(57)【要約】【課題】流路形成基板の取り扱いが容易となり圧力発生室を良好に形成できると共に、製造効率を向上することの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の面に振動板及び圧電素子を形成する工程と、流路形成基板上に圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板を加熱接着する工程と、流路形成基板を所定の厚さに加工する工程と、流路形成基板と封止基板との接着温度よりも低い温度で流路形成基板の他方の面に絶縁膜を成膜すると共に絶縁膜を所定形状にパターニングする工程と、パターニングされた絶縁膜をマスクとして流路形成基板をエッチングして圧力発生室を形成する工程とを有することにより、流路形成基板の取り扱いが容易となり且つ圧力発生室を高精度に形成できる。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶基板からなりノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記流路形成基板の一方の面に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板上に前記圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板を加熱接着する工程と、前記流路形成基板を所定の厚さに加工する工程と、前記流路形成基板と前記封止基板との接着温度よりも低い温度で前記流路形成基板の他方の面に絶縁膜を成膜すると共に当該絶縁膜を所定形状にパターニングする工程と、パターニングされた絶縁膜をマスクとして前記流路形成基板をエッチングして前記圧力発生室を形成する工程と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２】
請求項１において、前記流路形成基板に分割されるシリコン単結晶ウェハに対して前記各工程を実施し、その後、分割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３】
請求項１又は２において、前記流路形成基板と前記封止基板とを接着する接着剤が、エポキシ系接着剤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４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記振動板の少なくとも最下層が熱酸化膜によって形成され、前記圧力発生室の一方面が当該熱酸化膜によって構成されてい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】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記絶縁膜を形成する工程では、ＥＣＲスパッタ法又はイオンアシスト蒸着法を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記圧力発生室を形成する工程では、前記絶縁膜が形成されている領域の前記流路形成基板の一部が除去されて当該絶縁膜が前記圧力発生室に対向する領域に張り出した張り出し部が形成され、前記圧力発生室を形成する工程後にこの張り出し部を除去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７】
請求項１〜６の何れかにおいて、前記絶縁膜として、窒化シリコン、酸化タンタル、アルミナ、ジルコニア又はチタニアの何れかの材料を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項７において、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）又はトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）を主成分とするエッチングガスを用いたドライエッチングによって前記絶縁膜をパターニング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９】
請求項１〜８の何れかにおいて、前記流路形成基板を所定の厚さに加工する工程では、前記流路形成基板を前記圧電素子が設けられた一方面とは反対側の他方面の面内方向に回転させながら当該流路形成基板の前記他方面をエッチング液で処理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１０】
請求項９において、前記流路形成基板を所定の厚さに加工する工程では、前記流路形成基板の前記他方面側を研削又は研磨した後にエッチング液で処理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１１】
請求項９又は１０において、前記エッチング液がフッ硝酸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１２】
請求項１〜１１の何れかにおいて、前記圧力発生室を形成した前記流路形成基板の前記他方面側にノズル開口の穿設されたノズルプレートを接着す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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子又は発熱素子を介して加圧することによって、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２８６１３１号公報（第３図、段落［００１３］）
【特許文献２】
特開２００３−１３３６１０号公報（第５〜６図、第５〜７頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように圧電素子を高密度に配列した場合、流路形成基板の厚さを比較的薄くして圧力発生室を区画する隔壁の剛性を確保する必要がある。しかしながら、流路形成基板としては、例えば、直径が６〜１２インチ程度の大きさのシリコンウェハを用いて形成するため、シリコンウェハの厚さを薄くすると割れ等が発生しやすく取り扱いが困難であるという問題がある。
【０００９】
また、流路形成基板（シリコンウェハ）の一方面に犠牲ウェハを接合し、流路形成基板の剛性を確保した状態で、圧電素子等を形成する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、犠牲ウェハを用いた製造方法では、流路形成基板を良好に位置決めできないという問題や、位置決めに時間がかかってしまうと共に位置決め工程が必要になるという問題や、製造過程で犠牲ウェハを接合した流路形成基板の外周部分に割れが発生するという問題がある。
【００１０】
