(57)【要約】【課題】インク吐出口の大きさが適切な大きさとなるノズル基板を提供する。【解決手段】ノズル基板３は、シリコン基板３０と、シリコン基板３０の第２表面３０ｂに形成された酸化シリコン膜３１と、酸化シリコン膜３１の表面に形成されたシリコン膜３２とを含み、ノズル孔２０は、シリコン基板３０の第１表面３０ａに形成されかつシリコン基板３０を貫通する凹部２０ａと、凹部２０ａの底面に形成され、凹部２０ａの底壁を貫通する横断面円形状のインク吐出通路２０ｂとからなり、インク吐出通路２０ｂは、その直径が深さ方向に周期的に変化しており、その凹部２０ａ側とは反対側の開口端であるインク吐出口２０ｃの直径は、インク吐出通路２０ｂの直径の極小値と極大値の平均値よりも大きい。【選択図】図６
2018051833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通するノズル孔を有するノズル基板であって、
前記ノズル基板は、第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜の表面に形成された半導体膜とを含み、
前記ノズル孔は、前記半導体基板の第１表面に形成されかつ前記半導体基板を貫通する凹部と、前記凹部の底面に形成され、前記凹部の底壁を貫通する横断面円形状のインク吐出通路とからなり、
前記インク吐出通路は、その直径が深さ方向に周期的に変化しており、その前記凹部側とは反対側の開口端であるインク吐出口の直径は、前記インク吐出通路の直径の極小値と極大値の平均値よりも大きい、ノズル基板。
【請求項２】
前記インク吐出口の直径は、前記インク吐出通路の横断面の直径の極小値よりも極大値に近い値である、請求項１に記載のノズル基板。
【請求項３】
前記凹部は、横断面が円形状である、請求項１または２に記載のノズル基板。
【請求項４】
前記半導体基板がシリコン基板であり、
前記酸化膜が酸化シリコン膜であり、
前記半導体膜がシリコン膜である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル基板。
【請求項５】
圧力室を含むインク流路を有するアクチュエータ基板と、
前記圧力室上に配置されかつ前記圧力室の天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜上に形成された圧電素子と、
前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面とは反対側の表面に接着剤によって接合され、前記圧力室の底面部を区画し、前記圧力室に連通するノズル孔を有するノズル基板とを含み、
当該ノズル基板は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記ノズル基板であり、前記シリコン基板の第１表面が、前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面とは反対側の表面に接合されている、インクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に接着剤によって接合される保護基板をさらに含み、
前記保護基板は、前記アクチュエータ基板側に向かって開口しかつ前記圧電素子を収容する収容凹所と、平面視において前記収容凹所の一端の外方に形成され、前記インク流路の一端部に連通するインク供給路とを有している、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された半導体膜とを含む積層膜を用意する工程と、
前記積層膜の前記半導体膜側から前記半導体膜を貫通し、前記酸化膜に達するインク吐出通路を形成する工程と、
前記積層膜の前記半導体基板の第１表面側から前記半導体基板および前記酸化膜を貫通し、前記インク吐出通路と連通する凹部を形成する工程とを含み、
前記インク吐出通路を形成する工程は、
前記半導体膜の表面に前記インク吐出通路に対応する開口を有する第１レジストマスクを形成する第１工程と、
前記第１レジストマスクをマスクとして、前記半導体膜をエッチングする第２工程と、
エッチング面に側壁保護膜を形成する第３工程と、
前記側壁保護膜の底面部を除去する第４工程と、
前記側壁保護膜から露出した半導体膜をエッチングする第５工程と、
前記第５工程の後に、前記第３工程、第４工程および第５工程と同様な工程を少なくとも１サイクル分行った後に、前記第１レジストマスクおよび前記側壁保護膜を除去する工程とを含む、ノズル基板の製造方法。
【請求項８】
前記凹部を形成する工程は、前記半導体基板の第１表面に前記凹部に対応する開口を有する第２レジストマスクを形成する工程と、
前記第２レジストマスクをマスクとして、前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に第１凹部を形成する工程と、
前記第１凹部側から前記酸化膜をエッチングすることにより、前記酸化膜に前記インク吐出通路と連通する第２凹部を形成する工程とを含む、請求項７に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項９】
前記凹部は、横断面が円形状である、請求項７または８に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１０】
前記インク吐出通路は、横断面が円形状である、請求項７〜９のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体基板がシリコン基板であり、
前記酸化膜が酸化シリコン膜であり、
前記半導体膜がシリコン膜である、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のノズル基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ノズル基板、インクジェットプリントヘッドおよびノズル基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、インクジェットプリントヘッドを開示している。特許文献１のインクジェットプリントヘッドは、インク流路としての圧力室（圧力発生室）を有するアクチュエータ基板（基板）と、アクチュエータ基板上に形成された可動膜（弾性膜）と、可動膜上に設けられた圧電素子とを含んでいる。特許文献１のインクジェットプリントヘッドは、さらに、アクチュエータ基板の下面に接合されかつ圧力室に連通するノズル開口（ノズル孔）を有するノズル基板（ノズルプレート）と、アクチュエータ基板の上面に接合されかつ圧電素子を覆う保護基板とを備えている。圧電素子は、可動膜上に形成された第１電極膜（下部電極）と、第１電極膜上に配置された第２電極膜（上部電極）と、それらの間に挟まれた圧電体層（圧電体膜）とからなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−９１６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、第１表面および第２表面を有するシリコン基板と、シリコン基板の第２表面に形成された酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜の表面に形成されたシリコン膜とからなり、厚さ方向に貫通するノズル孔を有するノズル基板を試作した。ノズル孔は、ノズル基板のシリコン膜側からシリコン膜を貫通するインク吐出通路を形成した後に、シリコン基板の第１表面側からシリコン基板を貫通し、インク吐出通路と連通する凹部を形成する。インク吐出通路の凹部とは反対側の開口部がインク吐出口となる。
【０００５】
インク吐出通路は、ボッシュプロセスにより、次のように形成した。つまり、まず、シリコン膜における酸化シリコン膜側とは反対側の表面に、インク吐出通路に対応した開口を有するレジストマスクが形成される。この後、レジストマスクの表面および開口の内面（側面および底面）を覆うように側壁保護膜（デポジション膜）が形成される。次に、側壁保護膜の底面部（開口の底面上の側壁保護膜）がエッチングにより除去される。次に、シリコン膜がエッチングされる。次に、エッチング面等に側壁保護膜を形成する工程と、側壁保護膜の底面部を除去する工程と、シリコン膜をエッチングする工程とが、少なくとも１サイクル分行われる。最後にアッシングにより、側壁保護膜およびレジストマスクレジストが除去される。
【０００６】
ボッシュプロセスにおいて最初のエッチング開始時には、側壁保護膜のデポジション・レートが高く、側壁保護膜のエッチングレートが低い。このため、側壁保護膜の底面部を除去するための最初のエッチング工程において、レジストマスクの開口の底面上の側壁保護膜（シリコン膜の表面上の側壁保護膜）が完全に除去されずに、一部が残るといったことが起こりやすい。側壁保護膜の底面部を除去するための最初のエッチング工程において、レジストマスクの開口の底面上の側壁保護膜が完全に除去された場合を正常時といい、レジストマスクの開口の底面上の側壁保護膜が完全に除去されない場合を異常時ということにする。
【０００７】
異常時には、この後に行われるシリコン膜の最初のエッチング工程において、シリコン膜のエッチング量が正常時に比べて減少する。つまり、シリコン膜に最初に形成される凹部の直径および深さが、正常時に比べて小さくなる。この結果、最終的に得られるインク吐出通路のインク吐出口は、正常時に比べて小さくなってしまう。
