(57)【要約】【課題】記録ヘッドの小型化と低コスト化をさらに進展できるようにしたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】流路形成基板１と、流路形成基板１の表面に形成された圧力発生室３と、流路形成基板１に形成されて圧力発生室３に連通するノズル開口部５と、流路形成基板１の表面側に形成されて圧力発生室３を覆う振動膜７と、振動膜７を挟んで圧力発生室３と対向する領域に形成された圧電素子１０と、流路形成基板１の表面であって圧力発生室３と並ぶ領域に形成されたドライバ回路９と、流路形成基板１の表面側に形成されて、ドライバ回路９と圧電素子１０とを接続する配線層２５と、を備える。【選択図】図１
2010005900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板の一方の面に形成された圧力発生室と、
前記第１基板に形成されて前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、
前記第１基板の一方の面側に形成されて前記圧力発生室を覆う振動膜と、
前記振動膜を挟んで、前記圧力発生室と対向する領域に形成された圧電素子と、
前記第１基板の一方の面であって前記圧力発生室と並ぶ領域に形成された集積回路と、
前記第１基板の一方の面側に形成されて、前記集積回路と前記圧電素子とを接続する配線層と、を備えることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記振動膜を挟んで、前記第１基板の一方の面側に接合された第２基板と、
前記第２基板に形成されて前記圧力発生室に連通するリザーバと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記第２基板に形成された開口部、をさらに備え、
前記開口部は前記振動膜を底面とし、
前記圧電素子は、前記振動膜を底面とする前記開口部内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
前記ノズル開口部は、前記第１基板の他方の面に開口していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
前記第１基板と第２基板とを接合する接合層、をさらに備え、
前記第１基板及び前記第２基板はそれぞれシリコンからなり、
前記接合層はシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】
前記配線層は、高融点金属からなることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドを具備したことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項８】
第１基板の一方の面に圧力発生室を形成する工程と、
前記圧力発生室に連通するノズル開口部を前記第１基板に形成する工程と、
前記第１基板の一方の面であって前記圧力発生室と並ぶ領域に集積回路を形成する工程と、
前記圧力発生室を覆う振動膜を前記第１基板の一方の面側に形成する工程と、
前記振動膜を挟んで、前記圧力発生室と対向する領域に、圧電素子を形成する工程と、
前記集積回路と前記圧電素子とを接続する配線層を前記第１基板の一方の面側に形成する工程と、を含むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記振動膜を形成する工程は、
第２基板の一方の面に振動膜を形成する工程と、
前記振動膜が形成された前記第２基板の一方の面を前記第１基板の一方の面側に接合する工程と、を有することを特徴とする請求項８に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置、インクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電素子を駆動するための回路（以下、ドライバ回路という。）はＩＣ素子として別基板に製造されたものが記録ヘッドに装着され、各圧電素子とＩＣ素子との接続はワイヤーボンディングで行われてきた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２５４６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年では、インクジェット式記録ヘッドの小型化や高性能化を目的に、ノズル開口部の高密度化と圧電素子の狭ピッチ化が進んでいる。
しかしながら、ワイヤーボンディングによりＩＣ素子の出力端子と圧電素子とを接続する場合は、ワイヤー同士を少なくとも５０μｍ以上離しておく（即ち、ワイヤーの間隔を５０μｍ以上とする）必要があるため、面積を広く確保する必要がある。また、ワイヤーの被接合領域の上方に一定のスペースを確保して、ワイヤーを屈曲させる必要がある。このため、記録ヘッドの小面積化や低背化、圧電素子の狭ピッチ化、ノズル開口部の高密度化をさらに進展させることは難しく、ワイヤーボンディングによる接続は限界に近づきつつあった。
