JP2006142717A - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】異物によるノズル詰まり等の吐出不良を確実に防止する液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】流路形成基板110の一方面側に圧電素子300と露出部152を形成する工程と、流路形成基板110の表面に配線層190を形成して露出部152を封止すると共にリード電極90を形成する工程と、リザーバ形成基板130を流路形成基板110の一方面側に接合する工程と、流路形成基板110を他方面側からエッチングして圧力発生室12及び連通部13を形成する工程と、圧力発生室12及び連通部13の内面に耐液体性を有する保護膜15を連続して形成する工程と、保護膜15を所定の液体中に所定時間浸漬させることにより配線層190に対向する領域の保護膜15を配線層190から剥離させると共に配線層190上から保護膜15を除去する工程と、配線層190を除去してリザーバ部31と連通部13とを連通させる工程とを具備する。
【選択図】図7
【解決手段】流路形成基板110の一方面側に圧電素子300と露出部152を形成する工程と、流路形成基板110の表面に配線層190を形成して露出部152を封止すると共にリード電極90を形成する工程と、リザーバ形成基板130を流路形成基板110の一方面側に接合する工程と、流路形成基板110を他方面側からエッチングして圧力発生室12及び連通部13を形成する工程と、圧力発生室12及び連通部13の内面に耐液体性を有する保護膜15を連続して形成する工程と、保護膜15を所定の液体中に所定時間浸漬させることにより配線層190に対向する領域の保護膜15を配線層190から剥離させると共に配線層190上から保護膜15を除去する工程と、配線層190を除去してリザーバ部31と連通部13とを連通させる工程とを具備する。
【選択図】図7
Description
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合され連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを具備し、振動板とこの振動板上に設けられた積層膜とを貫通する貫通部を介してリザーバ部と連通部とを連通させてリザーバを形成したものがある(例えば、特許文献1参照)。具体的には、振動板及び積層膜の連通部(リザーバ部)に対向する部分を機械的に打ち抜いて貫通部を形成してリザーバ部と連通部とを連通させている。
しかしながら、このように機械的な加工で貫通部を形成すると、加工カス等の異物が生じ、圧力発生室などの流路内にこの異物が入り込み、吐出不良等の原因となるという問題がある。なお、貫通部を形成後、例えば、洗浄等を行うことで、加工カス等の異物はある程度除去することはできるが完全に除去するのは難しい。また、貫通部を機械的に加工すると、貫通部の周囲に亀裂等が発生し、この亀裂が生じることによっても吐出不良が発生するという問題がある。すなわち、亀裂が発生した状態でインクを充填してノズル開口から吐出させると、亀裂部分から破片が脱落し、この破片がノズル開口に詰まり吐出不良が発生するという問題がある。
上述した特許文献1には、このような問題を解決するために、樹脂材料からなる被覆膜によって積層膜を固定して異物の発生を防止した構造が開示されている。この構造を採用することで、異物の発生はある程度抑えられるかもしれないが、異物による吐出不良を完全に防止することは難しい。
また、このように形成されたリザーバ等の流路内には、流路形成基板等がインクによって浸食されるのを防止するために、耐インク性を有する材料からなる保護膜が形成されているものがある(例えば、特許文献2参照)。このような構成では、保護膜によって流路形成基板等のインクによる浸食は防止できるものの、保護膜の密着性が低い場合、保護膜が剥がれ落ちてノズル詰まり等の吐出不良が生じる虞がある。例えば、上述した被覆膜を設けた構造においてこのような保護膜を形成した場合、樹脂材料からなる被覆膜上にも保護膜が形成されることになる。そして、保護膜は樹脂材料に対する密着性が良くないため、この被覆膜上に形成された保護膜は剥がれ落ちやすく、剥がれ落ちた保護膜によってノズル詰まり等の吐出不良が発生してしまうという問題がある。
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけでなく、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても同様に存在する。
本発明は、このような事情に鑑み、異物によるノズル詰まり等の吐出不良を確実に防止することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して前記流路形成基板の表面を露出させた露出部を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の表面に配線層を形成して前記露出部を封止すると共に前記圧電素子に対応する領域の前記配線層をパターニングして前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成する工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する工程と、前記流路形成基板を他方面側から前記振動板及び前記露出部内の前記配線層が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程と、前記圧力発生室及び前記連通部の内面に耐液体性を有する材料からなる保護膜を連続して形成する工程と、少なくとも前記保護膜を水又は水系の溶液である所定の液体中に所定時間浸漬させることにより前記配線層に対向する領域の前記保護膜を当該配線層から剥離させると共に前記配線層に対向する領域の前記保護膜を除去する工程と、前記連通部側からエッチングすることにより前記配線層を除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第1の態様では、リザーバ部と連通部とを連通させる際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。また、リザーバ部と連通部とを連通する際に、保護膜が配線層のエッチングの邪魔をすることがなく、配線層を確実に除去してリザーバ部と連通部とを連通させることができる。さらに、保護膜が、リザーバ形成基板の外面に設けられた配線上などの余分な領域に形成されることがないため、保護膜が脱落してノズル詰まり等の吐出不良が生じるのを防止することができると共に、リザーバ形成基板上に駆動IC等を確実に実装することができる。また、流路形成基板をエッチングする際のエッチング液がリザーバ形成基板側に回り込むのを防止でき、エッチング液によるリザーバ形成基板の損傷等も防止できる。
