インクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置
【課題】接着剤によるノズル開口部の塞がりを防止できるようにしたインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置を提供する。
【解決手段】圧力発生室内の圧力変化によりインク液をノズル開口部から吐出するインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法であって、基板１の表面に圧力発生室となる溝部５１を形成する工程と、溝部５１の底面にノズル開口部となる溝部５２を形成する工程と、溝部５１、５２に犠牲膜５３を埋め込むように形成する工程と、犠牲膜５３及び基板１の表面上に振動膜２０を形成する工程と、振動膜２０上に圧電素子３０を形成する工程と、基板１の裏面を研削して溝部５２の底面を開口させる工程と、基板１の表面側から犠牲膜５３を露出する開口部を形成する工程と、この開口部を介して犠牲膜５３をエッチングし除去する工程と、を含む。
【解決手段】圧力発生室内の圧力変化によりインク液をノズル開口部から吐出するインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法であって、基板１の表面に圧力発生室となる溝部５１を形成する工程と、溝部５１の底面にノズル開口部となる溝部５２を形成する工程と、溝部５１、５２に犠牲膜５３を埋め込むように形成する工程と、犠牲膜５３及び基板１の表面上に振動膜２０を形成する工程と、振動膜２０上に圧電素子３０を形成する工程と、基板１の裏面を研削して溝部５２の底面を開口させる工程と、基板１の表面側から犠牲膜５３を露出する開口部を形成する工程と、この開口部を介して犠牲膜５３をエッチングし除去する工程と、を含む。
【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の製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置に関し、特に、接着剤によるノズル開口部の塞がりを防止できるようにした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７（ａ）に示すように、従来例に係るインクジェット式記録ヘッド２００は、圧電素子（即ち、ピエゾ素子）２０１と、圧電素子を駆動するためのドライバ回路２０３と、圧電素子を封止するための封止板２０５と、外部からインク液の供給を受けるリザーバ２０７と、振動板２０９及び圧力発生室２１１を有する基板２１０と、ノズル開口部２１３が形成されたノズル板２２０と、を備える。このような構成のインクジェット式記録ヘッド２００は、図７（ｂ）に示すように、上記各部位が接着剤で接着されると共に、圧電素子２０１とドライバ回路２０３とがワイヤーボンディングで接続することにより、組み上げられている。
【０００３】
また、近年では、ノズル開口部の配置間隔の高密度化が進んでおり、ワイヤーボンディングによる圧電素子２０１とドライバ回路２０３の接続は技術的限界に近づきつつある。このような流れを受けて、上記の基板や封止板にドライバ回路を直接形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。この方法によれば、圧電素子とドライバ回路の接続を、フォトリソグラフィー技術による金属配線の形成や、フリップチップ実装により行うので、ワイヤーボンディングよりも微細な接続が可能である。このため、ノズル開口部の配置間隔の高密度化に対応することができる。
【特許文献１】特開２００１−２０５８１５号公報
【特許文献２】特開２００１−１６２７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１、２等に開示された方法では、接着剤が接合面からはみ出してノズル開口部を塞いでしまう可能性があった。このような可能性は、ノズル開口部が小径化しその配置間隔が高密度化するほど増大すると考えられる。
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、接着剤によるノズル開口部の塞がりを防止できるようにしたインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔発明１〜４〕 発明１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、第１基板の一方の面に前記圧力発生室となる第１溝部を形成する工程と、前記第１溝部の底面に前記ノズル開口部となる第２溝部を形成する工程と、前記第１溝部及び前記第２溝部に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜及び前記第１基板の一方の面上に振動膜を形成する工程と、前記振動膜上に圧電素子を形成する工程と、前記第１基板の他方の面を研削して前記第２溝部の底面を開口させる工程と、前記基板の一方の面に前記犠牲膜を露出する開口部を形成する工程と、前記開口部を介して前記犠牲膜を除去する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【０００６】
ここで、「犠牲膜」には、「第１基板」に対してエッチングの選択性が高い膜（即ち、第１基板よりもエッチングされ易い膜）を用いることが好ましい。例えば、第１基板がシリコン（Ｓｉ）からなる場合、犠牲膜にはシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜又はシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜を用いることができる。犠牲膜としてのＳｉＯ2膜は、エッチングレートが比較的速いＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜でも良い。
【０００７】
発明２のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧電素子と対向する領域に凹部を有する第２基板を前記第１基板の一方の面に接合して、前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
発明３のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明２のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧力発生室に連通するリザーバを前記第２基板に形成する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
【０００８】
発明４のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明２又は発明３のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程の前に、前記凹部の底面に集積回路を形成する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。ここで、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。
【０００９】
発明１〜４のインクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、例えば、圧電素子を封止したり、リザーバを形成したりするための第２基板を第１基板の一方の面に配置すると共に、ノズル開口部の開口端を第１基板の他方の面に配置することができる。第１基板の他方の面には第２基板を配置する必要がなく、第２基板をノズル開口部の開口端から遠ざけることができるので、第１基板と第２基板との接合面から接着剤がはみ出した場合でも、このはみ出した接着剤によりノズル開口部が塞がれてしまうことを防ぐことができる。このため、インクジェット式記録ヘッドを歩留まり高く製造することが可能となる。