また、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。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、流路形成基板の取り扱いが容易となり圧力発生室を良好に形成できると共に、製造効率を向上することの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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、シリコン単結晶基板からなりノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の一方の面に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板上に前記圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板を加熱接着する工程と、前記流路形成基板を所定の厚さに加工する工程と、前記流路形成基板と前記封止基板との接着温度よりも低い温度で前記流路形成基板の他方の面に絶縁膜を成膜すると共に当該絶縁膜を所定形状にパターニングする工程と、パターニングされた絶縁膜をマスクとして前記流路形成基板をエッチングして前記圧力発生室を形成する工程と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。
【００１３】
かかる第１の態様では、絶縁膜を形成する際に、流路形成基板と封止基板との接着不良等が発生することがないため、封止基板を接着した後に流路形成基板を薄くする加工を行っても、圧力発生室を良好に形成することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記流路形成基板に分割されるシリコン単結晶ウェハに対して前記各工程を実施し、その後、分割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。
【００１５】
かかる第２の態様では、シリコン単結晶ウェハに対して各工程を行うことで、複数の流路形成基板を同時に且つ高精度に形成することができる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記流路形成基板と前記封止基板とを接着する接着剤が、エポキシ系接着剤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。
【００１７】
かかる第３の態様では、流路形成基板と封止基板とを比較的容易に接着することができると共に、圧電素子保持部を確実に封止することができる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記振動板の少なくとも最下層が熱酸化膜によって形成され、前記圧力発生室の一方面が当該熱酸化膜によって構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１９】
かかる第４の態様では、流路形成基板を熱酸化することにより、振動板を容易に形成することができる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記絶縁膜を形成する工程では、ＥＣＲスパッタ法又はイオンアシスト蒸着法を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２１】
かかる第５の態様では、流路形成基板と封止基板との接着温度よりも低い温度で、絶縁膜を良好に形成することができる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記圧力発生室を形成する工程では、前記絶縁膜が形成されている領域の前記流路形成基板の一部が除去されて当該絶縁膜が前記圧力発生室に対向する領域に張り出した張り出し部が形成され、前記圧力発生室を形成する工程後にこの張り出し部を除去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。
【００２３】
かかる第６の態様では、圧力発生室が所望の形状となり、被噴射液（液体）の流れがよりスムーズになる。また、張り出し部が割れて被噴射液内に混入されることがなく、ノズル詰まり等の発生を防止することができる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記絶縁膜として、窒化シリコン、酸化タンタル、アルミナ、ジルコニア又はチタニアの何れかの材料を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２５】
かかる第７の態様では、所望の材料を選択することにより、絶縁膜を比較的低温で良好に形成することができる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）又はトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）を主成分とするエッチングガスを用いたドライエッチングによって前記絶縁膜をパターニング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。
【００２７】
かかる第８の態様では、絶縁膜を除去する際、他の部材のエッチング量を極めて小さく抑えることができ、実質的に絶縁膜のみを良好に除去することができる。特に、張り出し部を除去する際に有効である。
【００２８】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様において、前記流路形成基板を所定の厚さに加工する工程では、前記流路形成基板を前記圧電素子が設けられた一方面とは反対側の他方面の面内方向に回転させながら当該流路形成基板の前記他方面をエッチング液で処理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。
【００２９】
かかる第９の態様では、流路形成基板を回転させながら圧電素子とは反対側の面をエッチング液で処理することで、流路形成基板に研削又は研磨による応力がかかることがなく、エッチング液を流路形成基板の面に均等に広げ、流路形成基板を均一な厚さとすることができる。また、エッチング液が流路形成基板の側面に付着することがなく、流路形成基板の余計な領域をエッチングすることがない。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記流路形成基板を所定の厚さに加工する工程では、前記流路形成基板の前記他方面側を研削又は研磨した後にエッチング液で処理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。
【００３１】