かかる第1の態様では、リザーバ部と連通部とを連通させる際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。また、リザーバ部と連通部とを連通する際に、保護膜が配線層のエッチングの邪魔をすることがなく、配線層を確実に除去してリザーバ部と連通部とを連通させることができる。さらに、保護膜が、リザーバ形成基板の外面に設けられた配線上などの余分な領域に形成されることがないため、保護膜が脱落してノズル詰まり等の吐出不良が生じるのを防止することができると共に、リザーバ形成基板上に駆動IC等を確実に実装することができる。また、流路形成基板をエッチングする際のエッチング液がリザーバ形成基板側に回り込むのを防止でき、エッチング液によるリザーバ形成基板の損傷等も防止できる。
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記保護膜を剥離させる工程では、前記保護膜を15時間以上所定の液体中に浸漬させ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、保護膜を配線層から確実に剥離させることができるため、配線層上の保護膜を容易に除去することができる。
かかる第2の態様では、保護膜を配線層から確実に剥離させることができるため、配線層上の保護膜を容易に除去することができる。
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記液体の温度が70℃以上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3の態様では、保護膜を配線層からより確実に剥離させることができる。
かかる第3の態様では、保護膜を配線層からより確実に剥離させることができる。
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記保護膜の表面に所定の気体を吹き付けることによって当該配線層に対向する領域の前記保護膜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4の態様では、配線層から剥離された保護膜のみを、容易且つ確実に除去することができる。
かかる第4の態様では、配線層から剥離された保護膜のみを、容易且つ確実に除去することができる。
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、前記配線層が密着層と当該密着層を介して形成された金属層とで構成され、前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出された前記密着層を除去して前記金属層を露出させる工程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。
かかる第5の態様では、配線層を構成する金属層上に保護膜が形成されることで、保護膜の配線層からの剥離が容易となる。
かかる第5の態様では、配線層を構成する金属層上に保護膜が形成されることで、保護膜の配線層からの剥離が容易となる。
本発明の第6の態様は、第5の態様において、前記金属層が、金(Au)からなると共に、前記密着層が、チタンタングステン(TiW)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。
かかる第6の態様では、金属層が流路形成基板上に良好に密着する。これにより、リード電極を良好に形成することができると共に、貫通部を確実に封止することができる。
かかる第6の態様では、金属層が流路形成基板上に良好に密着する。これにより、リード電極を良好に形成することができると共に、貫通部を確実に封止することができる。
本発明の第7の態様は、第1〜6の何れかの態様において、前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出された前記配線層の表面をライトエッチングする工程をさらに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。
かかる第7の態様では、配線層と保護膜との密着性が低下するため、配線層から保護膜を剥離させ易くなる。
かかる第7の態様では、配線層と保護膜との密着性が低下するため、配線層から保護膜を剥離させ易くなる。
本発明の第8の態様は、第1〜7の何れかの態様において、前記保護膜の材料として、酸化物又は窒化物を用いたことを特徴とする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、圧力発生室、連通部等の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防止することができる。
かかる第8の態様では、圧力発生室、連通部等の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防止することができる。
本発明の第9の態様は、第8の態様において、前記保護膜の材料として、酸化タンタルを用いたことを特徴とする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、圧力発生室、連通部等の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防止することができる。
かかる第9の態様では、圧力発生室、連通部等の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防止することができる。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。
