JP2006044083A

JP2006044083A - Method for manufacturing liquid jet head and liquid jet head

Info

Publication number: JP2006044083A
Application number: JP2004228875A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Shimada; 勝人島田; Akira Matsuzawa; 明松沢; Takeshi Yasojima; 健八十島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】異物によるノズル詰まり等の吐出不良を確実に防止することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】流路形成基板上に圧電素子を形成すると共に連通部となる領域の振動板を除去して振動板除去部を形成する工程と、少なくとも振動板除去部に対向する領域を覆って絶縁膜を形成すると共に絶縁膜に貫通孔を形成する工程と、流路形成基板上に密着層を介して金属層を形成して貫通孔を封止すると共に密着層及び金属層をパターニングしてリード電極を形成する工程と、リザーバ形成基板を流路形成基板に接合する工程と、流路形成基板をウェットエッチングして連通部を形成する工程と、貫通孔に対応する領域の密着層及び金属層をウェットエッチングにより除去する工程と、庇部をドライエッチングにより除去してリザーバを形成する工程と、リザーバを含む流路の内面に保護膜を形成する工程とを具備する。
【選択図】なし
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid ejecting head manufacturing method and a liquid ejecting head capable of reliably preventing ejection failure such as nozzle clogging due to foreign matters.
SOLUTION: Forming a piezoelectric element on a flow path forming substrate and removing a diaphragm in a region serving as a communication portion to form a diaphragm removing portion; and covering at least a region facing the diaphragm removing portion Forming an insulating film and forming a through hole in the insulating film; and forming a metal layer on the flow path forming substrate via the adhesion layer to seal the through hole and patterning the adhesion layer and the metal layer. A step of forming a lead electrode, a step of bonding the reservoir forming substrate to the flow path forming substrate, a step of wet-etching the flow path forming substrate to form a communication portion, an adhesion layer and a metal in a region corresponding to the through hole A step of removing the layer by wet etching, a step of removing the collar portion by dry etching to form a reservoir, and a step of forming a protective film on the inner surface of the flow path including the reservoir.
[Selection figure] None

Description

液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッドに関し、特に、液体としてインクを吐出する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に関する。 More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing an ink jet recording head that ejects ink as a liquid and an ink jet recording head.

液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合され連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを具備し、振動板とこの振動板上に設けられた積層膜とを貫通する貫通部を介してリザーバ部と連通部とを連通させてリザーバを形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。具体的には、振動板及び積層膜の連通部（リザーバ部）に対向する部分を機械的に打ち抜いて貫通部を形成してリザーバ部と連通部とを連通させている。 As an ink jet recording head that is a liquid ejecting head, for example, a flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening and a communication portion communicating with the pressure generation chamber are formed, and one of the flow path forming substrates is provided. A piezoelectric element formed on the surface side, and a reservoir forming substrate having a reservoir portion that is joined to the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side and forms a part of the reservoir together with the communicating portion. There is one in which a reservoir is formed by communicating a reservoir and a communicating portion through a penetrating portion that penetrates a laminated film provided on a plate (see, for example, Patent Document 1). Specifically, a portion facing the communication portion (reservoir portion) of the diaphragm and the laminated film is mechanically punched to form a through portion, thereby connecting the reservoir portion and the communication portion.

しかしながら、このように機械的な加工で貫通部を形成すると、加工カス等の異物が生じ、圧力発生室などの流路内にこの異物が入り込み、吐出不良等の原因となるという問題がある。なお、貫通部を形成後、例えば、洗浄等を行うことで、加工カス等の異物はある程度除去することはできるが完全に除去するのは難しい。また、貫通部を機械的に加工すると、貫通部の周囲に亀裂等が発生し、この亀裂が生じることによっても吐出不良が発生するという問題がある。すなわち、亀裂が発生した状態でインクを充填してノズル開口から吐出させると、亀裂部分から破片が脱落し、この破片がノズル開口に詰まり吐出不良が発生するという問題がある。 However, when the penetrating portion is formed by such mechanical processing, there is a problem that foreign matter such as machining residue is generated and the foreign matter enters a flow path such as a pressure generating chamber, which causes discharge failure and the like. In addition, after forming the penetration part, for example, by performing cleaning or the like, foreign matters such as processing residue can be removed to some extent, but it is difficult to remove completely. Further, when the penetrating portion is mechanically processed, a crack or the like is generated around the penetrating portion, and there is a problem that a discharge failure occurs due to the occurrence of the crack. That is, when ink is filled in a cracked state and discharged from the nozzle opening, there is a problem in that a broken piece falls off from the cracked portion, and the broken piece is clogged in the nozzle opening to cause a discharge failure.

上述した特許文献１には、このような問題を解決するために、樹脂材料からなる被覆膜によって積層膜を固定して異物の発生を防止した構造が開示されている。この構造を採用することで、異物の発生はある程度抑えられるかもしれないが、異物による吐出不良を完全に防止することは難しい。 In order to solve such a problem, Patent Document 1 described above discloses a structure in which a laminated film is fixed by a coating film made of a resin material to prevent generation of foreign matters. By adopting this structure, the generation of foreign matter may be suppressed to some extent, but it is difficult to completely prevent ejection failure due to foreign matter.

また、このように形成されたリザーバ等の流路内には、流路形成基板等がインクによって浸食されるのを防止するために、一般的に、耐インク性を有する材料からなる保護膜が形成される。上述した被覆膜を設けた構造においてこのような保護膜を形成した場合、被覆膜上にも保護膜が形成される。そして、この樹脂材料からなる被覆膜上に形成された保護膜は樹脂材料に対する密着性が良くないため、剥がれ落ちやすく、剥がれ落ちた保護膜によってノズル詰まり等が発生してしまう虞がある。 In addition, a protective film made of a material having ink resistance is generally provided in the flow path such as a reservoir formed in this manner in order to prevent the flow path forming substrate and the like from being eroded by ink. It is formed. When such a protective film is formed in the structure provided with the above-described coating film, the protective film is also formed on the coating film. And since the protective film formed on the coating film made of this resin material does not have good adhesion to the resin material, it is easy to peel off, and there is a possibility that nozzle clogging may occur due to the peeled off protective film.