【０００４】
また、特許文献１に開示された技術によれば、ドライバ回路を有する基板、圧力発生室を有する基板、ノズルを有する基板をそれぞれ別基板で構成しているため、部品点数が多く、低コスト化が難しいという課題があった。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、記録ヘッドの小型化と低コスト化をさらに進展できるようにしたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置、インクジェット式記録ヘッドの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１のインクジェット式記録ヘッドは、第１基板と、前記第１基板の一方の面に形成された圧力発生室と、前記第１基板に形成されて前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記第１基板の一方の面側に形成されて前記圧力発生室を覆う振動膜と、前記振動膜を挟んで、前記圧力発生室と対向する領域に形成された圧電素子と、前記第１基板の一方の面であって前記圧力発生室と並ぶ領域に形成された集積回路と、前記第１基板の一方の面側に形成されて、前記集積回路と前記圧電素子とを接続する配線層と、を備えることを特徴とするものである。ここで、本発明の「集積回路」は、例えば、インクジェット式記録ヘッドを駆動するためのドライバ回路である。
このような構成であれば、集積回路と、圧力発生室及びノズル開口部が全て第１基板に形成されているので、部品点数が少なくて済む。これにより、組立工程を簡素化することができるので、インクジェット式記録ヘッドの低コスト化が可能となる。
【０００６】
〔発明２〕  発明２のインクジェット式記録ヘッドは、発明１のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記振動膜を挟んで、前記第１基板の一方の面側に接合された第２基板と、前記第２基板に形成されて前記圧力発生室に連通するリザーバと、をさらに備えることを特徴とするものである。
このような構成であれば、圧電素子の変位を直接振動膜に伝えることができ、リザーバから圧力発生室に供給されたインク液をノズル開口部から吐出させることができる。
【０００７】
〔発明３〕  発明３のインクジェット式記録ヘッドは、発明２のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記第２基板に形成された開口部、をさらに備え、前記開口部は前記振動膜を底面とし、前記圧電素子は、前記振動膜を底面とする前記開口部内に配置されていることを特徴とするものである。
このような構成であれば、第２基板に圧電素子が伸長、縮小するためのスペースを確保することができると共に、集積回路と圧電素子とを接続するために必要なスペースが低減されるので、記録ヘッドの低背化や小面積化、圧電素子の狭ピッチ化、ノズル開口部の高密度化をそれぞれ進展させることができる。
【０００８】
〔発明４〕  発明４のインクジェット式記録ヘッドは、発明１から発明３の何れか一のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記ノズル開口部は、前記第１基板の他方の面に開口していることを特徴とするものである。
このような構成であれば、第１基板の他方の面に向けてインク液を吐出することができる。
【０００９】
〔発明５〕  発明５のインクジェット式記録ヘッドは、発明２から発明４の何れか一のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記第１基板と第２基板とを接合する接合層、をさらに備え、前記第１基板及び前記第２基板はそれぞれシリコンからなり、前記接合層はシリコン酸化膜からなることを特徴とするものである。
このような構成であれば、例えばＣＶＤ法や塗布法により、接合層を薄く形成することができるので、インクジェット式記録ヘッドのさらなる低背化に寄与することができる。また、有機物を含まないように接着層を高純度に形成することができるので、接着層を形成した後も高温を伴う処理を施すことが可能であり、熱履歴に対する許容度を高めることができる。
【００１０】
〔発明６〕  発明６のインクジェット式記録ヘッドは、発明１から発明５の何れか一のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記配線層は、高融点金属からなることを特徴とするものである。ここで、高融点金属としては、例えば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）等の単体金属や、これらを用いた合金やシリサイド金属等が挙げられる。
このような構成であれば、配線層を形成した後も高温を伴う処理を施すことが可能であり、熱履歴に対する許容度を高めることができる。
