CN103026520B

CN103026520B - 形成具有弯曲压电膜的装置

Info

Publication number: CN103026520B
Application number: CN201180036752.8A
Authority: CN
Inventors: 保罗·A·侯森汤恩; 杰弗里·比克迈尔; 安德烈亚斯·比布尔; 麻丝·G·奥特斯森; 格雷戈里·德布拉邦德; 陈振方; 马克·尼珀姆尼萨; 杉本真也
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: KR20130130681A; JP2013538446A; US9362484B2; EP2599136A1; WO2012018561A1; CN103026520A; US20130210175A1; US20150171313A1; US8969105B2

Abstract

公开了一种用于形成具有弯曲压电膜的致动器的方法。所述方法使用具有被平坦表面包围的弯曲表面的轮廓转移基板形成弯曲压电膜。在从弯曲压电膜的下侧移除轮廓转移基板之前，用于压电致动器的压电材料至少沉积在轮廓转移基板的弯曲表面上。产生的弯曲压电膜包括为柱状并对准的粒状结构，并且所有或基本上所有柱状晶粒局部垂直于压电膜的弯曲表面。

Description

形成具有弯曲压电膜的装置

技术领域

本说明书涉及MEMS(microelectromechanical)致动器的制造。

背景技术

流体喷射系统通常包括从流体供应装置到包括喷嘴的喷嘴组件的流体路径，其中液滴从所述喷嘴被喷射。可以通过用诸如压电致动器的致动器对流体路径中的流体加压来控制液滴喷射。要被喷射的流体可以是例如油墨、场致发光材料、生物化合物、或形成电路的材料。

墨喷印刷机中的印刷头模块是流体喷射系统的一个示例。印刷头模块通常包括具有相应的油墨路径阵列和相关联的致动器的一连串或一系列喷嘴，并且可以通过一个或多个控制器独立地控制从每一个喷嘴的液滴喷射。印刷头模块可以包括里面形成有油墨路径的半导体印刷头主体和连接到印刷头主体的压电致动器。喷嘴可以由连接到印刷头主体的分离层限定。印刷头主体可以由被蚀刻以限定沿着油墨路径的泵送室的硅基板制成。

泵送室的一侧是膜，所述膜足够薄以当被压电致动器驱动时弯曲并膨胀或收缩泵送室。压电致动器在泵送室上支撑在膜上。压电致动器包括由响应于由一对相对电极施加在压电层两端的电压而改变几何形状(或致动)的压电材料形成的层。压电层的致动使膜弯曲，并且膜的弯曲从而沿着油墨路径对泵送室中的油墨加压并最终将墨滴从喷嘴喷射出。

随着印刷头模块变得越来越小，泵送室和相应的致动器也变得越来越小，但是较小的致动器会喷射较小的液滴(例如，5pL或更小)。当印刷分辨率大约为1200dpi时，小液滴是理想的，而当印刷例如大约600dpi的低分辨率时，小液滴可能不适用。为了以600dpi分辨率进行印刷，需要较大的液滴(例如，9-10pL)。因此，理想的是具有能够具有较高的体积排量同时在印刷头模上具有较小的覆盖区的压电致动器。

发明内容

本说明书描述与MEMS致动器相关的技术。

这里所公开的用于形成具有弯曲压电膜的致动器的方法使用具有被平坦表面包围的弯曲表面的轮廓转移基板。在从弯曲压电膜的下侧移除轮廓转移基板之前，用于压电致动器的压电材料至少沉积在轮廓转移基板的弯曲表面上。产生的弯曲压电膜包括为柱状并对准的粒状结构，并且所有或基本上所有柱状晶粒局部垂直于压电膜的弯曲表面。

可以实施本说明书中描述的主题的具体实施方式以实现以下优点中的一个或多个。

具有这种对准和垂直定向粒状结构的弯曲压电膜与由其它方法(例如，通过将弯曲表面打磨成块压电材料或通过注射成型)形成的弯曲压电膜相比可以受到较小的内应力。

与具有由于未对准和随机粒状结构导致的较大量的内应力的弯曲压电膜相比较，具有较小量内应力的弯曲压电膜可以具有提高的偏转效率。另外，应力下的压电膜可以更加迅速地退化，从而使得压电致动器的有效寿命缩短；由所公开的方法形成的弯曲压电膜可以具有较长的寿命。

不受限于任何具体的理论，压电膜中泵送室边缘正上方的区域在致动期间比压电膜中的其它区域受到更高的内应力。压电膜的弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域与压电膜的远离过渡区域的部分相比较具有较少的对准颗粒结构。在一些实施方式中，轮廓转移基板的弯曲表面在一个或多个维度上延伸超过泵送室腔的边缘。至少形成在轮廓转移基板的弯曲部分上面的压电膜也延伸超过泵送室腔的边缘。因此，压电膜的弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域从泵送室的边缘移开，并且压电膜的弯曲部分中更均匀的区域支撑在泵送室的边缘上。因为弯曲压电膜的更均匀部分可以承受在泵送室的边缘处产生的更高内应力，因此压电致动器的设计可以有助于防止压电膜的破坏，并且还可以提高压电致动器的寿命。

在用于微透镜制造的传统的光致抗蚀剂回流方法中，图案化光致抗蚀剂层通常在非真空环境中被加热和回流。由这种方法制造而成的最终的微透镜通常在表面上包括小空隙和气泡。在这里公开的方法中，图案化光致抗蚀剂层在真空环境中被加热和回流以在基板上形成光致抗蚀剂的穹顶。当光致抗蚀剂穹顶和底层基板随后被蚀刻掉使得光致抗蚀剂穹顶的弯曲表面被转移到底层基板的露出表面时，底层基板的产生的表面与在光致抗蚀剂在非真空环境中被加热和回流的情况下产生的基板表面相比较更加平滑。基板上的更平滑的穹顶表面可以用作负性轮廓转移表面以在轮廓转移基板中产生平滑凹陷，并提高随后沉积在轮廓转移基板上的压电层的均匀性和平滑度。

在用于制造具有被平坦表面包围的凹入表面的轮廓转移基板的过程中，可以首先制备具有被平坦表面包围的凸起表面的负性轮廓转移基板。接着，多晶硅层(或其它材料，例如聚合物、PECVD氧化物或非晶态硅)可以均匀地沉积在负性轮廓转移基板的露出表面上，使得多晶硅层的两个表面也相对于负性轮廓转移基板凸起。多晶硅层的露出表面可以被平坦化然后结合到第二基板，使得当负性轮廓转移基板被移除以露出多晶硅层时，多晶硅层的新的露出表面相对于第二基板凹入。在顶部上具有结合多晶硅层的第二基板可以用作具有被平坦表面包围的凹入表面的轮廓转移基板。由于有时候容易在基板中产生负性的期望的表面特征，这里公开的使用多晶硅层(或由诸如聚合物、PECVD氧化物或非晶态硅的另一种材料制成的层)以根据其负性产生期望的表面特征的过程提供直接由平坦基板产生期望的表面特征的有用的可选方案。