かかる第１０の態様では、流路形成基板を所定の厚さまで研削又は研磨した後にウェットエッチングを行うことで、研削又は研磨時に発生したマイクロクラックを確実に除去して流路形成基板を短時間で所定の厚さとすることができる。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、第９又は１０の態様において、前記エッチング液がフッ硝酸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。
【００３３】
かかる第１１の態様では、フッ硝酸からなるエッチング液でエッチングを行うことで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板を高精度に所定の厚さに加工することができる。
【００３４】
本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何れかの態様において、前記圧力発生室を形成した前記流路形成基板の前記他方面側にノズル開口の穿設されたノズルプレートを接着す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。
【００３５】
かかる第１２の態様では、均一な厚さの流路形成基板にノズルプレートを良好に接合することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の各実施形態について詳細に説明する。
【００３７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略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、その一方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００３８】
この流路形成基板１０には、シリコン単結晶基板をその一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅方向に並設されている。また、その長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３２と連通される連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手方向一端部でそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００３９】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００４０】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、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。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００４１】
このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。本実施形態では、圧力発生室１２の配列密度を３６０ｄｐｉ程度としているため、流路形成基板１０の厚さを約７０μｍとしている。
【００４２】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で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を介して固着されている。
【００４３】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍ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。なお、上述した例では、圧電素子３００の下電極膜６０及び弾性膜５０が振動板として作用する。
【００４４】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から引き出され、流路形成基板１０の端部近傍までそれぞれ延設され、図示しないが、例えば、ワイヤボンディング等により、圧電素子を駆動するための駆動ＩＣ等と接続される。
【００４５】
流路形成基板１０の圧電素子３００側には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に密封されている。このような封止基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用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、封止基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられ、このリザーバ部３２は、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００４６】
さらに、封止基板３０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に対向する領域には、厚さ方向に完全に除去された開口部４３が形成され、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。
【００４７】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドは、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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０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からインク滴が吐出する。
【００４８】
以下、このような本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図３及び図４、図６及び図７は、圧力発生室の長手方向の断面図であり、図５は、流路形成基板用ウェハの斜視図である。まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０の表面を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０となる二酸化シリコン膜５１を形成する。
【００４９】
