JP6957171B2 - インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

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。

アクチュエータ基板には、圧力室と連通する個別インク供給路と、個別インク供給路と連通する共通インク供給路（連通部）とが形成されている。つまり、アクチュエータ基板には、共通インク供給路、個別インク供給路および圧力室を含むインク流路が形成されている。保護基板の下面には、圧電素子を収容する収容凹所（圧電素子保持部）が形成されている。また、保護基板には、平面視で収容凹所と間隔をおいて、アクチュエータ基板の共通インク供給路と連通するインク供給路（リザーバ―部）が形成されている。インクタンクから、保護基板のインク供給路、アクチュエータ基板の共通インク供給路および個別インク供給路を通って、圧力室にインクが供給される。

特開２０１５−９１６６８号公報

特許文献１に記載されているようなインクジェットプリントヘッドでは、一般的に、ノズル基板はアクチュエータ基板に接着剤によって接合される。この際、ノズル基板はアクチュエータ基板に押圧された状態でアクチュエータ基板に接合されるが、両者間の接合圧が弱いと、両者間の接合強度が低下する。
また、特許文献１に記載されているようなインクジェットプリントヘッドでは、一般的に、保護基板はアクチュエータ基板に接着剤によって接合される。この際、保護基板はアクチュエータ基板に押圧された状態でアクチュエータ基板に接合されるが、両者間の接合圧が弱いと、両者間の接合強度が低下する。

この発明の目的は、アクチュエータ基板とノズル基板との間の接合強度を高めることができる、インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法を提供することである。
この発明の目的は、アクチュエータ基板と保護基板との間の接合強度を高めることができる、インクジェットプリントヘッドを提供することである。

この発明の一実施形態は、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である第１表面とは反対側の第２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、前記アクチュエータ基板の前記第２表面の周縁部に、接合圧増加用凹部が形成されている、インクジェットプリントヘッドを提供する。

この構成では、アクチュエータ基板の第２表面の周縁部に接合圧増加用凹部が形成されているので、アクチュエータ基板の第２表面にノズル基板が接合される際に、両者間の接合圧を高めることができる。これにより、アクチュエータ基板とノズル基板との間の接合強度を高めることができる。
この発明の一実施形態では、前記接合圧増加用凹部は、前記アクチュエータ基板の前記第２表面の周縁部に点在するように形成された複数の接合圧増加用凹部を含む。

この発明の一実施形態では、前記接合圧増加用凹部が平面視四角形状に形成されており、複数の四角形状の前記接合圧増加用凹部が隙間を空けて行列状に配列されている。
この発明の一実施形態では、前記接合圧増加用凹部が平面視正六角形状に形成されており、複数の正六角形状の前記接合圧増加用凹部がハニカム状に配列されている。
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。

この発明の一実施形態では、前記ノズル基板は、Ｓｉ基板からなる主基板と、前記主基板上に形成されたＳｉＯ_２膜と、前記ＳｉＯ_２膜上に形成された撥水膜とからなる。前記主基板における前記ＳｉＯ_２膜とは反対側の表面が、前記アクチュエータ基板の前記第２表面に接合されている。
この発明の一実施形態では、前記アクチュエータ基板は、Ｓｉ基板からなる。

この発明の一実施形態では、前記可動膜形成層は、ＳｉＯ_２単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記可動膜形成層は、前記アクチュエータ基板上に形成されたＳｉ膜と、前記Ｓｉ膜上に形成されＳｉＯ_２膜と、前記ＳｉＯ_２膜上に形成されたＳｉＮ膜との積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含む。

この発明の一実施形態では、平面視において、前記上部電極は、前記可動膜よりも前記圧力室の内方に後退した周縁を有しており、平面視において、一端部が前記上部電極の上面に接続され、他端部が前記圧力室の周縁の外側に引き出された上部配線をさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記上部電極および前記圧電体膜の少なくとも側面全域と、前記下部電極の上面とを覆う水素バリア膜と、前記水素バリア膜上に形成され、前記水素バリア膜と前記上部配線との間に配置された絶縁膜とをさらに含む。前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔が形成されており、前記上部配線の一端部は、前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接続されている。