在多晶硅层用于根据负性轮廓转移基板的表面特征产生轮廓转移表面的情况下，在多晶硅层结合到平坦基板之前，多晶硅层可以平坦化并抛光。多晶硅层内的非均匀粒状结构(例如，与平坦部分相比较在弯曲部分中)有时可以使抛光比率变化，从而在多晶硅层中的弯曲部分上的区域中产生凹陷。在这里描述的方法中，在平坦化和抛光多晶硅层之前，多晶硅层首先可以被退火。在不受限于任何具体理论的情况下，退火过程可以有助于减少多晶硅层的非均匀性，因此减少多晶硅表面的不同区域中的抛光比率的变化。因此，可以增加抛光的多晶硅层的表面均匀性和平整度以改善平坦化的多晶硅层与基板之间的结合。

总之，一方面，制造MEMS致动器的方法包括以下步骤：在轮廓转移基板的第一侧形成弯曲表面，轮廓转移基板的第一侧包括包围弯曲表面的平坦表面；在轮廓转移基板的与第一侧相对的第二侧形成凹部，其中凹部和弯曲表面对准；在轮廓转移基板的第一侧上沉积蚀刻停止层，蚀刻停止层至少覆盖轮廓转移基板的弯曲表面；将压电层沉积在蚀刻停止层上，压电层至少覆盖轮廓转移基板的弯曲表面；以及从轮廓转移基板的第二侧蚀刻凹部中的轮廓转移基板以露出蚀刻停止层。

在一些实施方式中，轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面相对于轮廓转移基板的第一侧中的平坦表面凹入。

在一些实施方式中，轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面相对于轮廓转移基板的第一侧中的平坦表面凸起。

在一些实施方式中，在轮廓转移基板的第一侧形成弯曲表面的步骤还包括：将光致抗蚀剂层沉积在轮廓转移基板的第一侧上，在光致抗蚀剂被沉积之前，轮廓转移基板的第一侧是大致平坦的；在光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面，光致抗蚀剂层的第一侧包括包围弯曲表面的平坦表面，并且光致抗蚀剂层的第一侧中的弯曲表面与凹部对准；以及从光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻光致抗蚀剂层和轮廓转移基板以将光致抗蚀剂层的轮廓转移到轮廓转移基板的第一侧。

在一些实施方式中，在轮廓转移基板的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：将光致抗蚀剂层沉积在轮廓转移基板的第一侧上，在光致抗蚀剂沉积之前，轮廓转移基板的第一侧是大致平坦的；在光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面，光致抗蚀剂层的第一侧包括包围弯曲表面的平坦表面，并且光致抗蚀剂层的第一侧中的弯曲表面与凹部对准；以及从光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻光致抗蚀剂层和轮廓转移基板以将光致抗蚀剂层的轮廓转移到轮廓转移基板的第一侧。

在一些实施方式中，在光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：通过灰度级光掩模将光致抗蚀剂层的第一侧暴露给紫外线光持续预定持续时间，其中随着距离所述凹部的中心的径向距离的增加，灰度级光掩模将光致抗蚀剂层暴露给减小量的紫外线光；以及在紫外线光曝光之后对所述光致抗蚀剂层进行显影。

在一些实施方式中，从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述基板层以将所述光致抗蚀剂层的轮廓转移到所述轮廓转移基板的第一侧的步骤还包括：通过选择的各向异性蚀刻剂蚀刻所述光致抗蚀剂层的第一侧和所述轮廓转移基板的第一侧，其中对于所述光致抗蚀剂层和所述轮廓转移基板的材料，选择的各向异性蚀刻剂具有近似等同的选择性；以及当所述光致抗蚀剂层已经被完全移除时，停止蚀刻。

在一些实施方式中，在所述轮廓转移基板的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积光致抗蚀剂层，在光致抗蚀剂被沉积之前，所述轮廓转移基板的第一侧是大致平坦的；在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面，所述光致抗蚀剂层的第一侧中的弯曲表面与所述凹部对准；以及从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述轮廓转移基板以将所述光致抗蚀剂层的轮廓转移到所述轮廓转移基板的第一侧。

在一些实施方式中，在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：图案化所述光致抗蚀剂层，使得仅光致抗蚀剂层的在所述凹部上方的部分保留在轮廓转移基板的第一侧上；加热保留在轮廓转移基板的第一侧上的光致抗蚀剂层，使得光致抗蚀剂层回流以在所述轮廓转移基板的第一侧上形成光致抗蚀剂穹顶；以及冷却所述光致抗蚀剂层，使得光致抗蚀剂穹顶固化在所述轮廓转移基板的第一侧上。

在一些实施方式中，从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述基板层以将所述光致抗蚀剂层的轮廓转移到所述轮廓转移基板的第一侧的步骤还包括：用选择的各向异性蚀刻剂蚀刻所述光致抗蚀剂层的第一侧和所述轮廓转移基板的第一侧，其中对于所述光致抗蚀剂层和所述轮廓转移基板的材料，选择的各向异性蚀刻剂具有近似等同的选择性；以及当所述光致抗蚀剂层已经被完全移除时，停止蚀刻。

在一些实施方式中，在所述轮廓转移基板的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：形成负性轮廓转移基板，所述负性轮廓转移基板在所述负性轮廓转移基板的第一侧中具有弯曲表面，并且所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面被平坦表面包围；在所述负性轮廓转移基板的第一侧上沉积第一半导体层，使得所述第一半导体层的第一侧与负性轮廓转移基板的第一侧的弯曲表面和平坦表面一致；以及从所述负性轮廓转移基板的第一侧移除所述负性轮廓转移基板，直到所述第一半导体层的第一侧被露出为止，所述第一半导体层的露出的第一侧包括所述轮廓转移基板的弯曲表面和平坦表面。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：在移除负性轮廓转移基板之前，(1)平坦化第一半导体层的与第一半导体层的第一侧相对的第二侧；以及(2)将第一半导体层的第二侧结合到第二半导体层的第一侧，第二半导体层和第一半导体层形成轮廓转换基板的包含所述凹部的部分。

在一些实施方式中，形成负性轮廓转移基板的步骤还包括：在所述负性轮廓转移基板的第一侧上沉积光致抗蚀剂层，在光致抗蚀剂被沉积之前，所述负性轮廓转移基板的第一侧是大致平坦的；在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面；从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述负性轮廓转移基板以将所述光致抗蚀剂层的轮廓转移到所述负性轮廓转移基板的第一侧；以及在所述负性轮廓转移基板的至少第一侧上形成氧化物层。

