JP5849730B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、流路形成基板及び振動板に厚み方向へ貫通した貫通孔が形成された液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法に関する。

結晶を歪ませると帯電し、また電界中に置くことにより歪みを生じるという特徴を持つ圧電材料は、インクジェットプリンター等に用いられる液体噴射ヘッドに広く使用されている。このような液体噴射ヘッドとして、ノズル開口に連通する各圧力発生室が長手方向を並行させて形成された流路形成基板と、この流路形成基板上に設けられた振動板と、この振動板上に設けられた圧電素子と、流路形成基板の圧電素子が設けられた面に接着されたリザーバ形成基板とを備えた液体噴射ヘッドが知られている（特許文献１参照）。この液体噴射ヘッドの圧力発生室に繋がるリザーバは、流路形成基板、振動板及びリザーバ形成基板を厚み方向へ貫通している。

流路形成基板をウェットエッチングして圧力発生室やリザーバ部等の液体流路を形成するとき、エッチング液が圧電素子側に侵入しないようにする必要がある。そこで、液体流路を形成する前に、リザーバ用に振動板に形成された貫通部にある流路形成基板上に封止層をスパッタ法等で堆積することがある。
また、液体噴射ヘッドに用いるインクは、アルカリ性であることが多い。流路形成基板に用いられるシリコン単結晶基板は、アルカリ性の水溶液に対して浸食される可能性がある。そこで、振動板及び圧電素子を設けた流路形成基板に形成された圧力発生室及びリザーバ部の内面に五酸化二タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）等の保護膜をスパッタ法等で堆積することがある。ここでも、封止層は保護膜の材料が圧電素子側に侵入しないようにする。

上記封止層上の保護膜を除去するため、流路形成基板全体の保護膜上に内部応力が圧縮応力である圧縮応力層をスパッタ法等で堆積することがある。封止層上の保護膜は、圧縮応力層により剥離され易くなっている。この性質を利用してリザーバ部分の圧縮応力層を保護膜とともに除去し、封止層を除去することにより、厚み方向へ貫通したリザーバを形成することができる。

特開２００８−１００４１６号公報

しかし、圧縮応力層の厚みによっては、圧力発生室に対応した領域の振動板、特に、圧力発生室の幅方向における振動板の端部にクラックが生じる可能性があり、液体噴射ヘッドの耐久性が低下する可能性がある。なお、このような問題は、保護膜及び圧縮応力層を形成する種々の方法について同様に存在する。

以上を鑑み、本発明の目的の一つは、圧力発生室に対応した領域の振動板のクラックを抑制する液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。

上記目的の一つを達成するため、本発明は、流路形成基板及び該流路形成基板に設けられた振動板に、厚み方向へ貫通した貫通孔が形成された液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記振動板の前記貫通孔に対応した貫通部が封止された状態で、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、前記貫通孔となる開口部を前記流路形成基板に形成する工程と、
前記圧力発生室及び前記開口部の内面に耐液体性を有する保護膜を形成する工程と、
前記貫通孔に対応した領域の少なくとも一部に穴を有し前記圧力発生室に対応した領域を覆う別形成されたマスクを通して内部応力が圧縮応力である圧縮応力層を前記保護膜形成後の開口部の前記貫通孔に対応した内面に形成する圧縮応力層形成工程と、
前記貫通孔に対応した領域の圧縮応力層及び保護膜を除去して前記貫通孔を形成する工程と、を備えた態様を有する。
また、本発明は、上記液体噴射ヘッドの製造方法を含む液体噴射装置の製造方法の態様を有する。

上記マスクを用いず、保護膜の全面に圧縮応力層を形成すると、保護膜を残すべき圧力発生室内面等の箇所の保護膜に圧縮応力が加わるため、フォトエッチングによる圧縮応力層の加工を実施する前に振動板のクラックを引き起こしてしまう。また、圧力発生室等を形成した流路形成基板は、凹凸が大きいため、レジストの被覆性の問題があり加工がし難い。リフトオフによる選択成膜プロセスも同様にレジストを使用するため採用し難い。本態様は、貫通孔に対応した領域の少なくとも一部に穴を有し圧力発生室に対応した領域を覆う別形成されたマスクを通して圧縮応力層を保護膜形成後の開口部の貫通孔に対応した内面に形成する。これにより、保護膜形成後の開口部の貫通孔に対応した領域は圧縮応力層が形成されて保護膜が除去される一方、保護膜形成後の圧力発生室は圧縮応力層が形成されず、圧力発生室に対応した領域の振動板のクラックが抑制される。従って、本態様は、圧力発生室に対応した領域の振動板のクラックを抑制する液体噴射ヘッドの製造方法を提供することができる。

ここで、上記貫通孔には、リザーバ用の貫通孔、位置決め用の貫通孔、チップ分割用のブレイクパターン（スクライブパターン）のための貫通孔、インク供給のための貫通孔等が含まれる。

