JP7384561B2 - Nozzle substrate, inkjet print head and nozzle substrate manufacturing method - Google Patents

Nozzle substrate, inkjet print head and nozzle substrate manufacturing method Download PDF

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JP7384561B2 JP2019026809A JP2019026809A JP7384561B2 JP 7384561 B2 JP7384561 B2 JP 7384561B2 JP 2019026809 A JP2019026809 A JP 2019026809A JP 2019026809 A JP2019026809 A JP 2019026809A JP 7384561 B2 JP7384561 B2 JP 7384561B2
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Description

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。 The present invention relates to a nozzle substrate, an inkjet print head, and a method for manufacturing the nozzle substrate.

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。 Patent Document 1 discloses an inkjet print head. The inkjet print head of Patent Document 1 includes an actuator substrate (substrate) having a pressure chamber (pressure generation chamber) as an ink flow path, a movable film (elastic film) formed on the actuator substrate, and a movable film (elastic film) provided on the movable film. It includes a piezoelectric element. The inkjet print head of Patent Document 1 further includes a nozzle substrate (nozzle plate) that is bonded to the bottom surface of the actuator substrate and has a nozzle opening (nozzle hole) that communicates with the pressure chamber, and a piezoelectric element that is bonded to the top surface of the actuator substrate. It is equipped with a protective board that covers the A piezoelectric element includes a first electrode film (lower electrode) formed on a movable film, a second electrode film (upper electrode) placed on the first electrode film, and a piezoelectric layer sandwiched between them. (piezoelectric film).

特許文献１に記載のノズル基板は、第１表面および第２表面を有するシリコン基板と、シリコン基板の第２表面に形成された酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜の表面に形成された撥水膜とを含む。ノズル孔は、シリコン基板を厚さ方向に貫通する第１貫通孔と、酸化シリコン膜を貫通し、第１貫通孔に連通する第２貫通孔と、撥水膜を貫通し、第２貫通孔に連通する第３貫通孔とからなる。そして、第２貫通孔の内周面と、第３貫通孔の内周面とがほぼ面一である。 The nozzle substrate described in Patent Document 1 includes a silicon substrate having a first surface and a second surface, a silicon oxide film formed on the second surface of the silicon substrate, and a water-repellent film formed on the surface of the silicon oxide film. including. The nozzle hole includes a first through hole that penetrates the silicon substrate in the thickness direction, a second through hole that penetrates the silicon oxide film and communicates with the first through hole, and a second through hole that penetrates the water repellent film. and a third through hole communicating with the third through hole. The inner circumferential surface of the second through hole and the inner circumferential surface of the third through hole are substantially flush with each other.

特開２０１８－６９６８５号公報JP2018-69685A

この発明の目的は、新規な構造を有するノズル基板、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。 An object of the present invention is to provide a nozzle substrate, an inkjet printhead, and a manufacturing method thereof having a novel structure.

この発明によるノズル基板は、厚さ方向に貫通するノズル孔を有するノズル基板であって、前記ノズル基板は、第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された半導体膜とを含み、前記ノズル孔は、前記半導体基板の前記第１表面に形成され、前記半導体基板および前記酸化膜を厚さ方向に貫通する凹部と、前記凹部の底面に形成され、前記半導体膜を厚さ方向に貫通する横断面が円形状のインク吐出通路とからなり、前記インク吐出通路は、前記半導体膜における前記酸化膜とは反対側の表面に向かって横断面の大きさが徐々に小さくなるテーパ部と、一端が前記テーパ部の細径端と連通し、他端が前記半導体膜の前記表面に開口する、横断面の大きさが一定のインク吐出用ストレート部とを含む。 A nozzle substrate according to the present invention has a nozzle hole penetrating in the thickness direction, and the nozzle substrate includes a semiconductor substrate having a first surface and a second surface, and a semiconductor substrate having a first surface and a second surface. and a semiconductor film formed on a surface of the oxide film opposite to the semiconductor substrate, the nozzle hole is formed on the first surface of the semiconductor substrate, and the nozzle hole is formed on the first surface of the semiconductor substrate, and the nozzle hole is formed on the first surface of the semiconductor substrate. and a recess that penetrates the oxide film in the thickness direction, and an ink discharge passageway that is formed on the bottom surface of the recess and that penetrates the semiconductor film in the thickness direction and has a circular cross section, and the ink discharge passage is , a tapered portion whose cross-sectional size gradually decreases toward the surface opposite to the oxide film in the semiconductor film; one end communicates with the narrow end of the tapered portion, and the other end of the semiconductor film; an ink ejecting straight part having a constant cross-sectional size and opening into the surface of the ink discharger.

この構成では、新規な構造を有するノズル基板が得られる。
この発明の一実施形態では、前記テーパ部の中心軸線に対する側面の角度が、５度以上１５度以下である。
この発明の一実施形態では、前記インク吐出用ストレート部の直径は、前記テーパ部の細径端の直径と等しい。 With this configuration, a nozzle substrate having a novel structure is obtained.
In one embodiment of the present invention, the angle of the side surface of the tapered portion with respect to the central axis is 5 degrees or more and 15 degrees or less.
In one embodiment of the present invention, the diameter of the ink ejecting straight part is equal to the diameter of the narrow end of the tapered part.

この発明の一実施形態では、前記インク吐出通路は、一端が前記凹部と連通し、他端が前記テーパ部の太径端と連通する、横断面の大きさが一定の凹部側ストレート部をさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記凹部側ストレート部の直径は、前記テーパ部の太径端の直径と等しい。 In one embodiment of the present invention, the ink discharge passage further includes a concave side straight portion having a constant cross-sectional size, one end communicating with the concave portion and the other end communicating with a large diameter end of the tapered portion. include.
In one embodiment of the present invention, the diameter of the straight part on the concave side is equal to the diameter of the large diameter end of the tapered part.

この発明の一実施形態では、前記凹部の横断面が円形であり、前記凹部側ストレート部の直径が、前記凹部の直径よりも小さい。
この発明の一実施形態では、前記ノズル基板は、支持層としての前記半導体基板と、前記半導体基板における前記第に形成されたＢＯＸ層として前記酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された活性層としての半導体膜とからなる、ＳＯＩ基板から構成されている。 In one embodiment of the present invention, the recess has a circular cross section, and the diameter of the straight part on the recess side is smaller than the diameter of the recess.
In one embodiment of the present invention, the nozzle substrate includes the semiconductor substrate as a support layer, the oxide film as the first formed BOX layer on the semiconductor substrate, and the oxide film opposite to the semiconductor substrate. It is composed of an SOI substrate including a semiconductor film as an active layer formed on the side surface.

この発明の一実施形態では、前記半導体基板がシリコン基板であり、前記酸化膜が酸化シリコン膜であり、前記半導体膜がシリコン膜である。
この発明の一実施形態では、前記インク吐出用ストレート部および前記テーパ部は、それぞれ、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われるボッシュプロセスによって形成される。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor substrate is a silicon substrate, the oxide film is a silicon oxide film, and the semiconductor film is a silicon film.
In one embodiment of the present invention, the ink ejecting straight portion and the tapered portion are each formed by a Bosch process in which a sidewall protective film forming step and an etching step are alternately repeated.

この発明の一実施形態では、前記インク吐出用ストレート部を形成するためのボッシュプロセスでは、側壁保護膜形成工程時間およびエッチング工程時間は、それぞれ一定時間に設定され、前記テーパ部を形成するためのボッシュプロセスでは、前記テーパ部が前記細径端側から形成され、当該前記テーパ部の横断面の大きさが徐々に大きくなるように、エッチング工程時間が徐々に長くされるとともに、バイアス電圧が徐々に大きくされる。 In one embodiment of the present invention, in the Bosch process for forming the straight part for ink ejection, the sidewall protective film forming process time and the etching process time are each set to a certain time, and In the Bosch process, the tapered part is formed from the narrow end side, and the etching process time is gradually lengthened and the bias voltage is gradually increased so that the cross-sectional size of the tapered part gradually increases. is enlarged to

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は、圧力室を含むインク流路を有するアクチュエータ基板と、前記圧力室上に配置されかつ前記圧力室の天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜上に形成された圧電素子と、前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面とは反対側の表面に接着剤によって接合され、前記圧力室の底面部を区画し、前記圧力室に連通するノズル孔を有する前記ノズル基板とを含み、当該ノズル基板における前記シリコン基板の第１表面が、前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面とは反対側の表面に接合されている。 An inkjet print head according to an embodiment of the present invention includes an actuator substrate having an ink flow path including a pressure chamber, and a movable film formation including a movable film disposed on the pressure chamber and defining a top surface of the pressure chamber. A layer, a piezoelectric element formed on the movable membrane, and a surface of the actuator substrate opposite to the surface on the movable membrane side are bonded to each other by an adhesive, and the bottom part of the pressure chamber is defined, and the piezoelectric element formed on the movable membrane is the nozzle substrate having a nozzle hole communicating with the chamber, and the first surface of the silicon substrate in the nozzle substrate is bonded to the surface of the actuator substrate on the opposite side to the surface on the movable membrane side.

この発明の一実施形態では、前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に接着剤によって接合される保護基板をさらに含み、前記保護基板は、前記アクチュエータ基板側に向かって開口しかつ前記圧電素子を収容する収容凹所と、平面視において前記収容凹所の一端の外方に形成され、前記インク流路の一端部に連通するインク供給路とを有している。 One embodiment of the present invention further includes a protection substrate bonded to the actuator substrate with an adhesive so as to cover the piezoelectric element, the protection substrate opening toward the actuator substrate side and covering the piezoelectric element. It has an accommodation recess for accommodating the ink, and an ink supply path that is formed outside one end of the accommodation recess in plan view and communicates with one end of the ink flow path.

この発明の一実施形態に係るノズル基板の製造方法は、第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された半導体膜とを含む積層膜を用意する工程と、前記積層膜の前記半導体膜側から前記半導体膜を貫通し、前記酸化膜に達する横断面円形のインク吐出通路を形成する工程と、前記積層膜の前記半導体基板の第１表面側から前記半導体基板および前記酸化膜を貫通し、前記インク吐出通路と連通する凹部を形成する工程とを含み、前記インク吐出通路を形成する工程は、前記半導体膜の表面に前記インク吐出通路に対応する開口を有する第１レジストマスクを形成する工程と、前記第１レジストマスクをマスクとして、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第１のボッシュプロセスによって、前記半導体膜の表面から横断面の大きさが一定のインク吐出用ストレート部を形成する工程と、前記第１レジストマスクをマスクとして、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第２のボッシュプロセスによって、前記インク吐出用ストレート部と連通し、かつ横断面の大きさが前記酸化膜に向かって徐々に大きくなるテーパ部を形成する工程とを含む。 A method for manufacturing a nozzle substrate according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate having a first surface and a second surface, an oxide film formed on the second surface of the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate in the oxide film. a step of preparing a laminated film including a semiconductor film formed on a surface opposite to the substrate; and an ink having a circular cross section that penetrates the semiconductor film from the semiconductor film side of the laminated film and reaches the oxide film. forming a discharge passage; and forming a recess that penetrates the semiconductor substrate and the oxide film from the first surface side of the semiconductor substrate of the laminated film and communicates with the ink discharge passage; The step of forming the ejection passage includes a step of forming a first resist mask having an opening corresponding to the ink ejection passage on the surface of the semiconductor film, a step of forming a sidewall protective film using the first resist mask as a mask, and etching. A step of forming an ink ejecting straight part having a constant cross-sectional size from the surface of the semiconductor film by a first Bosch process that is repeated alternately, and a step of forming a sidewall by using the first resist mask as a mask. A second Bosch process in which a protective film forming step and an etching step are alternately repeated, creates a tapered portion that communicates with the ink ejection straight portion and whose cross-sectional size gradually increases toward the oxide film. and a step of forming.

この製造方法では、新規な構造を有するノズル基板を製造することができる。
この発明の一実施形態では、前記テーパ部の中心軸線に対する側面の角度が、５度以上１５度以下である。
この発明の一実施形態では、前記第１のボッシュプロセスでは、側壁保護膜形成工程時間およびエッチング工程時間は、それぞれ一定時間に設定され、前記第２のボッシュプロセスでは、前記テーパ部の横断面の大きさが徐々に大きくなるように、エッチング工程時間が徐々に長くされるとともに、バイアス電圧が徐々に大きくされる。 With this manufacturing method, a nozzle substrate having a novel structure can be manufactured.
In one embodiment of the present invention, the angle of the side surface of the tapered portion with respect to the central axis is 5 degrees or more and 15 degrees or less.
In one embodiment of the present invention, in the first Bosch process, the sidewall protective film forming process time and the etching process time are each set to constant times, and in the second Bosch process, the cross-sectional area of the tapered part is In order to gradually increase the size, the etching process time is gradually lengthened and the bias voltage is gradually increased.

この発明の一実施形態では、前記インク吐出通路を形成する工程の前に、前記積層膜における前記半導体膜側の表面に熱酸化膜を形成する工程を更に含み、前記インク吐出通路を形成する工程は、前記吐出用ストレート部を形成する工程の前に、前記第１レジストマスクをマスクとして、前記酸化膜に、前記熱酸化膜を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成する工程をさらに含む。 In an embodiment of the present invention, the step of forming the ink discharge passage further includes the step of forming a thermal oxide film on the surface of the laminated film on the semiconductor film side before the step of forming the ink discharge passage. The method further includes, before the step of forming the ejection straight part, forming a through hole in the oxide film, penetrating the thermal oxide film in the thickness direction, using the first resist mask as a mask.

この発明の一実施形態では、前記インク吐出通路を形成する工程は、前記テーパ部を形成した後に、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第３のボッシュプロセスによって、前記テーパ部と連通し、かつ横断面の大きさが前記半導体膜の表面から横断面の大きさが一定の凹部側ストレート部を形成する工程をさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記ノズル基板は、支持層としての前記半導体基板と、前記半導体基板における前記第に形成されたＢＯＸ層として前記酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された活性層としての半導体膜とからなる、ＳＯＩ基板から構成されている。 In one embodiment of the present invention, the step of forming the ink ejection passage is performed by a third Bosch process in which a sidewall protective film forming step and an etching step are alternately and repeatedly performed after forming the tapered portion. The method further includes the step of forming a concave-side straight part that communicates with the part and has a constant cross-sectional size from the surface of the semiconductor film.
In one embodiment of the present invention, the nozzle substrate includes the semiconductor substrate as a support layer, the oxide film as the first formed BOX layer on the semiconductor substrate, and the oxide film opposite to the semiconductor substrate. It is composed of an SOI substrate including a semiconductor film as an active layer formed on the side surface.

この発明の一実施形態では、前記半導体基板がシリコン基板であり、前記酸化膜が酸化シリコン膜であり、前記半導体膜がシリコン膜である。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor substrate is a silicon substrate, the oxide film is a silicon oxide film, and the semiconductor film is a silicon film.