この発明の一実施形態では、前記絶縁膜上に形成され、前記配線を被覆するパッシベーション膜をさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、Ｐｔ単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、前記圧電体膜上に形成されたＩｒ０_２膜と、前記Ｉｒ０_２膜上に形成されたＩｒ膜との積層膜からなる。

この発明の一実施形態は、アクチュエータ基板上に可動膜形成領域を含む可動膜形成層を形成する工程と、前記可動膜形成層の前記可動膜形成領域上に、下部電極と、前記下部電極に対して前記可動膜形成層とは反対側に配置された上部電極と、それらに挟まれた圧電体膜とを含む圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に保護基板を接合する工程と、前記アクチュエータ基板における前記可動膜形成層側の表面である第１表面とは反対側の第２表面の周縁部に、接合圧増加用凹部を形成する工程と、前記アクチュエータ基板の前記第２表面側からエッチングすることにより、前記可動膜形成領域に対向する圧力室を含むインク流路を形成する工程と、前記アクチュエータ基板の前記第２表面に、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を接合する工程とを含む、インクジェットプリントヘッドの製造方法を提供する。

この方法では、アクチュエータ基板の第２表面の周縁部に接合圧増加用凹部が形成されているので、アクチュエータ基板の第２表面にノズル基板を接合する際に、両者間の接合圧を高めることができる。これにより、アクチュエータ基板とノズル基板との間の接合強度を高めることができる。
この発明の一実施形態では、前記接合圧増加用凹部を形成する工程では、前記アクチュエータ基板の前記第２表面の周縁部に、複数の接合圧増加用凹部が点在するように形成される。

この発明の一実施形態は、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とを含み、前記保護基板における前記アクチュエータ基板に対向する対向面の周縁部に、接合圧増加用凹部が形成されている、インクジェットプリントヘッドを提供する。

この構成では、保護基板におけるアクチュエータ基板に対向する対向面の周縁部に接合圧増加用凹部が形成されているので、アクチュエータ基板に保護基板が接合される際に、両者間の接合圧を高めることができる。これにより、アクチュエータ基板と保護基板との間の接合強度を高めることができる。
この発明の一実施形態では、前記接合圧増加用凹部は、前記保護基板における前記アクチュエータ基板に対向する対向面の周縁部に点在するように形成された複数の接合圧増加用凹部を含む。

この発明の一実施形態では、前記接合圧増加用凹部が平面視四角形状に形成されており、複数の四角形状の前記接合圧増加用凹部が隙間を空けて行列状に配列されている。
この発明の一実施形態では、前記接合圧増加用凹部が平面視正六角形状に形成されており、複数の正六角形状の前記接合圧増加用凹部がハニカム状に配列されている。
この発明の一実施形態では、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。

この発明の一実施形態では、前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面である第１表面とは反対側の第２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をさらに含む。

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、アクチュエータ基板の裏面を示す底面図である。 図３は、保護基板の裏面を示す底面図である。 図４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５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６は、図４のVI-VI線に沿う図解的な断面図である。 図７は、図４のVII-VII線に沿う図解的な断面図である。 図８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９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。 図１０は、保護基板の図４に示される領域の底面図である。 図１１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１２Ａ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１２Ｂは、図１２Ａの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｃは、図１２Ｂの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｄは、図１２Ｃの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｅは、図１２Ｄの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｆは、図１２Ｅの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｇは、図１２Ｆの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｈは、図１２Ｇの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｉは、図１２Ｈの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｊは、図１２Ｉの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｋは、図１２Ｊの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｌは、図１２Ｋの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｍは、図１２Ｌの次の工程を示す断面図である。 図１２Ｎは、図１２Ｍの次の工程を示す断面図である。 図１３Ａ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１３Ｂは、図１３Ａの次の工程を示す断面図である。 図１３Ｃは、図１３Ｂの次の工程を示す断面図である。 図１３Ｄは、図１３Ｃの次の工程を示す断面図である。 図１３Ｅは、図１３Ｄの次の工程を示す断面図である。 図１３Ｆは、図１３Ｅの次の工程を示す断面図である。 図１４Ａは、ノズル基板集合体を基板アセンブリ集合体に接合する工程を説明するための模式的な断面図であって、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１４Ｂは、図１４Ａの次の工程を示す断面図である。 図１４Ｃは、図１４Ｂの次の工程を示す断面図である。 図１５Ａは、ノズル孔の変形例を示す図解的な断面図である。 図１５Ｂは、ノズル孔の他の変形例を示す図解的な断面図である。 図１５Ｃは、ノズル孔のさらに他の変形例を示す図解的な断面図である。 図１６は、第１接合圧増加用凹部の変形例を示す部分拡大底面図である。 図１７は、第２接合圧増加用凹部の変形例を示す部分拡大底面図である。