ところで、前記マスクに前記貫通孔に対応した領域よりも小さい前記穴を有するマスクを用いると、マスクの穴を通って貫通孔に対応した領域外に回り込む圧縮応力層が少なくなり、貫通孔に対応した領域外の保護膜に加わる圧縮応力が小さくなる。従って、本態様は、振動板のクラックを抑制する好ましい液体噴射ヘッドの製造方法を提供することができる。

前記保護膜の材料に少なくとも酸化タンタルを用いる態様は、液体による流路形成基板の浸食を抑制する好適な製造方法を提供することができる。
前記圧縮応力層の材料に少なくともチタンタングステンを用いると、貫通孔に対応した領域の保護膜を圧縮応力層とともに容易に除去することができる。

前記振動板の貫通部を封止する封止層の材料に前記振動板上の圧電素子から引き出されるリード電極と同じ材料を少なくとも用いると、リード電極の形成時に封止層も形成することができ、液体噴射ヘッドの製造コストを低減することができる。
前記貫通孔に繋がる連通孔を形成した連通孔形成基板を前記振動板が設けられた流路形成基板に接合する工程を備える態様は、圧力発生室に対応した領域の振動板のクラックを抑制する好適な液体噴射ヘッドの製造方法を提供することができる。

記録ヘッド（液体噴射ヘッド）の圧縮応力層形成工程Ｓ８を例示するための端面図。 記録ヘッド（液体噴射ヘッド）１の構成の概略を例示する便宜上の分解斜視図。 （ａ）は記録ヘッド１の構成の概略を例示する平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した端面図。 （ａ）〜（ｄ）は記録ヘッド１の製造工程を例示するための端面図。 （ａ）〜（ｃ）は記録ヘッド１の製造工程を例示するための端面図。 （ａ）〜（ｃ）は記録ヘッド１の製造工程を例示するための端面図。 （ａ），（ｂ）は記録ヘッド１の製造工程を例示するための端面図。 （ａ），（ｂ）は記録ヘッド１の製造工程を例示するための端面図。 製造途中の記録ヘッドの位置決め孔８付近を破断した端面図。 記録装置（液体噴射装置）２００の構成の概略を例示する図。 比較例に係る記録ヘッドの圧縮応力層形成工程を示すための端面図。

以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下に説明する実施形態は、本発明を例示するものに過ぎない。

（１）液体噴射ヘッドの構成：
図１は、圧縮応力層形成工程Ｓ８を例示するため製造途中の記録ヘッド（液体噴射ヘッド）を圧力発生室の長手方向Ｄ２に沿って破断した垂直端面図である。図２は記録ヘッド（液体噴射ヘッド）１を便宜上、分解した分解斜視図、図３（ａ）は記録ヘッド１の構成の概略を例示する平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ１−Ａ１の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した端面図、である。Ｄ１は圧力発生室１２の幅方向、Ｄ２は幅方向Ｄ１と直交する圧力発生室１２の長手方向、を示している。Ｄ３は、流路形成基板１０、振動板１６、連通孔形成基板５０、等の厚み方向、すなわち、圧力発生室１２の深さ方向を示している。分かり易く示すため、幅方向Ｄ１及び厚み方向Ｄ３の拡大率は長手方向Ｄ２の拡大率よりも大きくされ、各図は整合していないことがある。
なお、本明細書で説明する位置関係は、発明を説明するための例示に過ぎず、発明を限定するものではない。従って、第１電極の上以外の位置、例えば、下、左、右、等に第２電極が配置されることも、本発明に含まれる。

記録ヘッド１に例示される液体噴射ヘッドは、流路形成基板１０及び該流路形成基板１０に設けられた振動板１６に、厚み方向Ｄ３へ貫通した貫通孔７が形成されている。貫通孔７には、例えば、図３（ｂ）等に示すようなリザーバ９の貫通孔や、図９に示すような位置決め孔８の貫通孔や、チップ分割用のブレイクパターンのための貫通孔、等がある。ブレイクパターンのための貫通孔の断面構造も、図９に示す貫通孔７の断面構造と同様である。リザーバ９は、流路形成基板１０の連通部１３ａ（開口部１３の一種）と連通孔形成基板５０の連通孔５１ａとが振動板１６の貫通部１７で繋がり、共通の液体室（例えばインク室）とされている。位置決め孔８は、流路形成基板１０の連通部１３ｂ（開口部１３の一種）と連通孔形成基板５０の連通孔５１ｂとが振動板１６の貫通部１７で繋がっている。位置決め孔８は、位置決めピンを貫通させることにより、流路形成基板１０、ノズルプレート７０、コンプライアンス基板６０の少なくとも一部を互いに位置決めするための貫通孔である。流路形成基板１０には、ノズル開口７１に連通する圧力発生室１２、開口部１３、インク供給口１４、等の液体流路が形成されている。この液体流路を流れる液体による浸食を抑制するため、液体流路（１２，１３，１４）の内面に保護膜８０が形成されている。
図１０に示す記録装置２００に例示される液体噴射装置は、上述のような液体噴射ヘッドを備える。

記録ヘッド１は、概略、ノズルプレート７０、流路形成基板１０、振動板１６、圧電素子３、連通孔形成基板５０、コンプライアンス基板６０、が順に積層された構造とされている。振動板１６は、分離されない材料の表面を変性する等して一体に形成されてもよいし、接合されて積層されてもよい。

