JP2008036877A - Liquid jetting head, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッドおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head and a manufacturing method thereof.
現在、高精細、高速印刷手法として、インクジェット法が実用化されている。インクジェットヘッドと称するインク液滴を吐出させる素子は、該インクジェット法の重要な部材であり、研究が盛んである。インク液滴を吐出させるための方法は、圧電体をインクジェットヘッドに設ける方法が最も有用である。代表的な圧電体は、ペロブスカイト型酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)(Pb(Zr1−xTix)O3)があげられる。該圧電体は、その両側を白金などの金属電極で挟みキャパシタ構造を形成し、電気エネルギーを力学エネルギーに変換する圧電アクチュエータに適した物質として一般に用いられている。 At present, the inkjet method is put into practical use as a high-definition and high-speed printing method. An element for ejecting ink droplets, called an ink jet head, is an important member of the ink jet method, and has been actively researched. The most useful method for ejecting ink droplets is to provide a piezoelectric body on an inkjet head. A typical piezoelectric material is perovskite-type oxide lead zirconate titanate (PZT) (Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 ). The piezoelectric body is generally used as a material suitable for a piezoelectric actuator that forms a capacitor structure by sandwiching both sides thereof with a metal electrode such as platinum and converts electric energy into mechanical energy.
前記キャパシタ構造における圧電体の厚みは、機械的な信頼性を維持するために500nm〜1500nmとする必要がある。このような圧電体の層の両側に動作電圧を印加すると、圧電体の層には、100kV/cm以上の電界が生じる。したがって、キャパシタ構造の絶縁耐性としては、動作電圧印加時において、リーク電流は、10−6〜10−8A/cm2に抑えられていることが望ましい。 The thickness of the piezoelectric body in the capacitor structure needs to be 500 nm to 1500 nm in order to maintain mechanical reliability. When an operating voltage is applied to both sides of such a piezoelectric layer, an electric field of 100 kV / cm or more is generated in the piezoelectric layer. Therefore, as the insulation resistance of the capacitor structure, it is desirable that the leakage current is suppressed to 10 −6 to 10 −8 A / cm 2 when the operating voltage is applied.
リーク電流を増大させる主な原因の一つとしては、キャパシタ構造の側面に付着する大気中の水分が挙げられる。大気中の水分がキャパシタ構造の側面に付着すると、キャパシタの側面を伝って両端の電極間にリーク電流が生じ、ついには絶縁破壊まで発展することがあるという問題がある。このような課題に対しては、従来、キャパシタ構造に水分を付着させないように、保護膜として酸化膜、窒化膜などをキャパシタ構造の側面にコーティングする方法が試みられている。キャパシタ構造の側面に水分を付着させないような保護膜は、ガス遮蔽性能の高い材質を用いる。そのため、一般的には弾性率の大きい材質を選択することになる。こういった弾性率の大きい材質の保護膜を、キャパシタ構造の側面に直接コーティングすることは、キャパシタの動作性能およびそれを用いた圧電アクチュエータの変形を阻害してしまう。このため、特開2001−138511号公報に記載のように、キャパシタ構造に直接接触しない薄膜によって、蓋状の覆いを形成し、その中に乾燥流体または不活性ガスを封入して、大気と圧電体が接触しないようにした、インクジェット式記録ヘッドが提案されている。 One of the main causes for increasing the leakage current is moisture in the atmosphere attached to the side surface of the capacitor structure. When moisture in the atmosphere adheres to the side surface of the capacitor structure, there is a problem that a leakage current is generated between the electrodes at both ends along the side surface of the capacitor and eventually develops to dielectric breakdown. In order to deal with such a problem, conventionally, a method of coating the side surface of the capacitor structure with an oxide film, a nitride film, or the like as a protective film has been attempted so that moisture does not adhere to the capacitor structure. A protective film that prevents moisture from adhering to the side surface of the capacitor structure is made of a material having high gas shielding performance. Therefore, in general, a material having a large elastic modulus is selected. Directly coating the side surface of the capacitor structure with such a protective film made of a material having a large elastic modulus hinders the operation performance of the capacitor and the deformation of the piezoelectric actuator using the capacitor. For this reason, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-138511, a lid-like cover is formed by a thin film that does not directly contact the capacitor structure, and a dry fluid or an inert gas is enclosed therein, and the atmosphere and the piezoelectric are sealed. An ink jet recording head has been proposed in which the body is not in contact.