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。FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the configuration of an inkjet print head according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is an illustrative partially enlarged plan view showing part A in FIG. 1 on an enlarged scale, and is a plan view including a protective substrate. 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。FIG. 3 is a schematic partially enlarged plan view showing part A in FIG. 1 on an enlarged scale, with the protective substrate omitted. 図４は、図２のIV-IV線に沿う図解的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2. 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。FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the nozzle hole of FIG. 4 in an enlarged manner. 図６は、主としてインク吐出通路の断面形状を示す図５の部分拡大図である。FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. 5 mainly showing the cross-sectional shape of the ink discharge passage. 図７は、図５の矢印VII-VIIから見た平面図である。FIG. 7 is a plan view taken from arrow VII-VII in FIG. 図８は、図２のVIII-VIII線に沿う図解的な断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 2. 図９は、図２のIX-IX線に沿う図解的な断面図である。9 is a schematic cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. 2. FIG. 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。FIG. 10 is a schematic plan view showing an example of the pattern of the insulating film of the inkjet print head, and is a plan view corresponding to FIG. 2. In FIG. 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。FIG. 11 is a schematic plan view showing an example of a pattern of the passivation film of the inkjet print head, and is a plan view corresponding to FIG. 2. In FIG. 図１２は、保護基板の図２に示される領域の底面図である。FIG. 12 is a bottom view of the area shown in FIG. 2 of the protection substrate. 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。FIG. 13 is a plan view of a semiconductor wafer as the original substrate of the actuator substrate. 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。FIG. 14A is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the inkjet print head. 図１４Ｂは、図１４Ａの次の工程を示す断面図である。FIG. 14B is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14A. 図１４Ｃは、図１４Ｂの次の工程を示す断面図である。FIG. 14C is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14B. 図１４Ｄは、図１４Ｃの次の工程を示す断面図である。FIG. 14D is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14C. 図１４Ｅは、図１４Ｄの次の工程を示す断面図である。FIG. 14E is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14D. 図１４Ｆは、図１４Ｅの次の工程を示す断面図である。FIG. 14F is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14E. 図１４Ｇは、図１４Ｆの次の工程を示す断面図である。FIG. 14G is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14F. 図１４Ｈは、図１４Ｇの次の工程を示す断面図である。FIG. 14H is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14G. 図１４Ｉは、図１４Ｈの次の工程を示す断面図である。FIG. 14I is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14H. 図１４Ｊは、図１４Ｉの次の工程を示す断面図である。FIG. 14J is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14I. 図１４Ｋは、図１４Ｊの次の工程を示す断面図である。FIG. 14K is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14J. 図１４Ｌは、図１４Ｋの次の工程を示す断面図である。FIG. 14L is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 14K. 図１４Ｍは、図１４Ｌの次の工程を示す断面図である。FIG. 14M is a cross-sectional view showing the next step from FIG. 14L. 図１５Ａは、ノズル基板集合体の製造工程を模式的に示す断面図であって、インク流通方向に直交しかつノズル孔の中心を通過するような切断線に沿う断面図ある。FIG. 15A is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of the nozzle substrate assembly, and is a cross-sectional view taken along a cutting line that is perpendicular to the ink flow direction and passes through the center of the nozzle hole. 図１５Ｂは、図１５Ａの次の工程を示す断面図である。FIG. 15B is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 15A. 図１５Ｃは、図１５Ｂの次の工程を示す断面図である。FIG. 15C is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 15B. 図１５Ｄは、図１５Ｃの次の工程を示す断面図である。FIG. 15D is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 15C. 図１５Ｅは、図１５Ｄの次の工程を示す断面図である。FIG. 15E is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 15D. 図１５Ｆは、図１５Ｅの次の工程を示す断面図である。FIG. 15F is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 15E. 図１５Ｇは、図１５Ｆの次の工程を示す断面図である。FIG. 15G is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 15F. 図１５Ｈは、図１５Ｇの次の工程を示す断面図である。FIG. 15H is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 15G. 図１５Ｉは、図１５Ｈの次の工程を示す断面図である。FIG. 15I is a cross-sectional view showing the next step after FIG. 15H. 図１６は、ノズル基板の変形例を説明するための部分拡大断面図である。FIG. 16 is a partially enlarged sectional view for explaining a modification of the nozzle substrate. 図１７は、図１６のノズル基板におけるインク吐出通路の断面形状を示す図１６の部分拡大図である。FIG. 17 is a partially enlarged view of FIG. 16 showing the cross-sectional shape of the ink discharge passage in the nozzle substrate of FIG. 16. 図１８Ａは、図１６のノズル基板の集合体である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。FIG. 18A is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of a nozzle substrate assembly, which is an assembly of nozzle substrates in FIG. There is a cross-sectional view along. 図１８Ｂは、図１８Ａの次の工程を示す断面図である。FIG. 18B is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 18A. 図１８Ｃは、図１８Ｂの次の工程を示す断面図である。FIG. 18C is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 18B. 図１８Ｄは、図１８Ｃの次の工程を示す断面図である。FIG. 18D is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 18C. 図１８Ｅは、図１８Ｄの次の工程を示す断面図である。FIG. 18E is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 18D.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの構成を説明するための図解的な平面図である。図２は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板を含む平面図である。図３は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板が省略された平面図である。図４は、図２のIV-IV線に沿う図解的な断面図である。図５は、図４のノズル孔を拡大して示す拡大断面図である。図６は、主としてインク吐出通路の断面形状を示す図５の部分拡大図である。図７は、図５の矢印VII-VIIから見た平面図である。図８は、図２のVIII-VIII線に沿う図解的な断面図である。図９は、図２のIX-IX線に沿う図解的な断面図である。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the configuration of an inkjet print head according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an illustrative partially enlarged plan view showing part A in FIG. 1 on an enlarged scale, and is a plan view including a protective substrate. FIG. 3 is a schematic partially enlarged plan view showing part A in FIG. 1 on an enlarged scale, with the protective substrate omitted. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2. FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the nozzle hole of FIG. 4 in an enlarged manner. FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. 5 mainly showing the cross-sectional shape of the ink discharge passage. FIG. 7 is a plan view taken from arrow VII-VII in FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 2. 9 is a schematic cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. 2. FIG.

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。 The configuration of the inkjet print head 1 will be schematically explained with reference to FIG. 4.
The inkjet print head 1 includes an actuator substrate assembly SA including an actuator substrate 2 and a piezoelectric element 9, a nozzle substrate 3, and a protection substrate 4. In the following, the actuator substrate assembly SA will be referred to as substrate assembly SA.

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。 A movable film forming layer 10 is laminated on the surface 2 a of the actuator substrate 2 . An ink flow path (ink reservoir) 5 is formed in the actuator substrate 2 . In this embodiment, the ink flow path 5 is formed to penetrate the actuator substrate 2. The ink flow path 5 is formed to extend in an elongated manner along an ink flow direction 41 shown by an arrow in FIG. The ink flow path 5 includes an ink inlet 6 at an upstream end in the ink flow direction 41 (the left end in FIG. 4), and a pressure chamber 7 communicating with the ink inlet 6. In FIG. 4, the boundary between the ink inflow section 6 and the pressure chamber 7 is indicated by a two-dot chain line.

ノズル基板３は、この実施形態では、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板から作製されている。ＳＯＩ基板は、支持層としてのシリコン基板（半導体基板）３０と、シリコン基板３０における圧力室７とは反対側の表面（第２表面）３０ｂに形成されたＢＯＸ層として酸化シリコン膜（酸化膜）３１と、酸化シリコン膜３１におけるシリコン基板３０とは反対側の表面に形成された活性層としてのシリコン膜（半導体膜）３２からなる。この実施形態では、シリコン膜３２における、酸化シリコン膜３１とは反対側の表面に、熱酸化膜１３３が形成されている。 In this embodiment, the nozzle substrate 3 is made of an SOI (Silicon on insulator) substrate. The SOI substrate includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 30 as a support layer, and a silicon oxide film (oxide film) as a BOX layer formed on a surface (second surface) 30b of the silicon substrate 30 on the side opposite to the pressure chamber 7. 31, and a silicon film (semiconductor film) 32 as an active layer formed on the surface of the silicon oxide film 31 opposite to the silicon substrate 30. In this embodiment, a thermal oxide film 133 is formed on the surface of the silicon film 32 on the side opposite to the silicon oxide film 31.

この実施形態では、シリコン基板３０の厚さは１４０μｍ程度（８０μｍ～２００μｍ程度）である。酸化シリコン膜３１の膜厚は０．５μｍ程度である。シリコン膜３２の膜厚は２４μｍ程度（２０μｍ～４０μｍ程度）である。熱酸化膜１３３は、０．０５μｍ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（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。 In this embodiment, the thickness of the silicon substrate 30 is about 140 μm (about 80 μm to 200 μm). The thickness of the silicon oxide film 31 is approximately 0.5 μm. The thickness of the silicon film 32 is approximately 24 μm (approximately 20 μm to 40 μm). The thermal oxide film 133 has a thickness of about 0.05 μm.
The nozzle substrate 3 is attached to the back surface 2b of the actuator substrate 2, with the surface on the silicon substrate 30 side (first surface) facing the back surface 2b of the actuator substrate 2. The nozzle substrate 3 defines an ink flow path 5 together with the actuator substrate 2 and the movable film forming layer 10 . More specifically, the nozzle substrate 3 defines the bottom portion of the ink flow path 5.

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（図５～図７も参照）。凹部２０ａは、シリコン基板３０および酸化シリコン膜３１を厚さ方向に貫通し、その底部はシリコン膜３２まで達している。インク吐出通路２０ｂは、凹部２０ａの底壁（半導体膜３２および熱酸化膜１３３）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。 Referring to FIGS. 4 to 7, nozzle holes 20 are formed in nozzle substrate 3. As shown in FIGS. The nozzle hole 20 consists of a recess 20a facing the pressure chamber 7 and an ink discharge passage 20b formed at the bottom of the recess 20a (see also FIGS. 5 to 7). The recess 20a penetrates the silicon substrate 30 and the silicon oxide film 31 in the thickness direction, and its bottom reaches the silicon film 32. The ink discharge passage 20b penetrates the bottom wall (semiconductor film 32 and thermal oxide film 133) of the recess 20a, and has an ink discharge port 20c on the opposite side from the pressure chamber 7.

図５および図６に示すように、凹部２０ａの側面（内周面）、インク吐出通路２０ｂの側面（内周面）およびシリコン基板３０における酸化シリコン膜３１とは反対側の表面に、保護膜１５０が形成されている（図１５Ｊ参照）。保護膜１５０は、シリコン基板３０およびシリコン膜３２をインクから保護するための膜である。保護膜１５０は、この実施形態では、ＴａＳｉＯ２膜からなる。図４、図８および図９においては、保護膜１５０は省略されている。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を通って、インク吐出口２０ｃから吐出される。 As shown in FIGS. 5 and 6, a protective film is provided on the side surface (inner circumferential surface) of the recess 20a, the side surface (inner circumferential surface) of the ink discharge passage 20b, and the surface of the silicon substrate 30 on the side opposite to the silicon oxide film 31. 150 is formed (see FIG. 15J). The protective film 150 is a film for protecting the silicon substrate 30 and the silicon film 32 from ink. In this embodiment, the protective film 150 is made of a TaSiO 2 film. In FIG. 4, FIG. 8, and FIG. 9, the protective film 150 is omitted. When the volume of the pressure chamber 7 changes, the ink stored in the pressure chamber 7 passes through the ink discharge passage 20b and is discharged from the ink discharge port 20c.

この実施形態では、凹部２０ａは、横断面が円形状に形成されている。凹部２０ａは、シリコン基板３０を貫通する第１凹部２０ａ１と、酸化シリコン膜３１を貫通してインク吐出通路２０ｂと連通する第２凹部２０ａ２からなる。
インク吐出通路２０ｂの横断面形状は、凹部２０ａの横断面よりも小さい円形状に形成されている。インク吐出通路２０ｂは、第２凹部２０ａ２と連通するテーパ部２０ｂ１と、テーパ部２０ｂ１に連通するストレート部２０ｂ２とからなる。ストレート部２０ｂ２は、本発明のインク吐出用ストレート部の一例である。 In this embodiment, the recess 20a has a circular cross section. The recess 20a includes a first recess 20a1 penetrating the silicon substrate 30 and a second recess 20a2 penetrating the silicon oxide film 31 and communicating with the ink discharge passage 20b.
The ink discharge passage 20b has a circular cross-sectional shape that is smaller than the cross-sectional shape of the recess 20a. The ink discharge passage 20b includes a tapered portion 20b1 that communicates with the second recessed portion 20a2, and a straight portion 20b2 that communicates with the tapered portion 20b1. The straight portion 20b2 is an example of an ink ejection straight portion of the present invention.

テーパ部２０ｂ１は、シリコン膜３２の酸化シリコン膜３１側の表面から反対側の表面に向かって横断面の大きさが徐々に小さくなる円錐台形状に形成されている。したがって、テーパ部２０ｂ１は、凹部２０ａ側の太径端と、インク吐出口２０ｃ側の細径端とを有している。テーパ部２０ｂ１の太径端の直径は、凹部２０ａの直径よりも小さい。
ストレート部２０ｂ２は、テーパ部２０ｂ１の細径端と連通している。ストレート部２０ｂ２は、横断面の大きさが一定のストレート孔から構成されている。ストレート部２０ｂ２の直径は、テーパ部２０ｂ１の細径端の直径と等しい。 The tapered portion 20b1 is formed in a truncated cone shape whose cross-sectional size gradually decreases from the surface of the silicon film 32 on the silicon oxide film 31 side to the opposite surface. Therefore, the tapered portion 20b1 has a large diameter end on the side of the recess 20a and a small diameter end on the side of the ink discharge port 20c. The diameter of the large diameter end of the tapered portion 20b1 is smaller than the diameter of the recessed portion 20a.
The straight portion 20b2 communicates with the narrow end of the tapered portion 20b1. The straight portion 20b2 is composed of a straight hole having a constant cross-sectional size. The diameter of the straight portion 20b2 is equal to the diameter of the narrow end of the tapered portion 20b1.

凹部２０ａの直径Ｄ１（図６参照）は、１４０μｍ～１８０μｍ程度である。テーパ部２０ｂ１の太径端の直径Ｄ２は、１０μｍ～３０μｍ程度である。テーパ部２０ｂ１の細径端の直径Ｄ３およびストレート部２０ｂ２の直径は、１０μｍ～２５μｍ程度である。テーパ部２０ｂ１の角度（中心軸に対する側面の角度）は、５度以上１５度以下であることが好ましい。 The diameter D1 (see FIG. 6) of the recess 20a is approximately 140 μm to 180 μm. The diameter D2 of the large diameter end of the tapered portion 20b1 is approximately 10 μm to 30 μm. The diameter D3 of the narrow end of the tapered portion 20b1 and the diameter of the straight portion 20b2 are approximately 10 μm to 25 μm. The angle of the tapered portion 20b1 (the angle of the side surface with respect to the central axis) is preferably 5 degrees or more and 15 degrees or less.