流路形成基板１０は、膜厚が例えば５００〜８００μｍ程度と比較的厚く剛性の高いシリコン単結晶基板等から形成することができる。流路形成基板１０は、セグメントＳＧ１間が隔壁１１により区画され、セグメントＳＧ１毎の長尺な液体流路（１２，１４）、各インク供給口１４に繋がる共通の液体流路である連通部１３ａ（開口部１３の一種）、等が形成されている。長尺な圧力発生室１２のサイズは、特に限定されないが、例えば、長手方向Ｄ２の長さを５００〜２０００μｍ程度、短手方向である幅方向Ｄ１の幅を２０〜５０μｍ程度、とすることができる。インク供給口１４は、圧力発生室１２よりも細幅とされている。各液体流路（１２，１４）は、圧力発生室１２の並設方向である幅方向Ｄ１へ並べられている。

液体流路（１２，１３，１４）の内面に設けられた保護膜８０には、耐液体性を有する材料が用いられている。液体噴射ヘッドに用いるインクはアルカリ性であることが多い一方、流路形成基板１０に用いられるシリコン基板はアルカリ性の水溶液に対して浸食される可能性がある。従って、耐インク性（耐液体性の一種）を有する材料には、耐アルカリ性を有する材料が好ましい。このような材料は、五酸化二タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）といった酸化タンタル（ＴａＯ_x）が好ましいものの、酸化タンタル以外の金属酸化物等を用いることもできる。

振動板１６には、貫通孔７に対応した貫通部１７が形成されている。図３（ｂ）等に示す振動板１６は、シリコン基板１５上に形成された弾性膜１６ａと、この弾性膜１６ａ上に形成された絶縁膜１６ｂとを有している。貫通部１７は、弾性膜１６ａの貫通部１７ａと絶縁膜１６ｂの貫通部１７ｂとが繋がっている。弾性膜１６ａは例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_x）で構成することができ、絶縁膜１６ｂは例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_x）で構成することができる。振動板１６の厚みは、弾性を示す限り特に限定されないが、例えば０．５〜２μｍ程度とすることができる。

圧電素子３は、圧電体層３０と、圧電体層３０の圧力発生室１２側に設けられた下電極（第１電極）２０と、圧電体層３０の他方側に設けられた上電極（第２電極）４０とを有している。すなわち、下電極２０は、圧電体層３０の絶縁膜１６ｂ側、すなわち、圧力発生室１２側に設けられている。上電極４０は、圧力発生室１２の絶縁膜１６ｂとは反対側、すなわち、圧力発生室１２とは反対側に設けられている。また、圧電素子３には、接続配線６６を介して駆動回路６５に接続するために引き出されたリード電極４５等が設けられている。図３（ｂ）に示すリード電極４５は、振動板１６上に形成された密着層４６と、この密着層４６上に形成された金属層４７とを有している。金属層４７の構成金属には、Ａｕ（金）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、これらの混合物、等を用いることができる。密着層４６には、ニッケルクロム（Ｎｉ_xＣｒ_1-x；０＜ｘ＜１）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、等を用いることができる。むろん、振動板１６と金属層４７との密着力が十分であれば、密着層４６を省略可能である。また、これらの層４６，４７以外の層がリード電極４５に設けられてもよい。

一般的には、圧電素子３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３０を圧力発生室１２毎にパターニングして圧電素子３を構成する。図２等に示す圧電素子３は、下電極２０を共通電極とし、上電極４０を個別電極としている。

圧電体層３０は、少なくとも圧力発生室１２に対応した領域（圧力発生室対応領域Ｒ１）において、本質的に、下電極２０の上面に形成されている。圧力発生室対応領域Ｒ１の圧電体層３０は、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成された狭幅部を有している。すなわち、圧力発生室の幅方向Ｄ１において、圧電体層３０の狭幅部の境界位置は、圧力発生室１２の境界位置よりも内側とされている。圧電体層３０には、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ_x，Ｔｉ_1-x）Ｏ₃）といった強誘電体、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化マグネシウム、といった金属酸化物が添加されたもの、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｏ₃といった非鉛系ペロブスカイト型酸化物、この酸化物のＢサイトにマンガンといった金属が添加されたもの、等のペロブスカイト構造を有する材料を用いることができる。
圧電体層３０の厚みは、特に限定されないが、例えば０．２〜５μｍ程度とすることができる。

電極（２０，４０）の構成金属には、Ｐｔ（白金）、Ａｕ、Ｉｒ（イリジウム）、Ｔｉ（チタン）、等の１種以上を用いることができる。構成金属は、酸化物といった化合物の状態でもよいし、化合していない状態でもよく、合金の状態でもよいし、単独の金属の状態でもよく、これらの金属を主成分としてモル比で少ない別の金属が含まれてもよい。電極（２０，４０）の厚みは、特に限定されないが、例えば１０〜５００ｎｍ程度とすることができる。