特開2001−138511号公報に記載のインクジェット式記録ヘッドは、前述の課題を掲げて検討しているが、その解決方法および製造方法において、未だ問題がある。同公報の方法では、レジスト膜の除去が、ウェットプロセスであるため、大気との接触が避けがたい。さらに、同公報には、キャパシタ構造を覆う蓋状の覆いに孔を開け、該孔を利用してエッチングをおこない、その後また、該孔を接着剤で埋めるという記載がある。しかし、この工程は位置精度が要求され、必ずしも容易な製造方法とはいえない。
本発明の目的は、封止された空洞内に形成されることにより、劣化が抑制されたキャパシタ構造部を含む、液体噴射ヘッドを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a liquid ejecting head including a capacitor structure portion in which deterioration is suppressed by being formed in a sealed cavity.
また本発明の別の目的は、封止された空洞内に形成されることにより、劣化が抑制されたキャパシタ構造部を含む、液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head including a capacitor structure portion in which deterioration is suppressed by being formed in a sealed cavity.
本発明にかかる液体噴射ヘッドは、
基板と、
前記基板に設けられた圧力発生室と、
前記基板の上方に設けられた弾性板と、
前記弾性板の上方に設けられたキャパシタ構造部であって、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層とを有するキャパシタ構造部と、
前記弾性板の上方に、前記キャパシタ構造部と接することなく設けられた多孔質層と、
前記多孔質層の上に設けられた封止層と、
を含み、
前記キャパシタ構造部と前記多孔質層との間に空洞部が形成されているものである。
A liquid ejecting head according to the present invention includes:
A substrate,
A pressure generating chamber provided in the substrate;
An elastic plate provided above the substrate;
A capacitor structure provided above the elastic plate, the capacitor structure having a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer;
A porous layer provided above the elastic plate without being in contact with the capacitor structure;
A sealing layer provided on the porous layer;
Including
A cavity is formed between the capacitor structure and the porous layer.
このような構成によれば、封止された空洞内に形成されることにより、劣化が抑制されたキャパシタ構造部を含む、液体噴射ヘッドを提供することができる。 According to such a configuration, it is possible to provide a liquid jet head including a capacitor structure portion in which deterioration is suppressed by being formed in a sealed cavity.
本発明において、特定のA部材(以下、「A部材」という。)の上方に設けられた特定のB部材(以下、「B部材」という。)というとき、A部材の上に直接B部材が設けられた場合と、A部材の上に他の部材を介してB部材が設けられた場合とを含む意味である。 In the present invention, when a specific B member (hereinafter referred to as “B member”) provided above a specific A member (hereinafter referred to as “A member”), the B member is directly on the A member. The meaning includes the case where it is provided and the case where the B member is provided on the A member via another member.
本発明において、前記空洞部は、大気圧より小さい圧力とすることができる。 In the present invention, the hollow portion may have a pressure lower than atmospheric pressure.
本発明において、前記基板は、その上部に絶縁体層を有することができる。 In the present invention, the substrate may have an insulator layer on the top thereof.
本発明において、前記多孔質層は、酸化物、窒化物および有機物からなる群から選択される物質とすることができる。 In the present invention, the porous layer may be a material selected from the group consisting of oxides, nitrides, and organics.
本発明において、前記酸化物は、酸化アルミニウムとすることができる。 In the present invention, the oxide may be aluminum oxide.
本発明において、前記キャパシタ構造部は、その1つを、1つの前記空洞内に設けることができる。 In the present invention, one of the capacitor structures may be provided in one of the cavities.
本発明において、前記キャパシタ構造部は、その複数を、1つの前記空洞内に設けることができる。 In the present invention, a plurality of capacitor structures may be provided in one cavity.
