(57)【要約】  湾曲圧電膜を有するアクチュエータを形成するためのプロセスが開示される。このプロセスは、湾曲圧電膜を形成するために、平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を有するプロファイル転写基板を使用する。圧電アクチュエータ用に使用される圧電材料は、プロファイル転写基板が湾曲圧電膜の下側から除去される前に、少なくともプロファイル転写基板の湾曲表面の上に堆積される。これにより得られた湾曲圧電膜は、柱状かつ整列された結晶粒構造体を含み、柱状結晶粒の全て又は実質的に全てが、圧電膜の湾曲表面に対して局所的に垂直である。
2013538446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロファイル転写基板の第１の面内に、前記プロファイル転写基板の前記第１の面に含まれる平坦な表面に囲まれた、湾曲表面を形成する工程と、
前記プロファイル転写基板の前記第１の面の裏側の第２の面内に、前記湾曲表面と位置合わせされた凹部を形成する工程と、
前記プロファイル転写基板の前記第１の面上に、少なくとも前記プロファイル転写基板の前記湾曲表面を覆うエッチストップ層を設ける工程と、
前記エッチストップ層上に、少なくとも前記プロファイル転写基板の前記湾曲表面を覆う圧電層を設ける工程と、
前記プロファイル転写基板の第２の面から前記凹部の内側の前記プロファイル転写基板をエッチングして前記エッチストップ層を露出させる工程と、
を含む、ＭＥＭＳアクチュエータを製造する方法。
【請求項２】
前記プロファイル転写基板の前記第１の面内の前記湾曲表面は、前記プロファイル転写基板の前記第１の面内の前記平坦な表面に対して凹状である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロファイル転写基板の前記第１の面内の前記湾曲表面は、前記プロファイル転写基板の前記第１の面内の前記平坦な表面に対して凸状である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プロファイル転写基板の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、
前記プロファイル転写基板の実質的に平坦である前記第１の面上に、フォトレジスト層を設ける工程と、
前記フォトレジスト層の第１の面内に、前記フォトレジスト層の前記第１の面に含まれる平坦な表面に囲まれて前記凹部と位置合わせされた、湾曲表面を形成する工程と、
前記フォトレジスト層の前記第１の面から前記フォトレジスト層及び前記プロファイル転写基板をエッチングして前記プロファイル転写基板の前記第１の面に前記フォトレジスト層のプロファイルを転写する工程と、を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、
前記凹部の中央からの半径方向距離が大きくなるにつれて少なくなるＵＶ光量で前記フォトレジスト層を露光するグレースケールフォトマスクを介して、前記フォトレジスト層の前記第１の面を所定の期間にわたってＵＶ光で露光する工程と、
前記ＵＶ光露光後に前記フォトレジスト層を現像する工程と、を更に含む、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記フォトレジスト層の前記第１の面から前記フォトレジスト層及び前記基板層をエッチングして前記プロファイル転写基板の前記第１の面に前記フォトレジスト層のプロファイルを転写する工程は、
前記フォトレジスト層及び前記プロファイル転写基板の各材料についてほぼ同等の選択性を有する異方性エッチング剤を選び、前記選ばれた異方性エッチング剤で前記フォトレジスト層の前記第１の面及び前記プロファイル転写基板の前記第１の面をエッチングする工程と、
前記フォトレジスト層が完全に除去されたら前記エッチングを終了する工程と、を更に含む、
請求項４に記載の方法。
【請求項７】
プロファイル転写基板の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、
前記プロファイル転写基板の実質的に平坦である前記第１の面上に、フォトレジスト層を設ける工程と、
前記フォトレジスト層の第１の面内に、前記凹部と位置合わせされた湾曲表面を形成する工程と、
前記フォトレジスト層の前記第１の面から前記フォトレジスト層及び前記プロファイル転写基板をエッチングして前記プロファイル転写基板の前記第１の面に前記フォトレジスト層のプロファイルを転写する工程と、を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、
前記フォトレジスト層をパターニングして、前記フォトレジスト層の前記凹部の上方の部分のみを前記プロファイル転写基板の前記第１の面上に残す工程と、
前記プロファイル転写基板の前記第１の面上に残った前記フォトレジスト層を加熱して、前記フォトレジスト層を再流動化させてプロファイル転写基板の前記第１の面上にフォトレジストドームを形成する工程と、
前記フォトレジスト層を冷却して、前記フォトレジストドームを前記プロファイル転写基板の前記第１の面上において固化させる工程と、を更に含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記フォトレジスト層の前記第１の面から前記フォトレジスト層及び前記基板層をエッチングして前記プロファイル転写基板の前記第１の面に前記フォトレジスト層のプロファイルを転写する工程は、
前記フォトレジスト層及び前記プロファイル転写基板の各材料についてほぼ同等の選択性を有する異方性エッチング剤を選び、前記選ばれた異方性エッチング剤で前記フォトレジスト層の前記第１の面及び前記プロファイル転写基板の前記第１の面をエッチングする工程と、
前記フォトレジスト層が完全に除去されたら前記エッチングを終了する工程と、を更に含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
プロファイル転写基板の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、
ネガティブプロファイル転写基板の第１の面内に平坦な表面に囲まれた湾曲表面を有する、ネガティブプロファイル転写基板を形成する工程と、
前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面上に第１の半導体層を設けて、前記半導体層の第１の面を前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面の前記湾曲表面及び前記平坦な表面と同形にする工程と、
前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面から前記ネガティブプロファイル転写基板を除去して、前記第１の半導体層の前記プロファイル転写基板の前記湾曲表面及び前記平坦な表面を含む前記第１の面を露出させる工程と、を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ネガティブプロファイル転写基板を除去する工程の前に、
前記第１の半導体層の前記第１の面の裏側の前記第１の半導体層の第２の面を平坦化する工程と、
前記第１の半導体層の前記第２の面を第２の半導体層の第１の面に接合して、前記第２の半導体層及び前記第１の半導体層により前記凹部を含む前記プロファイル転写基板の少なくとも一部を形成する工程と、
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ネガティブプロファイル転写基板を形成する工程は、
前記ネガティブプロファイル転写基板の実質的に平坦である前記第１の面上に、フォトレジスト層を設ける工程と、
前記フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程と、
前記フォトレジスト層の前記第１の面から前記フォトレジスト層及び前記ネガティブプロファイル転写基板をエッチングして前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面に前記フォトレジスト層のプロファイルを転写する工程と、
少なくとも前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面の上に酸化物層を形成する工程と、を更に含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の半導体層はポリシリコンから作製される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記プロファイル転写基板はプロファイル転写層及びポンプ室層を含み、前記プロファイル転写層は前記プロファイル転写基板の前記第１の面内の前記湾曲表面を含み、前記ポンプ室層は前記凹部を含み、
前記プロファイル転写基板の前記第１の面の裏側の第２の面内に凹部を形成する工程は、
前記ポンプ室層内に前記凹部を形成する工程と、
前記プロファイル転写層にポンプ室層を接合する工程と、を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記プロファイル転写基板の前記第１の面上にエッチストップ層を設ける工程は、
前記プロファイル転写基板の前記第１の面を酸化する工程を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記プロファイル転写基板の前記第１の面上にエッチストップ層を設ける工程は、
前記プロファイル転写基板の前記第１の面上に金属層を設ける工程を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記エッチストップ層上に圧電層を設ける工程は、
前記エッチストップ層の第１の面上に圧電材料をスパッタリングして前記スパッタされた圧電材料により少なくとも前記プロファイル転写基板の前記湾曲表面を覆う工程を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記エッチストップ層上に圧電層を設ける工程は、
前記エッチストップ層の第１の面上に圧電材料の均一な層を形成する工程と、
前記圧電材料の均一な層をパターニングして、前記プロファイル転写基板の前記湾曲表面を覆う湾曲部分と前記プロファイル転写基板の前記湾曲表面を越えて延在する平坦部分とを含む圧電膜を形成する工程と、を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記エッチストップ層上に前記圧電層を設ける工程の前に、前記エッチストップ層上に下部金属層を設ける工程と、
前記エッチストップ層上に前記圧電層を設ける工程の後に、前記圧電層上に上部金属層を設ける工程と、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記凹部と位置合わせされたノズル形状を含むノズル層を、前記プロファイル転写基板の前記第２の面に取り付ける工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
プロファイル転写基板内に湾曲表面を形成するための方法であって、
第１の面内に平坦な表面に囲まれた湾曲表面を有するネガティブプロファイル転写基板を形成する工程と、
少なくとも前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面内の前記湾曲表面の上にエッチストップ層を設ける工程と、
前記ネガティブプロファイル転写基板の第１の面上の前記エッチストップ層の上に第１の半導体層を設けて、前記半導体層の第１の面を前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面の前記湾曲表面及び前記平坦な表面と同形にする工程と、
前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面から前記ネガティブプロファイル転写基板を除去して、少なくとも前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面内の前記湾曲表面の反転形を含む、前記エッチストップ層の第１の面及び前記第１の半導体層の前記第１の面を露出させる工程と、
を含む、プロファイル転写基板内に湾曲表面を形成する方法。
【請求項２２】
前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面内の前記湾曲表面は、前記ネガティブプロファイル転写基板に対して凸状であり、前記プロファイル転写基板内の前記湾曲表面は、前記プロファイル転写基板に対して凹状である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ネガティブプロファイル転写基板を形成する工程は、
前記ネガティブプロファイル転写基板の実質的に平坦である前記第１の面上に、フォトレジスト層を設ける工程と、
前記フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程と、
前記フォトレジスト層の前記第１の面から前記フォトレジスト層及び前記ネガティブプロファイル転写基板をエッチングして前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面に前記フォトレジスト層の前記第１の面のプロファイルを転写する工程と、を更に含む、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、
前記フォトレジスト層をパターニングして、前記フォトレジスト層の前記プロファイル転写基板の前記湾曲表面の意図した位置の部分のみを前記ネガティブプロファイル転写基板の上に残す工程と、
前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面上に残った前記フォトレジスト層を加熱して、前記フォトレジスト層を再流動化させてプロファイル転写基板の前記第１の面上にフォトレジストドームを形成する工程と、
前記フォトレジスト層を冷却して、前記フォトレジストドームを前記ネガティブプロファイル転写基板の前記第１の面上において固化させる工程と、を更に含む、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記フォトレジスト層を加熱する工程は真空環境内において実施される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ネガティブプロファイル転写基板を除去する工程の前に、
前記第１の半導体層の前記第１の面の裏側の前記第１の半導体層の第２の面を平坦化する工程と、
前記第１の半導体層の前記第２の面を第２の半導体層の第１の面に接合して、前記プロファイル転写基板を形成する工程と、
を更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の半導体層の前記第２の面を平坦化する工程の前に、前記第１の半導体層を高温でアニールする工程を更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の半導体層の前記第２の面を平坦化する工程は、
低ｐＨシリコンスラリを使用して前記第１の半導体層の前記第２の面の第１の研磨を実施して、前記第１の半導体層の前記第２の面内の前記湾曲表面を除去する工程と、
前記第１の研磨後に、高ｐＨ酸化物スラリを使用して前記第１の半導体層の前記第２の面の第２の研磨を実施して、前記第１の半導体層の前記第２の面を平滑化する工程と、を更に含む、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の半導体層はポリシリコンから作製される、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ＭＥＭＳアクチュエータの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体吐出システムは、典型的には、流体供給源から、流体液滴を吐出するためのノズルを含むノズルアセンブリまでの、流体経路を含む。流体液滴の吐出は、圧電アクチュエータ等のアクチュエータにより流体経路中の流体に加圧することによって制御することができる。吐出される流体は、例えば、インク、エレクトロルミネセンス材料、生物学的化合物、又は電気回路を形成するための材料であってもよい。
【０００３】
インクジェットプリンタ内のプリントヘッドモジュールは、流体吐出システムの一例である。典型的には、プリントヘッドモジュールは、インク経路及びそれに関連付けられたアクチュエータの対応するアレイを備えるノズルの列又はアレイを有し、各ノズルからの液滴吐出は、一つ又は複数の制御装置により個別に制御されることができる。プリントヘッドモジュールは、インク経路が内部に形成された半導体プリントヘッド本体を含むことができ、このプリントヘッド本体に圧電アクチュエータが取り付けられる。プリントヘッド本体に取り付けられた別の層により、ノズルが画成されることができる。プリントヘッド本体は、インク経路に沿ってポンプ室を画成するようにエッチングされたシリコン基板から構成される。
【０００４】
ポンプ室の一つの面は、圧電アクチュエータにより駆動された場合に撓曲してポンプ室を拡張又は収縮させるのに十分な薄さを有する膜である。圧電アクチュエータは、ポンプ室を覆う膜の上に支持される。圧電アクチュエータは、一対の対向し合う電極により圧電層に印加される電圧に応答して形状を変化させる（即ち作動する）圧電材料層を含む。圧電層が作動することにより膜が撓曲し、膜が撓曲することによりインク経路に沿ったポンプ室内のインクが加圧され、最終的にノズルからインク液滴が吐出される。