圧電素子３の実質的な能動部４は、下電極２０と上電極４０とで圧電体層３０が挟まれた領域となる。圧電素子が共通下電極構造である場合、能動部４の能動端は上電極４０の境界位置となる。圧電素子が共通上電極構造である場合、能動部４の能動端は下電極２０の境界位置となる。能動部４の幅は、圧力発生室の幅よりも小さい範囲で特に限定されないが、例えば１０〜１００μｍ程度とすることができる。幅方向能動端が圧力発生室１２の境界位置よりも内側にあるため、圧力発生室対応領域Ｒ１内において能動部４の幅方向外側領域は、可撓性の非能動部となる。この非能動部の幅は、特に限定されないが、例えば３〜１０μｍ程度とすることができる。

なお、リザーバ９近傍の振動板１６上、具体的には絶縁膜１６ｂ上に、リード電極４５と同じ材料でリード電極４５とは不連続に形成された封止層４８が残されている。封止層４８は、流路形成基板をエッチングして圧力発生室やリザーバ部等の液体流路を形成するとき、エッチング液等が圧電素子側に侵入しないようにし、図８（ａ），（ｂ）に示すように液体流路形成後に貫通孔７に対応した貫通孔対応領域Ｒ３が除去される。貫通孔７の周囲に封止層４８が残されていることにより、貫通孔周囲の振動板１６が補強されている。

振動板１６や圧電素子３やリード電極４５等を積層した流路形成基板１０には、例えば接着剤５５によって連通孔形成基板５０が接合されている。この連通孔形成基板５０を厚み方向へ貫通した連通孔５１ａは、連通部１３ａとともにリザーバ９を構成する。圧電素子３に対向する領域に形成された圧電素子保持部５２は、圧電素子３の運動を阻害しない程度の空間を有する。連通孔形成基板５０には、例えば、シリコン単結晶基板、ガラス、セラミックス材料、等を用いることができる。連通孔形成基板５０の厚みは、特に限定されないが、例えば１００〜５００μｍ程度とすることができる。

連通孔形成基板５０上には、コンプライアンス基板６０及び駆動回路６５が固定されている。
コンプライアンス基板６０に設けられた封止膜６１は、例えば厚み４〜８μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）といった剛性が低く可撓性を有する材料等が用いられ、連通孔５１の一方の面を封止する。また、コンプライアンス基板６０に設けられた固定板６２は、例えば厚み２０〜４０μｍ程度のステンレス鋼（ＳＵＳ）といった金属等の硬質の材料が用いられ、リザーバ９に対向する領域が開口部６３とされている。

駆動回路６５は、接続配線６６を介してリード電極４５と電気的に接続され、並設された圧電素子３を駆動する。駆動回路６５には、回路基板、半導体集積回路（ＩＣ）、等を用いることができる。接続配線６６には、ボンディングワイヤといった導電性ワイヤ等を用いることができる。

ノズルプレート７０には、各圧力発生室１２のインク供給口１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口７１が穿設されている。従って、圧力発生室１２は、液体を吐出するノズル開口７１に連通している。ノズルプレート７０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼、等を用いることができ、流路形成基板１０の開口面側に固着されている。ノズルプレート７０の厚みは、特に限定されないが、例えば０．０１〜１ｍｍ程度とすることができる。

ところで、図６（ｂ）に示すように流路形成基板１０をウェットエッチングして圧力発生室１２や連通部１３ａ等の液体流路を形成するとき、エッチング液が圧電素子３側に侵入しないようにする必要がある。そこで、液体流路（１２，１３，１４）を形成する前に、振動板１６の貫通部１７にある流路形成基板１０上に封止層４８を形成している。図３（ｂ）や図９に示す封止層４８は、流路形成基板１０上に形成された密着層４６と、この密着層４６上に形成された金属層４７とを有している。封止層の金属層４７の構成金属には、Ａｕ（金）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、これらの混合物、等の比較的導電性の高い材料を用いることができる。封止層の密着層４６には、ニッケルクロム、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、等を用いることができる。むろん、流路形成基板１０と金属層４７との密着力が十分であれば、密着層４６を省略可能である。また、これらの層４６，４７以外の層が封止層４８に設けられてもよい。さらに、封止層４８は、リード電極４５に無い層が設けられてもよいし、リード電極４５とは異なる層とされてもよい。

封止層４８の材料に振動板１６上の圧電素子３から引き出されるリード電極４６と同じ材料を少なくとも用いると、リード電極４５の形成時に封止層４８も形成することができ、液体噴射ヘッドの製造コストを低減することができる。

また、シリコン基板１５は、アルカリ性のインク等に対して浸食される可能性がある。このため、図７（ａ）に示すように、液体流路（１２，１３，１４）の内面に耐液体性を有する保護膜８０を形成している。保護膜８０の材料は、五酸化二タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）といった酸化タンタル（ＴａＯ_x）を少なくとも含む耐アルカリ性を有する材料が好ましい。保護膜８０の厚みは、特に限定されないが、例えば１０〜１００ｎｍ程度とすることができる。保護膜の材料に少なくとも酸化タンタルを用いる製造方法は、液体による流路形成基板の浸食を抑制するのに好適である。

