液体噴射ヘッドの製造方法
【課題】歩留まりを向上し得る液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】金属以外の材料からなる仮基板４００上に絶縁体膜５５を形成し、該絶縁体膜５５上に圧電体層７０を形成し、圧電体層７０をパターニングし、圧電体層７０上に下電極膜６０を形成し、下電極膜６０上に振動板を構成する弾性膜５６及び保護膜５７を順次積層し、圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０に、圧電体層７０が振動板を介して圧力発生室１２に対向するよう仮基板４００を接合し、仮基板４００を除去することにより絶縁体膜５５を露出させ、絶縁体膜５５の圧力発生室１２に対向する領域を除去して開口部を形成し、開口部を介して露出した圧電体層７０に接続する上電極膜を形成する。
【解決手段】金属以外の材料からなる仮基板４００上に絶縁体膜５５を形成し、該絶縁体膜５５上に圧電体層７０を形成し、圧電体層７０をパターニングし、圧電体層７０上に下電極膜６０を形成し、下電極膜６０上に振動板を構成する弾性膜５６及び保護膜５７を順次積層し、圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０に、圧電体層７０が振動板を介して圧力発生室１２に対向するよう仮基板４００を接合し、仮基板４００を除去することにより絶縁体膜５５を露出させ、絶縁体膜５５の圧力発生室１２に対向する領域を除去して開口部を形成し、開口部を介して露出した圧電体層７０に接続する上電極膜を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液滴と
してインク滴を噴射する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】
液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、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等がある。
【０００３】
このような圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層を、下電極と上電極との２つの電極で挟んで構成されたものがある。
【０００４】
この圧電体層（圧電体膜）は、例えば次のように形成される。まず、下電極上にゾル−ゲル法により１層目の圧電体前駆体膜を形成すると共にこの圧電体前駆体膜を焼成して結晶化して圧電体膜を形成する。そして、この圧電体膜を順次積層することで所定の厚さの圧電体層が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０６７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、強誘電体材料からなる圧電体前駆体膜を結晶化させるための焼成工程においては、下電極を構成する金属が該下電極上の圧電体層に拡散することにより、圧電体層にひびやクラックが生じる虞がある。このため、インクジェット式記録ヘッドの製造においては、圧電体層に生じたひびやクラックによる不良の発生で歩留まりが低下するという問題がある。
【０００７】
なお、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はなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、歩留まりを向上し得る液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域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であって、金属以外の材料からなる仮基板上に、強誘電体材料からなる圧電体前駆体膜を形成すると共に前記圧電体前駆体膜を結晶化させるための熱処理工程を行って圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層を所定形状にパターニングする工程と、前記圧電体層上に下電極を形成し、該下電極上に振動板を形成する工程と、前記圧力発生室が形成された前記流路形成基板に、パターニングされた前記圧電体層が前記振動板を介して前記圧力発生室に対向するように前記仮基板を接合する工程と、前記仮基板を除去することにより前記圧電体層を露出させる工程と、露出した前記圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備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。
かかる態様では、圧電体層を形成する工程では、金属以外の材料からなる仮基板上に圧電体層を形成するため、金属が圧電体層に拡散して圧電体層にひびやクラックが発生することを防止できる。これにより、液体噴射ヘッドの歩留まりを向上することができる。
【００１０】
ここで、前記圧電体層を形成する工程の前に、前記仮基板上に絶縁体膜を形成する工程を具備し、前記圧電体層を露出させる工程では、前記仮基板を除去することにより前記絶縁体膜を露出させ、前記上電極を形成する工程では、露出した前記絶縁体膜の前記圧電体層に対向する領域を除去して開口部を形成し、該開口部を介して露出した前記圧電体層に接続する上電極を形成することが好ましい。これによれば、絶縁体膜により圧電体層を構成する上電極と下電極とを確実に絶縁することができる。
【００１１】
また、前記絶縁体膜を形成する工程では、シリコン単結晶基板からなる前記仮基板上に酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜を形成することが好ましい。これによれば、圧電体層の形成工程において、圧電体層の成分がシリコン単結晶基板に拡散することが防止される。
【００１２】
また、前記圧電体膜を形成する工程では、前記圧電体前駆体膜を７００℃〜１０００℃で焼成することにより前記圧電体膜を形成することが好ましい。これによれば、最良の圧電特性を有する圧電体層を形成できる。これにより、液体の吐出特性に優れた液体噴射ヘッドを製造することができる。
【００１３】
また、前記振動板を形成する工程では、前記下電極上に弾性膜を形成し、該弾性膜上に前記液体に対して耐性を有する保護膜を形成することにより前記保護膜及び前記弾性膜からなる振動板を形成することが好ましい。これによれば、液体に対する耐性を有する保護膜が形成されているので、圧力発生室内の液体により弾性膜が侵食されることを防止できる。
【００１４】
また、前記仮基板を接合する工程では、前記圧力発生室と前記ノズル開口とが一体的に形成されたシリコン単結晶基板からなる前記流路形成基板に前記仮基板を接合することが好ましい。これによれば、圧力発生室とノズル開口とが予め一体形成されたシリコン単結晶基板を用いるので、液体噴射ヘッドの製造工程を簡略化することができる。
