JP2007190833A - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

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】流路形成基板の一方面側に振動板を介して圧電素子を形成する工程と、連通部となる領域の振動板を除去して貫通部を形成する工程と、密着層と金属層とで構成されるリード電極を形成すると共に密着層と金属層とからなりリード電極とは不連続の配線層で貫通部を封止する工程と、リザーバ形成基板を流路形成基板に接合する工程と、流路形成基板をウェットエッチングして液体流路を形成する工程と、配線層を構成する密着層及び金属層を順次ウェットエッチングすることによって除去してリザーバ部と連通部とを連通させる工程とを具備し、且つ振動板に貫通部を形成する際、貫通部の少なくとも一部を構成し、弾性膜の表面に対して傾斜すると共に内面の一部に弾性膜の表面に対する傾斜角度が４５°以上である急傾斜部を有する貫通孔を形成する。
【選択図】図４

Description

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。

なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけでなく、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。

特開２００３−１５９８０１号公報（第７−８図）

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を含む液体流路が形成される流路形成基板の一方面側に、二酸化シリコンからなる弾性膜を少なくとも含む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工程と、前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通部を形成する工程と、密着層と金属層とで構成され前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成すると共に前記密着層と前記金属層とからなるが前記リード電極とは不連続の配線層で前記貫通部を封止する工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する工程と、前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記密着層が露出するまでウェットエッチングして前記液体流路を形成する工程と、前記配線層を構成する前記密着層及び前記金属層を順次ウェットエッチングすることによって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し、前記振動板に前記貫通部を形成する工程が、前記弾性膜の表面に対して傾斜すると共に内面の一部に当該弾性膜の表面に対する傾斜角度が４５°以上である急傾斜部を有する貫通孔を前記弾性膜に形成する貫通孔形成工程を含む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、リザーバを形成する際に、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、弾性膜に、内面の一部が急傾斜部である貫通孔を形成することで、この急傾斜部上の密着層の厚さが薄くなるため、配線層を構成する密着層及び金属層を除去する際、これらのサイドエッチング量が抑えられる。

本発明の第２の態様は、前記急傾斜部の前記弾性膜の表面に対する傾斜角度が６０°以上となるように前記貫通孔を形成することを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第２の態様では、急傾斜部上の密着層の厚さが極めて薄くなり、配線層を構成する密着層及び金属層のサイドエッチング量がさらに確実に抑えられる。

本発明の第３の態様は、前記貫通孔形成工程では、前記弾性膜を所定形状のマスクを介して等方性ウェットエッチングするエッチング工程を、前記マスクのパターン形状を変化させながら複数回行うことを特徴とする第１又は２の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第３の態様では、内面に急傾斜部を有する貫通孔を比較的容易且つ確実に形成することができる。

本発明の第４の態様は、前記貫通孔形成工程では、前記貫通孔の縁部に対応する前記マスクの端部の位置を、前記貫通孔の外側又は内側の何れか一方に、各エッチング工程で順次変化させることを特徴とする第３の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第４の態様では、内面に急傾斜部を有する貫通孔をさらに確実に形成することができる。

本発明の第５の態様は、前記貫通孔形成工程では、各エッチング工程でそれぞれ異なるパターン形状のマスクを用いて前記弾性膜を等方性ウェットエッチングすることを特徴とする第４の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第５の態様では、各エッチング工程で、マスクを取り替えるようにすることで、製造効率が向上する。

本発明の第６の態様は、前記密着層をスパッタリングによって形成することを特徴とする第１〜５の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第６の態様では、密着層を良好に形成することができ、且つ急傾斜部上の密着層の厚さが他の領域よりも確実に薄くなる。

本発明の第７の態様は、前記密着層がニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなり、前記金属層が金（Ａｕ）からなることを特徴とする第１〜６の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第７の態様では、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。

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の分解斜視図であり、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。

また、流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際のエッチングマスクとして用いられたマスク膜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によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面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とからなる圧電素子３００が形成されている。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を圧力発生室１２毎にパターニングする。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。