〔発明７〕  発明７のインクジェット式記録装置は、発明１から発明６の何れか一のインクジェット式記録ヘッドを具備したことを特徴とするものである。
このような構成であれば、発明１から発明６のインクジェット式記録ヘッドが応用されるので、インクジェット式記録装置の小型化と低コスト化が可能である。
【００１１】
〔発明８〕  発明８のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、第１基板の一方の面に圧力発生室を形成する工程と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部を前記第１基板に形成する工程と、前記第１基板の一方の面であって前記圧力発生室と並ぶ領域に集積回路を形成する工程と、前記圧力発生室を覆う振動膜を前記第１基板の一方の面側に形成する工程と、前記振動膜を挟んで、前記圧力発生室と対向する領域に、圧電素子を形成する工程と、前記集積回路と前記圧電素子とを接続する配線層を前記第１基板の一方の面側に形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
このような方法であれば、部品点数を減らすことができ、組立工程を簡素化することができる。これにより、インクジェット式記録ヘッドの低コスト化が可能となる。
【００１２】
〔発明９〕  発明９のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明８のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記振動膜を形成する工程は、第２基板の一方の面に振動膜を形成する工程と、前記振動膜が形成された前記第２基板の一方の面を前記第１基板の一方の面側に接合する工程と、を有することを特徴とするものである。
このような方法であれば、前記第１基板と前記第２基板を容易に接合でき、かつ、ワイヤーボンディングに依らずに集積回路と圧電素子との接続を実現することができ、記録ヘッドの低背化や小面積化、圧電素子の狭ピッチ化、ノズル開口部の高密度化をそれぞれ進展させることができる。また、部品点数を減らすことができ、組立工程を簡素化することができる。これにより、インクジェット式記録ヘッドの低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す断面図である。また、図２は、インクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す下面図である。図１及び図２に示すように、このインクジェット式記録ヘッド１００は、例えば、流路形成基板１と、流路形成基板１の一方の面（例えば、表面）に形成された圧力発生室３と、流路形成基板１の表面に形成されて圧力発生室３に連通するノズル開口部５と、流路形成基板１の表面側に形成されて前記圧力発生室３を覆う振動膜７と、流路形成基板１の表面であって圧力発生室３と並ぶ領域に形成されたドライバ回路９と、振動膜７を挟んで圧力発生室３と対向する領域に配置された圧電素子１０と、流路形成基板１の表面側に配置された配線層２１、２３、２５と、振動膜７を挟んで流路形成基板１の表面側に接合された弾性膜形成基板５１と、弾性膜形成基板５１に形成されて圧力発生室３に連通するリザーバ３０と、を備える。
【００１４】
これらの中で、流路形成基板１は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板である。この流路形成基板１は、例えば、５０μｍ〜５００μｍの厚さを有し、個々に区画された複数の圧力発生室３（圧力室、又は、インクキャビティと呼ぶこともできる）が形成されている。圧力発生室３にはリザーバ３０からインク液が供給される。圧力発生室３の深さ（即ち、流路形成基板１の表面から圧力発生室３の底面までの距離）は、例えば１０μｍ〜５０μｍ程度である。
振動膜７は弾性膜であり、流路形成基板１の表面側に配置されて圧力発生室３を覆っている。この振動膜７は、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜若しくはシリコン窒化（Ｓｉ3Ｎ4）膜、又は、これらを積層した膜からなる。振動膜７の厚さは、例えば１００ｎｍ〜１０μｍ程度である。なお、図１では、振動膜７の一例として、第１の弾性膜６と第２の弾性膜８とからなる積層構造の膜を示している。第１の弾性膜６の厚さは、例えば１ｎｍ〜１０μｍ程度である。また、第２の弾性膜８の厚さは、例えば、１ｎｍ〜１０μｍ程度である。
【００１５】
また、ノズル開口部５は、流路形成基板１を貫通するように形成されており、その一端が流路形成基板１の他方の面（例えば、裏面）で開口している。このインクジェット式記録ヘッド１００において、圧力発生室３にインク液が供給された状態で振動膜７が振動すると、圧力発生室３内の圧力が変化して、圧力発生室３からノズル開口部５へインク液が送られる。そして、送られたインク液はノズル開口部５からその外（図１では、ノズル開口部５の上方）へ吐出される。なお、インク液に圧力を与える圧力発生室３の容積と、ノズル開口部５の大きさは、インク液の吐出量とその吐出スピード、吐出周波数などに応じて最適化されている。