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においても、同様に存在する。 Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink, but also in other liquid ejecting heads that eject liquid other than ink.

特開２００３−１５９８０１号公報（第７〜８図）JP 2003-159801 A (FIGS. 7 to 8)

本発明は、このような事情に鑑み、異物によるノズル詰まり等の吐出不良を確実に防止することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head and a liquid ejecting head that can reliably prevent ejection failure such as nozzle clogging due to foreign matters.

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して当該連通部よりも開口面積の大きい振動板除去部を形成する工程と、少なくとも前記振動板除去部に対応する領域に前記流路形成基板とはエッチングの選択性を有する材料からなる絶縁膜を形成すると共に該絶縁膜をパターニングして前記連通部となる領域内に貫通孔を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の表面に密着層を介して金属層を形成し前記密着層及び前記金属層で前記貫通孔を封止すると共に前記圧電素子に対応する領域の前記密着層及び前記金属層をパターニングして前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成する工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接合する工程と、前記流路形成基板をその他方面側から前記絶縁膜及び前記密着層が露出するまでウェットエッチングして少なくとも前記連通部を形成する工程と、前記貫通孔に対応する領域の前記密着層及び前記金属層をウェットエッチングにより除去する工程と、前記連通部内に張り出した前記絶縁膜及び前記密着層からなる庇部をドライエッチングにより除去して前記リザーバを形成する工程と、前記リザーバを含む流路の内面に耐液体性を有する材料からなる保護膜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。
かかる第１の態様では、リザーバを形成する際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。また、流路形成基板をエッチングする際のエッチング液が、貫通孔を介してリザーバ形成基板側に回り込むのを防止でき、エッチング液によるリザーバ形成基板の損傷等も防止できる。さらに、連通部内の絶縁膜及び密着層を除去することでリザーバ内に保護膜を良好に形成することができ、ヘッドの耐久性を向上することができる。 According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems, a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid and a communication portion communicating with the pressure generation chamber are formed on one side of a flow path forming substrate. A piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode is formed through the diaphragm, and the diaphragm in the region serving as the communication portion is removed to form a diaphragm removal portion having a larger opening area than the communication portion. Forming an insulating film made of a material having etching selectivity with respect to the flow path forming substrate at least in a region corresponding to the diaphragm removing portion, and patterning the insulating film to form the communicating portion Forming a through hole in the region, forming a metal layer on the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side via an adhesion layer, and sealing the through hole with the adhesion layer and the metal layer. Corresponding to the piezoelectric element Forming a lead electrode drawn from the piezoelectric element by patterning the adhesion layer and the metal layer in a region, and a reservoir forming substrate formed with a reservoir portion communicating with the communicating portion and constituting a part of the reservoir Bonding the flow path forming substrate to the one surface side, and wet etching the flow path forming substrate from the other surface side until the insulating film and the adhesion layer are exposed to form at least the communication portion. And removing the adhesion layer and the metal layer in a region corresponding to the through hole by wet etching, and removing the flange formed by the insulating film and the adhesion layer projecting into the communication portion by dry etching. Forming the reservoir; and forming a protective film made of a liquid-resistant material on the inner surface of the flow path including the reservoir. In the method of manufacturing a liquid jet head characterized by Bei.
In such a first aspect, when forming the reservoir, foreign matter such as machining residue is not generated, so that ejection failure such as nozzle clogging due to machining residue or the like is reliably prevented. Further, it is possible to prevent the etching solution when etching the flow path forming substrate from flowing into the reservoir forming substrate side through the through hole, and it is possible to prevent the reservoir forming substrate from being damaged by the etching solution. Furthermore, by removing the insulating film and the adhesion layer in the communication part, a protective film can be formed well in the reservoir, and the durability of the head can be improved.

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記絶縁膜の材料として、窒化シリコン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。
かかる第２の態様では、絶縁膜を所定の材料で形成することで、流路形成基板をエッチングして圧力発生室及び連通部等を形成する際のエッチングストップ層として機能させることができる。また、連通部内に張り出した絶縁膜を密着層と共にドライエッチングによって比較的容易に除去することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a method of manufacturing a liquid jet head is characterized in that silicon nitride is used as a material of the insulating film.
In the second aspect, by forming the insulating film with a predetermined material, it is possible to function as an etching stop layer when the flow path forming substrate is etched to form the pressure generation chamber, the communication portion, and the like. In addition, the insulating film protruding in the communication portion can be removed relatively easily together with the adhesion layer by dry etching.

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記保護膜をＣＶＤ法によって形成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。
かかる第３の態様では、圧力発生室、リザーバ等の流路内に、保護膜を比較的容易且つ良好に形成することができる。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the protective film is formed by a CVD method.
In the third aspect, the protective film can be formed relatively easily and satisfactorily in the flow path such as the pressure generation chamber and the reservoir.

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記金属層の主材料として、金、アルミニウム又は銅を用い、且つ当該密着層の材料として、チタン、チタンタングステン化合物、ニッケル、クロム又はニッケルクロム化合物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。
かかる第４の態様では、リード電極が良好に形成される。また、密着層及び金属層によって貫通孔を確実に封止することができ且つウェットエッチングによって比較的容易に除去することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, gold, aluminum, or copper is used as a main material of the metal layer, and titanium, a titanium tungsten compound, The present invention resides in a method for manufacturing a liquid ejecting head using nickel, chromium, or a nickel chromium compound.
In the fourth aspect, the lead electrode is formed satisfactorily. Further, the through hole can be reliably sealed by the adhesion layer and the metal layer, and can be removed relatively easily by wet etching.