【００１０】
〔発明５〕 発明５のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明４のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記集積回路の能動面にバンプ電極を形成する工程と、前記圧電素子の下部電極又は上部電極に繋がる配線を形成する工程と、をさらに含み、前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程では、前記バンプ電極を前記配線に重ね合わせた状態で前記第２基板を前記第１基板の一方の面に接合する、ことを特徴とするものである。ここで、「能動面」とは回路形成面のことである。
このような方法によれば、集積回路と圧電素子とをワイヤーボンディングよりも微細に（即ち、狭ピッチで、厚みが小さくなるように）接続することが可能であり、インクジェット式記録ヘッドの小型化に寄与することができる。
【００１１】
〔発明６〕 発明６のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、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の製造方法において、前記犠牲膜を除去する工程では、前記開口部と、前記第１基板の他方の面に開口した前記第２溝部の底面とを介して、前記犠牲膜を除去することを特徴とするものである。
このような方法によれば、犠牲膜をエッチングする際に、第２溝部の底面（即ち、ノズル開口部の吐出口）からもエッチング液又はエッチングガスを供給することができるため、犠牲膜を効率良く除去することができる。
【００１２】
〔発明７、８〕 発明７のインクジェット式記録ヘッドは、インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドであって、一方の面に前記圧力発生室が形成され、前記圧力発生室の底面から他方の面にかけて前記ノズル開口部が形成された第１基板と、前記第１基板の一方の面上に形成されて前記圧力発生室を覆う振動膜と、前記振動膜上に形成された圧電素子と、を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
発明８のインクジェット式記録ヘッドは、発明７のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電素子と対向する領域に凹部を有し、前記第１基板の一方の面に接合されて前記圧電素子を前記凹部内に封止する第２基板、をさらに備えることを特徴とするものである。
発明７、８のインクジェット式記録ヘッドによれば、接着剤によるノズル開口部の塞がりが防止されたインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【００１４】
〔発明９〕 発明９のインクジェット式記録装置は、発明７又は発明８のインクジェット式記録ヘッドを具備す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、接着剤によるノズル開口部の塞がりが防止されたインクジェット式記録ヘッドを具備することができる。そして、このようなインクジェット式記録ヘッドは、低コストで、歩留まり高く製造することができるので、インクジェット式記録装置の安価化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の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。図１に示すように、このインクジェット式記録ヘッド１００は、例えば基板１と、振動膜２０と、圧電素子（即ち、ピエゾ素子）３０と、圧電素子３０と対向する領域に凹部４１を有する封止板４０と、を備える。
【００１６】
これらの中で、基板１は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板である。この基板１は、例えば、１５０μｍ〜１ｍｍの厚さを有し、個々に区画された複数のインク流路が形成されている。ここで、インク流路とは、インク液が流れる経路のことであり、その一部として圧力発生室１０と、圧力発生室１０に連通するノズル開口部１２とを有する。図１に示すように、圧力発生室１０は基板１の表面側に形成されている。また、ノズル開口部１２は、圧力発生室１０の底面から基板１の裏面にかけて形成されている。なお、インク液に圧力を与える圧力発生室１０の容積と、ノズル開口部２２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。
【００１７】
振動膜２０は弾性膜であり、基板１の表面上に形成されて圧力発生室１０を覆っている。また、圧電素子３０は、振動膜２０を介して圧力発生室１０の真上に形成されている。この圧電素子３０は、下部電極３１と、下部電極３１上に形成された圧電体３２と、圧電体３２上に形成された上部電極３３とを有する。ここで、下部電極３１は、例えば複数の圧電素子３０にわたる共通の電極である。また、圧電体３２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３３は、下部電極３１とは異なり共通の電極ではなく、個々の圧電体と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３０は、個々の圧力発生室１０の真上にそれぞれ設けられている。また、圧電素子３０に繋がる配線３４、３５が基板１の表面上に形成されている。配線３４は下部電極３１を引き出すための配線であり、配線３５は上部電極３３を引き出すための配線である。
【００１８】
一方、封止板４０は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板からなる。この封止板４０の表面であって圧電素子３０と対向する領域には、圧電素子３０を封止するための凹部４１が設けられている。図１に示すように、封止板４０は基板１表面に接着剤２１等を介して接合されており、圧電素子３０は、その運動を阻害しない程度の空間が確保された状態で凹部４１内に封止（即ち、密封）されている。また、この凹部４１の底面には、圧電素子３０を駆動するためのドライバ回路４２が一体に形成されている。ドライバ回路４２の能動面（即ち、回路形成面）には複数個のバンプ電極４３が形成されており、これらのバンプ電極４３が配線３４、３５にそれぞれ電気的に接続されている。さらに、この封止板４０には、その表面から裏面にかけて形成された貫通穴が形成されている。この貫通穴が、外部からインク液の供給を受けるリザーバ４５である。リザーバ４５は、前述の全ての圧力発生室１０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。
【００１９】
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４５にインク液を取り込み、図中の矢印で示すように、リザーバ４５からノズル開口部２２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４２からの記録信号に従い、圧電素子３０の上部電極３３と下部電極３１との間に電圧を印加して圧電体３２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２０が変形して圧力発生室１０内の圧力が高まり、ノズル開口部２２からインク液を吐出される。