後述するように、インク吐出通路２０ｂは、ボッシュプロセスにより形成される。ボッシュプロセスは、側壁保護膜の形成工程とエッチング工程とを交互に繰り返し行うプロセスである。
前述のノズル基板３では、インク吐出通路２０ｂは、インクの吐出方向に向かって横断面の大きさが小さくなるテーパ部２０ｂ１を有しているので、インクの吐出方向および吐出量のばらつきを小さくすることができる。これにより、前述のノズル基板３では、インクの吐出精度を高めることができる。 As will be described later, the ink discharge passage 20b is formed by the Bosch process. The Bosch process is a process in which sidewall protective film formation steps and etching steps are alternately repeated.
In the above-described nozzle substrate 3, the ink discharge passage 20b has the tapered portion 20b1 whose cross-sectional size decreases toward the ink discharge direction, thereby reducing variations in the ink discharge direction and discharge amount. be able to. As a result, the nozzle substrate 3 described above can improve ink ejection accuracy.

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。 The top wall portion of the pressure chamber 7 in the movable film forming layer 10 constitutes a movable film 10A. The movable film 10A (movable film forming layer 10) is made of, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film formed on the actuator substrate 2. The movable film 10A (movable film forming layer 10) includes, for example, a silicon (Si) film formed on the actuator substrate 2, a silicon oxide (SiO 2 ) film formed on the silicon film, and a silicon oxide film formed on the silicon oxide film. It may be composed of a laminated film with a silicon nitride (SiN) film to be formed. In this specification, the movable membrane 10A refers to a top wall portion of the movable membrane forming layer 10 that partitions the top surface of the pressure chamber 7. Therefore, the portion of the movable film forming layer 10 other than the top wall of the pressure chamber 7 does not constitute the movable film 10A.

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。 The thickness of the movable film 10A is, for example, 0.4 μm to 2 μm. When the movable film 10A is made of a silicon oxide film, the thickness of the silicon oxide film may be about 1.2 μm. When the movable film 10A is composed of a laminated film of a silicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film, the thicknesses of the silicon film, silicon oxide film, and silicon nitride film are each about 0.4 μm. Good too.

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。 The pressure chamber 7 is partitioned by the movable membrane 10A, the actuator substrate 2, and the nozzle substrate 3, and in this embodiment is formed into a substantially rectangular parallelepiped shape. The length of the pressure chamber 7 may be, for example, about 800 μm, and the width may be about 55 μm. The ink inflow portion 6 communicates with one end of the pressure chamber 7 in the longitudinal direction.
A metal barrier film 8 is formed on the surface of the movable film forming layer 10. The metal barrier film 8 is made of, for example, Al 2 O 3 (alumina). The thickness of the metal barrier film 8 is approximately 50 nm to 100 nm. A piezoelectric element 9 is arranged on the surface of the metal barrier film 8 above the movable film 10A. The piezoelectric element 9 includes a lower electrode 11 formed on the metal barrier film 8, a piezoelectric film 12 formed on the lower electrode 11, and an upper electrode 13 formed on the piezoelectric film 12. . In other words, the piezoelectric element 9 is constructed by sandwiching the piezoelectric film 12 between the upper electrode 13 and the lower electrode 11 from above and below.

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。 The upper electrode 13 may be a single platinum (Pt) film, or may be a stack of a conductive oxide film (for example, an IrO 2 (iridium oxide) film) and a metal film (for example, an Ir (iridium) film). It may have a laminated structure. The thickness of the upper electrode 13 may be, for example, about 0.2 μm.
As the piezoelectric film 12, for example, a PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 :lead zirconate titanate) film formed by a sol-gel method or a sputtering method can be used. Such a piezoelectric film 12 is made of a sintered body of metal oxide crystals. The piezoelectric film 12 is formed to have the same shape as the upper electrode 13 in plan view. The thickness of the piezoelectric film 12 is approximately 1 μm. It is preferable that the entire thickness of the movable film 10A be approximately the same as the thickness of the piezoelectric film 12 or approximately 2/3 of the thickness of the piezoelectric film 12. The metal barrier film 8 described above mainly prevents metal elements (Pb, Zr, Ti when the piezoelectric film 12 is PZT) from escaping from the piezoelectric film 12, and improves the piezoelectric properties of the piezoelectric film 12. At the same time, when forming the piezoelectric film 12, metal is prevented from diffusing into the movable film 10A. The metal barrier film 8 also has the function of preventing characteristic deterioration of the piezoelectric film 12 due to hydrogen reduction.

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。 The lower electrode 11 has, for example, a two-layer structure in which a Ti (titanium) film and a Pt (platinum) film are laminated in order from the metal barrier film 8 side. In addition, the lower electrode 11 can also be formed of a single film such as an Au (gold) film, a Cr (chromium) layer, or a Ni (nickel) layer. The lower electrode 11 has a main electrode portion 11A that is in contact with the lower surface of the piezoelectric film 12, and an extension portion 11B that extends to an area outside the piezoelectric film 12. The thickness of the lower electrode 11 may be, for example, about 0.2 μm.

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。 A hydrogen barrier film 14 is formed on the piezoelectric element 9, the extension 11B of the lower electrode 11, and the metal barrier film 8. The hydrogen barrier film 14 is made of, for example, Al 2 O 3 (alumina). The thickness of the hydrogen barrier film 14 is approximately 50 nm to 100 nm. The hydrogen barrier film 14 is provided to prevent characteristic deterioration of the piezoelectric film 12 due to hydrogen reduction.
An insulating film 15 is laminated on the hydrogen barrier film 14. The insulating film 15 is made of, for example, SiO 2 or low hydrogen SiN. The thickness of the insulating film 15 is approximately 500 nm. An upper wiring 17 and a lower wiring 18 (see FIGS. 2 and 9) are formed on the insulating film 15. These wirings may be made of a metal material containing Al (aluminum). The thickness of these wirings is, for example, about 1000 nm (1 μm).

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。 One end of the upper wiring 17 is arranged above one end of the upper electrode 13 (downstream end in the ink flow direction 41). A contact hole 33 that continuously penetrates the hydrogen barrier film 14 and the insulating film 15 is formed between the upper wiring 17 and the upper electrode 13 . One end of the upper wiring 17 enters the contact hole 33 and is connected to the upper electrode 13 within the contact hole 33 . The upper wiring 17 extends from above the upper electrode 13 to the outside of the pressure chamber 7 across the outer edge of the pressure chamber 7 . The lower wiring 18 will be described later.

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。 A passivation film 21 is formed on the insulating film 15 to cover the upper interconnect 17, the lower interconnect 18, and the insulating film 15. The passivation film 21 is made of, for example, SiN (silicon nitride). The thickness of the passivation film 21 may be, for example, about 800 nm.
A pad opening 35 is formed in the passivation film 21 to expose a portion of the upper wiring 17. The pad opening 35 is formed in the outer region of the pressure chamber 7, and is formed, for example, at the tip of the upper wiring 17 (the end opposite to the contact portion to the upper electrode 13). An upper electrode pad 42 covering the pad opening 35 is formed on the passivation film 21 . The upper electrode pad 42 enters the pad opening 35 and is connected to the upper wiring 17 within the pad opening 35 . A lower electrode pad 43 (see FIGS. 2 and 9) is also provided for the lower wiring 18, and the lower electrode pad 43 will be described later.

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。 Ink that penetrates the passivation film 21, the insulating film 15, the hydrogen barrier film 14, the lower electrode 11, the metal barrier film 8, and the movable film forming layer 10 is placed at a position corresponding to the end of the ink flow path 5 on the side of the ink inlet 6. A supply through hole 22 is formed. The lower electrode 11 is formed with a through hole 23 that includes an ink supply through hole 22 and is larger than the ink supply through hole 22 . A hydrogen barrier film 14 is inserted into the gap between the through hole 23 of the lower electrode 11 and the ink supply through hole 22. The ink supply through hole 22 communicates with the ink inflow section 6 .

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。 The protective substrate 4 is made of, for example, a silicon substrate. The protective substrate 4 is arranged on the substrate assembly SA so as to cover the piezoelectric element 9. The protective substrate 4 is bonded to the substrate assembly SA via an adhesive 50. The protective substrate 4 has a housing recess 52 on a facing surface 51 facing the substrate assembly SA. The piezoelectric element 9 is housed in the housing recess 52 . Furthermore, an ink supply path 53 communicating with the ink supply through hole 22 and an opening 54 for exposing the pads 42 and 43 are formed in the protective substrate 4. The ink supply path 53 and the opening 54 penetrate the protective substrate 4. An ink tank (not shown) storing ink is arranged on the protection substrate 4.

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。 The piezoelectric element 9 is formed at a position facing the pressure chamber 7 with the movable film 10A and the metal barrier film 8 in between. That is, the piezoelectric element 9 is formed so as to be in contact with the surface of the metal barrier film 8 on the side opposite to the pressure chamber 7 . The pressure chamber 7 is filled with ink by being supplied from the ink tank to the pressure chamber 7 through the ink supply path 53, the ink supply through hole 22, and the ink inlet 6. The movable membrane 10A partitions the top surface of the pressure chamber 7 and faces the pressure chamber 7. The movable membrane 10A is supported by a portion of the actuator substrate 2 around the pressure chamber 7, and has flexibility so that it can be deformed in the direction facing the pressure chamber 7 (in other words, in the thickness direction of the movable membrane 10A). are doing.

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。 The lower wiring 18 (see FIGS. 2 and 9) and the upper wiring 17 are connected to a drive circuit (not shown). Specifically, the upper electrode pad 42 and the drive circuit are connected via a connecting metal member (not shown). The lower electrode pad 43 (see FIGS. 2 and 9) and the drive circuit are connected via a connecting metal member (not shown). When a drive voltage is applied to the piezoelectric element 9 from the drive circuit, the piezoelectric film 12 is deformed due to the inverse piezoelectric effect. As a result, the movable membrane 10A is deformed together with the piezoelectric element 9, thereby causing a change in the volume of the pressure chamber 7, and pressurizing the ink within the pressure chamber 7. The pressurized ink passes through the ink discharge passage 20b and is discharged from the ink discharge port 20c in the form of minute droplets.

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。 The configuration of the inkjet print head 1 will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 9. In the following description, the left side of FIG. 1 will be referred to as "left," the right side of FIG. 1 will be referred to as "right," the lower side of FIG. 1 will be referred to as "front," and the upper side of FIG. 1 will be referred to as "rear."
As shown in FIG. 1, the inkjet print head 1 has a rectangular shape elongated in the front-rear direction when viewed from above. In this embodiment, the planar shape and size of the actuator substrate 2, the protection substrate 4, and the nozzle substrate 3 are approximately the same as the planar shape and size of the inkjet print head 1.

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。 On the actuator substrate 2, in plan view, there are a plurality of rows of piezoelectric elements 9 arranged in stripes at intervals in the front-rear direction (hereinafter referred to as "piezoelectric element rows"). There are several rows. In this embodiment, for convenience of explanation, it is assumed that two piezoelectric element rows are provided.
As shown in FIGS. 2 and 3, an ink flow path 5 (pressure chamber 7) is formed in the actuator substrate 2 for each piezoelectric element 9. Therefore, in the actuator substrate 2, in a plan view, an ink flow path array (pressure chamber row) consisting of a plurality of ink flow paths 5 (pressure chambers 7) arranged in a stripe shape at intervals in the front-rear direction is arranged on the left and right sides. Two rows are provided at intervals in the direction.

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。 The pattern of the ink flow path row corresponding to the piezoelectric element row on the left side of FIG. 1 and the pattern of the ink flow path row corresponding to the piezoelectric element row on the right side of FIG. It has become a pattern. Therefore, in the ink flow path 5 included in the left ink flow path row, the ink inflow portion 6 is located on the right side with respect to the pressure chamber 7, whereas the ink flow path 5 included in the right ink flow path row In this case, the ink inflow section 6 is located on the left side with respect to the pressure chamber 7. Therefore, the ink flow directions 41 of the left ink flow path row and the right ink flow path row are opposite to each other.

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。 An ink supply through hole 22 is provided for each of the plurality of ink channels 5 in each ink channel row. The ink supply through hole 22 is arranged on the ink inflow section 6 . Therefore, the ink supply through hole 22 for the ink flow path 5 included in the left ink flow path row is arranged on the right end of the ink flow path 5, and the ink supply through hole 22 for the ink flow path 5 included in the right ink flow path row The ink supply through hole 22 is arranged on the left end of the ink flow path 5.

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）。 In each ink channel row, a plurality of ink channels 5 are formed at equal intervals with minute intervals (for example, about 30 μm to 350 μm) in the width direction. Each ink flow path 5 extends in an elongated manner along an ink flow direction 41. The ink flow path 5 includes an ink inlet 6 communicating with the ink supply through hole 22 and a pressure chamber 7 communicating with the ink inlet 6. The pressure chamber 7 has a rectangular shape that is elongated along the ink flow direction 41 in plan view. That is, the top surface portion of the pressure chamber 7 has two side edges along the ink flow direction 41 and two end edges along a direction perpendicular to the ink flow direction 41. The ink inflow portion 6 has approximately the same width as the pressure chamber 7 in plan view. The inner surface of the end of the ink inlet 6 opposite to the pressure chamber 7 is semicircular in plan view. The ink supply through hole 22 has a circular shape in plan view (see especially FIG. 3).

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。 The piezoelectric element 9 has a rectangular shape that is long in the longitudinal direction of the pressure chamber 7 (movable membrane 10A) in plan view. The length of the piezoelectric element 9 in the longitudinal direction is shorter than the length of the pressure chamber 7 (movable membrane 10A) in the longitudinal direction. As shown in FIG. 3, both edges of the piezoelectric element 9 along the width direction are arranged inside the corresponding edges of the movable film 10A with a predetermined distance therebetween. Further, the width of the piezoelectric element 9 in the lateral direction is narrower than the width of the movable film 10A in the lateral direction. Both edges of the piezoelectric element 9 along the longitudinal direction are arranged inwardly with a predetermined distance from the corresponding edges of the movable film 10A.

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。 The lower electrode 11 is formed over almost the entire surface of the movable film forming layer 10, except for the peripheral edge of the surface of the movable film forming layer 10. The lower electrode 11 is a common electrode shared by a plurality of piezoelectric elements 9. The lower electrode 11 is drawn out from the main electrode part 11A, which is rectangular in plan view and constitutes the piezoelectric element 9, in a direction along the surface of the movable film forming layer 10, and extends along the periphery of the top surface of the pressure chamber 7. and an outwardly extending extension 11B.

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。 The length of the main electrode portion 11A in the longitudinal direction is shorter than the length of the movable membrane 10A in the longitudinal direction. Both ends of the main electrode section 11A are arranged inside with a predetermined distance from the corresponding ends of the movable membrane 10A. Further, the width of the main electrode portion 11A in the lateral direction is narrower than the width of the movable membrane 10A in the lateral direction. Both side edges of the main electrode portion 11A are arranged inwardly with a predetermined distance from the corresponding side edges of the movable membrane 10A. The extension portion 11B is the entire area of the lower electrode 11 excluding the main electrode portion 11A.

