(57)【要約】【課題】ウエハ表面に製膜された振動板のような膜における残留応力を比較的簡易な構成で緩和することのできるマイクロアクチュエータ、液滴吐出ヘッドおよびそれらの製造方法を提供する。【解決手段】ウエハ１３ｂ表面に製膜された振動板２１と、この振動板２１を変形させる駆動手段とを備えたマイクロアクチュエータにおいて、振動板２１に、スリット２６を設けるようにする。振動板２１が積層構造の場合には、このスリット２６を、少なくとも最上層の膜に設けてもよい。また、振動板２１の表面に製膜される層間絶縁膜やパッシベーション保護膜の少なくとも一方に、製膜時の残留応力を分断するためのスリット２６を設けてもよい。また、このスリット２６を、振動板２１を個片化するためのダイシングライン領域２５に設けてもよい。【選択図】図３−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ表面に製膜された振動板と、この振動板を変形させる駆動手段とを備えたマイクロアクチュエータにおいて、
前記振動板に、スリットを設けたことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記振動板は複数の膜を積層した積層構造からなり、前記スリットを、少なくとも前記積層構造の最上層の膜に設けたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記振動板の表面に製膜される層間絶縁膜、この層間絶縁膜の表面に製膜されるパッシベーション保護膜の少なくとも一方に、スリットを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記スリットを、前記振動板を個片化するためのダイシングライン領域に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載のマイクロアクチュエータを製造する方法であって、
前記振動板の加工工程、前記層間絶縁膜の加工工程、前記パッシベーション保護膜の加工工程のうち少なくとも一つの工程で前記スリットを設けることを特徴とするマイクロアクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一つに記載のマイクロアクチュエータを備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記振動板の加工工程、前記層間絶縁膜の加工工程、前記パッシベーション保護膜の加工工程のうち少なくとも一つの工程で前記スリットを設けることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロアクチュエータ、液滴吐出ヘッドおよびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置は、インクジェットヘッドにウエハを用いている。インクジェット記録装置は、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置や画像形成装置として用いられている。インクジェット記録装置において使用される液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室（加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備え、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。
【０００３】
このような液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子などの電気機械変換素子を用い、吐出室の壁面を形成する振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用い、インクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型（サーマル型）のもの、電極である振動板とこれに対向配置した電極間にパルス電圧を印加することで静電気力を発生させ、これによって振動板を変位させてインク滴を吐出させる静電型のものなどがある。その中で近年、半導体プロセスやマイクロマシニング技術の進歩により、パターニング加工技術が確立され、かつ、コストの安いＳｉウエハ基板に加圧室およびピエゾ素子を直接形成するマイクロアクチュエータ構成が考案されている。
【０００４】
こうした液滴吐出ヘッドの製造プロセスでは、一般にＳｉウエハに酸化膜などの各種膜を製膜することによりアクチュエータ基板を形成している。ここで使用するＳｉウエハに各種膜を製膜することで金属系の膜では引っ張り方向の残留応力が発生し、熱酸化膜などでは圧縮方向の残留応力が発生することが知られているが、この製膜時の残留応力が原因となり、薄くて剛性の低いウエハ全体に反りが発生するという問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、例えば特許文献１の静電アクチュエータでは、振動板が電極に対する電極側対向面に絶縁膜を有するとともに、電極側対向面と反対面に絶縁膜の膜応力を打ち消すための応力調整膜を有する構成を採用することで、振動板の反りの抑制を図っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、Ｓｉウエハ表面に酸化膜などが製膜されたアクチュエータ基板の表面に、長方形開口の貫通パターンが形成されたサブフレーム基板を貼り合わせ、その後、アクチュエータ基板の裏面側を所望の厚さまで研磨加工する場合において、製膜時の残留応力がある面にサブフレーム基板の長方形開口が配置されることに起因してウエハ径が変化して、ウエハスケールのズレやウエハ全体に反りが発生し、これが原因で表裏パターン合わせアライメントのズレが発生する問題があった。