また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０の一端が接続されており、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。このリード電極９０は、例えば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）等からなる密着層９１と、この密着層９１上に形成され、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９２とで構成されている。また、詳しくは後述するが、連通部１３の開口周縁部に対応する領域の弾性膜５０及び絶縁体膜５５上には、このリード電極９０を構成する密着層９１及び金属層９２からなるがリード電極９０とは不連続の配線層９５が残存している。

流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、リザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が、例えば、エポキシ系の接着剤等からなる接着層３５によって接着されている。リザーバ部３１は、弾性膜５０に設けられた貫通孔５０ａ及び絶縁体膜５５に設けられた貫通孔５５ａ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によって複数の圧力発生室１２に供給されるインクが貯留されるリザーバ１００が形成されている。

ここで、貫通部５３を構成する少なくとも貫通孔５０ａの内面は、弾性膜５０の表面に対して傾斜する傾斜面となっている。なお、本実施形態では、絶縁体膜５５に設けられる貫通孔５５ａの内面も弾性膜５０に対して傾斜する傾斜面となっている。そして、詳しくは後述するが、この弾性膜５０に設けられた貫通孔５０ａの内面の一部は、弾性膜５０の表面に対する傾斜角度が４５°以上である急傾斜部となっている。

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。

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、この駆動ＩＣ２１０と、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の先端部とが、駆動配線２２０を介して電気的に接続されている。

さらに、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に対応する領域上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが数μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが数十μｍ程度のステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動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８を参照して説明する。なお、図３〜図８は、圧力発生室１２の長手方向の断面図であり、そのうちの図４、図６及び図８は、貫通部５３に対応する領域の拡大断面図である。

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。

次に、図３（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（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５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３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。

ここで、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。また、圧電体層７０は、例えば、ＭＯＤ(Metal-Organic Decomposition)法等を用いて形成するようにしてもよい。

圧電素子３００を形成後、図３（ｅ）に示すように、振動板である絶縁体膜５５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貫通部５３を形成する。すなわち、まず、絶縁体膜５５の所定領域を除去して貫通孔５５ａを形成した後、この貫通孔５５ａ内の弾性膜５０を除去することにより貫通孔５０ａを形成する。

ここで、本発明では、このように弾性膜５０に形成される貫通孔５０ａを、その内面が弾性膜５０の表面に対して所定角度で傾斜するように形成し、且つ内面の一部に弾性膜５０の表面に対する傾斜角度が４５°以上である急傾斜部５０ｂが設けられるようにしている（図４（ｃ）参照）。このような貫通孔５０ａは、例えば、弾性膜５０を所定形状のマスクを介して等方性ウェットエッチングするエッチング工程を複数回実施することによって形成することができる。このとき、各エッチング工程では、それぞれ、パターン形状を変化させたマスクを用いて弾性膜５０を等方性ウェットエッチングしている。なお、本実施形態では、このようなエッチング工程を、３回実施することで貫通孔５０ａを形成している。

具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、弾性膜５０上に、所定の大きさの開口４０１を有する第１のマスク４００を形成し、この第１のマスク４００を介して流路形成基板用ウェハ１１０の表面が露出するまで弾性膜５０を等方性ウェットエッチングすることにより、貫通孔５０ａの一部となる第１の凹部５０１を形成する。次いで、第１のマスク４００を除去して、図４（ｂ）に示すように、第１のマスク４００の開口４０１よりも面積の広い開口４１１、すなわち、端部の位置を開口４０１よりも外側に変化させた開口４１１を有する第２のマスク４１０を形成する。なお、本実施形態では、開口４１１の端部の位置が第１の凹部５０１の開口端と一致するように第２のマスク４１０を形成している。そして、この第２のマスク４１０を介して弾性膜５０を等方性ウェットエッチング（ハーフエッチング）することにより、所定の深さの第２の凹部５０２を形成する。次に、第２のマスク４１０を除去し、図４（ｃ）に示すように、第２のマスク４１０の開口４１１よりも面積の広い開口４２１を有する第３のマスク４２０を形成する。本実施形態では、開口４２１の端部が第２の凹部５０２の開口端と一致するように、第３のマスク４２０を形成している。そして、この第３のマスク４２０を介して弾性膜５０を等方性ウェットエッチング（ハーフエッチング）することにより所定深さの第３の凹部５０３を形成する。このとき、エッチング時間を調整して、第３の凹部５０３の深さが、第２の凹部５０２よりも浅くなるようにする。