この発明の目的は、インク吐出口の大きさが適切な大きさとなる、ノズル基板、インクジェットプリントヘッドおよびノズル基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によるノズル基板は、厚さ方向に貫通するノズル孔を有するノズル基板であって、前記ノズル基板は、第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜の表面に形成された半導体膜とを含み、前記ノズル孔は、前記半導体基板の第１表面に形成されかつ前記半導体基板を貫通する凹部と、前記凹部の底面に形成され、前記凹部の底壁を貫通する横断面円形状のインク吐出通路とからなり、前記インク吐出通路は、その直径が深さ方向に周期的に変化しており、その前記凹部側とは反対側の開口端であるインク吐出口の直径は、前記インク吐出通路の直径の極小値と極大値の平均値よりも大きい。
【０００９】
この構成では、インク吐出通路における凹部側とは反対側の開口端であるインク吐出口の直径は、インク吐出通路の直径の極小値と極大値の平均値よりも大きいので、インク吐出口の大きさが適切な大きさとなる。
この発明の一実施形態では、前記インク吐出口の直径は、前記インク吐出通路の横断面の直径の極小値よりも極大値に近い値である。
【００１０】
この発明の一実施形態では、前記凹部は、横断面が円形状である。
この発明の一実施形態では、前記半導体基板がシリコン基板であり、前記酸化膜が酸化シリコン膜であり、前記半導体膜がシリコン膜である。
この発明によるインクジェットプリントヘッドは、圧力室を含むインク流路を有するアクチュエータ基板と、前記圧力室上に配置されかつ前記圧力室の天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜上に形成された圧電素子と、前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面とは反対側の表面に接着剤によって接合され、前記圧力室の底面部を区画し、前記圧力室に連通するノズル孔を有するノズル基板とを含む。当該ノズル基板は、前述のこの発明によるノズル基板であり、前記シリコン基板の第１表面が、前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面とは反対側の表面に接合されている。
【００１１】
この発明の一実施形態では、前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に接着剤によって接合される保護基板をさらに含み、前記保護基板は、前記アクチュエータ基板側に向かって開口しかつ前記圧電素子を収容する収容凹所と、平面視において前記収容凹所の一端の外方に形成され、前記インク流路の一端部に連通するインク供給路とを有している。
【００１２】
この発明によるノズル基板の製造方法は、第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された半導体膜とを含む積層膜を用意する工程と、前記積層膜の前記半導体膜側から前記半導体膜を貫通し、前記酸化膜に達するインク吐出通路を形成する工程と、前記積層膜の前記半導体基板の第１表面側から前記半導体基板および前記酸化膜を貫通し、前記インク吐出通路と連通する凹部を形成する工程とを含み、前記インク吐出通路を形成する工程は、前記半導体膜の表面に前記インク吐出通路に対応する開口を有する第１レジストマスクを形成する第１工程と、前記第１レジストマスクをマスクとして、前記半導体膜をエッチングする第２工程と、エッチング面に側壁保護膜を形成する第３工程と、前記側壁保護膜の底面部を除去する第４工程と、前記側壁保護膜から露出した半導体膜をエッチングする第５工程と、前記第５工程の後に、前記第３工程、第４工程および第５工程と同様な工程を少なくとも１サイクル分行った後に、前記第１レジストマスクおよび前記側壁保護膜を除去する工程とを含む。
【００１３】
この製造方法では、インク吐出通路における凹部側とは反対側の開口端であるインク吐出口の大きさが適切な大きさとなるノズル基板を製造できる。
この発明の一実施形態では、前記凹部を形成する工程は、前記半導体基板の第１表面に前記凹部に対応する開口を有する第２レジストマスクを形成する工程と、前記第２レジストマスクをマスクとして、前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に第１凹部を形成する工程と、前記第１凹部側から前記酸化膜をエッチングすることにより、前記酸化膜に前記インク吐出通路と連通する第２凹部を形成する工程とを含む。
【００１４】
この発明の一実施形態では、前記凹部は、横断面が円形状である。
この発明の一実施形態では、前記インク吐出通路は、横断面が円形状である。
この発明の一実施形態では、前記半導体基板がシリコン基板であり、前記酸化膜が酸化シリコン膜であり、前記半導体膜がシリコン膜である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの構成を説明するための図解的な平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板を含む平面図である。
【図３】図３は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板が省略された平面図である。
【図４】図４は、図２のIV-IV線に沿う図解的な断面図である。
【図５】図５は、図４のノズル孔を拡大して示す拡大断面図である。
【図６】図６は、主としてインク吐出通路の断面形状を示す図５の部分拡大図である。
【図７】図７は、図５の矢印VII-VIIから見た平面図である。
【図８】図８は、図２のVIII-VIII線に沿う図解的な断面図である。
【図９】図９は、図２のIX-IX線に沿う図解的な断面図である。
【図１０】図１０は、前記インクジェットプリントヘッドの絶縁膜のパターン例を示す図解的な平面図であり、図２に対応する平面図である。
【図１１】図１１は、前記インクジェットプリントヘッドのパッシベーション膜のパターン例を示す図解的な平面図であり、図２に対応する平面図である。
【図１２】図１２は、保護基板の図２に示される領域の底面図である。
【図１３】図１３は、アクチュエータ基板の元基板としての半導体ウエハの平面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、前記インクジェットプリントヘッドの製造工程の一例を示す断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図１４Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、図１４Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、図１４Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｆ】図１４Ｆは、図１４Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｇ】図１４Ｇは、図１４Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｈ】図１４Ｈは、図１４Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｉ】図１４Ｉは、図１４Ｈの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｊ】図１４Ｊは、図１４Ｉの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｋ】図１４Ｋは、図１４Ｊの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｌ】図１４Ｌは、図１４Ｋの次の工程を示す断面図である。
【図１４Ｍ】図１４Ｍは、図１４の次の工程を示す断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、ノズル基板集合体の製造工程を模式的に示す断面図であって、インク流通方向に直交しかつノズル孔の中心を通過するような切断線に沿う断面図ある。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１５Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、図１５Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１５Ｂの工程の詳細を図解的に示す断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１６Ａの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図１６Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、図１６Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｅ】図１６Ｅは、図１６Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、図１５Ｂの工程の比較例を図解的に示す断面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１７Ａの次の工程を示す断面図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、図１７Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図１７Ｄ】図１７Ｄは、図１７Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図１７Ｅ】図１７Ｅは、図１７Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図１７Ｆ】図１７Ｆは、図１７Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図１７Ｇ】図１７Ｇは、図１７Ｆの次の工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの構成を説明するための図解的な平面図である。図２は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板を含む平面図である。図３は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板が省略された平面図である。図４は、図２のIV-IV線に沿う図解的な断面図である。図５は、図４のノズル孔を拡大して示す拡大断面図である。図６は、主としてインク吐出通路の断面形状を示す図５の部分拡大図である。図７は、図５の矢印VII-VIIから見た平面図である。図８は、図２のVIII-VIII線に沿う図解的な断面図である。図９は、図２のIX-IX線に沿う図解的な断面図である。