在一些实施方式中，第一半导体层由多晶硅制成。

在一些实施方式中，所述轮廓转移基板包括轮廓转移层和泵送室层，所述轮廓转移层包括在所述轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面，并且所述泵送室层包括所述凹部；以及在所述轮廓转移基板的与所述第一侧相对的第二侧中形成凹部的步骤还包括：在所述泵送室层中形成凹部；以及将所述泵送室层结合到所述轮廓转移层。

在一些实施方式中，在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积蚀刻停止层的步骤包括：氧化所述轮廓转移基板的第一侧。

在一些实施方式中，在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积蚀刻停止层的步骤包括：在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积金属层。

在一些实施方式中，在所述蚀刻停止层上沉积压电层的步骤还包括：将压电材料溅射在所述蚀刻停止层的第一侧上，溅射的压电材料至少覆盖所述轮廓转移基板的弯曲表面。

在一些实施方式中，在所述蚀刻停止层上沉积压电层的步骤还包括：在所述蚀刻停止层的第一侧上形成均匀的压电材料层；以及图案化均匀的压电材料层以形成压电膜，所述压电膜包括覆盖所述轮廓转移基板的弯曲表面的弯曲部分和延伸超过所述轮廓转移基板的弯曲表面的平坦部分。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：在将所述压电层沉积在所述蚀刻停止层之前，在所述蚀刻停止层上沉积下部金属层；以及在将所述压电层沉积在所述蚀刻停止层之后，在所述压电层上沉积上部金属层。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：将喷嘴层连接到所述轮廓转移基板的第二侧，所述喷嘴层包括喷嘴部件，并且所述喷嘴部件和所述凹部对准。

总之，一方面包括一种用于在轮廓转移基板中形成弯曲表面的方法。所述方法包括以下步骤：形成负性轮廓转移基板，所述负性轮廓转移基板具有在所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面，并且所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面被平坦表面包围；至少在所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面上沉积蚀刻停止层；在所述蚀刻停止层上面将第一半导体层沉积在所述负性轮廓转移基板的第一侧上，使得所述半导体层的第一侧与所述负性轮廓转移基板的第一侧的弯曲表面和平坦表面一致；以及从所述负性轮廓转移基板的第一侧移除所述负性轮廓转移基板，直到所述蚀刻停止层被露出为止，蚀刻停止层的露出的第一侧和所述第一半导体层的第一侧包括在负性轮廓转移基板的第一侧中的至少弯曲表面的颠倒部。

在一些实施方式中，所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面相对于所述负性轮廓转移基板凸起，并且所述轮廓转移基板中的弯曲表面相对于所述轮廓转移基板凹入。

在一些实施方式中，形成负性轮廓转移基板的步骤还包括：在所述负性轮廓转移基板的第一侧上沉积光致抗蚀剂层，在光致抗蚀剂被沉积之前，所述负性轮廓转移基板的第一侧是大致平坦的；在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面；以及从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述负性轮廓转移基板以将所述光致抗蚀剂层的第一侧的轮廓转移到所述负性轮廓转移基板的第一侧。

在一些实施方式中，在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：图案化所述光致抗蚀剂层，使得仅所述光致抗蚀剂层的在所述轮廓转移基板的弯曲表面的预定位置处的部分保留在所述负性轮廓转移基板上；加热保留在所述负性轮廓转移基板的第一侧上的所述光致抗蚀剂层，使得所述光致抗蚀剂层回流以在所述轮廓转移基板的第一侧上形成光致抗蚀剂穹顶；以及冷却所述光致抗蚀剂层，使得所述光致抗蚀剂穹顶固化在所述负性轮廓转移基板的第一侧上。

在一些实施方式中，加热所述光致抗蚀剂层的步骤是在真空环境中执行的。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：在移除所述负性轮廓转移基板之前，(1)平坦化所述第一半导体层的与所述第一半导体层的第一侧相对的第二侧；以及(2)将所述第一半导体的第二侧结合到第二半导体层的第一侧以形成轮廓转移基板。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：在平坦化第一半导体层的第二侧之前，在高温下对第一半导体层进行退火。

在一些实施方式中，平坦化所述第一半导体层的第二侧的步骤还包括：使用低pH硅浆料对所述第一半导体层的第二侧进行第一抛光以移除所述第一半导体层的第二侧中的弯曲表面；以及在所述第一抛光之后，使用高pH氧化物浆料对所述第一半导体层的第二侧进行第二抛光以平滑所述第一半导体层的第二侧。

在一些实施方式中，第一半导体层由多晶硅制成。

本说明书中所述的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中被阐述。根据说明书、附图和权利要求书，主题的其它部件、方面和优点将变得清楚。

附图说明

图1A是在具有凸起压电致动器的示例性流体喷射组件中的印刷头模的示意性剖视图；

图1B是在具有凹入压电致动器的另一个示例性流体喷射组件中的印刷头模的示意性剖视图；

图2A是具有凹入压电致动器的示例性泵送室的示意性剖视图；

图2B是具有凸起压电致动器的示例性流体喷射单元的示意性剖视图；

图3A是显示通过在弯曲轮廓转移表面上溅射形成的压电膜的弯曲部分内的粒状结构的图像；

图3B是图3A中的压电膜的放大图像，显示了压电膜的弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域内的粒状结构；

图4A-4B是致动器的示意图，其中压电膜的弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域超出在泵送室的边缘外；