【００２０】
次に、上記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。図２〜図６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。
図２（ａ）に示すように、まず始めに、例えばバルクシリコンからなる基板１を用意する。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、基板１の表面側を部分的にエッチングして、インク流路となる領域に第１の溝部５１を形成する。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、溝部５１の底面をさらに部分的にエッチングして、図２（ｂ）に示すように、ノズル開口部となる領域に第２の溝部５２を形成する。
【００２１】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１の表面全体に犠牲膜５３を形成して溝部５１、５２を埋め込む。犠牲膜５３の厚さは、例えば、基板１の表面からの溝部５２の底面までの深さと略同一の厚さ、又はそれ以上の厚さとする。次に、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）により、犠牲膜５３に平坦化処理を施して、溝部５１、５２以外の領域から犠牲膜５３を除去する。これにより、図３（ａ）に示すように、溝部５１、５２の内部にのみ犠牲膜５３を残すことができる。
なお、犠牲膜５３は、後の工程で除去される。このため、犠牲膜５３には、基板１に対してエッチングの選択性が高い膜（即ち、所定のエッチング条件において基板１よりもエッチングされ易い膜）を用いることが好ましい。例えば、基板１がＳｉからなる場合は、犠牲膜５３にはＳｉＯ2膜又はＳｉＧｅ膜を用いることができる。上記のＳｉＯ2膜は、エッチングレートが比較的速いＰＳＧ膜でも良い。
【００２２】
また、犠牲膜５３の形成方法は上記の方法（即ち、ＣＶＤによる成膜工程と、ＣＭＰによる平坦化工程の組み合わせ）に限定されない。例えば、１μｍ以下の超微粒子をヘリウム（Ｈｅ）等のガスの圧力によって高速で基板１に衝突させることにより成膜するいわゆるガスデポジション法或いはジェットモールディング法と呼ばれる方法を用いて、犠牲膜５３を形成しても良い。このような方法によれば、ＣＭＰによる平坦化工程を経なくても、溝部５１、５２に犠牲膜５３を埋め込むように形成する（即ち、充填する）ことができる。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板１表面及び犠牲膜５３上に振動膜２０を形成する。振動膜２０は上述したように弾性膜であり、例えばＳｉＯ2膜又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、若しくはこれらを積層した膜からなり、その厚さは例えば１〜２μｍである。振動膜２０にＺｒＯ2を用いる場合は、例えば、Ｏ2を含んだプラズマでジルコニウム（Ｚｒ）をスパッタ成膜（反応性スパッタ成膜）することにより、ＺｒＯ2を形成する。あるいは、基板１表面及び犠牲膜５３上にＺｒを形成し、その後、Ｚｒを５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより、ＺｒＯ2を形成すれば良い。なお、振動膜２０の材料は上記の種類に限定されないが、犠牲膜５３を除去する工程でエッチングされない若しくはエッチングされにくい材料を用いることが好ましい。
【００２４】
次に、図４（ａ）に示すように、個々の圧力発生室１０に対応して振動膜２０上に圧電素子３０を形成する。ここでは、例えば、スパッタリング法により振動膜２０上に下部電極膜を形成する。この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３１を形成する。
【００２５】
そして、圧電体膜を成膜する。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。
【００２６】
次に、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等の多くの金属や、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、上部電極膜及び圧電体膜を順次、部分的にエッチングして、所定形状の上部電極３３と圧電体３２とを形成する。これにより、振動膜２０上に、下部電極３１と圧電体３２と上部電極３３とからなる圧電素子３０が完成する。
【００２７】
なお、本実施形態では、下部電極３１を圧電素子３０の共通電極とし、上部電極３３を圧電素子３０の個別電極としているが、ドライバ回路４２や配線の都合でこれを逆にしても良い。つまり、下部電極３１を個別電極とし、上部電極３３を共通電極としても良い。
次に、基板１の表面全体に導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、導電膜を部分的にエッチングする。これにより、図４（ｂ）に示すように、共通の電極である下部電極３１を基板表面１に引き出す配線３４と、個々の圧電素子３０の上部電極３３を基板表面１に引き出す配線３５とを形成する。
【００２８】
なお、本実施形態では、図示しないが、配線３４、３５を形成する前に、圧電素子３０を覆うように保護膜を形成しても良い。保護膜は例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）であり、その形成は例えばスパッタリング法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）で行うことができる。このように、圧電素子３０を覆う保護膜を形成する場合は、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、保護膜を部分的にエッチングして下部電極３１上及び上部電極３３上にそれぞれコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを埋め込むように配線３４、３５を形成すれば良い。
【００２９】
次に、図５（ａ）に示すように、例えばバルクシリコンからなる封止板４０を用意する。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、封止板４０の表面を部分的にエッチングして、圧電素子を封止するための凹部４１を形成する。ここでは、例えば、凹部４１の平面視による形状が圧電素子と相似形で且つその面積が大きく、しかも、凹部４１の深さが圧電素子の厚さよりも大きくなるように、凹部４１を形成する。これにより、圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、圧電素子を封止可能な凹部４１を形成することができる。
なお、本発明では、圧電素子を個別に封止するのではなく、複数個の圧電素子を１つの凹部４１内に配置し、これにより、複数個の圧電素子を１つの凹部４１でまとめて封止するようにしても良い。この場合は、複数個の圧電素子をまとめて封止できるように、凹部４１を広く形成すれば良い。
【００３０】
次に、図５（ｂ）に示すように、凹部４１の底面に、圧電素子３０を駆動するためのドライバ回路４２を形成する。このドライバ回路４２の形成は半導体プロセス（即ち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程など）で行う。そして、図５（ｃ）に示すように、このドライバ回路４２の能動面にバンプ電極４３を形成する。バンプ電極４３の材料には、例えばＡｕ等を使用する。