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記保護膜の材料として、酸化タンタル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。
かかる第５の態様では、圧力発生室、連通部等の流路の内面が、供給された液体によって浸食されるのを確実に防止することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, tantalum oxide is used as a material for the protective film.
In the fifth aspect, it is possible to reliably prevent the inner surfaces of the flow paths such as the pressure generation chamber and the communication portion from being eroded by the supplied liquid.

本発明の第６の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、密着層及び金属層からなり前記圧電素子から引き出されるリード電極と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合され前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを具備し、前記連通部の開口周縁に前記振動板が除去された振動板除去部を有すると共に、前記流路形成基板とはエッチングの選択性を有する材料からなる絶縁膜及び前記リード電極とは不連続の前記密着層及び前記金属層が少なくとも前記振動板除去部を覆って積層され、前記連通部と前記リザーバ部とが前記絶縁膜及び前記密着層及び前記金属層を貫通して設けられた貫通部によって連通して前記リザーバが形成されており、且つ少なくとも前記リザーバの内面には耐液体性を有する材料からなる保護膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、リザーバを形成する際の加工カス等の異物によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。また、リザーバ内に保護膜が良好に形成され、保護膜の脱落等の虞がない。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid and a communication portion communicating with the pressure generation chamber are formed, and one surface of the flow path formation substrate A piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on a side of the piezoelectric element; a lead electrode including an adhesion layer and a metal layer and drawn from the piezoelectric element; and the piezoelectric element of the flow path forming substrate And a reservoir forming substrate having a reservoir portion which is connected to the side surface and communicates with the communication portion to form a part of the reservoir, and the diaphragm is removed from the opening periphery of the communication portion In addition, an insulating film made of a material having etching selectivity with respect to the flow path forming substrate, and the adhesion layer and the metal layer discontinuous with the lead electrode are stacked so as to cover at least the diaphragm removing portion. The above The reservoir is formed by the passage portion and the reservoir portion communicating with each other through a penetrating portion that penetrates the insulating film, the adhesion layer, and the metal layer, and at least the inner surface of the reservoir is liquid-resistant. In the liquid jet head, a protective film made of a material having a property is provided.
In the sixth aspect, ejection failure such as nozzle clogging due to foreign matters such as processing residue when forming the reservoir is reliably prevented. Further, the protective film is well formed in the reservoir, and there is no risk of the protective film dropping off.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッド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、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head manufactured by a manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is formed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment, and one surface thereof is previously formed of silicon dioxide by thermal oxidation to a thickness of 0.5 to 2 μm. The elastic film 50 is formed.

流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０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、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。連通部１３は、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１と連通して各圧力発生室１２の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。 A plurality of pressure generating chambers 12 are arranged in parallel in the width direction of the flow path forming substrate 10. Further, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. Communication is made via a path 14. The communication part 13 communicates with a reservoir part 31 of a reservoir forming substrate 30 to be described later and constitutes a part of the reservoir 100 serving as a common ink chamber for each pressure generating chamber 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13.

ここで、流路形成基板１０の圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４の内壁表面には、耐インク性を有する材料、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等の酸化タンタルからなる保護膜が、例えば、５０ｎｍ程度の厚さで設けられている。なお、ここでいう耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。また、本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２等が開口する側の表面、すなわち、ノズルプレート２０が接合される接合面にも保護膜１５が設けられている。勿論、このような領域には、インクが実質的に接触しないため、保護膜１５は設けられていなくてもよい。 Here, a material having ink resistance, for example, tantalum oxide such as tantalum pentoxide (Ta ₂ O ₅ ) is formed on the inner wall surfaces of the pressure generation chamber 12, the communication portion 13, and the ink supply passage 14 of the flow path forming substrate 10. The protective film made of is provided with a thickness of about 50 nm, for example. Here, the ink resistance refers to etching resistance against alkaline ink. In the present embodiment, the protective film 15 is also provided on the surface of the flow path forming substrate 10 on the side where the pressure generating chambers 12 and the like are open, that is, the bonding surface to which the nozzle plate 20 is bonded. Of course, since the ink is not substantially in contact with such a region, the protective film 15 may not be provided.

なお、このような保護膜１５の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインクのｐＨ値によっては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）等を用いてもよい。 The material of the protective film 15 is not limited to tantalum oxide, and depending on the pH value of the ink used, for example, zirconium oxide (ZrO ₂ ), nickel (Ni), chromium (Cr), or the like is used. Also good.

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とは反対側の端部近傍に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によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。 Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive. Or a heat-welded film or the like. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.01 to 1 mm, a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 ⁻⁶ / ° C.], glass ceramics, silicon It consists of a single crystal substrate or stainless steel.

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５１が形成されている。さらに、この絶縁体膜５１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１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍ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。 On the other hand, as described above, the elastic film 50 having a thickness of, for example, about 1.0 μm is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10. For example, an insulator film 51 of about 0.4 μm is formed. Further, on the insulator film 51, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, and a thickness of, for example, about 0 The upper electrode film 80 having a thickness of 0.05 μm is laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.

また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、密着層９１及び金属層９２からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。 Further, a lead electrode 90 composed of an adhesion layer 91 and a metal layer 92 is connected to the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300, and a voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90. Is applied.

また、本実施形態では、連通部１３の周縁部に対応する領域に、弾性膜５０及び絶縁体膜５１、すなわち振動板が除去された振動板除去部５２が設けられている。また、振動板除去部５２には、この振動板除去部５２と共に弾性膜５０及び絶縁体膜５１の端部を覆って絶縁膜５３が形成されており、さらにこの絶縁膜５３上には、リード電極９０と同一の層からなるがリード電極９０とは不連続の密着層９１及び金属層９２が残されている。 In the present embodiment, the elastic film 50 and the insulator film 51, that is, the diaphragm removing part 52 from which the diaphragm is removed is provided in a region corresponding to the peripheral part of the communication part 13. In addition, an insulating film 53 is formed on the diaphragm removing unit 52 so as to cover the ends of the elastic film 50 and the insulator film 51 together with the diaphragm removing unit 52, and a lead is formed on the insulating film 53. Although it is made of the same layer as the electrode 90, an adhesive layer 91 and a metal layer 92 which are discontinuous with the lead electrode 90 are left.