これにより、弾性膜５０の表面に対して内面が所定角度で実質的に傾斜する貫通孔５０ａが形成される。また、このよう異なる形状（大きさ）の開口を有する第１〜第３のマスク４００，４１０，４２０を用いて、弾性膜５０を複数回ウェットエッチングすることで貫通孔５０ａを形成することにより、例えば、第１の凹部５０１と第２の凹部５０２との境界部分、及び第２の凹部５０２と第３の凹部５０３との境界部分には、弾性膜５０の表面に対する傾斜角度θ１が４５°以上である急傾斜部５０ｂが形成される。なお、本実施形態では、各エッチング工程で異なるマスク（第１〜第３のマスク）を用いるようにしたが、これに限定されず、例えば、最初に形成したマスク（第１のマスク）を加工して各エッチング工程におけるマスクの開口の大きさを変化させるようにしてもよい。

貫通孔５０ａの内面の弾性膜５０の表面に対する実質的な傾斜角度θ２は、４５°よりも小さければよいが、できるだけ小さくするのが好ましい。貫通孔５０ａの傾斜角度θ２は、第２の凹部５０２及び第３の凹部５０３の深さによって調整すればよい。また、弾性膜５０に貫通孔５０ａを形成する際に用いる第１〜第３のマスクの材料は、特に限定されないが、例えば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等の金属材料や、ネガ型のレジスト等を用いることが好ましい。これにより、貫通孔５０ａを所望の形状に良好に形成することができる。

なお、絶縁体膜５５に貫通孔５５ａを形成する方法は、特に限定されず、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより形成すればよい。

貫通部５３（貫通孔５０ａ）を形成した後は、図５（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、まず流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる密着層９１をスパッタリングによって形成し、この密着層９１上に、例えば、金（Ａｕ）からなる金属層９２をスパッタリングによって形成する。そして、この金属層９２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ってリード電極９０を形成する。

このとき、貫通部５３である貫通孔５０ａ，５５ａに対応する領域の密着層９１及び金属層９２は、リード電極９０とは不連続となるように残しておく。すなわち、貫通部５３に対向する領域に、リード電極９０とは不連続の密着層９１及び金属層９２からなる配線層９５を形成し、この配線層９５で貫通部５３を封止するようにした。なお、この配線層９５は、後述する工程で、流路形成基板用ウェハ１１０にエッチングして圧力発生室１２等を形成する際に、エッチングの広がりを規制するための役割を果たす。

ここで、配線層９５を構成する密着層９１をスパッタリング等によって形成すると、上述したように弾性膜５０の貫通孔５０ａの内面の一部は急傾斜部５０ｂとなっているため、この急傾斜部５０ｂ上には密着層９１が形成され難い。このため、急傾斜部５０ｂ上に形成される密着層９１の厚さは、図６に示すように、他の部分の密着層９１よりもかなり薄くなる。

次に、図５（ｂ）に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、接着層３５を介して接合する。ここで、このリザーバ形成基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されており、リザーバ形成基板用ウェハ１３０上には、上述した接続配線２００が予め形成されている。なお、リザーバ形成基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコンウェハである。

次いで、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ１１０を、約７０μｍの厚さとなるように加工した。次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５１を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、このマスク膜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。すなわち、貫通孔５０ａ，５５ａを配線層９５によって封止した状態で、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エッチングする。そして、弾性膜５０及び配線層９５が露出するまで流路形成基板用ウェハ１１０を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、貫通部５３が密着層９１及び金属層９２からなる配線層９５によって封止されているため、貫通部５３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。したがって、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。