【００１６】
ドライバ回路９は、圧電素子１０を駆動するための回路であり、いわゆるＣＭＯＳプロセスにより形成された集積回路である。
図３に示すように、ドライバ回路９は、その内部に例えばＭＯＳトランジスタ等からなるスイッチ素子９ａを複数有する。これらスイッチ素子９ａは、圧電素子１０と例えば１：１に対応している。そして、ドライバ回路９は、このようなスイッチ素子９ａをオン、オフすることにより、それぞれの圧電素子１０に対して電圧を選択的に印加する機能を有する。つまり、ドライバ回路９は個々の圧電素子１０に対して印加される電圧のオン、オフを制御することができ、これにより、個々のノズル（即ち、１つの圧力発生室３とこれに連通するノズル開口部５）に対してインク液の吐出の有無を制御することができるようになっている。このような制御機能を有するドライバ回路９は、図１に示すように、流路形成基板１の表面であって、圧力発生室３と隣接する領域に形成されている（つまり、断面視で圧力発生室３と横並びとなるように形成されている。）。そして、このドライバ回路９の能動面（即ち、回路形成面）には複数個の外部接続端子（即ち、バンプ電極）９ｂが形成されている。
【００１７】
圧電素子１０は、例えば、振動膜７と接する下部電極１１と、下部電極１１上に形成された圧電体１３と、圧電体１３上に形成された上部電極１５とを有する。ここで、下部電極１１は、例えば複数の圧電素子１０にわたる共通の電極である。また、圧電体１３は、電圧を加えると伸長、収縮する、又は、歪みが生じるような誘電体であり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。さらに、上部電極１５は、下部電極１１とは異なり共通の電極ではなく、個々の圧電体１３と１：１で対応した個別の電極である。このような構成の圧電素子１０は、個々の圧力発生室３と対向する領域にそれぞれ設けられている。
【００１８】
配線層２５は、ドライバ回路９と圧電素子１０とを接続するものである。図１に示すように、配線層２５の一端はドライバ回路９が有するバンプ電極９ｂに接合され、配線層２５の他端は圧電素子１０の上部電極１５に接続している。これにより、ドライバ回路９から圧電素子１０に電圧を印加することが可能となっている。
また、図１に示す配線層２１、２３は、ドライバ回路９と図示しないメインボード上の集積回路とを接続するものである。ここで、メインボードとは、インクジェット式記録装置の内部に設けられた、記録ヘッド１００以外の基板である。このメインボード上には、駆動波形生成部やベースドライバなどの集積回路が形成されている。これらの集積回路は、圧電素子１０を駆動するための信号（即ち、駆動波形）を生成し、また必要に応じて、この信号を増幅する機能を有する。
【００１９】
弾性膜形成基板５１は、例えば面方位（１００）又は（１１１）のバルクシリコン基板からなる。図１及び図２に示すように、この弾性膜形成基板５１には、外部からインク液の供給を受けるリザーバ３０が形成されている。リザーバ３０は、弾性膜形成基板５１の表面から裏面にかけて形成された貫通口からなり、前述の全ての圧力発生室３の容積よりも十分に大きい容積を持つように大きく形成されている。また、この弾性膜形成基板５１には、前述の圧電素子１０を収納するための開口部３３も形成されている。この開口部３３は、弾性膜形成基板５１の表面から裏面にかけて形成されており、その底面の一部または全部は振動膜７となっている。なお、この弾性膜形成基板５１は、その名称が示すように、弾性膜６、８を形成する際の下地としても使用されるが、その具体的な例については後で説明する。
【００２０】
このような構成のインクジェット式記録ヘッド１００は、図示しない外部インク供給手段からリザーバ３０にインク液を取り込み、リザーバ３０からノズル開口部５に至るまでの間をインク液で満たしておく。そして、ドライバ回路９により、圧電素子１０の上部電極１５と下部電極１１との間に電圧を印加して圧電体１３を伸長、収縮させ、又は、歪みを生じさせる。これにより、振動膜７が変形して圧力発生室３内の圧力が高まり、ノズル開口部５からインク液が吐出される。次に、このインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法について説明する。
【００２１】
図４〜図２０は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す断面図である。この製造方法は、流路形成基板１側の製造工程と、弾性膜形成基板５１側の製造工程と、これら両基板を貼り合わせて一体化させる工程とに大別される。ここでは、始めに流路形成基板１側の製造工程について図４〜図８を参照しながら説明し、次に弾性膜形成基板５１側の製造工程について図９〜図１３を参照しながら説明する。その後、これら両基板１、５１の表面同士を張り合わせて一体化させる工程等について、図１４〜図２０を参照しながら説明する。
