganic insulating material layer 101a is formed in the portion of the inorganic insulating material layer 101a from which the foreign matter 105a has been removed.

このような洗浄工程で用いる洗浄液は、特に限定されないが、例えば、純水を用いることが好ましい。または、純水に例えばＣＯ２のガスを混入させたものを用いて洗浄するとより異物を除去しやすくなる。具体的には、一方のノズルから純水を吐出させ、また一方のノズルからガスを噴射させて、純水にガスが混入した状態の水を作り出し、この水を無機絶縁材料層１０１ａの表面に吹き付けると、水は細かな水滴となる。その結果、無機絶縁材料層１０１ａの表面への衝撃が強まり、より異物が除去しやすくなる。また、洗浄液を無機絶縁材料層１０１ａの表面に吹き付ける際、この洗浄液に、例えば、１ＭＨｚ程度の超音波振動を付与するようにしてもよい。これにより、無機絶縁材料層１０１ａ表面の異物１０５ａを確実に除去することができる。 The cleaning liquid used in such a cleaning process is not particularly limited, but for example, pure water is preferably used. Alternatively, cleaning with a pure water mixed with, for example, CO 2 gas makes it easier to remove foreign matters. Specifically, pure water is discharged from one nozzle and gas is jetted from one nozzle to create water in which gas is mixed into pure water, and this water is applied to the surface of the inorganic insulating material layer 101a. When sprayed, the water becomes fine droplets. As a result, the impact on the surface of the inorganic insulating material layer 101a is strengthened, and foreign matters are more easily removed. Further, when the cleaning liquid is sprayed on the surface of the inorganic insulating material layer 101a, ultrasonic vibration of about 1 MHz may be applied to the cleaning liquid, for example. Thereby, the foreign material 105a on the surface of the inorganic insulating material layer 101a can be reliably removed.

また、洗浄工程における洗浄方法は、洗浄液を用いた洗浄に限定されず、例えば、ブラシによって無機絶縁材料層１０１の表面を洗浄する、いわゆるスクラブ洗浄であってもよい。勿論、このような洗浄方法であっても、異物１０５を確実に除去することができる。ただし、ブラシを用いる場合、無機絶縁材料層１０１の表面を傷つけないように、例えば、ブラシの材質、洗浄時の各種条件等を考慮する必要がある。   Further, the cleaning method in the cleaning process is not limited to cleaning using a cleaning liquid, and may be, for example, so-called scrub cleaning in which the surface of the inorganic insulating material layer 101 is cleaned with a brush. Of course, even with such a cleaning method, the foreign matter 105 can be reliably removed. However, when using a brush, it is necessary to consider, for example, the material of the brush and various conditions during cleaning so as not to damage the surface of the inorganic insulating material layer 101.

次に、図６（ｃ）に示すように、無機絶縁材料層１０１ａ上に、再び、無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層１０１ｂを約２５ｎｍ程度の厚さで形成する。このとき、無機絶縁材料層１０１ａの貫通部１０２ａは、無機絶縁材料層１０１ｂによって塞がれる。次いで、この無機絶縁材料層１０１ｂの表面を、上述したように、例えば、洗浄液によって洗浄することにより、無機絶縁材料層１０１ｂを形成する際に付着した異物１０５ｂを除去する（図６（ｄ））。なお、無機絶縁材料層１０１ｂの異物１０５ｂが除去された部分には、無機絶縁材料層１０１ａの場合と同様に貫通部１０２ｂが形成されるが、この貫通部１０２ｂは無機絶縁材料層１０１ｂのみを実質的に貫通しているに過ぎない。   Next, as shown in FIG. 6C, the inorganic insulating material is applied again on the inorganic insulating material layer 101a to form the inorganic insulating material layer 101b with a thickness of about 25 nm. At this time, the through portion 102a of the inorganic insulating material layer 101a is closed by the inorganic insulating material layer 101b. Next, as described above, the surface of the inorganic insulating material layer 101b is washed with, for example, a cleaning liquid, thereby removing the foreign matter 105b attached when the inorganic insulating material layer 101b is formed (FIG. 6D). . Note that a through portion 102b is formed in the portion of the inorganic insulating material layer 101b from which the foreign matter 105b has been removed, as in the case of the inorganic insulating material layer 101a. It is only penetrating through.

