(57)【要約】【課題】撥水膜に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさが、シリコン基板に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさとほぼ等しいノズル基板を提供する。【解決手段】ノズル孔２０は、シリコン基板３０の一方の表面に形成されかた凹部２０ａと、凹部２０ａの底面に形成され、凹部２０ａの底壁を貫通するインク吐出通路２０ｂとからなる。インク吐出通路２０ｂは、シリコン基板３０における凹部２０ａの底壁を貫通する第１インク吐出通路２０ｂ１と、密着層３１を貫通する第２インク吐出通路２０ｂ２と、撥水膜３２を貫通する第３インク吐出通路２０ｂ３とからなる。第３インク吐出通路２０ｂ３の内周面は、シリコン基板３０の表面に対してほぼ垂直である。【選択図】図５
2018086810.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表面を有する主基板と、前記主基板の前記第２表面に形成された密着層と、前記密着層における前記主基板側とは反対側の表面に形成された撥水膜とを含み、
前記ノズル孔は、前記主基板の前記第１表面に形成された凹部と、前記凹部の底面に形成され、前記凹部の底壁を貫通するインク吐出通路とからなり、
前記インク吐出通路は、前記主基板における前記凹部の底壁を貫通する第１インク吐出通路と、前記第１インク吐出通路に連通しかつ前記密着層を貫通する第２インク吐出通路と、前記第２インク吐出通路に連通しかつ前記撥水膜を貫通する第３インク吐出通路とからなり、
前記第３インク吐出通路の横断面積が前記第１インク吐出通路の横断面積とほぼ等しくかつ、前記第３インク吐出通路の内周面が、前記主基板の第２表面に対してほぼ垂直である、ノズル基板。
【請求項２】
平面視において、前記撥水膜に形成された前記第３インク吐出通路の内周面は、前記主基板に形成された第１インク吐出通路の内周面に対して外方に後退しており、その後退量が１．５μｍ以下である、請求項１に記載のノズル基板。
【請求項３】
前記凹部は、前記主基板の前記第１表面側から前記第２表面側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台形状である、請求項１または２に記載のノズル基板。
【請求項４】
前記凹部は、円柱状である、請求項１または２に記載のノズル基板。
【請求項５】
前記主基板はシリコン基板であり、前記密着層はＳｉＯＣ層であり、撥水膜がＦＤＴＳ膜からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のノズル基板。
【請求項６】
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、
前記ノズル基板は、前記請求項１〜５のいずれか一項に記載のノズル基板であり、前記主基板の前記第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７】
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６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
第１表面および第２表面を有し、前記第１表面に開口する凹部と前記凹部の底壁を貫通しかつ前記第２表面に開口する第１インク吐出通路とを有する主基板を形成する第１工程と、
前記主基板の前記第１表面に第１サポート基板を貼り付けた後、前記第２表面、前記凹部の内面および前記第１インク吐出通路の内面を含む前記主基板の露出面上に、密着層および撥水膜をその順番で形成する第２工程と、
前記主基板の前記第２表面に前記密着層および前記撥水膜を介して第２サポート基板を貼り付けた後、前記第１サポート基板を前記主基板から分離する第３工程と、
前記主基板における前記凹部の内面上および前記第１インク吐出通路の内面上に形成された前記密着層および前記撥水膜を、酸素プラズマアッシングによって除去することにより、前記第２表面上の前記密着層および前記撥水膜に、それぞれ、前記第１インク吐出通路に連通する第２インク吐出通路および第３インク吐出通路を形成する第４工程とを含む、ノズル基板の製造方法。
【請求項９】
前記第２工程において、前記主基板の前記第１表面への前記第１サポート基板の貼り付けは、前記主基板の前記第１表面に、第１耐熱保護テープおよび第１熱剥離テープをその順に介して前記第１サポート基板が貼り付けられることにより行われ、
前記第３工程において、前記主基板の前記第２表面への前記第２サポート基板の貼り付けは、前記主基板の前記第２表面上の前記撥水膜の表面に、第２耐熱保護テープおよび第２熱剥離テープをその順に介して前記第２サポート基板が貼り付けられることにより行われる、請求項８に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１０】
前記凹部は、前記主基板の前記第１表面側から前記第２表面側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台形状である、請求項８または９に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１１】