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、アクチュエータ基板の裏面を示す底面図である。図３は、保護基板の裏面を示す底面図である。図４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５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６は、図４のVI-VI線に沿う図解的な断面図である。図７は、図４のVII-VII線に沿う図解的な断面図である。

図６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。

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６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６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６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。アクチュエータ基板２の裏面２ｂの周縁部には、複数の第１接合圧増加用凹部６１が形成されている。 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（裏面）に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ_２）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撥水膜３２とからなる。撥水膜３２は、この実施形態では、フッ素系ポリマー等の有機膜からなる。この実施形態では、シリコン基板３０の厚さは４０μｍ程度であり、酸化シリコン膜３１の膜厚は０．１μｍ程度であり、撥水膜３２の膜厚は０．１μｍ程度である。

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。前述の第１接合圧増加用凹部６１は、ノズル基板３をアクチュエータ基板２に接合する際に、両者間の接合圧を大きくするために形成されている。

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。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。したがって、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。

この実施形態では、凹部２０ａは、シリコン基板３０の表面から酸化シリコン膜３１側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台状に形成されている。インク吐出通路２０ｂは、横断面が円形のストレート孔から構成されている。この実施形態では、凹部２０ａは、シリコン基板３０の厚さ途中まで形成されており、インク吐出通路２０ｂは、シリコン基板３０に形成されている部分と、酸化シリコン膜３１および撥水膜３２に形成された部分とからなる。

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（ＳｉＯ_２）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（ＳｉＯ_２）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。

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。

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、Ａｌ_２Ｏ_３（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。

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、ＩｒＯ_２（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（ＰｂＺｒ_ｘＴｉ_１−ｘＯ_３：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。

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。

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、Ａｌ_２Ｏ_３（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、ＳｉＯ_２、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（図示略）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。

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上部電極用コンタクト孔３３が形成されている。上部配線１７の一端部は、上部電極用コンタクト孔３３に入り込み、上部電極用コンタクト孔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。

下部配線は、図示しないが、所定位置において、下部電極１１の延長部１１Ｂの上方に配置されている。下部配線と下部電極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下部電極用コンタクト孔（図示略）が形成されている。下部配線は、下部電極用コンタクト孔に入り込み、下部電極用コンタクト孔内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。

絶縁膜１５上には、上部配線１７、下部配線および絶縁膜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上部電極用パッド開口３５が形成されている。上部電極用パッド開口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、上部電極用パッド開口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、上部電極用パッド開口３５に入り込み、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。

また、パッシベーション膜２１には、下部配線の一部を露出させる下部電極用パッド開口（図示略）が形成されている。パッシベーション膜２１上には、下部電極用パッド開口を覆う下部電極用パッド４３（図１参照）が形成されている。下部電極用パッド４３は、下部電極用パッド開口に入り込み、下部電極用パッド開口内で下部配線に接続されている。

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。

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。また、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の基板アセンブリＳＡに対向する対向面５１の周縁部には、複数の第２接合圧増加用凹部６２が形成されている。第２接合圧増加用凹部６２は、保護基板４をアクチュエータ基板２に接合する際に、両者間の接合圧を大きくするために形成されている。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。

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。

上部配線１７および下部配線は、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。

図１〜図７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。

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１〜図７に示すように、アクチュエータ基板２には、各圧電素列の圧電素子毎に、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。

図１の左側のインク流路列のパターンと右側の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。

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。

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５参照）。

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５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。