次に、例えば、塩酸過水等からなるエッチング液を用いて密着層９１をウェットエッチングすることにより、すなわち、密着層９１を、いわゆるＳＣ２処理（ＳＣ２洗浄）することにより、図８（ａ）に示すように、貫通孔５０ａに対向する領域の密着層９１を除去する。このとき、弾性膜５０上に形成されている密着層９１もエッチング（サイドエッチング）されるため、ある程度除去されてしまう。しかしながら、上述したように貫通孔５０ａの内面の一部が急傾斜部５０ｂとなっており、この急傾斜部５０ｂ上の密着層９１の厚さが極めて薄くなっている。すなわち、急傾斜部５０ｂに対向する領域では、弾性膜５０と金属層９２との間隔が極めて狭くなっている。このため、エッチング液の浸透がこの急傾斜部５０ｂで抑制され、その結果、密着層９１のサイドエッチングはこの急傾斜部５０ｂに対向する領域で実質的に停止する。例えば、本実施形態では、貫通孔５０ａの内面に二つの急傾斜部５０ｂが設けられているため、仮に一つの急傾斜部５０ｂを越えて密着層９１のサイドエッチングが進んでしまったとしても、密着層９１のサイドエッチングが貫通孔５０ａの外側まで進んでしまうのは確実に防止することができる。

次に、連通部１３側から金属層９２をウェットエッチングすることにより、図８（ｂ）に示すように、貫通部５３に対応する領域の金属層９２を除去して連通部１３とリザーバ部３１とを連通させる。これにより、連通部１３とリザーバ部３１とからなるリザーバ１００が形成される。

このように配線層９５をエッチングにより除去してリザーバ部３１と連通部１３とを連通させるようにすることで、従来の機械的な加工とは異なり加工カス等の異物の発生を防止することができる。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、上述したように弾性膜５０上の密着層９１は殆どサイドエッチングされることなく残っているため、配線層９５を構成する金属層９２をエッチングする際、金属層９２とエッチング液とは、貫通孔５０ａに対向する領域内のみで接触することになる。すなわち、金属層９２のエッチング液が接触する面積が比較的小さく抑えられるため、弾性膜５０上の金属層９２がエッチング（サイドエッチング）されて除去される量も極めて少なく抑えることができる。これにより、リザーバ１００内でのインクの流れがスムーズになり、インク吐出特性を向上させることができる。具体的には、上述したように弾性膜５０上の密着層９１は殆どエッチングされることなく残り、それに伴って密着層９１上の金属層９２も多くの領域がエッチングされずに残る。これにより、リザーバ１００の内面、特に、連通部１３とリザーバ部３１との境界部分の内面が比較的平坦に形成されるため、リザーバ１００内でのインクの流れがスムーズになり、インク吐出特性が向上する。

さらに、弾性膜５０上の密着層９１及び金属層９２が残っていることで、連通部１３とリザーバ部３１との境界部分から圧電素子保持部３２側へのインクの浸透を抑えることができ、水分に起因する圧電素子３００の破壊等の不良の発生を防止することができるという効果もある。

なお、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。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。

（実施形態２）
図９は、実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。本実施形態は、弾性膜５０に貫通孔５０ａを形成する方法の他の例である。なお、貫通孔５０ａの形成方法以外は、実施形態１と同様であるため説明は省略する。

本実施形態では、まず、図９（ａ）に示すように、弾性膜５０上に、所定の大きさの開口４０１Ａを有する第１のマスク４００Ａを形成し、この第１のマスク４００Ａを介して流路形成基板用ウェハ１１０が露出するまで弾性膜５０を等方性ウェットエッチング（ハーフエッチング）することにより、貫通孔５０ａの一部となる所定深さの第１の凹部５０１Ａを形成する。次いで、第１のマスク４００Ａを除去して、図９（ｂ）に示すように、第１のマスク４００Ａの開口４０１Ａよりも面積の狭い開口４１１Ａ、すなわち、端部の位置を開口４０１Ａよりも内側に変化させた開口４１１Ａを有する第２のマスク４１０Ａを形成する。そして、この第２のマスク４１０Ａを介して弾性膜５０を等方性ウェットエッチング（ハーフエッチング）することにより、所定の深さの第２の凹部５０２Ａを形成する。次に、第２のマスク４１０Ａを除去し、図９（ｃ）に示すように、第２のマスク４１０Ａの開口４１１Ａよりも面積の狭い開口４２１Ａを有する第３のマスク４２０Ａを形成する。そして、この第３のマスク４２０Ａを介して流路形成基板用ウェハ１１０が露出するまで弾性膜５０を等方性ウェットエッチングすることにより第３の凹部５０３Ａを形成する。