图4C显示了对于图4A所示的设计在过渡区域和由泵送室的边缘支撑的区域处的压电膜内的模拟的内应力；

图5A-5D显示了用于在基板的泵送室层中形成泵送室空腔的示例性过程；

图6A-6D显示了用于在轮廓转移基板上形成弯曲表面之前在轮廓转移基板上制备平坦表面的示例性过程；

图6E-6F显示用于在轮廓转移基板上形成被平坦表面包围的凹入表面(例如，通过使用由灰度级掩模在光致抗蚀剂层中形成的凹陷)的示例性过程；

图6G-6I显示了用于在轮廓转移基板上形成被平坦表面包围的凸起表面(例如，通过使用通过加热和回流基板上的图案化光致抗蚀剂层形成的穹顶)的示例性过程；

图6J显示了使用通过在非真空环境中加热并回流光致抗蚀剂而形成的光致抗蚀剂穹顶制成的硅轮廓转移基板的凸起表面；

图6K显示了使用通过在真空环境中加热和回流光致抗蚀剂形成的光致抗蚀剂穹顶制成的硅轮廓转移基板的凸起表面；

图7A-7D显示了用于形成具有被平坦表面包围的弯曲表面的负性轮廓转移基板的示例性过程；

图7E-7K显示了用于利用图7D所示的负性轮廓转移基板在轮廓转移基板上形成被平坦表面包围的弯曲表面的示例性过程；

图7L-7N显示用于对沉积在图7D所示的负性轮廓转移基板上的多晶硅层进行抛光的示例性过程和由所述过程产生的抛光表面；

图7O-7S显示用于对沉积在图7D所示的负性轮廓转移表面上的多晶硅层进行抛光的另一个示例性过程以及由该过程产生的抛光表面；

图8A-8K显示了用于根据轮廓转移基板(例如，相对于泵送室层具有凸起表面的轮廓转移基板)形成流体喷射组件的示例性过程；

图9A-9K显示了用于根据另一个轮廓转移基板(例如，相对于泵送室具有凹入表面的轮廓转移基板)形成流体喷射组件的示例性过程；以及

图10A-10G显示了用于根据另一个轮廓转移基板在流体喷射组件中形成印刷头模的示例性过程。

许多层和特征被放大以更好地显示过程步骤和结构。各个附图中相同的附图标记和标识指示相同的元件。

具体实施方式

可以使用具有被平坦表面包围的弯曲表面的轮廓转移基板形成具有弯曲压电膜的MEMS致动器。在轮廓转移基板从弯曲压电膜的下侧被移除之前，用于压电致动器的压电材料至少沉积在轮廓转移基板的弯曲表面上。最终的弯曲压电膜包括柱状并对准的粒状结构，并且所有或基本上所有柱状晶粒局部地垂直于压电膜的弯曲表面。多种方法可以用于在轮廓转移基板上形成弯曲特征。具有弯曲压电膜的致动器例如以用于流体液滴喷射。

流体液滴喷射可以通过包括使用半导体加工技术制造而成的模具的印刷头模块执行。印刷头模包括里面形成有多个微制造流体流动路径的基板和使流体从流动路径的喷嘴选择性地被喷射的多个致动器。因此，具有相关联的致动器的每一个流动路径提供单独的可控制微机电(MEMS)流体喷射器单元。

示例性流体喷射系统

图1A是例如印刷头模块中的印刷头模100a的示例性流体喷射系统的一部分的示意性剖视图。

印刷头模100a包括流动路径主体104a，多个通道形成通过流动路径主体104a。流动路径主体104a可以是单个主体，例如半导体主体(例如硅基板)，或包括多个层，例如，上面具有一个或多个其它层的半导体主体，例如结合到多晶硅层的硅基板。可选地，诸如玻璃基板的介电体可以被流动路径主体104a中的半导体代替。通过流动路径104a的每一个通道限定用于要被喷射的流体(例如，油墨)的流动路径。

每一流动路径通路可以包括流体入口107a、泵送室106a、和流体喷嘴108a。流体通过流体入口107a进入泵送室106a，并且可以通过流体喷嘴108a被喷射。任选地，没有从流体喷嘴108a喷射出来的流体可以通过流体出口离开泵送室106a。流体入口可以连接到流体供应通道，并且流体出口可以连接到流体返回通道。每一个流体供应通道和流体返回通道可以被印刷头模100a中的多个流体喷射单元102a共用。

流动路径主体104a可以包括连接到喷嘴层112a的顶侧的泵送室层110a。泵送室106a是形成在泵送室层110a中的空腔。流体喷嘴108a是形成穿过喷嘴层112a的孔口。流体喷嘴108a在一侧连接到泵送室空腔并在相对侧具有在喷嘴层112a的底部表面上的开口。

泵送室106a可以具有平直侧壁或从泵送室106a的顶部边缘朝向泵送室106a的靠近喷嘴108a的底部边缘延伸的略微渐缩侧壁。喷嘴108a同样可以从顶部到底部渐缩。

流动路径主体104a还可以任选地包括连接到泵送室层110a的顶侧的膜层114a。膜层114a可以是从上面密封泵送室106a的氧化层。膜层114a在泵送室腔106a上面的一部分可弯曲并能够在压电致动器的致动下弯曲。膜的弯曲膨胀和收缩泵送室腔106a并沿着流动路径泵送流体。

致动组件118a位于膜层114a上方。致动组件118a包括设置在流动路径主体104a上的多个压电致动器结构120a，且每一个致动器结构120a定位在相关联的泵送室106a上。压电致动器结构120a可以被支撑在膜层114a的顶侧。如果在特定的实施例中不存在膜层114a，则致动组件118a可以直接设置在泵送室层110a的顶侧，并且压电结构120a的底部表面可以从上面密封泵送室106a。

压电致动器结构120a包括第一电极层(例如，参考电极层122a)、第二电极层(例如，驱动电极层124a)和设置在第一电极层与第二电极层之间的压电层126a。驱动电极层124a可以被图案化以在泵送室106a上面形成驱动电极。虽然显示了参考电极层122a在压电层126的靠近流动路径主体104a的一侧而驱动电极层124a在压电层126的远离流动路径主体104a的一侧，但是反之亦然。压电层126a也可以被图案化以在每一泵送室106上方形成分段件或压电膜。任选地，参考电极层122a可以被图案化以形成用于每一个泵送室106a的分段参考电极。

压电致动器结构120a的压电膜响应于施加在驱动电极与参考电极之间的压电膜两端的电压而膨胀或收缩。压电膜的膨胀和收缩使泵送室106a上的膜改变几何形状，并接着使泵送室106a膨胀或收缩。泵送室106a的膨胀沿着流动路径将流体吸入到泵送室106a中，而泵送室106a的收缩迫使流体液滴通过流体喷嘴108a并从流体喷嘴108a出来。

具有相关联的致动器结构120a的每一个泵送室106a提供单独可控制的流体喷射单元。用于每一个致动器的驱动电极和参考电极可以电连接到控制器，所述控制器在流体喷射周期中以适当的倍数将电压差供应给致动器的压电膜并持续适当的持续时间。

在一些实施方式中，可以至少部分地在设置在致动层118a上方的专用集成电路(ASIC)晶片中实现控制器。ASIC晶片128a可以被多个间隔凸起130a支撑在致动层118a上方以为压电致动器结构120a的弯曲留出空间。ASIC晶片128a内部的控制器可以例如通过一对电极连接凸起132a和134a以及形成在例如介电层136a上的导电轨迹连接到驱动电极和参考电极。在一些实施方式中，多个电极连接凸起132a和134a可以用作间隔凸起。在一些实施方式中，可以至少部分地，例如整个通过没有支撑在流动路径基板104a上的电路，例如通过连接到致动器结构120a的单独电路实现控制器。例如，单独的控制器可以在基板104a的边缘处通过连接到导电轨迹的柔性电路连接到驱动电极和参考电极。