【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を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ´線断面図である。
【００１６】
これらの図に示すように、流路形成基板１０は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０には、液体流路を構成する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５と、ノズル開口２１とが一体形成されている。詳言すると、流路形成基板１０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がその幅方向（短手方向）に並設されている。各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍には、流路形成基板１０の他方面に開口するノズル開口２１が設けられている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０に液体流路として、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５が形成されている。
【００１７】
連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。本実施形態では、インク供給路１４は、圧力発生室１２及び連通路１５の一方の幅を狭めることで形成されているが、特にこれに限定されず、例えば圧力発生室１２及び連通路１５の両側の幅を狭めることでインク供給路１４を形成するようにしてもよく、厚さ方向に絞ることでインク供給路１４を形成してもよい。
【００１８】
一方、流路形成基板１０のノズル開口２１とは反対側の面には、後述するプロセスにより予め積層形成された保護膜５７、弾性膜５６、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０、及び絶縁体膜５５が設けられている。この保護膜５７は、液体、例えば、インクに対して耐性を有し、その保護膜５７によって覆われる基板や膜が液体で侵食されることを抑制するために用いられる膜である。この保護膜５７上には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる弾性膜５６が形成されている。また、弾性膜５６上には、所定形状にパターニングされた下電極膜６０が形成され、下電極膜６０上には、各圧力発生室１２に対向するように圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０が形成されている。さらに、弾性膜５６、下電極膜６０、及び圧電体層７０上には、各圧電体層７０に対向する領域に開口部５５ａを有する絶縁体膜５５が形成され、開口部５５ａに露出した圧電体層７０上に上電極膜８０が形成されている。そして、流路形成基板１０のノズル開口２１とは反対側の面が、接着剤１６を介して保護膜５７に接合されることで、保護膜５７、弾性膜５６、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０、及び絶縁体膜５５は流路形成基板１０に固定されている。
【００１９】
なお、保護膜５７は、弾性膜５６が圧力発生室１２内のインクにより侵食されることを抑制するものであり、具体的には、保護膜５７は酸化アルミニウムからなるが、他にも酸化タンタル（ＴａＯｘ）からなるものでもよく、この具体例は例示的列挙に過ぎない。また、絶縁体膜５５は、下電極膜６０と上電極膜８０との短絡を防止している。
【００２０】
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。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子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。
【００２１】
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アクチュエータ装置と称する。上述した例では、保護膜５７、及び弾性膜５６が振動板として作用する。
【００２２】
圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることができるが本件の課題の対象となる材料がこれらの材料に限定されるものではないことを付言する。
【００２３】
また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等からなるリード電極９０が接続されている。なお、絶縁体膜５５には、下電極膜６０の一部に対向する領域にも開口部５５ｂが設けられており、開口部５５ｂに露出した下電極膜６０の一部には、開口部５５ｂから引き出され絶縁体膜５５上にまで延設されるリード電極９０が接続されている。
【００２４】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、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。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、保護膜５７、弾性膜５６、絶縁体膜５５）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００２５】
保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００２６】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００２７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、貫通孔３３を挿通させたボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００２８】
保護基板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と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００２９】
また、保護基板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。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムからなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料、例えば、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に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、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。