下部電極１１は、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。

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。

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。

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。

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。

下部電極用パッド４３は、図１を参照して、平面視において、左側の圧電素子列に対応する上部電極用パッド列の後方位置と、右側の圧電素子列に対応する上部電極用パッド列の後方位置とに配置されている。各下部電極用パッド４３は、その下方に配置された下部配線を介して、下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
図１、図３、図４および図６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の幅中央部よりも左側寄りの位置に、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の幅中央よりも右側寄りの位置に、前後方向に間隔をおいて１列状に配置されている。保護基板４のインク供給路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。

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と、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とが形成されている。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。

図１０は、保護基板の図４に示される領域の底面図である。
図６、図７および図１０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。

図８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９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および下部電極用コンタクト孔が形成されている。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、上部電極用パッド開口３５および下部電極用パッド開口が形成されている。

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、上部電極用コンタクト孔３３が形成されている。

図２を参照して、アクチュエータ基板２の裏面２ｂの周縁部には、複数の第１接合圧増加用凹部６１が点在するように形成されている。第１接合圧増加用凹部６１は、平面視において四角形状である。具体的には、アクチュエータ基板２の裏面２ｂの周縁部において、複数の第１接合圧増加用凹部６１は、間隔を空けて行列状に配列されている。アクチュエータ基板２の裏面２ｂの周縁部において、複数の第１接合圧増加用凹部６１は千鳥格子状に配列されていてもよい。また、アクチュエータ基板２の裏面２ｂの周縁部において、複数の第１接合圧増加用凹部６１は、ランダムに配置されていてもよい。

この実施形態では、第１接合圧増加用凹部６１の平面視形状は、四角形状であるが、円形、楕円形、四角形以外の多角形等、任意形状であってもよい。たとえば、図１６に示すように、第１接合圧増加用凹部６１の平面視形状は正六角形であってもよい。図１６は、図２に対応する底面の一部を拡大した底面図である。このとき、複数の第１接合圧増加用凹部６１の配列パターンは、隣り合う第１接合圧増加用凹部６１の一辺どうしが互いに平行となるように第１接合圧増加用凹部６１が配列されるハニカム状である。このように、平面視正六角形状の複数の第１接合圧増加用凹部６１をハニカム状に配列した場合には、平面視四角形状の複数の第１接合圧増加用凹部６１を間隔を空けて行列状に配列した場合に比べて、次のような利点がある。つまり、平面視正六角形状の複数の第１接合圧増加用凹部６１をハニカム状に配列した場合には、第１接合圧増加用凹部６１がジクザグ状に配置されるため、ノズル基板３をアクチュエータ基板２に接合した際に、接着剤がインク流路５へ流れ込みにくくなる。

図３を参照して、保護基板４の対向面５１の周縁部には、複数の第２接合圧増加用凹部６２が点在するように形成されている。第２接合圧増加用凹部６２は、平面視において四角形状である。具体的には、保護基板４の対向面５１の周縁部において、複数の第２接合圧増加用凹部６２は、間隔を空けて行列状に配列されている。保護基板４の対向面５１の周縁部において、複数の第２接合圧増加用凹部６２は千鳥格子状に配列されていてもよい。また、保護基板４の対向面５１の周縁部において、複数の第２接合圧増加用凹部６２は、ランダムに配置されていてもよい。

この実施形態では、第２接合圧増加用凹部６２の平面視形状は、四角形状であるが、円形、楕円形、四角形以外の多角形等、任意形状であってもよい。たとえば、図１７に示すように、第２接合圧増加用凹部６２の平面視形状は正六角形であってもよい。図１７は、図３に対応する底面の一部を拡大した底面図である。このとき、複数の第２接合圧増加用凹部６２の配列パターンは、隣り合う第２接合圧増加用凹部６２の一辺どうしが互いに平行となるように第２接合圧増加用凹部６２が配列されるハニカム状である。このように、平面視正六角形状の複数の第２接合圧増加用凹部６２をハニカム状に配列した場合には、平面視四角形状の複数の第２接合圧増加用凹部６２を間隔を空けて行列状に配列した場合に比べて、次のような利点がある。つまり、平面視正六角形状の複数の第２接合圧増加用凹部６２をハニカム状に配列した場合には、第２接合圧増加用凹部６２がジクザグ状に配置されるため、保護基板４をアクチュエータ基板２に接合した際に、接着剤が収容凹所５２、インク供給路５３および開口部５４へ流れ込みにくくなる。 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１１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が用意される。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および第１接合圧増加用凹部６１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。