在一些实施方式中，图案化的介电层136a可以沉积在驱动电极层124a与参考电极层122a之间以使驱动电极与参考电极绝缘。任选地，图案化的介电层136a还可以遮盖压电膜的周边平坦部分以使驱动电极与压电膜的平坦部分绝缘。

在一些实施方式中，流体供应通道138a可以形成在ASIC晶片128a中。流体供应通道138a可以通过环形金属密封件140a连接到流动路径的流体入口107a。类似地，流体返回通道还可以形成在ASIC晶片128a中。流体返回通道可以连接到流动路径的流体出口。

在传统的压电致动器中，压电膜由基本上平坦的压电材料(例如，锆钛酸铅(“PZT”)膜)制成。平坦压电材料要求足够薄，使得可以在施加的电压下产生足够弯曲以在泵送室中产生期望量的体积变化。同时，压电材料还要求足够厚，使得该压电材料具有充分刚性以施加足够的压力使流体液滴从喷嘴喷射出。

已经提出了在泵送室上面具有弯曲压电的压电致动器。在泵送室上面的弯曲压电膜具有较大的表面面积，并且与平坦压电膜相比可以在给定的施加电压下使泵送室中的体积变化的量增加。同时，弯曲压电膜可以比在给定施加电压下产生相同量的体积变化的平坦压电膜的刚性大。例如，对于具有200微米横向尺寸和11微米高度的泵送室来说，弯曲压电膜的体积排量可以是平坦压电膜的体积排量的4-5倍(例如，9pL比2pL)。

当使用具有弯曲压电膜的压电致动器时，泵送室被形成得更小并被更密集地组装在流体喷射系统中以提高印刷分辨率。另外，通过增加刚度的压电膜，可以同样增加致动器的发射频率以提高印刷速度。

如示例性印刷头模块100a所示，压电致动器结构120a中的每一层都包括在泵送室106a上面的弯曲部分。在图1A所示的示例性印刷头模块100a中，弯曲部分相对于泵送室腔106a凸起。在可选的实施例中，弯曲部分可以相对于泵送室凹入。图1B显示了在泵送室106b上面具有凹入致动器结构120b的示例性流体喷射组件100b的示意图。除了弯曲压电致动器结构相对于泵送室的方向之外，印刷头模具100b的结构对应于印刷头模具100a的结构。在一些实施方式中，作为用于形成印刷头模块100b的加工步骤的结果，泵送室层110b包括多晶硅层141b和硅层142b。

图2A是具有凹入穹顶致动器202a的示例性流体喷射单元200a的示意图。图2B是具有凸起穹顶致动器202b的示例性流体喷射单元200b的示意图。流体喷射单元200(例如，200a和200b)包括形成在泵送室层206(例如，硅层)内的泵送室204。示例性压电致动器202包括背面电极208(例如，由图案化的铱层形成)、压电层210(例如，由溅射的PZT膜形成)和上电极212(例如，由金属形成)。在一些实施方式中，上电极可以用作驱动电极，而背电极用作参考电极。在一些实施方式中，反之亦然。压电致动器202支撑在膜层214(例如，SiO₂层或SiN层)上。

在一些实施方式中，弯曲部分的横向横截面(即，在平行于流动路径基板的表面的平面中的区域)可以例如是圆形、椭圆形、或矩形。弯曲部分的垂直横截面(即，在垂直于流动路径基板的表面的平面中的区域)可以是圆形、椭圆形、双曲线、抛物线或其它凹入或凸起曲线的对称段。在一些实施方式中，弯曲部分在两个正交方向上的垂直横截面可以例如在球形穹顶中是相同的。在一些实施方式中，弯曲部分在两个正交方向上的垂直横截面例如在具有椭圆形横向横截面的穹顶或具有矩形横向横截面的圆柱形壳体中是不同的。在一些实施方式中，压电膜210的弯曲部分的横向尺寸近似等于泵送室腔的横向尺寸。如相对于图4A-4C所示，压电膜的弯曲部分的横向尺寸可以被形成为稍大于泵送室腔的横向尺寸(例如，大2-20微米)以提高压电致动器的寿命。由于在给定驱动电压下可以通过任意数量的用于增加压电膜的表面面积的结构来增加体积排量，因此压电膜的具体形状和结构的选择还可以考虑该形状对膜的适应性的影响。与弯曲表面(例如，在半球形或椭圆形结构中)相比较，平坦表面(例如，在金字塔形结构中)将产生更大的适应性。

先前地，已经提出了可以通过将一对弯曲表面打磨成压电材料(例如，大块PZT)层或通过将前体(precursor)注模到模具中而形成压电致动器中的弯曲压电膜，其中所述模具具有用于压电膜的期望弯曲表面特征。然而，这些传统方法成本高且耗时。对弯曲部件的尺寸的控制受限于用于打磨压电材料或形成模具的工具。另外，通过打磨或注模形成的弯曲压电膜内部的粒状结构未对准且是随机的。当弯曲压电膜被致动时，随机粒状结构可能会将大量内应力引入弯曲压电膜中，从而导致致动器寿命缩短。

该说明书描述了用于具体地在流体喷射模块中形成具有弯曲压电膜的致动器的示例性过程。在这些示例性过程中，首先制备具有被平坦表面包围的弯曲表面的基板。基板的表面(包括被平坦部分包围的弯曲部分)作为轮廓转移表面，其中压电膜的弯曲表面可以由所述轮廓转移表面形成。基板因此是“轮廓转移基板”。压电材料层可以均匀地至少沉积在轮廓转移基板的弯曲表面上，使得轮廓转移基板的表面特征形成在压电层中。

任选地，在压电膜被沉积之前，蚀刻停止层(例如，氧化层、氮化层或金属层)可以至少施加到轮廓转移基板的弯曲表面。在压电膜形成在蚀刻停止层上面之后，泵送室腔内的轮廓转移基板的一部分可以从基板的下侧被蚀刻，直到露出蚀刻停止层为止。因此，可以产生具有两个平行弯曲表面的弯曲压电层。