このような方法によっても、弾性膜５０の表面に対して内面が所定角度で実質的に傾斜する貫通孔５０ａを形成することができる。また、実施形態１と同様に、第１の凹部５０１Ａと第２の凹部５０２Ａとの境界部分、及び第２の凹部５０２Ａと第３の凹部５０３Ａとの境界部分には、弾性膜５０の表面に対する傾斜角度が４５°以上である急傾斜部５０ｂが形成される。

（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、上述の実施形態では、弾性膜５０を所定のマスクを用いて複数回等方性ウェットエッチングすることによって貫通孔５１ａを形成するようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、内面の一部に急傾斜部５０ｂを有する貫通孔５０ａを弾性膜５０に形成することができれば、貫通孔５０ａは、勿論、他の方法で形成するようにしてもよい。

また、例えば、圧力発生室１２、リザーバ１００等の内面に、例えば、酸化タンタル等の耐インク性を有する材料からなる保護膜を、さらに設けるようにしてもよい。本発明の製造方法によれば、リザーバ１００の内面が平坦となるため、このような保護膜の付き回りが向上し、保護膜によってリザーバ１００等のインク流路の内面を良好に保護することができる。また、例えば、上述した実施形態では、圧電素子３００を形成した後に貫通部５３を形成するようにしたが、勿論、圧電素子３００を形成する前に貫通部５３を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る製造工程を示す拡大断面図である。 実施形態１に係る製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る製造工程を示す拡大断面図である。 実施形態１に係る製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る製造工程を示す拡大断面図である。 実施形態２に係る製造工程を示す拡大断面図である。

符号の説明

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 リザーバ形成基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５０ａ 貫通孔、 ５０ｂ 急傾斜部、 ５５ 絶縁体膜、 ５５ａ 貫通孔、 ５３ 貫通部、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 ９１ 密着層、 ９２ 金属層、 ９５ 配線層、 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、 ３００ 圧電素子

Claims (7)

1. 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を含む液体流路が形成される流路形成基板の一方面側に、二酸化シリコンからなる弾性膜を少なくとも含む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工程と、前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通部を形成する工程と、密着層と金属層とで構成され前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成すると共に前記密着層と前記金属層とからなるが前記リード電極とは不連続の配線層で前記貫通部を封止する工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する工程と、前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記密着層が露出するまでウェットエッチングして前記液体流路を形成する工程と、前記配線層を構成する前記密着層及び前記金属層を順次ウェットエッチングすることによって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し、
   前記振動板に前記貫通部を形成する工程が、前記弾性膜の表面に対して傾斜すると共に内面の一部に当該弾性膜の表面に対する傾斜角度が４５°以上である急傾斜部を有する貫通孔を前記弾性膜に形成する貫通孔形成工程を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
2. 前記急傾斜部の前記弾性膜の表面に対する傾斜角度が６０°以上となるように前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
3. 前記貫通孔形成工程では、前記弾性膜を所定形状のマスクを介して等方性ウェットエッチングするエッチング工程を、前記マスクのパターン形状を変化させながら複数回行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
4. 前記貫通孔形成工程では、前記貫通孔の縁部に対応する前記マスクの端部の位置を、前記貫通孔の外側又は内側の何れか一方に、各エッチング工程で順次変化させることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
5. 前記貫通孔形成工程では、各エッチング工程でそれぞれ異なるパターン形状のマスクを用いて前記弾性膜を等方性ウェットエッチングすることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
6. 前記密着層をスパッタリングによって形成することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
7. 前記密着層がニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなり、前記金属層が金（Ａｕ）からなることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
   

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