【０００７】
この問題について図を参照しながら具体的に説明する。図５に示すように、液滴吐出ヘッド１はサブフレーム基板２とアクチュエータ基板３とノズル基板４とを接着剤によって接合した積層構造となっている。アクチュエータ基板３には振動板５が設けてあり、この振動板５を介して加圧液室６が形成されている。ノズル基板４には液滴を吐出するためのノズル孔７が設けてある。
【０００８】
図６−１に示すように、サブフレーム基板２は、Ｓｉウエハにインク供給口などの貫通パターン８を形成したものである。貫通パターン８の開口の平面形状は長方形であり、この長方形の開口がＳｉウエハに多数配置されている。
【０００９】
一方、図６−２に示すように、アクチュエータ基板３は、ウエハ３ａの表裏全面に酸化膜３ｂを製膜したものを使用して加工プロセスをスタートする。以降、加工プロセスを重ね、保護膜や回路を形成し液滴吐出ヘッド１を構成するマイクロアクチュエータとしてのアクチュエータ基板３を作製する。そして、図６−３に示すように、サブフレーム基板２とアクチュエータ基板３を貼り合わせた後、図６−４に示すように、アクチュエータ基板３の裏面３ｃを研磨することで加圧液室６部分の領域を形成する。このとき、研磨量が多ければ多いほどＳｉ残量が減ってアクチュエータ基板３のウエハ３ａは薄くなり剛性が低下してしまう。
【００１０】
貼り合わせ面の振動板（酸化膜３ｂ）における残留応力および以降の加工プロセスで製膜形成される保護膜などにおける残留応力により、薄くて剛性が低下したウエハ３ａは収縮しやすくなる。この場合、製膜時の残留応力がある面にサブフレーム基板２の貫通パターン８の長方形開口が配置されることに起因してウエハ径が変化して、ウエハスケールのズレやウエハ全体に反りが発生しやすくなる。
【００１１】
この構造に対し、上記の特許文献１の応力調整膜を適用した場合、振動板における残留応力を打ち消すことはできても、応力調整膜を形成した以降の加工プロセスでウエハ３ａにさらに形成される保護膜などにおける残留応力を打ち消すことは難しい。したがって、ウエハ全体の反りを抑制するために、ウエハ表面に製膜される振動板などの各種膜の製膜時の残留応力を比較的簡易な構成で緩和することのできる技術が望まれていた。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ウエハ表面に製膜された振動板のような膜における残留応力を比較的簡易な構成で緩和することのできるマイクロアクチュエータ、液滴吐出ヘッドおよびそれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ウエハ表面に製膜された振動板と、この振動板を変形させる駆動手段とを備えたマイクロアクチュエータにおいて、前記振動板に、スリットを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ウエハ表面に製膜された振動板のような膜における残留応力を比較的簡易な構成で緩和するので、ウエハ全体の反りを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第１の実施の形態における液滴吐出ヘッドを分解して模式的に示した概略斜視図である。
【図２−１】図２−１は、第１の実施の形態における振動板の加工工程の一例を示す図であり、（１）は平面図、（２）は（１）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図２−２】図２−２は、第１の実施の形態におけるアクチュエータ基板とサブフレーム基板を貼り合わせた一例を示す図であり、（１）は平面図、（２）は（１）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図２−３】図２−３は、第１の実施の形態におけるアクチュエータ基板裏面を研磨する工程の一例を示す図であり、（１）は平面図、（２）は（１）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図３−１】図３−１は、第２の実施の形態におけるスリット形成工程を示す断面図であり、（１）はスリット形成前、（２）はスリット形成後の図である。
【図３−２】図３−２は、第３の実施の形態におけるスリット形成工程を示す断面図であり、（１）はスリット形成前、（２）はスリット形成後の図である。
【図３−３】図３−３は、第４の実施の形態におけるスリット形成工程を示す断面図であり、（１）はスリット形成前、（２）はスリット形成後の図である。
【図３−４】図３−４は、第５の実施の形態におけるスリット形成工程を示す断面図であり、（１）はスリット形成前、（２）はスリット形成後の図である。
【図４】図４は、第６の実施の形態におけるスリット形成工程を示す断面図であり、（１）は振動板の最上層に対するスリット形成工程の図、（２）は（１）によるスリット形成後の図、（３）は振動板の全体に対するスリット形成工程の図、（４）は（３）によるスリット形成後の図である。