【００３０】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、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、駆動回路１２０からの記録信号に従い、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、保護膜５７及び弾性膜５６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される。
【００３１】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、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。
【００３２】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハからなる仮基板４００の表面に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、仮基板４００上に、例えば、スパッタリング法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。酸化ジルコニウムを形成することで、次の工程で形成される圧電体層の成分が仮基板４００に拡散することが防止される。
【００３３】
次いで、図３（ｂ）に示すように、圧電体層７０を形成し、所定形状にパターニングする。ここで、本実施形態では、有機金属化合物を溶媒に溶解・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−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。
【００３４】
ゾル−ゲル法、ＭＯＤ法を用いた圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、絶縁体膜５５上に圧電体前駆体膜を成膜する。すなわち、絶縁体膜５５上にペロブスカイト構造の強誘電体材料を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００３５】
そして、圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、１層目の圧電体膜を形成する（焼成工程）。本実施形態の焼成工程では、圧電体前駆体膜を７００℃〜１０００℃で焼成する。かかる範囲の焼成温度は、最良の圧電特性を有する圧電体層を形成し得るものである。以降、これらの塗布工程、乾燥工程、脱脂工程、焼成工程を複数回繰り返して所望の厚さの圧電体層７０を形成する。なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００３６】
このように、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、金属以外の材料からなり下電極膜が形成されていない仮基板４００上に圧電体層７０を形成するので、従来技術の如く下電極膜から圧電体層に金属が拡散することはない。これにより、圧電体層７０に、金属の拡散に起因するひびやクラックが発生することを防止できる。
【００３７】
次に、図３（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５及び圧電体層７０上に、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを積層することにより下電極膜６０を形成し、その後、下電極膜６０を所定形状にパターニングする。下電極膜６０は、例えばスパッタリング法により形成できる。なお、下電極膜６０は、白金とイリジウムとを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、白金とイリジウムの何れか一方の単層として用いるようにしてもよい。さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよく、例えば、チタン（Ｔｉ）を用いることもできる。
【００３８】
次に、図４（ａ）に示すように、下電極膜６０上に弾性膜５６及び保護膜５７を順次積層形成する。弾性膜５６は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、ＣＶＤ法により形成できる。また、保護膜５７は、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）からなり、ＣＶＤ法、スパッタリング法等によって形成できる。なお、保護膜５７は、圧力発生室１２内のインクに対して耐性を有する材料から形成されていればよく、他にも酸化タンタル（ＴａＯｘ）でもよい。
【００３９】
次に、流体流路を構成する圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５、及び連通部１３と、ノズル開口２１とが予め一体的に形成されたシリコン単結晶基板からなる流路形成基板用ウェハ１１０と、仮基板４００とを接合する。
【００４０】
詳言すると、図４（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の一方面側に設けられた圧力発生室１２に、仮基板４００に形成された圧電体層７０を相対向させ、図４（ｃ）に示すように、仮基板４００の保護膜５７側に流路形成基板用ウェハ１１０を接着剤１６を介して接合する。これにより、圧電体層７０が保護膜５７及び弾性膜５６（振動板）を介して圧力発生室１２に相対向して配置される。このとき、保護膜５７の圧電体層７０に対向する領域は、流路形成基板１０の保護膜５７側の上面よりも圧力発生室１２側に突出する。
【００４１】
次に、図５（ａ）に示すように、仮基板４００を除去する。例えばＫＯＨ溶液を用いてウェットエッチングを行うことにより仮基板４００を除去する。これにより、絶縁体膜５５が露出する。
【００４２】
次に、図５（ｂ）に示すように、所定形状のレジスト等のマスクパターン（図示せず）を絶縁体膜５５上に形成し、絶縁体膜５５の圧電体層７０に対向する領域をドライエッチングにより除去する。このドライエッチングにより、絶縁体膜５５に開口部５５ａが形成され、開口部５５ａに圧電体層７０が露出する。なお、このとき、下電極膜６０の一部に対向する領域もドライエッチングにより除去しておく。このドライエッチングにより、絶縁体膜５５に開口部５５ｂが形成され、開口部５５ｂに下電極膜６０の一部が露出する。
【００４３】
次に、図５（ｃ）に示すように、開口部５５ａに露出した圧電体層７０上に、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０をスパッタリング法により形成し、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０からなる圧電素子３００を形成する。なお上電極膜８０はイリジウムに限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）を用いることもできる。
