(57)【要約】【課題】  高性能なアクチュエータを有する薄膜圧電インクジェットヘッドの提供。【解決手段】  基板と流路形成部材が導電層を介して一体化されており、陽極化成により液室となる部分を多孔質化し、その上に振動板、アクチュエータ形成後ノズル部分を切断し、多孔質部分をエッチングすることでヘッドを作製する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に流路が形成された基板を含み、該流路が形成されたシリコン基板と他の部材とが導電体を介して一体化されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
シリコン基板に流路が形成された基板を含み、該流路が形成されたシリコン基板と他の部材とが導電体を介して一体化されているインクジェットヘッドの製造方法に於いて、シリコン基板に陽極化成用の導電体膜を設けるステップと、その後に導電体膜の上にシリコン膜を成膜するステップと、該シリコン膜に流路およびノズルとなる部分を形成するステップと、さらにその上に振動板となるシリコン膜を成膜するステップおよび各振動板上にアクチュエータを作成するステップと、ノズルとなる部分を切断し、エッチングにより流路形成するステップとを含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の流路基板を接合して構成されたインクジェットヘッド及びその製造方法に関し、特に産業用途に好適な薄膜圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微少な液滴を噴射させるインクジェットヘッドはプリンターなどの民生用のみならず、配線パターンの直描装置や液晶のカラーフィルタ製造などの産業用途への展開が行われつつある。インクジェットヘッドは様々なタイプが実用化されているが、産業用途に於いてはインクに対する許容度の大きさから圧電素子を用いたタイプの開発が進んでいる。例えば特許文献１に於いて、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電薄膜を形成し、この圧電薄膜をリソグラフィー法により圧力発生室に対応する形状に分割して各圧力発生室毎に独立するようにアクチュエータを形成したものが提案されている。これによればアクチュエータを振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィー法という精密で、かつ簡便な手法でアクチュエータを薄膜振動板上に作り付けることができるばかりでなく、振動板及びアクチュエータ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。前記公報では液滴を基板面と平行な方向に吐出させるように吐出口を形成する、所謂エッジシュータータイプがある。サイドシュータータイプのインクジェットヘッドは一般的にはアクチュエータを備えた流路基板と、微細な吐出口を有するノズルプレートを接合して構成される。
【０００３】
流路基板とノズルプレートとの接合手法としては接着剤を用いる手法や、Auなどを用いて固相で接合する方法があるが、特に後者の固相で接合する手法は接着剤の流路への流れ込みなどが無いなど、インクジェットヘッドの接合方法として優れた特徴を備えている。
【０００４】
しかし、これら接合工程を必要とするサイドシュータータイプでは、接合時に液室とオリフィスプレートとの位置ずれが生じるためにノズルごとの吐出性能にバラツキが生じるという問題があった。
【特許文献１】特開平5-286131号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は液室とノズルの位置ずれが生じない薄膜圧電インクジェットヘッドを提供する事である。さらに本発明の別の課題は、オリフィスプレート接合工程のない高性能なアクチュエータを有する薄膜圧電インクジェットヘッドの製造方法を提供する事である。また、本発明の別の課題は精度の高い加工が可能なシリコン基板を用いていても、工程中での破損や貼り合わせによるロスによるコスト高を低減できる薄膜圧電インクジェットヘッドの製造方法を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記問題点を鑑みて為されたものであり、本発明によるインクジェットヘッドはシリコン基板に流路が形成された基板を含み、該流路が形成されたシリコン基板と他の部材とが金属を介して一体化されていることを特徴とする。また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、シリコン基板に流路が形成された基板を含み、該流路が形成されたシリコン基板と他の部材とが金属を介して一体化されているインクジェットヘッドの製造方法に於いて、シリコン基板に陽極化成用の金属膜を設けるステップと、その後に金属膜の上にシリコン膜を成膜するステップと、該シリコン膜に流路およびノズルとなる部分を形成するステップと、さらにその上に振動板となるシリコン膜を成膜するステップおよび各振動板上にアクチュエータを作成するステップと、ノズルとなる部分を切断し、エッチングにより流路を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明のインクジェットヘッド及びその製造方法によれば、接合工程なしにインクジェットヘッドを作製できかつ作製プロセスダメージによる特性劣化の少ない薄膜圧電アクチュエータを有する薄膜圧電インクジェットヘッドを得る事が出来る。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明によれば、接合工程なしに高性能なアクチュエータを有する薄膜圧電インクジェットヘッドを得る事が出来る。又、シリコン基板を用いていても工程中での破損が少ない、薄膜圧電インクジェットヘッドを得る事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１０】