さらに、このような流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接着剤３５によって接着されている。そして、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１は、上述した絶縁膜５３、密着層９１及び金属層９２を貫通して形成された貫通部５４を介して連通部１３と連通され、これらリザーバ部３１及び連通部１３によってリザーバ１００が形成されている。そして、本実施形態では、リザーバ１００を構成するリザーバ部３１及び貫通部５４の内壁面にも、連通部１３から連続して保護膜１５が形成されている。そして、本実施形態では、連通部１３とリザーバ部３１とを絶縁膜５３、密着層９１及び金属層９２を貫通する貫通部５４を介して連通させてリザーバ１００を形成するようにしたので、リザーバ１００の内壁面に保護膜１５が良好に形成される。なお、この点については、詳しく後述する。 Further, a reservoir forming substrate 30 having a reservoir portion 31 constituting at least a part of the reservoir 100 is bonded to the surface of the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side by an adhesive 35. The reservoir portion 31 of the reservoir forming substrate 30 communicates with the communication portion 13 through the through portion 54 formed through the insulating film 53, the adhesion layer 91, and the metal layer 92 described above. A reservoir 100 is formed by the communication portion 13. In the present embodiment, the protective film 15 is also formed continuously from the communicating portion 13 on the inner wall surfaces of the reservoir portion 31 and the penetrating portion 54 constituting the reservoir 100. In the present embodiment, the communication portion 13 and the reservoir portion 31 are communicated with each other through the insulating film 53, the adhesion layer 91, and the through portion 54 that penetrates the metal layer 92 to form the reservoir 100. The protective film 15 is favorably formed on the inner wall surface of 100. This point will be described later in detail.

また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３２内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部３２は、密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。このようなリザーバ形成基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されて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。 In addition, a piezoelectric element holding portion 32 is provided in a region facing the piezoelectric element 300 of the reservoir forming substrate 30. Since the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding portion 32, the piezoelectric element 300 is protected in a state hardly affected by the external environment. In addition, the piezoelectric element holding | maintenance part 32 may be sealed and does not need to be sealed. Examples of the material of the reservoir forming substrate 30 include glass, ceramic material, metal, resin, and the like, but it is preferable that the reservoir forming substrate 30 be formed of a material substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, the silicon single crystal substrate made of the same material as the flow path forming substrate 10 is used.

また、リザーバ形成基板３０上には、所定パターンで形成された接続配線２００が設けられ、この接続配線２００上には圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２１０が実装されている。そして、各圧電素子３００から圧電素子保持部３２の外側まで引き出された各リード電極９０の先端部と、駆動ＩＣ２１０とが駆動配線２２０を介して電気的に接続されている。 A connection wiring 200 formed in a predetermined pattern is provided on the reservoir forming substrate 30, and a driving IC 210 for driving the piezoelectric element 300 is mounted on the connection wiring 200. Then, the leading end portion of each lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 to the outside of the piezoelectric element holding portion 32 and the driving IC 210 are electrically connected via the driving wiring 220.

さらに、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に対応する領域上には、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、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。 Furthermore, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto a region corresponding to the reservoir portion 31 of the reservoir forming substrate 30. The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm). The sealing film 41 seals one surface of the reservoir unit 31. Yes. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

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ＩＣ２１０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、圧電素子３００及び振動板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からインクが吐出する。 In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then subjected to pressure according to a recording signal from the driving IC 210. By applying a voltage between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the generation chamber 12 to bend and deform the piezoelectric element 300 and the diaphragm, the pressure in each pressure generation chamber 12 is increased. Ink is ejected from the opening 21.

以下、このような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７を参照して説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図であり、図６及び図７は、リザーバ近傍の拡大断面図である。 Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 5 are sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12, and FIGS. 6 and 7 are enlarged sectional views in the vicinity of the reservoir.

まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５５を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。 First, as shown in FIG. 3A, a flow path forming substrate wafer 110, which is a silicon wafer, is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. to form a silicon dioxide film 55 constituting an elastic film 50 on the surface thereof. To do. In this embodiment, a silicon wafer having a relatively thick film thickness of about 625 μm and a high rigidity is used as the flow path forming substrate wafer 110.

次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５５）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５１を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５５）上に、例えば、スパッタ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、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５１を形成する。 Next, as shown in FIG. 3B, an insulator film 51 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 55). Specifically, after a zirconium (Zr) layer is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 55) by, for example, sputtering, the zirconium layer is thermally oxidized in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C., for example. Thus, the insulator film 51 made of zirconium oxide (ZrO ₂ ) is formed.

次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５１上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次に、図３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。また、圧電素子３００を形成後に、振動板である絶縁体膜５１及び弾性膜５０をパターニングして、流路形成基板用ウェハ１１０の連通部１３が形成される領域に振動板除去部５２を形成する。 Next, as shown in FIG. 3C, for example, a lower electrode film 60 is formed by laminating platinum and iridium on the insulator film 51, and then the lower electrode film 60 is patterned into a predetermined shape. Next, as shown in FIG. 3 (d), a piezoelectric layer 70 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) and an upper electrode film 80 made of, for example, iridium are connected to a wafer 110 for flow path forming substrate. The piezoelectric element 300 is formed by patterning the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 in regions facing the pressure generation chambers 12. In addition, after forming the piezoelectric element 300, the insulator film 51 and the elastic film 50, which are vibration plates, are patterned to form the vibration plate removing portion 52 in the region where the communication portion 13 of the flow path forming substrate wafer 110 is formed. To do.

なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｔａ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。 The material of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300 is, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), or niobium, nickel, magnesium, bismuth, yttrium, or the like. A relaxor ferroelectric or the like to which a metal is added is used. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics, application, etc. of the piezoelectric element 300. For example, PbTiO ₃ (PT), PbZrO ₃ (PZ), Pb (Zr _x Ti _1-x ) O ₃ (PZT) ), Pb (Mg _1/3 Nb _2/3 ) O ₃ -PbTiO ₃ (PMN-PT), Pb (Zn _1/3 Nb _2/3 ) O ₃ -PbTiO ₃ (PZN-PT), Pb (Ni ₁ ) _{_{_{_{/ 3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO}}}} 3 (PNN-PT), Pb (In 1/2 Nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PIN-PT), Pb (Sc 1/3 Ta 1/2 _{_{_{) O 3 -PbTiO 3 (PST-}}} PT), Pb (Sc 1/3 Nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PSN-PT), BiScO 3 -PbTiO 3 (BS-PT), BiYbO 3 -PbTiO 3 (BY PT), and the like.

また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、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−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。 The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited. For example, in this embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature. The piezoelectric layer 70 was formed by using a so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric layer 70 made of an oxide.

次に、図４（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の表面に、全面に亘って絶縁膜５３を形成し、絶縁膜５３を所定形状にパターニングする。すなわち、圧電素子３００に対向する領域の絶縁膜５３を除去して振動板除去部５２に対応する領域のみに絶縁膜５３を残し、また振動板除去部５２に対応する領域内に、後述する工程で形成される連通部１３の開口よりも開口面積の狭い貫通孔５６を形成する。 Next, as shown in FIG. 4A, an insulating film 53 is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, and the insulating film 53 is patterned into a predetermined shape. That is, the insulating film 53 in the region facing the piezoelectric element 300 is removed, leaving the insulating film 53 only in the region corresponding to the diaphragm removing unit 52, and the steps described later in the region corresponding to the diaphragm removing unit 52. A through-hole 56 having a smaller opening area than the opening of the communication portion 13 formed in (1) is formed.

ここで、この絶縁膜５３は、後述する工程で連通部１３等をエッチングによって形成する際に、エッチングストップ層としての役割を果たす。このため、絶縁膜５３の材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０とはエッチングの選択性を有する材料からなる。なお、絶縁膜５３の材料は、勿論、窒化シリコン（ＳｉＮ）に限定されず、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）等であってもよい。 Here, the insulating film 53 serves as an etching stop layer when the communication portion 13 and the like are formed by etching in a process described later. Therefore, the material of the insulating film 53 is made of a material having etching selectivity with respect to the flow path forming substrate wafer 110 which is a silicon wafer, such as silicon nitride (SiN). Of course, the material of the insulating film 53 is not limited to silicon nitride (SiN), and may be, for example, silicon oxide (SiO).

なお、この絶縁膜５３は、圧電素子３００に対向する領域にも残しておいてもよいが、圧電素子３００の変位量が低下する虞があるため除去しておくことが望ましい。また、圧電素子３００に対向する領域に絶縁膜５３を残す場合には、以下の工程で形成されるリード電極９０と圧電素子３００との接続部となるコンタクトホールを絶縁膜５３に形成しておく必要がある。 The insulating film 53 may be left in a region facing the piezoelectric element 300, but it is desirable to remove the insulating film 53 because the displacement amount of the piezoelectric element 300 may be reduced. When the insulating film 53 is left in a region facing the piezoelectric element 300, a contact hole serving as a connecting portion between the lead electrode 90 and the piezoelectric element 300 formed in the following process is formed in the insulating film 53. There is a need.

次に、図４（ｂ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、まず流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って密着性を確保するための密着層９１を介して金属層９２を形成する。このとき、絶縁膜５３に形成された貫通孔５６は、密着層９１及び金属層９２によって封止される。そして、この金属層９２上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を形成し、このマスクパターンを介して金属層９２及び密着層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることによりリード電極９０を形成する。なお、貫通孔５６に対応する領域、すなわち、絶縁膜５３上の密着層９１及び金属層９２は、リード電極９０とは不連続となるように残しておく。 Next, as shown in FIG. 4B, lead electrodes 90 are formed. Specifically, first, a metal layer 92 is formed through an adhesion layer 91 for ensuring adhesion over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110. At this time, the through hole 56 formed in the insulating film 53 is sealed by the adhesion layer 91 and the metal layer 92. Then, a mask pattern (not shown) made of, for example, a resist is formed on the metal layer 92, and the metal layer 92 and the adhesion layer 91 are patterned for each piezoelectric element 300 through the mask pattern, thereby leading the lead electrode. 90 is formed. Note that the region corresponding to the through hole 56, that is, the adhesion layer 91 and the metal layer 92 on the insulating film 53 are left discontinuous with the lead electrode 90.

リード電極９０を構成する金属層９２の主材料としては、比較的導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）が挙げられ、本実施形態では金（Ａｕ）を用いている。また、密着層９１の材料としては、金属層９２の密着性を確保できる材料であればよく、具体的には、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン化合物（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケルクロム化合物（ＮｉＣｒ）等が挙げられ、本実施形態ではチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いている。 The main material of the metal layer 92 constituting the lead electrode 90 is not particularly limited as long as the material is relatively highly conductive, and examples thereof include gold (Au), aluminum (Al), and copper (Cu). In this embodiment, gold (Au) is used. The material of the adhesion layer 91 may be any material that can ensure the adhesion of the metal layer 92. Specifically, titanium (Ti), titanium tungsten compound (TiW), nickel (Ni), chromium (Cr ) Or a nickel chromium compound (NiCr), etc., and in this embodiment, a titanium tungsten compound (TiW) is used.