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。 The upper electrode 13 is formed in a rectangular shape with the same pattern as the main electrode portion 11A of the lower electrode 11 in plan view. That is, the length of the upper electrode 13 in the longitudinal direction is shorter than the length of the movable film 10A in the longitudinal direction. Both edges of the upper electrode 13 are arranged inside with a predetermined distance from the corresponding edges of the movable membrane 10A. Further, the width of the upper electrode 13 in the lateral direction is narrower than the width of the movable film 10A in the lateral direction. Both side edges of the upper electrode 13 are arranged inwardly with a predetermined distance from the corresponding side edges of the movable membrane 10A.

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。 The piezoelectric film 12 is formed into a rectangular shape with the same pattern as the upper electrode 13 in plan view. That is, the length of the piezoelectric film 12 in the longitudinal direction is shorter than the length of the movable film 10A in the longitudinal direction. Both ends of the piezoelectric film 12 are arranged inside with a predetermined distance from the corresponding ends of the movable film 10A. Further, the width of the piezoelectric film 12 in the lateral direction is narrower than the width of the movable film 10A in the lateral direction. Both side edges of the piezoelectric film 12 are arranged inwardly with a predetermined distance from the corresponding side edges of the movable film 10A. The lower surface of the piezoelectric film 12 is in contact with the upper surface of the main electrode portion 11A of the lower electrode 11, and the upper surface of the piezoelectric film 12 is in contact with the lower surface of the upper electrode 13.

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。 The upper wiring 17 extends from the upper surface of one end of the piezoelectric element 9 (the end on the downstream side in the ink flow direction 41) along the end surface of the piezoelectric element 9 that is connected thereto, and further along the surface of the extension part 11B of the lower electrode 11. and extends in the direction along the ink flow direction 41. The tip of the upper wiring 17 is arranged within the opening 54 of the protective substrate 4.
An upper electrode pad opening 35 is formed in the passivation film 21 to expose the center portion of the front end surface of the upper wiring 17 . An upper electrode pad 42 is provided on the passivation film 21 so as to cover the upper electrode pad opening 35 . The upper electrode pad 42 is connected to the upper wiring 17 within the upper electrode pad opening 35 . As shown in FIG. 1, the plurality of upper electrode pads 42 corresponding to the plurality of piezoelectric elements 9 in the left piezoelectric element row are arranged in a line in the front-rear direction on the left side of the left piezoelectric element row in plan view. are placed side by side. Further, the plurality of upper electrode pads 42 corresponding to the plurality of piezoelectric elements 9 in the right piezoelectric element row are arranged in a line in the front-rear direction on the right side of the right piezoelectric element row in plan view. There is.

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。 Referring to FIGS. 1, 2, 3, and 9, the lower wiring 18 is arranged at a rear position of the left upper electrode pad row and a rear position of the right upper electrode pad row, respectively, in plan view. ing. The lower wiring 18 has a rectangular shape in plan view. An extension 11B of the lower electrode 11 exists below the lower wiring 18. A contact hole 34 that continuously penetrates the hydrogen barrier film 14 and the insulating film 15 is formed between the lower wiring 18 and the extension portion 11B of the lower electrode 11. The lower wiring 18 enters the contact hole 34 and is connected to the extension portion 11B of the lower electrode 11 within the contact hole 34.

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。 A pad opening 36 is formed in the passivation film 21 to expose a central portion of the surface of the lower wiring 18. A lower electrode pad 43 covering the pad opening 36 is formed on the passivation film 21 . The lower electrode pad 43 enters the pad opening 36 and is connected to the lower wiring 18 within the pad opening 36 .
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the protective substrate 4 includes a plurality of ink supply passages 53 (hereinafter referred to as "first A plurality of ink supply channels 53 (hereinafter sometimes referred to as "second ink supply channels 53") that communicate with the plurality of ink supply through holes 22 for the right ink channel row (hereinafter sometimes referred to as "second ink supply channels 53") ) is formed. The first ink supply paths 53 are arranged in a row at intervals in the front-rear direction at positions shifted to the left with respect to the center of the width of the protection substrate 4 in plan view. The second ink supply paths 53 are arranged in a row at intervals in the front-rear direction at positions shifted to the right with respect to the center of the width of the protection substrate 4 in plan view. The ink supply path 53 has a circular shape having the same pattern as the ink supply through hole 22 on the actuator substrate 2 side in plan view. The ink supply path 53 is aligned with the ink supply through hole 22 in plan view.

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。 Further, an opening 54 is formed in the protective substrate 4 to expose all the upper electrode pads 42 and the left lower electrode pads 43 corresponding to the piezoelectric element row on the left side. Furthermore, an opening 54 is formed in the protective substrate 4 to expose all the upper electrode pads 42 and the right lower electrode pads 43 corresponding to the piezoelectric element row on the right side. These openings 54 have a rectangular shape that is long in the front-rear direction when viewed from above.

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。 FIG. 12 is a bottom view of the area shown in FIG. 2 of the protection substrate.
As shown in FIGS. 4, 8, and 12, accommodation recesses 52 are formed in the facing surface 51 of the protection substrate 4 at positions facing the piezoelectric elements 9 in each piezoelectric element row. An ink supply path 53 is arranged on the upstream side of each storage recess 52 in the ink circulation direction 41, and an opening 54 is arranged on the downstream side. Each housing recess 52 is formed into a rectangular shape that is slightly larger than the pattern of the upper electrode 13 of the corresponding piezoelectric element 9 in plan view. A corresponding piezoelectric element 9 is accommodated in each accommodation recess 52.

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。 FIG. 10 is a schematic plan view showing an example of a pattern of an insulating film of the inkjet print head. FIG. 11 is a schematic plan view showing an example of a pattern of a passivation film of the inkjet print head.
In this embodiment, the insulating film 15 and the passivation film 21 are formed on the actuator substrate 2 over almost the entire area outside the accommodation recess 52 of the protective substrate 4 in plan view. However, in this region, the ink supply through hole 22 and the contact hole 34 are formed in the insulating film 15. In this region, the passivation film 21 has an ink supply through hole 22 and pad openings 35 and 36 formed therein.

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。 In the inner region of the accommodation recess 52 of the protective substrate 4, the insulating film 15 and the passivation film 21 are formed only at one end (upper wiring region) where the upper wiring 17 is present. In this region, passivation film 21 is formed to cover the upper surface and side surfaces of upper interconnection 17 on insulating film 15 . In other words, the opening 37 is formed in the insulating film 15 and the passivation film 21 in the inner region of the accommodation recess 52 in plan view except for the upper wiring region. A contact hole 33 is further formed in the insulating film 15 .

インクジェットプリントヘッド１の製造方法の概要について説明する。
図１３は、アクチュエータ基板の元基板としての半導体ウエハの平面図であり、一部の領域を拡大して示してある。
アクチュエータ基板２の元基板としての半導体ウエハ（アクチュエータウエハ）１００は、例えばシリコンウエハからなる。アクチュエータウエハ１００の表面１００ａは、アクチュエータ基板の表面２ａに対応している。アクチュエータウエハ１００の表面１００ａには、複数の機能素子形成領域１０１がマトリクス状に配列されて設定されている。隣接する機能素子形成領域１０１の間には、スクライブ領域（境界領域）１０２が設けられている。スクライブ領域１０２は、ほぼ一定の幅を有する帯状の領域であり、直交する二方向に延びて格子状に形成されている。スクライブ領域１０２には、切断予定線１０３が設定されている。アクチュエータウエハ１００に対して必要な工程を行うことにより、インク流路５は形成されていないが、各機能素子形成領域１０１上に基板アセンブリＳＡの構成が形成された基板アセンブリ集合体（ＳＡ集合体）１１０が作成される。 An overview of the method for manufacturing the inkjet print head 1 will be described.
FIG. 13 is a plan view of a semiconductor wafer as a source substrate of an actuator substrate, with a part of the region shown in an enlarged manner.
A semiconductor wafer (actuator wafer) 100 serving as the original substrate of the actuator substrate 2 is made of, for example, a silicon wafer. A surface 100a of the actuator wafer 100 corresponds to a surface 2a of the actuator substrate. On the surface 100a of the actuator wafer 100, a plurality of functional element formation regions 101 are arranged and set in a matrix. A scribe region (boundary region) 102 is provided between adjacent functional element formation regions 101 . The scribe area 102 is a band-shaped area having a substantially constant width, and is formed in a lattice shape extending in two orthogonal directions. A planned cutting line 103 is set in the scribe area 102 . By performing the necessary steps on the actuator wafer 100, a substrate assembly assembly (SA assembly) is created in which the ink flow path 5 is not formed but the structure of the substrate assembly SA is formed on each functional element forming area 101. ) 110 is created.

基板アセンブリ集合体１１０の各機能素子形成領域１０１に対応した複数の保護基板４を一体的に含む保護基板集合体１３０（図１４Ｋ参照）が予め用意されている。保護基板集合体１３０は、保護基板４の元基板としての半導体ウエハ（保護基板用ウエハ）に対して必要な工程を行うことにより作成される。保護基板用ウエハは、例えばシリコンウエハからなる。 A protective substrate assembly 130 (see FIG. 14K) that integrally includes a plurality of protective substrates 4 corresponding to each functional element formation region 101 of the substrate assembly assembly 110 is prepared in advance. The protective substrate assembly 130 is created by performing necessary processes on a semiconductor wafer (a wafer for a protective substrate) as the original substrate of the protective substrate 4. The protective substrate wafer is made of, for example, a silicon wafer.

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１６０（図１４Ｍおよび図１５Ｉ参照）が予め用意される。ノズル基板集合体１６０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１６０は、図１４Ｍおよび図１５Ｊ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膜１４１と、酸化シリコン膜１４１の表面に形成されたシリコン膜１４２と、ノズルウエハ１４０における酸化シリコン膜１４１とは反対側に形成された熱酸化膜１４３とからなる。 Further, a nozzle substrate assembly 160 (see FIGS. 14M and 15I) that integrally includes a plurality of nozzle substrates 3 corresponding to each functional element formation region 101 of the substrate assembly assembly 110 is prepared in advance. The nozzle substrate assembly 160 is created by performing necessary processes on a semiconductor wafer (nozzle wafer) as the original substrate of the nozzle substrate 3. The nozzle wafer is made of, for example, a silicon wafer. As shown in FIGS. 14M and 15J, the nozzle substrate assembly 160 includes a nozzle wafer 140, a silicon oxide film 141 formed on one surface of the nozzle wafer 140, and a silicon film 142 formed on the surface of the silicon oxide film 141. , and a thermal oxide film 143 formed on the opposite side of the silicon oxide film 141 on the nozzle wafer 140.

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１６０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１６０とからなるインクジェットプリントヘッド集合体１７０が得られる。この後、インクジェットプリントヘッド集合体１７０は、切断予定線１０３に沿ってダイシングブレードにより切断（ダイシング）される。これによって、機能素子形成領域１０１を含む個々のインクジェットプリントヘッド（チップ）１が切り出される。インクジェットプリントヘッド１は、周縁部にスクライブ領域１０２を有し、スクライブ領域１０２に囲まれた中央領域に機能素子形成領域１０１を有することになる。 Once the substrate assembly assembly 110 is created, the protective substrate assembly 130 is bonded to the substrate assembly assembly 110. Next, the ink flow path 5 is formed in the substrate assembly assembly 110. Next, the nozzle substrate assembly 160 is joined to the substrate assembly assembly 110. As a result, an inkjet print head assembly 170 consisting of the substrate assembly assembly 110, the protection substrate assembly 130, and the nozzle substrate assembly 160 is obtained. Thereafter, the inkjet print head assembly 170 is cut (diced) along the planned cutting line 103 with a dicing blade. As a result, each inkjet print head (chip) 1 including the functional element forming area 101 is cut out. The inkjet print head 1 has a scribe area 102 at the periphery, and a functional element forming area 101 in a central area surrounded by the scribe area 102.

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。 Hereinafter, a method for manufacturing the inkjet print head 1 will be specifically described.
14A to 14M are cross-sectional views showing the manufacturing process of the inkjet print head 1, and are cross-sectional views corresponding to the cut plane of FIG. 4.
First, as shown in FIG. 14A, an actuator wafer 100 is prepared. However, as the actuator wafer 100, one that is thicker than the final thickness of the actuator substrate 2 is used. Then, the movable film forming layer 10 is formed on the surface 100a of the actuator wafer 100. Specifically, a silicon oxide film (for example, 1.2 μm thick) is formed on the surface 100a of the actuator wafer 100. When the movable film forming layer 10 is composed of a laminated film of a silicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film, a silicon film (for example, 0.4 μm thick) is formed on the surface of the actuator substrate 2, and the silicon film is formed on the surface of the actuator substrate 2. A silicon oxide film (for example, 0.4 μm thick) is formed thereon, and a silicon nitride film (for example, 0.4 μm thick) is formed on the silicon oxide film.

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。 Next, a metal barrier film 8 is formed on the movable film forming layer 10. The metal barrier film 8 is made of, for example, an Al 2 O 3 film (eg, 50 nm to 100 nm thick). The metal barrier film 8 prevents metal atoms from escaping from the piezoelectric film 12 that will be formed later. If the metal electrons escape, the piezoelectric properties of the piezoelectric film 12 may deteriorate. Furthermore, if the escaped metal atoms mix into the silicon layer constituting the movable film 10A, the durability of the movable film 10A may deteriorate.

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。 Next, as shown in FIG. 14B, a lower electrode film 71, which is a material layer of the lower electrode 11, is formed on the metal barrier film 8. The lower electrode film 71 is made of, for example, a Pt/Ti laminated film having a Ti film (eg, 10 nm to 40 nm thick) as a lower layer and a Pt film (eg, 10 nm to 400 nm thick) as an upper layer. Such a lower electrode film 71 may be formed by a sputtering method.
Next, a piezoelectric material film 72, which is the material of the piezoelectric film 12, is formed on the entire surface of the lower electrode film 71. Specifically, the piezoelectric material film 72 having a thickness of 1 μm to 3 μm is formed by, for example, a sol-gel method. Such a piezoelectric material film 72 is made of a sintered body of metal oxide crystal grains.

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。 Next, an upper electrode film 73, which is the material of the upper electrode 13, is formed on the entire surface of the piezoelectric material film 72. The upper electrode film 73 may be, for example, a single film of platinum (Pt). The upper electrode film 73 may be, for example, an Ir0 2 /Ir laminated film having an IrO 2 film (eg, 40 nm to 160 nm thick) as a lower layer and an Ir film (eg, 40 nm to 160 nm thick) as an upper layer. Such an upper electrode film 73 may be formed by a sputtering method.

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。 Next, as shown in FIGS. 14C and 14D, the upper electrode film 73, piezoelectric material film 72, and lower electrode film 71 are patterned. First, a resist mask having a pattern of the upper electrode 13 is formed by photolithography. Then, as shown in FIG. 14C, the upper electrode film 73 and the piezoelectric material film 72 are successively etched using this resist mask as a mask, thereby forming a predetermined pattern of the upper electrode 13 and the piezoelectric material film 12. Ru.