【００２２】
まず、流路形成基板１側の製造工程では、図４に示すように流路形成基板１の表面にドライバ回路９を形成する。ドライバ回路９の形成は、例えば通常のＣＭＯＳプロセスにより行う。なお、図示しないが、ドライバ回路９の内部に形成される配線（即ち、内部配線）は、少なくとも融点が７００℃以上の材料を用いて形成する。例えば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）等の単体金属や、これらを用いた合金やシリサイド金属等の高融点材料を用いて、内部配線を形成する。これにより、以降の熱処理を伴う工程（例えば、圧電体１３を焼結する工程等）において、内部配線の溶融を防ぐことができる。
次に、ドライバ回路９が形成された流路形成基板１の表面に絶縁膜２を形成する。この絶縁膜２には、例えば、ＳｉＯ2膜若しくはＳｉ3Ｎ4膜、又は、これらを積層した膜である。この絶縁膜の形成は、例えばＣＶＤ法や塗布法により行う。
【００２３】
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、絶縁膜を部分的にエッチングして、ドライバ回路９の表面にあるパッド電極を底面に露出させたコンタクトホールを形成する。そして、このコンタクトホールを埋め込むように流路形成基板１の表面に導電膜を形成する。ここで、上記の内部配線と同様の理由から、この導電膜には、例えば、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ等の単体金属やこれらを用いた合金やシリサイド金属等の高融点材料を用いる。高融点材料の形成は、例えばスパッタリングにより行う。続いて、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、この導電膜を部分的にエッチングして、コンタクトホール以外の領域から導電膜を取り除く。これにより、図５に示すように、導電膜からなるバンプ電極９ｂをコンタクトホール内に形成する。バンプ電極９ｂはドライバ回路９表面のパッド電極に接続しており、このバンプ電極９ｂを介して、ドライバ回路９は信号を授受することができる。
【００２４】
次に、図６に示すように、バンプ電極９ｂが形成された流路形成基板１の表面側に接合絶縁膜４を形成する。この接合絶縁膜４は例えばＳｉＯ2膜であり、その形成は例えばＣＶＤ法や塗布法で行う。この接合絶縁膜４の厚さは、例えば１０ｎｍ〜１０μｍ程度である。
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、この接合絶縁膜４を部分的にエッチングして、バンプ電極９ｂの表面を底面に露出させた開口部１６を形成する。また、この開口部１６の形成工程と前後するタイミングで、図７に示すように、圧力発生室３を形成する。ここでは、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、圧力発生室３の形成領域にある接合絶縁膜４と、絶縁膜２及び流路形成基板１の表面を順次、部分的にエッチングして、圧力発生室３を形成する。次に、図８に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、圧力発生室３の底面にノズル開口部５を形成する。ここでは、ノズル開口部５の先端（即ち、図８において、上側の端部）を流路形成基板１の裏面側に到達させない。以上で、流路形成基板１側の工程を終了する。
【００２５】
次に、弾性膜形成基板５１側の製造工程では、図９に示すように、弾性膜形成基板５１の表面に弾性膜６を形成する。この弾性膜６は、例えばＳｉＯ2膜若しくはＳｉ3Ｎ4膜、又は、これらを積層した膜からなる。また、ここでは、弾性膜形成基板５１の表面に下地膜（例えば、Ｓｉ3Ｎ4膜等）を形成し、下地膜の上に弾性膜６を形成するようにしても良い。
【００２６】
次に、図１０に示すように、振動膜７上にメインボード等に繋がる配線層２３を形成する。ここでは、弾性膜６上に、例えば、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ等の単体金属やこれらを用いた合金やシリサイド金属等の高融点材料からなる膜をスパッタリングで形成する。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、この高融点材料からなる膜を部分的にエッチングする。このような部分的なエッチング（即ち、パターニング）により、高融点材料からなる配線層２３を形成する。次に、図１１に示すように、配線層２３が形成された弾性膜形成基板５１の表面側に弾性膜（以下、接合絶縁膜ともいう。）８を形成する。この接合絶縁膜８は例えばＳｉＯ2膜であり、その形成は例えばＣＶＤ法や塗布法で行う。ここでは、接合絶縁膜を配線層２３よりも厚膜に形成する。また、接合絶縁膜８の材料には、接合絶縁膜４（図６参照。）と同じ材料を用いることが好ましい。例えば、接合絶縁膜４がＳｉＯ2膜である場合は、接合絶縁膜８としてＳｉＯ2膜を形成することが好ましい。これにより、後の工程で、接合絶縁膜４、８同士を密着性高く接合することができる。なお、この実施形態では、このような接合絶縁膜（即ち、弾性膜）８と、弾性膜６とによって、振動膜７が構成される。