そして、このような成膜工程と洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって、複数層の無機絶縁材料層１０１を積層して所定の厚さの保護膜１００を形成する（図５（ｃ））。例えば、本実施形態では、４層の無機絶縁材料層１０１を積層することによって厚さが約１００ｎｍの保護膜１００を形成した。   Then, the protective film 100 having a predetermined thickness is formed by laminating a plurality of inorganic insulating material layers 101 by alternately repeating the film forming process and the cleaning process a plurality of times (FIG. 5C). ). For example, in this embodiment, the protective film 100 having a thickness of about 100 nm is formed by stacking four layers of the inorganic insulating material layer 101.

このように成膜工程と洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことで、極めて耐湿性の高い保護膜１００を形成することができる。具体的には、保護膜中に異物が残っている場合や、保護膜に貫通孔（ピンホール）が形成されている場合には、その部分から水分が侵入して圧電素子が破壊される虞がある。しかしながら、本発明の製造方法によれば、保護膜１００中に異物１０５が存在することはなく、また保護膜１００にピンホールが形成されることもない。   Thus, the protective film 100 having extremely high moisture resistance can be formed by alternately repeating the film forming process and the cleaning process a plurality of times. Specifically, when foreign matter remains in the protective film or when a through hole (pinhole) is formed in the protective film, moisture may enter from the portion and the piezoelectric element may be destroyed. There is. However, according to the manufacturing method of the present invention, the foreign material 105 does not exist in the protective film 100, and no pinhole is formed in the protective film 100.

ここで、上述したように、各無機絶縁材料層１０１には、異物１０５を除去した部分に、無機絶縁材料層１０１を実質的に貫通する貫通孔１０２が形成されることはある。しかしながら、無機絶縁材料層１０１を複数層積層することで各貫通孔１０２は塞がれるため、保護膜１００に貫通孔（ピンホール）が形成される可能性は極めて小さい。   Here, as described above, in each inorganic insulating material layer 101, a through hole 102 that substantially penetrates the inorganic insulating material layer 101 may be formed in a portion where the foreign matter 105 is removed. However, by laminating a plurality of inorganic insulating material layers 101, each through hole 102 is blocked, and therefore, the possibility that a through hole (pin hole) is formed in the protective film 100 is extremely small.

したがって、極めて耐湿性の高い保護膜１００を形成することができ、圧電素子３００の水分に起因する破壊を確実に防止して圧電素子の耐久性を大幅に向上することができる。   Therefore, it is possible to form the protective film 100 having extremely high moisture resistance, and it is possible to surely prevent the damage due to moisture of the piezoelectric element 300 and to greatly improve the durability of the piezoelectric element.

また、耐湿性が向上することで、保護膜１００の厚さを１００ｎｍ程度と比較的薄くしても圧電素子３００の水分に起因する破壊を防止することができ、これにより圧電素子３００の変位の低下も小さく抑えることもできる。なお、本実施形態では、保護膜１００の厚さを１００ｎｍ程度に形成するようにしたが、例えば、保護膜１００の厚さを４０ｎｍ程度とした場合でも、圧電素子３００の水分に起因する破壊を防止することはできる。   Further, by improving the moisture resistance, even if the thickness of the protective film 100 is relatively thin, such as about 100 nm, it is possible to prevent breakage due to moisture of the piezoelectric element 300, thereby preventing the displacement of the piezoelectric element 300. The decrease can also be kept small. In the present embodiment, the protective film 100 is formed to have a thickness of about 100 nm. However, for example, even when the protective film 100 has a thickness of about 40 nm, the piezoelectric element 300 is destroyed due to moisture. It can be prevented.

そして、このように流路形成基板用ウェハ１１０の全面に保護膜１００を形成した後は、図７（ａ）に示すように、この保護膜１００を所定形状にパターニングする。すなわち、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに対向する領域の保護膜１００を除去する。なお、本実施形態では、接続部６０ａ，９０ａに対向する領域と共に、圧電素子３００を構成する各層及びリード電極９０のパターン領域以外も除去するようにしている。勿論、保護膜１００は、接続部６０ａ，９０ａに対向する領域のみが除去されていてもよい。何れにしても、保護膜１００は、少なくとも圧電素子３００を構成する各層を覆うように形成されていればよい。また、保護膜１００の除去方法は、特に限定されないが、例えば、イオンミリング等のドライエッチングを用いることが好ましい。これにより、保護膜１００を選択的に良好に除去することができる。   After the protective film 100 is formed on the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110 as described above, the protective film 100 is patterned into a predetermined shape as shown in FIG. That is, the protective film 100 in the region facing the connection portion 60a of the lower electrode film 60 and the connection portion 90a of the lead electrode 90 is removed. In the present embodiment, the layers other than the layers constituting the piezoelectric element 300 and the pattern region of the lead electrode 90 are removed together with the regions facing the connection portions 60a and 90a. Of course, the protective film 100 may be removed only in a region facing the connection portions 60a and 90a. In any case, the protective film 100 may be formed so as to cover at least each layer constituting the piezoelectric element 300. The method for removing the protective film 100 is not particularly limited, but for example, dry etching such as ion milling is preferably used. Thereby, the protective film 100 can be selectively removed favorably.