次に、図４（ｃ）に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。ここで、このリザーバ形成基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されており、リザーバ形成基板用ウェハ１３０上には、上述した接続配線２００が予め形成されている。なお、リザーバ形成基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコンウェハであり、リザーバ形成基板用ウェハ１３０を接合することで流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。 Next, as illustrated in FIG. 4C, the reservoir forming substrate wafer 130 is bonded onto the flow path forming substrate wafer 110 with the adhesive 35. Here, the reservoir forming substrate wafer 130 is preliminarily formed with a reservoir portion 31, a piezoelectric element holding portion 32, and the like, and the above-described connection wiring 200 is formed in advance on the reservoir forming substrate wafer 130. Yes. The reservoir forming substrate wafer 130 is, for example, a silicon wafer having a thickness of about 400 μm, and the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is significantly improved by bonding the reservoir forming substrate wafer 130. Become.

次いで、図５（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、更に弗化硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さとする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ１１０を、約７０μｍの厚さとなるように加工した。次いで、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５７を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図５（ｃ）に示すように、このマスク膜５７を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）して、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０を、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のエッチング液によって弾性膜５０、絶縁膜５３及び密着層９１（金属層９２）が露出するまでエッチングすることより、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を同時に形成する。 Next, as shown in FIG. 5A, after the flow path forming substrate wafer 110 is polished to a certain thickness, the flow path forming substrate wafer 110 is further etched by fluoric nitric acid to thereby remove the flow path forming substrate wafer 110 from the predetermined thickness. Thickness. For example, in this embodiment, the flow path forming substrate wafer 110 is processed to have a thickness of about 70 μm by polishing and wet etching. Next, as shown in FIG. 5B, a mask film 57 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 5C, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) through the mask film 57, and the pressure generating chamber 12 is applied to the flow path forming substrate wafer 110. The communication part 13 and the ink supply path 14 are formed. Specifically, the flow path forming substrate wafer 110 is etched with an etching solution such as an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution until the elastic film 50, the insulating film 53, and the adhesion layer 91 (metal layer 92) are exposed. As a result, the pressure generation chamber 12, the communication portion 13, and the ink supply path 14 are formed simultaneously.

このとき、流路形成基板用ウェハ１１０の表面、すなわち、絶縁膜５３に形成された貫通孔５６は、密着層９１及び金属層９２によって封止されているため、リザーバ形成基板用ウェハ１３０側にエッチング液が流れ込むことがない。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面に設けられている接続配線２００にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。また、リザーバ部３１内にエッチング液が浸入してリザーバ形成基板用ウェハ１３０がエッチングされる虞もない。 At this time, the surface of the flow path forming substrate wafer 110, that is, the through hole 56 formed in the insulating film 53 is sealed by the adhesion layer 91 and the metal layer 92. Etching solution does not flow. As a result, the etching solution does not adhere to the connection wiring 200 provided on the surface of the reservoir forming substrate wafer 130, and the occurrence of defects such as disconnection can be prevented. Further, there is no possibility that the etching solution enters the reservoir portion 31 and the reservoir forming substrate wafer 130 is etched.

なお、このような圧力発生室１２等を形成する際、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の流路形成基板用ウェハ１１０側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＴＡ（ポリパラフェニレンテレフタルアミド）等からなる封止フィルムでさらに封止するようにしてもよい。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面に設けられた配線の断線等の不良をより確実に防止することができる。 When forming such a pressure generating chamber 12 or the like, the surface of the reservoir forming substrate wafer 130 opposite to the flow path forming substrate wafer 110 is formed on an anti-alkali material such as PPS (polyphenylene sulfide). ), PPTA (polyparaphenylene terephthalamide) or the like may be further sealed. Thereby, defects such as disconnection of wiring provided on the surface of the reservoir forming substrate wafer 130 can be more reliably prevented.

次に、図６（ａ）に示すように、絶縁膜５３に設けられた貫通孔５６に対向する領域の密着層９１を連通部１３側からウェットエッチングすることにより除去して金属層９２を露出させる。そして、図６（ｂ）に示すように、露出した金属層９２を、連通部１３側からさらにウェットエッチングすることによって除去する。なお、このように密着層９１及び金属層９２をウェットエッチングによって除去する場合、これら密着層９１及び金属層９２は厚さ方向だけでなく面方向にもエッチング（サイドエッチング）される。このため、密着層９１及び金属層９２をウェットエッチングにより除去すると、これら密着層９１及び金属層９２の端部は、絶縁膜５３の端部、すなわち貫通孔５６の縁部よりも外側に位置することになる。また、各層のサイドエッチングの量は、エッチング時間によって決まるため、密着層９１よりも厚さが厚くエッチング時間の長い金属層９２の端部は、密着層９１の端部よりもさらに外側、本実施形態では、リザーバ部３１の端面よりも外側に位置することになる。 Next, as shown in FIG. 6A, the metal layer 92 is exposed by removing the adhesion layer 91 in the region facing the through hole 56 provided in the insulating film 53 by wet etching from the communication portion 13 side. Let Then, as shown in FIG. 6B, the exposed metal layer 92 is removed by further wet etching from the communicating portion 13 side. When the adhesion layer 91 and the metal layer 92 are removed by wet etching in this way, the adhesion layer 91 and the metal layer 92 are etched (side-etched) not only in the thickness direction but also in the surface direction. For this reason, when the adhesion layer 91 and the metal layer 92 are removed by wet etching, the ends of the adhesion layer 91 and the metal layer 92 are located outside the edge of the insulating film 53, that is, the edge of the through hole 56. It will be. Further, since the amount of side etching of each layer is determined by the etching time, the end of the metal layer 92 that is thicker than the adhesion layer 91 and longer in the etching time is further outside the end of the adhesion layer 91. In the form, it is located outside the end face of the reservoir portion 31.

