JP4730537B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

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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、一般的に、耐インク性を有する材料からなる保護膜が形成される。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、被覆膜上にも保護膜が形成される。そして、この樹脂材料からなる被覆膜上に形成された保護膜は樹脂材料に対する密着性が良くないため、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が発生してしまう虞がある。
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。
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貫通部を形成する工程と、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リード電極と同一の層からなるが当該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他方面側から前記振動板及び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少なくとも含む液体流路を形成する工程と、前記流路形成基板に形成された前記液体流路の内面に耐液体性を有する材料からなる保護膜を形成すると共に該保護膜上に当該保護膜とはエッチングの選択性を有する材料からなる剥離層を形成し且つ少なくとも前記保護膜にレーザ加工によって前記配線層との境界面に達する亀裂を生じさせる工程と、前記剥離層をウェットエッチングによって除去すると同時に前記配線層上の前記保護膜を選択的に除去する工程と、前記連通部側からウェット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、加工カス等の異物の発生を防止することができ、異物によるノズル詰まり等、吐出不良の発生を防止することができる。特に、本発明では、保護膜の配線層に対向する部分を選択的に除去する前に、配線層との境界面に達する亀裂をレーザ加工によって保護膜に形成するようにしたので、剥離層をウェットエッチングにより除去する際、亀裂から上記境界面にエッチング液が流れ込んで保護膜と配線層との密着性が大幅に低下する。これにより、配線層上の保護膜を選択的に良好に除去することができる。
本発明の第2の態様は、前記圧力発生室及び前記連通部の内面に前記保護膜及び前記剥離層を形成後、当該剥離層上にレーザ光を照射して前記剥離層及び前記保護膜に、当該保護膜と前記配線層との境界に達する亀裂を生じさせるようにした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、保護膜と配線層との境界面にエッチング液がより確実に流れ込み、保護膜の配線層との密着性がさらに低下しやすくなる。
本発明の第3の態様は、前記亀裂を前記貫通部の周縁に沿って形成するようにした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、配線層上の保護膜を貫通部の開口周縁に沿って良好に除去することができ、いわゆる剥離残渣等の発生も防止することができる。
本発明の第4の態様は、前記剥離層の前記保護膜との密着力が、前記保護膜と前記配線層との密着力より大きいことを特徴とする第1〜3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4の態様では、剥離層と保護膜とが良好に密着するため、配線層上の保護膜を剥離層と共にさらに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、前記剥離層の内部応力が圧縮応力であることを特徴とする第1〜4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5の態様では、剥離層の内部応力によって配線層上の保護膜が実質的に剥離されるため、剥離層を除去する際に保護膜をより確実に選択的に除去することができる。
本発明の第6の態様は、前記剥離層の内部応力が80MPa以上であることを特徴とする第5の態様の液体射ヘッドの製造方法にある。
かかる第6の態様では、所定応力の剥離層を用いることで配線層上の保護膜がより確実に剥離される。
本発明の第7の態様は、前記剥離層の材料として、チタンタングステン(TiW)を用いたことを特徴とする第5又は6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、剥離層を所定の材料で形成することで、配線層上の保護膜がさらに確実に剥離される。
本発明の第8の態様は、前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出した前記配線層の厚さ方向の一部を除去する工程をさらに有することを特徴とする第1〜7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8の態様では、配線層と保護膜との密着力が弱められるため、配線層上の保護膜をさらに良好且つ確実に除去することができる。
本発明の第9の態様は、前記配線層が、密着層と該密着層上に形成される金属層とからなり、前記保護膜を形成する工程の前に、前記配線層の表面をライトエッチングして前記密着層を少なくとも除去すること特徴とする第8の態様の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、配線層をライトエッチングすることにより密着層と共に密着層が拡散した金属層の一部が除去されることで、配線層と保護膜との密着力がより確実に弱められ、配線層上の保護膜をさらに良好且つ確実に除去することができる。
本発明の第10の態様は、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第1〜9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10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11の態様は、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第10の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第11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。
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(Ta)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(ZrO)、ニッケル(Ni)、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、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。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、密着層91及び金属層92からなる配線層190で構成されるリード電極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、連通部13の開口周縁部に対応する領域の振動板、すなわち、弾性膜50及び絶縁体膜51上にも、密着層91及び金属層92からなるリード電極90とは不連続の配線層190が存在している。
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、このリザーバ形成基板30と流路形成基板10とは接着剤35によって接合されている。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に設けられた貫通部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。
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と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。
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10を参照して説明する。