前記凹部は、円柱状である、請求項８または９に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１２】
前記第１、第２および第３インク吐出通路は、横断面が円形状である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１３】
前記主基板はシリコン基板であり、前記密着層はＳｉＯＣ層であり、撥水膜がＦＤＴＳ膜からなる、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
【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、シリコン基板と、シリコン基板の一方の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撥水膜とからなり、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。撥水膜は、フッ素系ポリマー等の有機膜からなる。ノズル孔は、次のようにして形成した。つまり、まず、シリコン基板の一方の表面に酸化シリコン膜を介して撥水膜が形成された積層体を用意する。次に、シリコン基板における撥水膜が形成されていない方の表面に、ノズル孔に対応した開口を有するレジストマスクを形成し、このレジストマスクをマスクとして、シリコン基板に対して等方性エッチングを行うことにより、シリコン基板の当該表面に凹部を形成した。続いて、シリコン基板に対して異方性エッチングを行うことにより、凹部の底面に横断面円形状の第１インク吐出通路を形成した。次に、第１インク吐出通路側から酸化シリコン膜をエッチングすることにより、酸化シリコン膜に第１インク吐出通路に連通する第２インク吐出通路を形成した。次に、第２インク吐出通路側から撥水膜をエッチングすることにより、撥水膜に第２インク吐出通路に連通する第３インク吐出通路を形成した。この後、アッシング処理を行うことにより、レジストマスクを除去した。第３インク吐出通路における撥水膜の表面に開口している部分がインク吐出口となる。
【０００５】
撥水膜に形成される第３インク吐出通路の形状および大きさは、シリコン基板に形成された第１インク吐出通路の形状および大きさと同じになることが好ましい。しかしながら、前述のように、シリコン基板の一方の表面にシリコン酸化膜および撥水膜を形成してから、これらを貫通するノズル孔を形成した場合、撥水膜に形成された第３インク吐出通路は、シリコン基板に形成された第１インク吐出通路に比べて径方向に拡がった形状となる。言い換えれば、平面視において、撥水膜に形成された第３インク吐出通路の内周面は、シリコン基板に形成された第１インク吐出通路の内周面に対して径方向外方に後退している。この後退量は、２μｍ以上となった。また、撥水膜に形成された第３インク吐出通路は、第２インク吐出通路側からインク吐出口側に向かって拡がる円錐台状となってしまう。
【０００６】
この発明の目的は、撥水膜に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさが、シリコン基板に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさとほぼ等しい、ノズル基板およびその製造方法を提供することである。
また、この発明の目的は、撥水膜に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさが、シリコン基板に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさとほぼ等しいノズル基板を備えたインクジェットプリントヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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表面を有する主基板と、前記主基板の前記第２表面に形成された密着層と、前記密着層における前記主基板側とは反対側の表面に形成された撥水膜とを含み、前記ノズル孔は、前記主基板の前記第１表面に形成された凹部と、前記凹部の底面に形成され、前記凹部の底壁を貫通するインク吐出通路とからなり、前記インク吐出通路は、前記主基板における前記凹部の底壁を貫通する第１インク吐出通路と、前記第１インク吐出通路に連通しかつ前記密着層を貫通する第２インク吐出通路と、前記第２インク吐出通路に連通しかつ前記撥水膜を貫通する第３インク吐出通路とからなり、前記第３インク吐出通路の横断面積が前記第１インク吐出通路の横断面積とほぼ等しくかつ、前記第３インク吐出通路の内周面が、前記主基板の第２表面に対してほぼ垂直である。
【０００８】
この構成では、撥水膜に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさが、シリコン基板に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさとほぼ等しい、ノズル基板が得られる。