図３（ｂ）に示すようなリザーバ９や図９に示すような位置決め孔８やチップ分割用のブレイクパターン用孔といった貫通孔７を形成するためには、封止層４８上の保護膜８０を除去する必要がある。そこで、図７（ｂ）に示すように、保護膜形成後の開口部１３の貫通孔７に対応した内面に内部応力が圧縮応力である圧縮応力層８５を例えば気相法により形成している。この気相法には、スパッタ法、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、等を用いることができる。

図１１は、別形成されたマスク９０を用いず、保護膜８０の全面に圧縮応力層８５をスパッタ法といった気相法により形成した比較例を示す垂直端面図である。図１１は、製造途中の記録ヘッドを圧力発生室の長手方向に沿って破断して示している。図１１に示すように保護膜８０の全面に圧縮応力層８５を形成すると、圧縮応力が不要であり保護膜８０を残すべき圧力発生室内面等の箇所の保護膜８０に圧縮応力が加わる。このため、圧力発生室対応領域Ｒ１等の振動板１６、特に、圧力発生室１２の幅方向Ｄ１における振動板１６の端部にクラックが生じる可能性があり、液体噴射ヘッド（１）の耐久性が低下する可能性がある。

保護膜８０の全面に圧縮応力層を形成した場合、形成時点で圧縮応力が不要である圧力発生室等にも圧縮応力がかかるため、フォトエッチングにより前記圧力発生室の圧縮応力層を除去する前にクラックが発生してしまう可能性がある。さらに、流路形成基板１０には数十μｍ単位の大きな凹凸があるため、レジストの被覆性の問題があり、フォトエッチングすること自体が困難である。このため、フォトエッチングによる圧縮応力層の加工は難しい。
また同様にレジストの被覆性の問題があるため、リフトオフによる選択成膜プロセスも採用し難い。

本製造方法は、図１に示すように、流路形成基板１０の圧力発生室１２側に別形成されたマスク９０を設け、例えば気相法によりマスク９０の貫通穴（９１）を通して圧縮応力層８５を保護膜形成後の開口部１３の貫通孔７に対応した内面に形成する。ここで、「別形成されたマスク」には、レジストなど流路形成基板上に対して化学的に形成したマスクが含まれない。このマスク９０を貫通した穴９１は、貫通孔７に対応した貫通孔対応領域Ｒ４の少なくとも一部に設けられている。一方、マスク９０は、圧力発生室１２に対応した圧力発生室対応領域Ｒ２を少なくとも覆う。これにより、保護膜形成後の開口部１３の貫通孔対応領域Ｒ３は圧縮応力層８５が選択的に形成されて保護膜８０が除去される一方、保護膜形成後の圧力発生室１２は圧縮応力層８５が形成されず、圧力発生室対応領域Ｒ１の振動板１６のクラックが抑制される。

マスクの穴９１は、貫通孔対応領域Ｒ４と同じ大きさでもよいが、図１に示すように貫通孔対応領域Ｒ４よりも小さくしてもよい。すると、マスクの穴９１を通って貫通孔対応領域Ｒ４外に回り込む圧縮応力層８５が少なくなり、貫通孔対応領域Ｒ４外の保護膜８０に加わる圧縮応力が小さくなる。従って、振動板１６のクラックがさらに抑制される。

別形成されるマスク９０は、流路形成基板１０とは別に穴９１が形成されるマスクであればよく、各種のメタルスルーマスクやハードマスク等を用いることができる。むろん、マスクの材質は、金属、セラミック、酸化物、合成樹脂、等、種々の材質とすることができる。

封止層４８上の保護膜８０は、内部応力が圧縮応力である圧縮応力層８５により剥離され易くなっている。この性質を利用して貫通孔７に対応した貫通孔対応領域Ｒ３の圧縮応力層８５を保護膜８０とともに除去し、封止層４８を除去することにより、厚み方向Ｄ３へ貫通した貫通孔７を形成している。圧縮応力層８５の材料は、チタンタングステン（Ｔｉ_xＷ_1-x；０＜ｘ＜１）を少なくとも含む材料が好ましい。圧縮応力層の材料に少なくともチタンタングステンを用いる製造方法によると、貫通孔に対応した領域の保護膜を圧縮応力層とともに容易に除去することができる。

（２）液体噴射ヘッドの製造方法の例：
次に、図４〜８を参照して、記録ヘッドの製造方法を例示する。図４〜８は、圧力発生室の長手方向Ｄ２に沿った垂直端面図である。まず、流路形成基板１０用のシリコンウェハを例えば１１００℃程度の拡散炉で熱酸化する等によって、図４（ａ）に示するように、シリコン基板１５の表面に対して弾性膜１６ａを一体に形成する。弾性膜１６ａは、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等で構成することができ、例えば厚み０．８〜１．５μｍ程度とすることができる。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜１６ａ上に絶縁膜１６ｂを形成する。例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を弾性膜１６ａ上に形成した後にジルコニウム層を例えば５００〜１２００℃程度の拡散炉で熱酸化することにより、酸化ジルコニウム層を絶縁膜１６ｂとして形成することができる。絶縁膜１６ｂの厚みは、例えば０．３〜０．５μｍ程度とすることができる。以上が、振動板形成工程Ｓ１である。