【００４４】
次に、図６（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って例えばスパッタリング法によりアルミニウム膜を形成し、その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングすることで形成される。また、このとき、開口部５５ｂに露出した下電極膜６０からリード電極９０が延設されるようにパターニングする。なお、リード電極９０はアルミニウムに限定されず、ニッケル、クロム、金、銅、白金又はイリジウムでもよく、複数種の金属としてもよい。
【００４５】
次に、図６（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。
【００４６】
その後は、流路形成基板１０の連通部１３と保護基板用ウェハ１３０のリザーバ部３１とに介在する保護膜５７、弾性膜５６、及び絶縁体膜５５とを除去してリザーバ１００を形成する。更に、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００４７】
以上に説明したように、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よれば、圧電体層７０を結晶化させるための熱処理工程では、金属以外の材料からなる仮基板４００上に圧電体層７０を形成するため、金属が圧電体層７０に拡散してしまうことによって圧電体層７０にひびやクラックが発生することを防止できる。これにより、インクジェット式記録ヘッドの歩留まりを向上することができる。
【００４８】
また、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では、下電極膜等の金属上ではなく絶縁体膜上において、７００℃〜１０００℃の焼成温度で圧電体層を形成するので、金属の拡散により圧電特性を低下させることなく、最良の圧電特性を有する圧電体層を形成できる。これにより、インクの吐出特性に優れたインクジェット式記録ヘッドを製造することができる。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態では、仮基板４００上に絶縁体膜５５を形成した後、絶縁体膜５５上に圧電体層７０を形成したが、特にこれに限定されない。例えば、圧電体層に上電極膜を形成する前に、絶縁体膜を形成してもよい。すなわち、まず、仮基板上に圧電体層を形成して所定形状にパターニングし、圧電体層上に下電極膜、振動板を順次積層形成し、流路形成基板に仮基板を接合し、次いで、仮基板を除去することにより露出した圧電体層に絶縁体膜を形成し、該絶縁体膜の圧電体層に対向する領域を除去して開口部を形成し、該開口部に露出した圧電体層に接続する上電極膜を形成してもよい。さらに、下電極膜と上電極膜とが短絡しないように下電極膜及び上電極膜を適宜パターニングすれば、絶縁体膜を必ずしも設ける必要はない。
【００５０】
また、例えば、流路形成基板としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等においても本発明は有効である。同様に、保護基板用ウェハとしてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等であってもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、流路形成基板１０には、液体流路である圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５とノズル開口２１とが、一つのシリコン単結晶基板に形成されているが、これらは別々の部材に形成されたものであってもよい。例えば、圧力発生室等の液体流路が設けられた流路形成基板の一方面に、圧力発生室に連通するノズル開口が設けられたノズルプレートを接合してもよい。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、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（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ５５ 絶縁体膜、 ５６ 弾性膜、 ５７ 保護膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １２０ 駆動回路、 ３００ 圧電素子、 ４００ 仮基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液滴と
してインク滴を噴射する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】
液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、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等がある。
【０００３】
このような圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層を、下電極と上電極との２つの電極で挟んで構成されたものがある。
【０００４】
この圧電体層（圧電体膜）は、例えば次のように形成される。まず、下電極上にゾル−ゲル法により１層目の圧電体前駆体膜を形成すると共にこの圧電体前駆体膜を焼成して結晶化して圧電体膜を形成する。そして、この圧電体膜を順次積層することで所定の厚さの圧電体層が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０６７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、強誘電体材料からなる圧電体前駆体膜を結晶化させるための焼成工程においては、下電極を構成する金属が該下電極上の圧電体層に拡散することにより、圧電体層にひびやクラックが生じる虞がある。このため、インクジェット式記録ヘッドの製造においては、圧電体層に生じたひびやクラックによる不良の発生で歩留まりが低下するという問題がある。
【０００７】
なお、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はなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、歩留まりを向上し得る液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域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であって、金属以外の材料からなる仮基板上に、強誘電体材料からなる圧電体前駆体膜を形成すると共に前記圧電体前駆体膜を結晶化させるための熱処理工程を行って圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層を所定形状にパターニングする工程と、前記圧電体層上に下電極を形成し、該下電極上に振動板を形成する工程と、前記圧力発生室が形成された前記流路形成基板に、パターニングされた前記圧電体層が前記振動板を介して前記圧力発生室に対向するように前記仮基板を接合する工程と、前記仮基板を除去することにより前記圧電体層を露出させる工程と、露出した前記圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備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。