【図５】図５は、従来の液滴吐出ヘッドを分解して模式的に示した概略斜視図である。
【図６−１】図６−１は、従来のサブフレーム基板の一例を示す図であり、（１）は平面図、（２）は（１）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６−２】図６−２は、従来のアクチュエータ基板の一例を示す図であり、（１）は平面図、（２）は（１）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６−３】図６−３は、従来のアクチュエータ基板とサブフレーム基板を貼り合わせた一例を示す図であり、（１）は平面図、（２）は（１）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図６−４】図６−４は、従来のアクチュエータ基板裏面を研磨する工程の図であり、（１）は平面図、（２）は（１）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、マイクロアクチュエータ、液滴吐出ヘッドおよびそれらの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる液滴吐出ヘッドを分解して模式的に示した概略斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、第１の実施の形態にかかる液滴吐出ヘッド１１は、サブフレーム基板１２とアクチュエータ基板１３（マイクロアクチュエータ）とノズル基板１４とを接着剤によって接合した積層構造となっている。
【００１９】
サブフレーム基板１２は、Ｓｉウエハにインク供給口などの貫通パターン１５を形成したものであり、凹状のアクチュエータ保護キャビティ１６を有する。貫通パターン１５の開口の平面形状は長方形であり、この長方形の開口がＳｉウエハに多数配置されている。なお、ここでは図示しないが、このサブフレーム基板１２にはさらに、サブフレーム接合部、電気配線の取り回し用開口、アクチュエータ基板１３とのアライメント用マーク等が形成されている。
【００２０】
アクチュエータ基板１３は、Ｓｉウエハにより形成されており、サブフレーム基板１２と対向する面に、電極層、圧電素子、電極層の積層構造からなるアクチュエータ素子１７が形成されている。アクチュエータ素子１７上には、基本構成として、層間絶縁膜１８、図示しない外部駆動回路（駆動手段）からの信号を伝達するメタル配線１９、さらにメタル配線１９を保護するためのパッシベーション保護膜２０が形成されている。
【００２１】
一方、アクチュエータ基板１３のノズル基板１４と対向する面には振動板２１を介して、加圧液室２２、隔壁２３が形成されている。そして、隔壁２３上面にサブフレーム基板１２のサブフレーム接合部が接着剤によって接合する構成となっている。
【００２２】
ノズル基板１４は、周知のプレス加工あるいはＮｉ電鋳工法等によって液滴を吐出するためのノズル孔２４が形成された基板であり、アクチュエータ基板１３の加圧液室２２に接着剤によって接合されている。
【００２３】
ここで、本実施の形態では、ウエハ表面に製膜された振動板２１に、製膜時の残留応力を分断するためのスリットを設けている。振動板２１にスリットを設けて断片化することで、振動板２１における残留応力を各断片で分断し、作用点を分散させる。こうすることで、アクチュエータ基板１３のウエハ全体にかかる残留応力を緩和することができる。
【００２４】
図２−１は、液滴吐出ヘッド製造プロセスにおける振動板を加工する工程の一例を示したものである。図２−１に示すように、振動板の加工工程において、例えば製品チップのダイシングライン加工領域２５で酸化膜２１ａをエッチングしスリット２６を形成することにより製品チップの数だけ振動板２１（酸化膜２１ａ）が個片化される。
【００２５】
以降プロセスを完成させ、図２−２に示すように、サブフレーム基板１２とアクチュエータ基板１３の貼り合わせを行い、図２−３に示すように、アクチュエータ基板１３の裏面側１３ａを所望の厚さまで研磨する。この時の振動板２１における残留応力はスリット２６によりチップサイズで分断されているためウエハ全体で大きく低減する。このように振動板２１における残留応力をウエハレベルから断片化したチップレベルへ分散させることにより、ウエハスケールのズレやウエハ反りを低減することができる。
【００２６】
次に、本発明の第２〜第５の実施の形態について説明する。第２〜第５の実施の形態においては、第１の実施の形態のアクチュエータ基板１３の製造プロセスにおいて、スリット２６を形成する対象および工程が異なっている。以下、図３−１〜図３−４を用いて説明する。
【００２７】
（第２の実施の形態）
図３−１は、第２の実施の形態にかかるスリット形成工程を示したものである。本実施の形態では、図３−１に示すように、振動板の加工工程においてＳｉウエハ１３ｂ上に振動板２１（膜）を形成した後、ダイシングライン加工領域２５に対してスリット２６を形成するものである。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図３−２は、第３の実施の形態にかかるスリット形成工程を示したものである。本実施の形態では、図３−２に示すように、層間絶縁膜の加工工程において振動板２１の表面に層間絶縁膜１８を形成する。この後、コンタクトホール２７を開口する時に、同時にダイシングライン加工領域２５に対してスリット２６を形成するものである。