次いで、スパッタ法等によって振動板１６上に下電極２０を形成する。図４（ｃ）に示す例では、下電極２０を形成した後にパターニングしている。なお、上述した酸化ジルコニウム層の代わりに、又は、酸化ジルコニウム層に加えて、窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）膜、Ｉｒ膜、酸化イリジウム（ＩｒＯ）膜、等の層を密着層又は拡散防止層として振動板１６上に形成したうえで、当該層上に下電極２０を形成してもよい。

次いで、スピンコート法といった液相法等によって少なくとも下電極２０上に圧電体層３０を形成し、スパッタ法等によって少なくとも圧電体層３０上に上電極４０を形成する。図４（ｄ）に示す例では、上電極４０を形成した後に圧電体層３０及び上電極４０をパターニングしている。これにより、圧電体層３０及び電極（２０，４０）を有する圧電素子３が形成され、この圧電素子３及び振動板１６を備えた圧電アクチュエーター２が形成される。以上が、圧電素子形成工程Ｓ２である。

圧電体層３０を形成する場合、例えば、上述したＰＺＴを構成する金属の有機物を分散媒に分散した前駆体溶液を用い、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程、及び、焼成工程を経て結晶化させることにより、圧電体層３０が形成される。前記塗布工程では、下電極２０を形成した絶縁膜１６ｂの上側に前記前駆体溶液を例えばスピンコート法により塗布する。前記乾燥工程では、塗布膜を、例えば、１７０〜１８０℃程度に加熱し８〜３０分程度保持して乾燥する。前記脱脂工程では、乾燥後の膜を、例えば、３００〜４００℃程度に加熱し１０〜３０分程度保持して脱脂する。前記焼成工程では、脱脂後の膜を、例えば、５５０〜８００℃程度に加熱し５〜３０分間程度焼成してペロブスカイト型酸化物を形成させ、圧電体層３０を形成する。圧電体層３０を厚くするため、塗布工程と乾燥工程と脱脂工程と焼成工程の組合せを複数回行ってもよい。なお、液相法以外にも、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタ法等で圧電体層３０を形成してもよい。

次いで、図４（ｄ）に示すように、振動板１６をパターニングして、貫通孔７が形成される貫通孔対応領域Ｒ３の振動板１６に貫通部１７を形成する。例えば、絶縁膜１６ｂをエッチングして貫通部１７ｂを形成し、さらに弾性膜１６ａをエッチングして貫通部１７ａを形成する。図４（ｄ）に示す貫通部１７ｂは貫通部１７ａよりも開口面積が大きくされているが、両貫通部１７ａ，１７ｂは同じ大きさで形成されてもよい。以上が、貫通部形成工程Ｓ３である。

次いで、図５（ａ）に示すように、基板上にリード電極４５及び封止層４８を同時に形成する（封止層形成工程Ｓ４）。例えば、圧電素子３を設けた基板の全面に亘ってニッケルクロム等の密着層４６をスパッタ法等により形成し、この密着層４６上に金等の金属層４７をスパッタ法等により形成し、レジスト等からなるマスクパターンを介してパターニングすればよい。すると、貫通孔７に対応した貫通孔対応領域Ｒ３にリード電極４５とは不連続の封止層４８を残し、振動板１６の貫通部１７を封止することができる。この封止層形成工程Ｓ４により、リード電極４５と同時に隔離層である封止層４８を形成することができ、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。むろん、リード電極４５の形成とは別に封止層４８を形成してもよい。

なお、電極（２０，４０）や密着層４６や金属層４７は、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリング法といったスパッタ法等によって形成することができる。各層の厚みは、スパッタ装置の印加電圧やスパッタ処理時間を変えることにより調整することができる。

次いで、図５（ｂ）に示すように、圧電素子保持部５２等を予め形成した連通孔形成基板５０を基板上に例えば接着剤５５によって接合する（連通孔形成基板接合工程Ｓ５）。

次いで、図５（ｃ）の破線で示すように、弾性膜１６ａを形成したシリコン基板１５を例えば６０〜８０μｍ程度にする。例えば、当該シリコン基板１５において圧電素子３とは反対側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所定の厚みにする。次いで、図６（ａ）に示すように、当該シリコン基板１５において圧力発生室１２側となる面にマスク膜１８を形成し、所定形状にパターニングする。マスク膜１８には、窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いることができる。次いで、ＫＯＨ水溶液等のアルカリ溶液を用いてシリコン基板１５を異方性エッチング（ウェットエッチング）する。これにより、図６（ｂ）に示す液体流路（１２，１３ｂ，１４）や、図９に示す連通部１３ｂ等が同時に形成される。このとき、振動板の貫通部１７が封止層４８で封止された状態であるので、貫通部１７から圧電素子３側にエッチング液が流れ込まない。これにより、圧電素子３や連通孔形成基板５０に意図しないエッチングが行われたり、連通孔形成基板５０の表面に設けられている配線が断線したりする不具合を抑制することができる。以上が、圧力発生室１２及び開口部１３を形成する流路形成工程Ｓ６である。
なお、液体流路（１２，１３，１４）は、圧電素子３の形成前に形成されてもよい。