この発明の一実施形態では、平面視において、前記撥水膜に形成された前記第３インク吐出通路の内周面は、前記主基板に形成された第１インク吐出通路の内周面に対して外方に後退しており、その後退量が１．５μｍ以下である。
【０００９】
この発明の一実施形態では、前記凹部は、前記主基板の前記第１表面側から前記第２表面側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台形状である。
この発明の一実施形態では、前記凹部は、円柱状である。
この発明の一実施形態では、前記主基板はシリコン基板であり、前記密着層はＳｉＯＣ層であり、撥水膜がＦＤＴＳ膜からなる。
【００１０】
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。前記ノズル基板は、前述のこの発明によるノズル基板であり、前記主基板の前記第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合される保護基板をさらに含む。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。
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表面を有し、前記第１表面に開口する凹部と前記凹部の底壁を貫通しかつ前記第２表面に開口する第１インク吐出通路とを有する主基板を形成する第１工程と、前記主基板の前記第１表面に第１サポート基板を貼り付けた後、前記第２表面、前記凹部の内面および前記第１インク吐出通路の内面を含む前記主基板の露出面上に、密着層および撥水膜をその順番で形成する第２工程と、前記主基板の前記第２表面に前記密着層および前記撥水膜を介して第２サポート基板を貼り付けた後、前記第１サポート基板を前記主基板から分離する第３工程と、前記主基板における前記凹部の内面上および前記第１インク吐出通路の内面上に形成された前記密着層および前記撥水膜を、酸素プラズマアッシングによって除去することにより、前記第２表面上の前記密着層および前記撥水膜に、それぞれ、前記第１インク吐出通路に連通する第２インク吐出通路および第３インク吐出通路を形成する第４工程とを含む。
【００１２】
この製造方法では、撥水膜に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさが、シリコン基板に形成されるインク吐出通路の横断面の形状および大きさとほぼ等しいノズル基板を製造できる。
この発明の一実施形態では、前記第２工程において、前記主基板の前記第１表面への前記第１サポート基板の貼り付けは、前記主基板の前記第１表面に、第１耐熱保護テープおよび第１熱剥離テープをその順に介して前記第１サポート基板が貼り付けられることにより行われ、前記第３工程において、前記主基板の前記第２表面への前記第２サポート基板の貼り付けは、前記主基板の前記第２表面上の前記撥水膜の表面に、第２耐熱保護テープおよび第２熱剥離テープをその順に介して前記第２サポート基板が貼り付けられることにより行われる。
【００１３】
この発明の一実施形態では、前記凹部は、前記主基板の前記第１表面側から前記第２表面側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台形状である。
この発明の一実施形態では、前記凹部は、円柱状である。
この発明の一実施形態では、前記第１、第２および第３インク吐出通路は、横断面が円形状である。
【００１４】
この発明の一実施形態では、前記主基板はシリコン基板であり、前記密着層はＳｉＯＣ層であり、撥水膜がＦＤＴＳ膜からなる。
【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、図５の矢印VI-VIから見た平面図である。
【図７】図７は、図５のＢ部を拡大して示す部分拡大断面図である。
【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１４Ｌ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１５Ｆ】図１５Ｆは、図１５Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図１６】図１６は、ノズル孔の凹部の変形例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、図５の矢印VI-VIから見た平面図である。図７は、図５のＢ部を拡大して示す部分拡大断面図である。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（主基板）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）に形成された密着層３１と、密着層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撥水膜３２とからなる。密着層３１は、撥水膜３２のシリコン基板３０への密着性を高めるために設けられた層であり、酸化膜等からなる。この実施形態では、密着層３１は、炭素（Ｃ）を含むシリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）からなる。撥水膜３２は、ＦＤＴＳ膜（ペルフルオロデシルトリクロロシラン膜）からなる。この実施形態では、シリコン基板３０の厚さは５０μｍ程度であり、密着層３１と撥水膜３２との積層膜の厚さは、７５Å〜１５０Å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。