かかる態様では、圧電体層を形成する工程では、金属以外の材料からなる仮基板上に圧電体層を形成するため、金属が圧電体層に拡散して圧電体層にひびやクラックが発生することを防止できる。これにより、液体噴射ヘッドの歩留まりを向上することができる。
【００１０】
ここで、前記圧電体層を形成する工程の前に、前記仮基板上に絶縁体膜を形成する工程を具備し、前記圧電体層を露出させる工程では、前記仮基板を除去することにより前記絶縁体膜を露出させ、前記上電極を形成する工程では、露出した前記絶縁体膜の前記圧電体層に対向する領域を除去して開口部を形成し、該開口部を介して露出した前記圧電体層に接続する上電極を形成することが好ましい。これによれば、絶縁体膜により圧電体層を構成する上電極と下電極とを確実に絶縁することができる。
【００１１】
また、前記絶縁体膜を形成する工程では、シリコン単結晶基板からなる前記仮基板上に酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜を形成することが好ましい。これによれば、圧電体層の形成工程において、圧電体層の成分がシリコン単結晶基板に拡散することが防止される。
【００１２】
また、前記圧電体膜を形成する工程では、前記圧電体前駆体膜を７００℃〜１０００℃で焼成することにより前記圧電体膜を形成することが好ましい。これによれば、最良の圧電特性を有する圧電体層を形成できる。これにより、液体の吐出特性に優れた液体噴射ヘッドを製造することができる。
【００１３】
また、前記振動板を形成する工程では、前記下電極上に弾性膜を形成し、該弾性膜上に前記液体に対して耐性を有する保護膜を形成することにより前記保護膜及び前記弾性膜からなる振動板を形成することが好ましい。これによれば、液体に対する耐性を有する保護膜が形成されているので、圧力発生室内の液体により弾性膜が侵食されることを防止できる。
【００１４】
また、前記仮基板を接合する工程では、前記圧力発生室と前記ノズル開口とが一体的に形成されたシリコン単結晶基板からなる前記流路形成基板に前記仮基板を接合することが好ましい。これによれば、圧力発生室とノズル開口とが予め一体形成されたシリコン単結晶基板を用いるので、液体噴射ヘッドの製造工程を簡略化することができる。
【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を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ´線断面図である。
【００１６】
これらの図に示すように、流路形成基板１０は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０には、液体流路を構成する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５と、ノズル開口２１とが一体形成されている。詳言すると、流路形成基板１０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がその幅方向（短手方向）に並設されている。各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍には、流路形成基板１０の他方面に開口するノズル開口２１が設けられている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０に液体流路として、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５が形成されている。
【００１７】
連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。本実施形態では、インク供給路１４は、圧力発生室１２及び連通路１５の一方の幅を狭めることで形成されているが、特にこれに限定されず、例えば圧力発生室１２及び連通路１５の両側の幅を狭めることでインク供給路１４を形成するようにしてもよく、厚さ方向に絞ることでインク供給路１４を形成してもよい。
【００１８】
一方、流路形成基板１０のノズル開口２１とは反対側の面には、後述するプロセスにより予め積層形成された保護膜５７、弾性膜５６、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０、及び絶縁体膜５５が設けられている。この保護膜５７は、液体、例えば、インクに対して耐性を有し、その保護膜５７によって覆われる基板や膜が液体で侵食されることを抑制するために用いられる膜である。この保護膜５７上には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる弾性膜５６が形成されている。また、弾性膜５６上には、所定形状にパターニングされた下電極膜６０が形成され、下電極膜６０上には、各圧力発生室１２に対向するように圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０が形成されている。さらに、弾性膜５６、下電極膜６０、及び圧電体層７０上には、各圧電体層７０に対向する領域に開口部５５ａを有する絶縁体膜５５が形成され、開口部５５ａに露出した圧電体層７０上に上電極膜８０が形成されている。そして、流路形成基板１０のノズル開口２１とは反対側の面が、接着剤１６を介して保護膜５７に接合されることで、保護膜５７、弾性膜５６、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０、及び絶縁体膜５５は流路形成基板１０に固定されている。
【００１９】
なお、保護膜５７は、弾性膜５６が圧力発生室１２内のインクにより侵食されることを抑制するものであり、具体的には、保護膜５７は酸化アルミニウムからなるが、他にも酸化タンタル（ＴａＯｘ）からなるものでもよく、この具体例は例示的列挙に過ぎない。また、絶縁体膜５５は、下電極膜６０と上電極膜８０との短絡を防止している。
【００２０】
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。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子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。
【００２１】
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アクチュエータ装置と称する。上述した例では、保護膜５７、及び弾性膜５６が振動板として作用する。