流路形成基板10には、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、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。連通部13は、後述するリザーバ形成基板30のリザーバ部31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100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。
ここで、流路形成基板10の圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14の内壁表面には、耐インク性を有する材料、例えば、五酸化タンタル(Ta2O5)等の酸化タンタルからなる保護膜15が、約50nmの厚さで設けられている。なお、ここで言う耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。また、本実施形態では、流路形成基板10の圧力発生室12等が開口する側の表面、すなわち、ノズルプレート20が接合される接合面にも保護膜15が設けられている。勿論、このような領域には、インクが実質的に接触しないため、保護膜15は設けられていなくてもよい。
なお、このような保護膜15の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインクのpH値によっては、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO2)、ニッケル(Ni)及びクロム(Cr)等を用いてもよい。
流路形成基板10の保護膜15が形成された面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、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ステンレス鋼などからなる。
一方、このような流路形成基板10のノズルプレート20とは反対側の面には、上述したように、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜51が形成されている。さらに、この絶縁体膜51上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。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。
また、このような各圧電素子300の上電極膜80には、リード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。また、詳しくは後述するが、このリード電極90は、配線層190をパターニングすることによって形成されている。そして、連通部13の開口周縁部に対応する領域の絶縁体膜51上には、このリード電極90と同一の層である配線層190が存在している。なお、この配線層190は、本実施形態では、密着層91と金属層92とで構成されている。
さらに、流路形成基板10の圧電素子300側の面には、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部31を有するリザーバ形成基板30が接合されている。本実施形態では、流路形成基板10とリザーバ形成基板30とを接着剤35を用いて接合した。リザーバ形成基板30のリザーバ部31は、弾性膜50及び絶縁体膜51に設けられた貫通孔52を介して連通部13と連通され、これらリザーバ部31及び連通部13によってリザーバ100が形成されている。
また、リザーバ形成基板30の圧電素子300に対向する領域には、圧電素子保持部32が設けられている。圧電素子300は、この圧電素子保持部32内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部32は、密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。このようなリザーバ形成基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、リザーバ形成基板30上には、所定パターンで形成された接続配線200が設けられ、この接続配線200上には圧電素子300を駆動するための駆動IC210が実装されている。そして、各圧電素子300から圧電素子保持部32の外側まで引き出された各リード電極90の先端部と、駆動IC210とが駆動配線220を介して電気的に接続されている。
さらに、リザーバ形成基板30のリザーバ部31に対応する領域上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが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31の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが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となっているため、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動IC210からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、圧電素子300及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインクが吐出する。
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図3〜図7を参照して説明する。なお、図3〜図7は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
まず、図3(a)に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜53を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、厚さが約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
次に、図3(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜53)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜51を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜53)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜51を形成する。