【００１７】
図４を参照して、インクジェットプリントヘッド１の構成を概略的に説明する。
インクジェットプリントヘッド１は、アクチュエータ基板２および圧電素子９を含むアクチュエータ基板アセンブリＳＡと、ノズル基板３と、保護基板４とを備えている。以下において、アクチュエータ基板アセンブリＳＡを、基板アセンブリＳＡということにする。
【００１８】
アクチュエータ基板２の表面２ａには、可動膜形成層１０が積層されている。アクチュエータ基板２には、インク流路（インク溜まり）５が形成されている。インク流路５は、この実施形態では、アクチュエータ基板２を貫通して形成されている。インク流路５は、図４に矢印で示すインク流通方向４１に沿って細長く延びて形成されている。インク流路５は、インク流通方向４１の上流側端部（図４では左端部）のインク流入部６と、インク流入部６に連通する圧力室７とから構成されている。図４において、インク流入部６と圧力室７との境界を二点鎖線で示すことにする。
【００１９】
ノズル基板３は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）基板（半導体基板）３０と、シリコン基板３０における圧力室７とは反対側の表面（第２表面）３０ｂに形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜（酸化膜）３１と、酸化シリコン膜３１におけるシリコン基板３０とは反対側の表面に形成されたシリコン（Ｓｉ）膜（半導体膜）３２とからなる。この実施形態では、シリコン基板３０の厚さは１５０μｍ程度であり、酸化シリコン膜の膜厚は０．５μｍ程度であり、シリコン膜３２の膜厚は１０μｍ程度である。
【００２０】
ノズル基板３は、アクチュエータ基板２の裏面２ｂにシリコン基板３０側の表面（第１表面）が対向した状態で、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに張り合わされている。ノズル基板３は、アクチュエータ基板２および可動膜形成層１０とともにインク流路５を区画している。より具体的には、ノズル基板３は、インク流路５の底面部を区画している。
ノズル基板３には、ノズル孔２０が形成されている。ノズル孔２０は、圧力室７に臨む凹部２０ａと、凹部２０ａの底面に形成されたインク吐出通路２０ｂとからなる（図５〜図７も参照）。凹部２０ａは、シリコン基板３０および酸化シリコン膜３１を貫通し、その底部はシリコン膜３２まで達している。インク吐出通路２０ｂは、凹部２０ａの底壁を貫通しており、圧力室７とは反対側にインク吐出口２０ｃを有している。凹部２０ａは、シリコン基板３０を貫通する第１凹部２０ａ１と、酸化シリコン膜３１を貫通してインク吐出通路２０ｂと連通する第２凹部２０ａ２からなる。圧力室７の容積変化が生じると、圧力室７に溜められたインクは、インク吐出通路２０ｂを通り、吐出口２０ｃから吐出される。
【００２１】
この実施形態では、凹部２０ａは、横断面が円形状に形成されている。インク吐出通路２０ｂの横断面形状は、凹部２０ａの横断面よりも小さい円形状に形成されている。後述するように、インク吐出通路２０ｂは、ボッシュプロセスと類似した方法により形成される。ボッシュプロセスは、側壁保護膜の形成工程とエッチング工程とを交互に繰り返し行うプロセスである。このため、インク吐出通路２０ｂの内周面は、図６に示すように、周期的な段差のあるスキャロップ形状となる。つまり、インク吐出通路２０ｂの内周面は、深さ方向に進行するような波状の凹凸面となる。
【００２２】
言い換えれば、インク吐出通路２０ｂの直径は、深さ方向に周期的に変化している。したがって、図６に示すように、インク吐出通路２０ｂの深さ方向に、直径の極小値Ｄ２，Ｄ４と直径の極大値Ｄ３，Ｄ５とが交互に現れる。インク吐出通路２０ｂにおける凹部２０ａとは反対側の開口端である吐出口３ｃの直径をＤ１とすると、Ｄ１は、極小値Ｄ２，Ｄ４よりも極大値Ｄ３，Ｄ５に近い値となる。また、Ｄ１は、極小値Ｄ２，Ｄ４と極大値Ｄ３，Ｄ５の平均値｛（Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）／４｝よりも大きい。
【００２３】
可動膜形成層１０における圧力室７の天壁部分は、可動膜１０Ａを構成している。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成されるシリコン（Ｓｉ）膜と、シリコン膜上に形成される酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜と、酸化シリコン膜上に形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜との積層膜から構成されていてもよい。この明細書において、可動膜１０Ａとは、可動膜形成層１０のうち圧力室７の天面部を区画している天壁部を意味している。したがって、可動膜形成層１０のうち、圧力室７の天壁部以外の部分は、可動膜１０Ａを構成していない。
【００２４】
可動膜１０Ａの厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。可動膜１０Ａが酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。可動膜１０Ａが、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から構成される場合には、シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
【００２５】
圧力室７は、可動膜１０Ａと、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。圧力室７の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。インク流入部６は、圧力室７の長手方向一端部に連通している。
可動膜形成層１０の表面には、金属バリア膜８が形成されている。金属バリア膜８は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。金属バリア膜８の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。金属バリア膜８の表面には、可動膜１０Ａの上方位置に、圧電素子９が配置されている。圧電素子９は、金属バリア膜８上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成された圧電体膜１２と、圧電体膜１２上に形成された上部電極１３とを備えている。言い換えれば、圧電素子９は、圧電体膜１２を上部電極１３および下部電極１１で上下から挟むことにより構成されている。
【００２６】
上部電極１３は、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよいし、たとえば、導電性酸化膜（たとえば、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜）および金属膜（たとえば、Ｉｒ（イリジウム）膜）が積層された積層構造を有していてもよい。上部電極１３の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
圧電体膜１２としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）膜を適用することができる。このような圧電体膜１２は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜１２は、上部電極１３と平面視で同形状に形成されている。圧電体膜１２の厚さは、１μｍ程度である。可動膜１０Ａの全体の厚さは、圧電体膜１２の厚さと同程度か、圧電体膜１２の厚さの２／３程度とすることが好ましい。前述の金属バリア膜８は、主として圧電体膜１２から金属元素（圧電体膜１２がＰＺＴの場合には、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）が抜け出すことを防止し、圧電体膜１２の圧電特性を良好に保つとともに、圧電体膜１２の成膜時に、可動膜１０Ａに金属が拡散するのを防止する。金属バリア膜８は、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止する機能も有している。
【００２７】