【００２２】
圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることができるが本件の課題の対象となる材料がこれらの材料に限定されるものではないことを付言する。
【００２３】
また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等からなるリード電極９０が接続されている。なお、絶縁体膜５５には、下電極膜６０の一部に対向する領域にも開口部５５ｂが設けられており、開口部５５ｂに露出した下電極膜６０の一部には、開口部５５ｂから引き出され絶縁体膜５５上にまで延設されるリード電極９０が接続されている。
【００２４】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、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。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、保護膜５７、弾性膜５６、絶縁体膜５５）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００２５】
保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００２６】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００２７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、貫通孔３３を挿通させたボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００２８】
保護基板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と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００２９】
また、保護基板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。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムからなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料、例えば、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に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、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。
【００３０】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、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、駆動回路１２０からの記録信号に従い、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、保護膜５７及び弾性膜５６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される。
【００３１】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、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。
【００３２】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハからなる仮基板４００の表面に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、仮基板４００上に、例えば、スパッタリング法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。酸化ジルコニウムを形成することで、次の工程で形成される圧電体層の成分が仮基板４００に拡散することが防止される。
【００３３】
次いで、図３（ｂ）に示すように、圧電体層７０を形成し、所定形状にパターニングする。ここで、本実施形態では、有機金属化合物を溶媒に溶解・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−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。
【００３４】
ゾル−ゲル法、ＭＯＤ法を用いた圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、絶縁体膜５５上に圧電体前駆体膜を成膜する。すなわち、絶縁体膜５５上にペロブスカイト構造の強誘電体材料を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００３５】
そして、圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、１層目の圧電体膜を形成する（焼成工程）。本実施形態の焼成工程では、圧電体前駆体膜を７００℃〜１０００℃で焼成する。かかる範囲の焼成温度は、最良の圧電特性を有する圧電体層を形成し得るものである。以降、これらの塗布工程、乾燥工程、脱脂工程、焼成工程を複数回繰り返して所望の厚さの圧電体層７０を形成する。なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００３６】
このように、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、金属以外の材料からなり下電極膜が形成されていない仮基板４００上に圧電体層７０を形成するので、従来技術の如く下電極膜から圧電体層に金属が拡散することはない。これにより、圧電体層７０に、金属の拡散に起因するひびやクラックが発生することを防止できる。
【００３７】
次に、図３（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５及び圧電体層７０上に、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを積層することにより下電極膜６０を形成し、その後、下電極膜６０を所定形状にパターニングする。下電極膜６０は、例えばスパッタリング法により形成できる。なお、下電極膜６０は、白金とイリジウムとを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、白金とイリジウムの何れか一方の単層として用いるようにしてもよい。さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよく、例えば、チタン（Ｔｉ）を用いることもできる。