【００２９】
（第４の実施の形態）
図３−３は、第４の実施の形態にかかるスリット形成工程を示したものである。本実施の形態では、図３−３に示すように、パッシベーション保護膜の加工工程において、メタル配線１９を配線するとともに、パッシベーション保護膜２０を形成する。この後、パッド部２８を開口する時に、同時にダイシングライン加工領域２５に対してスリット２６を形成するものである。
【００３０】
（第５の実施の形態）
図３−４は、第５の実施の形態にかかるスリット形成工程を示したものである。本実施の形態では、図３−４に示すように、インク供給等のための貫通孔２９を開口する時に、同時にダイシングライン加工領域２５に対してスリット２６を形成するものである。
【００３１】
なお、スリット２６は、上記の第２〜第５の実施の形態に各々示された各工程、すなわち振動板２１の形成直後、コンタクトホール２７の開口時、パッド部２８の開口時、貫通孔２９の開口時のいずれかの工程で形成しても良いし、全ての工程で形成しても良い。また、後工程での加工において、前工程で形成された膜に対してまでスリット２６を形成するほうが位置ずれを考慮する必要がなくなるため効率的であり、最終工程で一度に全ての膜（振動板２１、層間絶縁膜１８、パッシベーション保護膜２０）に対しスリット２６を形成することがより効率的である。
【００３２】
このように、液滴吐出ヘッド製造プロセスの層間絶縁膜１８ないしパッシベーション保護膜２０の加工工程において、層間絶縁膜１８あるいはパッシベーション保護膜２０、次いで振動板２１（膜）をエッチングする加工工程で、同時に製品チップのダイシングライン加工領域でパターニングしスリットを設けることにより、製品チップの数だけ上記の各種膜が個片化される。こうすることで、振動板２１のみにスリットを設ける場合よりもさらに層間絶縁膜１８ないしパッシベーション保護膜２０の残留応力が緩和されるので、ウエハ全体の反りをより効果的に抑制することができる。
【００３３】
（第６の実施の形態）
図４は、第６の実施の形態にかかるスリット形成工程を示したものであり、（１）は振動板の最上層に対するスリット形成工程の図、（２）は（１）によるスリット形成後の図、（３）は振動板の全体に対するスリット形成工程の図、（４）は（３）によるスリット形成後の図である。
【００３４】
本実施の形態では、薄膜吐出ヘッド製造プロセスの振動板を加工する工程において、例えば図４に示すように振動板２１が膜Ａ、膜Ｂ、膜Ｃの３層の積層構造であれば、図４（１）、（２）のように最上層の膜Ａの上面にレジスト３０を形成（塗布）し、ダイシングライン加工領域２５に対して少なくとも最上層の膜Ａにスリット２６を形成すれば最上層の残留応力が分断されウエハスケールのズレやウエハ反りを抑制することができる。
【００３５】
また、図４（３）、（４）のように最上層の膜Ａの上面にレジスト３０を形成（塗布）し、ウエハ伸縮やウエハ反りの要因となっている圧縮応力や引っ張り応力が強く残留している膜Ｂ、Ｃまでスリット２６を形成してもよい。こうすることで、それらの膜残留応力を分断しウエハ反りの抑制に対してより一層高い効果を得ることができる。
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハ表面に製膜された振動板のような膜の一部にスリットのような不連続部を設け、各種膜における残留応力を分断して応力を開放するので、ウエハ全体の反りを比較的簡易に抑制することができるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００３７】
１１  液滴吐出ヘッド
１２  サブフレーム基板
１３  アクチュエータ基板（マイクロアクチュエータ）
１４  ノズル基板
１５  貫通パターン
１６  アクチュエータ保護キャビティ
１７  アクチュエータ素子
１８  層間絶縁膜
１９  メタル配線
２０  パッシベーション保護膜
２１  振動板
２２  加圧液室
２３  隔壁
２４  ノズル孔
２５  ダイシングライン加工領域（ダイシングライン領域）
２６  スリット
２７  コンタクトホール
２８  パッド部
２９  貫通孔
３０  レジスト
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開２００８−２６５０１９号公報
【図１】
2014172367.tif 000003
【図２−１】
2014172367.tif 000004
【図２−２】
2014172367.tif 000005
【図２−３】
2014172367.tif 000006
【図３−１】
2014172367.tif 000007
【図３−２】
2014172367.tif 000008
【図３−３】
2014172367.tif 000009
【図３−４】
2014172367.tif 000010
【図４】
2014172367.tif 000011
【図５】
2014172367.tif 000012
【図６−１】
2014172367.tif 000013
【図６−２】
2014172367.tif 000014
【図６−３】
2014172367.tif 000015
【図６−４】
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