下部電極１１は、たとえば、Ｔｉ（チタン）膜およびＰｔ（プラチナ）膜を金属バリア膜８側から順に積層した２層構造を有している。この他にも、Ａｕ（金）膜、Ｃｒ（クロム）層、Ｎｉ（ニッケル）層などの単膜で下部電極１１を形成することもできる。下部電極１１は、圧電体膜１２の下面に接した主電極部１１Ａと、圧電体膜１２の外方の領域まで延びた延長部１１Ｂとを有している。下部電極１１の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
【００２８】
圧電素子９上、下部電極１１の延長部１１Ｂ上および金属バリア膜８上には、水素バリア膜１４が形成されている。水素バリア膜１４は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。水素バリア膜１４の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。水素バリア膜１４は、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止するために設けられている。
水素バリア膜１４上に、絶縁膜１５が積層されている。絶縁膜１５は、たとえば、ＳｉＯ２、低水素のＳｉＮ等からなる。絶縁膜１５の厚さは、５００ｎｍ程度である。絶縁膜１５上には、上部配線１７および下部配線１８（図２、図９参照）が形成されている。これらの配線は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなっていてもよい。これらの配線の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ（１μｍ）程度である。
【００２９】
上部配線１７の一端部は、上部電極１３の一端部（インク流通方向４１の下流側端部）の上方に配置されている。上部配線１７と上部電極１３との間において、水素バリア膜１４および絶縁膜１５を連続して貫通するコンタクト孔３３が形成されている。上部配線１７の一端部は、コンタクト孔３３に入り込み、コンタクト孔３３内で上部電極１３に接続されている。上部配線１７は、上部電極１３の上方から、圧力室７の外縁を横切って圧力室７の外方に延びている。下部配線１８については、後述する。
【００３０】
絶縁膜１５上には、上部配線１７、下部配線１８および絶縁膜１５を覆うパッシベーション膜２１が形成されている。パッシベーション膜２１は、たとえば、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。パッシベーション膜２１の厚さは、たとえば、８００ｎｍ程度であってもよい。
パッシベーション膜２１には、上部配線１７の一部を露出させるパッド開口３５が形成されている。パッド開口３５は、圧力室７の外方領域に形成されており、たとえば、上部配線１７の先端部（上部電極１３へのコンタクト部の反対側端部）に形成されている。パッシベーション膜２１上には、パッド開口３５を覆う上部電極用パッド４２が形成されている。上部電極用パッド４２は、パッド開口３５に入り込み、パッド開口３５内で上部配線１７に接続されている。下部配線１８に対しても、下部電極用パッド４３（図２、図９参照）が設けられているが、下部電極用パッド４３については後述する。
【００３１】
インク流路５におけるインク流入部６側の端部に対応する位置に、パッシベーション膜２１、絶縁膜１５、水素バリア膜１４、下部電極１１、金属バリア膜８および可動膜形成層１０を貫通するインク供給用貫通孔２２が形成されている。下部電極１１には、インク供給用貫通孔２２を含み、インク供給用貫通孔２２よりも大きな貫通孔２３が形成されている。下部電極１１の貫通孔２３とインク供給用貫通孔２２との隙間には、水素バリア膜１４が入り込んでいる。インク供給用貫通孔２２は、インク流入部６に連通している。
【００３２】
保護基板４は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板４は、圧電素子９を覆うように基板アセンブリＳＡ上に配置されている。保護基板４は、基板アセンブリＳＡに、接着剤５０を介して接合されている。保護基板４は、基板アセンブリＳＡに対向する対向面５１に収容凹所５２を有している。収容凹所５２内に圧電素子９が収容されている。さらに、保護基板４には、インク供給用貫通孔２２に連通するインク供給路５３とパッド４２，４３を露出させるための開口部５４とが形成されている。インク供給路５３および開口部５４は、保護基板４を貫通している。保護基板４上には、インクを貯留したインクタンク（図示せず）が配置されている。
【００３３】
圧電素子９は、可動膜１０Ａおよび金属バリア膜８を挟んで圧力室７に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子９は、金属バリア膜８の圧力室７とは反対側の表面に接するように形成されている。インクタンクからインク供給路５３、インク供給用貫通孔２２、インク流入部６を通って圧力室７にインクが供給されることによって、圧力室７にインクが充填される。可動膜１０Ａは、圧力室７の天面部を区画していて、圧力室７に臨んでいる。可動膜１０Ａは、アクチュエータ基板２における圧力室７の周囲の部分によって支持されており、圧力室７に対向する方向（換言すれば可動膜１０Ａの厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
【００３４】
下部配線１８（図２、図９参照）および上部配線１７は、駆動回路（図示せず）に接続されている。具体的には、上部電極用パッド４２と駆動回路とは、接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。下部電極用パッド４３（図２、図９参照）と駆動回路とは、接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。駆動回路から圧電素子９に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜１２が変形する。これにより、圧電素子９とともに可動膜１０Ａが変形し、それによって、圧力室７の容積変化がもたらされ、圧力室７内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路２０ｂを通って、インク吐出口２０ｃから微小液滴となって吐出される。
【００３５】
図１〜図９を参照して、インクジェットプリントヘッド１の構成についてさらに詳しく説明する。以下の説明において、図１の左側を「左」、図１の右側を「右」、図１の下側を「前」、図１の上側を「後」とそれぞれいうものとする。
図１に示すように、インクジェットプリントヘッド１の平面視形状は、前後方向に長い長方形状である。この実施形態では、アクチュエータ基板２、保護基板４およびノズル基板３の平面形状および大きさは、インクジェットプリントヘッド１の平面形状および大きさとほぼ同じである。
【００３６】
アクチュエータ基板２上には、平面視において、前後方向に間隔をおいてストライプ状に配列された複数の圧電素子９の列（以下「圧電素子列」という）が、左右方向に間隔をおいて複数列分設けられている。この実施形態では、説明の便宜上、圧電素子列は、２列分設けられているものとする。
図２および図３に示すように、アクチュエータ基板２には、圧電素子９毎に、インク流路５（圧力室７）が形成されている。したがって、アクチュエータ基板２には、平面視において、前後方向に間隔をおいてストライプ状に配列された複数のインク流路５（圧力室７）からなるインク流路列（圧力室列）が、左右方向に間隔をおいて２列分設けられている。
【００３７】
図１の左側の圧電素子列に対応するインク流路列のパターンと右側の圧電素子列に対応するインク流路列のパターンとは、それらの列間の中央を結ぶ線分に対して左右対称のパターンとなっている。したがって、左側のインク流路列に含まれるインク流路５においては、インク流入部６が圧力室７に対して右側にあるのに対して、右側のインク流路列に含まれるインク流路５においては、インク流入部６が圧力室７に対して左側にある。したがって、左側のインク流路列と右側のインク流路列とでは、インク流通方向４１は互いに逆方向になる。
【００３８】
各インク流路列の複数のインク流路５毎に、インク供給用貫通孔２２が設けられている。インク供給用貫通孔２２は、インク流入部６上に配置されている。したがって、左側のインク流路列に含まれるインク流路５に対するインク供給用貫通孔２２は、インク流路５の右端部上に配置され、右側のインク流路列に含まれるインク流路５に対するインク供給用貫通孔２２は、インク流路５の左端部上に配置されている。
【００３９】
各インク流路列において、複数のインク流路５は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ〜３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各インク流路５は、インク流通方向４１に沿って細長く延びている。インク流路５は、インク供給用貫通孔２２に連通するインク流入部６とインク流入部６に連通する圧力室７とからなる。圧力室７は、平面視において、インク流通方向４１に沿って細長く延びた長方形形状を有している。つまり、圧力室７の天面部は、インク流通方向４１に沿う２つの側縁と、インク流通方向４１に直交する方向に沿う２つの端縁とを有している。インク流入部６は、平面視で圧力室７とほぼ同じ幅を有している。インク流入部６における圧力室７とは反対側の端部の内面は、平面視で半円形に形成されている。インク供給用貫通孔２２は、平面視において、円形状である（特に図３参照）。
【００４０】