本発明にかかる液体噴射ヘッドの製造方法は、
(a)基板の上方に弾性板、下部電極層、圧電体層および上部電極層を順次形成する工程と、
(b)前記下部電極層、前記圧電体層および前記上部電極層をパターニングすることにより、キャパシタ構造部を形成する工程と、
(c)前記キャパシタ構造部を被覆するレジスト層を形成する工程と、
(d)前記レジスト層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
(e)前記多孔質層の孔を通じてガスを導入し、前記レジスト層をアッシング法により除去する工程と、
(f)前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、
(g)前記基板に、圧力発生室を形成する工程と、
を含む。
A method of manufacturing a liquid jet head according to the present invention includes:
(A) a step of sequentially forming an elastic plate, a lower electrode layer, a piezoelectric layer and an upper electrode layer above the substrate;
(B) forming a capacitor structure by patterning the lower electrode layer, the piezoelectric layer, and the upper electrode layer;
(C) forming a resist layer covering the capacitor structure;
(D) forming a porous layer covering the resist layer;
(E) introducing a gas through the pores of the porous layer and removing the resist layer by an ashing method;
(F) forming a sealing layer covering the porous layer;
(G) forming a pressure generating chamber on the substrate;
including.
このような製造方法によれば、封止された空洞内に形成されることにより、劣化が抑制されたキャパシタ構造部を含む、液体噴射ヘッドを製造することができる。 According to such a manufacturing method, it is possible to manufacture a liquid ejecting head including a capacitor structure portion in which deterioration is suppressed by being formed in a sealed cavity.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1.第1の実施形態
1.1.液体噴射ヘッド
図1は、本実施形態にかかる液体噴射ヘッド1000を模式的に示す断面図である。図11は、液体噴射ヘッド1000の要部を拡大して模式的に示す断面図である。
1. 1. First embodiment 1.1. Liquid Ejecting Head FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a liquid ejecting
本実施形態にかかる液体噴射ヘッド1000は、基板10と、基板10に設けられた圧力発生室16と、基板10の上方に設けられた弾性板20と、弾性板20の上方に設けられたキャパシタ構造部60であって、下部電極層30と、圧電体層40と、上部電極層50とを有するキャパシタ構造部60と、弾性板20の上方にキャパシタ構造部60と接することなく設けられた多孔質層80と、多孔質層80の上に設けられた封止層90と、を有し、キャパシタ構造部60と多孔質層80との間に空洞部72が形成されているものである。また、図11に示すように、キャパシタ構造部60とその下方の可動部とからなる部分をアクチュエータ部100と呼び、符号を付す。
The
基板10は、本実施形態の液体噴射ヘッド1000の支持体となる機能を有する。基板10は、その一部に圧力発生室16が設けられる。基板10は、その下方にノズルプレート18が設けられる。基板10の材質は、導電体、半導体または絶縁体を用いることができる。これらのうち、基板10の材質は、圧力発生室16を形成するための工程に適するように、異方性エッチングが可能な材質がより望ましい。また、基板10は、その上部に酸化処理を施し、酸化物層14を設けることができる。あるいは、公知の方法によって酸化物層14を新たに別途設けてもよい。基板10に酸化物層14を設けた場合、酸化物層14は、後述の基板10の下側からの、エッチングのストップ層としての機能を持たせることができる。また、酸化物層14は、弾性板20の強度を高める機能を有する。基板10は、前記のような機能を有するものが望ましく、たとえば、シリコン基板を用いることが望ましい。そして基板10には、たとえば、酸化物層14として酸化シリコンが厚み1000nmで形成されているシリコン基板を用いることができる。なお、基板10は、図1および図11に示すように、シリコン層12および酸化物層14を合わせたものとして、符号を付す。
The