【０００５】
プリントヘッドモジュールがより小型化されるにつれて、ポンプ室及び対応するアクチュエータも小型化されるが、より小型のアクチュエータはより小さな液滴（例えば、５ｐＬ以下）を吐出する。小さな液滴は、１２００ｄｐｉ程度の解像度での印刷時には望ましいが、より小さな液滴は、約６００ｄｐｉ程度等のより低い解像度での印刷時には十分に機能しない場合がある。６００ｄｐｉの解像度で印刷するためには、より大きな液滴が必要となる（例えば、９〜１０ｐＬ）。したがって、プリントヘッドダイ上における設置面積がより小面積でありながら、より大きな体積変位を可能にする圧電アクチュエータが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書は、ＭＥＭＳアクチュエータに関する技術を説明する。
【０００７】
本明細書において開示される湾曲圧電膜を有するアクチュエータを形成するためのプロセスは、平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を有するプロファイル転写基板を使用する。圧電アクチュエータ用に使用される圧電材料は、プロファイル転写基板が湾曲圧電膜の下側から除去される前に、少なくともプロファイル転写基板の湾曲表面の上に堆積される。これにより得られた湾曲圧電膜は、柱状かつ整列された結晶粒構造体を含み、柱状結晶粒の全て又は実質的に全てが、圧電膜の湾曲表面に対して局所的に垂直である。
【０００８】
本明細書において説明する主題の特定の実施形態は、以下の利点の中の一つ又は複数を実現するために実施されることができる。
【０００９】
このように整列され垂直方向に配向された結晶粒構造体を有する湾曲圧電膜は、バルク圧電材料への湾曲表面の研削形成による又は射出成形によるなどの他の方法で形成された湾曲圧電膜に比べて、より小さな内部応力の影響しか受けずに済むことができる。
【００１０】
より小さな内部応力を有する湾曲圧電膜は、整列していないランダムな結晶粒構造体に起因するより大きな内部応力を有する湾曲圧電膜に比べて、向上した撓み性能を有することができる。更に、応力下にある圧電膜はより速く劣化することがあり、これにより圧電アクチュエータの耐用期間が短くなるが、開示するプロセスで形成された湾曲圧電膜は、より長い耐用期間を有することができる。
【００１１】
いかなる特定の理論にも制約されるものではないが、圧電膜のポンプ室の縁の直上の領域は、作動中に圧電膜内の他の領域よりも大きな内部応力の影響を受ける。圧電膜の湾曲部分と平坦部分との間の移行領域は、圧電膜の移行領域から離れた部分よりも整列状態が劣る結晶粒構造体を有する。いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板の湾曲表面は、一つ又は複数の次元において、ポンプ室空洞部の縁を越えて延在する。また、少なくともプロファイル転写基板の湾曲部分の上に形成される圧電膜は、ポンプ室空洞部の縁を越えて延在する。その結果、圧電膜の湾曲部分と平坦部分との間の移行領域は、ポンプ室の縁から離れる方向に移動され、圧電膜の湾曲部分内のより均質な領域がポンプ室の縁上に支持される。湾曲圧電膜のより均質な部分は、ポンプ室の縁において引き起こされるより大きな内部応力に対してより良好な耐久性を有することができるため、圧電アクチュエータのこの設計は、圧電膜の破断の防止を助けることができ、また圧電アクチュエータの耐用期間を向上させることもできる。
【００１２】
マイクロレンズ製造用の従来のフォトレジストの再流動化プロセスにおいては、典型的には、パターニングされたフォトレジスト層が、非真空環境において加熱及び再流動化される。このようなプロセスで生産された結果的に得られるマイクロレンズは、表面上にボイド及びバブルをしばしば有する。本明細書において開示するプロセスにおいては、パターニングされたフォトレジスト層は、真空環境において加熱及び再流動化されて、基板上にフォトレジストドームを形成する。その後、フォトレジストドーム及び下層基板がエッチ除去されて、フォトレジストドームの湾曲表面が下層基板の露出された表面に転写されると、下層基板の結果的に得られる表面は、フォトレジスト層が非真空環境において加熱及び再流動化された場合の基板の結果的に得られる表面に比べて、より平滑なものとなり得る。基板上のより平滑なドーム状表面は、プロファイル転写基板内に平滑な窪み部を形成するための、及び後にプロファイル転写基板上に堆積される圧電層の均一性及び平滑性を向上させるための、ネガティブプロファイル転写表面として使用することができる。
【００１３】
平坦な表面によって囲まれた凹状表面を有するプロファイル転写基板を作製するためのプロセスにおいては、平坦な表面によって囲まれた凸状表面を有するネガティブプロファイル転写基板が、初めに用意されることができる。次いで、ポリシリコン（又は、ポリマー、ＰＥＣＶＤ酸化物、若しくはアモルファスシリコン等の他の材料）層が、ネガティブプロファイル転写基板の露出された表面の上に均一に堆積されることにより、ポリシリコン層の両表面もネガティブプロファイル転写基板に対して凸状となり得る。ポリシリコン層の露出された表面は、平坦化され、次いで、第２の基板に接合されて、ネガティブプロファイル転写基板が除去されてポリシリコン層が露出された際に、ポリシリコン層の新たに露出された表面が、第２の基板に対して凹状になり得る。上部に接合されたポリシリコン層を有する第２の基板は、平坦な表面によって囲まれた凹状表面を有するプロファイル転写基板としての役割を果たすことができる。場合によっては、基板中に所望の表面形状のネガを作製することの方がより容易であるため、そのネガから所望の表面形状を作製するためのポリシリコン層（又は、例えば、ポリマー、ＰＥＣＶＤ酸化物、若しくはアモルファスシリコン等の別の材料から作製された層）を使用する本明細書において開示するプロセスは、平坦な基板から直接的に所望の表面形状を作製するプロセスの有用な代替となる。
【００１４】
ネガティブプロファイル転写基板の表面形状に基づいてプロファイル転写表面を作製するためにポリシリコン層が使用される場合には、ポリシリコン層は、平坦な基板に接合される前に、平坦化及び研磨されることができる。ポリシリコン層内部の非均一な（例えば、平坦部分に比べて湾曲部分における）結晶粒構造体は、時として、研磨速度にばらつきをもたらし、これがポリシリコン層内の湾曲部分の上の領域に皿状の窪みを生じさせる。本明細書において説明するプロセスにおいては、ポリシリコン層を平坦化及び研磨する前に、ポリシリコン層が初めにアニールされることができる。いかなる特定の理論にも制約されるものではないが、アニーリングプロセスは、ポリシリコン層における非均質性を低下させ、したがってまたポリシリコン表面の個々の領域における研磨速度のばらつきを低下させることを助けることができる。その結果、研磨されたポリシリコン層の表面均一性及び平坦性が高められて、平坦化されたポリシリコン層と基板との間の接合を向上させることができる。
【００１５】
概して、一態様において、ＭＥＭＳアクチュエータを製造する方法は、プロファイル転写基板の第１の面内に、プロファイル転写基板の第１の面に含まれる平坦な表面に囲まれた、湾曲表面を形成する工程と、プロファイル転写基板の第１の面の裏側の第２の面内に、湾曲表面と位置合わせされた凹部を形成する工程と、プロファイル転写基板の第１の面上に、少なくともプロファイル転写基板の湾曲表面を覆うエッチストップ層を設ける工程と、エッチストップ層上に、少なくともプロファイル転写基板の湾曲表面を覆う圧電層を設ける工程と、プロファイル転写基板の第２の面から凹部の内側のプロファイル転写基板をエッチングしてエッチストップ層を露出させる工程と、を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板の第１の面内の湾曲表面は、プロファイル転写基板の第１の面内の平坦な表面に対して凹状である。
【００１７】
いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板の第１の面内の湾曲表面は、プロファイル転写基板の第１の面内の平坦な表面に対して凸状である。
【００１８】
いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、プロファイル転写基板の実質的に平坦である第１の面上に、フォトレジスト層を設ける工程と、フォトレジスト層の第１の面内に、フォトレジスト層の第１の面に含まれる平坦な表面に囲まれて凹部と位置合わせされた、湾曲表面を形成する工程と、フォトレジスト層の第１の面からフォトレジスト層及びプロファイル転写基板をエッチングしてプロファイル転写基板の第１の面にフォトレジスト層のプロファイルを転写する工程と、を更に含む。
【００１９】
いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、凹部の中央からの半径方向距離が大きくなるにつれて少なくなるＵＶ光量でフォトレジスト層を露光するグレースケールフォトマスクを介して、フォトレジスト層の第１の面を所定の期間にわたってＵＶ光で露光する工程と、ＵＶ光露光後にフォトレジスト層を現像する工程と、を更に含む。
【００２０】
いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層の第１の面からフォトレジスト層及び基板層をエッチングしてプロファイル転写基板の第１の面にフォトレジスト層のプロファイルを転写する工程は、フォトレジスト層及びプロファイル転写基板の各材料についてほぼ同等の選択性を有する異方性エッチング剤を選び、選ばれた異方性エッチング剤でフォトレジスト層の第１の面及びプロファイル転写基板の第１の面をエッチングする工程と、フォトレジスト層が完全に除去されたらエッチングを終了する工程と、を更に含む。
【００２１】
いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、プロファイル転写基板の実質的に平坦である第１の面上に、フォトレジスト層を設ける工程と、フォトレジスト層の第１の面内に、凹部と位置合わせされた湾曲表面を形成する工程と、フォトレジスト層の第１の面からフォトレジスト層及びプロファイル転写基板をエッチングしてプロファイル転写基板の第１の面にフォトレジスト層のプロファイルを転写する工程と、を更に含む。
【００２２】
いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、フォトレジスト層をパターニングして、フォトレジスト層の凹部の上方の部分のみをプロファイル転写基板の第１の面上に残す工程と、プロファイル転写基板の第１の面上に残ったフォトレジスト層を加熱して、フォトレジスト層を再流動化させてプロファイル転写基板の第１の面上にフォトレジストドームを形成する工程と、フォトレジスト層を冷却して、フォトレジストドームをプロファイル転写基板の第１の面上において固化させる工程と、を更に含む。
【００２３】
いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層の第１の面からフォトレジスト層及び基板層をエッチングしてプロファイル転写基板の第１の面にフォトレジスト層のプロファイルを転写する工程は、フォトレジスト層及びプロファイル転写基板の各材料についてほぼ同等の選択性を有する異方性エッチング剤を選び、選ばれた異方性エッチング剤でフォトレジスト層の第１の面及びプロファイル転写基板の第１の面をエッチングする工程と、フォトレジスト層が完全に除去されたらエッチングを終了する工程と、を更に含む。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、ネガティブプロファイル転写基板の第１の面内に平坦な表面に囲まれた湾曲表面を有する、ネガティブプロファイル転写基板を形成する工程と、ネガティブプロファイル転写基板の第１の面上に第１の半導体層を設けて、半導体層の第１の面をネガティブプロファイル転写基板の第１の面の湾曲表面及び平坦な表面と同形にする工程と、ネガティブプロファイル転写基板の第１の面からネガティブプロファイル転写基板を除去して、第１の半導体層のプロファイル転写基板の湾曲表面及び平坦な表面を含む第１の面を露出させる工程と、を更に含む。
【００２５】
いくつかの実施形態においては、本方法は、ネガティブプロファイル転写基板を除去する工程の前に、（１）第１の半導体層の第１の面の裏側の第１の半導体層の第２の面を平坦化する工程と、（２）第１の半導体層の第２の面を第２の半導体層の第１の面に接合して、第２の半導体層及び第１の半導体層により凹部を含むプロファイル転写基板の少なくとも一部を形成する工程と、を更に含む。
【００２６】
いくつかの実施形態においては、ネガティブプロファイル転写基板を形成する工程は、ネガティブプロファイル転写基板の実質的に平坦である第１の面上に、フォトレジスト層を設ける工程と、フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程と、フォトレジスト層の第１の面からフォトレジスト層及びネガティブプロファイル転写基板をエッチングしてネガティブプロファイル転写基板の第１の面にフォトレジスト層のプロファイルを転写する工程と、少なくともネガティブプロファイル転写基板の第１の面の上に酸化物層を形成する工程と、を更に含む。
【００２７】
いくつかの実施形態においては、第１の半導体層はポリシリコンから作製される。
【００２８】
いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板はプロファイル転写層及びポンプ室層を含み、プロファイル転写層はプロファイル転写基板の第１の面内の湾曲表面を含み、ポンプ室層は凹部を含み、プロファイル転写基板の第１の面の裏側の第２の面内に凹部を形成する工程は、ポンプ室層内に凹部を形成する工程と、プロファイル転写層にポンプ室層を接合する工程と、を更に含む。
【００２９】
いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板の第１の面上にエッチストップ層を設ける工程は、プロファイル転写基板の第１の面を酸化する工程を更に含む。
【００３０】
いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板の第１の面上にエッチストップ層を設ける工程は、プロファイル転写基板の第１の面上に金属層を設ける工程を更に含む。
【００３１】
いくつかの実施形態においては、エッチストップ層上に圧電層を設ける工程は、エッチストップ層の第１の面上に圧電材料をスパッタリングしてスパッタされた圧電材料により少なくともプロファイル転写基板の湾曲表面を覆う工程を更に含む。
【００３２】
いくつかの実施形態においては、エッチストップ層上に圧電層を設ける工程は、エッチストップ層の第１の面上に圧電材料の均一な層を形成する工程と、圧電材料の均一な層をパターニングして、プロファイル転写基板の湾曲表面を覆う湾曲部分とプロファイル転写基板の湾曲表面を越えて延在する平坦部分とを含む圧電膜を形成する工程と、を更に含む。
【００３３】
いくつかの実施形態においては、本方法は、エッチストップ層上に圧電層を設ける工程の前に、エッチストップ層上に下部金属層を設ける工程と、エッチストップ層上に圧電層を設ける工程の後に、圧電層上に上部金属層を設ける工程と、を更に含む。
【００３４】
いくつかの実施形態においては、本方法は、凹部と位置合わせされたノズル形状を含むノズル層を、プロファイル転写基板の第２の面に取り付ける工程を更に含む。
【００３５】
概して、一態様は、プロファイル転写基板内に湾曲表面を形成するための方法を含む。この方法は、第１の面内に平坦な表面に囲まれた湾曲表面を有するネガティブプロファイル転写基板を形成する工程と、少なくともネガティブプロファイル転写基板の第１の面内の湾曲表面の上にエッチストップ層を設ける工程と、ネガティブプロファイル転写基板の第１の面上のエッチストップ層の上に第１の半導体層を設けて、半導体層の第１の面をネガティブプロファイル転写基板の第１の面の湾曲表面及び平坦な表面と同形にする工程と、ネガティブプロファイル転写基板の第１の面からネガティブプロファイル転写基板を除去して、少なくともネガティブプロファイル転写基板の第１の面内の湾曲表面の反転形を含む、エッチストップ層の第１の面及び第１の半導体層の第１の面を露出させる工程と、を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態においては、ネガティブプロファイル転写基板の第１の面内の湾曲表面は、ネガティブプロファイル転写基板に対して凸状であり、プロファイル転写基板内の湾曲表面は、プロファイル転写基板に対して凹状である。
【００３７】
いくつかの実施形態においては、ネガティブプロファイル転写基板を形成する工程は、ネガティブプロファイル転写基板の実質的に平坦である第１の面上に、フォトレジスト層を設ける工程と、フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程と、フォトレジスト層の第１の面からフォトレジスト層及びネガティブプロファイル転写基板をエッチングしてネガティブプロファイル転写基板の第１の面にフォトレジスト層の第１の面のプロファイルを転写する工程と、を更に含む。
【００３８】
いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層の第１の面内に湾曲表面を形成する工程は、フォトレジスト層をパターニングして、フォトレジスト層のプロファイル転写基板の湾曲表面の意図した位置の部分のみをネガティブプロファイル転写基板の上に残す工程と、ネガティブプロファイル転写基板の第１の面上に残ったフォトレジスト層を加熱して、フォトレジスト層を再流動化させてプロファイル転写基板の第１の面上にフォトレジストドームを形成する工程と、フォトレジスト層を冷却して、フォトレジストドームをネガティブプロファイル転写基板の第１の面上において固化させる工程と、を更に含む。
【００３９】
いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層を加熱する工程は真空環境内において実施される。
【００４０】
いくつかの実施形態においては、本方法は、ネガティブプロファイル転写基板を除去する工程の前に、（１）第１の半導体層の第１の面の裏側の第１の半導体層の第２の面を平坦化する工程と、（２）第１の半導体層の第２の面を第２の半導体層の第１の面に接合して、プロファイル転写基板を形成する工程と、を更に含む。
【００４１】
いくつかの実施形態においては、本方法は、第１の半導体層の第２の面を平坦化する工程の前に、第１の半導体層を高温でアニールする工程を更に含む。
【００４２】
いくつかの実施形態においては、第１の半導体層の第２の面を平坦化する工程は、低ｐＨシリコンスラリを使用して第１の半導体層の第２の面の第１の研磨を実施して、第１の半導体層の第２の面内の湾曲表面を除去する工程と、第１の研磨後に、高ｐＨ酸化物スラリを使用して第１の半導体層の第２の面の第２の研磨を実施して、第１の半導体層の第２の面を平滑化する工程と、を更に含む。
【００４３】
いくつかの実施形態においては、第１の半導体層はポリシリコンから作製される。
【００４４】
本明細書において説明する主題の一つ又は複数の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明において示す。本主題の他の特徴、態様及び利点は、この説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】凸状圧電アクチュエータを有する一例の流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイの概略断面図である。
【図１Ｂ】凹状圧電アクチュエータを有する別の例の流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイの概略断面図である。
【図２Ａ】凹状圧電アクチュエータを有する一例のポンプ室の概略断面図である。
【図２Ｂ】凸状圧電アクチュエータを有する一例の流体吐出ユニットの概略断面図である。
【図３Ａ】湾曲したプロファイル転写表面上にスパッタリングを行うことにより形成された圧電膜の湾曲部分内の結晶粒構造体を示す画像である。
【図３Ｂ】圧電膜の湾曲部分と平坦部分との間の移行領域内の結晶粒構造体を示す、図３Ａの圧電膜の拡大画像である。
【図４Ａ】圧電膜の湾曲部分と平坦部分との間の移行領域がポンプ室の縁を越える、アクチュエータの概略図である。
【図４Ｂ】圧電膜の湾曲部分と平坦部分との間の移行領域がポンプ室の縁を越える、アクチュエータの概略図である。
【図４Ｃ】図４Ａに示す設計に関する、圧電膜内の移行領域及びポンプ室の縁により支持される領域における内部応力のシミュレーションを示す図である。
【図５Ａ】基板のポンプ室層内にポンプ室空洞部を形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図５Ｂ】基板のポンプ室層内にポンプ室空洞部を形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図５Ｃ】基板のポンプ室層内にポンプ室空洞部を形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図５Ｄ】基板のポンプ室層内にポンプ室空洞部を形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ａ】プロファイル転写基板の上に湾曲表面が形成される前に、プロファイル転写基板上に平坦な表面を用意するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｂ】プロファイル転写基板の上に湾曲表面が形成される前に、プロファイル転写基板上に平坦な表面を用意するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｃ】プロファイル転写基板の上に湾曲表面が形成される前に、プロファイル転写基板上に平坦な表面を用意するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｄ】プロファイル転写基板の上に湾曲表面が形成される前に、プロファイル転写基板上に平坦な表面を用意するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｅ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた凹状表面を（例えば、グレースケールマスクによりフォトレジスト層中に形成された窪み部を使用することによって）形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｆ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた凹状表面を（例えば、グレースケールマスクによりフォトレジスト層中に形成された窪み部を使用することによって）形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｇ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた凸状表面を（例えば、基板上のパターニングされたフォトレジスト層を加熱及び再流動化することにより形成されたドーム部を使用することによって）形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｈ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた凸状表面を（例えば、基板上のパターニングされたフォトレジスト層を加熱及び再流動化することにより形成されたドーム部を使用することによって）形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｉ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた凸状表面を（例えば、基板上のパターニングされたフォトレジスト層を加熱及び再流動化することにより形成されたドーム部を使用することによって）形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図６Ｊ】非真空環境内においてフォトレジストを加熱及び再流動化することにより形成されたフォトレジストドーム部を使用して作製された、シリコンプロファイル転写基板の凸状表面を示す図である。
【図６Ｋ】真空環境内においてフォトレジストを加熱及び再流動化することにより形成されたフォトレジストドーム部を使用して作製された、シリコンプロファイル転写基板の凸状表面を示す図である。
【図７Ａ】平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を有するネガティブプロファイル転写基板を形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｂ】平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を有するネガティブプロファイル転写基板を形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｃ】平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を有するネガティブプロファイル転写基板を形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｄ】平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を有するネガティブプロファイル転写基板を形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｅ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用して形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｆ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用して形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｇ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用して形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｈ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用して形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｉ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用して形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｊ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用して形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｋ】プロファイル転写基板上の平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用して形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｌ】図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板の上に堆積されたポリシリコン層を研磨するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｍ】図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板の上に堆積されたポリシリコン層を研磨するための一例のプロセスを示す図である。
【図７Ｎ】図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板の上に堆積されたポリシリコン層を研磨するための一例のプロセスから得られた研磨済み表面を示す図である。
【図７Ｏ】図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板の上に堆積されたポリシリコン層を研磨するための別の例のプロセスを示す図である。
【図７Ｐ】図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板の上に堆積されたポリシリコン層を研磨するための別の例のプロセスを示す図である。
【図７Ｑ】図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板の上に堆積されたポリシリコン層を研磨するための別の例のプロセスを示す図である。
【図７Ｒ】図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板の上に堆積されたポリシリコン層を研磨するための別の例のプロセスから得られた研磨済み表面を示す図である。
【図７Ｓ】図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板の上に堆積されたポリシリコン層を研磨するための別の例のプロセスから得られた研磨済み表面を示す図である。
【図８Ａ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｂ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｃ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｄ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｅ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｆ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｇ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｈ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｉ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｊ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図８Ｋ】プロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凸状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ａ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｂ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｃ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｄ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｅ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｆ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｇ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｈ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｉ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｊ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図９Ｋ】別のプロファイル転写基板（例えば、ポンプ室層に対して凹状の表面を有するプロファイル転写基板）に基づいて流体吐出モジュールを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図１０Ａ】別のプロファイル転写基板に基づいて流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図１０Ｂ】別のプロファイル転写基板に基づいて流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図１０Ｃ】別のプロファイル転写基板に基づいて流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図１０Ｄ】別のプロファイル転写基板に基づいて流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図１０Ｅ】別のプロファイル転写基板に基づいて流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図１０Ｆ】別のプロファイル転写基板に基づいて流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【図１０Ｇ】別のプロファイル転写基板に基づいて流体吐出モジュール内のプリントヘッドダイを形成するための一例のプロセスを示す図である。
【００４６】
各層及び形状の多くは、加工プロセス及びその結果をより良好に提示するために誇張されている。様々な図面における同様の参照番号及び符号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
湾曲圧電膜を有するＭＥＭＳアクチュエータは、平坦な表面によって囲まれた湾曲表面を有するプロファイル転写基板を使用して形成することができる。圧電アクチュエータに使用される圧電材料は、少なくともプロファイル転写基板の湾曲表面の上に堆積され、その後、このプロファイル転写基板は、湾曲圧電膜の下側から除去される。結果的に得られる湾曲圧電膜は、柱状かつ整列された結晶粒構造体を含み、これらの柱状結晶粒の全て又は実質的に全てが、圧電膜の湾曲表面に対して局所的に垂直である。いくつかのプロセスを利用して、プロファイル転写基板の上に湾曲形状を形成することができる。湾曲圧電膜を有するアクチュエータは、例えば流体液滴吐出において使用することができる。
【００４８】