在一些实施方式中，弯曲压电膜可以例如通过蚀刻或其它提离方法被提离轮廓转移基板。绝缘压电膜然后可以被结合到包括泵送室的基板层。

用于将压电材料沉积在蚀刻停止层或轮廓转移基板上面的适当方法包括例如溅射、化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积等。溅射沉积的类型可以包括磁控管溅射沉积(例如，RF溅射)、离子束溅射、反应溅射、离子辅助沉积、高目标利用溅射、和高功率脉冲磁控溅射。溅射压电材料(例如，压电薄膜)可以具有大沉积极化。用于溅射压电材料的一些环境包括在溅射期间的直流(DC)偏压。DC场使压电材料在DC场的方向上偏振(或“极化”)。在一些实施方式中，在沉积压电层(例如，溅射的PZT)中的沉积极化方向可以局部地垂直于底层轮廓转移基板的表面，并从而指向远离基板表面的方向。可以通过沉积在将产生期望的沉积极化方向的轮廓转移基板上来获得压电膜中期望的极化方向。可选地，压电膜可以沉积在将根据期望产生相反的极化方向的轮廓转移基板上，并且压电膜可以随后被翻转并结合到另一个基板以获得期望的极化方向。

不受限于任何具体的理论，溅射的PZT的沉积极化方向沿着溅射PZT的粒状结构远离底层基板表面指向。因此，沉积极化方向基本上局部垂直于溅射PZT膜的表面。溅射PZT膜的这种沉积极化方向可以减少致动期间PZT膜中的应力，从而可以使得PZT致动器的有效寿命延长。

图3A显示了在硅泵送室(尚末形成)上面的凸起压电膜的部分横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像300。图像300显示了沉积在穹顶形铱电极层304上的溅射PZT层302的粒状结构。穹顶形铱电极层304悬挂在硅泵送室(要被形成)的空腔上面并绕泵送室的边缘被硅层306支撑。

PZT层302内的粒状结构大致为柱状，并且所有或基本上所有柱状晶粒局部地垂直于弯曲PZT层302的表面。当PZT沉积或逐渐生长在弯曲底层(例如，蚀刻停止层或轮廓转移基板的弯曲表面上)上时，产生图3A所示的对准的柱状PZT粒状结构。局部地垂直于压电膜的弯曲表面的对准的柱状晶粒结构本身不会发生在被打磨成弯曲膜的块压电材料中。这种颗粒对准和方位本身也不会发生在通过注射成型形成的弯曲压电膜中。

当溅射PZT膜中的粒状结构对准并局部垂直于PZT膜的弯曲表面时，与具有随机定向的粒状构造的膜(例如，在由大块PZT或注射成型形成的弯曲膜中)相比较，可以减小在膜的致动期间发生在膜内的局部化内应力的量。通过在致动状态下减小局部化内应力的量，如图3A所示的具有对准柱状晶粒的PZT膜的可用寿命比使用其它传统方法(例如，通过打磨或通过注射成型)制造的膜的可用寿命长。

图3B是弯曲溅射PZT膜302靠近溅射PZT膜302的弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域312的放大SEM图像310。溅射PZT的在过渡区域312中的粒状结构被朝向过渡区域312的中心挤压。与溅射PZT膜302中的粒状结构更加平行和对准的其它区域相比较，过渡区域312在致动期间不够稳定。通常，在致动期间在压电膜中靠近泵送室的边缘产生大量应力。因此，如果泵送室边缘直接放置在压电膜中的过渡区域下方(例如，当压电膜的弯曲表面具有与泵送室近似相同的横向尺寸时)，则压电膜可能容易被破坏。

在一些实施方式中，PZT膜的弯曲部分可以被形成为延伸超过泵送室的边缘。换句话说，泵送室壁的边缘可以在PZT膜的弯曲部分内侧。在这些实施方式中，靠近泵送室的边缘的高应力区域从压电膜中的过渡区域移动到更加均匀的区域(例如，粒状结构彼此更加对准和平行的区域)。通过移动高应力区域，压电膜不会容易由于在压电膜的致动期间产生的内应力而破坏。

图4A是流体喷射模块400的示意图。流体喷射模块400包括设置在泵送室404上面的弯曲压电膜402。在图4A所示的结构中，压电膜402具有凸起部分406和包围凸起部分406的平坦部分408。压电膜402的厚度大致均匀。凸起部分406延伸超过泵送室404的边缘并通过包围泵送室腔的基板412在下面受到支撑。因此，连接压电膜402的凸起部分406和平坦部分408的过渡区域410位于泵送室404的边缘的外侧，并且连接到基板412并被基板412支撑。

类似地，图4B是另一个流体喷射模块420的示意图。流体喷射模块420包括设置在泵送室424上面的弯曲压电膜422。在图4B所示的结构中，压电膜422包括凹入部分426和包围凹入部分426的平坦部分428。压电膜422的厚度大致均匀。凹入部分426延伸超过泵送室424的边缘并通过包围泵送室腔的基板432在下面受到支撑。连接压电膜402的凹入部分426和平坦部分428的过渡区域430位于泵送室424的边缘的外侧，并且连接到基板432并被基板432支撑。

图4C显示了在致动期间穹顶压电膜440的周边区域内的模拟内应力，其中弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域444在泵送室的边缘的外侧延伸并从下面受到泵送室基板446的支撑。如图4C所示，高应力区域442靠近泵送室的边缘，而连接压电膜440的弯曲部分和平坦部分的过渡区域444具有几乎可忽略的内应力。

如在该说明书中所述，生长或沉积在轮廓转移基板的弯曲表面上的压电膜在区域442中具有对准的柱状晶粒结构。因此，与过渡区域444相比较，在泵送室边缘附近区域442可以承受这种较高的应力。同时，脆弱过渡区域444靠近具有可忽略应力的区域放置。因此，通过使压电膜的弯曲部分延伸超过泵送室的边缘，压电膜变得在致动期间不容易破坏。虽然模拟基于具有凸起压电膜的致动器，但是相同的设计原理应用于具有凹入压电膜的致动器。

图5A-5D显示用于在泵送室层中形成泵送室腔的示例性过程。泵送室层可以是半导体主体，并且可以包括一个或多个半导体层(例如，在另一个基板上生长的硅基板、多晶硅层等)。在一些实施方式中，泵送室腔可以形成在泵送室层中，并且泵送室层可以随后在制造的各种阶段被结合到流体喷射模块的其它层(例如，致动层、处理层等)。在一些实施方式中，泵送室腔可以形成在已经连接到流体喷射模块的另一部分的泵送室层中。

参照图5A，所述过程开始于半导体晶片(例如，氧化物上硅(“SOI”)晶片)510。半导体晶片510具有由单个晶体半导体材料形成的层，例如硅层540、处理层520以及在硅层540与处理层520之间的氧化层530。硅层540可以用作里面将要形成有泵送室腔的泵送室层。硅层540可以具有<100>的晶体取向。处理层520可以由硅或其它材料制成。