圧力発生室16は、図11に示すように、基板10にキャパシタ構造部60に対応して、その下方に形成される。圧力発生室16の下部壁は、図1および図11に示すように、ノズルプレート18である。圧力発生室16は、液体噴射ヘッド1000が駆動する際、液体が満たされる。圧力発生室16に満たされた液体は、アクチュエータ部100の動作により加圧される。圧力発生室16は、前記圧力により、ノズルプレート18の開口部18aを通じて、前記液体を吐出させる機能を有する。
As shown in FIG. 11, the
ノズルプレート18は、基板10の下方に設けられる。ノズルプレート18は、圧力発生室16の下壁となる機能を有する。ノズルプレート18は、圧力発生室16に対応して液体を吐出する開口部18aを有する。ノズルプレート18の材質は、限定されず、ステンレス鋼などを好適に用いることができる。
The
弾性板20は、基板10の上方に設けられる。前述のように基板10の表面に酸化物層14などがある場合は、弾性板20は、その上に設けられる。弾性板20は、キャパシタ構造部60と接して、アクチュエータ部100(図11参照)を構成する。弾性板20は、アクチュエータ部100に、たわみ振動をおこなうための弾性を付与する機能を有する。また、弾性板20は、キャパシタ構造部60の動作によって変形し、圧力発生室16の体積を変化させる機能を有する。すなわち、液体が充填された圧力発生室16の体積が小さくなれば、圧力発生室16内部の圧力が大きくなり、下方のノズルプレート18の開口部18aより液体が噴射される。弾性板20の材質は、特に限定されないが、機械的強度が高い物質を用いることが望ましい。弾性板20の厚みは、用いる材質の弾性率、その他の要因(たとえば酸化物層14の性質)にしたがって、厚みを最適に選んで形成する。弾性板20の材質としては、たとえば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどが好適である。基板10の上面に酸化物層14を設けている場合、弾性板20の材質は、酸化物層14の材質と同じ材質でも、異なる材質でもよい。たとえば、弾性板20は、材質を酸化ジルコニウムとし、スパッタ法により、500nmの厚みに形成することができる。
The
キャパシタ構造部60は、下部電極層30と、圧電体層40と、上部電極層50とをこの順に積層して構成される。
The
下部電極層30は、弾性板20の上に接して形成される。下部電極層30の厚みは、少なくとも弾性板20に圧電体層40の変形が伝達できる範囲であれば任意である。下部電極層30の厚みは、たとえば200nm〜800nmとすることができる。下部電極層30は、上部電極層50と対になり、圧電体層40を挟みキャパシタ構造部60の一方の電極としての機能を有する。下部電極層30の材質は、この機能を満足する導電性を有する物質である限り、特に限定されない。下部電極層30の材質は、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(たとえば酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物など、を用いることができる。また、下部電極層30は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。たとえば、下部電極層30は、材質を白金とし、スパッタ法により、500nmの厚みに形成することができる。
The
圧電体層40は、下部電極層30の上に接して形成される。圧電体層40の厚みは、機械的な信頼性を維持するために500nm〜1500nmとする必要がある。圧電体層40は、下部電極層30および、上部電極層50によって電界が印加されると横方向に伸縮変形し、これによりアクチュエータ部100を駆動する機能を有する。圧電体層40は、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層40の材質は、好ましくは、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛(以下、PZTという)は、圧電性能が良好なため、圧電体層40の材質として好適である。たとえば、圧電体層40は、PZTを用い、1000nmの厚みに形成することができる。
The
上部電極層50は、圧電体層40の上に接して形成される。上部電極層50の厚みは、アクチュエータ部100の動作に悪影響を与えない範囲であれば限定されない。上部電極層50の厚みは、たとえば200nm〜800nmとすることができる。上部電極層50は、下部電極層30と対になり、キャパシタ構造の一方の電極としての機能を有する。上部電極層50の材質は、前記機能を満足する導電性を有する物質である限り、特に限定されない。上部電極層50の材質は、ニッケル、イリジウム、金、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(たとえば酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物など、を用いることができる。また、上部電極層50は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。たとえば、上部電極層50は、材質を白金とし、スパッタ法により、500nmの厚みに形成することができる。
The