図４〜図７を参照して、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。凹部２０ａはシリコン基板３０におけるアクチュエータ基板２側の表面に形成されている。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。
【００２１】
図５に示すように、インク吐出通路２０ｂは、シリコン基板３０における凹部２０ａを貫通する第１インク吐出通路２０ｂ１と、第１インク吐出通路２０ｂ１に連通しかつ密着層３１を貫通する第２インク吐出通路２０ｂ２と、第２インク吐出通路２０ｂ２に連通しかつ撥水膜３２を貫通する第３インク吐出通路２０ｂ３とからなる。シリコン基板３０に形成された凹部２０ａの深さは３０μｍ程度であり、シリコン基板３０に形成された第１インク吐出通路２０ｂ１の深さは２０μｍ程度である。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、インク吐出口２０ｃから吐出される。
【００２２】
この実施形態では、凹部２０ａは、シリコン基板３０の表面から密着層３１側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台形状に形成されている。インク吐出通路２０ｂは、円柱状である。言い換えれば、インク吐出通路２０ｂは、横断面が円形状のストレート孔から構成されている。撥水膜３２に形成された第３インク吐出通路２０ｂ３の横断面積は、シリコン基板３０に形成された第１インク吐出通路２０Ｂ１の横断面積とほぼ同じ大きさである。また、第３インク吐出通路２０ｂ３の内周面は、シリコン基板３０の表面（アクチュエータ基板２側の表面およびその反対側の裏面）に対してほぼ垂直である。図７に示すように、第３インク吐出通路２０ｂ３は、第１インク吐出通路２０Ｂ１に比べて径方向に若干拡がった形状となる。言い換えれば、平面視において、第３インク吐出通路２０ｂ３の内周面は、第１インク吐出通路２０Ｂ１の内周面に対して径方向（横方向）外方に若干後退している。この後退量Ｑは、１．５μｍ以下である。
【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、たと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（図１４Ｊ参照）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、たと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１５Ｆ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、たと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１５Ｆ参照に示すように、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密着層３１の材料膜である密着材料膜１４１と、密着材料膜１４１の表面に形成された撥水膜３２の材料膜である撥水材料膜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（図１４Ｍ参照）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、たとえばＳｉＮからなる。パッシベーション膜２１は、たとえばプラズマ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が、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。つまり、インクジェットプリントヘッド１を個別に切り出すための工程が行われる。
【００６９】
こ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、密着材料膜１４１および撥水材料膜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、密着層３１および撥水膜３２となる。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の個片が得られる。
【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１５Ｆ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る。