次いで、図3(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜51上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。次に、図4(a)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる上電極膜80とを流路形成基板用ウェハ110の全面に形成し、これら圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。また、圧電素子300を形成後に、絶縁体膜51及び弾性膜50をパターニングして、流路形成基板用ウェハ110の連通部(図示なし)が形成される領域に、これら絶縁体膜51及び弾性膜50を貫通して流路形成基板用ウェハ110の表面を露出させた露出部152を形成する。
なお、圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子300の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、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(Sc1/2Ta1/2)O3−PbTiO3(PST−PT)、Pb(Sc1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PSN−PT)、BiScO3−PbTiO3(BS−PT)、BiYbO3−PbTiO3(BY−PT)等が挙げられる。
また、圧電体層70の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。
次に、図4(b)に示すように、リード電極90を形成する。具体的には、まず流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って密着層91を介して金属層92を形成し、密着層91と金属層92とからなる配線層190を形成する。このとき、配線層190は、露出部152内の流路形成基板用ウェハ110上にも形成され、露出部152は配線層190によって封止される。そして、この配線層190上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を形成し、このマスクパターンを介して金属層92及び密着層91を圧電素子300毎にパターニングすることによりリード電極90を形成する。また、露出部152内の流路形成基板用ウェハ110上に設けられた配線層190は、リード電極90とは不連続となるように残しておく。
ここで、リード電極90を構成する金属層92の主材料としては、金(Au)が用いられている。また、密着層91の材料としては、金属層92の密着性を確保できる材料であればよいが、具体的には、チタンタングステン化合物(TiW)を用いるのが好ましい。
次に、図4(c)に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ130を、流路形成基板用ウェハ110上に接着剤35によって接着する。ここで、このリザーバ形成基板用ウェハ130には、リザーバ部31、圧電素子保持部32等が予め形成されており、リザーバ形成基板用ウェハ130上には、上述した接続配線200が予め形成されている。なお、リザーバ形成基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するシリコンウェハであり、リザーバ形成基板用ウェハ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。
次いで、図5(a)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。次いで、図5(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなるマスク膜54を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図5(c)に示すように、このマスク膜54を介して流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチング(ウェットエッチング)して、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ110を、例えば、水酸化カリウム(KOH)水溶液等のエッチング液によって弾性膜50及び密着層91(金属層92)が露出するまでエッチングすることより、圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14を同時に形成する。このとき、露出部152は密着層91及び金属層92からなる配線層190によって封止されているため、露出部152を介してリザーバ形成基板用ウェハ130側にエッチング液が流れ込むことがない。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ130の表面に設けられている接続配線200にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。また、リザーバ部31内にエッチング液が浸入してリザーバ形成基板用ウェハ130がエッチングされる虞もない。
なお、このようにウェットエッチングによって圧力発生室12等を形成する場合には、リザーバ形成基板用ウェハ130の流路形成基板用ウェハ110側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPTA(ポリパラフェニレンテレフタルアミド)等からなる封止フィルムでさらに封止するようにしてもよい。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ130の表面に設けられた配線の断線等の不良を防止することができる。また、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12等をウェットエッチングにより形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、ドライエッチングによって形成するようにしてもよい。