多孔質層80は、図1および図11に示すように、キャパシタ構造部60に接することなく、弾性板20の上方に設けられる。図1は、多孔質層80と封止層90とを合わせて描いてある。多孔質層80の形状は、任意であるが、後の製造工程の説明で述べるレジスト層70の形状を反映した形状となる。多孔質層80の内側には、空洞72が形成され、本実施形態の説明の便宜上、空洞72として新たに符号を付す。多孔質層80は、その内側に空洞72を有し、さらにキャパシタ構造部60がその内側に設けられる。多孔質層80が内包する領域に含まれるキャパシタ構造部60は、1個であってもよいし、複数個であってもよい。図1および図11は、多孔質層80が内包する1個の領域に1個のキャパシタ構造部60を有した液体噴射ヘッド1000の断面図である。多孔質層80は、微細な貫通孔を有し、その孔を通じた気体の移動が可能である。また、多孔質層80は、機械的強度を有し、単独でその形状が保持されるものが望ましい。多孔質層80の厚みは、特に限定されないが、0.2μm〜2μmが適当である。多孔質層80の材質は、酸化物、窒化物および有機物のいずれでもよい。好ましくは多孔質層80の材質は、酸化アルミニウムが好適であり、その他の物質でも、成膜したときに多孔質となって、機械的強度を有せば、特に限定されない。たとえば、多孔質層80は、材質を酸化アルミとし、1.2μmの厚みに形成することができる。
As shown in FIGS. 1 and 11, the
封止層90は、図1および図11に示すように、多孔質層80の上に、形成される。図1は、多孔質層80と封止層90とを合わせて描いてある。封止層90は、多孔質層80の貫通孔を封止して、その内側の空洞72を気密に保つ機能と、多孔質層80の機械的強度を補強する機能を有する。本実施形態では、大気圧よりも低い圧力下で封止層を設けるため、空洞72は、液体噴射ヘッド1000が大気中に置かれた場合、負圧状態となる。封止層90の厚みは、該機能を有せば限定されないが、0.1μm〜1.5μmが好適である。封止層90の材質は、気密性を有する緻密な物質であればよい。たとえば、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどが好適である。いずれの材料を用いた場合も、その成膜条件は、結果として封止層90が気密性を有する程度に緻密なものとなるように設定する。たとえば、封止層90は、窒化シリコンを用い、厚みを1μmとすることができる。
The
1.2.液体噴射ヘッドの製造方法
図2ないし図11は、本発明の実施形態にかかる液体噴射ヘッド1000の製造方法を模式的に示す断面図である。図示した構造は、液体噴射ヘッド1000の要部である圧電動作によって変形する部分、すなわち、圧電アクチュエータ部100(図10、図11参照)を中心として描いてある。ここでは説明の便宜のために、単純な例を示すのであり、本実施形態の構造は、ここで示す構造に限定されるものではない。
1.2. Manufacturing Method of Liquid Ejecting Head FIGS. 2 to 11 are cross-sectional views schematically showing a manufacturing method of the
(a)基板10の上方に弾性板20、下部電極層30a、圧電体層40aおよび上部電極層50aを順次形成する工程を以下に説明する。
(A) The process of sequentially forming the
図2に示すように、まず、基板10を準備し、弾性板20を形成する。基板10は、シリコン基板を用いることができる。基板10は、シリコン層12の上部に酸化物層14を設ける場合は、熱酸化処理などによって設けることができる。あるいは、基板10の上部に酸化物層14を別途設ける場合は、蒸着、スパッタ等の公知の方法によることができる。また図2に示すように、弾性板20が形成される。弾性板20は、スパッタ法、真空蒸着、Chemical Vapor Deposition法(以下CVD法という。)などの公知の方法で形成することができる。
As shown in FIG. 2, first, the
次に、図3に示すように、前述の弾性板20の上に、下部電極層30a、圧電体層40a、上部電極層50aを、この順番で順次形成する。したがって下部電極層30aと、上部電極層50aと、の間に圧電体層40aが、形成されるため、該構造はキャパシタ型となる。このような構造となる部分を、キャパシタ構造部60a呼び、新たに符号を付す。
Next, as shown in FIG. 3, the
下部電極層30aの形成は、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの公知の方法でおこなうことができる。
The
圧電体層40aの形成は、たとえば、ゾル−ゲル法、有機金属熱塗布分解法(MOD法)、スパッタ法など、材料に応じて、公知の方法を用いて作成することができる。本実施形態では、ゾル−ゲル法を用いて形成する。
The
上部電極層50aの形成は、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの公知の方法でおこなうことができる。
The
(b)下部電極層30a、圧電体層40aおよび上部電極層50aをパターニングすることにより、キャパシタ構造部60を形成する工程を以下に説明する。
(B) The process of forming the
図4に示すように、(a)の工程で形成したキャパシタ構造部60aを、パターニングして、キャパシタ構造部60を形成する。パターニングは、公知のレジストおよびエッチングを用いた、フォトリソグラフィ技術によっておこなうことができる。
As shown in FIG. 4, the
(c)キャパシタ構造部60を被覆するレジスト層70を形成する工程を以下に説明する。
(C) The process of forming the resist