次に、図５（ｃ）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、封止板４０を部分的にエッチングして貫通させ、貫通穴からなるリザーバ４５を形成する。ここでは、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウェットエッチング、又は、ドライエッチングにより、リザーバ４５を形成する。
【００３１】
次に、図６に示すように、リザーバ４５が形成された封止板４０の表面を、接着剤を介して基板１の表面に接合する。ここでは、凹部４１が圧電素子３０と正しく重なり、且つ、複数のバンプ電極４３が配線３４、３５とそれぞれ正しく重なるように、封止板４０と基板１とを位置合わせする。そして、このように位置合わせした状態で、封止板４０の表面を基板１表面に接合する。これにより、圧電素子３０が凹部４１内に配置されて封止されると共に、バンプ電極４３と配線３４、３５とがそれぞれ電気的に接続される。また、リザーバ４５がインク流路と対向して配置される。
【００３２】
なお、図６に示す接合工程では、バンプ電極４３が配線３４、３５の表面に接触した後で、凹部４１を囲む凸部４７が基板１の表面に接触する。そして、凸部４７が基板１表面に接触することにより、封止板４０の表面と基板１表面との間に一定の離間距離が確保され、凹部４１の底面に形成された複数個のバンプ電極４３の潰れ具合が自動的に決定される。従って、凹部４１の底面において、バンプ電極４３の潰れ具合を均一化することができ、バンプ電極４３と配線３４、３５との接触面積のばらつきを少なくすることができる。
【００３３】
次に、図６の矢印で示すように、例えばＣＭＰにより、基板１の裏面を研削して溝部５２の底面を開口させる。この研削により、基板１の裏面から犠牲膜５３の一部が露出することとなる。また、この研削と前後して、封止板４０をマスクに振動膜２０をエッチングして除去し、犠牲膜５３の一部を露出する開口部４６（図１参照。）を形成する。そして、リザーバ４５及び開口部４６と、基板１裏面に開口した溝部５２の底面とを介して、犠牲膜５３をエッチングする。これにより、犠牲膜５３が完全に取り除かれ、圧力発生室１０（図１参照。）とノズル開口部１２（図１参照。）とが形成される。犠牲膜５３のエッチングはドライエッチング又はウェットエッチングのどちらで行っても良いが、ここでは、基板１のエッチング速度よりも犠牲膜５３のエッチング速度の方が大きいエッチングガス、又はエッチング液を用いて犠牲膜５３をエッチングする。例えば、基板１がＳｉで、犠牲膜５３がＳｉＯ2膜の場合には、上記の条件を満たすエッチングガスの一例として四フッ化炭素（ＣＦ4）を使用することができ、又、同条件を満たすエッチング液の一例としてフッ化水素溶液（ＨＦ）を使用することができる。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。
【００３４】
このように、本発明の実施形態によれば、圧電素子３０を封止したりリザーバ４５を形成したりするための封止板４０を基板１の表面に配置すると共に、ノズル開口部１２の開口端を基板１の裏面に配置することができる。基板１の裏面には封止板４０を配置する必要がなく、封止板４０をノズル開口部１２の開口端から遠ざけることができるので、基板１と封止板４０との接合面から接着剤２１がはみ出した場合でも、このはみ出した接着剤２１によりノズル開口部１２が塞がれてしまうことを防ぐことができる。このため、インクジェット式記録ヘッドを歩留まり高く製造することが可能となる。また、このようなインクジェット式記録ヘッドをインクジェット式記録装置に搭載することにより、インクジェット式記録装置の安価化にも寄与することができる。
この実施形態では、基板１が本発明の「第１基板」に対応し、基板１の表面が本発明の「基板の一方の面」に対応し、基板１の裏面が本発明の「基板の他方の面」に対応している。また、溝部５１が本発明の「第１溝部」に対応し、溝部５２が本発明の「第２溝部」に対応している。さらに、ドライバ回路４２が本発明の「集積回路」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す図。
【図２】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３】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３）。
【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４）。
【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５）。
【図７】従来例に係るインクジェット式記録ヘッド２００の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１ 基板、１０ 圧力発生室、１２ ノズル開口部、２０ 振動膜、２１ 接着剤、３０ 圧電素子、３１ 下部電極、３２ 圧電体、３３ 上部電極、３４、３５ 配線、４０ 封止板、４１ 凹部、４２ ドライバ回路、４３ バンプ電極、４５ リザーバ、４６ 開口部、５１、５２ 溝部、５３ 犠牲膜、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置に関し、特に、接着剤によるノズル開口部の塞がりを防止できるようにした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７（ａ）に示すように、従来例に係るインクジェット式記録ヘッド２００は、圧電素子（即ち、ピエゾ素子）２０１と、圧電素子を駆動するためのドライバ回路２０３と、圧電素子を封止するための封止板２０５と、外部からインク液の供給を受けるリザーバ２０７と、振動板２０９及び圧力発生室２１１を有する基板２１０と、ノズル開口部２１３が形成されたノズル板２２０と、を備える。このような構成のインクジェット式記録ヘッド２００は、図７（ｂ）に示すように、上記各部位が接着剤で接着されると共に、圧電素子２０１とドライバ回路２０３とがワイヤーボンディングで接続することにより、組み上げられている。
【０００３】
また、近年では、ノズル開口部の配置間隔の高密度化が進んでおり、ワイヤーボンディングによる圧電素子２０１とドライバ回路２０３の接続は技術的限界に近づきつつある。このような流れを受けて、上記の基板や封止板にドライバ回路を直接形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。この方法によれば、圧電素子とドライバ回路の接続を、フォトリソグラフィー技術による金属配線の形成や、フリップチップ実装により行うので、ワイヤーボンディングよりも微細な接続が可能である。このため、ノズル開口部の配置間隔の高密度化に対応することができる。
【特許文献１】特開２００１−２０５８１５号公報
【特許文献２】特開２００１−１６２７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１、２等に開示された方法では、接着剤が接合面からはみ出してノズル開口部を塞いでしまう可能性があった。このような可能性は、ノズル開口部が小径化しその配置間隔が高密度化するほど増大すると考えられる。