圧電素子９は、平面視において、圧力室７（可動膜１０Ａ）の長手方向に長い矩形形状を有している。圧電素子９の長手方向の長さは、圧力室７（可動膜１０Ａ）の長手方向の長さよりも短い。図３に示すように、圧電素子９の短手方向に沿う両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電素子９の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電素子９の長手方向に沿う両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
【００４１】
下部電極１１は、可動膜形成層１０の表面の周縁部を除いて、可動膜形成層１０の表面のほぼ全域に形成されている。下部電極１１は、複数の圧電素子９に対して共用される共通電極である。下部電極１１は、圧電素子９を構成する平面視矩形状の主電極部１１Ａと、主電極部１１Ａから可動膜形成層１０の表面に沿う方向に引き出され、圧力室７の天面部の周縁の外方に延びた延長部１１Ｂとを含んでいる。
【００４２】
主電極部１１Ａの長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。主電極部１１Ａの両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、主電極部１１Ａの短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。主電極部１１Ａの両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。延長部１１Ｂは、下部電極１１の全領域のうち主電極部１１Ａを除いた領域である。
【００４３】
上部電極１３は、平面視において、下部電極１１の主電極部１１Ａと同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、上部電極１３の長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。上部電極１３の両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、上部電極１３の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。上部電極１３の両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
【００４４】
圧電体膜１２は、平面視において、上部電極１３と同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、圧電体膜１２の長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。圧電体膜１２の両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電体膜１２の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電体膜１２の両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。圧電体膜１２の下面は下部電極１１の主電極部１１Ａの上面に接しており、圧電体膜１２の上面は上部電極１３の下面に接している。
【００４５】
上部配線１７は、圧電素子９の一端部（インク流通方向４１の下流側の端部）の上面からそれに連なる圧電素子９の端面に沿って延び、さらに下部電極１１の延長部１１Ｂの表面に沿って、インク流通方向４１に沿う方向に延びている。上部配線１７の先端部は、保護基板４の開口部５４内に配置されている。
パッシベーション膜２１には、上部配線１７の先端部表面の中央部を露出させる上部電極用パッド開口３５が形成されている。パッシベーション膜２１上に、上部電極用パッド開口３５を覆うように上部電極用パッド４２が設けられている。上部電極用パッド４２は、上部電極用パッド開口３５内で上部配線１７に接続されている。左側の圧電素子列内の複数の圧電素子９に対応する複数の上部電極用パッド４２は、図１に示すように、平面視で、左側の圧電素子列の左側において、前後方向に一列状に並んで配置されている。また、右側の圧電素子列内の複数の圧電素子９に対応する複数の上部電極用パッド４２は、平面視で、右側の圧電素子列の右側において、前後方向に一列状に並んで配置されている。
【００４６】
図１、図２、図３および図９を参照して、下部配線１８は、平面視において、左側の上部電極用パッド列の後方位置および右側の上部電極用パッド列の後方位置にそれぞれ配置されている。下部配線１８は、平面視で四角形状である。下部配線１８の下方には、下部電極１１の延長部１１Ｂが存在している。下部配線１８と下部電極１１の延長部１１Ｂとの間において、水素バリア膜１４および絶縁膜１５を連続して貫通するコンタクト孔３４が形成されている。下部配線１８は、コンタクト孔３４に入り込み、コンタクト孔３４内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
【００４７】
パッシベーション膜２１には、下部配線１８の表面の中央部を露出させるパッド開口３６が形成されている。パッシベーション膜２１上には、パッド開口３６を覆う下部電極用パッド４３が形成されている。下部電極用パッド４３は、パッド開口３６に入り込み、パッド開口３６内で下部配線１８に接続されている。
図１、図２および図４に示すように、保護基板４には、左側のインク流路列に対する複数のインク供給用貫通孔２２に連通する複数のインク供給路５３（以下、「第１のインク供給路５３」という場合がある）と、右側のインク流路列に対する複数のインク供給用貫通孔２２に連通する複数のインク供給路５３（以下、「第２のインク供給路５３」という場合がある）とが形成されている。第１のインク供給路５３は、平面視において、保護基板４の幅中央に対して左側にずれた位置に、前後方向に間隔をおいて１列状に配置されている。第２のインク供給路５３は、平面視において、保護基板４の幅中央に対して右側にずれた位置に、前後方向に間隔をおいて１列状に配置されている。インク供給路５３は、平面視において、アクチュエータ基板２側のインク供給用貫通孔２２と同じパターンの円形状である。インク供給路５３は、平面視でインク供給用貫通孔２２に整合している。
【００４８】
また、保護基板４には、左側の圧電素子列に対応した全ての上部電極用パッド４２および左側の下部電極用パッド４３を露出させるための開口部５４が形成されている。また、保護基板４には、右側の圧電素子列に対応した全ての上部電極用パッド４２および右側の下部電極用パッド４３を露出させるための開口部５４が形成されている。これらの開口部５４は、平面視において、前後方向に長い矩形状である。
【００４９】
図１２は、保護基板の図２に示される領域の底面図である。
図４、図８および図１２に示すように、保護基板４の対向面５１には、各圧電素子列内の圧電素子９に対向する位置に、それぞれ収容凹所５２が形成されている。各収容凹所５２に対してインク流通方向４１の上流側にインク供給路５３が配置され、下流側に開口部５４が配置されている。各収容凹所５２は、平面視において、対応する圧電素子９の上部電極１３のパターンよりも少し大きな矩形状に形成されている。そして、各収容凹所５２に、対応する圧電素子９が収容されている。
【００５０】
図１０は、前記インクジェットプリントヘッドの絶縁膜のパターン例を示す図解的な平面図である。図１１は、前記インクジェットプリントヘッドのパッシベーション膜のパターン例を示す図解的な平面図である。
この実施形態では、絶縁膜１５およびパッシベーション膜２１は、アクチュエータ基板２上において、平面視で保護基板４の収容凹所５２の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、絶縁膜１５には、インク供給用貫通孔２２およびコンタクト孔３４が形成されている。この領域において、パッシベーション膜２１には、インク供給用貫通孔２２、パッド開口３５，３６が形成されている。
【００５１】
保護基板４の収容凹所５２の内側領域においては、絶縁膜１５およびパッシベーション膜２１は、上部配線１７が存在する一端部（上部配線領域）にのみ形成されている。この領域において、パッシベーション膜２１は、絶縁膜１５上の上部配線１７の上面および側面を覆うように形成されている。換言すれば、絶縁膜１５およびパッシベーション膜２１には、平面視で収容凹所５２の内側領域のうち、上部配線領域を除いた領域に、開口３７が形成されている。絶縁膜１５には、さらに、コンタクト孔３３が形成されている。
【００５２】
インクジェットプリントヘッド１の製造方法の概要について説明する。
図１３は、アクチュエータ基板の元基板としての半導体ウエハの平面図であり、一部の領域を拡大して示してある。
アクチュエータ基板２の元基板としての半導体ウエハ（アクチュエータウエハ）１００は、例えばシリコンウエハからなる。アクチュエータウエハ１００の表面１００ａは、アクチュエータ基板の表面２ａに対応している。アクチュエータウエハ１００の表面１００ａには、複数の機能素子形成領域１０１がマトリクス状に配列されて設定されている。隣接する機能素子形成領域１０１の間には、スクライブ領域（境界領域）１０２が設けられている。スクライブ領域１０２は、ほぼ一定の幅を有する帯状の領域であり、直交する二方向に延びて格子状に形成されている。スクライブ領域１０２には、切断予定線１０３が設定されている。アクチュエータウエハ１００に対して必要な工程を行うことにより、インク流路５は形成されていないが、各機能素子形成領域１０１上に基板アセンブリＳＡの構成が形成された基板アセンブリ集合体（ＳＡ集合体）１１０が作成される。
【００５３】