次に、図３（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の一方面の二酸化シリコン膜５１（弾性膜５０）上に、スパッタリングにより下電極膜６０を形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適である。これは、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層７０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。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸素雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金又はイリジウム等が好適である。
【００５０】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向していることが好ましい。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−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００５１】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛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を用いてもよい。何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００５２】
次に、図３（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金、イリジウム等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００５３】
次に、図４（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
【００５４】
次いで、図４（ｂ）に示すように、リード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５５】
次に、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に圧電素子３００を封止する圧電素子保持部３１を有する封止基板３０を加熱接着する。この流路形成基板１０と封止基板３０とを接着する接着剤は、特に限定されないが、本実施形態では、エポキシ系の接着剤を用いており、１４０℃程度まで加熱することにより硬化させている。なお、この封止基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、封止基板３０を接合することによって流路形成基板１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５６】
次いで、図４（ｄ）に示すように、流路形成基板１０を所定の厚さに加工する。本実施形態では、流路形成基板１０を圧電素子３００が設けられた一方面とは反対側の他方面の面内方向に回転させながら、他方面をエッチング液で処理することにより、流路形成基板１０を所定の厚さとする。
【００５７】
また、本実施形態では、ウェットエッチングにより、流路形成基板１０の表面に形成された二酸化シリコン膜５１を除去し、２２０μｍ程度の厚さの流路形成基板１０を７０μｍ程度の厚さまで薄くした。なお、流路形成基板１０を所定の厚さとする方法は、これに限定されず、例えば、流路形成基板１０の表面を研磨又は研削するようにしてもよい。
【００５８】
なお、上述した一連の製造工程は、実際には、流路形成基板１０に分割されるシリコン単結晶ウェハに対して行われる。すなわち、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板からなるウェハ１２０（１０）を回転させながら、圧電素子３００が設けられた面とは反対側の面に、エッチング液吐出ノズル１３０を介してエッチング液１３１を吹きつけることにより等方性ウェットエッチングを行う。
【００５９】
このエッチングでは、ウェハ１２０に研削又は研磨による応力がかかることがなく、また、エッチング液１３１が遠心力によりウェハ１２０の表面に均等に広がることで、エッチング量にばらつきが生じず、ウェハ１２０を均一な厚さとすることができる。また、ウェハ１２０に吹きつけられたエッチング液１３１は、遠心力によりウェハ１２０の表面から飛散し、ウェハ１２０の側面に付着することがないため、ウェハ１２０は側面からエッチングされることはない。このようにウェハ１２０をエッチングすることで、ウェハ１２０は、図５（ｂ）に示す状態となる。なお、このようなウェットエッチングは、本実施形態では、流路形成基板１０がシリコン単結晶基板からなるため、エッチング液１３１には、フッ硝酸を用いた。また、ウェハ１２０は、エッチング面にエッチング液を均等に広げるために、エッチング面の面内方向、すなわち、流路形成基板１０（ウェハ１２０）の圧電素子３００が設けられた面とは反対側の面内方向に回転させるのが好ましい。
【００６０】
このように、流路形成基板１０を回転させながらエッチングすることで流路形成基板１０を均一な厚さで薄く形成することができ、後の工程で、圧力発生室１２を高密度で配設して圧力発生室１２の隔壁の厚さを薄くしてもコンプライアンスを減少させてクロストークを防止することができる。また、ばらつきのない均一な厚さの流路形成基板１０とすることで、後の工程でノズルプレート２０を接合する際に、接合不良等が生じることがない。さらに、本実施形態では、ウェットエッチングのみで流路形成基板１０を所定の厚さとしたため、研削、研磨により発生し易いマイクロクラック等の加工変質層が形成されるのを確実に防止することができる。
【００６１】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１０の表面に、流路形成基板１０と封止基板３０との接着温度、本実施形態では、１４０℃よりも低い温度で絶縁膜５５を形成する。この絶縁膜５５の材料は、特に限定されないが、例えば、窒化シリコン、酸化タンタル、アルミナ、ジルコニア又はチタニア等を用いることが好ましく、本実施形態では、窒化シリコンを用いている。また、この絶縁膜５５の形成方法としては、所定の温度以下で絶縁膜５５を形成できる方法であればよく、例えば、イオンアシスト蒸着法あるいはＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ法等が挙げられる。なお、本実施形態では、イオンアシスト蒸着法を用いている。
【００６２】