流体液滴吐出は、半導体処理技術を利用して製造されたダイを含むプリントヘッドモジュールを用いて実現することができる。このプリントヘッドダイは、複数の超微細加工流体流路が形成された基板と、これらの流路のノズルから流体を選択的に吐出させる複数のアクチュエータと、を含む。このように、各流路及びそれに関連付けられるアクチュエータが、個別に制御可能な微小電気機械（ＭＥＭＳ）流体吐出ユニットを形成する。
【００４９】
例示的な流体吐出システム
図１Ａは、例えばプリントヘッドモジュール内のプリントヘッドダイ１００ａである、例示的な流体吐出システムの一部分の概略断面図である。
【００５０】
プリントヘッドダイ１００ａは、複数の通路が貫通して形成された流路本体１０４ａを含む。例えば、流路本体１０４ａは、シリコン基板等、例えば半導体本体等の単一体であることができ、又はポリシリコン層に接合されたシリコン基板等、例えば一つ又は複数の他の層を上に備える半導体本体等の複数の層を含むことができる。或いは、例えばガラス基板等の絶縁体本体が、流路本体１０４ａにおける半導体本体の代替を果たすことができる。流路本体１０４ａを貫通する各通路は、流体（例えば、インク）を吐出するための流路を画成する。
【００５１】
各流路の通路は、流体入口１０７ａ、ポンプ室１０６ａ、及び流体吐出ノズル１０８ａを含むことができる。流体は、流体入口１０７ａを介してポンプ室１０６ａに入り、流体吐出ノズル１０８ａを介して吐出されることができる。任意には、流体吐出ノズル１０８ａから吐出されない流体は、流体出口を介してポンプ室１０６ａから出ることができる。流体入口は、流体供給チャネルに連絡することができ、流体出口は、流体還流チャネルに連絡することができる。各流体供給チャネル及び流体還流チャネルは、プリントヘッドダイ１００ａにおいて複数の流体吐出ユニット１０２ａにより共有されることができる。
【００５２】
流路本体１０４ａは、ノズル層１１２ａの上面に取り付けられたポンプ室層１１０ａを含むことができる。ポンプ室１０６ａは、ポンプ室層１１０ａ内に形成された空洞部である。流体吐出ノズル１０８ａは、ノズル層１１２ａを貫通して形成された孔である。流体吐出ノズル１０８ａは、一方の側でポンプ室空洞部に連絡し、反対側ではノズル層１１２ａの下部表面に開口を有する。
【００５３】
ポンプ室１０６ａは、直線状側壁部、又はポンプ室１０６ａの上辺からポンプ室１０６ａのノズル１０８ａに近い下辺に向かう方向にやや狭まる形状の側壁部を有することができる。ノズル１０８ａもまた、上から下に向かって狭まる形状であることができる。
【００５４】
また、任意には、流路本体１０４ａは、ポンプ室層１１０ａの上面に取り付けられた膜層１１４ａを含むこともできる。膜層１１４ａは、上方からポンプ室１０６ａを封止する酸化物層であることができる。膜層１１４ａのポンプ室空洞部１０６ａ上の部分は、可撓性を有し、圧電アクチュエータが作動したときに撓曲することができる。膜のこの撓曲により、ポンプ室空洞部１０６ａが膨張及び収縮し、流路に沿って流体をポンプ送給する。
【００５５】
膜層１１４ａの上方には、作動アセンブリ１１８ａが存在する。作動アセンブリ１１８ａは、流路本体１０４ａの上に配設された複数の圧電アクチュエータ構造体１２０ａを含み、各アクチュエータ構造体１２０ａは、関連付けられるポンプ室１０６ａの上に配設される。圧電アクチュエータ構造体１２０ａは、膜層１１４ａの上面の上に支持されることができる。ある特定の実施形態において、膜層１１４ａが存在しない場合には、作動アセンブリ１１８ａは、ポンプ室層１１０ａの上面の上に直接配設することができ、圧電構造体１２０ａの下部表面が、上方からポンプ室１０６ａを封止することができる。
【００５６】
圧電アクチュエータ構造体１２０ａは、第１の電極層（例えば、基準電極層１２２ａ）、第２の電極層（例えば、駆動電極層１２４ａ）、及び第１の電極層と第２の電極層との間に配設された圧電層１２６ａを含む。駆動電極層１２４ａは、ポンプ室１０６ａの上方に駆動電極を形成するようにパターニングされることができる。圧電層１２６の流路本体１０４ａにより近い面上に基準電極１２２ａが位置すると共に圧電層１２６の流路本体１０４ａからより遠い面上に駆動電極層１２４ａが位置することが図示されているが、その逆でもよい。また、圧電層１２６ａは、各ポンプ室１０６の上方にセグメント片又は圧電膜を形成するようにパターニングされることができる。任意には、基準電極層１２２ａは、各ポンプ室１０６ａ用のセグメント基準電極を形成するようにパターニングされることができる。
【００５７】
圧電アクチュエータ構造体１２０ａの圧電膜は、駆動電極と基準電極との間の圧電膜に印加される電圧に応答して伸展又は収縮する。圧電膜のこの伸展及び収縮により、ポンプ室１０６ａ上の膜が形状を変化させ、次いでポンプ室１０６ａを拡張又は収縮させる。ポンプ室１０６ａの拡張により、流体が流路に沿ってポンプ室１０６ａ内へと引き込まれ、ポンプ室１０６ａの収縮により、流体液滴が流体吐出ノズル１０８ａを通ってそこから押し出される。
【００５８】
各ポンプ室１０６ａ及びそれに付随するアクチュエータ構造体１２０ａは、個別に制御可能な流体吐出ユニットを形成する。各アクチュエータ用の駆動電極及び基準電極は、流体吐出サイクルにおいて適時に及び適切な期間にわたってアクチュエータの圧電膜に電圧を印加する制御装置へと電気的に結合されることができる。
【００５９】
いくつかの実施形態においては、制御装置は、作動層１１８ａの上方に配設された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）ウエハ１２８ａ内に少なくとも部分的に実装されることができる。ＡＳＩＣウエハ１２８ａは、圧電アクチュエータ構造体１２０ａに撓曲の余地を与えるために、複数のスペーサバンプ１３０ａによってアクチュエータ層１１８ａの上方に支持することができる。ＡＳＩＣウエハ１２８ａの内部の制御装置は、例えば、一対の電極接続バンプ１３２ａ及び１３４ａによって、並びに例えば絶縁体層１３６ａ等の上に形成された導電性トレース等によって、駆動電極及び基準電極に結合することができる。いくつかの実施形態においては、複数の電極接続バンプ１３２ａ及び１３４ａが、スペーサバンプとしての役割を果たすことができる。いくつかの実施形態においては、制御装置が、例えばアクチュエータ構造体１２０ａに結合された別個の回路によって等、流路基板１０４ａの上に支持されない回路によって、例えば全体として等、少なくとも部分的に実装されることができる。例えば、別個の制御装置が、基板１０４ａの縁の導電性トレースに取り付けられたフレックス回路によって、駆動電極及び基準電極に結合されることができる。
【００６０】
いくつかの実施形態においては、パターニングされた絶縁体層１３６ａが、基準電極から駆動電極を絶縁するために、駆動電極層１２４ａと基準電極層１２２ａとの間に配設されることができる。また、任意には、このパターニングされた絶縁体層１３６ａは、圧電膜の平坦部分から駆動電極を絶縁するために、圧電膜の外周の平坦部分を覆うことができる。
【００６１】
いくつかの実施形態においては、流体供給チャネル１３８ａが、ＡＳＩＣウエハ１２８ａ内に形成されることができる。流体供給チャネル１３８ａは、環状の金属シール１４０ａにより流路の流体入口１０７ａに連絡されることができる。また、同様に、流体還流チャネルが、ＡＳＩＣウエハ１２８ａ内に形成されることができる。この流体還流チャネルは、流路の流体出口に連結することができる。
【００６２】
ある従来の圧電アクチュエータにおいては、圧電膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（「ＰＺＴ」）フィルム等の実質的に平坦な圧電材料から構成される。この平坦な圧電材料は、ポンプ室内において所望の体積変化量が得られるように印加電圧下で十分な撓曲が引き起こされるのに十分な薄さを有する必要がある。また同時に、圧電材料は、流体液滴をノズルから吐出するのに十分な圧力を印加するのに十分な剛性を有するように、十分な厚さを有する必要もある。
【００６３】
ポンプ室の上方に湾曲圧電膜を有する圧電アクチュエータが提案されている。ポンプ室の上方の湾曲圧電膜は、平坦な圧電膜に比べて、より広い表面積を有し、所与の印加電圧下においてポンプ室により大きな体積変化を生じさせることができる。また同時に、湾曲圧電膜は、所与の印加電圧下において同一の体積変化量を生じさせ得る平坦な圧電膜よりも高い剛性を有することができる。例えば、湾曲圧電膜は、ポンプ室の寸法が幅２００ミクロン及び高さ１１ミクロンである場合に、平坦な圧電膜の４〜５倍の体積変位（例えば、２ｐＬに対して９ｐＬ）をもたらすことができる。
【００６４】
湾曲圧電膜を有する圧電アクチュエータを使用すると、ポンプ室をより小型に作製してより高密度で流体吐出システム内に配置して印刷解像度を向上させることができる。更に、圧電膜の剛性が高いので、アクチュエータの駆動周波数を上げて印刷速度を向上させることもできる。
【００６５】
この例のプリントヘッドモジュール１００ａに示すように、圧電アクチュエータ構造体１２０ａの各層は、ポンプ室１０６ａの上方に湾曲部分を含む。図１Ａに示す例のプリントヘッドモジュール１００ａにおいては、湾曲部分は、ポンプ室空洞部１０６ａから凸形状である。代替的な一実施形態においては、湾曲部分は、ポンプ室に凹形状であってもよい。図１Ｂは、ポンプ室１０６ａの上方に凹状アクチュエータ構造体１２０ｂを有する一例の流体吐出モジュール１００ｂの概略図を示す。プリントヘッドダイ１００ｂの構造は、湾曲した圧電アクチュエータ構造体のポンプ室に対する方向を除けば、プリントヘッドダイ１００ａの構造と一致する。いくつかの実施形態においては、ポンプ室層１１０ｂは、プリントヘッドモジュール１００ｂを形成するために利用される加工プロセスの結果として、ポリシリコン層１４１ｂ及びシリコン層１４２ｂを含む。
【００６６】
図２Ａは、凹状ドームアクチュエータ２０２ａを有する一例の流体吐出ユニット２００ａの概略図である。図２Ｂは、凸状ドームアクチュエータ２０２ｂを有する一例の流体吐出ユニット２００ｂの概略図である。流体吐出ユニット２００（例えば、２００ａ及び２００ｂ）は、ポンプ室層２０６（例えば、シリコン層）内に形成されたポンプ室２０４を含む。この例の圧電アクチュエータ２０２は、下部電極２０８（例えば、パターニングされたイリジウム層から形成される）、圧電層２１０（例えば、スパッタされたＰＺＴフィルムから形成される）、及び上部電極２１２（例えば、金属から形成される）を含む。いくつかの実施形態においては、上部電極が駆動電極としての役割を果たすと共に下部電極が基準電極としての役割を果たしてもよい。いくつかの実施形態においては、その逆であってもよい。圧電アクチュエータ２０２は、膜層２１４（例えば、ＳｉＯ２層又はＳｉＮ層）の上に支持される。
【００６７】
いくつかの実施形態においては、湾曲部分の横方向断面（即ち流路基板の表面に対して平行な平面内の区域）は、例えば円形、楕円形、又は矩形であることができる。湾曲部分の垂直方向断面（即ち流路基板の表面に対して垂直な平面内の区域）は、円形、楕円形、双曲線、放物線、又は他の凹状曲線若しくは凸状曲線の対称セグメントであることができる。いくつかの実施形態においては、球形ドーム等のように、湾曲部分の二つの直交した方向の垂直断面が互いに同一であることができる。いくつかの実施形態においては、楕円形横方向断面を有するドーム又は矩形横方向断面を有する円筒状シェル等のように、湾曲部分の二つの直交した方向の垂直断面が互いに異なることができる。いくつかの実施形態においては、圧電膜２１０の湾曲部分の横方向寸法が、ポンプ室空洞部の横方向寸法とほぼ同等である。図４Ａ〜４Ｃに関連して示すように、圧電膜の湾曲部分の横方向寸法は、圧電アクチュエータの耐用期間を向上させるために、ポンプ室空洞部の横方向寸法よりも若干（例えば、２〜２０ミクロンだけ）大きくすることができる。任意のいくつかの構成を用いて圧電膜の表面積を拡張することによって、所与の駆動電圧下においてより大きな体積変位を可能とすることができるので、圧電膜の形状及び構成の特定の選択も、その形状が膜のコンプライアンスに対して与える効果を考慮したものであってもよい。より平坦な表面（例えば、ピラミッド形状構造体におけるような）は、湾曲表面（例えば、半球状構造体又は楕円状構造体におけるような）よりも高いコンプライアンスをもたらす。
【００６８】
従来、圧電アクチュエータ内の湾曲圧電膜は、圧電材料（例えば、バルクＰＺＴ）層への研削により一対の湾曲表面を作ることによって、又は圧電膜の所望の湾曲表面形状を有する型内に前駆体を射出成型することによって、形成することができることが提唱されてきた。しかし、これらの従来の方法は、多大な費用及び時間を要する。湾曲形状の大きさの制御は、圧電材料を研削するために又は型を形成するために使用される工具によって制約される。更に、研削又は射出成形により形成される湾曲圧電膜内部の結晶粒構造体は、整列が乱れてランダムになる。ランダムな結晶粒構造体は、湾曲圧電膜が駆動されるときに湾曲圧電膜内に大きな内部応力を生じさせるので、アクチュエータの耐用期間を短くする。
【００６９】
本明細書は、特に流体吐出モジュールにおいて、湾曲圧電膜を有するアクチュエータを作製するための例示的なプロセスを説明する。これらの例示的なプロセスにおいては、初めに、平坦表面に囲まれた湾曲表面を有する基板が用意される。この基板の（平坦表面に囲まれた湾曲表面を含んでいる）表面は、圧電膜の湾曲表面を形成することが可能なプロファイル転写表面としての役割を果たす。したがって、この基板は「プロファイル転写基板」である。圧電材料層が少なくともプロファイル転写基板の湾曲表面上に均一に堆積されることにより、プロファイル転写基板の表面形状がこの圧電層に形成されることができる。
【００７０】
任意には、エッチストップ層（例えば、酸化物層、窒化物層、又は金属層）が少なくともプロファイル転写基板の湾曲表面に設けられて、その後に圧電膜が堆積されてもよい。圧電膜がエッチストップ層を覆って形成された後に、ポンプ室空洞部内のプロファイル転写基板の一部分が、エッチストップ層が露出されるまで、基板の下側からエッチングされることができる。その結果、二つの平行な湾曲表面を有する湾曲した圧電層を生成することが可能となる。
【００７１】
いくつかの実施形態においては、湾曲圧電膜は、例えば、エッチング又は他の引き離し法により、プロファイル転写基板から引き離すことができる。次いで、この引き離された圧電膜は、ポンプ室を含む基板層に接合されることができる。
【００７２】
エッチストップ層又はプロファイル転写基板を覆って圧電材料を堆積するための適切な方法には、例えば、スパッタリング、化学気相蒸着、物理気相蒸着、原子層堆積、プラズマ化学気相蒸着等々が含まれる。スパッタ堆積の種類には、マグネトロン・スパッタ堆積（例えば、ＲＦスパッタリング）、イオン・ビーム・スパッタリング、反応性スパッタリング、イオン・アシスト蒸着、高ターゲット利用スパッタリング、及び高出力インパルス・マグネトロン・スパッタリングを含めることができる。スパッタされた圧電材料（例えば、圧電薄膜）は、堆積時に大きな分極を有することができる。圧電材料をスパッタするために使用されるいくつかの環境は、スパッタリング中の直流（ＤＣ）バイアスを含む。ＤＣ電界は、圧電材料をＤＣ電界の方向に分極（即ち「極性化」）させる。
【００７３】
いくつかの実施形態においては、堆積された圧電層（例えば、スパッタされたＰＺＴ）内における堆積時の極性化方向は、下層のプロファイル転写基板の表面に対して局所的に垂直で基板表面から離れる方向であってもよい。圧電膜内における所望の極性化方向は、堆積時に所望の極性化方向をもたらすようにプロファイル転写基板の上に堆積することによって得ることができる。代わりに、圧電膜を、堆積時には所望の方向と反対の極性化方向をもたらすようにプロファイル転写基板の上に堆積して、その後、圧電膜を裏返して別の基板に接合することにより、所望の極性化方向を得ることもできる。
【００７４】
いかなる特定の理論にも制約されるものではないが、スパッタされたＰＺＴの堆積時の極性化方向は、スパッタされたＰＺＴの結晶粒構造体に沿って下層基板の表面から離れる方向に向く。したがって、堆積時の極性化方向は、スパッタされたＰＺＴ膜の表面に対して実質的に局所的に垂直となる。スパッタされたＰＺＴ膜のこのような堆積時の極性化方向は、作動中のＰＺＴ膜内における応力を小さくすることができ、これによりＰＺＴアクチュエータの耐用期間を長くすることができる。
【００７５】
図３Ａは、シリコンポンプ室（未形成）を覆う凸状圧電膜の部分断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像３００を示す。この画像３００は、ドーム形状のイリジウム電極層３０４の上に堆積されたスパッタされたＰＺＴ層３０２の結晶粒構造体を示す。ドーム形状のイリジウム電極層３０４は、（形成される予定の）シリコンポンプ室の空洞部上に懸架され、ポンプ室の縁の周囲のシリコン層３０６により支持される。
【００７６】
ＰＺＴ層３０２内の結晶粒構造体は、ほぼ柱状であり、全て又は実質的に全ての柱状結晶粒が、湾曲したＰＺＴ層３０２の表面に対して局所的に垂直である。図３Ａに示す整列された柱状のＰＺＴ結晶粒構造体は、湾曲した下層の上に（例えば、エッチストップ層又はプロファイル転写基板の上に）ＰＺＴが少しずつ堆積され又は育成される際に生成される。圧電膜の湾曲表面に対して局所的に垂直である、整列された柱状の結晶粒構造体は、バルク圧電材料への研削により形成された湾曲膜には本質的に生成されない。このような結晶粒の整列及び配向は、射出成形により形成された湾曲圧電膜にも本質的に生成されない。
【００７７】