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(ZrO)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(Pt)とイリジウム(Ir)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。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貫通部52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、PbTiO(PT)、PbZrO(PZ)、Pb(ZrTi1−x)O(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O−PbTiO(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O−PbTiO(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O−PbTiO(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O−PbTiO(PIN−PT)、Pb(Sc1/2Ta1/2)O−PbTiO(PST−PT)、Pb(Sc1/2Nb1/2)O−PbTiO(PSN−PT)、BiScO−PbTiO(BS−PT)、BiYbO−PbTiO(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(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。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。またこのとき、貫通部52に対向する領域に、リード電極90とは不連続の配線層190を残して、この配線層190によって貫通部52が封止されるようにする。
ここで、金属層92の主材料としては、比較的導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)が挙げられ、本実施形態では金(Au)を用いている。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く、具体的には、チタン(Ti)、チタンタングステン化合物(TiW)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)又はニッケルクロム化合物(NiCr)等が挙げられ、本実施形態ではチタンタングステン化合物(TiW)を用いている。
次に、図4(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る。
次いで、図4(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5(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(b)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に液体流路、本実施形態では、圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14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。
このように連通部13等をウェットエッチングによって形成する際、貫通部52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、貫通部52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、流路形成基板用ウェハ110に液体流路を形成する際、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より確実に防止することができる。
次に、図6(a)に示すように、貫通部52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、連通部13側に露出されている密着層91と、この密着層91が拡散している金属層92の一部の領域とをエッチングにより除去する。詳しくは後述するが、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と配線層190との密着力が弱められ、配線層190上の保護膜15が剥離し易くなる。
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、液体流路内、すなわち、圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14内に保護膜15を形成する。なお、保護膜15は、上述したように、例えば、酸化物又は窒化物等の耐液体性(耐インク性)を有する材料からなり、本実施形態では、五酸化タンタルからなる。また、保護膜15の形成方法は、特に限定されないが、例えば、CVD法によって形成することができる。
このとき、貫通部52は配線層190によって封止されているため、貫通部52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が形成されることはない。したがって、接続配線200等が形成されたリザーバ形成基板用ウェハ130の表面に保護膜15が形成されて駆動IC210などの接続不良等が発生するのを防止することができる。また同時に、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、図6(c)に示すように、保護膜15上に、保護膜15とはエッチングの選択性を有する材料からなる剥離層16を、例えば、CVD法等によって形成する。ここで、保護膜15とはエッチングの選択性を有する材料とは、その材料をウェットエッチングするためのエッチング液によって保護膜15がエッチングされ難く、実質的にエッチングされない材料のことをいう。また、剥離層16は、その内部応力が圧縮応力であることが好ましく、特に、80MPa以上の圧縮応力であることが望ましい。さらに剥離層16は、保護膜15との密着力が保護膜15と配線層190との密着力よりも大きな材料を用いるのが好ましい。例えば、本実施形態では、剥離層16の材料として、以上の条件を満たすチタンタングステン化合物(TiW)を用いている。
次に、図7(a)に示すように、剥離層16側からレーザ光230を照射することにより、剥離層16及び保護膜15に、保護膜15と配線層190との境界面191に達する亀裂17を生じさせる。ここで、亀裂17を発生させる位置は、特に限定されず、貫通部52の中央部に対応する領域に形成するようにしてもよいが、貫通部52の周縁部に形成するのが好ましい。また、この亀裂17は、貫通部52の周縁に沿って連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。例えば、本実施形態では、図8に点線で示すように、貫通部52の周縁部に、貫通部52の周囲に亘って連続的に亀裂17を形成するようにしている。
次に、図7(b)に示すように、この剥離層16をウェットエッチングによって完全に除去すると同時に、配線層190上の保護膜15を選択的に除去する。ここで、図9に示すように、剥離層16をエッチング液240に浸漬すると、このエッチング液240は、剥離層16及び保護膜15に形成されている亀裂17から、保護膜15と配線層190(金属層92)との境界面191まで入り込み、保護膜15が配線層190から徐々に剥離される。そして、剥離層16のエッチングが終了するまでには配線層190上の保護膜15が完全に剥離され、保護膜15は剥離層16と共に除去される。
ここで、上述したように本実施形態では、前述した工程で貫通部52に設けられた配線層190の連通部13側の一部、すなわち、密着層91及び密着層91が拡散した金属層92が除去されているため、配線層190と保護膜15との密着力が弱められている。さらに、本実施形態では、剥離層16は、チタンタングステン化合物からなり内部応力が圧縮応力であるため、保護膜15上に剥離層16を形成することで、剥離層16の内部応力によって保護膜15は配線層190からある程度剥離された状態となる。すなわち、剥離層16をウェットエッチングする段階で、配線層190上の保護膜15の大部分は、配線層190から剥離された状態となっている。このため、剥離層16をウェットエッチングにより除去する際に、亀裂17から境界面191にエッチング液240が入り込むことで、保護膜15は配線層190から完全に剥離される。したがって、剥離層16をウェットエッチングによって除去することで、同時に、配線層190上の保護膜15が選択的に除去される。
また本実施形態では、保護膜15に亀裂17を貫通部52の周縁に沿って連続的に発生させるようにしているため、貫通部52の開口縁部に沿って良好に分離されて、配線層190上の保護膜15のみが良好に剥離して除去される。したがって、いわゆる剥離残渣がほとんど生じることがない。
なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110の液体流路内に保護膜15及び剥離層16を形成後、これら剥離層16及び保護膜15に、レーザ加工によって、保護膜15と配線層190との境界面191に達する亀裂17を生じさせるようにしたが、亀裂17は少なくとも保護膜15に生じさせればよい。具体的には、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の液体流路内に保護膜15を形成した後に、図10(a)に示すように、保護膜15にレーザ光230を照射して境界面191に達する亀裂17Aを生じさせる。その後、図10(b)に示すように、亀裂17Aが生じた保護膜15上に剥離層16を形成する。そして、この剥離層16をウェットエッチングにより除去すると、剥離層16が除去されていく過程で、上述したように保護膜15に生じた亀裂17Aから境界面191にエッチング液が入り込み保護膜15が配線層190(金属層92)から剥離される。したがって、このように保護膜15のみに亀裂17Aを生じさせた場合でも、剥離層16をウェットエッチングによって除去する際、配線層190上の保護膜15が選択的に良好に除去されることになる。
なお、このように配線層190上の保護膜15を除去した後は、図7(c)に示すように、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部52を開口させる。このとき配線層190上には保護膜15が形成されていないため、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はない。したがって、配線層190を容易且つ確実にウェットエッチングにより除去して貫通部52を開口させることができる。
また、このような方法でリザーバ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は設けられていなくてもよい。
その後は、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)。そして、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、本発明の製造方法によれば、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。
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、もちろん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、密着層及び金属層で構成される配線層を例示したが、配線層の層構造は、特に限定されず、配線層は、例えば、金属層のみで形成されていてもよし、三層以上で形成されていてもよい。
また、上述したように剥離層は、内部応力が圧縮応力であることが好ましく、また保護膜との密着力が配線層と保護膜との密着力よりも高い材料で形成されていることが好ましい。さらに、保護膜を形成する前に、配線層の一部を除去して、保護膜の配線層との密着力を弱めるようにするのが好ましい。これにより、剥離層をウェットエッチングによって除去する際に、保護膜を選択的に良好に除去することができるが、勿論、このような条件を満たしていなくても、少なくとも保護膜に配線層との境界面に達する亀裂を生じさせるようにすれば、配線層上の保護膜を選択的に除去することができる。すなわち、剥離層をウェットエッチングにより除去する際に、亀裂から保護膜と配線層との境界面にエッチング液が流れ込むことで保護膜が配線層から剥離されて、配線層が除去されるのと同時に配線層上の保護膜が選択的に除去される。
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。
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に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。 亀裂の形成位置を説明する概略図である。 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程の他の例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、 15 保護膜、 16 剥離層、 17 亀裂、 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 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 51 絶縁体膜、 52 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、 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、 190 配線層、 191 境界面、 200 接続配線、 210 駆動IC、 220 駆動配線、 230 レーザ光、 240 エッチング液、 300 圧電素子

Claims (11)

  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貫通部を形成する工程と、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リード電極と同一の層からなるが当該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他方面側から前記振動板及び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少なくとも含む液体流路を形成する工程と、前記流路形成基板に形成された前記液体流路の内面に耐液体性を有する材料からなる保護膜を形成すると共に該保護膜上に当該保護膜とはエッチングの選択性を有する材料からなる剥離層を形成し且つ少なくとも前記保護膜にレーザ加工によって前記配線層との境界面に達する亀裂を生じさせる工程と、前記剥離層をウェットエッチングによって除去すると同時に前記配線層上の前記保護膜を選択的に除去する工程と、前記連通部側からウェット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。
  2. 前記圧力発生室及び前記連通部の内面に前記保護膜及び前記剥離層を形成後、当該剥離層上にレーザ光を照射して前記剥離層及び前記保護膜に、当該保護膜と前記配線層との境界に達する亀裂を生じさせるようにした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. 前記亀裂を前記貫通部の周縁に沿って形成するようにした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. 前記剥離層の前記保護膜との密着力が、前記保護膜と前記配線層との密着力より大きいことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  5. 前記剥離層の内部応力が圧縮応力であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  6. 前記剥離層の内部応力が80MPa以上であることを特徴とする請求項5に記載の液体射ヘッドの製造方法。
  7. 前記剥離層の材料として、チタンタングステン(TiW)を用いたことを特徴とする請求項5又は6に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  8. 前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出した前記配線層の厚さ方向の一部を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  9. 前記配線層が、密着層と該密着層上に形成される金属層とからなり、前記保護膜を形成する工程の前に、前記配線層の表面をライトエッチングして前記密着層を少なくとも除去すること特徴とする請求項8に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  10. 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請求項1〜9の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  11. 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請求項10に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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