【００２７】
次に、図１２に示すように、例えばＣＭＰにより、接合絶縁膜８の表面を研削して、接合絶縁膜８下から配線層２３の表面を露出させる。そして、図１３に示すように、配線層２３の端部（即ち、ドライバ回路９のパッド電極と重なる位置）に配線層２１を形成する。以上で、弾性膜形成基板５１側の製造工程を終了する。
次に、図１４に示すように、流路形成基板１の表面と、弾性膜形成基板５１の表面を対向させ、この状態で流路形成基板１と弾性膜形成基板５１とを張り合わせて一体化させる。つまり、流路形成基板１の表面と、弾性膜形成基板５１の表面とを接合する。この接合は、例えば、接合絶縁膜４の表面と接合絶縁膜８の表面とを接触させた状態で両基板を加熱することにより行う。接合絶縁膜４、８が共にＳｉＯ2膜からなる場合、加熱温度は例えば９００℃以上である。９００℃以上の熱処理により、接合絶縁膜４、８の接触界面においてＳｉＯ2膜が軟化して密着する。これにより、接合絶縁膜４、８間に高い接合強度を持たせることができる。加熱する際の雰囲気は、酸素（Ｏ2）又はＯ2＋水素（Ｈ2）等の酸化種を含んだ雰囲気中で行っても良いし、窒素（Ｎ2）又はアルゴン（Ａｒ）等の不活性なガス雰囲気中で行って良い。
【００２８】
或いは、上記の接合は、表面活性化法による常温接合で行っても良い。表面活性化法では、例えば高真空に排気したチャンバー内に流路形成基板１と弾性膜形成基板５１を配置し、このチャンバー内で各基板の表面に例えばＡｒなどをスパッタしてその表面を粗面化する。そして、高真空に維持されたチャンバー内で、これら両基板の粗面化された表面を接触させることにより、両基板の表面を接合させる。この表面活性化法では、両基板を常温で接合することができるので、ドライバ回路９に対する熱履歴の付加が無いという利点がある。
【００２９】
次に、図１５に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、弾性膜形成基板５１をその裏面側から部分的にエッチングして、振動膜７の裏面側を露出させる。これにより、弾性膜形成基板５１の圧電素子形成領域に振動膜７を底面とする開口部３３を形成する。また、この開口部３３の形成工程と前後して、或いは並行して、弾性膜形成基板５１にリザーバ３０を形成する。即ち、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、弾性膜形成基板５１をその裏面側から部分的にエッチングして、弾性膜形成基板５１のインク液供給領域に貫通口からなるリザーバ３０を形成する。このリザーバ３０の形成工程では、弾性膜形成基板５１のインク供給領域を圧力発生室３まで完全に貫通させる。
【００３０】
なお、上記の開口部３３の形成工程やリザーバ３０の形成工程において、弾性膜形成基板５１のエッチングはドライエッチングで行っても良いし、ウェットエッチングで行っても良い。弾性膜形成基板５１がシリコンからなる場合は、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いて弾性膜形成基板５１をウェットエッチングすることが可能である。
なお、弾性膜形成基板５１のエッチングをウェットエッチングで行う場合は、面方位（１１０）のバルクシリコン基板が弾性膜形成基板５１に適している。また、弾性膜形成基板５１のエッチングをドライエッチングで行う場合は、面方位（１００）のバルクシリコン基板が弾性膜形成基板５１に適している。
【００３１】
次に、図１６に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、振動膜７と、接合絶縁膜４を順次、部分的にエッチングして、バンプ電極９ｂの表面を底面に露出させた開口部３５を形成する。そして、これ以降の工程では、個々の圧力発生室３に対応して、振動膜７の裏面側（即ち、振動膜７を挟んで圧力発生室３と対向する領域）に圧電素子１０を形成する。
【００３２】
具体的には、図１７に示すように、まず、下部電極１１と配線層２５とを形成する。ここでは、始めに、振動膜７の裏面側に下部電極膜を形成する。下部電極膜の形成は、例えばスパッタリング法により行う。また、下部電極膜の材料としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適である。その理由は、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。下部電極膜の材料には、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持することができるような材料を選択して用いる必要がある。特に、圧電体膜としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないような材料を選択して用いることが望ましい。このような条件を満たす材料として、Ｐｔ、Ｉｒ等が好適である。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、下部電極膜を部分的にエッチングして、共通電極としての形状を有した下部電極１１と、開口部３５（図１６参照。）内に埋め込まれてバンプ電極９ｂに接続する配線層２５と、を形成する。図１７に示すように、下部電極１１と配線層２５は互いに離れており繋がっていない。つまり、下部電極１１と配線層２５は、それぞれ電気的に独立している。