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、接着剤によるノズル開口部の塞がりを防止できるようにしたインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔発明１〜４〕 発明１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、第１基板の一方の面に前記圧力発生室となる第１溝部を形成する工程と、前記第１溝部の底面に前記ノズル開口部となる第２溝部を形成する工程と、前記第１溝部及び前記第２溝部に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜及び前記第１基板の一方の面上に振動膜を形成する工程と、前記振動膜上に圧電素子を形成する工程と、前記第１基板の他方の面を研削して前記第２溝部の底面を開口させる工程と、前記基板の一方の面に前記犠牲膜を露出する開口部を形成する工程と、前記開口部を介して前記犠牲膜を除去する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【０００６】
ここで、「犠牲膜」には、「第１基板」に対してエッチングの選択性が高い膜（即ち、第１基板よりもエッチングされ易い膜）を用いることが好ましい。例えば、第１基板がシリコン（Ｓｉ）からなる場合、犠牲膜にはシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜又はシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜を用いることができる。犠牲膜としてのＳｉＯ2膜は、エッチングレートが比較的速いＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜でも良い。
【０００７】
発明２のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧電素子と対向する領域に凹部を有する第２基板を前記第１基板の一方の面に接合して、前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
発明３のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明２のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧力発生室に連通するリザーバを前記第２基板に形成する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
【０００８】
発明４のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明２又は発明３のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程の前に、前記凹部の底面に集積回路を形成する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。ここで、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。
【０００９】
発明１〜４のインクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、例えば、圧電素子を封止したり、リザーバを形成したりするための第２基板を第１基板の一方の面に配置すると共に、ノズル開口部の開口端を第１基板の他方の面に配置することができる。第１基板の他方の面には第２基板を配置する必要がなく、第２基板をノズル開口部の開口端から遠ざけることができるので、第１基板と第２基板との接合面から接着剤がはみ出した場合でも、このはみ出した接着剤によりノズル開口部が塞がれてしまうことを防ぐことができる。このため、インクジェット式記録ヘッドを歩留まり高く製造することが可能となる。
【００１０】
〔発明５〕 発明５のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、発明４のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記集積回路の能動面にバンプ電極を形成する工程と、前記圧電素子の下部電極又は上部電極に繋がる配線を形成する工程と、をさらに含み、前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程では、前記バンプ電極を前記配線に重ね合わせた状態で前記第２基板を前記第１基板の一方の面に接合する、ことを特徴とするものである。ここで、「能動面」とは回路形成面のことである。
このような方法によれば、集積回路と圧電素子とをワイヤーボンディングよりも微細に（即ち、狭ピッチで、厚みが小さくなるように）接続することが可能であり、インクジェット式記録ヘッドの小型化に寄与することができる。
【００１１】
〔発明６〕 発明６のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、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の製造方法において、前記犠牲膜を除去する工程では、前記開口部と、前記第１基板の他方の面に開口した前記第２溝部の底面とを介して、前記犠牲膜を除去することを特徴とするものである。
このような方法によれば、犠牲膜をエッチングする際に、第２溝部の底面（即ち、ノズル開口部の吐出口）からもエッチング液又はエッチングガスを供給することができるため、犠牲膜を効率良く除去することができる。
【００１２】
〔発明７、８〕 発明７のインクジェット式記録ヘッドは、インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドであって、一方の面に前記圧力発生室が形成され、前記圧力発生室の底面から他方の面にかけて前記ノズル開口部が形成された第１基板と、前記第１基板の一方の面上に形成されて前記圧力発生室を覆う振動膜と、前記振動膜上に形成された圧電素子と、を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
発明８のインクジェット式記録ヘッドは、発明７のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電素子と対向する領域に凹部を有し、前記第１基板の一方の面に接合されて前記圧電素子を前記凹部内に封止する第２基板、をさらに備えることを特徴とするものである。
発明７、８のインクジェット式記録ヘッドによれば、接着剤によるノズル開口部の塞がりが防止されたインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【００１４】
〔発明９〕 発明９のインクジェット式記録装置は、発明７又は発明８のインクジェット式記録ヘッドを具備す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、接着剤によるノズル開口部の塞がりが防止されたインクジェット式記録ヘッドを具備することができる。そして、このようなインクジェット式記録ヘッドは、低コストで、歩留まり高く製造することができるので、インクジェット式記録装置の安価化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の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。図１に示すように、このインクジェット式記録ヘッド１００は、例えば基板１と、振動膜２０と、圧電素子（即ち、ピエゾ素子）３０と、圧電素子３０と対向する領域に凹部４１を有する封止板４０と、を備える。
【００１６】
これらの中で、基板１は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板である。この基板１は、例えば、１５０μｍ〜１ｍｍの厚さを有し、個々に区画された複数のインク流路が形成されている。ここで、インク流路とは、インク液が流れる経路のことであり、その一部として圧力発生室１０と、圧力発生室１０に連通するノズル開口部１２とを有する。図１に示すように、圧力発生室１０は基板１の表面側に形成されている。また、ノズル開口部１２は、圧力発生室１０の底面から基板１の裏面にかけて形成されている。なお、インク液に圧力を与える圧力発生室１０の容積と、ノズル開口部２２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。