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１２Ｋ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。

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１３Ｆ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１３Ｆ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（ＳｉＯ_２）膜１４２と、酸化シリコン膜１４２の表面に形成された撥水膜１４３とからなる。

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、第１接合圧増加用凹部６１およびインク流路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１２Ｎ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。

以下、インクジェットプリントヘッド１の製造方法を、より具体的に説明する。
図１２Ａ〜図１２Ｎ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６の切断面に対応する断面図である。
まず、図１２Ａ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。

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、Ａｌ_２Ｏ_３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。

次に、図１２Ｂ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の材料膜（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。

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、ＩｒＯ_２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Ｉｒ０_２／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。

次に、図１２Ｃおよび図１２Ｄ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１２Ｃ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。

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１２Ｄ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。

次に、図１２Ｅ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Ａｌ_２Ｏ_３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、ＳｉＯ_２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、上部電極用コンタクト孔３３および下部電極用コンタクト孔が形成される。

次に、図１２Ｆに示すように、上部電極用コンタクト孔３３および下部電極用コンタクト孔内を含む絶縁膜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および下部配線が同時に形成される。
次に、図１２Ｇに示すように、絶縁膜１５の表面に上部配線１７および下部配線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。

次に、フォトリソグラフィによって上部電極用パッド開口３５および下部電極用パッド開口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１２Ｈに示すように、パッシベーション膜２１に上部電極用パッド開口３５および下部電極用パッド開口が形成される。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上に上部電極用パッド開口３５および下部電極用パッド開口を介して、それぞれ上部配線１７および下部配線に接続される上部電極用パッド４２および下部電極用パッド４３が形成される。

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１２Ｉ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。

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１２Ｊ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。

次に、図１２Ｋ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１２Ｌに示すように、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の取扱いを良くするために、保護基板集合体１３０の上面にサポートウエハ７５が図示しない熱剥離テープを介して取り付けられる。そして、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。

次に、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第１接合圧増加用凹部６１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の裏面１００ｂに、第１接合圧増加用凹部６１が形成される。この実施形態では、第１接合圧増加用凹部６１は、アクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂにおける各機能素子形成領域１０１の周縁部に対応する領域の他、裏面１００ｂにおけるスクライブ領域１０２および裏面１００ｂにおける機能素子形成領域１０１を含まない周縁部にも形成される。

次に、レジストマスクが剥離される。そして、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、図１２Ｍに示すように、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。

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１２Ｎ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を個別に切り出す工程が行われる。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、酸化シリコン膜１４２および撥水膜１４３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および撥水膜３２となる。こうして、図１〜図７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。

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。

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。

図１３Ａ〜図１３Ｆ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１３Ａ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１４０ａと、その反対側の裏面１４０ｂとを有している。ノズルウエハ１４０の両面１４０ａ，１４０ｂが熱酸化されることにより、ノズルウエハ１４０の両面１４０ａ，１４０ｂに酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜１４１，１４２が形成される。

次に、図１３Ｂに示すように、ノズルウエハ１４０の裏面１４０ｂ側の酸化シリコン膜１４２の表面に、スピンコート法または蒸着法により、撥水膜１４３が形成される。
次に、図１３Ｃに示すように、撥水膜１４３の表面に、保護テープ１４４および熱剥離テープ１４５を介してサポートウエハ１４６が貼り付けられる。保護テープ１４４は、例えば、カプトン（登録商標）テープである。サポートウエハ１４６はシリコンウエハからなる。