次いで、圧力発生室１２や開口部１３等の内面に耐液体性を有する保護膜８０を形成する。封止層４８の密着層４６に保護膜８０を積層しても貫通孔に対応した貫通孔対応領域Ｒ３の保護膜８０を除去して貫通孔７を形成することができる。必要に応じて、図６（ｃ）に示すように、貫通孔７内の封止層４８の一部、具体的には、開口部１３側に露出している密着層４６と、この密着層４６が拡散している金属層４７の一部とを、開口部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してもよい。これにより、後の工程で形成される保護膜８０と封止層４８との密着力が弱められ、封止層４８上の保護膜８０が剥離し易くなる。

図７（ａ）に示す例では、流路形成基板１０からマスク膜１８を除去し、液体流路（１２，１３ａ，１４）や連通部１３ｂの内面を含む圧力発生室側の全面に亘って酸化タンタル等の耐アルカリ性を有する保護膜８０をスパッタ法等によって形成している。振動板の貫通部１７が封止層４８によって封止されているため、流路形成基板１０の圧電素子３側に保護膜８０が形成されない。従って、リード電極４５や連通孔形成基板５０の配線の接続不良等が抑制される。以上が、保護膜形成工程Ｓ７である。

次いで、図１に示すように、流路形成基板１０の圧力発生室１２側に別成形されたマスク９０を配置し、例えば気相法によりマスク９０を通して内部応力が圧縮応力である圧縮応力層８５を保護膜形成後の開口部１３の貫通孔７に対応した内面に形成する。スパッタ装置の加熱等により流路形成基板１０の圧力発生室１２側へ飛散する圧縮応力層の材料は、マスクの穴９１を通って所要箇所の保護膜８０上に堆積する。マスク９０の穴９１は貫通孔対応領域Ｒ４の少なくとも一部に設けられている一方、マスク９０は圧力発生室対応領域Ｒ２等を覆っている。従って、図７（ｂ）に示すように、圧縮応力層８５が保護膜形成後の開口部１３の貫通孔７に対応した内面に対して選択的に形成される。以上が、圧縮応力層形成工程Ｓ８である。

高応力材料の圧縮応力層８５を保護膜８０上に形成すると、圧縮応力層８５の応力によって封止層４８上に形成された保護膜８０が剥がれ始める。この圧縮応力層８５をウェットエッチングにより除去すると、図８（ａ）に示すように、封止層４８上の保護膜８０を圧縮応力層８５と共に除去することができる。一方、保護膜８０を残すべき圧力発生室１２内面等の箇所の保護膜８０上に圧縮応力層８５が形成されていないので、圧力発生室対応領域Ｒ１等の振動板１６のクラックが抑制される。
さらに、図８（ｂ）に示すように、封止層４８を開口部１３側からウェットエッチングして貫通させ、貫通孔７を形成する。このウェットエッチングは、貫通部１７ａを有する弾性膜１６ａをマスクとして行うことができる。以上が、貫通孔形成工程Ｓ９である。

次いで、流路形成基板１０及び連通孔形成基板５０の周縁部の不要部分を例えばダイシングにより切断して除去する。次いで、図３（ｂ）に示されるように、ノズル開口７１を予め形成したノズルプレート７０をシリコン基板１５の圧力発生室１２側の面に接合する。流路形成基板１０の開口面側に対するノズルプレート７０の固着には、接着剤、熱溶着フィルム、等を用いることができる。

次いで、封止膜６１と固定板６２を積層したコンプライアンス基板６０を連通孔形成基板５０上に接合し、所定のチップサイズに分割する。また、連通孔形成基板５０上には、駆動回路６５が固定される。
以上により、記録ヘッド１が製造される。

本記録ヘッド１は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバ９からノズル開口７１に至るまで内部をインクで満たす。駆動回路６５からの記録信号に従い、圧力発生室１２毎に下電極２０と上電極４０との間に電圧を印加すると、圧電体層３０、下電極２０及び振動板１６の変形によりノズル開口７１からインク滴が吐出する。

以上説明したように、本製造方法によると、保護膜形成後の開口部１３の貫通孔対応領域Ｒ３は圧縮応力層８５が形成されて保護膜８０が除去される一方、保護膜形成後の圧力発生室１２は圧縮応力層８５が形成されない。従って、圧力発生室対応領域Ｒ１の振動板１６のクラックを抑制することができる。