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。 Next, after the resist mask is peeled off, a resist mask having a pattern of the lower electrode 11 is formed by photolithography. Then, as shown in FIG. 14D, the lower electrode film 71 is etched using this resist mask as a mask, thereby forming the lower electrode 11 in a predetermined pattern. Thereby, the lower electrode 11 consisting of the main electrode part 11A and the extension part 11B having the through hole 23 is formed. In this way, the piezoelectric element 9 consisting of the main electrode portion 11A of the lower electrode 11, the piezoelectric film 12, and the upper electrode 13 is formed.

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。 Next, as shown in FIG. 14E, after the resist mask is removed, a hydrogen barrier film 14 covering the entire surface is formed. The hydrogen barrier film 14 may be an Al 2 O 3 film formed by sputtering, and its thickness may be 50 nm to 100 nm. Thereafter, an insulating film 15 is formed on the entire surface of the hydrogen barrier film 14. The insulating film 15 may be a SiO 2 film, and its thickness may be 200 nm to 300 nm. Subsequently, contact holes 33 and 34 are formed by successively etching the insulating film 15 and the hydrogen barrier film 14.

次に、図１４Ｆに示すように、コンタクト孔３３，３４内を含む絶縁膜１５上に、スパッタ法によって、上部配線１７および下部配線１８を構成する配線膜が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、上部配線１７および下部配線１８が同時に形成される。
次に、図１４Ｇに示すように、絶縁膜１５の表面に各配線１７，１８を覆うパッシベーション膜２１が形成される。パッシベーション膜２１は、例えば、ＳｉＮからなる。パッシベーション膜２１は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。 Next, as shown in FIG. 14F, a wiring film constituting the upper wiring 17 and the lower wiring 18 is formed on the insulating film 15 including inside the contact holes 33 and 34 by sputtering. Thereafter, the wiring film is patterned by photolithography and etching, thereby forming upper wiring 17 and lower wiring 18 at the same time.
Next, as shown in FIG. 14G, a passivation film 21 is formed on the surface of the insulating film 15 to cover each wiring 17 and 18. The passivation film 21 is made of, for example, SiN. The passivation film 21 is formed, for example, by plasma CVD.

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。 Next, a resist mask having openings corresponding to the pad openings 35 and 36 is formed by photolithography, and the passivation film 21 is etched using this resist mask as a mask. As a result, pad openings 35 and 36 are formed in the passivation film 21, as shown in FIG. 14H. After the resist mask is peeled off, an upper electrode pad 42 and a lower electrode pad 43 are formed on the passivation film 21 through the pad openings 35 and 36, respectively.

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。 Next, a resist mask having openings corresponding to the openings 37 and the ink supply through holes 22 is formed by photolithography, and the passivation film 21 and the insulating film 15 are successively etched using this resist mask as a mask. As a result, as shown in FIG. 14I, an opening 37 and an ink supply through hole 22 are formed in the passivation film 21 and the insulating film 15.

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。 Next, the resist mask is removed. Then, a resist mask having openings corresponding to the ink supply through holes 22 is formed by photolithography, and the hydrogen barrier film 14, metal barrier film 8, and movable film forming layer 10 are etched using this resist mask as a mask. As a result, as shown in FIG. 14J, ink supply through holes 22 are formed in the hydrogen barrier film 14, metal barrier film 8, and movable film forming layer 10. As a result, a substrate assembly assembly 110 is created.

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。 Next, as shown in FIG. 14K, adhesive 50 is applied to the opposing surface 51 of the protective substrate assembly 130, and the substrate is assembled so that the ink supply path 53 and the corresponding ink supply through hole 22 are aligned. A protective substrate assembly 130 is fixed to the assembly 110.
Next, as shown in FIG. 14L, backside grinding is performed to thin the actuator wafer 100. By polishing the actuator wafer 100 from the back surface 100b, the actuator wafer 100 is made thin. For example, the actuator wafer 100, which is approximately 670 μm thick in its initial state, may be thinned to approximately 300 μm thick. Thereafter, a resist mask having openings corresponding to the ink flow paths 5 (ink inflow section 6 and pressure chamber 7) is formed on the back surface 100b side of the actuator wafer 100 by photolithography, and using this resist mask as a mask, the actuator wafer is 100 is etched from the back surface 100b. As a result, the ink flow path 5 (ink inflow section 6 and pressure chamber 7) is formed in the actuator wafer 100.

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１６０がアクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂに張り合わされる。この際、ノズル基板集合体１６０におけるシリコン膜１４２の表面には、粘着面を有する支持テープ１８０が貼着される。これにより、基板アセンブリ集合体１１０と、保護基板集合体１３０と、ノズル基板集合体１６０とからなり、支持テープ１８０が貼着されたインクジェットプリントヘッド集合体１７０が得られる。 During this etching, the metal barrier film 8 formed on the surface of the movable film forming layer 10 prevents metal elements (Pb, Zr, Ti in the case of PZT) from coming out of the piezoelectric film 12, and The piezoelectric properties of the membrane 12 are maintained well. Further, as described above, the metal barrier film 8 contributes to maintaining the durability of the silicon layer forming the movable film 10A.
Thereafter, as shown in FIG. 14M, the nozzle substrate assembly 160 is attached to the back surface 100b of the actuator wafer 100. At this time, a support tape 180 having an adhesive surface is attached to the surface of the silicon film 142 in the nozzle substrate assembly 160. As a result, an inkjet print head assembly 170 consisting of the substrate assembly assembly 110, the protection substrate assembly 130, and the nozzle substrate assembly 160, to which the support tape 180 is attached is obtained.

この後、支持テープ１８０が貼着された状態で、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が、保護基板集合体１３０側から、切断予定線１０３に沿ってダイシングブレードにより切断される。ただし、支持テープ１８０は切断されない。これにより、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が、複数のインクジェットプリントヘッド１に個片化される。ただし、個片化された複数のインクジェットプリントヘッド１は、支持テープ１８０に貼着された状態となる。 Thereafter, with the support tape 180 attached, the inkjet print head assembly 170 is cut by a dicing blade along the planned cutting line 103 from the protective substrate assembly 130 side. However, the support tape 180 is not cut. As a result, the inkjet printhead assembly 170 is separated into a plurality of inkjet printheads 1. However, the plurality of individualized inkjet print heads 1 are stuck to the support tape 180.

この個片化の工程が完了すると、基板アセンブリ集合体１１０におけるアクチュエータウエハ１００は、個々のインクジェットプリントヘッド１のアクチュエータ基板２となる。また、保護基板集合体１３０は、個々のインクジェットプリントヘッド１の保護基板４となる。また、ノズル基板集合体１６０におけるノズルウエハ１４０、酸化シリコン膜１４１、シリコン膜１４２および熱酸化膜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、シリコン膜３２および熱酸化膜１３３となる。支持テープ１８０に貼着されている複数のインクジェットプリントヘッド１は、最終的には支持テープ１８０から分離される。こうして、図１～図９に示す構造のインクジェットプリントヘッド１が得られる。 When this singulation process is completed, the actuator wafers 100 in the substrate assembly assembly 110 become actuator substrates 2 of individual inkjet print heads 1. Further, the protective substrate assembly 130 becomes the protective substrate 4 of each inkjet print head 1. Further, the nozzle wafer 140, silicon oxide film 141, silicon film 142, and thermal oxide film 143 in the nozzle substrate assembly 160 are the silicon substrate 30, silicon oxide film 31, and silicon film in the nozzle substrate 3 of the individual inkjet print head 1, respectively. 32 and a thermal oxide film 133. The plurality of inkjet print heads 1 stuck to the support tape 180 are eventually separated from the support tape 180. In this way, an inkjet print head 1 having the structure shown in FIGS. 1 to 9 is obtained.

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。 In the inkjet print head 1 thus obtained, the side surfaces of the actuator substrate 2 and the side surfaces of the nozzle substrate 3 are flush in all directions (flush over the entire circumference) in plan view. That is, in this embodiment, an inkjet print head 1 without a step between the actuator substrate 2 and the nozzle substrate 3 can be obtained. Further, in this embodiment, the side surfaces of the actuator substrate 2 and the side surfaces of the protection substrate 4 are also flush in all directions (flush over the entire circumference) in plan view. That is, in this embodiment, the inkjet print head 1 with no level difference between the actuator substrate 2 and the protection substrate 4 can be obtained.

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１６０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。 In the inkjet printhead manufacturing method according to this embodiment, the inkjet printhead assembly 170 is created by joining the nozzle substrate assembly 160 to the substrate assembly assembly 110 to which the protective substrate assembly 130 is fixed. Then, the inkjet printhead assembly 170 is diced, whereby the inkjet printheads 1 are individually cut out. For this reason, for example, the inkjet printhead 1 can be manufactured more efficiently than when the inkjet printhead is manufactured by individually bonding the nozzle substrate 3 to each substrate assembly SA after manufacturing the individual substrate assemblies SA. You will be able to do this.

図１５Ａ～図１５Ｉは、ノズル基板集合体１６０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。なお、図１５Ａ～図１５Ｉにおいては、ノズル基板集合体１６０は、図４～図７に示されるノズル基板３とは上下反対に配置されている。
まず、図１５Ａに示すように、支持層としてのシリコンウエハ（ノズルウエハ）１４０と、その表面に形成されたＢＯＸ層として酸化シリコン膜１４１と、酸化シリコン膜１４１におけるシリコンウエハ１４０とは反対側の表面に形成された活性層としてのシリコン膜１４２とからなるＳＯＩウエハ（積層膜）２００が用意される。 15A to 15I are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the nozzle substrate assembly 160, and are cross-sectional views taken along a cutting line that is perpendicular to the ink flow direction and passes through the center of the nozzle hole. Note that in FIGS. 15A to 15I, the nozzle substrate assembly 160 is arranged vertically opposite to the nozzle substrate 3 shown in FIGS. 4 to 7.
First, as shown in FIG. 15A, a silicon wafer (nozzle wafer) 140 as a support layer, a silicon oxide film 141 as a BOX layer formed on the surface thereof, and a surface of the silicon oxide film 141 on the opposite side of the silicon wafer 140. An SOI wafer (laminated film) 200 is prepared, which includes a silicon film 142 as an active layer formed on the substrate.

シリコンウエハ１４０は、第１表面１４０ａおよび第２表面１４０ｂを有する。酸化シリコン膜１４１は、シリコンウエハ１４０の第２表面１４０ｂに形成されている。シリコンウエハ１４０としては、最終的なノズル基板３の厚さよりも厚いものが用いられている。シリコンウエハ１４０の厚さは、６２５μｍ程度である。酸化シリコン膜１４１の厚さは０．５μｍ程度である。シリコン膜１４２の厚さは２４μｍ程度である。 Silicon wafer 140 has a first surface 140a and a second surface 140b. Silicon oxide film 141 is formed on second surface 140b of silicon wafer 140. As the silicon wafer 140, one that is thicker than the final thickness of the nozzle substrate 3 is used. The thickness of the silicon wafer 140 is approximately 625 μm. The thickness of the silicon oxide film 141 is about 0.5 μm. The thickness of the silicon film 142 is approximately 24 μm.

そして、ＳＯＩウエハ２００に熱酸化処理を施すことにより、ＳＯＩウエハ２００におけるシリコン膜１４２側の表面およびシリコンウエハ１４０側の表面１４０ａの表面のそれぞれに、熱酸化膜１４３および熱酸化膜１４４が形成される。これらの熱酸化膜１４３、１４４の膜厚は、０．０５μｍ程度である。
次に、図１５Ｂに示すように、フォトリソグラフィによって、ノズル孔２０（インク吐出通路２０ｂのストレート部２０ｂ２）に対応した開口１４５ａを有するレジストマスク１４５が熱酸化膜１４３上に形成される。そして、レジストマスク１４５をマスクとして、まず、熱酸化膜１４３が異方性ドライエッチングされることにより、熱酸化膜１４３にインク吐出通路２０ｂにおけるインク吐出口２０ｃ側の先端部を構成する貫通孔１４３ａが形成される。 Then, by performing thermal oxidation treatment on the SOI wafer 200, a thermal oxide film 143 and a thermal oxide film 144 are formed on the surface of the SOI wafer 200 on the silicon film 142 side and the surface 140a on the silicon wafer 140 side, respectively. Ru. The thickness of these thermal oxide films 143 and 144 is approximately 0.05 μm.
Next, as shown in FIG. 15B, a resist mask 145 having an opening 145a corresponding to the nozzle hole 20 (straight portion 20b2 of the ink discharge passage 20b) is formed on the thermal oxide film 143 by photolithography. Using the resist mask 145 as a mask, the thermal oxide film 143 is first subjected to anisotropic dry etching, whereby the thermal oxide film 143 is formed with a through hole 143a that forms the tip of the ink discharge passage 20b on the side of the ink discharge port 20c. is formed.

次に、レジストマスク１４５をマスクとして、シリコン膜１４２が異方性ドライエッチングされることにより、インク吐出通路２０ｂ（貫通孔４３ａの部分を除く）が形成される。具体的には、まず、第１のボッシュプロセスによってストレート部２０ｂ２（貫通孔４３ａの部分を除く）が形成される。その後、第２のボッシュプロセスによってテーパ部２０ｂ１が形成される。 Next, the silicon film 142 is anisotropically dry etched using the resist mask 145 as a mask, thereby forming the ink discharge passage 20b (excluding the portion of the through hole 43a). Specifically, first, the straight portion 20b2 (excluding the through hole 43a) is formed by a first Bosch process. Thereafter, the tapered portion 20b1 is formed by a second Bosch process.

第１のボッシュプロセスおよび第２ボッシュプロセスでは、堆積用ガスとエッチングガスとが交互に切り替えられて、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる。堆積用ガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）等のテフロン(登録商標)系のガスが用いられる。エッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６（六フッ化硫黄）が用いられる。 In the first Bosch process and the second Bosch process, the deposition gas and the etching gas are alternately switched, and the sidewall protective film forming process and the etching process are alternately and repeatedly performed. As the deposition gas, for example, a Teflon (registered trademark) gas such as C 4 F 8 (perfluorocyclobutane) is used. As the etching gas, for example, SF 6 (sulfur hexafluoride) is used.

ストレート部２０ｂ２を形成するための第１のボッシュプロセスでは、側壁保護膜形成工程時間およびエッチング工程時間は、それぞれ一定時間に設定される。これに対して、テーパ部２０ｂ１を形成するための第２のボッシュプロセスでは、テーパ部２０ｂ１の横断面が酸化シリコン膜（ＢＯＸ層）１４１側に向かって徐々に大きくなるように、エッチング工程時間が徐々に長くされるとともに、バイアス電圧が徐々に大きくされる。なお、第２のボッシュプロセスでは、エッチング工程内の一部の期間において、堆積用ガス（例えばＣ４Ｆ８）とエッチングガス（例えばＳＦ６）の両方を加えてもよい。 In the first Bosch process for forming the straight portion 20b2, the sidewall protective film forming process time and the etching process time are each set to constant times. On the other hand, in the second Bosch process for forming the tapered part 20b1, the etching process time is set such that the cross section of the tapered part 20b1 gradually increases toward the silicon oxide film (BOX layer) 141 side. As the length is gradually increased, the bias voltage is gradually increased. Note that in the second Bosch process, both a deposition gas (for example, C 4 F 8 ) and an etching gas (for example, SF 6 ) may be added during a part of the etching process.