次に、図１３Ｄに示すように、ノズルウエハ１４０が酸化シリコン膜１４１側（ノズルウエハ１４０表面１４０ａ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。たとえば、初期状態で６２５μｍ厚程度のノズルウエハ１４０が、４０μｍ厚程度に薄型化されてもよい。
次に、図１３Ｅに示すように、フォトリソグラフィによって、ノズル孔２０に対応した開口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、ノズルウエハ１４０が表面からドライエッチングされる。この際、最初は等方性ドライエッチングが行われ、その後、異方性ドライエッチングが行われる。等方性ドライエッチングにより、ノズルウエハ１４０の表面１４０ａにノズルウエハ１４０の裏面１４０ｂ側に向かって横断面が小さくなる円錐台状の凹部（順テーパ状凹部）２０ａが形成される。そして、異方性ドライエッチングにより、ノズルウエハ１４０における順テーパ状凹部２０ａの底面に、酸化シリコン膜１４２に達する横断面円形の第１ストレート孔２０ｂ１が形成される。第１ストレート孔２０ｂ１の横断面積は、その長さ方向にわたってほぼ一定である。

次に、図１３Ｆ示すように、レジストマスクが剥離された後に、ノズルウエハ１４０をハードマスクとして、酸化シリコン膜１４２および撥水膜１４３がエッチングされる。これにより、酸化シリコン膜１４２および撥水膜１４３に、第１ストレート孔２０ｂ１に連通する第２ストレート孔２０ｂ２が形成される。第２ストレート孔２０ｂ２の横断面は第１ストレート孔２０ｂ１とほぼ同じ大きさの円形状である。第２ストレート孔２０ｂ２の横断面積は、その長さ方向にわたってほぼ一定である。第１ストレート孔２０ｂ１と第２ストレート孔２０ｂ２とによってインク吐出通路２０ｂが構成される。また、テーパ状凹部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。

このようにして、ノズルウエハ１４０、酸化シリコン膜１４２および撥水膜１４３からなる積層膜に、ノズル孔２０が形成される。ノズルウエハ１４０、酸化シリコン膜１４２および撥水膜１４３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に保護テープ１４４および熱剥離テープ１４５を介して貼り付けられたサポートウエハ１４６とからなる、サポートウエハ１４６付きのノズル基板集合体１５０が得られる。

図１４Ａ〜図１４Ｃは、ノズル基板集合体１５０を基板アセンブリ集合体１１０に接合する工程を説明するための模式的な断面図であって、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１４Ａ〜図１４Ｃは、右側の圧力室列内の最も前側の圧力室と最も後側の圧力室に対応した領域を示す断面図である。
まず、図１４Ａに示すように、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に接着材１６０が塗布される。そして、サポートウエハ１４６付きのノズル基板集合体１５０のノズルウエハ１４０の表面１４０ａ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に対向した状態で押圧されることにより、ノズルウエハ１４０の表面１４０ａがアクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂに貼り付けられる。

第１接合圧増加用凹部６１は、アクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂにおける各機能素子形成領域１０１の周縁部に対応する領域と、裏面１００ｂにおけるスクライブ領域１０２と、裏面１００ｂにおける機能素子形成領域１０１を含まない周縁部とに形成されている。このため、ノズルウエハ１４０の表面１４０ａをアクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂに押圧した際に、両者間の接合圧を高めることができる。これにより、ノズル基板集合体１５０と基板アセンブリ集合体１１０との間の接合強度を高めることができる。言い換えれば、ノズル基板３とアクチュエータ基板２との接合強度を高めることができる。

次に、図１４Ｂに示すように、ノズル基板集合体１５０に貼り付けられている保護テープ１４４から、熱剥離テープ１４５を剥離することにより、熱剥離テープ１４５とともにサポートウエハ１４６を剥離する。
最後に、図１４Ｃに示すように、保護テープ１４４をノズル基板集合体１５０から剥離する。