虽然所述层几乎可以具有任意厚度，但是氧化层530比硅层540和处理层520薄。在示例性SOI晶片510上，氧化层530的厚度小于几微米，例如大约1微米厚。处理层520可以具有大于200微米的厚度，例如大约600微米。硅层540具有至少泵送室的最终期望高度的厚度(例如，25微米)。为了简化起见仅显示了半导体晶片510的一部分。即，仅显示了两个泵送室的产生，但是在大多数情况下，许多泵送室可以形成在晶片510的硅层540中。

参照图5B，光致抗蚀剂层560被施加到硅层540的露出侧。光致抗蚀剂层560被图案化以产生开口550。每一个开口550都具有泵送室腔的期望尺寸和横截面形状，例如圆形、方形、椭圆形、矩形或另一种几何形状。在该示例中，开口550是具有大约160微米的半径的圆形开口。在其它实施方式中，开口550可以是具有近似250微米的半径的圆形开口。其它尺寸和形状是可以的。

具有开口550的光致抗蚀剂层560可以用作用于将凹部565蚀刻成硅层540的掩模，其中每一个凹部对应于泵送室的空腔，如图5C所示。可以使用各种蚀刻技术，例如干刻蚀。各向异性蚀刻剂可以用于在硅层540中产生平直壁凹部或锥形壁凹部。在该示例中，已经产生平直壁凹部。

当露出氧化层530时，蚀刻停止。在一些实施方式中，允许在泵送室腔565中继续蚀刻直到氧化层530的一部分(例如，1微米氧化层的大约0.5微米)已经被蚀刻掉为止。在一些实施方式中，不同的蚀刻剂可以用于蚀刻氧化层530。在氧化层530的一部分被蚀刻掉的情况下，氧化层530的厚度在泵送室壁的部分薄于在泵送室壁外的部分。通过将氧化层530形成为在泵送室腔内薄于泵送室腔外，当处理层520和氧化层530随后被移除以露出泵送室腔时，氧化物薄层可以保留在泵送室层(例如，硅层540)的下侧。剩余的氧化物薄层可以有助于促进泵送室层与喷嘴层之间的结合。

另外，通过将氧化层530形成为在泵送室腔内薄于泵送室腔外，当处理层520和氧化层530随后被移除以露出泵送室腔时，氧化物薄层可以保留在泵送室层(例如，硅层540)的下侧。薄氧化层530可以用作停止蚀刻的标记，使得可以准确地控制泵送室腔的深度。

一旦已经停止蚀刻(例如，在已经形成泵送室腔565之后或已经在泵送室腔内移除氧化层530的一部分之后)，光致抗蚀剂层560可以被剥离，使得硅层540的顶部表面被露出，如图5D所示。泵送室腔因此形成在泵送室层(例如，硅层540)中。

在一些实施方式中，理想的是在制造致动层中的其它结构之前，根据图5A-5D所示的步骤形成泵送室腔，这是因为泵送室腔可以用作引导将材料从弯曲压电膜的下侧移除的掩模。泵送室腔可以有助于提高致动部分(例如，压电膜的弯曲部分)的限定和对准，并减少印刷头模中的非均匀性和意外共振效应。

图6A-7K显示了用于形成可以在其上沉积弯曲压电层的轮廓转移表面的多个示例性过程。轮廓转移表面至少包括被平坦部分包围的弯曲部分。在大多数情况下，轮廓转移表面包括被平坦部分包围的多个弯曲部分。每一个弯曲部分的位置对应于泵送室腔的位置。轮廓转移表面可以形成在轮廓转移基板的第一侧或形成在轮廓转移基板层的第一侧。

在图6A-7K所示的过程中，在已经产生泵送室腔(例如，使用图5A-5D所示的过程)之后形成轮廓转移基板的轮廓转移表面。然而，在一些实施方式中，可以在形成泵送室腔之前或在形成泵送室腔的同时执行用于形成轮廓转移基板的轮廓转移表面的过程。

在以下说明中，图6A-6D显示了在弯曲部分形成在轮廓转移基板的第一侧之前在轮廓转移基板的第一侧中制备平坦表面的示例性过程。从平坦表面开始，图6E-6F则显示了用于在轮廓转移基板的第一侧中形成被平坦表面包围的凹入表面的示例性过程。图6G-6I显示了用于在轮廓转移基板的第一侧中形成被平坦表面包围的凸起表面的示例性过程。

除了图6E-6I所示的过程之外，图7A-7K显示了首先在负性轮廓转移基板中制备负性轮廓转移表面，然后根据负性轮廓转移表面制造轮廓转移表面的另一个过程。例如，图7A-7D显示了用于形成具有被平坦表面包围的凸起表面的负性轮廓转移基板的示例性过程。图7E-7K显示了用于利用图7D所示的负性轮廓转移基板在轮廓转移基板上形成被平坦表面包围的凹入表面的示例性过程。虽然在所示的示例中凸起表面用作负性轮廓转移表面以形成凹入轮廓转移表面，但是相同的原理用于根据凹入负性轮廓转移表面形成凸起轮廓转移表面。可以以类似的方式通过相应的负性轮廓转移基板形成具有其它类型的表面特征的轮廓转移表面。

参照图6A，第二半导体晶片670(例如，SOI晶片)设置在硅层540的露出表面上面。半导体晶片670包括半导体层672(例如，硅层)、处理层676和在半导体层672和处理层676之间的氧化层674。半导体层672可以用作上面可以形成有轮廓转移表面的轮廓转移基板层。金属层和压电层随后可以被沉积在轮廓转移基板层的轮廓转移表面上以形成参考电极层、压电层和驱动电极层。

半导体层672的露出的平坦表面可以结合到硅层540的露出的平坦表面。结合可以例如是硅-硅熔融结合。在结合之后，硅层540中的凹部565从上面被半导体层672的先前的露出表面密封，如图6B所示。

虽然SOI晶片670中的层几乎可以具有任意厚度，但是氧化层674比硅层672和处理层676薄。在示例性SOI晶片670中，氧化层674的厚度小于几微米，例如大约1微米厚。处理层676可以具有大于200微米的厚度，例如大约600微米。硅层672至少具有弯曲压电膜最终的期望高度的厚度。例如，硅层672可以为大约12微米厚或10微米厚。其它厚度是可以的。

在一些实施方式中，硅层672可以具有大于压电膜的弯曲表面的期望高度的厚度，并且硅层672的与硅层540熔合在一起的一部分最终变成泵送室层的一部分。

在两个SOI晶片之间的结合完成之后，处理层676被移除以露出氧化层674。可以通过使用各种物质移除方法(例如，打磨和化学机械抛光(CMP))实现处理层676的移除。可以通过KOH刻蚀过程直到氧化层674被露出为止来结束处理层676的移除，如图6C所示。氧化层674然后例如通过使用缓冲氢氟酸(BHF)进行湿蚀刻而被剥离。在移除氧化层674之后，具有密封凹部565的轮廓转移基板678被制造而成，如图6D所示。