第２のボッシュプロセスによってテーパ部２０ｂ１が形成されると、エッチングガスが変更されて、酸化シリコン膜１４１が異方性ドライエッチングされる。これにより、酸化シリコン膜１４１にテーパ部２０ｂ１に連通する貫通孔１４１ａが形成される。
次に、図１５Ｃに示すように、レジストマスク１４５の表面に、保護テープ１４６および熱剥離テープ１４７を介してサポートウエハ１４８が貼り付けられる。保護テープ１４６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。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。サポートウエハ１４８はシリコンウエハからなる。 After the tapered portion 20b1 is formed by the second Bosch process, the etching gas is changed and the silicon oxide film 141 is anisotropically dry etched. As a result, a through hole 141a communicating with the tapered portion 20b1 is formed in the silicon oxide film 141.
Next, as shown in FIG. 15C, a support wafer 148 is attached to the surface of the resist mask 145 via a protective tape 146 and a thermal release tape 147. The protective tape 146 is, for example, Kapton (registered trademark) tape made of polyimide coated with a silicone adhesive. The thermal release tape 147 is a tape that peels off when heat is applied, and is made of, for example, a thermally foamed release adhesive tape containing a foaming agent. Support wafer 148 is made of a silicon wafer.

次に、図１５Ｄに示すように、シリコンウエハ１４０が熱酸化膜１４４側（シリコンウエハの表面１４０ａ側）から研磨されることにより、シリコンウエハ１４０が薄膜化される。例えば、初期状態で６２５μｍ厚程度のシリコンウエハ１４０が、１４０μｍ厚程度に薄型化される。
次に、図１５Ｅに示すように、フォトリソグラフィによって、ノズル孔２０（凹部２０ａ）に対応した開口１４９ａを有するレジストマスク１４９がシリコンウエハ１４０の表面に形成される。そして、まず、レジストマスク１４９をマスクとして、シリコンウエハ１４０が異方性ドライエッチングされることにより、第１凹部２０ａ１が形成される。この後、エッチングガスが変更されて、酸化シリコン膜１４１が異方性ドライエッチングされる。これにより、第１凹部２０ａ１とテーパ部２０ｂ１とに連通する第２凹部２０ａ２が、酸化シリコン膜１４１に形成される。 Next, as shown in FIG. 15D, the silicon wafer 140 is polished from the thermal oxide film 144 side (the surface 140a side of the silicon wafer), thereby making the silicon wafer 140 thin. For example, the silicon wafer 140, which is approximately 625 μm thick in its initial state, is thinned to approximately 140 μm thick.
Next, as shown in FIG. 15E, a resist mask 149 having openings 149a corresponding to the nozzle holes 20 (recesses 20a) is formed on the surface of the silicon wafer 140 by photolithography. First, the silicon wafer 140 is anisotropically dry etched using the resist mask 149 as a mask, thereby forming the first recess 20a1. Thereafter, the etching gas is changed and the silicon oxide film 141 is anisotropically dry etched. As a result, a second recess 20a2 communicating with the first recess 20a1 and the tapered portion 20b1 is formed in the silicon oxide film 141.

次に、図１５Ｆに示すように、レジストマスク１４５から、保護テープ１４６、熱剥離テープ１４７およびサポートウエハ１４８が剥離される。この後、レジストマスク１４５，１４９を除去するためのアッシング処理が行われることにより、レジストマスク１４５，１４９が除去される。
次に、図１５Ｇに示すように、例えばＡＬＤ(atomic layer deposition)法によって、露出面全体に、インクからシリコンを保護するための保護膜１５０が形成される。これにより、ノズル孔２０の側面（内周面）、シリコンウエハ１４０の表面および熱酸化膜１４３の表面に、保護膜１５０が形成される。保護膜１５０は、例えばＴａＳｉＯ２膜からなる。 Next, as shown in FIG. 15F, the protective tape 146, thermal release tape 147, and support wafer 148 are peeled off from the resist mask 145. Thereafter, an ashing process is performed to remove the resist masks 145, 149, thereby removing the resist masks 145, 149.
Next, as shown in FIG. 15G, a protective film 150 for protecting silicon from ink is formed over the entire exposed surface by, for example, an ALD (atomic layer deposition) method. As a result, the protective film 150 is formed on the side surface (inner peripheral surface) of the nozzle hole 20, the surface of the silicon wafer 140, and the surface of the thermal oxide film 143. The protective film 150 is made of, for example, a TaSiO 2 film.

次に、図１５Ｈに示すように、シリコンウエハ１４０の表面の保護膜１５０上に、保護テープ１５１および熱剥離テープ１５２を介してサポートウエハ１５３が貼り付けられる。この後、ドライエッチングによって、熱酸化膜１４３の表面上の保護膜１５０が除去される。
最後に、図１５Ｉに示すように、シリコンウエハ１４０から、保護テープ１５１、熱剥離テープ１５２およびサポートウエハ１５３が剥離される。これにより、ノズル基板集合体１６０が得られる。 Next, as shown in FIG. 15H, a support wafer 153 is attached onto the protective film 150 on the surface of the silicon wafer 140 via a protective tape 151 and a thermally peelable tape 152. Thereafter, the protective film 150 on the surface of the thermal oxide film 143 is removed by dry etching.
Finally, as shown in FIG. 15I, the protective tape 151, thermal release tape 152, and support wafer 153 are peeled off from the silicon wafer 140. As a result, a nozzle substrate assembly 160 is obtained.

図１６は、ノズル基板の変形例を説明するための部分拡大断面図である。図１６は前述の実施形態の図５に対応する断面図である。図１７は、図１６のノズル基板におけるインク吐出通路の断面形状を示す図１６の部分拡大図である。図１７は、前述の実施形態の図６に対応する断面図である。
このノズル基板３Ａは、図４に示されるノズル基板３と同様に、ＳＯＩ基板から作製されている。ノズル基板３Ａは、シリコン基板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）に形成された酸化シリコン膜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活性層としてのシリコン膜３２とからなる。シリコン膜３２における酸化シリコン膜３１とは反対側の表面には、熱酸化膜１３３が形成されている。 FIG. 16 is a partially enlarged sectional view for explaining a modification of the nozzle substrate. FIG. 16 is a sectional view corresponding to FIG. 5 of the above-described embodiment. FIG. 17 is a partially enlarged view of FIG. 16 showing the cross-sectional shape of the ink discharge passage in the nozzle substrate of FIG. 16. FIG. 17 is a sectional view corresponding to FIG. 6 of the embodiment described above.
This nozzle substrate 3A is fabricated from an SOI substrate similarly to the nozzle substrate 3 shown in FIG. The nozzle substrate 3A includes a silicon substrate 30, a silicon oxide film 31 formed on the surface (second surface) of the silicon substrate 30 opposite to the pressure chamber 7, and a silicon oxide film 31 formed on the opposite side of the silicon substrate 30 to the silicon oxide film 31. A silicon film 32 is formed as an active layer on the surface of the active layer. A thermal oxide film 133 is formed on the surface of the silicon film 32 on the side opposite to the silicon oxide film 31.

ノズル基板３Ａには、ノズル孔２２０が形成されている。ノズル孔２２０は、圧力室７に臨む凹部２２０ａと、凹部２２０ａの底面に形成されたインク吐出通路２２０ｂとからなる。凹部２２０ａは、シリコン基板３０および酸化シリコン膜３１を貫通し、その底部はシリコン膜３２まで達している。インク吐出通路２２０ｂは、凹部２２０ａの底壁（酸化シリコン膜３１および熱酸化膜１３３）を貫通しており、圧力室７とは反対側にインク吐出口２２０ｃを有している。 A nozzle hole 220 is formed in the nozzle substrate 3A. The nozzle hole 220 includes a recess 220a facing the pressure chamber 7 and an ink discharge passage 220b formed on the bottom surface of the recess 220a. The recess 220a penetrates the silicon substrate 30 and the silicon oxide film 31, and its bottom reaches the silicon film 32. The ink discharge passage 220b penetrates the bottom wall (the silicon oxide film 31 and the thermal oxide film 133) of the recess 220a, and has an ink discharge port 220c on the opposite side from the pressure chamber 7.

図１６および図１７に示すように、凹部２２０ａの側面（内周面）、インク吐出通路２２０ｂの側面（内周面）およびシリコン基板３０における酸化シリコン膜３１とは反対側の表面には、保護膜１５０が形成されている。保護膜１５０は、シリコン基板３０およびシリコン膜３２をインクから保護するための膜である。保護膜１５０は、この実施形態では、ＴａＳｉＯ２膜からなる。 As shown in FIGS. 16 and 17, the side surface (inner circumferential surface) of the recess 220a, the side surface (inner circumferential surface) of the ink discharge passage 220b, and the surface of the silicon substrate 30 opposite to the silicon oxide film 31 are provided with protection. A film 150 is formed. The protective film 150 is a film for protecting the silicon substrate 30 and the silicon film 32 from ink. In this embodiment, the protective film 150 is made of a TaSiO 2 film.

この実施形態では、凹部２２０ａは、横断面が円形状に形成されている。凹部２２０ａは、シリコン基板３０を貫通する第１凹部２２０ａ１と、酸化シリコン膜３１を貫通してインク吐出通路２２０ｂと連通する第２凹部２２０ａ２からなる。
インク吐出通路２２０ｂの横断面形状は、凹部２２０ａの横断面よりも小さい円形状に形成されている。インク吐出通路２２０ｂは、第２凹部２２０ａ２と連通する第１ストレート部２２０ｂ１と、第１ストレート部２２０ｂ１と連通するテーパ部２２０ｂ２と、テーパ部２２０ｂ２に連通する第２ストレート部２２０ｂ３とからなる。第１ストレート部２２０ｂ１は、本発明の凹部側ストレート部の一例である。第２ストレート部２２０ｂ３は、本発明のインク吐出用ストレート部の一例である。 In this embodiment, the recess 220a has a circular cross section. The recess 220a includes a first recess 220a1 penetrating the silicon substrate 30 and a second recess 220a2 penetrating the silicon oxide film 31 and communicating with the ink discharge passage 220b.
The cross-sectional shape of the ink discharge passage 220b is formed into a circular shape smaller than the cross-sectional shape of the recess 220a. The ink discharge passage 220b includes a first straight portion 220b1 communicating with the second recess 220a2, a tapered portion 220b2 communicating with the first straight portion 220b1, and a second straight portion 220b3 communicating with the tapered portion 220b2. The first straight portion 220b1 is an example of the recess side straight portion of the present invention. The second straight portion 220b3 is an example of an ink ejection straight portion of the present invention.

第１ストレート部２２０ｂ１は、横断面の大きさが一定のストレート孔から構成されている。第１ストレート部２２０ｂ１の直径は、凹部２２０ａの直径よりも小さい。
テーパ部２２０ｂ２は、第１ストレート部２２０ｂ１から第２ストレート部２２０ｂ３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。したがって、テーパ部２２０ｂ２は、第１ストレート部２２０ｂ１側の太径端と、第２ストレート部２２０ｂ３側の細径端とを有している。テーパ部２２０ｂ２の太径端が第１ストレート部２２０ｂ１に連通している。テーパ部２２０ｂ２の太径端の直径は、第１ストレート部２２０ｂ１の直径と等しい。テーパ部２２０ｂ２の角度（中心軸に対する側面の角度）は、５度以上１５度以下であることが好ましい。 The first straight portion 220b1 is composed of a straight hole having a constant cross-sectional size. The diameter of the first straight portion 220b1 is smaller than the diameter of the recessed portion 220a.
The tapered portion 220b2 is formed in a truncated cone shape whose cross section gradually becomes smaller from the first straight portion 220b1 toward the second straight portion 220b3. Therefore, the tapered portion 220b2 has a large diameter end on the first straight portion 220b1 side and a small diameter end on the second straight portion 220b3 side. A large diameter end of the tapered portion 220b2 communicates with the first straight portion 220b1. The diameter of the large diameter end of the tapered portion 220b2 is equal to the diameter of the first straight portion 220b1. The angle of the tapered portion 220b2 (the angle of the side surface with respect to the central axis) is preferably 5 degrees or more and 15 degrees or less.

第２ストレート部２２０ｂ３は、テーパ部２２０ｂ２の細径端と連通している。第２ストレート部２２０ｂ３は、横断面の大きさが一定のストレート孔から構成されている。第２ストレート部２２０ｂ３の直径は、テーパ部２２０ｂ２の細径端の直径と等しい。したがって、第２ストレート部２２０ｂ３の直径は、第１ストレート部２２０ｂ１の直径よりも小さい。 The second straight portion 220b3 communicates with the narrow end of the tapered portion 220b2. The second straight portion 220b3 is composed of a straight hole having a constant cross-sectional size. The diameter of the second straight portion 220b3 is equal to the diameter of the narrow end of the tapered portion 220b2. Therefore, the diameter of the second straight portion 220b3 is smaller than the diameter of the first straight portion 220b1.

このノズル基板３Ａにおいても、インク吐出通路２２０ｂは、インクの吐出方向に向かって横断面の大きさが小さくなるテーパ部２２０ｂ２を有しているので、インクの吐出方向および吐出量のばらつきを小さくすることができる。したがって、このノズル基板３Ａにおいても、インクの吐出精度を高めることができる。
図１８Ａ～図１８Ｅは、図１６のノズル基板３Ａの集合体である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。なお、図１８Ａ～図１８Ｅにおいては、ノズル基板集合体は、図６および図７に示されるノズル基板３Ａとは上下反対に配置されている。 Also in this nozzle substrate 3A, the ink discharge passage 220b has a tapered portion 220b2 whose cross-sectional size decreases toward the ink discharge direction, thereby reducing variations in the ink discharge direction and discharge amount. be able to. Therefore, also in this nozzle substrate 3A, the ink ejection accuracy can be improved.
18A to 18E are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of a nozzle substrate assembly, which is an assembly of the nozzle substrates 3A of FIG. There is a cross-sectional view taken along the cutting line. Note that in FIGS. 18A to 18E, the nozzle substrate assembly is arranged vertically opposite to the nozzle substrate 3A shown in FIGS. 6 and 7.