図１５Ａ〜図１５Ｃは、それぞれノズル孔の変形例を模式的に示す断面図である。
図１５Ａに示すノズル孔２０は、シリコン基板３０に形成された順テーパ状凹部２０ａと、酸化シリコン膜３１および撥水膜３２からなる積層膜に形成されたインク吐出通路２０ｂとからなる。インク吐出通路２０ｂの開口部がインク吐出口２０ｃとなっている。順テーパ状凹部２０ａは、シリコン基板３０の表面から酸化シリコン膜３１側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台状に形成されている。順テーパ状凹部２０ａは、シリコン基板３０（ノズルウエハ１４０）を、レジストマスクを用いて、等方性ドライエッチングすることにより形成することができる。インク吐出通路２０ｂは、横断面円形のストレート孔からなる。インク吐出通路２０ｂは、順テーパ状凹部２０ａが形成されたシリコン基板３０（ノズルウエハ１４０）をハードマスクとして、酸化シリコン膜３１（１４２）および撥水膜３２（１４３）からなる積層膜を、異方性ドライエッチングすることにより形成することができる。

図１５Ｂに示すノズル孔２０は、シリコン基板３０、酸化シリコン膜３１および撥水膜３２からなる積層膜に形成された横断面円形のストレート孔からなる。このようなノズル孔２０は、シリコン基板３０（ノズルウエハ１４０）、酸化シリコン膜３１（１４２）および撥水膜３２（１４３）からなる積層膜を、レジストマスクを用いて、異方性ドライエッチングすることにより形成することができる。

図１５Ｃに示すノズル孔２０は、シリコン基板３０に形成された逆テーパ状凹部２０ａと、酸化シリコン膜３１および撥水膜３２からなる積層膜に形成されたインク吐出通路２０ｂとからなる。インク吐出通路２０ｂの開口部がインク吐出口２０ｃとなっている。逆テーパ状凹部２０ａは、シリコン基板３０の表面から酸化シリコン膜３１側に向かって横断面が徐々に大きくなる円錐台状に形成されている。逆テーパ状凹部２０ａはシリコン基板３０（ノズルウエハ１４０）を、レジストマスクを用いて、異方性ドライエッチングすることにより形成することができる。インク吐出通路２０ｂは、横断面円形のストレート孔からなる。インク吐出通路２０ｂは、逆テーパ状凹部２０ａが形成されたシリコン基板３０（ノズルウエハ１４０）をハードマスクとして、酸化シリコン膜３１（１４２）および撥水膜３２（１４３）からなる積層膜を、異方性ドライエッチングすることにより形成することができる。

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。たとえば、前述の実施形態では、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、ノズル基板３は、シリコン基板３０と、シリコン基板３０上に形成された酸化シリコン膜３１と、酸化シリコン膜３１上に形成された撥水膜３２とから構成されているが、酸化シリコン膜３１は設けられていなくてもよい。つまり、ノズル基板３は、シリコン基板３０と、シリコン基板３０上に形成された撥水膜３２とから構成されていてもよい。

また、前述の実施形態では、第１接合圧増加用凹部６１は、アクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂにおける各機能素子形成領域１０１の周縁部に対応する領域の他、裏面１００ｂにおけるスクライブ領域１０２および裏面１００ｂにおける機能素子形成領域１０１を含まない周縁部にも形成される。しかし、アクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂにおける機能素子形成領域１０１を含まない周縁部に、第１接合圧増加用凹部６１は形成されていなくてもよい。また、アクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂにおけるスクライブ領域１０２に、第１接合圧増加用凹部６１は形成されていなくてもよい。また、第１接合圧増加用凹部６１は、アクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂにおける機能素子形成領域１０１を含まない周縁部およびスクライブ領域１０２に形成されていなくてもよい。

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。
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（ＰｂＰＯ_３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、ニオブ酸ニチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）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。

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。

１ インジットプリントヘッド
２ アクチュエータ基板
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
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
２０ ノズル孔
２０ａ 凹部
２０ｂ インク吐出通路
２０ｂ１ 第１ストレート孔
２０ｂ２ 第２ストレート孔
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（主基板）
３１ 酸化シリコン膜
３２ 撥水膜
３３ 上部電極用コンタクト孔
３５ 上部電極用パッド開口
３７ 開口
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
６１ 第１接合圧増加用凹部
６２ 第２接合圧増加用凹部
７１ 下部電極膜
７２ 圧電体材料膜
７３ 上部電極膜
７５ サポートウエハ
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
１４１，１４２ 酸化シリコン膜
１４３ 撥水膜
１４４ 保護テープ
１４５ 熱剥離テープ
１４６ サポートウエハ
１４７ レジストマスク
１５０ ノズル基板集合体
１６０接着剤
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