まず、図１５Ａに示すように、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）１４０が用意される。ただし、ノズルウエハ１４０としては、最終的なノズル基板３の厚さより厚いものが用いられる。ノズルウエハ１４０はシリコンウエハからなる。ノズルウエハ１４０は、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに対向される側の表面（第１表面）１４０ａと、その反対側の裏面（第２表面）１４０ｂとを有している。
【００７３】
フォトリソグラフィによって凹部２０ａ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、ノズルウエハ１４０がエッチングされることにより、ノズルウエハ１４０の第１表面１４０ａに凹部２０ａが形成されるととともに、凹部２０ａの底面に第１インク吐出通路２０ｂ１が形成される。具体的には、まず、等方性エッチングによって円錐台形状の凹部２０ａが形成される。この後、異方性エッチングによって円柱状の第１インク吐出通路２０ｂ１がノズルウエハ１４０の厚さ中間部まで形成される。この後、レジストマスクが除去される。
【００７４】
次に、図１５Ｂに示すように、ノズルウエハ１４０の第１表面１４０ａに、第１耐熱保護テープ１４３および第１熱剥離テープ１４４を介して第１サポートウエハ１４５が貼り付けられる。第１耐熱保護テープ１４３は、たとえばポリイミドにシリコーン系粘着剤が塗布されたカプトン（登録商標）テープである。第１熱剥離テープ１４４は、熱を加えると剥がれるテープであり、たとえば発泡剤を含む熱発泡剥離粘着テープからなる。この実施形態では、第１熱剥離テープ１４４は、９０℃〜１２０℃で熱発泡する熱発泡剥離粘着テープからなる。第１サポートウエハ１４５は、たとえば厚さが４００μｍ程度のシリコンウエハからなる。
【００７５】
次に、図１５Ｃに示すように、ノズルウエハ１４０が第２表面１４０ｂ側から研磨されることにより、ノズルウエハ１４０が薄膜化される。この研磨により、たとえば、初期状態で６２５μｍ厚程度のノズルウエハ１４０が、５０μｍ厚程度に薄型化されてもよい。この薄型化により、第１インク吐出通路２０ｂ１は、ノズルウエハ１４０における凹部２０ａの底壁を貫通した状態となる。なお、ノズルウエハ１４０の薄膜化前または薄膜化後に、６０℃以上で１時間程度の熱処理または３［Torr］以下で１時間程度の真空引きを行うことにより、第１熱剥離テープ１４４内のガスを抜くための処理（アウトガス処理）を行うことが好ましい。
【００７６】
次に、図１５Ｄに示すように、ノズルウエハ１４０における第１サポートウエハ１４５側とは反対側の表面ならびに凹部２０ａおよび第１インク吐出通路２０ｂ１の内面（側面）を含む露出面に、密着層３１の材料膜である密着材料膜１４１および撥水膜３２の材料膜である撥水材料膜１４２が順に形成される。これらの材料膜１４１，１４２の形成は、たとえばＣＶＤ（chemical vapor deposition）によって行われる。これらの材料膜１４１，１４２の形成は、ＣＶＤ法の一種であるＭＣＶ（Molecular Vapor Deposition）（登録商標）によって行われてもよい。この実施形態では、密着材料膜１４１の形成には、ＢＴＣＳＥ（トリクロロシリルエタン）ガスが用いられ、撥水材料膜１４２の形成には、ＦＤＴＳ（ペルフルオロデシルトリクロロシラン）ガスが用いられる。
【００７７】
次に、図１５Ｅに示すように、撥水材料膜１４２の表面に、第２耐熱保護テープ１４６および第２熱剥離テープ１４７を介して第２サポートウエハ１４８が貼り付けられる。第２耐熱保護テープ１４６は、たとえばカプトン（登録商標）テープである。第２熱剥離テープ１４７は、熱を加えると剥がれるテープであり、たとえば発泡剤を含む熱発泡剥離粘着テープからなる。この実施形態では、第２熱剥離テープ１４７は、１５０℃〜１７０℃で熱発泡する熱発泡剥離粘着テープからなる。第２サポートウエハ１４８は、たとえば厚さが４００μｍ程度のシリコンウエハからなる。
【００７８】
この後、第１サポートウエハ１４５が、ノズルウエハ１４０から分離される。具体的には、第１熱剥離テープ１４４内の発泡剤を熱発泡させることにより、第１サポートウエハ１４５が第１熱剥離テープ１４４とともに第１耐熱保護テープ１４３から分離された後、第１耐熱保護テープ１４３がノズルウエハ１４０から剥がされる。
次に、図１５Ｆに示すように、酸素プラズマアッシングが行われる。この酸素プラズマアッシング時のステージ温度は、第２熱剥離テープ１４７が熱発泡を起こさない温度（たとえば１５℃以下）に設定される。これにより、第１耐熱保護テープ１４３の剥がし面（ノズルウエハ１４０の第１表面１４０ａ）上に残っている粘着剤が除去されるとともに、凹部２０ａおよび第１インク吐出通路２０ｂ１の内面（側面）に形成された材料膜１４１，１４２が除去される。これにより、ノズルウエハ１４０の第１表面１４０ａとは反対側の表面上の密着材料膜１４１に第１インク吐出通路２０ｂ１と連通する第２インク吐出通路２０ｂ２が形成される。また、その密着材料膜１４１上の撥水材料膜１４２に第２インク吐出通路２０ｂ２と連通する第３インク吐出通路２０ｂ３が形成される。
【００７９】