次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、複数の保護基板３０が一体的に形成される保護基板用ウェハ１３０を接着剤３５によって接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０には、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、保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコンウェハであり、保護基板用ウェハ１３０を接合することで流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。   Next, as shown in FIG. 7B, a protective substrate wafer 130 in which a plurality of protective substrates 30 are integrally formed is bonded to the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110 by an adhesive 35. . The protective substrate wafer 130 is previously formed with a piezoelectric element holding portion 31, a reservoir portion 32, and the like. Further, the protective substrate wafer 130 is a silicon wafer having a thickness of about 400 μm, for example, and the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is significantly improved by bonding the protective substrate wafer 130.

次いで、図７（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、更に弗化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。   Next, as shown in FIG. 7C, after the flow path forming substrate wafer 110 is polished to a certain thickness, it is further wet-etched with fluorinated nitric acid. Make it thick. For example, in this embodiment, the flow path forming substrate wafer 110 is processed to have a thickness of about 70 μm by polishing and wet etching.

次いで、図７（ｄ）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）からなる絶縁膜５１を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、この絶縁膜５１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、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。   Next, as shown in FIG. 7D, an insulating film 51 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) through the insulating film 51, and the pressure generating chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, etc. Form.

なお、その後は、保護基板用ウェハ１３０上に駆動ＩＣ２００を実装すると共に、駆動ＩＣ２００とリード電極９０とを駆動配線２１０によって接続する。さらに、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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の保護基板用ウェハ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、保護基板用ウェハ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。これにより、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。   After that, the drive IC 200 is mounted on the protective substrate wafer 130, and the drive IC 200 and the lead electrode 90 are connected by the drive wiring 210. Furthermore, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. The flow path forming substrate wafer 110 and the like are divided into a single chip size flow path forming substrate 10 as shown in FIG. Thereby, the ink jet recording head having the above-described structure is manufactured.

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、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、無機絶縁材料層１０１を４層積層することによって保護膜１００を形成するようにしたが、無機絶縁材料層１０１の積層は、２層以上であればよく、例えば、３層であってもよいし、５層以上であってもよい。 (Other embodiments)
As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the embodiment described above, the protective film 100 is formed by laminating four layers of the inorganic insulating material layer 101. However, the inorganic insulating material layer 101 may be laminated in two or more layers. Three layers may be sufficient and five layers or more may be sufficient.

また、例えば、上述した実施形態では、圧電素子３００が保護基板３０の圧電素子保持部３１内に形成されているが、これに限定されず、勿論、圧電素子３００は露出されていてもよい。この場合でも、圧電素子３００及びリード電極９０の表面は、無機絶縁材料からなる保護膜１００によって覆われているため、水分（湿気）に起因する圧電体層７０の破壊は、確実に防止される。さらに、上述した実施形態では、連通部１３近傍まで延設された下電極膜６０の先端部が接続配線２１０との接続部６０ａとなっているが、例えば、上電極膜８０の場合と同様に、下電極膜６０からもリード電極を引き出し、その先端部を接続配線２１０との接続部としてもよい。   Further, for example, in the above-described embodiment, the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding portion 31 of the protective substrate 30. However, the present invention is not limited to this, and the piezoelectric element 300 may be exposed. Even in this case, since the surfaces of the piezoelectric element 300 and the lead electrode 90 are covered with the protective film 100 made of an inorganic insulating material, the destruction of the piezoelectric layer 70 due to moisture (humidity) is reliably prevented. . Furthermore, in the above-described embodiment, the tip portion of the lower electrode film 60 extended to the vicinity of the communication portion 13 is the connection portion 60a with the connection wiring 210. For example, as in the case of the upper electrode film 80 The lead electrode may also be drawn out from the lower electrode film 60, and the tip thereof may be used as a connection portion with the connection wiring 210.