このように、密着層９１及び金属層９２をウェットエッチングにより除去すると、これら密着層９１及び金属層９２がサイドサイドエッチングされることで、連通部内に絶縁膜５３及び密着層９１が張り出した庇部５８が形成される。 In this way, when the adhesion layer 91 and the metal layer 92 are removed by wet etching, the adhesion layer 91 and the metal layer 92 are side-side etched, so that the insulating film 53 and the adhesion layer 91 protrude in the communication portion. 58 is formed.

次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスク膜５７を除去すると共に、連通部１３内に張り出した庇部５８を、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ_４）ガスを用いた反応性ドライエッチングによって除去し、絶縁膜５３、密着層９１及び金属層９２を貫通する貫通部５４を形成する。このとき、本実施形態では庇部５８を構成する絶縁膜５３が窒化シリコンからなり密着層９１がチタンタングステンからなるため、これら絶縁膜５３及び密着層９１からなる庇部５８を反応性ドライエッチングによって同時に比較的容易に除去することができる。なお、マスク膜５７は、除去せずに残しておいてもよい。 Next, as shown in FIG. 7A, the mask film 57 on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 is removed, and the flange 58 protruding into the communication portion 13 is made of, for example, carbon tetrafluoride (CF ₄ ) Removal by reactive dry etching using gas to form a penetrating portion 54 that penetrates the insulating film 53, the adhesion layer 91, and the metal layer 92. At this time, in this embodiment, since the insulating film 53 constituting the collar portion 58 is made of silicon nitride and the adhesion layer 91 is made of titanium tungsten, the collar portion 58 made of the insulation film 53 and the adhesion layer 91 is subjected to reactive dry etching. At the same time, it can be removed relatively easily. Note that the mask film 57 may be left without being removed.

このように貫通部５４を介して連通部１３とリザーバ部３１とを連通させてリザーバ１００を形成した後は、図７（ｂ）に示すように、例えば、圧力発生室１２、リザーバ１００等の流路の内面に、耐液体性（耐インク性）を有する材料、例えば、五酸化タンタルからなる保護膜１５を、例えば、ＣＶＤ法によって形成する。このとき、上述した工程で、リザーバ１００（連通部１３）内に張り出していた庇部５８が除去されているため、リザーバ１００の内面に保護膜１５を比較的均一な厚さで良好に形成することができる。 After the communication portion 13 and the reservoir portion 31 are communicated with each other through the penetrating portion 54 in this way to form the reservoir 100, as shown in FIG. 7B, for example, the pressure generating chamber 12, the reservoir 100, etc. A protective film 15 made of a material having liquid resistance (ink resistance), for example, tantalum pentoxide, is formed on the inner surface of the flow path by, for example, a CVD method. At this time, since the flange portion 58 that protrudes into the reservoir 100 (communication portion 13) is removed in the above-described process, the protective film 15 is favorably formed on the inner surface of the reservoir 100 with a relatively uniform thickness. be able to.

このようにリザーバ１００を形成した後は、リザーバ形成基板用ウェハ１３０に形成されている接続配線２００上に駆動ＩＣ２１０を実装すると共に、駆動ＩＣ２１０とリード電極９０とを駆動配線２２０によって接続する（図２参照）。その後、流路形成基板用ウェハ１１０及びリザーバ形成基板用ウェハ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。そして、流路形成基板用ウェハ１１０のリザーバ形成基板用ウェハ１３０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を接合すると共に、リザーバ形成基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら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上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。 After the reservoir 100 is formed in this manner, the drive IC 210 is mounted on the connection wiring 200 formed on the reservoir forming substrate wafer 130, and the drive IC 210 and the lead electrode 90 are connected by the drive wiring 220 (FIG. 2). Thereafter, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the reservoir forming substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 is bonded to the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the reservoir forming substrate wafer 130, and the compliance substrate 40 is attached to the reservoir forming substrate wafer 130. The ink jet recording head having the above-described structure is manufactured by bonding and dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into a single chip size flow path forming substrate 10 as shown in FIG.

以上説明したように、本発明では、連通部１３に対向する領域に、例えば、窒化シリコンからなる絶縁膜５３を設け、この絶縁膜５３に形成した貫通孔５６を介して密着層９１及び金属層９２をウェットエッチングにより除去するようにした。これにより、連通部１３に対向する領域に張り出して形成される庇部５８、すなわち、絶縁膜５３及び密着層９１をドライエッチングによって容易に除去することができる。そして、庇部５８を除去することでリザーバ１００の内面に保護膜１５を均一な厚さで良好に形成することができ、ヘッドの耐久性を著しく向上させることができる。 As described above, in the present invention, the insulating film 53 made of, for example, silicon nitride is provided in the region facing the communication portion 13, and the adhesion layer 91 and the metal layer are formed through the through hole 56 formed in the insulating film 53. 92 was removed by wet etching. As a result, the collar portion 58 that protrudes from the region facing the communication portion 13, that is, the insulating film 53 and the adhesion layer 91 can be easily removed by dry etching. Then, by removing the collar portion 58, the protective film 15 can be satisfactorily formed with a uniform thickness on the inner surface of the reservoir 100, and the durability of the head can be significantly improved.