基板アセンブリ集合体１１０の各機能素子形成領域１０１に対応した複数の保護基板４を一体的に含む保護基板集合体１３０（図１４Ｋ参照）が予め用意されている。保護基板集合体１３０は、保護基板４の元基板としての半導体ウエハ（保護基板用ウエハ）に対して必要な工程を行うことにより作成される。保護基板用ウエハは、例えばシリコンウエハからなる。
【００５４】
また、基板アセンブリ集合体１１０の各機能素子形成領域１０１に対応した複数のノズル基板３を一体的に含むノズル基板集合体１５０（図１４Ｍおよび図１５Ｅ参照）が予め用意される。ノズル基板集合体１５０は、ノズル基板３の元基板としての半導体ウエハ（ノズルウエハ）に対して必要な工程を行うことにより作成される。ノズルウエハは、例えばシリコンウエハからなる。ノズル基板集合体１５０は、図１４Ｍおよび図１５Ｅに示すように、ノズルウエハ１４０と、ノズルウエハ１４０の一表面に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜１４１と、酸化シリコン膜１４１の表面に形成されたシリコン膜１４２とからなる。
【００５５】
基板アセンブリ集合体１１０が作成されると、基板アセンブリ集合体１１０に保護基板集合体１３０が接合される。次に、基板アセンブリ集合体１１０に、インク流路５が形成される。次に、基板アセンブリ集合体１１０にノズル基板集合体１５０が接合される。これにより、基板アセンブリ集合体１１０と、保護基板集合体１３０と、ノズル基板集合体１５０とからなるインクジェットプリントヘッド集合体１７０が得られる。この後、インクジェットプリントヘッド集合体１７０は、切断予定線１０３に沿ってダイシングブレードにより切断（ダイシング）される。これによって、機能素子形成領域１０１を含む個々のインクジェットプリントヘッド（チップ）１が切り出される。インクジェットプリントヘッド１は、周縁部にスクライブ領域１０２を有し、スクライブ領域１０２に囲まれた中央領域に機能素子形成領域１０１を有することになる。
【００５６】
以下、インクジェットプリントヘッド１の製造方法を具体的に説明する。
図１４Ａ〜図１４Ｍは、インクジェットプリントヘッド１の製造工程を示す断面図であり、図４の切断面に対応する断面図である。
まず、図１４Ａに示すように、アクチュエータウエハ１００を用意する。ただし、アクチュエータウエハ１００としては、最終的なアクチュエータ基板２の厚さよりも厚いものが用いられる。そして、アクチュエータウエハ１００の表面１００ａに可動膜形成層１０が形成される。具体的には、アクチュエータウエハ１００の表面１００ａに酸化シリコン膜（たとえば、１．２μｍ厚）が形成される。可動膜形成層１０が、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜で構成される場合には、アクチュエータ基板２の表面にシリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、シリコン膜上に酸化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成される。
【００５７】
次に、可動膜形成層１０上に、金属バリア膜８が形成される。金属バリア膜８は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３膜（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚）からなる。金属バリア膜８は、後に形成される圧電体膜１２からの金属原子の抜け出しを防ぐ。金属電子が抜け出すと、圧電体膜１２の圧電特性が悪くなるおそれがある。また、抜け出した金属原子が可動膜１０Ａを構成するシリコン層に混入すると可動膜１０Ａの耐久性が悪化するおそれがある。
【００５８】
次に、図１４Ｂに示すように、金属バリア膜８に、下部電極１１の材料層である下部電極膜７１が形成される。下部電極膜７１は、たとえば、Ｔｉ膜（たとえば１０ｎｍ〜４０ｎｍ厚）を下層としＰｔ膜（たとえば１０ｎｍ〜４００ｎｍ厚）を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。このような下部電極膜７１は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、圧電体膜１２の材料である圧電体材料膜７２が下部電極膜７１上の全面に形成される。具体的には、たとえば、ゾルゲル法によって１μｍ〜３μｍ厚の圧電体材料膜７２が形成される。このような圧電体材料膜７２は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。
【００５９】
次に、圧電体材料膜７２の全面に上部電極１３の材料である上部電極膜７３が形成される。上部電極膜７３は、たとえば、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよい。上部電極膜７３は、たとえば、ＩｒＯ２膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を下層とし、Ｉｒ膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を上層とするＩｒ０２／Ｉｒ積層膜であってもよい。このような上部電極膜７３は、スパッタ法で形成されてもよい。
【００６０】
次に、図１４Ｃおよび図１４Ｄに示すように、上部電極膜７３、圧電体材料膜７２および下部電極膜７１のパターニングが行われる。まず、フォトリソグラフィによって、上部電極１３のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図１４Ｃに示すように、このレジストマスクをマスクとして、上部電極膜７３および圧電体材料膜７２が連続してエッチングされることにより、所定パターンの上部電極１３および圧電体膜１２が形成される。
【００６１】
次に、レジストマスクが剥離された後、フォトリソグラフィによって、下部電極１１のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図１４Ｄに示すように、このレジストマスクをマスクとして、下部電極膜７１がエッチングされることにより、所定パターンの下部電極１１が形成される。これにより、主電極部１１Ａと、貫通孔２３を有する延長部１１Ｂとからなる下部電極１１が形成される。このようにして、下部電極１１の主電極部１１Ａ、圧電体膜１２および上部電極１３からなる圧電素子９が形成される。
【００６２】
次に、図１４Ｅに示すように、レジストマスクが剥離された後、全面を覆う水素バリア膜１４が形成される。水素バリア膜１４は、スパッタ法で形成されたＡｌ２Ｏ３膜であってもよく、その膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。この後、水素バリア膜１４上の全面に絶縁膜１５が形成される。絶縁膜１５は、ＳｉＯ２膜であってもよく、その膜厚は、２００ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。続いて、絶縁膜１５および水素バリア膜１４が連続してエッチングされることにより、コンタクト孔３３，３４が形成される。
【００６３】
次に、図１４Ｆに示すように、コンタクト孔３３，３４内を含む絶縁膜１５上に、スパッタ法によって、上部配線１７および下部配線１８を構成する配線膜が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、上部配線１７および下部配線１８が同時に形成される。
次に、図１４Ｇに示すように、絶縁膜１５の表面に各配線１７，１８を覆うパッシベーション膜２１が形成される。パッシベーション膜２１は、例えば、ＳｉＮからなる。パッシベーション膜２１は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
【００６４】
次に、フォトリソグラフィによってパッド開口３５，３６に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、パッシベーション膜２１がエッチングされる。これにより、図１４Ｈに示すように、パッシベーション膜２１にパッド開口３５，３６が形成される。レジストマスクが剥離された後に、パッシベーション膜２１上にパッド開口３５，３６を介して、それぞれ上部電極用パッド４２および下部電極用パッド４３が形成される。
【００６５】
次に、フォトリソグラフィによって開口３７およびインク供給用貫通孔２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、パッシベーション膜２１および絶縁膜１５が連続してエッチングされる。これにより、図１４Ｉに示すように、パッシベーション膜２１および絶縁膜１５に、開口３７およびインク供給用貫通孔２２が形成される。
【００６６】
次に、レジストマスクが剥離される。そして、フォトリソグラフィによってインク供給用貫通孔２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、水素バリア膜１４、金属バリア膜８および可動膜形成層１０がエッチングされる。これにより、図１４Ｊに示すように、水素バリア膜１４、金属バリア膜８および可動膜形成層１０に、インク供給用貫通孔２２が形成される。これにより、基板アセンブリ集合体１１０が作成される。
【００６７】
次に、図１４Ｋに示すように、保護基板集合体１３０の対向面５１に接着剤５０が塗布され、インク供給路５３とそれに対応するインク供給用貫通孔２２とが一致するように、基板アセンブリ集合体１１０に保護基板集合体１３０が固定される。