Claims (14)

1. 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である第１表面とは反対側の第２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、
   前記アクチュエータ基板の前記第２表面の周縁部に、接合圧増加用凹部が形成されており、
   前記接合圧増加用凹部は、前記アクチュエータ基板の前記第２表面の周縁部に点在するように形成された複数の接合圧増加用凹部を含み、
   前記接合圧増加用凹部が平面視正六角形状に形成されており、複数の正六角形状の前記接合圧増加用凹部がハニカム状に配列されている、インクジェットプリントヘッド。
2. 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１に記載のインクジェットプリントヘッド。
3. 前記ノズル基板は、Ｓｉ基板からなる主基板と、前記主基板上に形成されたＳｉＯ_２膜と、前記ＳｉＯ_２膜上に形成された撥水膜とからなり、前記主基板における前記ＳｉＯ_２膜とは反対側の表面が、前記アクチュエータ基板の前記第２表面に接合されている、請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッド。
4. 前記アクチュエータ基板は、Ｓｉ基板からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッド。
5. 前記可動膜形成層は、ＳｉＯ_２単膜からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッド。
6. 前記可動膜形成層は、前記アクチュエータ基板上に形成されたＳｉ膜と、前記Ｓｉ膜上に形成されＳｉＯ_２膜と、前記ＳｉＯ_２膜上に形成されたＳｉＮ膜との積層膜からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッド。
7. 前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッド。
8. 平面視において、前記上部電極は、前記可動膜よりも前記圧力室の内方に後退した周縁を有しており、
   平面視において、一端部が前記上部電極の上面に接続され、他端部が前記圧力室の周縁の外側に引き出された上部配線をさらに含む、請求項７に記載のインクジェットプリントヘッド。
9. 前記上部電極および前記圧電体膜の少なくとも側面全域と、前記下部電極の上面とを覆う水素バリア膜と、
   前記水素バリア膜上に形成され、前記水素バリア膜と前記上部配線との間に配置された絶縁膜とをさらに含み、
   前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔が形成されており、前記上部配線の一端部は、前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接続されている、請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
10. 前記絶縁膜上に形成され、前記配線を被覆するパッシベーション膜をさらに含む、請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
11. アクチュエータ基板上に可動膜形成領域を含む可動膜形成層を形成する工程と、
    前記可動膜形成層の前記可動膜形成領域上に、下部電極と、前記下部電極に対して前記可動膜形成層とは反対側に配置された上部電極と、それらに挟まれた圧電体膜とを含む圧電素子を形成する工程と、
    前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に保護基板を接合する工程と、
    前記アクチュエータ基板における前記可動膜形成層側の表面である第１表面とは反対側の第２表面の周縁部に、接合圧増加用凹部を形成する工程と、
    前記アクチュエータ基板の前記第２表面側からエッチングすることにより、前記可動膜形成領域に対向する圧力室を含むインク流路を形成する工程と、
    前記アクチュエータ基板の前記第２表面に、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を接合する工程とを含み、
    前記接合圧増加用凹部を形成する工程では、前記アクチュエータ基板の前記第２表面の周縁部に、複数の接合圧増加用凹部が点在するように形成され、
    前記接合圧増加用凹部は平面視正六角形状であり、複数の正六角形状の前記接合圧増加用凹部がハニカム状に配列されている、インクジェットプリントヘッドの製造方法。
12. 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とを含み、
    前記保護基板における前記アクチュエータ基板に対向する対向面の周縁部に、接合圧増加用凹部が形成されており、
    前記接合圧増加用凹部は、前記保護基板における前記アクチュエータ基板に対向する対向面の周縁部に点在するように形成された複数の接合圧増加用凹部を含み、
    前記接合圧増加用凹部が平面視正六角形状に形成されており、複数の正六角形状の前記接合圧増加用凹部がハニカム状に配列されている、インクジェットプリントヘッド。
13. 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１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
14. 前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面である第１表面とは反対側の第２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をさらに含む、請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。

Images