このように、流路形成基板１０と封止基板３０との接着温度よりも低い温度で絶縁膜５５を形成すれば、絶縁膜５５を形成する際の熱によって、流路形成基板１０と封止基板３０との接着不良の発生や圧電素子３００の破壊等を防止することができる。次いで、図６（ｂ）に示すように、絶縁膜５５をエッチングすることにより所定形状にパターニングする。すなわち、絶縁膜５５の圧力発生室１２等を形成する領域をエッチングにより除去して開口部５５ａを形成する。この絶縁膜５５のエッチング方法としては、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、絶縁膜５５として窒化シリコンを用いているため、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）を主成分とするエッチングガスを用いたドライエッチングを選択している。
【００６３】
そして、図６（ｃ）に示すように、この絶縁膜５５をマスクとし、開口部５５ａを介して流路形成基板１０を水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液で異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。なお、図示しないが、流路形成基板１０を異方性エッチングする際には、封止基板３０上に保護膜を設けておくことが好ましい。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態では、流路形成基板１０に封止基板３０を接合後に、流路形成基板１０を所定の厚さに加工するようにしたので、流路形成基板１０の取り扱いが容易となる。また、流路形成基板１０を所定の厚さとした後に、圧力発生室１２等を形成するためのマスクとなる絶縁膜５５を、流路形成基板１０の圧電素子３００が形成されている面とは反対側の面に、流路形成基板１０と封止基板３０との接着温度よりも低い温度で形成するようにしたので、絶縁膜５５を形成する際の熱による圧電素子３００の破壊や、流路形成基板１０と封止基板３０とを接着する接着剤が劣化して圧電素子保持部３１の封止性が低下するのを防止することができる。そして、この絶縁膜５５をマスクとして圧力発生室１２を高精度に形成することができる。
【００６５】
また、異方性エッチングにより圧力発生室１２を形成した際に、絶縁膜５５に対向する領域の流路形成基板１０の一部がサイドエッチングされ、絶縁膜５５が圧力発生室１２に対向する領域に張り出した張り出し部５５ｂが形成される。この張り出し部５５ｂは、除去しなくてもよいが、本実施形態では、この張り出し部５５ｂを除去するようにした（図６（ｄ））。張り出し部５５ｂの除去方法は、特に限定されず、エッチング等により除去すればよいが、絶縁膜５５として上記の材料を用いた場合には、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）又はトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）を主成分とするエッチングガスを用いてドライエッチングによって除去することが好ましい。また、この絶縁膜５５ｂの除去と共に、絶縁膜５５も除去するのが好ましい。
【００６６】
これにより、張り出し部５５ｂを除去する際に、圧力発生室１２の底面を構成する弾性膜５０が同時に除去されるのを防止することができる。また、仮に弾性膜５０が同時にエッチングされたとしても、その量は極めて少なく抑えられる。なお、本実施形態のように、圧力発生室１２の一方面を構成する弾性膜５０が二酸化シリコンからなる場合に効果的であり、さらに、絶縁膜５５として窒化シリコン又は酸化タンタルを用いた場合には、特に効果的である。
【００６７】
なお、その後は、図７（ａ）に示すように、連通部１３に対向する領域の弾性膜５０及び下電極膜６０を、例えば、レーザ加工等により除去して連通部１３とリザーバ部３２とを連通させてリザーバ１００とする。また、その後、図７（ｂ）に示すように、圧力発生室１２の内面及び絶縁膜５５が形成されていた領域に、耐インク性の材料からなる耐インク性保護膜１１０を設けるようにしてもよい。このように耐インク性保護膜１１０を設ける場合には、上述したように、絶縁膜５５及び張り出し部５５ｂをドライエッチングにより除去しておくことが好ましい。これにより、耐インク性保護膜１１０の形成が容易となる。
【００６８】
なお、圧力発生室１２を形成した後は、封止基板３０上にコンプライアンス基板４０を接着剤等によって接合し、さらに、流路形成基板１０の封止基板３０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を接合することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドが形成される。また、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、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毎に分割する。
【００６９】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る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。なお、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、流路形成基板１０を所定の厚さにする工程以外、上述した実施形態１と同様なため、重複する工程の説明は省略する。
【００７０】
まず、図８（ａ）に示すように、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０の圧電素子３００の設けられた面とは反対側の面に、封止基板３０を接合する。次に、図８（ｂ）に示すように、封止基板３０が接合された流路形成基板１０の圧電素子３００の設けられた面とは反対側の面を研削、研磨することにより、流路形成基板１０をある程度の厚さに形成する。この研削、研磨では、流路形成基板１０に応力がかかるため、流路形成基板１０を薄くしていくと、流路形成基板１０の剛性が低下し、流路形成基板１０の圧電素子保持部３１に対向する領域が中空であるため、圧電素子保持部３１側に撓み変形し易く、厚さにバラツキが生じてしまう虞がある。また、研削、研磨により流路形成基板１０にマイクロクラック等の加工変質層が形成される虞がある。
【００７１】
このため、流路形成基板１０の研削量としては、流路形成基板１０の圧電素子保持部３１に対向する領域が変形せずに研削、研磨できる量とし、且つ研削、研磨により生じたマイクロクラック等の加工変質層が後述するウェットエッチングする工程で除去できる厚さが残るような量とする。本実施形態では、流路形成基板１０は、封止基板３０との接着時点で約２２０μｍの厚さであるため、これを研削、研磨することにより１００μｍの厚さとする。
【００７２】