なお、例えば、図８（ａ）に示すように、絶縁膜５３を設けずに二酸化シリコンからなる弾性膜５０に連通部１３よりも開口面積の狭い貫通孔５０６を設け、この弾性膜５０の貫通孔５０６を介して密着層９１及び金属層９２をエッチングにより除去することはできる。しかしながら、このような方法で密着層９１及び金属層９２を除去した場合、連通部１３に対向する領域に二酸化シリコンからなる弾性膜５０と密着層９１とが張り出した庇部５０８が形成されることになる。そして、この庇部５０８は、厚さ１．０μｍと比較的厚みが厚い弾性膜５０が含まれるため反応性ドライエッチングによって容易に除去することができず、図８（ｂ）に示すように、庇部５０８を残した状態でリザーバ１００（連通部１３及びリザーバ部３１）の内面に保護膜１５を形成しなければならない。そして、このような庇部５０８と接着剤３５との隙間は非常に狭いため、金属層９２の端面付近には保護膜１５が形成されず、この部分から金属層９２がリザーバに供給された液体、すなわちインクによって浸食され、庇部５０８が脱落し、ノズル詰まりになる虞がある。 For example, as shown in FIG. 8A, a through-hole 506 having a smaller opening area than the communication portion 13 is provided in the elastic film 50 made of silicon dioxide without providing the insulating film 53, and the elastic film 50 penetrates the elastic film 50. The adhesion layer 91 and the metal layer 92 can be removed by etching through the hole 506. However, when the adhesion layer 91 and the metal layer 92 are removed by such a method, the flange portion 508 in which the elastic film 50 made of silicon dioxide and the adhesion layer 91 protrude is formed in a region facing the communication portion 13. become. And this collar part 508 cannot be easily removed by reactive dry etching because the elastic film 50 having a relatively thick thickness of 1.0 μm is included. As shown in FIG. The protective film 15 must be formed on the inner surface of the reservoir 100 (the communication portion 13 and the reservoir portion 31) with the flange portion 508 remaining. Since the gap between the flange 508 and the adhesive 35 is very narrow, the protective film 15 is not formed near the end surface of the metal layer 92, and the liquid from which the metal layer 92 is supplied to the reservoir is not formed. That is, there is a possibility that the erosion portion 508 falls off due to erosion by the ink and the nozzle is clogged.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、上述した実施形態においては、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（面発光ディスプレー）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。 (Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above. In the above-described embodiments, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention broadly applies to all liquid ejecting heads and ejects liquids other than ink. Of course, the present invention can also be applied to a method of manufacturing a liquid jet head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (surface emitting displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the recording head according to the first embodiment. 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。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 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。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 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。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 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。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 従来技術に係る製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process which concerns on a prior art.

Explanation of symbols

１０流路形成基板、１２圧力発生室、１３連通部、１４インク供給路、１５保護膜、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０リザーバ形成基板、３１リザーバ部、３２圧電素子保持部、３５接着剤、４０コンプライアンス基板、５０弾性膜、５１絶縁体膜、５２振動板除去部、５３絶縁膜、５４貫通部、５６貫通孔、５８庇部、６０下電極膜、７０圧電体層、８０上電極膜、９０リード電極、９１密着層、９２金属層、１００リザーバ、１１０流路形成基板用ウェハ、１３０リザーバ形成基板用ウェハ、３００圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 13 Communication part, 14 Ink supply path, 15 Protective film, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Reservoir formation board, 31 Reservoir part, 32 Piezoelectric element holding part, 35 Adhesive , 40 compliance substrate, 50 elastic film, 51 insulator film, 52 diaphragm removing part, 53 insulating film, 54 through part, 56 through hole, 58 collar part, 60 lower electrode film, 70 piezoelectric layer, 80 upper electrode film , 90 lead electrode, 91 adhesion layer, 92 metal layer, 100 reservoir, 110 channel forming substrate wafer, 130 reservoir forming substrate wafer, 300 piezoelectric element

Claims

A lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode are arranged on one side of a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid and a communicating portion communicating with the pressure generating chamber are formed via a diaphragm. Corresponding to at least the diaphragm removing portion, forming a piezoelectric element made of the above and removing the diaphragm in the region serving as the communicating portion to form a diaphragm removing portion having a larger opening area than the communicating portion Forming an insulating film made of a material having etching selectivity with respect to the flow path forming substrate in a region, patterning the insulating film to form a through hole in the region serving as the communication portion, and the flow path A metal layer is formed on the surface of the formation substrate on the piezoelectric element side via an adhesion layer, the through hole is sealed with the adhesion layer and the metal layer, and the adhesion layer and the metal in a region corresponding to the piezoelectric element Putter layer Forming a lead electrode drawn out from the piezoelectric element, and forming a reservoir forming substrate having a reservoir portion communicating with the communicating portion and forming a part of the reservoir into the one surface of the flow path forming substrate. A step of bonding to the side, a step of wet-etching the flow path forming substrate from the other side until the insulating film and the adhesion layer are exposed, and forming at least the communication portion; and a region corresponding to the through hole Removing the adhesion layer and the metal layer by wet etching; removing the insulating film projecting into the communication portion; and a collar portion formed of the adhesion layer by dry etching; and forming the reservoir; Forming a protective film made of a liquid-resistant material on the inner surface of the flow path including the liquid jet head. Production method.

2. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein silicon nitride is used as a material of the insulating film.

3. The method for manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the protective film is formed by a CVD method.

4. The method according to claim 1, wherein gold, aluminum, or copper is used as a main material of the metal layer, and titanium, a titanium tungsten compound, nickel, chromium, or a nickel chromium compound is used as a material of the adhesion layer. A method of manufacturing a liquid ejecting head.

5. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein tantalum oxide is used as a material of the protective film.

A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid and a communicating portion communicating with the pressure generating chamber are formed, and provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm. A piezoelectric element composed of a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode, a lead electrode composed of an adhesion layer and a metal layer, and drawn out from the piezoelectric element, and joined to the surface on the piezoelectric element side of the flow path forming substrate A reservoir forming substrate having a reservoir portion that communicates with and constitutes a part of the reservoir,
In addition to having a diaphragm removing portion from which the diaphragm has been removed at the periphery of the opening of the communication portion, the insulating film made of a material having etching selectivity with respect to the flow path forming substrate and the lead electrode are discontinuous. The adhesion layer and the metal layer are stacked so as to cover at least the diaphragm removing portion, and the communication portion and the reservoir portion are communicated by a through portion provided through the insulating film, the adhesion layer, and the metal layer. The reservoir is formed, and at least an inner surface of the reservoir is provided with a protective film made of a material having liquid resistance.