まず、図5に示すように、キャパシタ構造部60を覆うように、レジスト層70aを設ける。レジスト層70aは、次に説明する多孔質層80の形状を付与するために設ける。したがって、多孔質層80がキャパシタ構造部60と接触しないようにするために、レジスト層70aは、キャパシタ構造部60が、全部埋没するように設けることが必要である。レジスト層70aの材質は、一般の有機系レジスト材料を用いることができる。次に、公知のフォトリソグラフィ技術により、図6のようにパターニングし、レジスト層70を形成する。図6においては、パターニングされたレジスト層70は1つのキャパシタ構造部60を埋設するように描いているが、パターニングされたレジスト層70の1つに対して、複数のキャパシタ構造部60を埋設することも可能である。
First, as shown in FIG. 5, a resist
(d)レジスト層70を被覆する多孔質層80を形成する工程を以下に説明する。
(D) The process of forming the
図7に示すように、多孔質層80がレジスト層70に沿って形成される。多孔質層80の形成方法は、多孔質層80の材質に酸化アルミニウムを選んだ場合には、CVD法、スパッタ法などを用いることができる。CVD法の場合は、トリメチルアルミを原料とし、原料の吹きつけと、オゾンを導入することにより、400℃以下で熱酸化をおこなうという一連の操作を繰り返しおこなうことで好適な層を形成することができる。多孔質層80は、選ばれる材質により、形成条件を変えてもよい。たとえば、酸化アルミニウムを材質として選び、CVD法にて、熱酸化の温度を200℃として形成する。
As shown in FIG. 7, the
(e)多孔質層70の孔を通じてガスを導入し、レジスト層70をアッシング法により除去する工程を以下に説明する。
(E) A process of introducing a gas through the pores of the
工程(d)に引き続き、レジスト層70を除去する。図8は、レジスト層70が除去された結果を示す。レジスト層70の除去は、たとえば、酸素によるアッシング、すなわち燃焼によりおこなうことができる。レジスト層70の除去は、多孔質層80を形成した後、引き続き、チャンバー内に酸素ガスを導入し、酸素プラズマを発生させておこなうことができる。このとき、酸素プラズマは、多孔質層80の貫通孔を通り抜け、内部のレジスト層70の材料と反応する。その結果生じた燃焼ガスは多孔質層80の貫通孔を通り抜けて、外部に除去される。このような機構によって、多孔質層80の形状を保ったまま、内部のレジスト層70は、除去される。また、酸素を用いる以外にも、レジスト層70をアッシングすることのできるガスであれば、これを用いて本アッシング工程をおこなうことが可能である。本アッシング工程を経て、多孔質層80の内側に空洞72が形成される。
Subsequent to the step (d), the resist
(f)多孔質層80を被覆する封止層90を形成する工程を以下に説明する。
(F) The process of forming the
工程(e)に引き続き、図9に示すように、多孔質層80の上に封止層90が形成される。封止層90の形成方法は、公知のスパッタ法、CVD法などを用いることができる。
(g)基板10に、圧力発生室16を形成する工程を以下に説明する。
Subsequent to the step (e), a
(G) The process of forming the
図11に示すように、基板10に圧力発生室16が形成される。圧力発生室16は、基板10の下面から、公知の異方性エッチング技術を用いて凹状の孔を形成した後、その下にノズルプレート18を接合して、形成することができる。ノズルプレート18は、開口部18aを有するステンレス板などを用いることができる。
As shown in FIG. 11, the
1.3.作用効果
1.3.1.液体噴射ヘッド
本実施形態の液体噴射ヘッド1000は、上記構成を採ることにより、液体噴射ヘッド1000の劣化の要因であるキャパシタ構造部60の圧電体層40の劣化を抑制できる。すなわち、キャパシタ構造部60は、その全体が、多孔質層80および封止層90によって密封された空洞72内に設けられ、大気との接触がないため、圧電体層40の劣化が抑制される。本実施形態では、そのうえ、空洞72は減圧状態であるから、圧電体層40に対して影響を与える物質が少ないため、液体噴射ヘッド1000の劣化の抑制効果が高い。
1.3. Operational effect 1.3.1. Liquid Ejecting Head The
1.3.2.液体噴射ヘッドの製造方法
本実施形態の製造方法によれば、液体噴射ヘッド1000の劣化の要因であるキャパシタ構造部60の劣化を避けることができる。すなわち、本実施形態の製造方法によれば、キャパシタ構造部60を覆う構造を真空装置内で一貫して形成することができるため、その工程においても、大気とキャパシタ構造部60とが接触しない。したがって、本実施形態の製造方法は、キャパシタ構造部60の圧電体層40への水分子の影響が無く、液体噴射ヘッドの性能劣化を抑えることができる。さらに、本実施形態の製造方法によれば、真空装置内で空洞72が形成されるため、空洞72は、他の特別な工程を経なくても減圧状態にすることができる。
1.3.2. Manufacturing Method of Liquid Ejecting Head According to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to avoid deterioration of the
2.第2の実施形態
第2の実施形態にかかる液体噴射ヘッド2000について図12を参照しながら説明する。図12は、複数(図示の例では5つ)のキャパシタ構造部100が、1つの空洞72内に設けられた例を模式的に示す断面図である。
2. Second Embodiment A
2.1.液体噴射ヘッド2000