スパッタされたＰＺＴ膜内の結晶粒構造体が、整列されてＰＺＴ膜の湾曲表面に対して局所的に垂直である場合には、（例えば、バルクＰＺＴから形成された又は射出成形された湾曲膜内のような）ランダムに配向された結晶粒構造体を有する膜に比べて、膜の作動時に膜内に生じる局所的内部応力が小さい。作動状態における局所的内部応力が小さいので、図３Ａに示すような整列された柱状結晶粒を有するＰＺＴ膜は、他の従来の方法により（例えば、研削又は射出成形により）作製された膜よりも長い耐用期間を有する。
【００７８】
図３Ｂは、湾曲したスパッタされたＰＺＴ膜３０２の、スパッタされたＰＺＴ膜３０２の湾曲部分と平坦部分との間の移行領域３１２の付近の拡大ＳＥＭ画像３１０である。移行領域３１２におけるスパッタされたＰＺＴの結晶粒構造体は、移行領域３１２の中央に押し込められている。移行領域３１２は、結晶粒構造体がより平行かつ整列されたスパッタされたＰＺＴ膜３０２の他の領域に比べて、作動時の頑丈性が低い。通常は、作動時には、ポンプ室の縁付近の圧電膜内において、より大きな応力が生じる。その結果、圧電膜は、ポンプ室の縁が圧電膜の移行領域の直下に位置する場合（例えば、圧電膜の湾曲表面がポンプ室とほぼ同一の横方向寸法を有する場合）には、破断しやすくなり得る。
【００７９】
いくつかの実施形態においては、ＰＺＴ膜の湾曲部分は、ポンプ室の縁を越えて延在するように作製することができる。換言すれば、ポンプ室壁部の縁は、ＰＺＴ膜の湾曲部分の内側に位置することができる。これらの実施形態においては、ポンプ室の縁付近の高応力領域は、この圧電膜の移行領域からより均質の領域（例えば、結晶粒構造体が相互に対してより整列され平行である領域）へと移る。高応力領域をずらすことにより、圧電膜は、圧電膜の作動中に生じる内部応力による破断をより起こしにくくなる。
【００８０】
図４Ａは、流体吐出モジュール４００の概略図である。流体吐出モジュール４００は、ポンプ室４０４の上に配設された湾曲圧電膜４０２を含む。図４Ａに示す構成においては、圧電膜４０２は、凸状部分４０６と、凸状部分４０６を囲む平坦部分４０８と、を有する。圧電膜４０２は、厚さがほぼ均一である。凸状部分４０６は、ポンプ室４０４の縁を越えて延在し、ポンプ室空洞部を囲む基板４１２によって下から支持される。したがって、圧電膜４０２の凸状部分４０６及び平坦部分４０８をつなぐ移行領域４１０は、ポンプ室４０４の縁の外側に位置し、基板４１２に取り付けられ支持される。
【００８１】
同様に、図４Ｂは、別の流体吐出モジュール４２０の概略図である。この流体吐出モジュール４２０は、ポンプ室４２４の上に配設された湾曲圧電膜４２２を含む。図４Ｂに示す構成においては、圧電膜４２２は、凹状部分４２６と、凹状部分４２６を囲む平坦部分４２８と、を含む。圧電膜４２２は、厚さがほぼ均一である。凹状部分４２６は、ポンプ室４２４の縁を越えて延在し、ポンプ室空洞部を囲む基板４３２によって下から支持される。したがって、圧電膜４０２の凸状部分４２６及び平坦部分４２８をつなぐ移行領域４３０は、ポンプ室４２４の縁の外側に位置し、基板４３２に取り付けられ支持される。
【００８２】
図４Ｃは、湾曲部分と平坦部分との間の移行領域４４４がポンプ室の縁の外側に延在してポンプ室基板４４６によって下から支持されている、ドーム状圧電膜４４０の外周領域内における作動中の内部応力のシミュレーションを示す。図４Ｃに示すように、ポンプ室の縁付近には高応力領域４４２があるが、圧電膜４４０の湾曲部分及び平坦部分をつなぐ移行領域４４４は、ほとんど無視できる程度の内部応力しか有さない。
【００８３】
本明細書において示すように、プロファイル転写基板の湾曲表面上に育成又は堆積される圧電膜は、整列された柱状結晶粒構造体を領域４４２に有する。したがって、領域４４２は、移行領域４４４に比べて、ポンプ室の縁付近におけるこのような大きな応力に対してより高い耐久性を有することができる。その一方、より脆弱な移行領域４４４は、無視することができる程度の応力しかかからない領域の付近に位置する。したがって、圧電膜の湾曲部分をポンプ室の縁を越えて延在させることにより、圧電膜の作動中の破断が起こりにくくなる。このシミュレーションは凸状圧電膜を有するアクチュエータに基づくものであるが、同一の設計原理は凹状圧電膜を有するアクチュエータに対しても適用される。
【００８４】
図５Ａ〜５Ｄは、ポンプ室層内にポンプ室空洞部を形成するための一例のプロセスを示す。ポンプ室層は、半導体本体であることができ、一つ又は複数の半導体層（例えば、シリコン基板、別の基板上に成長されたポリシリコン層、等々）を含むことができる。いくつかの実施形態においては、ポンプ室空洞部は、ポンプ室層内に形成することができ、その後、ポンプ室層は、製造の様々な段階において、流体吐出モジュールの他の層（例えば、作動層、ハンドル層、等々）に接合することができる。いくつかの実施形態においては、ポンプ室空洞部は、流体吐出モジュールの別の部分に既に取り付けられたポンプ室層内に形成することができる。
【００８５】
図５Ａに示すように、このプロセスは、半導体ウエハ（例えば、シリコン・オン・オキサイド（「ＳＯＩ」）ウエハ）５１０から開始される。半導体ウエハ５１０は、シリコン層５４０等の単結晶半導体材料の層、ハンドル層５２０、及びシリコン層５４０とハンドル層５２０との間の酸化物層５３０を有する。シリコン層５４０は、ポンプ室空洞部が中に形成されるポンプ室層として使用することができる。シリコン層５４０は、＜１００＞結晶配向を有することができる。ハンドル層５２０は、シリコン又は他の材料から作製することができる。
【００８６】
これらの層は任意の厚さを有することができるが、酸化物層５３０はシリコン層５４０及びハンドル層５２０よりも薄い。一例のＳＯＩウエハ５１０においては、酸化物層５３０の厚さは、約１ミクロン等、数ミクロン未満である。ハンドル層５２０は、約６００ミクロン等、２００ミクロン超の厚さを有することができる。シリコン層５４０は、少なくともポンプ室の所望の最終高さの厚さを有する（例えば、２５ミクロン）。単純化のために、半導体ウエハ５１０の一部分のみが図示される。即ち、二つのみのポンプ室の作製が図示されるが、ほとんどの例においては、より多数のポンプ室をウエハ５１０のシリコン層５４０内に形成することができる。
【００８７】
図５Ｂに示すように、フォトレジスト層５６０が、シリコン層５４０の露出された面に設けられる。フォトレジスト層５６０はパターニングされて、開口５５０が形成される。各開口５５０は、ポンプ室空洞部の所望の寸法、及び円、正方形、長円形、矩形、又は別の幾何形状等の断面形状を有する。この例においては、開口５５０は、約１６０ミクロンの半径を有する円形開口である。他の実施形態においては、開口５５０は、約２５０ミクロンの半径を有する円形開口であることができる。他の寸法及び形状も可能である。
【００８８】
図５Ｃに示すように、開口５５０を有するフォトレジスト層５６０は、シリコン層５４０内にポンプ室の空洞部に相当する凹部５６５をエッチングにより形成するためのマスクとして使用することができる。ドライエッチング等、様々なエッチング技術を使用することができる。異方性エッチング剤を使用して、シリコン層５４０内に直線状壁部に囲まれた凹部又はテーパ状壁部に囲まれた凹部を形成することができる。本例においては、直線状壁部に囲まれた凹部が形成されている。
【００８９】
このエッチングは、酸化物層５３０が露出されると、停止される。いくつかの実施形態においては、エッチングは、酸化物層５３０の一部分（例えば、１ミクロンの酸化物層のうちの約０．５ミクロン）がエッチ除去されるまで、ポンプ室空洞部５６５内において継続されることができる。いくつかの実施形態においては、異なるエッチング剤を使用して酸化物層５３０をエッチングすることができる。酸化物層５３０の一部分が下方にエッチングされる例においては、酸化物層５３０の厚さは、ポンプ室壁部の内側部分がポンプ室壁部の外側部分よりも薄くなる。ポンプ室空洞部の外側よりもポンプ室空洞部の内側において酸化物層５３０をより薄くすることにより、ハンドル層５２０及び酸化物層５３０が後に除去されてポンプ室空洞部が露出される際に、酸化物薄層がポンプ室層（例えば、シリコン層５４０）の下に残留することが可能となる。この残留する酸化物薄層は、ポンプ室層とノズル層との間の接合の促進を助けることができる。
【００９０】
更に、ポンプ室空洞部の外側よりもポンプ室空洞部の内側において酸化物層５３０をより薄くすることにより、ハンドル層５２０及び酸化物層５３０が後に除去されてポンプ室空洞部が露出される際に、酸化物薄層がポンプ室層（例えば、シリコン層５４０）の下に残留することが可能となる。この酸化物薄層５３０は、ポンプ室空洞部の深さを正確に制御することが可能になるようにエッチングを停止させるためのマーカとしての役割を果たすことができる。
【００９１】
エッチングが停止されたら（例えば、ポンプ室空洞部５６５が形成された後に、又は酸化物層５３０の一部分がポンプ室空洞部の内側において除去された後に）、図５Ｄに示すように、フォトレジスト層５６０はシリコン層５４０の上部表面が露出されるように剥離されることができる。その結果、ポンプ室空洞部が、ポンプ室層（例えば、シリコン層５４０）内に形成される。
【００９２】
いくつかの実施形態においては、作動層中に他の構造体が製造される前に図５Ａ〜５Ｄに示すステップにしたがってポンプ室空洞部を形成すると、湾曲圧電膜の下側からの材料の除去を案内するためのマスクとしてポンプ室空洞部を使用することができるので、望ましいことがある。ポンプ室空洞部は、作動部分（例えば、圧電膜の湾曲部分）の画定及びアラインメントの向上並びにプリントヘッドダイにおける非均一性及び意図しない共振効果の低減を助けることができる。
【００９３】
図６Ａ〜７Ｋは、湾曲圧電層を上に堆積することが可能なプロファイル転写表面を形成するための複数の例のプロセスを示す。プロファイル転写表面は、平坦部分によって囲まれた湾曲部分を少なくとも含む。ほとんどの例においては、プロファイル転写表面は、平坦部分によって囲まれた複数の湾曲部分を含み、各湾曲部分の位置は、ポンプ室空洞部の位置に対応する。プロファイル転写表面は、プロファイル転写基板の第１の面内に、又はプロファイル転写基板のある層の第１の面内に形成することができる。
【００９４】
図６Ａ〜７Ｋに示すプロセスにおいては、プロファイル転写基板のプロファイル転写表面は、ポンプ室空洞部が（例えば、図５Ａ〜図５Ｄに示すプロセスを利用して）形成された後に形成される。しかし、いくつかの実施形態においては、プロファイル転写基板のプロファイル転写表面を形成するためのプロセスは、ポンプ室空洞部が形成される前又は形成されるのと同時に実施することができる。
【００９５】
以下の説明において、図６Ａ〜６Ｄは、プロファイル転写基板の第１の面内に湾曲部分が形成される前にプロファイル転写基板の第１の面内に平坦な表面を用意するための一例のプロセスを示す。図６Ｅ〜６Ｆは、この平坦な表面から開始してプロファイル転写基板の第１の面内の平坦な表面によって囲まれた凹状表面を形成するための一例のプロセスを示す。図６Ｇ〜６Ｉは、プロファイル転写基板の第１の面内の平坦な表面によって囲まれた凸状表面を形成するための一例のプロセスを示す。
【００９６】
図６Ｅ〜６Ｉに示すプロセスに加えて、図７Ａ〜７Ｋは、初めにネガティブプロファイル転写表面がネガティブプロファイル転写基板内に用意され、次いでプロファイル転写表面がネガティブプロファイル転写表面に基づいて作製される、別のプロセスを示す。例えば、図７Ａ〜７Ｄは、平坦な表面によって囲まれた凸状表面を有するネガティブプロファイル転写基板を形成するための一例のプロセスを示す。図７Ｅ〜７Ｋは、図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用してプロファイル転写基板上に平坦な表面によって囲まれた凹状表面を形成するための一例のプロセスを示す。図示する例においては、凹状プロファイル転写表面を作製するためのネガティブプロファイル転写表面として凸状表面が使用されるが、同一の原理が、凹状ネガティブプロファイル転写表面に基づく凸状プロファイル転写表面の作製にも適用される。他の種類の表面形状を有するプロファイル転写表面を、対応するネガティブプロファイル転写基板によって同様に作製することができる。
【００９７】
図６Ａに示すように、第２の半導体ウエハ６７０（例えば、ＳＯＩウエハ）が、シリコン層５４０の露出表面の上に配設される。半導体ウエハ６７０は、半導体層６７２（例えば、シリコン層）、ハンドル層６７６、及び半導体層６７２とハンドル層６７６との間の酸化物層６７４を有する。半導体層６７２は、プロファイル転写表面を上に形成することが可能なプロファイル転写基板層としての役割を果たすことができる。その後、金属層及び圧電層が、プロファイル転写基板層のプロファイル転写表面の上に配設されることにより、基準電極層、圧電層、及び駆動電極層が形成されることができる。
【００９８】
半導体層６７２の露出された平坦な表面は、シリコン層５４０の露出された平坦な表面に接合されることができる。この接合は、例えばシリコン同士の融着接合であってもよい。接合後に、シリコン層５４０内の凹部５６５は、図６Ｂに示すように、以前は露出されていた半導体層６７２の表面によって上方から封止される。
【００９９】
ＳＯＩウエハ６７０内の層は任意の厚さを有することができるが、酸化物層６７４はシリコン層６７２及びハンドル層６７６よりも薄い。一例のＳＯＩウエハ６７０においては、酸化物層６７４の厚さは、約１ミクロン等、数ミクロン未満である。ハンドル層６７６は、約６００ミクロン等、２００ミクロン超の厚さを有することができる。シリコン層６７２は、少なくとも湾曲圧電膜の所望の最終高さの厚さを有する。例えば、シリコン層６７２は、約１２ミクロン又は１０ミクロンの厚さであることができる。他の厚さも可能である。
【０１００】
いくつかの実施形態においては、シリコン層６７２は、圧電膜の湾曲表面の所望の高さを上回る厚さを有することができ、シリコン層５４０と融着されるシリコン層６７２の部分は、最終的にはポンプ室層の一部となる。
【０１０１】
二つのＳＯＩウエハ間の接合が完了した後、ハンドル層６７６が除去されて、酸化物層６７４が露出される。ハンドル層６７６の除去は、研削や化学機械研磨（ＣＭＰ）等の様々な材料除去方法を利用することによって達成することができる。ハンドル層６７６の除去は、図６Ｃに示すように酸化物層６７４が露出されるまで、ＫＯＨエッチングプロセスによって仕上げることができる。次いで、酸化物層６７４が、例えば緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチング等によって剥離される。酸化物層６７４の除去後には、図６Ｄに示すように、封止された凹部５６５を有するプロファイル転写基板６７８が得られる。
【０１０２】
図６Ａ〜６Ｄに示すプロセスで得られるプロファイル転写基板６７８は、ハンドル層５２０、シリコン層６８０、及びハンドル層５２０とシリコン層６８０との間の酸化物層５３０を含む。シリコン層６８０は、封止された凹部５６５を含み、この凹部５６５の底部は、酸化物層５３０の表面により形成され、凹部５６５の頂部は、シリコン層５４０に接合されているシリコン層６７２の表面により形成される。
【０１０３】
露出された平坦な表面を有するプロファイル転写基板６７８が用意されると、プロファイル転写基板６７８の露出された平坦な表面の上に湾曲表面（単数又は複数）を作製するための処理を引き続き実施することが可能となる。プロファイル転写基板の露出面内に平坦部分を用意するための他の方法も可能である。
【０１０４】
湾曲した圧電アクチュエータ構造体を上に形成することが可能なプロファイル転写基板の湾曲したプロファイル転写表面を形成するために、様々なプロセスを利用することができる。プロファイル転写表面の湾曲部分は、湾曲圧電膜の所望の形状と同一の形状を有することができる。プロファイル転写表面の湾曲部分は、ポンプ室に凹形状な表面又はポンプ室から凸形状な表面であることができる。プロファイル転写表面の湾曲部分は、球面、楕円面、放物面、又は対称的な単純曲線を回転させることにより得られる任意の他の表面の対称的な一部であることができる。更に、湾曲表面の二つの直交した方向に沿った断面は、互いに同一であっても異なってもよい。いくつかの実施形態においては、湾曲表面の二つの直交軸の一方に沿った断面のみが、湾曲している（例えば、円筒状の半シェルにおけるように）。
【０１０５】
図６Ｅ〜６Ｆは、平坦なプロファイル転写表面の露出された面（例えば、シリコン層６７２の露出された表面）内に凹状表面を形成するための一例のプロセスを示す。図６Ｅに示すように、このプロセスは、図６Ａ〜６Ｄに示すプロセスで得られる基板６７８から開始することができる。いくつかの実施形態においては、このプロセスは、少なくとも湾曲圧電膜の所望の高さに相当する厚さを有する露出されたシリコン層を有する別の基板から開始することができる。いくつかの実施形態においては、ポンプ室用の凹部５６５は、この時点で形成されている必要はなく、湾曲した圧電構造体がプロファイル転写基板の上に形成された後に形成されることができる。
【０１０６】
初めに、フォトレジスト層６８２が、平坦なプロファイル転写表面の露出された面（例えば、シリコン層６７２の露出された表面）の上に堆積される。フォトレジスト層６８２の厚さは、少なくとも圧電膜の湾曲表面の所望の高さである。凹状表面を有する窪み部６８４が、各ポンプ室空洞部５６５上の区域の上方のフォトレジスト層６８２の平坦な表面内に形成されることができる。
【０１０７】
いくつかの実施形態においては、窪み部６８４の横方向寸法は、ポンプ室空洞部５６５の横方向寸法と同一であることができる。いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層６８２中の窪み部６８４は、ポンプ室空洞部５６５の縁により画定される区域を越えて延在することができる。ポンプ室空洞部５６５の縁を越えて窪み部６８４の区域が延在することにより、プロファイル転写表面の湾曲部分（単数又は複数）及びその結果として窪み部６８４の表面上に後に堆積される圧電膜の湾曲部分（単数又は複数）も、ポンプ室の縁を越えて延在するように作製されることができる。前述のように、このような設計は、圧電膜の作動中の破断の防止を助ける。