このようにして形成された第３インク吐出通路２０ｂ３の横断面積は、第１インク吐出通路２０ｂ１の横断面積とほぼ同じ大きさとなる。また、第３インク吐出通路２０ｂ３の内周面は、シリコン基板３０の表面（アクチュエータ基板２側の表面およびその反対側の裏面）に対してほぼ垂直である。第１インク吐出通路２０ｂ１と、第２インク吐出通路２０ｂ２と、第３インク吐出通路２０ｂ３とによってインク吐出通路２０ｂが構成される。そして、凹部２０ａとインク吐出通路２０ｂとによってノズル孔２０が構成される。ノズルウエハ１４０、密着材料膜１４１および撥水材料膜１４２からなる積層膜は、ノズル基板集合体１５０を構成する。したがって、ノズル基板集合体１５０と、ノズル基板集合体１５０に第２耐熱保護テープ１４６および第２熱剥離テープ１４７を介して貼り付けられた第２サポートウエハ１４８とからなる、第２サポートウエハ１４８付きのノズル基板集合体１５０が得られる。
【００８０】
このようにして得られた第２サポートウエハ１４８付きのノズル基板集合体１５０が、基板アセンブリ集合体１１０のアクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂに貼り付けられる。この後、ノズル基板集合体１５０から、第２耐熱保護テープ１４６および第２熱剥離テープ１４７および第２サポートウエハ１４８が剥離される。
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。前述の実施形態では、凹部２０ａは、シリコン基板３０の表面から密着層３１側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台形状に形成されているが、図１６に示すように、凹部２０ａは、長さ方向にわたってその横断面が円形状のストレート孔であってもよい。言い換えれば、凹部２０ａは、円柱状であってもよい。なお、図１６は、図５の切断面に対応した断面図である。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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】
【００８４】
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
２０ｂ  インク吐出通路
２０ｂ１  第１インク吐出通路
２０ｂ２  第２インク吐出通路
２０ｂ３  第３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  密着層
３２  撥水膜
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
１４０ａ  第１表面
１４０ｂ  第２表面
１４１  密着材料膜
１４２  撥水材料膜
１４３  第１耐熱保護テープ
１４４  第１熱剥離テープ
１４５  第１サポートウエハ
１４６  第２耐熱保護テープ
１４７  第２熱剥離テープ
１４８  第２サポートウエハ
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】
2018086810.tif 000003
【図２】
2018086810.tif 000004
【図３】
2018086810.tif 000005
【図４】
2018086810.tif 000006
【図５】
2018086810.tif 000007
【図６】
2018086810.tif 000008
【図７】
2018086810.tif 000009
【図８】
2018086810.tif 000010
【図９】
2018086810.tif 000011
【図１０】
2018086810.tif 000012
【図１１】
2018086810.tif 000013
【図１２】
2018086810.tif 000014
【図１３】
2018086810.tif 000015
【図１４Ａ】
2018086810.tif 000016
【図１４Ｂ】
2018086810.tif 000017
【図１４Ｃ】
2018086810.tif 000018
【図１４Ｄ】
2018086810.tif 000019
【図１４Ｅ】
2018086810.tif 000020
【図１４Ｆ】
2018086810.tif 000021
【図１４Ｇ】
2018086810.tif 000022
【図１４Ｈ】
2018086810.tif 000023
【図１４Ｉ】
2018086810.tif 000024
【図１４Ｊ】
2018086810.tif 000025
【図１４Ｋ】
2018086810.tif 000026
【図１４Ｌ】
2018086810.tif 000027
【図１４Ｍ】
2018086810.tif 000028
【図１５Ａ】
2018086810.tif 000029
【図１５Ｂ】
2018086810.tif 000030
【図１５Ｃ】
2018086810.tif 000031
【図１５Ｄ】
2018086810.tif 000032
【図１５Ｅ】
2018086810.tif 000033
【図１５Ｆ】
2018086810.tif 000034
【図１６】
2018086810.tif 000035