【００１７】
振動膜２０は弾性膜であり、基板１の表面上に形成されて圧力発生室１０を覆っている。また、圧電素子３０は、振動膜２０を介して圧力発生室１０の真上に形成されている。この圧電素子３０は、下部電極３１と、下部電極３１上に形成された圧電体３２と、圧電体３２上に形成された上部電極３３とを有する。ここで、下部電極３１は、例えば複数の圧電素子３０にわたる共通の電極である。また、圧電体３２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３３は、下部電極３１とは異なり共通の電極ではなく、個々の圧電体と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３０は、個々の圧力発生室１０の真上にそれぞれ設けられている。また、圧電素子３０に繋がる配線３４、３５が基板１の表面上に形成されている。配線３４は下部電極３１を引き出すための配線であり、配線３５は上部電極３３を引き出すための配線である。
【００１８】
一方、封止板４０は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板からなる。この封止板４０の表面であって圧電素子３０と対向する領域には、圧電素子３０を封止するための凹部４１が設けられている。図１に示すように、封止板４０は基板１表面に接着剤２１等を介して接合されており、圧電素子３０は、その運動を阻害しない程度の空間が確保された状態で凹部４１内に封止（即ち、密封）されている。また、この凹部４１の底面には、圧電素子３０を駆動するためのドライバ回路４２が一体に形成されている。ドライバ回路４２の能動面（即ち、回路形成面）には複数個のバンプ電極４３が形成されており、これらのバンプ電極４３が配線３４、３５にそれぞれ電気的に接続されている。さらに、この封止板４０には、その表面から裏面にかけて形成された貫通穴が形成されている。この貫通穴が、外部からインク液の供給を受けるリザーバ４５である。リザーバ４５は、前述の全ての圧力発生室１０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。
【００１９】
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４５にインク液を取り込み、図中の矢印で示すように、リザーバ４５からノズル開口部２２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４２からの記録信号に従い、圧電素子３０の上部電極３３と下部電極３１との間に電圧を印加して圧電体３２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２０が変形して圧力発生室１０内の圧力が高まり、ノズル開口部２２からインク液を吐出される。
【００２０】
次に、上記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。図２〜図６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。
図２（ａ）に示すように、まず始めに、例えばバルクシリコンからなる基板１を用意する。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、基板１の表面側を部分的にエッチングして、インク流路となる領域に第１の溝部５１を形成する。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、溝部５１の底面をさらに部分的にエッチングして、図２（ｂ）に示すように、ノズル開口部となる領域に第２の溝部５２を形成する。
【００２１】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１の表面全体に犠牲膜５３を形成して溝部５１、５２を埋め込む。犠牲膜５３の厚さは、例えば、基板１の表面からの溝部５２の底面までの深さと略同一の厚さ、又はそれ以上の厚さとする。次に、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）により、犠牲膜５３に平坦化処理を施して、溝部５１、５２以外の領域から犠牲膜５３を除去する。これにより、図３（ａ）に示すように、溝部５１、５２の内部にのみ犠牲膜５３を残すことができる。
なお、犠牲膜５３は、後の工程で除去される。このため、犠牲膜５３には、基板１に対してエッチングの選択性が高い膜（即ち、所定のエッチング条件において基板１よりもエッチングされ易い膜）を用いることが好ましい。例えば、基板１がＳｉからなる場合は、犠牲膜５３にはＳｉＯ2膜又はＳｉＧｅ膜を用いることができる。上記のＳｉＯ2膜は、エッチングレートが比較的速いＰＳＧ膜でも良い。
【００２２】
また、犠牲膜５３の形成方法は上記の方法（即ち、ＣＶＤによる成膜工程と、ＣＭＰによる平坦化工程の組み合わせ）に限定されない。例えば、１μｍ以下の超微粒子をヘリウム（Ｈｅ）等のガスの圧力によって高速で基板１に衝突させることにより成膜するいわゆるガスデポジション法或いはジェットモールディング法と呼ばれる方法を用いて、犠牲膜５３を形成しても良い。このような方法によれば、ＣＭＰによる平坦化工程を経なくても、溝部５１、５２に犠牲膜５３を埋め込むように形成する（即ち、充填する）ことができる。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板１表面及び犠牲膜５３上に振動膜２０を形成する。振動膜２０は上述したように弾性膜であり、例えばＳｉＯ2膜又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、若しくはこれらを積層した膜からなり、その厚さは例えば１〜２μｍである。振動膜２０にＺｒＯ2を用いる場合は、例えば、Ｏ2を含んだプラズマでジルコニウム（Ｚｒ）をスパッタ成膜（反応性スパッタ成膜）することにより、ＺｒＯ2を形成する。あるいは、基板１表面及び犠牲膜５３上にＺｒを形成し、その後、Ｚｒを５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより、ＺｒＯ2を形成すれば良い。なお、振動膜２０の材料は上記の種類に限定されないが、犠牲膜５３を除去する工程でエッチングされない若しくはエッチングされにくい材料を用いることが好ましい。
【００２４】
次に、図４（ａ）に示すように、個々の圧力発生室１０に対応して振動膜２０上に圧電素子３０を形成する。ここでは、例えば、スパッタリング法により振動膜２０上に下部電極膜を形成する。この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３１を形成する。
【００２５】
そして、圧電体膜を成膜する。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。
【００２６】
次に、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等の多くの金属や、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、上部電極膜及び圧電体膜を順次、部分的にエッチングして、所定形状の上部電極３３と圧電体３２とを形成する。これにより、振動膜２０上に、下部電極３１と圧電体３２と上部電極３３とからなる圧電素子３０が完成する。