【０１０８】
ポンプ室の縁を越える延在の程度は、ポンプ室の断面積の寸法に応じて変えることができる。いくつかの実施形態においては、窪み部の半径は、ポンプ室の半径よりも２〜２０ミクロン（例えば、１０ミクロン）大きいことができる。いくつかの実施形態においては、延在の程度は、１０ミクロン未満（例えば、５〜１０ミクロン）であることができる。いくつかの実施形態においては、ポンプ室の縁を越える延在の程度は、圧電膜の湾曲部分と圧電膜の平坦部分との間の角度に基づいて、及び／又は圧電膜の厚さに基づいて、選択することができる。いくつかの実施形態においては、圧電膜の湾曲部分と圧電膜の平坦部分との間の角度は、約５〜１５度（例えば、６度又は８度）であることができる。
【０１０９】
いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層６８２内の窪み部６８４は、グレースケールフォトマスクを使用して形成することができる。グレースケールフォトマスクは、標準的なフォトレジスト露光プロセスにおいて使用されるＵＶ光の強度を変調する画素形状を有する。この強度変調により、フォトレジスト露光の局所的変化及びそれに対応するウェットケミカル現像時の深さ／厚さの変化がもたらされる。フォトレジスト層の現像後に、フォトレジスト及び下層基板をエッチングプロセス（例えば、深堀反応性イオンエッチング又は他のドライエッチング技術を利用する）に曝露することができ、フォトレジスト層内で変化している深さ／厚さが、シリコン対フォトレジストのエッチ選択性に基づく変更を伴いながら、下層基板へと転写されることができる。
【０１１０】
フォトレジスト層６８２の平坦な表面上に窪み部６８４を形成するためには、形成される予定の窪み部６８４の中央からの距離が長くなるにつれてフォトレジストに対するＵＶ光露光量を低下させることが可能なグレースケールフォトマスクを使用することができる。ＵＶ光露光量は、窪み部６８４を囲むフォトレジスト層６８２の表面が現像後に実質的に平坦なままであることができるように、窪み部６８４の所望の半径を越えた部分においてはゼロにまで低下させることができる。
【０１１１】
所与の窪み部の形状に対して、所望のＵＶ光露光量を窪み部表面上の各画素に関して算出することができ、算出された画素値を有するグレースケールフォトマスクを作製することができる。グレースケールフォトマスクは、所定の期間にわたりフォトレジスト層６８２の平坦な表面上に照射されるＵＶ光をフィルタリングするために使用される。フォトレジスト層６８２が現像されると、所望の形状を有する窪み部６８４が、フォトレジスト層６８２の平坦な表面内に形成されることができる。窪み部６８２の位置は、ポンプ室空洞部がシリコン層５４０内に形成された又は形成される予定の区域の直上に位置するように、選択することができる。
【０１１２】
ポンプ室空洞部５６５の区域の上方に窪み部６８４を有するフォトレジスト層６８２が形成されると、フォトレジスト層６８２の露出された表面に対してエッチング剤を付与することが可能となる。このエッチング剤は、フォトレジスト層６８２対シリコン層６７２について１：１の選択性を有するように、調製されることができる。エッチングが進むにつれて、窪み部６８４の内側のフォトレジストが、初めにエッチ除去される。窪み部６８４の外側のフォトレジスト層６８２がエッチ除去され続ける間に、エッチング剤は、窪み部６８４の内側のシリコン層６７２の一部もエッチ除去する。
【０１１３】
このプロセスのために、等方性エッチング剤が使用され、シリコン層６７２の平坦な表面内に結果的に得られる窪み部６８６（図６Ｆに示すような）は、このエッチング剤が付与される前のフォトレジスト層６８２の平坦な表面内の窪み部６８４（図６Ｅに示すような）に相似する。いくつかの実施形態においては、シリコン層６７２の表面内の窪み部６８６の形状は、エッチング剤のフォトレジスト及びシリコン間の選択性を１：１から若干変更することにより、フォトレジスト層６８２の表面内の窪み部６８４の形状とは若干異なるようにすることができる。
【０１１４】
フォトレジスト層６８２が完全に除去されて、窪み部６８４の形状がシリコン層６７２の表面に転写されると、エッチングを終了することができる。いくつかの実施形態においては、結果的に得られる表面の平坦部分は、エッチ速度の均一性がフォトレジスト層の広く開けた区域においては若干劣る傾向があるため、湾曲部分よりも粗くなり得る。いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層内の各窪み部の深さ形状は、プロファイル転写表面内の窪み部の所望の深さ形状よりも深く（例えば、数ミクロンだけ）することができる。エッチングは、フォトレジスト層内の深い窪み部がシリコン層の露出された表面上に完全に転写されるように、フォトレジスト層の全てが除去されるまで継続させることができる。次いで、平坦部分の凹凸をなくすために、及びプロファイル転写表面内の窪み部が所望の深さになるまで、シリコン層の露出された表面を研磨することができる。
【０１１５】
いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層内の窪み部は、プロファイル転写表面内の窪み部の所望の形状よりも若干大きく及び／又は深くすることができる。エッチングは、薄いフォトレジスト層がシリコン層上に依然として残ってシリコン層内の窪み部を囲む状態で、窪み部の所望の形状がシリコン層内に形成されるまで、継続させることができる。次いで、残りのフォトレジスト層が除去される。シリコン層の結果的に得られる表面の平坦部分はエッチングに全く曝露されないので、この平坦部分はフォトレジスト層が付与される前に有していた平滑さの程度を維持し、したがって平坦部分の更なる研磨は不要である。
【０１１６】
図６Ｆに示すように、結果的に得られる構造体は、シリコン層６８０、ハンドル層５２０、及びシリコン層６８０とハンドル層５２０との間の酸化物層５３０を有する。シリコン層６８０の露出された表面は、（シリコン層６８０内に既に形成された、又は後にシリコン層６８０内に形成される予定の）ポンプ室空洞部５６５の区域の上方の湾曲部分６８６と、この湾曲部分を囲む実質的に平坦な部分と、を含む。図６Ｆに示す結果的に得られる構造体は、ポンプ室に向かって凹形状の圧電膜を有する圧電構造体を形成するためのプロファイル転写基板として使用することができる。
【０１１７】
図６Ｅ〜６Ｆに示すプロセスの代替として、図６Ｇ〜図６Ｉは、ポンプ室から凸形状の表面を有するプロファイル転写基板を用意するための一例のプロセスを示す。
【０１１８】
図６Ｇに示すように、このプロセスは、平坦なプロファイル転写表面（例えば、図６Ａ〜６Ｄに示すプロセスで得られる基板６７８の露出された平坦な表面）から開始することができる。いくつかの実施形態においては、このプロセスは、少なくとも圧電膜の湾曲表面についての所望の高さに相当する厚さ（例えば、１２ミクロン）を有する露出されたシリコン層６７２を有する基板から開始することができる。いくつかの実施形態においては、基板は、ポンプ室層を含み、このポンプ室層内にポンプ室空洞部が既に形成されているか又は湾曲圧電膜の形成後に形成されることができる。
【０１１９】
初めに、フォトレジスト層６８８が、シリコン層６７２の露出された表面の上に堆積される。フォトレジスト層６８８の厚さは、少なくとも圧電膜の湾曲表面の所望の高さ（例えば、１２ミクロン）である。標準的なフォトマスクを使用して、ポンプ室の区域の直上のフォトレジスト層６８８の部分のみがＵＶ光露光から遮蔽されるように、フォトレジスト層６８８をパターニングすることができる。フォトレジスト層６８８が現像されると、ポンプ室空洞部の区域の直上のフォトレジスト層６８８の部分のみが、シリコン層６７２の上部表面上に残る。
【０１２０】
いくつかの実施形態においては、シリコン層６７２上に残るフォトレジスト層６８８の部分は、ポンプ室の縁により画定される区域を越えて延在することができる。ポンプ室の縁を越える延在の程度は、ポンプ室の断面積の寸法、湾曲圧電膜の所望の高さ、及び／又は圧電膜の厚さに応じて変えることができる。いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層６８８の残留部分のそれぞれの半径は、ポンプ室の半径よりも１０〜２０ミクロン（例えば、１０ミクロン）大きいことができる。いくつかの実施形態においては、ポンプ室壁部を越える延在の程度は、１０ミクロン未満（例えば、２〜５ミクロン）であることができる。
【０１２１】
図６Ｈに示すように、シリコン層６７２上の残留フォトレジスト６８８は、この残留フォトレジスト６８８が融解し再流動化して、液化したフォトレジストの表面張力によってドームを形成するように、加熱される（例えば、摂氏約２５０度まで）。次いで、フォトレジスト６８８が冷却される（例えば、室温まで）と、これらのドームは、固化し、ドーム形状を維持する。その結果、ポンプ室空洞部がポンプ室層５４０内に形成された又は形成される予定の区域の直上のシリコン層６７２の平坦な表面の上に、フォトレジスト６８８のドームが形成される。いくつかの実施形態においては、フォトレジスト６８８の各ドームは、ドーム６８８の下方の対応するポンプ室の縁を越えて延在する。この延在の程度は、例えば２〜５ミクロン又は５〜１０ミクロンであることができる。
【０１２２】
シリコン層６７２の平坦な表面の上に固化したフォトレジスト６８８のドームが形成されると、フォトレジスト６８８の露出された表面及びシリコン層６７２の露出された表面に対してエッチング剤を付与することが可能となる。このエッチング剤は、フォトレジスト層６８８対シリコン層６７２について１：１の選択性を有するように、調製されることができる。エッチングが進むにつれて、フォトレジスト層６８８及び露出されたシリコン層６７２は、同一速度でエッチ除去される。
【０１２３】
このプロセスのために、等方性エッチング剤が使用され、シリコン層６７２の露出された表面内に結果的に得られるドーム６９０（図６Ｉに示すような）は、このエッチング剤が付与される前のフォトレジスト層６８８内のドーム状表面の形状（図６Ｈに示すような）に相似する。図６Ｉに示すように、フォトレジスト６８８の全てが除去されて、ドーム形状がシリコン層６７２の露出された表面に転写されると、エッチングは終了される。いくつかの実施形態においては、エッチング剤の選択性は、シリコン層６７２内に結果的に得られるドーム状表面が、フォトレジスト６８８のドーム状表面から若干異なるように、若干変更することができる。
【０１２４】
図６Ｉに示すように、結果的に得られる構造体は、シリコン層６８０、ハンドル層５２０、及びシリコン層６８０とハンドル層５２０との間の酸化物層５３０を有する。シリコン層６８０の露出された表面は、（シリコン層６８０内に既に形成された、又は後にシリコン層６８０内に形成される予定の）ポンプ室空洞部５６５の区域の上方の湾曲部分６９０と、この湾曲部分を囲む実質的に平坦部分と、を含む。図６Ｉに示す結果的に得られる構造体は、ポンプ室から凸形状の圧電膜を有する圧電構造体を形成するためのプロファイル転写基板として使用することができる。
【０１２５】
フォトレジストの加熱及び再流動化プロセスは、非真空環境で実施することができる。しかし、フォトレジストのドームの湾曲表面を下層基板の露出された表面に転写するようにフォトレジストのドーム及び下層基板をエッチ除去した場合に、シリコン基板の結果的に得られる表面が、時として意図しない欠陥やボイドを含むことになるおそれがある。例えば、図６Ｊは、フォトレジストが非真空環境において（例えば、大気圧下において）加熱及び再流動化される図６Ｇ〜６Ｉに示すプロセスにより形成されたシリコンドームの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。図６Ｊに示すシリコンドームの表面は、約１５〜２０オングストロームの表面粗さを有する。
【０１２６】
代わりに、フォトレジストの加熱及び再流動化プロセスは、真空環境で実施することができる。いかなる特定の理論にも制約されるものではないが、結果的に得られるシリコンドームの表面粗さは、大幅に低減されることができる。いくつかの実施形態においては、フォトレジストの冷却も真空環境で実施することもできる。図６Ｋは、フォトレジストが真空環境において加熱及び再流動化される図６Ｇ〜６Ｉに示すプロセスにより形成されたシリコンドームの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。図６Ｋに示すシリコンドームの表面は、図６Ｊに示すシリコンドームに比べて大幅に平滑である。
【０１２７】
平坦な基板の上に形成されたシリコンドームは、圧電材料を上に堆積することが可能なプロファイル転写表面として、又はプロファイル転写表面を形成するためのベースとなり得るネガティブプロファイル転写表面として、使用することができる。フォトレジストの真空中での加熱及び再流動化プロセスで得られるより平滑な基板表面によって、後にその上に堆積される材料もまた、より平滑な表面を有することができる。真空環境においてフォトレジストを加熱及び再流動化するためのプロセスは、マイクロレンズ製造プロセスにおいて等、平滑な湾曲表面が基板上に形成されることが望ましい他の用途に対しても適用することができる。
【０１２８】
図７Ａ〜７Ｋは、初めにネガティブプロファイル転写表面がネガティブプロファイル転写基板内に用意され、次いでプロファイル転写表面がネガティブプロファイル転写表面に基づいて作製される、別のプロセスを示す。例えば、図７Ａ〜７Ｄは、平坦な表面によって囲まれた凸状表面を有するネガティブプロファイル転写基板を形成するための一例のプロセスを示す。ネガティブプロファイル転写基板の凸状表面を形成するためのこのプロセスは、図６Ｇ〜６Ｉに示す凸状プロファイル転写表面を作製するためのプロセスに類似する。
【０１２９】
図７Ａに示すように、パターニングされたフォトレジスト層７０２が、シリコン基板等の半導体基板層７０４の上に堆積される。パターニングされたフォトレジスト層７０２は、ポンプ室空洞部と垂直に配列される区域を覆う。この残留フォトレジスト７０２により覆われる基板表面の部分は、ポンプ室空洞部の横方向断面区域を若干（例えば、２〜５、５〜１０、又は１０〜２０ミクロンだけ）超えて延在することができる。フォトレジスト層７０２の厚さは、圧電膜の湾曲表面の所望の高さとほぼ同じである。
【０１３０】
図７Ｂに示すように、フォトレジスト７０２は、加熱されて、融解及び再流動化して基板層７０４の露出された表面の上にフォトレジストのドーム７０６を形成する。次いで、フォトレジストは、冷却されて、これらのドームが基板層７０４の露出された表面上で固化し留まる。いくつかの実施形態においては、フォトレジスト７０２は、真空環境において約２５０℃まで加熱されて再流動化される。いくつかの実施形態においては、フォトレジストは、やはり真空環境において冷却される。
【０１３１】
次いで、フォトレジストのドーム７０６を含む基板層７０４の露出された表面は、基板材料対フォトレジストについて１：１の選択性を有するエッチング剤に曝露される。フォトレジスト及び基板は、同一速度でエッチ除去される。エッチングは、図７Ｃに示すように、全てのフォトレジスト７０６が除去されてフォトレジスト７０６のドーム形状部がシリコン層７０４の露出された表面に転写されると、終了される。ドーム状表面７０８は、平坦な表面によって囲まれている。凸状ドーム７０８は、所望の凹状プロファイル転写表面のネガであり、プロファイル転写基板内にプロファイル転写表面を形成するために使用することができる。
【０１３２】
図７Ｄに示すように、エッチストップ層（例えば、酸化物層７１０）が、例えば熱酸化により、基板７０４の表面上に置かれる。酸化物層７１０の厚さは、１〜２ミクロン等、数ミクロンであることができる。酸化物層７１０は、ドーム状表面７０８を含む基板７０４の面を均一に覆う。いくつかの実施形態においては、酸化物層７１０は、ドーム状表面を含まない他の面においても基板７０４を覆うことができる。いくつかの実施形態においては、他の種類の材料（例えば、シリコン窒化物）が、基板表面上に堆積されてエッチストップ層として使用されることができる。いくつかの実施形態においては、エッチストップ層は、基板表面の湾曲部分のみを覆うことが必要である。この時点にて、図７Ｄに示すように、平坦部分によって囲まれた凸状部分を有するネガティブプロファイル転写表面が、ネガティブプロファイル転写基板の露出された面に作製される。
【０１３３】
図７Ｅ〜７Ｋは、図７Ｄに示すネガティブプロファイル転写基板を使用してプロファイル転写基板内に平坦な表面によって囲まれた凹状表面を形成するための一例のプロセスを示す。いくつかの実施形態においては、他の方法を利用して（例えば、研削又は射出成型により）作製された同一形状のネガティブプロファイル転写基板を使用することもできる。
【０１３４】
図７Ｅに示すように、ポリシリコン層７１２が、ドーム７０８を含む基板７０４の表面上に均一に堆積されることができる。ポリシリコン層７１２の厚さは、少なくとも基板７０２上のドーム７０８の高さと同一である。したがって、ポリシリコン層７１２の露出された表面は、平坦部分によって囲まれた湾曲部分７１４を有し、また同時に、ポリシリコン層７０８の露出されていない表面（即ち基板７０２と接している表面）は、平坦部分によって囲まれた同一の湾曲部分７１４を有する。