（３）液体噴射装置：
図１０は、上述した記録ヘッド１を有するインクジェット式の記録装置（液体噴射装置）２００の外観を示している。記録ヘッド１を記録ヘッドユニット２１１，２１２に組み込むと、耐久性を向上させた記録装置２００を製造することができる。図１０に示す記録装置２００は、記録ヘッドユニット２１１，２１２のそれぞれに、記録ヘッド１が設けられ、外部インク供給手段であるインクカートリッジ２２１，２２２が着脱可能に設けられている。記録ヘッドユニット２１１，２１２を搭載したキャリッジ２０３は、装置本体２０４に取り付けられたキャリッジ軸２０５に沿って往復移動可能に設けられている。駆動モーター２０６の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト２０７を介してキャリッジ２０３に伝達されると、キャリッジ２０３がキャリッジ軸２０５に沿って移動する。図示しない給紙ローラー等により給紙される記録シート２９０は、プラテン２０８上に搬送され、インクカートリッジ２２１，２２２から供給され記録ヘッド１から吐出するインクにより印刷がなされる。

（４）応用、その他：
本発明は、種々の変形例が考えられる。
上述した製造工程の順序は、適宜、変更可能である。例えば、振動板形成工程Ｓ１で振動板１６を形成した後、先に貫通部１７を形成し、この貫通部１７に封止層４８を形成してから圧電素子３を形成してもよい。
上述した実施形態では圧電素子を共通下電極構造としたが、圧電素子を共通上電極構造とすることも可能である。
上述した実施形態では圧力発生室毎に個別の圧電体を設けているが、複数の圧力発生室に共通の圧電体を設け圧力発生室毎に個別電極を設けることも可能である。
上述した実施形態では流路形成基板にリザーバの一部を形成しているが、流路形成基板とは別の部材にリザーバを形成することも可能である。
上述した実施形態では圧電素子の上側を圧電素子保持部で覆っているが、圧電素子の上側を大気に開放することも可能である。

流体噴射ヘッドから吐出される液体は、液体噴射ヘッドから吐出可能な材料であればよく、染料等が溶媒に溶解した溶液、顔料や金属粒子といった固形粒子が分散媒に分散したゾル、等の流体が含まれる。このような流体には、インク、液晶、等が含まれる。液体噴射ヘッドは、プリンターといった画像記録装置の他、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置、有機ＥＬディスプレー等の電極の製造装置、バイオチップ製造装置、等に搭載可能である。

以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、圧力発生室に対応した領域の振動板のクラックを抑制する液体噴射ヘッドの製造方法等の技術を提供することができる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。

１…記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…圧電アクチュエーター、３…圧電素子、７…貫通孔、８…位置決め孔、９…リザーバ、１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、１３…開口部、１３ａ，１３ｂ…連通部、１５…シリコン基板、１６…振動板、１６ａ…弾性膜、１６ｂ…絶縁膜、１７，１７ａ，１７ｂ…貫通部、２０…下電極（第１電極）、３０…圧電体層、４０…上電極（第２電極）、４５…リード電極、４６…密着層、４７…金属層、４８…封止層、５０…連通孔形成基板、５１…連通孔、６０…コンプライアンス基板、６５…駆動回路、７０…ノズルプレート、７１…ノズル開口、８０…保護膜、８５…圧縮応力層、９０…マスク、９１…穴、２００…記録装置（液体噴射装置）、Ｄ１…圧力発生室の幅方向、Ｄ２…圧力発生室の長手方向、Ｄ３…厚み方向、Ｒ１，Ｒ２…圧力発生室対応領域、Ｒ３，Ｒ４…貫通孔対応領域、Ｓ１…振動板形成工程、Ｓ２…圧電素子形成工程、Ｓ３…貫通部形成工程、Ｓ４…封止層形成工程、Ｓ５…連通孔形成基板接合工程、Ｓ６…流路形成工程、Ｓ７…保護膜形成工程、Ｓ８…圧縮応力層形成工程、Ｓ９…貫通孔形成工程。

Claims (7)

1. 流路形成基板及び該流路形成基板に設けられた振動板に、厚み方向へ貫通した貫通孔が形成された液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記振動板の前記貫通孔に対応した貫通部が封止された状態で、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、前記貫通孔となる開口部を前記流路形成基板に形成する工程と、
   前記圧力発生室及び前記開口部の内面に耐液体性を有する保護膜を形成する工程と、
   前記貫通孔に対応した領域の少なくとも一部に穴を有し前記圧力発生室に対応した領域を覆う別形成されたマスクを通して内部応力が圧縮応力である圧縮応力層を前記保護膜形成後の開口部の前記貫通孔に対応した内面に形成する圧縮応力層形成工程と、
   前記貫通孔に対応した領域の圧縮応力層及び保護膜を除去して前記貫通孔を形成する工程と、を備えた、液体噴射ヘッドの製造方法。
2. 前記マスクに前記貫通孔に対応した領域よりも小さい前記穴を有するマスクを用いる、請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
3. 前記保護膜の材料に少なくとも酸化タンタルを用いた、請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
4. 前記圧縮応力層の材料に少なくともチタンタングステンを用いた、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
5. 前記振動板の貫通部を封止する封止層の材料に前記振動板上の圧電素子から引き出されるリード電極と同じ材料を少なくとも用いた、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
6. 前記貫通孔に繋がる連通孔を形成した連通孔形成基板を前記振動板が設けられた流路形成基板に接合する工程を備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法により液体噴射ヘッドを形成する工程を備えた、液体噴射装置の製造方法。

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