まず、図１８Ａに示すように、支持層としてのシリコンウエハ（ノズルウエハ）１４０と、その表面に形成されたＢＯＸ層として酸化シリコン膜１４１と、酸化シリコン膜１４１におけるシリコンウエハとは反対側の表面に形成された活性層としてのシリコン膜１４２とからなる３２とからなるＳＯＩウエハ２００が用意される。
シリコンウエハ１４０は、第１表面１４０ａおよび第２表面１４０ｂを有する。酸化シリコン膜１４１は、シリコンウエハ１４０の第２表面１４０ｂに形成されている。シリコンウエハ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ている。シリコンウエハ１４０の厚さは、６２５μｍ程度である。酸化シリコン膜１４１の厚さは０．５μｍ程度である。シリコン膜１４２の厚さは２４μｍ程度である。 First, as shown in FIG. 18A, a silicon wafer (nozzle wafer) 140 as a support layer, a silicon oxide film 141 as a BOX layer formed on the surface thereof, and a surface of the silicon oxide film 141 on the opposite side of the silicon wafer. An SOI wafer 200 consisting of a silicon film 142 and a silicon film 142 as an active layer is prepared.
Silicon wafer 140 has a first surface 140a and a second surface 140b. Silicon oxide film 141 is formed on second surface 140b of silicon wafer 140. As the silicon wafer 140, one that is thicker than the final thickness of the nozzle substrate 3 is used. The thickness of the silicon wafer 140 is approximately 625 μm. The thickness of the silicon oxide film 141 is about 0.5 μm. The thickness of the silicon film 142 is approximately 24 μm.

そして、ＳＯＩウエハ２００に熱酸化処理を施すことにより、ＳＯＩウエハ２００におけるシリコン膜１４２側の表面およびシリコンウエハ１４０側の表面１４０ａの表面のそれぞれに、熱酸化膜１４３および熱酸化膜１４４が形成される。これらの熱酸化膜１４３，１４４の膜厚は、０．０５μｍ程度である。
次に、図１８Ｂに示すように、フォトリソグラフィによって、ノズル孔２２０（インク吐出通路２２０ｂの第２ストレート部２２０ｂ３）に対応した開口１４５ａを有するレジストマスク１４５が熱酸化膜１４３上に形成される。そして、レジストマスク１４５をマスクとして、まず、熱酸化膜１４３が異方性ドライエッチングされることにより、熱酸化膜１４３にインク吐出通路２２０ｂにおけるインク吐出口２２０ｃ側の先端部を構成する貫通孔１４３ａが形成される。 Then, by performing thermal oxidation treatment on the SOI wafer 200, a thermal oxide film 143 and a thermal oxide film 144 are formed on the surface of the SOI wafer 200 on the silicon film 142 side and the surface 140a on the silicon wafer 140 side, respectively. Ru. The thickness of these thermal oxide films 143 and 144 is approximately 0.05 μm.
Next, as shown in FIG. 18B, a resist mask 145 having an opening 145a corresponding to the nozzle hole 220 (second straight portion 220b3 of the ink discharge passage 220b) is formed on the thermal oxide film 143 by photolithography. Then, using the resist mask 145 as a mask, the thermal oxide film 143 is first subjected to anisotropic dry etching, whereby the through hole 143a forming the tip of the ink discharge passage 220b on the side of the ink discharge port 220c is formed in the thermal oxide film 143. is formed.

次に、レジストマスク１４５をマスクとして、シリコン膜１４２が異方性ドライエッチングされることにより、インク吐出通路２２０ｂ（貫通孔４３ａの部分を除く）が形成される。具体的には、まず、第１のボッシュプロセスによって第２ストレート部２２０ｂ３（貫通孔４３ａの部分を除く）が形成される。次に、第２のボッシュプロセスによってテーパ部２２０ｂ２が形成される。最後に、第３のボッシュプロセスによって第１ストレート部２２０ｂ１が形成される。 Next, the silicon film 142 is anisotropically dry etched using the resist mask 145 as a mask, thereby forming the ink discharge passage 220b (excluding the portion of the through hole 43a). Specifically, first, the second straight portion 220b3 (excluding the through hole 43a) is formed by the first Bosch process. Next, the tapered portion 220b2 is formed by a second Bosch process. Finally, the first straight portion 220b1 is formed by a third Bosch process.

第１のボッシュプロセス、第２のボッシュプロセスおよび第３のボッシュプロセスでは、堆積用ガスとエッチングガスとが交互に切り替えられて、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる。堆積用ガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）等のテフロン（登録商標）系のガスが用いられる。エッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６（六フッ化硫黄）が用いられる。 In the first Bosch process, the second Bosch process, and the third Bosch process, the deposition gas and the etching gas are alternately switched, and the sidewall protective film forming process and the etching process are alternately and repeatedly performed. As the deposition gas, for example, a Teflon (registered trademark) gas such as C 4 F 8 (perfluorocyclobutane) is used. As the etching gas, for example, SF 6 (sulfur hexafluoride) is used.

第１および第２ストレート部２２０ｂ１，２２０ｂ３を形成するための第１のボッシュプロセスおよび第３のボッシュプロセスでは、側壁保護膜形成工程時間およびエッチング工程時間は、それぞれ一定時間に設定される。これに対して、テーパ部２２０ｂ２を形成するための第２のボッシュプロセスでは、テーパ部２２０ｂ２の横断面が酸化シリコン膜（ＢＯＸ層）１４１側に向かって徐々に大きくなるように、エッチング工程時間が徐々に長くされるとともに、バイアス電圧が徐々に大きくされる。なお、第２のボッシュプロセスでは、エッチング工程内の一部の期間において、堆積用ガス（例えばＣ４Ｆ８）とエッチングガス（例えばＳＦ６）の両方を加えてもよい。 In the first Bosch process and the third Bosch process for forming the first and second straight portions 220b1 and 220b3, the sidewall protective film forming process time and the etching process time are each set to a constant time. On the other hand, in the second Bosch process for forming the tapered part 220b2, the etching process time is set such that the cross section of the tapered part 220b2 gradually increases toward the silicon oxide film (BOX layer) 141 side. As the length is gradually increased, the bias voltage is gradually increased. Note that in the second Bosch process, both a deposition gas (for example, C 4 F 8 ) and an etching gas (for example, SF 6 ) may be added during a part of the etching process.

第３のボッシュプロセスによって第１ストレート部２２０ｂ１が形成されると、エッチングガスが変更されて、酸化シリコン膜１４１が異方性ドライエッチングされる。これにより、酸化シリコン膜１４１に第１ストレート部２２０ｂ１に連通する貫通孔１４１ａが形成される。
次に、図１８Ｃに示すように、レジストマスク１４５の表面に、保護テープ１４６および熱剥離テープ１４７を介してサポートウエハ１４８が貼り付けられる。保護テープ１４６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。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。サポートウエハ１４８はシリコンウエハからなる。 After the first straight portion 220b1 is formed by the third Bosch process, the etching gas is changed and the silicon oxide film 141 is anisotropically dry etched. As a result, a through hole 141a communicating with the first straight portion 220b1 is formed in the silicon oxide film 141.
Next, as shown in FIG. 18C, a support wafer 148 is attached to the surface of the resist mask 145 via a protective tape 146 and a thermal release tape 147. The protective tape 146 is, for example, Kapton (registered trademark) tape made of polyimide coated with a silicone adhesive. The thermal release tape 147 is a tape that peels off when heat is applied, and is made of, for example, a thermally foamed release adhesive tape containing a foaming agent. Support wafer 148 is made of a silicon wafer.

次に、図１８Ｄに示すように、シリコンウエハ１４０が熱酸化膜１４４側（シリコンウエハの表面１４０ａ側）から研磨されることにより、シリコンウエハ１４０が薄膜化される。例えば、初期状態で６２５μｍ厚程度のシリコンウエハ１４０が、１４０μｍ厚程度に薄型化される。
次に、図１８Ｅに示すように、フォトリソグラフィによって、ノズル孔２０（凹部２０ａ）に対応した開口１４９ａを有するレジストマスク１４９がシリコンウエハ１４０の表面に形成される。そして、まず、レジストマスク１４９をマスクとして、シリコンウエハ１４０が異方性ドライエッチングされることにより、第１凹部２２０ａ１が形成される。この後、エッチングガスが変更されて、酸化シリコン膜１４１が異方性ドライエッチングされる。これにより、第１凹部２２０ａ１と第１ストレート部２２０ｂ１とに連通する第２凹部２２０ａ２が、酸化シリコン膜１４１に形成される。 Next, as shown in FIG. 18D, the silicon wafer 140 is polished from the thermal oxide film 144 side (the surface 140a side of the silicon wafer), thereby making the silicon wafer 140 thin. For example, the silicon wafer 140, which is approximately 625 μm thick in its initial state, is thinned to approximately 140 μm thick.
Next, as shown in FIG. 18E, a resist mask 149 having openings 149a corresponding to the nozzle holes 20 (recesses 20a) is formed on the surface of the silicon wafer 140 by photolithography. First, the silicon wafer 140 is anisotropically dry etched using the resist mask 149 as a mask, thereby forming the first recess 220a1. Thereafter, the etching gas is changed and the silicon oxide film 141 is anisotropically dry etched. As a result, a second recess 220a2 communicating with the first recess 220a1 and the first straight portion 220b1 is formed in the silicon oxide film 141.

この後、前述した図１５Ｆ～図１５Ｉと同様な処理が行われることにより、ノズル基板３Ａの集合体であるノズル基板集合体が製造される。
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。例えば、図１５Ｅの第１凹部２０ａ１を形成する工程においても、図１５Ｂのシリコン膜１４２にストレート部２０ｂ２を形成する工程と同様な方法を用いて、第１凹部２０ａ１を形成してもよい。同様に、図１８Ｅの第１凹部２２０ａ１を形成する工程においても、図１８Ｂのシリコン膜１４２に第１または第２ストレート部２２０ｂ１，２２０ｂ３を形成する工程と同様な方法を用いて、第１凹部２２０ａ１を形成してもよい。 Thereafter, a process similar to that shown in FIGS. 15F to 15I described above is performed to manufacture a nozzle substrate assembly, which is an assembly of nozzle substrates 3A.
Although the embodiments of this invention have been described above, this invention can also be implemented in other embodiments. For example, in the step of forming the first recess 20a1 in FIG. 15E, the first recess 20a1 may be formed using a method similar to the step of forming the straight portion 20b2 in the silicon film 142 in FIG. 15B. Similarly, in the step of forming the first recessed portion 220a1 in FIG. 18E, the first recessed portion 220a1 is may be formed.

また、前述の実施形態では、ノズル基板３，３Ａにおけるシリコン膜３２の表面には熱酸化膜１３３が形成されているが、熱酸化膜１３３は形成されていなくてもよい。
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。 Further, in the above embodiment, the thermal oxide film 133 is formed on the surface of the silicon film 32 in the nozzle substrates 3 and 3A, but the thermal oxide film 133 may not be formed.
Further, although the actuator substrate 2 is provided with two piezoelectric element rows (pressure chamber rows), it may be provided with only one piezoelectric element row (pressure chamber row), or three piezoelectric element rows (pressure chamber rows) may be provided. There may be more than one row.

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（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。 Further, in the embodiment described above, the insulating film 15 is formed on a part of the surface of the hydrogen barrier film 14, but the insulating film 15 may be formed over the entire surface of the hydrogen barrier film 14.
Further, in the embodiment described above, the insulating film 15 is formed on a part of the surface of the hydrogen barrier film 14, but the insulating film 15 may not be provided.
Furthermore, in the above-described embodiment, PZT was used as an example of the material of the piezoelectric film, but other materials include lead titanate (PbPO 3 ), potassium niobate (KNbO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), and tantalate. A piezoelectric material made of a metal oxide such as lithium (LiTaO 3 ) may be applied.

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。 In addition, various design changes can be made within the scope of the claims.

１ インジットプリントヘッド
２ アクチュエータ基板
３，３Ａ 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
２０，２２０ ノズル孔
２０ａ，２２０ａ 凹部
２０ａ１，２２０ａ１ 第１凹部
２０ａ２，２２０ａ２ 第２凹部
２０ｂ，２２０ｂ インク吐出通路
２０ｂ１，２２０ｂ２ テーパ部
２０ｂ２，２２０ｂ１，２２０ｂ３ ストレート部
２０ｃ，２２０ｃ インク吐出口
２１ パッシベーション膜
２２ インク供給用貫通孔
２３ 貫通孔（下部電極）
３０ シリコン基板
３１ 酸化シリコン膜
３２ シリコン膜
３３ コンタクト孔（上部配線）
３４ コンタクト孔（下部配線）
３５ パッド開口（上部配線）
３６ パッド開口（下部配線）
３７ 開口（絶縁膜およびパッシベーション膜）
４１ インク流通方向
４２ 上部電極用パッド
４３ 下部電極用パッド
５０ 接着剤
５１ 対向面
５２ 収容凹所
５３ インク供給路
５４ 開口部
７１ 下部電極膜
７２ 圧電体材料膜
７３ 上部電極膜
１００ アクチュエータウエハ
１００ａ 表面
１００ｂ 裏面
１０１ 機能素子形成領域
１０２ スクライブ領域
１０３ 切断予定線
１１０ 基板アセンブリ集合体
１３０ 保護基板集合体
１３３ 熱酸化膜
１４０ ノズルウエハ
１４１ 酸化シリコン膜
１４２ シリコン膜
１４３，１４４ 熱酸化膜
１４３ａ 貫通孔
１４５ レジストマスク
１４５ａ 開口
１４６，１５１ 保護テープ
１４７，１５２ 熱剥離テープ
１４８，１５３ サポートウエハ
１４９ レジストマスク
１５０ 保護膜
１６０ 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
１８０ 支持テープ
ＳＡ 基板アセンブリ 1 Inject print head 2 Actuator board 3, 3A Nozzle board 4 Protective board 5 Ink channel 6 Ink inlet 7 Pressure chamber (cavity)
8 Metal barrier film 9 Piezoelectric element 10 Movable film forming layer 10A Movable film 11 Lower electrode 11A Main electrode portion 11B Extension portion 12 Piezoelectric film 13 Upper electrode 14 Hydrogen barrier film 15 Insulating film 17 Upper wiring 18 Lower wiring 20, 220 Nozzle hole 20a, 220a recess 20a1, 220a1 first recess 20a2, 220a2 second recess 20b, 220b ink discharge passage 20b1, 220b2 tapered part 20b2, 220b1, 220b3 straight part 20c, 220c ink discharge port 21 passivation film 22 through hole for ink supply 23 Through hole (lower electrode)
30 Silicon substrate 31 Silicon oxide film 32 Silicon film 33 Contact hole (upper wiring)
34 Contact hole (lower wiring)
35 Pad opening (upper wiring)
36 Pad opening (lower wiring)
37 Opening (insulating film and passivation film)
41 Ink flow direction 42 Upper electrode pad 43 Lower electrode pad 50 Adhesive 51 Opposing surface 52 Accommodation recess 53 Ink supply path 54 Opening 71 Lower electrode film 72 Piezoelectric material film 73 Upper electrode film 100 Actuator wafer 100a Surface 100b Back side 101 Functional element formation area 102 Scribe area 103 Scheduled cutting line 110 Substrate assembly assembly 130 Protective substrate assembly 133 Thermal oxide film 140 Nozzle wafer 141 Silicon oxide film 142 Silicon film 143, 144 Thermal oxide film 143a Through hole 145 Resist mask 145a Opening 146,151 Protective tape 147,152 Thermal release tape 148,153 Support wafer 149 Resist mask 150 Protective film 160 Nozzle substrate assembly 170 Inkjet print head assembly 180 Support tape SA Substrate assembly