次に、図１４Ｌに示すように、アクチュエータウエハ１００を薄くするための裏面研削が行われる。アクチュエータウエハ１００が裏面１００ｂから研磨されることにより、アクチュエータウエハ１００が薄膜化される。たとえば、初期状態で６７０μｍ厚程度のアクチュエータウエハ１００が、３００μｍ厚程度に薄型化されてもよい。この後、アクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂ側に、フォトリソグラフィによってインク流路５（インク流入部６および圧力室７）に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、アクチュエータウエハ１００が裏面１００ｂからエッチングされる。これにより、アクチュエータウエハ１００に、インク流路５（インク流入部６および圧力室７）が形成される。
【００６８】
このエッチングの際、可動膜形成層１０の表面に形成された金属バリア膜８は、圧電体膜１２から金属元素（ＰＺＴの場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）が抜け出すことを防止し、圧電体膜１２の圧電特性を良好に保つ。また、前述のとおり、金属バリア膜８は、可動膜１０Ａを形成するシリコン層の耐久性の維持に寄与する。
この後、図１４Ｍに示すように、ノズル基板集合体１５０がアクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂに張り合わされる。この際、ノズル基板集合体１５０におけるシリコン膜１４２の表面には、粘着面を有する支持テープ１４３が貼着される。これにより、基板アセンブリ集合体１１０と、保護基板集合体１３０と、ノズル基板集合体１５０とからなり、支持テープ１４３が貼着されたインクジェットプリントヘッド集合体１７０が得られる。この後、支持テープ１４３が貼着された状態で、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が、保護基板集合体１３０側から、切断予定線１０３に沿ってダイシングブレードにより切断される。ただし、支持テープ１４３は切断されない。これにより、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が、複数のインクジェットプリントヘッド１に個片化される。ただし、個片化された複数のインクジェットプリントヘッド１は、支持テープ１４３に貼着された状態となる。
【００６９】
この個片化の工程が完了すると、基板アセンブリ集合体１１０におけるアクチュエータウエハ１００は、個々のインクジェットプリントヘッド１のアクチュエータ基板２となる。また、保護基板集合体１３０は、個々のインクジェットプリントヘッド１の保護基板４となる。また、ノズル基板集合体１５０におけるノズルウエハ１４０、酸化シリコン膜１４１およびシリコン膜１４２は、それぞれ、個々のインクジェットプリントヘッド１のノズル基板３におけるシリコン基板３０、酸化シリコン膜３１およびシリコン膜３２となる。支持テープ１４３に貼着されている複数のインクジェットプリントヘッド１は、最終的には支持テープ１４３から分離される。こうして、図１〜図９に示す構造のインクジェットプリントヘッド１が得られる。
【００７０】
このようにして得られたインクジェットプリントヘッド１では、アクチュエータ基板２の側面およびノズル基板３の側面は、平面視において全方位で面一（全周囲にわたって面一）となる。つまり、この実施形態では、アクチュエータ基板２とノズル基板３との間に段差のないインクジェットプリントヘッド１が得られる。また、この実施形態では、アクチュエータ基板２の側面および保護基板４の側面も、平面視において全方位で面一（全周囲にわたって面一）となる。つまり、この実施形態では、アクチュエータ基板２と保護基板４との間にも段差のないインクジェットプリントヘッド１が得られる。
【００７１】
この実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造方法では、保護基板集合体１３０が固定された基板アセンブリ集合体１１０にノズル基板集合体１５０が接合されることにより、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が作成される。そして、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が、ダイシングされることにより、インクジェットプリントヘッド１が個別に切り出される。このため、たとえば、個々の基板アセンブリＳＡを製造した後に、個々の基板アセンブリＳＡにノズル基板３を個別に接合してインクジェットプリントヘッドを製造する場合に比べて、インクジェットプリントヘッド１を効率よく製造することができるようになる。
【００７２】
図１５Ａ〜図１５Ｃは、ノズル基板集合体１５０の製造工程を模式的に示す断面図であって、インク流通方向に直交しかつノズル孔の中心を通過するような切断線に沿う断面図ある。
まず、図１５Ａに示すように、第１表面１４０ａおよび第２表面１４０ｂを有するシリコンウエハ（ノズルウエハ）１４０と、シリコンウエハ１４０の第２表面１４０ｂに形成された酸化シリコン膜（酸化膜）１４１と、酸化シリコン膜１４１の表面に形成されたシリコン膜（半導体膜）１４２とを含む積層膜が用意される。このような積層膜としては、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハを用いることができる。
【００７３】
次に、図１５Ｂに示すように、積層膜のシリコン膜１４２側の表面からシリコン膜１４２に達するインク吐出通路２０ｂが形成される。インク吐出通路２０ｂを形成する工程の詳細については、後述する。
次に、図１５Ｃに示すように、エッチングガスを変更して、酸化シリコン膜１４１をエッチングすることにより、インク吐出通路２０ｂに連通する連通孔２０ｄを酸化シリコン膜１４１に形成する。
【００７４】
次に、図１５Ｄに示すように、シリコンウエハ１４０の第１表面１４０ａ側からシリコンウエハ１４０を貫通し、連通孔２０ｄと連通する第１凹部２０ａ１が形成される。第１凹部２０ａ１は、例えば、次のようにして形成される。まず、シリコンウエハ１４０の第１表面１４０ａに、凹部２０ａに対応する開口を有するレジストマスクが形成される。次に、このレジストマスクをマスクとして、シリコンウエハ１４０がエッチング（ドライエッチング）される。
【００７５】
次に、図１５Ｅに示すように、エッチングガスを変更して、酸化シリコン膜１４１に、第１凹部２０ａ１に連通する第２凹部２０ａ２を形成する。この後、アッシング処理によって、レジストマスクが剥離される。
図１６Ａ〜図１６Ｅを参照して、図１５Ｂのインク吐出通路２０ｂを形成する工程の詳細について説明する。なお、図１６Ａ〜図１６Ｅは、図１５Ｂに対して上下が反対である。
【００７６】
まず、図１６Ａに示すように、シリコン膜１４２の酸化シリコン膜１４１側とは反対側の表面にインク吐出通路２０ｂに対応する開口１４７ａを有するレジストマスク１４７が形成され、このレジストマスク１４７をマスクとして、シリコン膜１４２が所定時間だけエッチングされる。エッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６（六フッ化硫黄）が用いられる。
【００７７】
次に、図１６Ｂに示すように、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）等のテフロン（登録商標）系のガスを用いて、エッチング面を含む表面全体に、側壁保護膜（デポジション膜）１４８が形成される。
次に、図１６Ｃに示すように、シリコンウエハ１４０、酸化シリコン膜１４１およびシリコン膜１４２からなる積層膜にバイアスをかけた状態で、エッチングが所定時間だけ行われることにより、側壁保護膜１４８の底面部が除去される。エッチングガスは、前述のエッチングガスと同じである。
【００７８】
次に、図１６Ｄに示すように、側壁保護膜１４８から露出したシリコン膜１４２のエッチングが所定時間だけ行われる。
次に、図１６Ｂ〜図１６Ｃの工程と同様な工程（側壁保護膜の形成、側壁保護膜の底面部の除去およびシリコン膜のエッチング）が、少なくとも１サイクル分行われる。この実施形態では、説明の便宜上、図１６Ｂ〜図１６Ｃの工程と同様な工程が１サイクル分のみ行われるとしている。ただし、実際には、図１６Ｂ〜図１６Ｃの工程と同様な工程が、数十サイクル分行われることが多い。この後、アッシング処理によって、レジストマスク１４７および側壁保護膜１４８が除去される。これにより、図１６Ｅに示すように、シリコン膜１４２を貫通し、酸化シリコン膜１４１に達するインク吐出通路２０ｂが形成される。
【００７９】
図１７Ａ〜図１７Ｇは、図１５Ｂの工程の比較例を図解的に示す断面図である。
まず、図１７Ａに示すように、シリコン膜１４２の酸化シリコン膜１４１側とは反対側の表面にインク吐出通路２０ｂに対応する開口１４７ａを有するレジストマスク１４７が形成される。そして、レジストマスク１４７の表面および開口１４７ａの内面（側面および底面）を覆うように側壁保護膜（デポジション膜）１４８が形成される。
【００８０】
次に、図１７Ｂに示すように、側壁保護膜１４８の底面部（開口１４７ａの底面上の側壁保護膜）を除去するために、シリコンウエハ１４０、酸化シリコン膜１４１およびシリコン膜１４２からなる積層膜にバイアスをかけた状態で、エッチングが所定時間だけ行われる。