【０１３５】
いくつかの実施形態においては、ポリシリコン層の堆積は、二つのステップで実施することができる。初めに、ポリシリコンの比較的薄い層（例えば、約０．２５ミクロン）が、ネガティブプロファイル転写基板上にポリシリコンの核を形成するために９５０℃で堆積される。次いで、ポリシリコンのより厚い層（例えば、約２２ミクロン）が、より高温（例えば、１１５０℃）で堆積される。堆積速度は、例えば約１ミクロン／分であることができる。いくつかの実施形態においては、様々なポリマー及び他の半導体材料等、ポリシリコン以外の材料を使用してもよい。
【０１３６】
次いで、図７Ｆに示すように、ポリシリコン層７１２は、ポリシリコン層７１２の露出された表面上の湾曲部分７１４が除去されてポリシリコン層７１２の露出された表面が平坦になるように研磨及び平坦化されるが、ポリシリコン層７１２の露出されていない表面は酸化物層７１０と接した状態のまま酸化物層７１０のドーム状表面に整合する湾曲部分を有する。いくつかの実施形態においては、ポリシリコン層は、平坦化が開始される前に、ある期間（例えば、１時間）にわたり窒素環境において高温（例えば、１１００℃）でアニールされる。
【０１３７】
次いで、図７Ｇに示すように、結果的に得られる図７Ｆに示した構造体が、ポンプ室層を含む基板（例えば、図５Ａ〜５Ｄに示すプロセスで得られる構造体）に接合されることができる。いくつかの実施形態においては、ポンプ室空洞部５６５の内側の酸化物層５３０の部分の厚さは、ポンプ室層５４０の下方に位置する酸化物層５３０の他の部分よりも薄い（例えば、０．５ミクロン対１ミクロン）。ポリシリコン層７１２の露出された平坦な表面は、ポンプ室層５４０の露出された表面に接合される。いくつかの実施形態においては、研磨されたポリシリコン層７１２は、ポンプ室を含む基板に接合される前に、（例えば、ＲＣＡ洗浄により）洗浄される。この洗浄により、ポリシリコンドーム上の残留物及び微粒子が除去されて、接合界面中のボイドが減少する。基板７０２の表面内の湾曲部分７０８のそれぞれは、対応するポンプ室空洞部５６５と位置合わせされる。いくつかの実施形態においては、各湾曲部分７０８の縁は、対応するポンプ室空洞部５６５の縁を若干（例えば、２〜５ミクロン又は５〜１０ミクロンだけ）超えて延在する。
【０１３８】
ポリシリコン層７１２とポンプ室層５４０との接合が完了した後に、ポンプ室空洞部５６５は、図７Ｈに示すように、ポリシリコン層７１２の平坦な表面により上方から封止された状態となる。次いで、（基板７０４の全ての面が酸化された場合には）酸化物層７１０が基板７０４の露出された表面から剥離され、それにより、基板７０４は（図７Ｉに示すように）湾曲部分７０８を含まない面が露出される。
【０１３９】
図７Ｊに示すように、基板７０４は、様々な化学的、機械的、又はそれらの組合せのバルク除去技術により、酸化物層７１０が完全に露出されるまで除去され、任意にはＫＯＨエッチングプロセスにより仕上げられる。酸化物層７１０は、厚さが均一であり、したがって、同一の湾曲部分が、酸化物層７１０の両側に存在する。基板７０４が除去されると、この時に露出された酸化物層７１０の表面もまた、平坦な表面によって囲まれた湾曲部分７０８を有する。酸化物層７１０の露出された表面の湾曲部分は、ポンプ室空洞部に向かって凹形状である。酸化物層７１０に隣接するポリシリコン層７１２の表面は、酸化物層７１０の凹状部分７０８に整合する同一の凹状部分を有する。
【０１４０】
任意には、酸化物層７１０は、例えばエッチングにより、剥離され、酸化物層７１０に隣接するポリシリコン層７１２の表面が露出される。この時に露出されたポリシリコン層７１２の表面は、平坦部分によって囲まれた凹状部分７１４を有する。図７Ｋに示すこの時に露出されたポリシリコン層７１２の表面は、湾曲圧電膜を有する圧電アクチュエータを作製するためのプロファイル転写表面として使用することができる。酸化物層７１０が除去されている場合には、圧電構造体の作製時にポリシリコン層７１２の露出された表面上に新たなエッチストップ層（例えば、酸化物層又は金属層）が付与されることができる。
【０１４１】
図７Ｅ〜７Ｋに示すプロセスにおいて、ドーム状ポリシリコン層の平坦化及び研磨を、先にポリシリコン層を高温でアニールしないで行うと、研磨されたポリシリコン基板上に非均一性が生じることがある。例えば、図７Ｌ〜７Ｍは、先にポリシリコン層のアニーリングを行わないで、ポリシリコン層からポリシリコンドームを除去する、一例のプロセスを示す。ポリシリコン層の研磨は、例えば標準的なシリコン研磨スラリを使用して実施することができる。図７Ｌは、ドーム除去が開始される前のポリシリコン層を示す。図７Ｍは、研磨が開始されて、シリコンドームの一部分が除去された後のポリシリコン層を示す。ポリシリコン層の表面粗さは、大きくなく（例えば、約２０オングストローム）、接合のために許容し得るものであるが、ポリシリコンドームの上の区域は、研磨速度における非均一性を呈して、これがドーム状区域の上方の研磨された表面に皿状の窪みをもたらす。図７Ｍに示すように、ポリシリコン表面の（現時点ではほぼ除去された）ポリシリコンドーム上の区域は、（例えば、窪み部７１６として）中央において若干窪んでいる。
【０１４２】
図７Ｎは、図７Ｌ〜７Ｍに示すプロセスで得られたポリシリコンドームの画像を示す。平坦な領域はポリシリコンドームの区域に比べて研磨速度が低いので、ポリシリコンドーム区域の中央領域７１８に皿状の窪みが生ずる。皿状の窪みは、１０００オングストロームもの大きさとなるおそれがあり、これがドーム状区域に接合不良を生じさせることがある。
【０１４３】
図７Ｏ〜７Ｑは、基板に接合する前のドーム状ポリシリコン層を平坦化及び研磨するための別のプロセスを示す。図７Ａ〜７Ｑに示すプロセスにおいては、初めに、ポリシリコン層は、窒素環境において高温（例えば、１１００℃）でアニールされる。いくつかの実施形態においては、他の不活性ガス環境を利用することもできる。更に、研磨は、初めに標準的な低ｐＨシリコンスラリを使用し、次いで高ｐＨ酸化物スラリを使用する、二つのステップで実施することができる。
【０１４４】
図７Ｏは、アニーリングプロセス後のドーム状ポリシリコン層を示す。初めに、ドームは低ｐＨシリコンスラリを使用した研磨（例えば、ＣＭＰ又は他の機械的研磨プロセス）により除去され、その結果得られる構造体が図７Ｐに図示される。図７Ｒは、低ｐＨシリコンスラリによる研磨後のポリシリコン層の表面を示す。ドームが除去されて、元ドーム状区域が平坦になる。元ドーム状区域の表面粗さは小さいが、元から平坦な区域の表面粗さは図７Ｒに示すように大きいままである。ポリシリコン層の表面全体にわたって均一な平滑性を実現するために、追加の研磨ステップを実施することができる。図７Ｐに示すように、ポリシリコン層の表面粗さは高ｐＨ酸化物スラリを使用したポリシリコン表面の研磨により更に除去されて、図７Ｑに示す構造体を結果的にもたらす。研磨は、所望の表面平滑度に達すると（例えば、３ミクロンのポリシリコンが除去された後に）終了されることができる。図７Ｓは、高ｐＨ酸化物スラリによる研磨後のポリシリコン層の表面を示す。
【０１４５】
図７Ｓに図示されるように、研磨されたポリシリコン層の表面全体が均一かつ平滑であり、表面内に皿状の窪みは生じていない。ポリシリコン表面における総厚さ変化量は、非常に小さく（例えば、１ミクロン未満）することができ、研磨後のポリシリコン層の平均厚さは、例えば約２０〜２５ミクロンとすることができる。
【０１４６】
いかなる特定の理論にも制約されるものではないが、研磨の開始前におけるアニーリングステップの追加は、平坦化されたポリシリコン層の表面の平坦性及び平滑性を向上させるのに有用となり得る。平滑かつ平坦なポリシリコン表面は、ポリシリコン層と基板層との間の良好な接合を可能にする。
【０１４７】
更に、アニーリングプロセスにより、ポリシリコン層の結晶粒サイズ及び化学組成が変化して、ポリシリコン層中の異なる領域間において結晶粒サイズ及び化学組成がより均一になっている可能性がある。低ｐＨシリコンスラリを使用する研磨の速度は、ポリシリコン層の平坦部分において、ドーム部分と比べて低い。しかし、ドームの除去後には、ポリシリコン層の表面全体が、高ｐＨスラリを使用して高研磨速度で研磨されることができる。
【０１４８】
ポンプ室と位置合わせされる湾曲部分を有する表面を作製する、他の方法を利用することができる。例えば、プロファイル転写表面の窪み部又はドームは、基板の平坦な表面を研削することによって形成することができる。或いは、窪み部又はドームは、基板材料（例えば、エポキシを含むＳｉ粉末）を使用した射出成形により形成することができる。
【０１４９】
所望のプロファイル転写表面を有するプロファイル転写基板を用意した後に、プロファイル転写表面の上に圧電アクチュエータを形成することができる。いくつかの実施形態においては、プロファイル転写表面は、ポンプ室層を備える基板層の上に形成することができる。いくつかの実施形態においては、ポンプ室は、プロファイル転写表面が用意される際に既に形成されていることができ、又はプロファイル転写表面が用意された後に形成されることができる。
【０１５０】
図６Ｅ〜６Ｆ、図６Ｇ〜６Ｉ、及び図７Ａ〜７Ｋに示すように、プロファイル転写表面は、平坦部分によって囲まれた凸状部分、又は平坦部分によって囲まれた凹状部分、を含むことができる。（ポンプ室について凹状又は凸状の）湾曲部分の位置は、垂直方向においてポンプ室空洞部と位置合わせされる。更に、いくつかの実施形態においては、プロファイル転写表面の湾曲部分のそれぞれは、例えば数ミクロンだけ、対応するポンプ室の縁を越えて延在する。
【０１５１】
図８Ａ〜８Ｋは、湾曲した圧電アクチュエータを有する流体吐出ユニットを形成するための一例のプロセスを示す。このプロセスは、図６Ｅ〜６Ｆに示すプロセスで、又は代替的には図６Ｇ〜６Ｉに示すプロセスで、得られた構造体から開始することができる。図８Ａ〜８Ｋは、凸状プロファイル転写表面を有する（即ち、プロファイル転写表面の湾曲部分がポンプ室空洞部から凸形状である）開始構造体を示すが、同一のプロセスを、凹状プロファイル転写表面を有する開始構造体（例えば、図６Ｆに示す構造体）に同様に適用することができる。同様に、図９Ａ〜９Ｋは、湾曲した圧電アクチュエータを有する流体吐出ユニットを形成するための別の例のプロセスを示す。このプロセスは、図７Ａ〜７Ｋに示すプロセスで得られる構造体から開始することができる。
【０１５２】
まず、図８Ａに示すように、基板８７８は、プロファイル転写層８８０、ハンドル層５２０、及びプロファイル転写層８８０とハンドル層５２０との間の酸化物層５３０を含む。プロファイル転写層８８０は、ポンプ室層５４０を備える。ポンプ室層５４０は、封止された凹部５６５が内部に形成されている。凹部５６５の上部表面は、プロファイル転写層８８０の露出された表面内の湾曲部分６９０の下方に位置する。凹部５６５の下部表面は、酸化物層５３０により形成される。
【０１５３】
エッチストップ層８０４が、プロファイル転写層８８０の露出された表面の上に設けられる。エッチストップ層８０４は、熱酸化により形成された酸化物薄層であることができる。エッチストップ層８０４の厚さは、約０．２５ミクロンであることができる。後でエッチストップ層８０４の上に圧電アクチュエータの構成層が設けられた後には、エッチストップ層８０４は、プロファイル転写層のポンプ室空洞部の縁内の部分が後で除去される際に、圧電構造体へのエッチングを防止する役割を果たす。
【０１５４】
また、エッチストップ層８０４は、プロファイル転写層８８０の粗表面の平滑化を助けることができる。更に、エッチストップ層８０４は、流体吐出使用中にポンプ室内の流体から圧電アクチュエータ構造体を保護する機能を果たすことができる。いくつかの実施形態においては、例えば、基準電極層がエッチストップ層として機能することができて作動中にポンプ室内部の流体と接触状態にあることに対して耐久性がある場合には、エッチストップ層８０４は任意であってもよい。
【０１５５】
図８Ｂに示すように、下部導電性金属層８０６が、エッチストップ層８０４の上に堆積されることができる。この下部金属層８０６の堆積は、スパッタリング、化学気相蒸着、又は物理気相蒸着等々により達成されることができる。下部金属層８０６は、圧電アクチュエータ用の電極（例えば、基準電極又は駆動電極）を形成するために使用することができる。
【０１５６】
電極は、例えば、堆積中にマスクを使用することによって、又は後のエッチングによって、下部金属層８０６をパターニングすることにより形成することができる。下部金属層８０６は、少なくともエッチストップ層８０４の湾曲部分（又は、エッチストップ層が付与されないで、下部金属層がエッチストップ層として使用されることとなる場合には、プロファイル転写層８８０の湾曲部分）の上において、実質的に均一な厚さを有する。下部金属層８０６の湾曲部分のそれぞれは、プロファイル転写層８８０内の対応するポンプ室空洞部５６５と位置合わせされる。
【０１５７】
下部金属層８０６に使用される金属は、例えば、Ｉｒ（接着層を伴わない）、Ａｕ、Ｔｉ／Ｗ接着層を伴うＡｕ、Ｔｉ／Ｗ接着層を伴うイリジウム、又はＴｉ／Ｗ接着層を伴わないイリジウムを含むことができる。下部金属層８０６の厚さは、約２３００オングストロームであることができる。任意の接着層の厚さは、約２００オングストロームであることができる。下部金属層８０６の他の厚さも可能である。
【０１５８】
下部金属層８０６がエッチストップ層８０４の上に堆積された後に、圧電層８０８が下部金属層８０６の上に堆積されることができる。図８Ｃに示すように、圧電層８０８の堆積は、スパッタリング、化学気相蒸着、又は物理気相蒸着等々により達成されることができる。圧電層８０８は、基板５２０の平坦な表面に対して実質的に垂直に離れる方向に向かう、堆積時の極性化方向を有することができる。
【０１５９】
湾曲圧電層８０８内の湾曲部分のポンプ室５６５に対する湾曲方向及び圧電層の極性化方向に応じて、圧電アクチュエータについての駆動電圧設計を調整することができる。本明細書の他の部分において示すように、記載の堆積方法により作製される圧電層８０６は、柱状で整列され下部金属層８０６又は圧電層８０８の表面に対して局所的に垂直である、結晶粒構造体を内部に有することができる。
【０１６０】
結果的に得られる圧電層８０８は、ポンプ室の上方の湾曲部分と、この湾曲部分を囲む平坦部分と、の両方を有する。いくつかの実施形態においては、圧電層８０８の各湾曲部分と平坦部分との間の移行領域は、例えば数ミクロン（例えば、２〜５ミクロン又は５〜１０ミクロン）だけ、横方向においてポンプ室空洞部５６５の縁を越えて位置する。
【０１６１】
圧電層８０８の厚さは、数ミクロン（例えば、３ミクロン）であることができる。ポンプ室のサイズ及び圧電層８０８内の湾曲部分の高さ／深さに応じて、流体吐出にとって望ましい剛性及びコンプライアンス、及び／又は必要な作動周波数での望ましい共振挙動を有するように、圧電層８０８の厚さを調整することができる。
【０１６２】
図８Ｄに示すように、圧電層８０８及び下部金属層８０６は、各ポンプ室用の個別のアクチュエータを画成するようにパターニングされることができる。例えば、圧電層８０８、下部金属層８０６及びエッチストップ層８０４は、各流体吐出ユニットを他の流体吐出ユニットから離隔するように、（例えば、エッチング若しくは他のリソグラフィプロセスにより、又はソーイングにより）セグメント化することができる。各ポンプ室５６５の上方の区域の周辺から、過剰な圧電材料を、圧電層８０８の部分８１０のみが下部金属層８０６の上に残るように、例えばエッチングにより、除去することができる。圧電層８０８の残留部分８１０は、ポンプ室壁部の直上の区域及びポンプ室壁部の縁を若干超えて延在する区域を覆う。
【０１６３】
更に、穴８１２が、ポンプ室層５４０内に既に形成されている流体入口及び流体出口に連絡するように、下部金属層８０６及びエッチストップ層８０４を貫通して形成されることができる。
【０１６４】
図８Ｅに示すように、絶縁体層８１４が、下部金属層８０６の露出された表面及び圧電膜８１０の露出された表面の上に堆積されることができる。絶縁体層８１４は、異なるポンプ室用の個々のアクチュエータを絶縁するために使用することができる。絶縁体層８１４は、少なくとも圧電膜８１０の湾曲部分が露出され、かつ個々の圧電アクチュエータが相互に絶縁されるように、パターニングされることができる。
【０１６５】
図８Ｆに示すように、上部金属層８１６が、絶縁体層８１４の露出された表面及び圧電膜８１０の露出された表面の上に堆積される。この堆積は、例えばスパッタリング等により達成されることができる。上部金属層８１６は、圧電アクチュエータ用の駆動電極（又は、下部金属層８０６が駆動電極を作製するために使用される場合には、基準電極）を作製するために使用することができる。上部金属層８１６は、各ポンプ室の上の圧電アクチュエータ用の上部電極が相互に分離されて個別に制御されることができるように、パターニングされることができる。また、上部金属層８１６は、個々の駆動電極を関連付けられる金属バンプに連結するための導電性トレースを形成することができる。
【０１６６】
上部金属層８１６の厚さは、約４０００オングストロームであることができる。上部金属層８１６は、Ｉｒ、Ａｕ、若しくはＴｉ／Ｗ接着下層を伴うＡｕ、又は他の適切な金属から作製することができる。この金属層の厚さは、使用される金属の導電性に応じて変えることができる。接着層は、約２００オングストロームであることができる。プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）法又は化学気相蒸着（ＣＶＤ）法等の他の堆積方法を利用して、上部金属層８１６を堆積することができる。