Claims (8)

第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された半導体膜とを含む積層膜を用意する工程と、 a semiconductor substrate having a first surface and a second surface; an oxide film formed on the second surface of the semiconductor substrate; and a semiconductor film formed on a surface of the oxide film opposite to the semiconductor substrate. a step of preparing a laminated film including;
前記積層膜の前記半導体膜側から前記半導体膜を貫通し、前記酸化膜に達する横断面円形のインク吐出通路を形成する工程と、 forming an ink ejection passage having a circular cross section that penetrates the semiconductor film from the semiconductor film side of the laminated film and reaches the oxide film;
前記インク吐出通路に連通する貫通孔を前記酸化膜に形成する工程と、 forming a through hole in the oxide film that communicates with the ink discharge passage;
前記積層膜の前記半導体基板の第１表面側から前記半導体基板および前記酸化膜を貫通し、前記貫通孔を介して前記インク吐出通路と連通する凹部を形成する工程とを含み、 forming a recess that penetrates the semiconductor substrate and the oxide film from the first surface side of the semiconductor substrate of the laminated film and communicates with the ink discharge passage through the through hole,
前記インク吐出通路を形成する工程は、 The step of forming the ink discharge passage includes:
前記半導体膜の表面に前記インク吐出通路に対応する開口を有する第１レジストマスクを形成する工程と、 forming a first resist mask having an opening corresponding to the ink ejection passage on the surface of the semiconductor film;
前記第１レジストマスクをマスクとして、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第１のボッシュプロセスによって、前記半導体膜の表面から横断面の大きさが一定のインク吐出用ストレート部を形成する工程と、 Using the first resist mask as a mask, a straight section for ink ejection having a constant cross-sectional size is formed from the surface of the semiconductor film by a first Bosch process in which a sidewall protective film forming step and an etching step are alternately repeated. a step of forming;
前記第１レジストマスクをマスクとして、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第２のボッシュプロセスによって、前記インク吐出用ストレート部と連通し、かつ横断面の大きさが前記酸化膜に向かって徐々に大きくなるテーパ部を形成する工程とを含み、 A second Bosch process in which a sidewall protective film forming step and an etching step are alternately repeated using the first resist mask as a mask is performed to communicate with the ink ejecting straight portion and change the size of the cross section to the oxidation layer. forming a tapered portion that gradually increases toward the membrane;
前記第１のボッシュプロセスでは、側壁保護膜形成工程時間およびエッチング工程時間は、それぞれ一定時間に設定され、 In the first Bosch process, the sidewall protective film forming process time and the etching process time are each set to a certain time,
前記第２のボッシュプロセスでは、前記テーパ部の横断面の大きさが徐々に大きくなるように、エッチング工程時間が徐々に長くされるとともに、バイアス電圧が徐々に大きくされる、ノズル基板の製造方法。 In the second Bosch process, the etching process time is gradually lengthened and the bias voltage is gradually increased so that the cross-sectional size of the tapered portion gradually increases. . 前記テーパ部の中心軸線に対する側面の角度が、５度以上１５度以下である、請求項１に記載のノズル基板の製造方法。 The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1 , wherein the angle of the side surface of the tapered portion with respect to the central axis is 5 degrees or more and 15 degrees or less. 前記インク吐出通路を形成する工程の前に、前記積層膜における前記半導体膜側の表面に熱酸化膜を形成する工程を更に含み、
前記インク吐出通路を形成する工程は、前記インク吐出用ストレート部を形成する工程の前に、前記第１レジストマスクをマスクとして、前記熱酸化膜に、前記熱酸化膜を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成する工程をさらに含む、請求項１または２に記載のノズル基板の製造方法。 Before the step of forming the ink ejection passage, the method further includes the step of forming a thermal oxide film on the surface of the laminated film on the semiconductor film side,
The step of forming the ink ejection passage includes penetrating the thermal oxide film in the thickness direction using the first resist mask as a mask, before the step of forming the straight part for ink ejection. The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1 or 2 , further comprising the step of forming a through hole. 前記インク吐出通路を形成する工程は、前記テーパ部を形成した後に、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第３のボッシュプロセスによって、前記テーパ部と連通し、かつ横断面の大きさが一定の凹部側ストレート部を形成する工程をさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。 In the step of forming the ink ejection passage, after forming the taper part, a third Bosch process is performed in which a sidewall protective film forming process and an etching process are alternately repeated, so that the ink discharge passage communicates with the taper part and has a cross section. The method for manufacturing a nozzle substrate according to any one of claims 1 to 3 , further comprising the step of forming a straight part on the concave side having a constant size. 第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された半導体膜とを含む積層膜を用意する工程と、 a semiconductor substrate having a first surface and a second surface; an oxide film formed on the second surface of the semiconductor substrate; and a semiconductor film formed on a surface of the oxide film opposite to the semiconductor substrate. a step of preparing a laminated film including;
前記積層膜の前記半導体膜側から前記半導体膜を貫通し、前記酸化膜に達する横断面円形のインク吐出通路を形成する工程と、 forming an ink ejection passage having a circular cross section that penetrates the semiconductor film from the semiconductor film side of the laminated film and reaches the oxide film;
前記インク吐出通路に連通する貫通孔を前記酸化膜に形成する工程と、 forming a through hole in the oxide film that communicates with the ink discharge passage;
前記積層膜の前記半導体基板の第１表面側から前記半導体基板および前記酸化膜を貫通し、前記貫通孔を介して前記インク吐出通路と連通する凹部を形成する工程とを含み、 forming a recess that penetrates the semiconductor substrate and the oxide film from the first surface side of the semiconductor substrate of the laminated film and communicates with the ink ejection passage through the through hole,
前記インク吐出通路を形成する工程は、 The step of forming the ink discharge passage includes:
前記半導体膜の表面に前記インク吐出通路に対応する開口を有する第１レジストマスクを形成する工程と、 forming a first resist mask having an opening corresponding to the ink ejection passage on the surface of the semiconductor film;
前記第１レジストマスクをマスクとして、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第１のボッシュプロセスによって、前記半導体膜の表面から横断面の大きさが一定のインク吐出用ストレート部を形成する工程と、 Using the first resist mask as a mask, a straight section for ink ejection having a constant cross-sectional size is formed from the surface of the semiconductor film by a first Bosch process in which a sidewall protective film forming step and an etching step are alternately repeated. a step of forming;
前記第１レジストマスクをマスクとして、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第２のボッシュプロセスによって、前記インク吐出用ストレート部と連通し、かつ横断面の大きさが前記酸化膜に向かって徐々に大きくなるテーパ部を形成する工程とを含み、 A second Bosch process in which a sidewall protective film forming step and an etching step are alternately repeated using the first resist mask as a mask is performed to communicate with the ink ejecting straight portion and change the size of the cross section to the oxidation layer. forming a tapered portion that gradually increases toward the membrane;
前記インク吐出通路を形成する工程は、前記テーパ部を形成した後に、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第３のボッシュプロセスによって、前記テーパ部と連通し、かつ横断面の大きさが一定の凹部側ストレート部を形成する工程をさらに含む、ノズル基板の製造方法。 In the step of forming the ink ejection passage, after forming the taper part, a third Bosch process is performed in which a sidewall protective film forming process and an etching process are alternately repeated, so that the ink discharge passage communicates with the taper part and has a cross section. A method for manufacturing a nozzle substrate, further comprising the step of forming a straight part on the concave side having a constant size. 前記ノズル基板は、支持層としての前記半導体基板と、前記半導体基板における前記第２表面に形成されたＢＯＸ層として前記酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された活性層としての半導体膜とからなる、ＳＯＩ基板から構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。 The nozzle substrate includes the semiconductor substrate as a support layer, the oxide film as a BOX layer formed on the second surface of the semiconductor substrate, and the oxide film formed on a surface opposite to the semiconductor substrate. 6. The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1 , wherein the nozzle substrate is formed of an SOI substrate comprising a semiconductor film as an active layer. ノズル基板の製造方法であって、 A method for manufacturing a nozzle substrate, the method comprising:
第１表面および第２表面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された半導体膜とを含む積層膜を用意する第１工程と、 a semiconductor substrate having a first surface and a second surface; an oxide film formed on the second surface of the semiconductor substrate; and a semiconductor film formed on a surface of the oxide film opposite to the semiconductor substrate. A first step of preparing a laminated film containing;
前記積層膜の前記半導体膜側から前記半導体膜を貫通し、前記酸化膜に達する横断面円形のインク吐出通路を形成する第２工程と、 a second step of forming an ink ejection passage having a circular cross section that penetrates the semiconductor film from the semiconductor film side of the laminated film and reaches the oxide film;
前記第２工程の後に、前記インク吐出通路に連通する貫通孔を前記酸化膜に形成する第３工程と、 After the second step, a third step of forming a through hole in the oxide film that communicates with the ink discharge passage;
前記第３工程の後に、前記積層膜の前記半導体基板の第１表面側から前記半導体基板および前記酸化膜を貫通し、前記貫通孔を介して前記インク吐出通路と連通する凹部を形成する第４工程とを含み、 After the third step, a fourth step is formed to form a recess that penetrates the semiconductor substrate and the oxide film from the first surface side of the semiconductor substrate of the laminated film and communicates with the ink discharge passage through the through hole. including the process,
前記インク吐出通路を形成する工程は、 The step of forming the ink discharge passage includes:
前記半導体膜の表面に前記インク吐出通路に対応する開口を有する第１レジストマスクを形成する工程と、 forming a first resist mask having an opening corresponding to the ink ejection passage on the surface of the semiconductor film;
前記第１レジストマスクをマスクとして、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第１のボッシュプロセスによって、前記半導体膜の表面から横断面の大きさが一定のインク吐出用ストレート部を形成する工程と、 Using the first resist mask as a mask, a straight section for ink ejection having a constant cross-sectional size is formed from the surface of the semiconductor film by a first Bosch process in which a sidewall protective film forming step and an etching step are alternately repeated. a step of forming;
前記第１レジストマスクをマスクとして、側壁保護膜形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返し行われる第２のボッシュプロセスによって、前記インク吐出用ストレート部と連通し、かつ横断面の大きさが前記酸化膜に向かって徐々に大きくなるテーパ部を形成する工程とを含み、 A second Bosch process in which a sidewall protective film forming step and an etching step are alternately repeated using the first resist mask as a mask is performed to communicate with the ink ejecting straight portion and change the size of the cross section to the oxidation layer. forming a tapered portion that gradually increases toward the membrane;
前記ノズル基板は、支持層としての前記半導体基板と、前記半導体基板における前記第２表面に形成されたＢＯＸ層として前記酸化膜と、前記酸化膜における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された活性層としての半導体膜とからなる、ＳＯＩ基板から構成されている、ノズル基板の製造方法。 The nozzle substrate includes the semiconductor substrate as a support layer, the oxide film as a BOX layer formed on the second surface of the semiconductor substrate, and the oxide film formed on a surface opposite to the semiconductor substrate. A method for manufacturing a nozzle substrate comprising an SOI substrate including a semiconductor film as an active layer. 前記半導体基板がシリコン基板であり、
前記酸化膜が酸化シリコン膜であり、
前記半導体膜がシリコン膜である、請求項６または７に記載のノズル基板の製造方法。 the semiconductor substrate is a silicon substrate,
The oxide film is a silicon oxide film,
The method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 6 or 7 , wherein the semiconductor film is a silicon film.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101284447A (en) 2006-12-26 2008-10-15 株式会社东芝 Nozzle plate, method for manufacturing nozzle plate, droplet discharge head, and droplet discharge apparatus
JP2009012328A (en) 2007-07-05 2009-01-22 Canon Inc Ink jet orifice plate and manufacturing method therefor
JP2008155591A5 (en) 2006-12-26 2009-11-12
JP2010131909A (en) 2008-12-05 2010-06-17 Seiko Epson Corp Liquid discharge apparatus and liquid discharge method
JP2012084871A (en) 2010-09-15 2012-04-26 Elpida Memory Inc Semiconductor device, method of manufacturing the same, and data processing device
JP2014103210A (en) 2012-11-19 2014-06-05 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20180117910A1 (en) 2016-11-02 2018-05-03 Rohm Co., Ltd. Nozzle substrate, ink-jet print head, and method for producing nozzle substrate
WO2019012829A1 (en) 2017-07-10 2019-01-17 コニカミノルタ株式会社 Inkjet head, inkjet recording device and method for producing inkjet head
JP2019014229A (en) 2017-07-06 2019-01-31 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric device, liquid jet head and liquid jet device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659346A (en) * 1994-03-21 1997-08-19 Spectra, Inc. Simplified ink jet head
JP3474389B2 (en) * 1997-02-18 2003-12-08 富士通株式会社 Nozzle plate manufacturing equipment
US7347532B2 (en) * 2004-08-05 2008-03-25 Fujifilm Dimatix, Inc. Print head nozzle formation
EP2147791A1 (en) * 2008-07-22 2010-01-27 Océ-Technologies B.V. Method of manufacturing a droplet jetting device and an ink jet device
JP2011206920A (en) * 2010-03-26 2011-10-20 Seiko Epson Corp Liquid injection head, manufacturing method thereof, and liquid injection apparatus
KR20120002688A (en) * 2010-07-01 2012-01-09 삼성전기주식회사 Nozzle plate and method for manufacturing the nozzle palte, and inkjet printer head with the nozzle plate

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101284447A (en) 2006-12-26 2008-10-15 株式会社东芝 Nozzle plate, method for manufacturing nozzle plate, droplet discharge head, and droplet discharge apparatus
JP2008155591A5 (en) 2006-12-26 2009-11-12
JP2009012328A (en) 2007-07-05 2009-01-22 Canon Inc Ink jet orifice plate and manufacturing method therefor
JP2010131909A (en) 2008-12-05 2010-06-17 Seiko Epson Corp Liquid discharge apparatus and liquid discharge method
JP2012084871A (en) 2010-09-15 2012-04-26 Elpida Memory Inc Semiconductor device, method of manufacturing the same, and data processing device
JP2014103210A (en) 2012-11-19 2014-06-05 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20180117910A1 (en) 2016-11-02 2018-05-03 Rohm Co., Ltd. Nozzle substrate, ink-jet print head, and method for producing nozzle substrate
JP2018069685A (en) 2016-11-02 2018-05-10 ローム株式会社 Nozzle substrate, inkjet print head and manufacturing method for nozzle substrate
JP2019014229A (en) 2017-07-06 2019-01-31 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric device, liquid jet head and liquid jet device
WO2019012829A1 (en) 2017-07-10 2019-01-17 コニカミノルタ株式会社 Inkjet head, inkjet recording device and method for producing inkjet head

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