【００３８】
次に、図４（ａ）に示すように、下電極膜６０上に弾性膜５６及び保護膜５７を順次積層形成する。弾性膜５６は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、ＣＶＤ法により形成できる。また、保護膜５７は、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）からなり、ＣＶＤ法、スパッタリング法等によって形成できる。なお、保護膜５７は、圧力発生室１２内のインクに対して耐性を有する材料から形成されていればよく、他にも酸化タンタル（ＴａＯｘ）でもよい。
【００３９】
次に、流体流路を構成する圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５、及び連通部１３と、ノズル開口２１とが予め一体的に形成されたシリコン単結晶基板からなる流路形成基板用ウェハ１１０と、仮基板４００とを接合する。
【００４０】
詳言すると、図４（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の一方面側に設けられた圧力発生室１２に、仮基板４００に形成された圧電体層７０を相対向させ、図４（ｃ）に示すように、仮基板４００の保護膜５７側に流路形成基板用ウェハ１１０を接着剤１６を介して接合する。これにより、圧電体層７０が保護膜５７及び弾性膜５６（振動板）を介して圧力発生室１２に相対向して配置される。このとき、保護膜５７の圧電体層７０に対向する領域は、流路形成基板１０の保護膜５７側の上面よりも圧力発生室１２側に突出する。
【００４１】
次に、図５（ａ）に示すように、仮基板４００を除去する。例えばＫＯＨ溶液を用いてウェットエッチングを行うことにより仮基板４００を除去する。これにより、絶縁体膜５５が露出する。
【００４２】
次に、図５（ｂ）に示すように、所定形状のレジスト等のマスクパターン（図示せず）を絶縁体膜５５上に形成し、絶縁体膜５５の圧電体層７０に対向する領域をドライエッチングにより除去する。このドライエッチングにより、絶縁体膜５５に開口部５５ａが形成され、開口部５５ａに圧電体層７０が露出する。なお、このとき、下電極膜６０の一部に対向する領域もドライエッチングにより除去しておく。このドライエッチングにより、絶縁体膜５５に開口部５５ｂが形成され、開口部５５ｂに下電極膜６０の一部が露出する。
【００４３】
次に、図５（ｃ）に示すように、開口部５５ａに露出した圧電体層７０上に、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０をスパッタリング法により形成し、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０からなる圧電素子３００を形成する。なお上電極膜８０はイリジウムに限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）を用いることもできる。
【００４４】
次に、図６（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って例えばスパッタリング法によりアルミニウム膜を形成し、その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングすることで形成される。また、このとき、開口部５５ｂに露出した下電極膜６０からリード電極９０が延設されるようにパターニングする。なお、リード電極９０はアルミニウムに限定されず、ニッケル、クロム、金、銅、白金又はイリジウムでもよく、複数種の金属としてもよい。
【００４５】
次に、図６（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。
【００４６】
その後は、流路形成基板１０の連通部１３と保護基板用ウェハ１３０のリザーバ部３１とに介在する保護膜５７、弾性膜５６、及び絶縁体膜５５とを除去してリザーバ１００を形成する。更に、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００４７】
以上に説明したように、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よれば、圧電体層７０を結晶化させるための熱処理工程では、金属以外の材料からなる仮基板４００上に圧電体層７０を形成するため、金属が圧電体層７０に拡散してしまうことによって圧電体層７０にひびやクラックが発生することを防止できる。これにより、インクジェット式記録ヘッドの歩留まりを向上することができる。
【００４８】
また、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では、下電極膜等の金属上ではなく絶縁体膜上において、７００℃〜１０００℃の焼成温度で圧電体層を形成するので、金属の拡散により圧電特性を低下させることなく、最良の圧電特性を有する圧電体層を形成できる。これにより、インクの吐出特性に優れたインクジェット式記録ヘッドを製造することができる。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態では、仮基板４００上に絶縁体膜５５を形成した後、絶縁体膜５５上に圧電体層７０を形成したが、特にこれに限定されない。例えば、圧電体層に上電極膜を形成する前に、絶縁体膜を形成してもよい。すなわち、まず、仮基板上に圧電体層を形成して所定形状にパターニングし、圧電体層上に下電極膜、振動板を順次積層形成し、流路形成基板に仮基板を接合し、次いで、仮基板を除去することにより露出した圧電体層に絶縁体膜を形成し、該絶縁体膜の圧電体層に対向する領域を除去して開口部を形成し、該開口部に露出した圧電体層に接続する上電極膜を形成してもよい。さらに、下電極膜と上電極膜とが短絡しないように下電極膜及び上電極膜を適宜パターニングすれば、絶縁体膜を必ずしも設ける必要はない。
【００５０】
また、例えば、流路形成基板としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等においても本発明は有効である。同様に、保護基板用ウェハとしてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等であってもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、流路形成基板１０には、液体流路である圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５とノズル開口２１とが、一つのシリコン単結晶基板に形成されているが、これらは別々の部材に形成されたものであってもよい。例えば、圧力発生室等の液体流路が設けられた流路形成基板の一方面に、圧力発生室に連通するノズル開口が設けられたノズルプレートを接合してもよい。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、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（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ５５ 絶縁体膜、 ５６ 弾性膜、 ５７ 保護膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １２０ 駆動回路、 ３００ 圧電素子、 ４００ 仮基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域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であって、