ボッシュプロセスにおいて最初のエッチング開始時には、側壁保護膜１４８のデポジション・レートが高く、側壁保護膜１４８のエッチングレートが低い。このため、側壁保護膜１４８の底面部を除去するための最初のエッチング工程において、レジストマスク１４７の開口１４７ａの底面上の側壁保護膜（シリコン膜１４２の表面上の側壁保護膜）１４８が完全に除去されずに、一部が残るといったことが起こりやすい。側壁保護膜１４８の底面部を除去するための最初のエッチング工程において、レジストマスク１４７の開口１４７ａの底面上の側壁保護膜１４８が完全に除去された場合を正常時といい、レジストマスク１４７の開口１４７ａの底面上の側壁保護膜１４８が完全に除去されない場合を異常時ということにする。
【００８１】
図１７Ｂでは、レジストマスク１４７の開口１４７ａの底面上の側壁保護膜１４８が完全に除去されずに、側壁保護膜１４８の薄膜が残った例を示している。つまり、図１７Ｂは、異常時の状態を示している。
次に、図１７Ｃに示すように、シリコン膜１４２に対するエッチングが所定時間だけ行われる。このエッチングによって、レジストマスク１４７の開口１４７ａの底面上に残っていた側壁保護膜１４８の薄膜が除去されるとともに、シリコン膜１４２もエッチングされる。しかしながら、シリコン膜１４２のエッチング量は、正常時に比べて減少する。つまり、シリコン膜１４２に最初に形成される凹部の直径および深さが、正常時に比べて小さくなる。正常時においてシリコン膜１４２に最初に形成される凹部の底面を一点鎖線Ｃで示す。
【００８２】
次に、図１７Ｄに示すように、エッチング面を含む表面全体に、側壁保護膜１４８が形成される。
次に、図１７Ｅに示すように、積層膜にバイアスをかけた状態で、エッチングが所定時間だけ行われることにより、側壁保護膜１４８の底面部が除去される。
次に、図１７Ｆに示すように、側壁保護膜１４８から露出したシリコン膜１４２のエッチングが所定時間だけ行われる。
【００８３】
次に、図１７Ｄ〜図１７Ｆの工程と同様な工程（側壁保護膜の形成、側壁保護膜の底面部の除去およびシリコン膜のエッチング）が少なくとも１サイクル分行われる。ここでは、図１７Ｄ〜図１７Ｆの工程と同様な工程が１サイクル分だけ行われた例を示している。ただし、実際には、図１６Ｂ〜図１６Ｃの工程と同様な工程が、数十サイクル分行われることが多い。この後、アッシング処理を行って、レジストマスク１４７および側壁保護膜１４８を除去する。これにより、図１７Ｇに示すように、シリコン膜１４２にインク吐出通路２０ｂが形成される。
【００８４】
このように、比較例では、側壁保護膜の底面部を除去するための最初のエッチング工程において、レジストマスク１４７の開口１４７ａの底面上の側壁保護膜１４８が完全に除去されずに、一部が残るといったことが起こりやすい。そうすると、シリコン膜の最初のエッチング工程において、シリコン膜１４２に形成される凹部の直径および深さが、正常時に比べて小さくなる。この結果、最終的に得られるインク吐出通路２０ｂのインク吐出口２０ｃの大きさは、正常時に比べて小さくなってしまう。また、インク吐出通路２０ｂの側壁のインク吐出口２０ｃ側の角部の断面形状は、図１７Ｇに示すように、くちばし状の鋭利な形状となる。つまり、インク吐出通路２０ｂの側壁のインク吐出口２０ｃ側の角部は、鋭角なエッジ部となる。
【００８５】
前述したように、ノズル基板集合体１５０におけるシリコン膜１４２側表面には、個片化された複数のインクジェットプリントヘッドを保持するために支持テープ１４３が貼着される。この支持テープ１４３は、最終的には個々のインクジェットプリントヘッドから剥がされる。この際、インク吐出通路２０ｂの側壁のインク吐出口２０ｃ側の鋭角なエッジ部によって支持テープ１４３の粘着剤が剥ぎ取られ、異物となって当該エッジ部に付着してしまう。
【００８６】
比較例に比べて、図１６Ａ〜図１６Ｅに示す本実施形態のインク吐出通路２０ｂの形成方法では、図６および図１６Ｅに示すように、インク吐出通路２０ｂのインク吐出口２０ｃの大きさが適切な大きさに対して小さくなるのを抑制できるとともに、インク吐出通路２０ｂのインク吐出口２０ｃの開口縁部が鋭利な形状になるのを抑制できる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の実施形態で実施することもできる。例えば、図１５Ｃの第１凹部２０ａ１を形成する工程においても、図１５Ｂのインク吐出通路２０ｂを形成する工程と同様な方法を用いて、第１凹部２０ａ１を形成してもよい。
【００８７】
また、アクチュエータ基板２には、圧電体素子列（圧力室列）は２列分設けられているが、圧電体素子列（圧力室列）は１列分のみ設けられていてもよいし、３列分以上設けられていてもよい。
また、前述の実施形態では、水素バリア膜１４の表面の一部に絶縁膜１５が形成されているが、水素バリア膜１４の表面の全域に絶縁膜１５が形成されていてもよい。
【００８８】
また、前述の実施形態では、水素バリア膜１４表面の一部に絶縁膜１５が形成されているが、絶縁膜１５はなくてもよい。
また、前述の実施形態では、圧電体膜の材料としてＰＺＴを例示したが、そのほかにも、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などに代表される金属酸化物からなる圧電材料が適用されてもよい。
【００８９】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  インジットプリントヘッド
２  アクチュエータ基板
２ａ  表面
２ｂ  裏面
３  ノズル基板
４  保護基板
５  インク流路
６  インク流入部
７  圧力室（キャビティ）
８  金属バリア膜
９  圧電素子
１０  可動膜形成層
１０Ａ  可動膜
１１  下部電極
１１Ａ  主電極部
１１Ｂ  延長部
１２  圧電体膜
１３  上部電極
１４  水素バリア膜
１５  絶縁膜
１７  上部配線
１８  下部配線
２０  ノズル孔
２０ａ  凹部
２０ａ１  第１凹部
２０ａ２  第２凹部
２０ｂ  インク吐出通路
２０ｃ  インク吐出口
２１  パッシベーション膜
２２  インク供給用貫通孔
２３  貫通孔（下部電極）
３０  シリコン基板
３１  酸化シリコン膜
３２  シリコン膜
３３  コンタクト孔（上部配線）
３４  コンタクト孔（下部配線）
３５  パッド開口（上部配線）
３６  パッド開口（下部配線）
３７  開口（絶縁膜およびパッシベーション膜）
４１  インク流通方向
４２  上部電極用パッド
４３  下部電極用パッド
５０  接着剤
５１  対向面
５２  収容凹所
５３  インク供給路
５４  開口部
７１  下部電極膜
７２  圧電体材料膜
７３  上部電極膜
１００  アクチュエータウエハ
１００ａ  表面
１００ｂ  裏面
１０１  機能素子形成領域
１０２  スクライブ領域
１０３  切断予定線
１１０  基板アセンブリ集合体
１３０  保護基板集合体
１４０  ノズルウエハ
１４１  酸化シリコン膜
１４２  シリコン膜
１４３  支持テープ
１４７  レジストマスク
１４７ａ  開口
１５０  ノズル基板集合体       
１７０  インクジェットプリントヘッド集合体
ＳＡ  基板アセンブリ
【図１】
2018051833.tif 000003
【図２】
2018051833.tif 000004
【図３】
2018051833.tif 000005
【図４】
2018051833.tif 000006
【図５】
2018051833.tif 000007
【図６】
2018051833.tif 000008
【図７】
2018051833.tif 000009
【図８】
2018051833.tif 000010
【図９】
2018051833.tif 000011
【図１０】
2018051833.tif 000012
【図１１】
2018051833.tif 000013
【図１２】
2018051833.tif 000014
【図１３】
2018051833.tif 000015
【図１４Ａ】
2018051833.tif 000016
【図１４Ｂ】
2018051833.tif 000017
【図１４Ｃ】
2018051833.tif 000018
【図１４Ｄ】
2018051833.tif 000019
【図１４Ｅ】
2018051833.tif 000020
【図１４Ｆ】
2018051833.tif 000021
【図１４Ｇ】
2018051833.tif 000022
【図１４Ｈ】
2018051833.tif 000023
【図１４Ｉ】
2018051833.tif 000024
【図１４Ｊ】
2018051833.tif 000025
【図１４Ｋ】
2018051833.tif 000026
【図１４Ｌ】
2018051833.tif 000027
【図１４Ｍ】
2018051833.tif 000028
【図１５Ａ】
2018051833.tif 000029
【図１５Ｂ】
2018051833.tif 000030
【図１５Ｃ】
2018051833.tif 000031
【図１５Ｄ】
2018051833.tif 000032
【図１５Ｅ】
2018051833.tif 000033
【図１６Ａ】
2018051833.tif 000034
【図１６Ｂ】
2018051833.tif 000035
【図１６Ｃ】
2018051833.tif 000036
【図１６Ｄ】
2018051833.tif 000037
【図１６Ｅ】
2018051833.tif 000038
【図１７Ａ】
2018051833.tif 000039
【図１７Ｂ】
2018051833.tif 000040
【図１７Ｃ】
2018051833.tif 000041
【図１７Ｄ】
2018051833.tif 000042
【図１７Ｅ】
2018051833.tif 000043
【図１７Ｆ】
2018051833.tif 000044
【図１７Ｇ】
2018051833.tif 000045