なお、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図８に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。   The ink jet recording head according to the above-described embodiment constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 8 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 8, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted. Is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively. The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is conveyed on the platen 8. It is like that.

また、上述した実施形態においては、本発明の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説明したが、液体噴射ヘッド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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの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もの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。   In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head of the present invention. However, the basic configuration of the liquid ejecting head is not limited to the above-described configuration. The present invention covers a wide range of liquid ejecting heads, and can naturally be applied to those ejecting liquids other than ink. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (surface emitting displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの要部を示す平面図。FIG. 3 is a plan view illustrating a main part of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 一実施形態に係る記録装置の概略図。1 is a schematic diagram of a recording apparatus according to an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部３１ リザーバ部、 ３３ リザーバ、 ３４ 貫通孔、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体膜、 ８０ 上電極膜、 １００ 保護膜、 １０１ 無機絶縁材料層、 １０２ 貫通部 、 ２００ 駆動ＩＣ、 ２１０ 接続配線、 ２２０ 封止材、 ３００ 圧電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board | substrate, 31 Piezoelectric element holding | maintenance part 31 Reservoir part, 33 Reservoir, 34 Through-hole, 40 Compliance board | substrate, 50 Elastic film, 55 Insulator Film, 60 lower electrode film, 70 piezoelectric film, 80 upper electrode film, 100 protective film, 101 inorganic insulating material layer, 102 through portion, 200 driving IC, 210 connection wiring, 220 sealing material, 300 piezoelectric element

Claims (10)

液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室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からなる圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、少なくとも前記圧電素子に対向する領域に無機絶縁材料からなる保護膜を形成する保護膜形成工程とを具備し、
前記保護膜形成工程では、前記流路形成基板の表面に無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層を形成する成膜工程と当該無機絶縁材料層の表面を洗浄して前記成膜工程で付着した異物を除去する洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって前記保護膜を所定の厚さ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。 Piezoelectric element for forming a piezoelectric element composed of a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode via a vibration plate on one side of a flow path forming substrate in which pressure generating chambers communicating with nozzle openings for discharging liquid droplets are formed A forming step, and a protective film forming step of forming a protective film made of an inorganic insulating material at least in a region facing the piezoelectric element,
In the protective film forming step, an inorganic insulating material is applied to the surface of the flow path forming substrate to form an inorganic insulating material layer, and the surface of the inorganic insulating material layer is washed and adhered in the film forming step. A method of manufacturing a liquid ejecting head, wherein the protective film is formed to a predetermined thickness by alternately repeating a cleaning step for removing the foreign matter performed a plurality of times. 請求項１において、前記保護膜形成工程では、前記無機絶縁材料層を４層以上積層することによって前記保護膜を所定の厚さ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。 2. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein in the protective film forming step, the protective film is formed to have a predetermined thickness by stacking four or more inorganic insulating material layers. 請求項１又は２において、積層した前記保護膜の厚さを、１００ｎｍ以下とすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 3. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the thickness of the laminated protective film is 100 nm or less. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記無機絶縁材料が酸化アルミニウムであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the inorganic insulating material is aluminum oxide. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記無機絶縁材料層をＣＶＤ法によって形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 5. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the inorganic insulating material layer is formed by a CVD method. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記洗浄工程では、前記無機絶縁材料層の表面を所定の洗浄液で洗浄することにより前記異物を除去することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 6. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein, in the cleaning step, the foreign matter is removed by cleaning a surface of the inorganic insulating material layer with a predetermined cleaning liquid. 請求項６において、前記洗浄液には超音波振動が付与されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 6, wherein ultrasonic vibration is applied to the cleaning liquid. 請求項６又は７において、前記洗浄液が、純水又は所定のガスを含んだ水であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 8. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 6, wherein the cleaning liquid is pure water or water containing a predetermined gas. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記洗浄工程では、前記無機絶縁材料層の表面を所定のブラシでスクラブ洗浄することにより前記異物を除去することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 6. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein in the cleaning step, the foreign matter is removed by scrub cleaning the surface of the inorganic insulating material layer with a predetermined brush. 請求項１〜９の何れかの製造方法によって形成されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
A liquid jet head formed by the manufacturing method according to claim 1.
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