【００３３】
次に、図１８に示すように、圧電体１３を形成する。ここでは、例えば、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布し乾燥してゲル化し、さらに高温で焼結すること（即ち、ゾルーゲル法）で圧電体膜を形成する。圧電体膜の材料としては、ＰＺＴ系の材料が好適であり、その場合の焼結温度は例えば７００℃程度である。なお、この圧電体膜の成膜方法は、ゾルーゲル法に限定されず、例えば、スパッタリング法、又は、ＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）などのスピンコート法により成膜しても良い。或いは、ゾルーゲル法又はスパッタリング法若しくはＭＯＤ法等によりＰＺＴの前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法により成膜しても良い。このような方法により形成される圧電体膜の厚さは、例えば０．２〜５μｍである。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、圧電体膜を部分的にエッチングして、下部電極１１とその周辺領域（即ち、圧電体１３形成領域）に圧電体膜を残し、それ以外の領域から圧電体膜を取り除く。これにより、圧電体１３を形成する。
【００３４】
次に、図１９に示すように、上部電極１５を形成する。ここでは、始めに、上部電極膜を成膜する。上部電極膜は、導電性の高い材料であれば良く、Ａｌ、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｐｔ等の金属膜や、導電性酸化物等を使用することができる。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、上部電極膜を部分的にエッチングして、配線層２５に接続した上部電極１５を形成する。これにより、振動膜７を挟んで圧力発生室３と対向する領域に、下部電極１１と圧電体１３と上部電極１５とからなる圧電素子１０が完成する。
なお、本実施形態では、下部電極１１を圧電素子１０の共通電極とし、上部電極１５を圧電素子１０の個別電極としているが、ドライバ回路９や配線の都合でこれを逆にしても良い。つまり、下部電極１１を個別電極とし、上部電極１５を共通電極としても良い。その場合は、配線層２５は下部電極１１と接続し、上部電極１５とは接続しないように、下部電極膜と上部電極膜をそれぞれパターニングすれば良い。
【００３５】
その後、図２０に示すように、流路形成基板１の裏面全体を例えば数百μｍ研削して、ノズル開口部５の先端を開口させる。以上のような工程を経て、図１に示したインクジェット式記録ヘッド１００が完成する。
このように、本発明の実施形態によれば、ワイヤーボンディングに依らずに、ドライバ回路９と圧電素子１０とを接続することができる。これにより、流路形成基板の表面側において、ドライバ回路９と圧電素子１０とを接続するために必要なスペースが低減されるので、記録ヘッドの低背化や小面積化、圧電素子の狭ピッチ化、ノズル開口部の高密度化をそれぞれ進展させることができる。
【００３６】
例えば、ワイヤーボンディングによる接続では、ワイヤー同士を少なくとも５０μｍ以上離しておく（即ち、ワイヤーの間隔を５０μｍ以上とする）必要があり、それゆえ、ノズル開口部５の密度について、３６０ｄｐｉ（ｄｏｔ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ：１インチ当たりのノズル数）以上の高密度化が困難であった。これに対し、本発明の実施形態によれば、配線層２１、２３、２５の間隔を５０μｍ以下とすることができるので、圧電素子１０の狭ピッチ化、ノズル開口部５の高密度化が可能であり、ノズル開口部５の密度について、３６０ｄｐｉ以上の高密度化を容易に達成することができる。また、バンプ電極９ｂの表面に至る開口部３５は、厚さが数百ｎｍ〜数μｍ程度の接合絶縁膜４や振動膜７をエッチングすることにより形成されているので、その狭ピッチ化も可能である。
【００３７】
さらに、ドライバ回路９と、圧力発生室３及びノズル開口部５が全て流路形成基板１に形成されているので、部品点数が少なくて済む。これにより、組立工程を簡素化することができるので、インクジェット式記録ヘッドの低コスト化が可能となる。
また、上記のインクジェット式記録ヘッド１００を具備したインクジェット式記録装置によれば、インクジェット式記録装置の小型化と低コスト化が可能である。