本実施形態は、キャパシタ構造部60の隣り合う複数が、1つの空洞72内に設けられる点が第1の実施形態と異なる以外は、第1実施形態と同様である。第1の実施形態における液体噴射ヘッド1000の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
2.1.
This embodiment is the same as the first embodiment, except that a plurality of adjacent
具体的には、本実施形態の液体噴射ヘッド2000は、基板10と、基板10に設けられた圧力発生室16と、基板10の上方に設けられた弾性板20と、弾性板20の上方に設けられたキャパシタ構造部60であって、下部電極層30と、圧電体層40と、上部電極層50とを有するキャパシタ構造部60と、弾性板20の上方にキャパシタ構造部60と接することなく設けられた多孔質層80と、多孔質層80の上に設けられた封止層90と、を有し、キャパシタ構造部60と多孔質層80との間に空洞部72が形成されているものである。そして、液体噴射ヘッド2000のキャパシタ構造部60は、その隣り合う複数のものが、1つの空洞部72内に設けられる。
Specifically, the
2.2.液体噴射ヘッドの製造方法
第2の実施形態にかかる液体噴射ヘッド2000の製造方法について説明する。本実施形態の製造方法は、キャパシタ構造部60の隣り合う複数が、1つの空洞72内に設けられるようにする点が第1の実施形態と異なる以外は、第1実施形態と同様である。
2.2. Manufacturing Method of Liquid Ejecting Head A manufacturing method of the
具体的な相違点は、第1の実施形態の1.2.液体噴射ヘッドの製造方法で述べた(c)キャパシタ構造部60を被覆するレジスト層70を形成する工程である。本実施形態では、キャパシタ構造部60を複数覆うように、レジスト層70aを設け、公知のフォトリソグラフィ技術により、パターニングし、レジスト層70を形成する。このとき、パターニングされたレジスト層70の1つに対して、複数のキャパシタ構造部60が埋設される。
Specific differences are as described in 1.2. (C) The step of forming the resist
2.3.作用効果
2.3.1.液体噴射ヘッド
本実施形態の液体噴射ヘッド2000は、上記構成を採ることにより、第1の実施形態と同様に、液体噴射ヘッド2000の劣化の要因であるキャパシタ構造部60の圧電体層40の劣化を抑制できる。すなわち、キャパシタ構造部60は、その複数のもののすべてが、多孔質層80および封止層90によって密封された空洞72内に設けられ、大気との接触がないため、圧電体層40の劣化が抑制される。本実施形態では、そのうえ、空洞72は減圧状態であるから、圧電体層40に対して影響を与える物質が少ないため、液体噴射ヘッド1000の劣化の抑制効果が高い。
2.3. Effect 2.3.1. Liquid Ejecting Head The
2.3.2.液体噴射ヘッドの製造方法
本実施形態の製造方法によれば、第1の実施形態と同様に、液体噴射ヘッド2000の劣化の要因であるキャパシタ構造部60の劣化を避けることができる。すなわち、本実施形態の製造方法によれば、キャパシタ構造部60の複数を覆う構造を真空装置内で一貫して形成するため、その工程においても、大気とキャパシタ構造部60とが接触しない。したがって、本実施形態の製造方法は、キャパシタ構造部60の圧電体層40への水分子の影響が無く、液体噴射ヘッドの性能劣化を抑えることができる。さらに、本実施形態の製造方法によれば、真空装置内で空洞72が形成されるため、空洞72は、他の特別な工程を経なくても減圧状態にすることができる。
2.3.2. Manufacturing Method of Liquid Ejecting Head According to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to avoid deterioration of the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10 基板、12 シリコン層、14 酸化物層、16 圧力発生室、18 ノズルプレート、18a 開口部、20 弾性板、30a 下部電極層、30 下部電極層、40a 圧電体層、40 圧電体層、50a 上部電極層、50 上部電極層、60a キャパシタ構造部、60 キャパシタ構造部、70a レジスト層、70 レジスト層、72 空洞、80 多孔質層、90 封止層、100 アクチュエータ部、1000 液体噴射ヘッド、2000 液体噴射ヘッド
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板に設けられた圧力発生室と、
前記基板の上方に設けられた弾性板と、
前記弾性板の上方に設けられたキャパシタ構造部であって、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層とを有するキャパシタ構造部と、
前記弾性板の上方に、前記キャパシタ構造部と接することなく設けられた多孔質層と、
前記多孔質層の上に設けられた封止層と、
を含み、
前記キャパシタ構造部と前記多孔質層との間に空洞部が形成される、液体噴射ヘッド。 A substrate,
A pressure generating chamber provided in the substrate;
An elastic plate provided above the substrate;