次に、図6(a)に示すように、露出部152内の配線層190の一部を連通部13側から、ウェットエッチング(ライトエッチング)することにより除去する。すなわち、配線層190を、例えば、5秒程度エッチングすることによって、連通部13側に露出されている密着層91と密着層91が拡散された金属層92の一部とを除去し、金属層92の表面を粗面化する。これにより、後の工程で配線層190上に形成される保護膜15の配線層190(金属層92)との密着力が弱められるため、保護膜15が配線層190から剥離し易くなる。なお、配線層190をライトエッチングする際には、本実施形態のように、金属層92の一部まで除去するのが好ましいが、これに限定されず、少なくとも密着層91を除去して金属層92の表面を露出させればよい。
次に、流路形成基板用ウェハ110表面のマスク膜54を除去し、図6(b)に示すように、耐液体性(耐インク性)を有する材料、例えば、五酸化タンタルからなる保護膜15を、例えば、CVD法によって形成する。このとき、露出部152は配線層190(金属層92)によって封止されているため、露出部152を介してリザーバ形成基板用ウェハ130の外面等に保護膜15が形成されることがない。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ130の表面に設けられている接続配線200等に保護膜15が形成されることなく、駆動IC210などの接続不良等の発生を防止することができると共に、余分な保護膜15を除去する工程が不要となって製造工程を簡略化して製造コストを低減することができる。
次に、保護膜15を水又は水系の溶液である所定の液体中に所定時間浸漬させることにより、配線層190(金属層92)に対向する領域のみの保護膜15aを除去することができる。すなわち、まず、図6(c)に示すように、例えば、流路形成基板用ウェハ110等を水又は水系の溶液である所定の液体250に浸漬させ、少なくとも保護膜15がこの液体中に完全に浸漬されるようにする。そして、この状態で15時間以上、好ましくは18時間以上放置する。ここで、この液体250としては、例えば、水(純水)を用いるのが好ましいが、これに限定されず、例えば、染料系のインク等の水系の溶液を用いてもよい。また、この液体250の温度は、特に限定されないが、比較的高い方が好ましく、特に、液体250として水(純水)を用いている場合には、例えば、70℃以上と比較的高い温度であることが望ましい。本実施形態では、温度が約75℃の温度の純水である液体250中に保護膜15が完全に浸漬されるようにした状態で、約24時間放置するようにした。
そして、このように液体250中に保護膜15を所定時間浸漬させておくと、液体250が、配線層190(金属層92)と、この配線層190上の保護膜15aとの間に入り込み、この保護膜15aは、配線層190を構成する密着層91上から完全に剥離される。なお、他の領域の保護膜15は、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板用ウェハ110の表面に良好に密着しているため剥離されることはない。
次に、金属層92に対向する領域の保護膜15(15a)を除去する。この保護膜15の除去方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、図7(a)に示すように、液体250から流路形成基板用ウェハ110等を取り出し、保護膜15の表面に向かってノズル260から空気又は窒素等の気体を吹き付けるようにした。これにより、金属層92上に形成されていた保護膜15aのみが、容易且つ確実に除去される。すなわち、上述したように保護膜15が液体250に浸漬されていたことで、保護膜15は、金属層92に対向する領域(保護膜15a)のみが金属層92から剥離された状態となっているため、保護膜15に気体を吹き付けることで、金属層92に対向する領域の保護膜15aは除去されるが、それ以外の領域の保護膜15が除去されることはない。
次に、図7(b)に示すように、連通部13に対向する領域の配線層190(金属層92)を、連通部13側からウェットエッチングすることによって除去して貫通孔52を形成する。上述した工程で、配線層190上の保護膜15は除去されているため、保護膜15が配線層190のウェットエッチングを邪魔することがない。したがって、配線層190をウェットエッチングによって比較的容易且つ高精度に除去することができ、貫通孔52を良好に形成することができる。
なお、このような方法で連通部13とリザーバ部31とを連通させてリザーバ100を形成した場合、リザーバ100内に露出している配線層190の表面には保護膜15が形成されないことになる。このため、配線層190がインクによって浸食される虞はあるが、その量は非常に少なく、ヘッドの寿命としては全く問題ない程度のものである。また、図示しないが、リザーバ部31の内面には、リザーバ形成基板用ウェハ130を熱酸化することによって二酸化シリコン膜が形成されているため、保護膜15を設ける必要はない。
このようにリザーバ100を形成した後は、リザーバ形成基板用ウェハ130に形成されている接続配線200上に駆動IC210を実装すると共に、駆動IC210とリード電極90とを駆動配線220によって接続する(図2参照)。その後、流路形成基板用ウェハ110及びリザーバ形成基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110のリザーバ形成基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、リザーバ形成基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハ110等を、図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
以上説明したように、本実施形態では、露出部152内の流路形成基板用ウェハ110の上にリード電極90と同一層である配線層190を形成することによって、露出部152を配線層190で封止し、この配線層190を最終的にエッチングにより除去することでリザーバ部31と連通部13とを連通させるようにした。このため、従来の機械的な加工とは異なり加工カス等の異物が発生することはない。したがって、圧力発生室12、連通部13等のインク流路内に加工カスが残留し、残留した加工カスによってノズル詰まり等の吐出不良が発生するのを確実に防止することができる。