この実施形態では、流路形成基板１が本発明の「第１基板」に対応し、流路形成基板１の裏面が本発明の「第１基板の一方の面」に対応し、流路形成基板１の表面が本発明の「第１基板の他方の面」に対応している。また、ドライバ回路９が本発明の「集積回路」に対応し、第１の弾性膜６と、第２の弾性膜（即ち、接合絶縁膜）８とからなる振動膜が本発明の「振動膜」に対応している。さらに、弾性膜形成基板５１が本発明の「第２基板」に対応し、接合絶縁膜４、８が本発明の「接合層」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す断面図。
【図２】実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す下面図。
【図３】ドライバ回路９の機能の一例を示す図。
【図４】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１）。
【図５】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その２）。
【図６】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その３）。
【図７】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その４）。
【図８】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その５）。
【図９】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その６）。
【図１０】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その７）。
【図１１】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その８）。
【図１２】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その９）。
【図１３】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１０）。
【図１４】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１１）。
【図１５】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１２）。
【図１６】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１３）。
【図１７】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１４）。
【図１８】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１５）。
【図１９】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１６）。
【図２０】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１７）。
【符号の説明】
【００３９】
１  基板、２  絶縁膜、３  圧力発生室、４  接合絶縁膜、５  ノズル開口部、６  弾性膜、７  振動膜、８  弾性膜（接合絶縁膜）、９  ドライバ回路、９ａ  スイッチ素子、９ｂ  バンプ電極、１０  圧電素子、１１  下部電極、１３  圧電体、１５  上部電極、１６、３３、３５  開口部、２１、２３、２５  配線層、３０  リザーバ、５１  流路形成基板、１００  インクジェット式記録ヘッド
【図１】
2010005900.tif 000003
【図２】
2010005900.tif 000004
【図３】
2010005900.tif 000005
【図４】
2010005900.tif 000006
【図５】
2010005900.tif 000007
【図６】
2010005900.tif 000008
【図７】
2010005900.tif 000009
【図８】
2010005900.tif 000010
【図９】
2010005900.tif 000011
【図１０】
2010005900.tif 000012
【図１１】
2010005900.tif 000013
【図１２】
2010005900.tif 000014
【図１３】
2010005900.tif 000015
【図１４】
2010005900.tif 000016
【図１５】
2010005900.tif 000017
【図１６】
2010005900.tif 000018
【図１７】
2010005900.tif 000019
【図１８】
2010005900.tif 000020
【図１９】
2010005900.tif 000021
【図２０】
2010005900.tif 000022