次に、図８（ｃ）に示すように、上述した実施形態１と同様に、流路形成基板１０の圧電素子３００が設けられた面とは反対側の面内方向に回転させながら、圧電素子３００とは反対側の面をエッチング液により処理することにより、流路形成基板１０を所定の厚さとする。このウェットエッチングでは、上述した実施形態１と同様に、流路形成基板１０に応力がかかることがなく、また、流路形成基板１０の表面に均一にエッチング液を広げることができるため、均一な厚さの流路形成基板１０を容易に且つ高精度に形成することができる。また、流路形成基板１０を研削、研磨した際にマイクロクラック等の加工変質層が形成されたとしても、ウェットエッチングにより確実に除去することができる。
【００７３】
このように、本実施形態では、流路形成基板１０を所定の厚さとする際に、研削、研磨した後にウェットエッチングするようにしたため、加工変質層のない均一な厚さの流路形成基板１０を短時間で形成することができる。
【００７４】
その後の、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する工程、ノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を接合する工程等は上述した実施形態１と同様なため、重複する説明は省略する。
【００７５】
（他の実施形態）
以上、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、上述した実施形態１及び２では、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成した後に、封止基板３０上にコンプライアンス基板４０を接合したが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０に封止基板３０を接合した際に、同時にコンプライアンス基板４０を接合するようにしてもよい。
【００７６】
また、上述した実施形態１及び２では、リザーバ１００が圧電素子３００側に設けられたインクジェット式記録ヘッドを例示したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的な構成は、特にこれに限定されるものではない。ここで、インクジェット式記録ヘッドの他の例を図９に示す。なお、図９は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の並設方向の断面図及びそのＢ−Ｂ′断面図である。図９に示すように、インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板１０の圧電素子３００側には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、この空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する封止基板３０Ａが接合されている。
【００７７】
また、圧力発生室１２と後述するリザーバ１００Ａとは、ノズルプレート２０Ａの各圧力発生室１２の一端部に対応する位置に形成されたインク供給口２２を介して連通されており、インクはこのインク供給口２２を介してリザーバ１００Ａから供給され、各圧力発生室１２に分配される。
【００７８】
このようなノズルプレート２０Ａ上のインク供給口２２に対応する領域には、リザーバ１００Ａを形成するインク室側板３７、インク室形成基板３８及びコンプライアンス基板４０Ａが接合されている。
【００７９】
インク室側板３７は、流路形成基板１０の端部より外側に突出するように接合され、接合面とは反対側の面でリザーバ１００Ａの一側面を構成するものである。このインク室側板３７には、各インク供給口２２と連通するインク供給連通口３９が形成されており、インク室側板３７の突出した領域には、外部からのインク供給を受けるインク導入口４４Ａが厚さ方向に貫通して設けられている。
【００８０】
インク室形成基板３８は、リザーバ１００Ａの周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜いて形成されたものである。また、コンプライアンス基板４０Ａは、ステンレス基板等からなり、一方の面でリザーバ１００Ａの一側面を構成するものである。また、コンプライアンス基板４０Ａには、他方の面の一部にハーフエッチングにより凹状の開口部４３Ａが形成されている。この開口部４３Ａは、コンプライアンス基板４０Ａを薄肉状とすることで、インク滴吐出の際に発生するノズル開口２１と反対側へ向かう圧力を吸収するもので、他の圧力発生室１２にリザーバ１００Ａを経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
【００８１】
このようなインクジェット式記録ヘッドとしても、上述した実施形態１及び２と同様に製造時にウェットエッチングによって流路形成基板１０を所定の厚さとすることで、均一な厚さの流路形成基板１０を形成して、ノズルプレート２０Ａ等を良好に接合することができる。
【００８２】
また、上述した実施形態１及び２では、封止基板３０が接着された流路形成基板１０を所定の厚さに加工する際に、流路形成基板１０を回転させながらエッチング液で処理するようにしたが、特にこれに限定されず、流路形成基板１０を研削、研磨するだけで所定の厚さに加工するようにしてもよい。
【００８３】
さらに、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドとして、印刷媒体に所定の画像や文字を印刷するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、勿論、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、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噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】実施形態１に係る製造工程を示すウェハの斜視図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図９】他の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１０　流路形成基板、１１　隔壁、１２　圧力発生室、１３　連通部、１４　インク供給路、２０、２０Ａ　ノズルプレート、２１　ノズル開口、３０、３０Ａ　封止基板、５０　弾性膜、５５　絶縁膜、６０　下電極膜、７０　圧電体層、８０　上電極膜、１１０　耐インク性保護膜、３００　圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004082722.tif 000007
【図７】
2004082722.tif 000008
【図８】
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【図９】
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