【０１６７】
いくつかの実施形態においては、金属シードが、例えばスパッタリング及びその後のエッチングによって、上部金属層８１６、下部金属層８０６、及び／又は絶縁体層８１４の露出された表面上の様々な位置に堆積されることができる。次いで、金属バンプが、様々な金属バンプを形成するためにシード金属の上にメッキ形成されることができる。これらの金属バンプは、基準電極用の電極接続部（例えば、金属バンプ８１８）及び駆動電極用の電極接続部（例えば、金属バンプ８２０）として使用することができる。いくつかの金属バンプ（例えば、金属バンプ８２２）は、作動中にアクチュエータ膜８１０が伸展する余地を用意するためのスペーサバンプとしての役割を果たすことができる。更に、金属シール８２４が、流体入口出口穴８１２の周囲にメッキ形成されることができる。
【０１６８】
図８Ｇに示すように、ＡＳＩＣウエハ１２８が用意されることができ、ここでは、ＡＳＩＣウエハは圧電アクチュエータアセンブリ１１８上に形成された各電気金属バンプ（例えば、金属バンプ８１８及び８２０）に対応する電気接続部を有する。ＡＳＩＣウエハ１２８は、圧電アクチュエータの制御回路の少なくとも一部を含む。また、ＡＳＩＣウエハ１２８は、穴８１２を介してポンプ室５６５に流体を供給し又はポンプ室５６５から流体を受けるための、流体チャネル８３０を含む。
【０１６９】
作動アセンブリ１１８、ポンプ室層５４０及びハンドル層５２０を含む基板８７８にＡＳＩＣウエハ１２８が接合された後には、ＡＳＩＣウエハ１２８は、基板８７８の裏側から次の処理を行うためのハンドル層としての役割を果たすことができる。初めに、ハンドル層５２０及び酸化物層５３０は、研削、研磨及びドライエッチング等の様々な適した処理方法によって除去することができる。図８Ｈに示すように、酸化物層５３０が完全に除去された後には、ポンプ室空洞部５６５の内側壁部は露出される。
【０１７０】
露出されたポンプ室空洞部５６５のそれぞれの内側において、プロファイル転写層８８０の湾曲部分６９０の一部も露出される。湾曲部分６９０のこの露出された部分は、エッチストップ層８０４の下面がポンプ室空洞部５６５の内側において露出されるまで、（例えば、ドライエッチング剤によって）エッチ除去される。異方性エッチング剤を使用することができ、ポンプ室層５４０はエッチングプロセス用のマスクとしての役割を果たすことができる。エッチングがエッチストップ層８０４により停止されると、図８Ｉに示すように、ポンプ室空洞部５６５の上に結果的に得られる圧電アクチュエータ構造体は、ポンプ室空洞部に対して上面及び下面の両方に湾曲表面を有する。
【０１７１】
次いで、ノズル層８４０がポンプ室層５４０の露出された面に接合されて、ポンプ室空洞部の下部がノズル層８４０により封止される。いくつかの実施形態においては、ノズル層８４０は、ＳＯＩウエハのシリコン層であることができ、ノズル８４２は、ノズル層がポンプ室層５４０に接合される前に、ノズル層８４０内の対応するポンプ室空洞部５６５と位置合わせされる場所に形成されることができる。ノズル８４２は、例えば異方性エッチングにより形成された、テーパ状凹部であることができる。図８Ｊに示すように、この時点では、ノズル８４３の下部はＳＯＩウエハの酸化物層８４６及びハンドル層８４４によって封止された状態である。
【０１７２】
最後に、ＳＯＩウエハのハンドル層８４４が除去され、ノズル８４２を開口させて図１Ａに示される構造体（図８Ｋにも示される）を形成することができる。図８Ａ〜８Ｊに示すのと同一のプロセスを、図６Ｅ〜６Ｆに示すプロセスで形成される構造体に適用することができて、図１Ｂに示す構造体を得ることができる。
【０１７３】
図９Ａ〜９Ｋは、図１Ｂに示す流体吐出モジュールを形成するための別のプロセスを示す。このプロセスは、図７Ａ〜７Ｋに示すプロセスで形成された構造体から開始することができる。図９Ａ〜９Ｋに示すプロセスの多くのステップが、図８Ａ〜８Ｋに示すプロセスと共通する。図８Ａ〜８Ｋに示すステップと図９Ａ〜９Ｋに示すステップとの違いは、これら二つのプロセスにおける開始構造体のプロファイル転写層における違いによるものである。例えば、図８Ａに示す開始構造体８７８においては、プロファイル転写層８８０は、プロファイル転写表面と同一の半導体材料（例えば、Ｓｉ）内に形成されたポンプ室とを含む。対照的に、図９Ａに示す開始構造体９７８においては、プロファイル転写層９８０は、湾曲したプロファイル転写表面を含むポリシリコン層７１２と、単結晶Ｓｉ等のポリシリコン以外の材料から形成されたポンプ室層５４０と、を含む。
【０１７４】
明示して説明した違いを除けば、図８Ａ〜８Ｋに示すプロセスに関する説明は、図９Ａ〜９Ｋに示すプロセスにも該当する。更に、図８Ａ〜８Ｋに示すプロセスは、凸状プロファイル転写表面及び凸状圧電アクチュエータの形成を対象としているが、図９Ａ〜９Ｋに示すプロセスは、凹状プロファイル転写表面及び凹状圧電アクチュエータの形成を対象とする。
【０１７５】
図９Ａにおいて、エッチストップ層９０４が、ポリシリコン層７１２のプロファイル転写表面の上に設けられる。図９Ｂにおいて、導電性下部金属層９０６が、エッチストップ層９０４の上に堆積される。図９Ｃにおいて、圧電層９０８が、下部金属層９０６の上に堆積される。図９Ｄにおいて、圧電層９０８及び下部金属層９０６が基板に対してパターニングされて、個々の流体吐出モジュールが形成される。ポンプ室の直上の圧電膜の部分９１０のみが、下部金属層９０６の上に残る。いくつかの実施形態においては、圧電膜の残留部分９１０は、ポンプ室５６５の縁を若干超えて延在する。
【０１７６】
図９Ｅにおいて、絶縁体層９１４が、圧電層９１０の露出された表面及び下部金属層９０６の露出された表面の上に堆積される。絶縁体層９１４は、個別の流体吐出モジュールをセグメント化するようにパターニングされることができる。更に、穴９１２が、絶縁体層９１４、下部金属層９０６及びエッチストップ層９０４を貫通して形成されて、ポンプ室層５４０内に形成された流体入口及び流体出口（不図示）に連絡することができる。
【０１７７】
いくつかの実施形態においては、図９Ｅに示すように、ポリシリコン層７１２の穴９１２内の部分が浅めに下方にエッチングされて、ポリシリコンの薄層がポンプ室層５４０内に形成された流体入口穴及び流体出口穴の上に残る。穴９１２内に残るポリシリコン層の厚さは、酸化物層９０４の裏側のポリシリコンがポンプ室壁部内側において後にエッチ除去される際に穴９１２内の残留ポリシリコン層も完全にエッチ除去されることができるような、厚さとすることができる。
【０１７８】
いくつかの実施形態においては、ポリシリコン層７１２内に穴９１２を形成するために、パターニングされたフォトレジスト層が図９Ｅに示す構造体の露出された表面に付与される。フォトレジスト層は、穴のエッチングの完了後に除去される必要がある。フォトレジストの除去は、ウェットケミカルプロセスにより、又はドライエッチプロセスにより（例えば、プラズマエッチプロセスを利用して）、達成することができる。穴がエッチングによって完全に貫通形成される場合には、好ましくは、フォトレジスト層の除去は、ウェブケミカルプロセスによる水分がポンプ室層７１２内に既に形成されているチャネル内に進入及び残留することがないように、ウェットケミカルレジスト剥離プロセスではなくドライエッチングプロセスによって実施される。しかし、場合によっては、ウェットケミカルレジスト剥離プロセスが、例えばその単純性又はコスト上の理由から、好ましい。ウェットケミカルレジスト剥離プロセスが好ましい場合には、この段階で穴９１２の内側に薄膜を残すことにより、フォトレジスト剥離プロセスでウェットケミカルによってポンプ室層７１２の内部のチャネルを汚染する危険性を伴うことなくフォトレジスト層を剥離することができる。
【０１７９】
図９Ｆにおいて、上部金属層９１６が、例えばスパッタリングにより、圧電層９１０の上に堆積される。上部金属層９１６は、個々のアクチュエータ用の駆動電極（又は、下部金属層が駆動電極を作製するために使用される場合には、基準電極）を画成するように、及び穴９１２を露出させるように、パターニングされることができる。更に、電気接続バンプ（例えば、金属バンプ９１８及び９２０）並びにスペーサバンプ（例えば、金属バンプ９２２）が、アクチュエータ構造体（例えば、下部金属層９０６、上部金属層９１６及び絶縁体層９１４）の露出された表面の上にメッキ形成されることができる。また、金属シール９２４が、穴９１２の周囲にメッキ形成されることができる。
【０１８０】
図９Ｇにおいて、ＡＳＩＣ層１２８が、作動層１１８及びポンプ室層５４０を含む構造体９７８に接合される。ＡＳＩＣウエハ１２８は、穴９１２に連絡する流体供給チャネル９３０を含む。次いで、図９Ｈに示すように、ハンドル層５２０及び酸化物層５３０は、ポンプ室空洞部５６５の内側表面を露出させるように除去される。酸化物層５３０の厚さがポンプ室空洞部５６５の外側よりもポンプ室空洞部５６５の内側において薄いいくつかの実施形態においては、ポンプ室空洞部５６５がエッチング開口される際に、酸化物薄層（例えば、０．２５ミクロン）をポンプ室層５４０の下面上に残すことができる。
【０１８１】
図９Ｉにおいて、ポリシリコン層７１２のポンプ室空洞部５６５内の部分が、例えばエッチング等により、ポンプ室５６５に隣接する側から除去される。ポンプ室層５４０は、このエッチング用のマスクとしての役割を果たすことができる。異方性エッチング剤を使用して、ポリシリコン層７１２のポンプ室空洞部５６５内の部分のみをエッチ除去することができる。
【０１８２】
更に、ポリシリコン層７１２のポンプ室空洞部５６５内の部分が酸化物層９０４の裏側から除去される際に、穴９１２内に残留しているポリシリコンの薄層もエッチングプロセスにより除去される。
【０１８３】
図９Ｊにおいて、ノズル層９４０を含む基板が、例えば接着等により、ポンプ室層５４０に接合される。ノズル層９４０は、ノズル９４２を含む。残留している酸化物薄層５３０は、ポンプ室層５４０とノズル層９４０との間の接合を促進することができる。また、基板は、ノズル開口を塞ぐハンドル層９４４を含むことができる。
【０１８４】
図９Ｋにおいて、ハンドル層９４４が除去され、ノズル９４２が開口される。図１Ｂに示す（図９Ｋにも示す）プリントヘッドモジュール１００ｂが作製されることができる。
【０１８５】
湾曲圧電膜を形成するためにプロファイル転写表面を使用する他の方法も可能である。
【０１８６】
例えば、図１０Ａに示すように、フォトレジスト層１０９２が、半導体基板１０９６の露出された平坦な表面の上に堆積されることができる。フォトレジスト層１０９２は、開口１０９４がフォトレジスト層１０９２内に形成されるように、パターニングされることができる。開口の形状は、ポンプ室の横方向断面に類似する。開口のサイズは、例えば数ミクロン（例えば、２〜５ミクロン又は５〜１０ミクロン）だけ、ポンプ室の横方向寸法よりも若干大きいことができる。
【０１８７】
図１０Ｂに示すように、フォトレジスト層１０９２及び露出された基板表面は、基板１０９６の表面内に凹部１０９８が形成されるように、ＫＯＨ等の異方性エッチング剤に曝露されることができる。エッチング剤は、結果的に得られる凹部１０９８がテーパ状側壁部を有するように、用意されることができる。凹部１０９８が形成されると、エッチングを終了することができ、フォトレジスト層１０９２を剥離することができる。結果的に得られる構造体が、図１０Ｃに示される。
【０１８８】
図１０Ｄに示すように、適切な融点を有する金属又は別の材料が凹部１０９８内へスパッタリングされることにより、金属層１０１０を形成することができる。金属層１０１０は、凹部１０９８の上のドーム状表面１００２と、ドーム状部分１００２の周囲の実質的に平坦な部分１００４と、を有する。
【０１８９】
湾曲表面部分１００２を有する基板が形成されると、湾曲表面１００２は、湾曲圧電膜を有する圧電構造体を上に形成することができるプロファイル転写表面としての役割を果たすことができる。いくつかの実施形態においては、図１０Ｅに示すように、下部金属層１００６、圧電層１００８及び上部金属層１０１２が、例えば図８Ａ〜８Ｅに関連して説明したものと同様の態様で、平坦部分１００４によって囲まれた湾曲部分１００２の上に連続して堆積される。いくつかの実施形態においては、下部金属層及び圧電層のみが堆積される。
【０１９０】
その後、図１０Ｆに示すように、テーパ状凹部１０９８が、例えば基板の下面からの研削、研磨、及び／又はエッチングにより、下方から開かれることができる。基板は、金属が融解してこの開かれた凹部１０９８から（例えば、開口１０１４を介して）流出するまで、加熱されることができる。材料１０１０が開口１０１４から流出すると、下部金属層１００６、圧電層１００８及び上部金属層１０１２により形成される構造体１０２０は、基板１０９６から引き離されることができる。
【０１９１】
図１０Ｇに示すように、湾曲した圧電層１００８を有する構造体１０２０は、ポンプ室層１０１６に接合されることができ、この場合には、ポンプ室層は、ノズル層１０１８に更に接合されて、流路本体を形成する。流体吐出モジュールの他の部品が、例えば図８Ｆ〜８Ｇに関連して説明したプロセスと同様の態様において、図１０Ｇに示すステップで得られる構造体に作製及び／又は追加されることができる。
【図１Ａ】
2013538446.tif 000003
【図１Ｂ】
2013538446.tif 000004
【図２Ａ】
2013538446.tif 000005
【図２Ｂ】
2013538446.tif 000006
【図３Ａ】
2013538446.tif 000007
【図３Ｂ】
2013538446.tif 000008
【図４Ａ】
2013538446.tif 000009
【図４Ｂ】
2013538446.tif 000010
【図４Ｃ】
2013538446.tif 000011
【図５Ａ】
2013538446.tif 000012
【図５Ｂ】
2013538446.tif 000013
【図５Ｃ】
2013538446.tif 000014
【図５Ｄ】
2013538446.tif 000015
【図６Ａ】
2013538446.tif 000016
【図６Ｂ】
2013538446.tif 000017
【図６Ｃ】
2013538446.tif 000018
【図６Ｄ】
2013538446.tif 000019
【図６Ｅ】
2013538446.tif 000020
【図６Ｆ】
2013538446.tif 000021
【図６Ｇ】
2013538446.tif 000022
【図６Ｈ】
2013538446.tif 000023
【図６Ｉ】
2013538446.tif 000024
【図６Ｊ】
2013538446.tif 000025
【図６Ｋ】
2013538446.tif 000026
【図７Ａ】
2013538446.tif 000027
【図７Ｂ】
2013538446.tif 000028
【図７Ｃ】
2013538446.tif 000029
【図７Ｄ】
2013538446.tif 000030
【図７Ｅ】
2013538446.tif 000031
【図７Ｆ】
2013538446.tif 000032
【図７Ｇ】
2013538446.tif 000033
【図７Ｈ】
2013538446.tif 000034
【図７Ｉ】
2013538446.tif 000035
【図７Ｊ】
2013538446.tif 000036
【図７Ｋ】
2013538446.tif 000037
【図７Ｌ】
2013538446.tif 000038
【図７Ｍ】
2013538446.tif 000039
【図７Ｎ】
2013538446.tif 000040
【図７Ｏ】
2013538446.tif 000041
【図７Ｐ】
2013538446.tif 000042
【図７Ｑ】
2013538446.tif 000043
【図７Ｒ】
2013538446.tif 000044
【図７Ｓ】
2013538446.tif 000045
【図８Ａ】
2013538446.tif 000046
【図８Ｂ】
2013538446.tif 000047
【図８Ｃ】
2013538446.tif 000048
【図８Ｄ】
2013538446.tif 000049
【図８Ｅ】
2013538446.tif 000050
【図８Ｆ】
2013538446.tif 000051
【図８Ｇ】
2013538446.tif 000052
【図８Ｈ】
2013538446.tif 000053
【図８Ｉ】
2013538446.tif 000054
【図８Ｊ】
2013538446.tif 000055
【図８Ｋ】
2013538446.tif 000056
【図９Ａ】
2013538446.tif 000057
【図９Ｂ】
2013538446.tif 000058
【図９Ｃ】
2013538446.tif 000059
【図９Ｄ】
2013538446.tif 000060
【図９Ｅ】
2013538446.tif 000061
【図９Ｆ】
2013538446.tif 000062
【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図９Ｉ】
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【図９Ｊ】
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【図９Ｋ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【国際調査報告】
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