金属以外の材料からなる仮基板上に、強誘電体材料からなる圧電体前駆体膜を形成すると共に前記圧電体前駆体膜を結晶化させるための熱処理工程を行って圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層を所定形状にパターニングする工程と、
前記圧電体層上に下電極を形成し、該下電極上に振動板を形成する工程と、
前記圧力発生室が形成された前記流路形成基板に、パターニングされた前記圧電体層が前記振動板を介して前記圧力発生室に対向するように前記仮基板を接合する工程と、
前記仮基板を除去することにより前記圧電体層を露出させる工程と、
露出した前記圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備する
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に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記圧電体層を形成する工程の前に、前記仮基板上に絶縁体膜を形成する工程を具備し、
前記圧電体層を露出させる工程では、前記仮基板を除去することにより前記絶縁体膜を露出させ、
前記上電極を形成する工程では、露出した前記絶縁体膜の前記圧電体層に対向する領域を除去して開口部を形成し、該開口部を介して露出した前記圧電体層に接続する上電極を形成する
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２に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記絶縁体膜を形成する工程では、シリコン単結晶基板からなる前記仮基板上に酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記圧電体膜を形成する工程では、前記圧電体前駆体膜を７００℃〜１０００℃で焼成することにより前記圧電体膜を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記振動板を形成する工程では、前記下電極上に弾性膜を形成し、該弾性膜上に前記液体に対して耐性を有する保護膜を形成することにより前記保護膜及び前記弾性膜からなる振動板を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記仮基板を接合する工程では、前記圧力発生室と前記ノズル開口とが一体的に形成されたシリコン単結晶基板からなる前記流路形成基板に前記仮基板を接合する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１】
液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域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であって、
金属以外の材料からなる仮基板上に、強誘電体材料からなる圧電体前駆体膜を形成すると共に前記圧電体前駆体膜を結晶化させるための熱処理工程を行って圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層を所定形状にパターニングする工程と、
前記圧電体層上に下電極を形成し、該下電極上に振動板を形成する工程と、
前記圧力発生室が形成された前記流路形成基板に、パターニングされた前記圧電体層が前記振動板を介して前記圧力発生室に対向するように前記仮基板を接合する工程と、
前記仮基板を除去することにより前記圧電体層を露出させる工程と、
露出した前記圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備する
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に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記圧電体層を形成する工程の前に、前記仮基板上に絶縁体膜を形成する工程を具備し、
前記圧電体層を露出させる工程では、前記仮基板を除去することにより前記絶縁体膜を露出させ、
前記上電極を形成する工程では、露出した前記絶縁体膜の前記圧電体層に対向する領域を除去して開口部を形成し、該開口部を介して露出した前記圧電体層に接続する上電極を形成する
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２に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記絶縁体膜を形成する工程では、シリコン単結晶基板からなる前記仮基板上に酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記圧電体膜を形成する工程では、前記圧電体前駆体膜を７００℃〜１０００℃で焼成することにより前記圧電体膜を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記振動板を形成する工程では、前記下電極上に弾性膜を形成し、該弾性膜上に前記液体に対して耐性を有する保護膜を形成することにより前記保護膜及び前記弾性膜からなる振動板を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記仮基板を接合する工程では、前記圧力発生室と前記ノズル開口とが一体的に形成されたシリコン単結晶基板からなる前記流路形成基板に前記仮基板を接合する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２０８４１１（Ｐ２００９−２０８４１１Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５６３３（Ｐ２００８−５５６３３）
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【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９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【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 ]