【００２７】
なお、本実施形態では、下部電極３１を圧電素子３０の共通電極とし、上部電極３３を圧電素子３０の個別電極としているが、ドライバ回路４２や配線の都合でこれを逆にしても良い。つまり、下部電極３１を個別電極とし、上部電極３３を共通電極としても良い。
次に、基板１の表面全体に導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、導電膜を部分的にエッチングする。これにより、図４（ｂ）に示すように、共通の電極である下部電極３１を基板表面１に引き出す配線３４と、個々の圧電素子３０の上部電極３３を基板表面１に引き出す配線３５とを形成する。
【００２８】
なお、本実施形態では、図示しないが、配線３４、３５を形成する前に、圧電素子３０を覆うように保護膜を形成しても良い。保護膜は例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）であり、その形成は例えばスパッタリング法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）で行うことができる。このように、圧電素子３０を覆う保護膜を形成する場合は、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、保護膜を部分的にエッチングして下部電極３１上及び上部電極３３上にそれぞれコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを埋め込むように配線３４、３５を形成すれば良い。
【００２９】
次に、図５（ａ）に示すように、例えばバルクシリコンからなる封止板４０を用意する。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、封止板４０の表面を部分的にエッチングして、圧電素子を封止するための凹部４１を形成する。ここでは、例えば、凹部４１の平面視による形状が圧電素子と相似形で且つその面積が大きく、しかも、凹部４１の深さが圧電素子の厚さよりも大きくなるように、凹部４１を形成する。これにより、圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、圧電素子を封止可能な凹部４１を形成することができる。
なお、本発明では、圧電素子を個別に封止するのではなく、複数個の圧電素子を１つの凹部４１内に配置し、これにより、複数個の圧電素子を１つの凹部４１でまとめて封止するようにしても良い。この場合は、複数個の圧電素子をまとめて封止できるように、凹部４１を広く形成すれば良い。
【００３０】
次に、図５（ｂ）に示すように、凹部４１の底面に、圧電素子３０を駆動するためのドライバ回路４２を形成する。このドライバ回路４２の形成は半導体プロセス（即ち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程など）で行う。そして、図５（ｃ）に示すように、このドライバ回路４２の能動面にバンプ電極４３を形成する。バンプ電極４３の材料には、例えばＡｕ等を使用する。
次に、図５（ｃ）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、封止板４０を部分的にエッチングして貫通させ、貫通穴からなるリザーバ４５を形成する。ここでは、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウェットエッチング、又は、ドライエッチングにより、リザーバ４５を形成する。
【００３１】
次に、図６に示すように、リザーバ４５が形成された封止板４０の表面を、接着剤を介して基板１の表面に接合する。ここでは、凹部４１が圧電素子３０と正しく重なり、且つ、複数のバンプ電極４３が配線３４、３５とそれぞれ正しく重なるように、封止板４０と基板１とを位置合わせする。そして、このように位置合わせした状態で、封止板４０の表面を基板１表面に接合する。これにより、圧電素子３０が凹部４１内に配置されて封止されると共に、バンプ電極４３と配線３４、３５とがそれぞれ電気的に接続される。また、リザーバ４５がインク流路と対向して配置される。
【００３２】
なお、図６に示す接合工程では、バンプ電極４３が配線３４、３５の表面に接触した後で、凹部４１を囲む凸部４７が基板１の表面に接触する。そして、凸部４７が基板１表面に接触することにより、封止板４０の表面と基板１表面との間に一定の離間距離が確保され、凹部４１の底面に形成された複数個のバンプ電極４３の潰れ具合が自動的に決定される。従って、凹部４１の底面において、バンプ電極４３の潰れ具合を均一化することができ、バンプ電極４３と配線３４、３５との接触面積のばらつきを少なくすることができる。
【００３３】
次に、図６の矢印で示すように、例えばＣＭＰにより、基板１の裏面を研削して溝部５２の底面を開口させる。この研削により、基板１の裏面から犠牲膜５３の一部が露出することとなる。また、この研削と前後して、封止板４０をマスクに振動膜２０をエッチングして除去し、犠牲膜５３の一部を露出する開口部４６（図１参照。）を形成する。そして、リザーバ４５及び開口部４６と、基板１裏面に開口した溝部５２の底面とを介して、犠牲膜５３をエッチングする。これにより、犠牲膜５３が完全に取り除かれ、圧力発生室１０（図１参照。）とノズル開口部１２（図１参照。）とが形成される。犠牲膜５３のエッチングはドライエッチング又はウェットエッチングのどちらで行っても良いが、ここでは、基板１のエッチング速度よりも犠牲膜５３のエッチング速度の方が大きいエッチングガス、又はエッチング液を用いて犠牲膜５３をエッチングする。例えば、基板１がＳｉで、犠牲膜５３がＳｉＯ2膜の場合には、上記の条件を満たすエッチングガスの一例として四フッ化炭素（ＣＦ4）を使用することができ、又、同条件を満たすエッチング液の一例としてフッ化水素溶液（ＨＦ）を使用することができる。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。
【００３４】
このように、本発明の実施形態によれば、圧電素子３０を封止したりリザーバ４５を形成したりするための封止板４０を基板１の表面に配置すると共に、ノズル開口部１２の開口端を基板１の裏面に配置することができる。基板１の裏面には封止板４０を配置する必要がなく、封止板４０をノズル開口部１２の開口端から遠ざけることができるので、基板１と封止板４０との接合面から接着剤２１がはみ出した場合でも、このはみ出した接着剤２１によりノズル開口部１２が塞がれてしまうことを防ぐことができる。このため、インクジェット式記録ヘッドを歩留まり高く製造することが可能となる。また、このようなインクジェット式記録ヘッドをインクジェット式記録装置に搭載することにより、インクジェット式記録装置の安価化にも寄与することができる。
この実施形態では、基板１が本発明の「第１基板」に対応し、基板１の表面が本発明の「基板の一方の面」に対応し、基板１の裏面が本発明の「基板の他方の面」に対応している。また、溝部５１が本発明の「第１溝部」に対応し、溝部５２が本発明の「第２溝部」に対応している。さらに、ドライバ回路４２が本発明の「集積回路」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す図。
【図２】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３】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３）。
【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４）。
【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５）。