A capacitor structure provided above the elastic plate, the capacitor structure having a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer;
A porous layer provided above the elastic plate without being in contact with the capacitor structure;
A sealing layer provided on the porous layer;
Including
A liquid ejecting head, wherein a cavity is formed between the capacitor structure and the porous layer.
前記空洞部は、大気圧より小さい圧力である、液体噴射ヘッド。 In claim 1,
The cavity is a liquid jet head having a pressure lower than atmospheric pressure.
前記基板は、その上部に絶縁体層を有する、液体噴射ヘッド。 In claim 1 or claim 2,
The substrate is a liquid ejecting head having an insulator layer on the substrate.
前記多孔質層は、酸化物、窒化物および有機物からなる群から選択される物質からなる、液体噴射ヘッド。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The liquid ejecting head, wherein the porous layer is made of a material selected from the group consisting of oxides, nitrides, and organics.
前記酸化物は、酸化アルミニウムである、液体噴射ヘッド。 In claim 4,
The liquid ejecting head, wherein the oxide is aluminum oxide.
1つの前記キャパシタ構造部は、1つの前記空洞内に設けられる、液体噴射ヘッド。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
One said capacitor structure part is a liquid ejecting head provided in one said cavity.
複数の前記キャパシタ構造部は、1つの前記空洞内に設けられる、液体噴射ヘッド。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The liquid ejecting head, wherein the plurality of capacitor structures are provided in one of the cavities.
(b)前記下部電極層、前記圧電体層および、前記上部電極層をパターニングすることにより、キャパシタ構造部を形成する工程と、
(c)前記キャパシタ構造部を被覆するレジスト層を形成する工程と、
(d)前記レジスト層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
(e)前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記レジスト層をアッシング法により除去する工程と、
(f)前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、
(g)前記基板に、圧力発生室を形成する工程と、
を含む、
請求項1ないし請求項5に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 (A) a step of sequentially forming an elastic plate, a lower electrode layer, a piezoelectric layer and an upper electrode layer above the substrate;
(B) forming a capacitor structure by patterning the lower electrode layer, the piezoelectric layer, and the upper electrode layer;
(C) forming a resist layer covering the capacitor structure;
(D) forming a porous layer covering the resist layer;
(E) supplying a gas through the pores of the porous layer and removing the resist layer by an ashing method;
(F) forming a sealing layer covering the porous layer;
(G) forming a pressure generating chamber on the substrate;
including,
A method for manufacturing a liquid jet head according to claim 1.
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