また、貫通孔52を形成する前に配線層190上の保護膜15を除去するようにしたため、保護膜15が配線層190のウェットエッチングを邪魔することなく、容易に貫通孔52を形成することができる。特に、本発明では、配線層190上の保護膜15aを、所定の液体250に浸漬することで剥離させるようにしたので、配線層190上の保護膜15aを容易且つ良好に除去することができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の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、密着層91及び金属層92の複数層で構成される配線層190を形成したが、特にこれに限定されず、例えば、配線層が金属層一層のみからなるようにしてもよい。また、上述の実施形態では、密着層91としてチタンタングステン化合物を用い、保護膜15として酸化タンタルを用いるようにしたが、配線層190(密着層91)上の保護膜15のみが剥離できるのであれば、密着層91や保護膜15の材料については特に限定されない。
以上、本発明の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、密着層91及び金属層92の複数層で構成される配線層190を形成したが、特にこれに限定されず、例えば、配線層が金属層一層のみからなるようにしてもよい。また、上述の実施形態では、密着層91としてチタンタングステン化合物を用い、保護膜15として酸化タンタルを用いるようにしたが、配線層190(密着層91)上の保護膜15のみが剥離できるのであれば、密着層91や保護膜15の材料については特に限定されない。
さらに、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 15 保護膜、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 リザーバ形成基板、 31 リザーバ部、 32 圧電素子保持部、 35 接着剤、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 51 絶縁体膜、 52 貫通孔、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 91 密着層、 92 金属層、 100 リザーバ、 110 流路形成基板用ウェハ、 130 リザーバ形成基板用ウェハ、 152 露出部、 190 配線層、 200 接続配線、 210 駆動IC、 220 駆動配線、 300 圧電素子
Claims (9)
- 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して前記流路形成基板の表面を露出させた露出部を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の表面に配線層を形成して前記露出部を封止すると共に前記圧電素子に対応する領域の前記配線層をパターニングして前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成する工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する工程と、前記流路形成基板を他方面側から前記振動板及び前記露出部内の前記配線層が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程と、前記圧力発生室及び前記連通部の内面に耐液体性を有する材料からなる保護膜を連続して形成する工程と、少なくとも前記保護膜を水又は水系の溶液である所定の液体中に所定時間浸漬させることにより前記配線層に対向する領域の前記保護膜を当該配線層から剥離させると共に前記配線層に対向する領域の前記保護膜を除去する工程と、前記連通部側からエッチングすることにより前記配線層を除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項1において、前記保護膜を剥離させる工程では、前記保護膜を15時間以上所定の液体中に浸漬させ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、前記液体の温度が、70℃以上であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項1〜3の何れかにおいて、前記保護膜の表面に所定の気体を吹き付けることによって当該配線層に対向する領域の前記保護膜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。
- 請求項1〜4の何れかにおいて、前記配線層が密着層と当該密着層を介して形成された金属層とで構成され、前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出された前記密着層を除去して前記金属層を露出させる工程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において、前記金属層が、金(Au)からなると共に、前記密着層が、チタンタングステン(TiW)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1〜6の何れかにおいて、前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出された前記配線層の表面をライトエッチングする工程をさらに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1〜7の何れかにおいて、前記保護膜の材料として、酸化物又は窒化物を用いたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項8において、前記保護膜の材料として、酸化タンタルを用いたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
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