以下に本発明を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１ａは、本発明によって作製されたインクジェットヘッドの断面図である。
【００１２】
図１ｂは、本発明のインクジェットヘッド製造方法の一例を示す工程図である。
【００１３】
まず、平坦な基板を用意し、その表面に導電体を成膜する（1）。基板には、比較的安価で平坦製の優れているシリコン基板や研磨したガラス、金属板、セラミックスなど耐熱性のあるものを使用することができる。本実施例では、６２５μｍ厚みの６インチシリコンウェハー（熱酸化膜１μｍ付き）を用いた。
【００１４】
基板の上に成膜する導電体としては、金属、特に金や白金等の貴金属やＩＴＯなどの酸化物導電膜などがよい。本実施例では、密着層にＴｉを３０ｎｍ成膜し、その上に導電層として白金を１００ｎｍ成膜した。この上に、シリコンをＣＶＤ成膜により所定の厚さ分成膜する（2）。この厚みは液室の高さを決めるものであるので、成膜の均一性が必要であり、チップ内での膜厚バラツキは１０％以内である必要がある。本実施例では、厚みを２５μｍとした。一般に、液室の高さは２０〜２００μｍ程度が好適に用いられる。こうして得られた基板の成膜したシリコン面にフォトレジストを塗布しマスク露光＆現像によりインク流路パターンを形成する。（3）
【００１５】
この基板の導電体を電極として用い、成膜したシリコンのインク流路部分を陽極化成して多孔質シリコン層にした。化成液としてフッ酸10％、イソプロピルアルコール８％の水溶液中に化成マスクを形成したシリコン基板を設置し、両側にプラチナ電極を対向配置して多孔質シリコンを形成する面を陰極になるよう、プラチナ電極間に８0mA/cm2の電流密度で15分間通電する。（その後、この多孔質シリコンを熱酸化してもよい）この上にさらにシリコンをＣＶＤ成膜により成膜する。（4）これは、振動板となる部分であり、膜厚は、２〜１０μｍ程度が好適に用いられる。
【００１６】
次にこの上に、薄膜圧電体アクチュエータを作製した。（5）図3は薄膜圧電体アクチュエータの製造工程を説明する図である。簡略化のために図１における薄膜振動板3より下の部分は省略してある。図3（A）に示すように薄膜振動板3上の絶縁膜4の上にチタン30nm、Pt300nmを順次スパッタ法にて成膜し、下電極5を形成した。次にジルコン酸鉛（PZT）をスパッタ法にて3μmの厚さに成膜し、酸素雰囲気中で700℃の熱処理を行い、薄膜圧電体6を形成した。さらに薄膜圧電体6の上にチタン30nm、Pt300nmをスパッタ法にて成膜し、上電極7とした。上電極7を成膜した後に、図3（B）に示すように上電極用のエッチングマスク18を形成する。エッチングマスク18を用いてPt、チタンのドライエッチングを行い、上電極7を形成する。（図3（C））次に図3（D）のようにエッチングマスク18を除去し、PZT用のエッチングマスク19を図3（E）のように形成する。このエッチングマスク19を用い、PZTのエッチングを行う（図3（F））。最後にエッチングマスク19を除去し、薄膜圧電体アクチュエータ8を完成する（図3（G））。これを電気炉に投入し、７００℃でＰＺＴを５時間焼成した。
【００１７】
次に、ウェハーから個別チップを切り出し、ノズルとなる部分を切断し、（6）陽極化成で多孔質となった部分をウェットエッチングして液流路を完成させた。（（7））  この後、流路内をよく洗浄し、インク供給管を取り付け、ＦＰＣを実装してインクジェットヘッドを得た。
【００１８】
こうして本実施例に於いて作製された薄膜圧電体インクジェットヘッドは、薄膜圧電体の熱工程の700℃を通っているが、その後の熱履歴はないために劣化は見られず、安定した吐出特性が得られた。
【００１９】
また、接合工程がないため、１０ウェハーを試作ラインに流したが、基板に６２５μｍ厚みの６インチシリコンウェハーを用いたので破損もなく、貼り合わせ工程がないのでノズル位置ずれで不良となるものはなかった。
【００２０】
（比較例）
一方、図２は従来の方法によって作製されたインクジェットヘッドの断面図である。
【００２１】
シリコン基板2に圧力発生室9が形成された流路基板15と、シリコン基板1にインク吐出口11及び圧力発生室9への連通路10が形成されたノズルプレート16とをAu-Au接合によって接合し、インクジェットヘッドを形成している。流路基板15は薄膜振動板3、絶縁膜4と、共通電極5、圧電体薄膜6、個別電極7から構成される薄膜圧電アクチュエータ8を備えている。Au-Au接合層12と、流路基板15のシリコン基板2、また、ノズルプレートのシリコン基板との間にはAuとシリコンとの下引き層としてチタン薄膜13a及び13bが設けてある。
【００２２】
これを実施例と同様にヘッド化したところ、アクチュエータの特性が１０％程度劣化していた。
【００２３】
また、１０ウェハーを試作ラインに流したが、基板に２００μｍ厚みのＳＯＩウェハーを用いたため、3枚は加工途中で割れてしまった。
【００２４】
また、全工程を完了したもののうち一枚は接合時に目標位置から１０μｍほどのずれが生じていた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるインクジェットヘッドの模式図。
【図２】従来のインクジェットヘッドの例を示す模式図。
【図３】薄膜圧電アクチュエータの作製工程図。
【符号の説明】
【００２６】
１  基板
2  シリコン膜
3  薄膜振動板（シリコン膜）
4  絶縁層
5  下電極
6  薄膜圧電体
7  上電極
8  薄膜圧電アクチュエータ
9  圧力発生室
10  下地層
11  金属層
12  連通部
13  ノズル
14  下地層
15  接合層
16  ノズルプレート
18  上電極形成用エッチングマスク
19  薄膜圧電体部形成用エッチングマスク
【図１】
2009067025.tif 000003
【図２】
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【図３】
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