【図７】従来例に係るインクジェット式記録ヘッド２００の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１ 基板、１０ 圧力発生室、１２ ノズル開口部、２０ 振動膜、２１ 接着剤、３０ 圧電素子、３１ 下部電極、３２ 圧電体、３３ 上部電極、３４、３５ 配線、４０ 封止板、４１ 凹部、４２ ドライバ回路、４３ バンプ電極、４５ リザーバ、４６ 開口部、５１、５２ 溝部、５３ 犠牲膜、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、
第１基板の一方の面に前記圧力発生室となる第１溝部を形成する工程と、
前記第１溝部の底面に前記ノズル開口部となる第２溝部を形成する工程と、
前記第１溝部及び前記第２溝部に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜及び前記第１基板の一方の面上に振動膜を形成する工程と、
前記振動膜上に圧電素子を形成する工程と、
前記第１基板の他方の面を研削して前記第２溝部の底面を開口させる工程と、
前記基板の一方の面に前記犠牲膜を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部を介して前記犠牲膜を除去する工程と、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２】
前記圧電素子と対向する領域に凹部を有する第２基板を前記第１基板の一方の面に接合して、前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程、をさらに含む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の製造方法。
【請求項３】
前記圧力発生室に連通するリザーバを前記第２基板に形成する工程、をさらに含む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の製造方法。
【請求項４】
前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程の前に、前記凹部の底面に集積回路を形成する工程、をさらに含むことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記集積回路の能動面にバンプ電極を形成する工程と、
前記圧電素子の下部電極又は上部電極に繋がる配線を形成する工程と、をさらに含み、
前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程では、前記バンプ電極を前記配線に重ね合わせた状態で前記第２基板を前記第１基板の一方の面に接合する、ことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記犠牲膜を除去する工程では、
前記開口部と、前記第１基板の他方の面に開口した前記第２溝部の底面とを介して、前記犠牲膜を除去す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の製造方法。
【請求項７】
インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドであって、
一方の面に前記圧力発生室が形成され、前記圧力発生室の底面から他方の面にかけて前記ノズル開口部が形成された第１基板と、
前記第１基板の一方の面上に形成されて前記圧力発生室を覆う振動膜と、
前記振動膜上に形成された圧電素子と、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８】
前記圧電素子と対向する領域に凹部を有し、前記第１基板の一方の面に接合されて前記圧電素子を前記凹部内に封止する第２基板、をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項１】
インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、
第１基板の一方の面に前記圧力発生室となる第１溝部を形成する工程と、
前記第１溝部の底面に前記ノズル開口部となる第２溝部を形成する工程と、
前記第１溝部及び前記第２溝部に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜及び前記第１基板の一方の面上に振動膜を形成する工程と、
前記振動膜上に圧電素子を形成する工程と、
前記第１基板の他方の面を研削して前記第２溝部の底面を開口させる工程と、
前記基板の一方の面に前記犠牲膜を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部を介して前記犠牲膜を除去する工程と、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２】
前記圧電素子と対向する領域に凹部を有する第２基板を前記第１基板の一方の面に接合して、前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程、をさらに含む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の製造方法。
【請求項３】
前記圧力発生室に連通するリザーバを前記第２基板に形成する工程、をさらに含む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の製造方法。
【請求項４】
前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程の前に、前記凹部の底面に集積回路を形成する工程、をさらに含むことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記集積回路の能動面にバンプ電極を形成する工程と、
前記圧電素子の下部電極又は上部電極に繋がる配線を形成する工程と、をさらに含み、
前記圧電素子を前記凹部内に封止する工程では、前記バンプ電極を前記配線に重ね合わせた状態で前記第２基板を前記第１基板の一方の面に接合する、ことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記犠牲膜を除去する工程では、
前記開口部と、前記第１基板の他方の面に開口した前記第２溝部の底面とを介して、前記犠牲膜を除去す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の製造方法。
【請求項７】
インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、を備えるインクジェット式記録ヘッドであって、
一方の面に前記圧力発生室が形成され、前記圧力発生室の底面から他方の面にかけて前記ノズル開口部が形成された第１基板と、
前記第１基板の一方の面上に形成されて前記圧力発生室を覆う振動膜と、
前記振動膜上に形成された圧電素子と、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８】
前記圧電素子と対向する領域に凹部を有し、前記第１基板の一方の面に接合されて前記圧電素子を前記凹部内に封止する第２基板、をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２２６７９６（Ｐ２００９−２２６７９６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７６３７７（Ｐ２００８−７６３７７）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]