由图6A-6D所示的过程产生的轮廓转移基板678包括处理层520、硅层680以及在处理层520与硅层680之间的氧化层530。硅层680包括密封凹部565，其中凹部565的底部由氧化层530的表面形成，而凹部565的顶部由硅层672的当前被结合到硅层540的表面形成。

一旦已经制备好具有露出的平坦表面的轮廓转移基板678，可以执行下一个处理以在轮廓转移基板678的露出的平坦表面上产生弯曲表面(一个或多个)。用于在轮廓转移基板的露出侧制备平坦表面的其它方法是可以的。

不同的方法可以用于形成轮廓转移基板的上面形成有弯曲压电致动器结构的弯曲轮廓转移表面。轮廓转移表面的弯曲部分可以具有与用于弯曲压电膜的期望形状相同的形状。轮廓转移表面的弯曲部分可以是相对于泵送室的凹入表面或凸起表面。轮廓转移表面的弯曲部分可以是球状体、椭圆体、抛物体或由旋转对称简单曲线产生的任意其它表面的对称部分。另外，弯曲表面沿两个正交方向的横截面可以相同或不同。在一些实施方式中，仅沿弯曲表面的两个正交轴线中的一个的横截面是弯曲的(例如，在圆柱形半壳体中)。

图6E-6F显示了用于在轮廓转移表面的露出侧(例如，硅层672的露出表面)形成凹入表面的示例性过程。参照图6E，所述过程可以开始于由图6A-6D所示的过程产生的基板678。在一些实施方式中，所述过程可以开始于包括至少具有弯曲压电膜的期望高度的厚度的露出硅层的另一个基板。在一些实施方式中，用于泵送室的凹部565不需要此时已经被形成，而是可以在弯曲压电结构形成在轮廓转移基板上面之后被形成。

首先，光致抗蚀剂层682被沉积在平坦轮廓转移表面的露出侧(例如，硅层672的露出表面)上面。光致抗蚀剂层682的厚度至少是用于压电膜的弯曲表面的期望高度。具有凹入表面的凹陷684可以在每一个泵送室腔565上面的区域上方产生在光致抗蚀剂层682的平坦表面中。

在一些实施方式中，凹陷684的横向尺寸可以与泵送室腔565的横向尺寸相同。在一些实施方式中，光致抗蚀剂层682中的凹陷684可以延伸超过由泵送室腔565的边缘限定的区域。通过使凹陷684的区域延伸超过泵送室腔565的边缘，随后沉积在凹陷684的表面上的轮廓转移表面的弯曲部分(一个或多个)由此压电膜的弯曲部分(一个或多个)可以被形成为同样延伸超过泵送室的边缘。如上所述，这种设计将有助于防止压电膜在致动期间破坏。

延伸超过泵送室边缘的量可以基于泵送室横截面区域的尺寸而变化。在一些实施方式中，凹陷的半径可以比泵送室的半径大2-20微米(例如，10微米)。在一些实施方式中，延伸量可以小于10微米(例如，5-10微米)。在一些实施方式中，可以根据压电膜的弯曲部分与压电膜的平坦部分之间的角度和/或压电膜的厚度选择延伸超过泵送室边缘的量。在一些实施方式中，压电膜的弯曲部分与压电膜的平坦部分之间的角度可以大约为5-15度(例如，6度或8度)。

在一些实施方式中，可以使用灰度级光掩模产生光致抗蚀剂层682中的凹陷684。灰度级光掩模具有调制在标准光致抗蚀剂曝光过程中所使用的UV光的强度的像素化特征。该强度调制在湿化学显影时产生局部变化的光致抗蚀剂曝光和相应变化的深度/厚度。在对光致抗蚀剂层进行显影之后，光致抗蚀剂和底层基板可以被暴露给刻蚀过程(例如，使用深活性离子蚀刻或其它干刻蚀技术)，利用可能的改变，光致抗蚀剂层中变化的深度/厚度可以根据硅对光致抗蚀剂的蚀刻选择被转移到底层基板。

为了在光致抗蚀剂层682的平坦表面上形成凹陷684，可以使用在增加与尚未形成的凹陷684的中心的距离的情况下允许减少到光致抗蚀剂的UV光曝光的量。UV光曝光量可以在凹陷684的期望半径之外被减小到零，使得在显影之后光致抗蚀剂层682的包围凹陷684的表面可以基本上保持平坦。

对于给定凹陷形状，可以对凹陷表面上的每一个像素计算UV光曝光的期望量，并且可以产生具有计算的像素值的灰度级光掩模。灰度级光掩模用于过滤以预定持续时间照到光致抗蚀剂层682的平坦表面上的UV光。当对光致抗蚀剂层682进行显影时，具有期望形状的凹陷684可以形成在光致抗蚀剂层682的平坦表面中。可以选择凹陷682的位置，使得所述凹陷682直接位于泵送室腔已经或将要形成在硅层540中的区域的上面。

一旦形成在泵送室腔565的区域上面的、具有凹陷684的光致抗蚀剂层682，可以将蚀刻剂施加到光致抗蚀剂层682的露出表面。蚀刻剂可以被制备，使得该蚀刻剂对光致抗蚀剂层682和硅层672具有1∶1的选择性。当继续蚀刻时，凹陷684内的光致抗蚀剂被首先蚀刻掉。当凹陷684外光致抗蚀剂层682继续被蚀刻掉时，蚀刻剂还蚀刻掉硅层672在凹陷684内的多个部分。

对于该过程，使用各向同性蚀刻剂，使得在硅层672的平坦表面中产生的凹陷686(如图6F所示)类似于在施加蚀刻剂之前的光致抗蚀剂层682的平坦表面中的凹陷684(如图6E所示)。在一些实施方式中，通过略微改变光致抗蚀剂与硅之间的1∶1的蚀刻剂选择性，硅层672的表面中的凹陷686的形状可以被形成为略微不同于光致抗蚀剂层682的表面中的凹陷684的形状。

一旦已经完全移除光致抗蚀剂层682，可以停止蚀刻，并且凹陷684的形状已经被转移到硅层672的表面。在一些实施方式中，产生的表面的平坦部分可能比弯曲部分粗糙，这是因为蚀刻速率往往在光致抗蚀剂层的宽的开口区域稍微不一致。在一些实施方式中，光致抗蚀剂层中的每一个凹陷的轮廓可以被形成为比轮廓转移表面中的凹陷的期望轮廓深(例如，深几微米)。可以允许蚀刻继续直到所有光致抗蚀剂层被移除为止，使得光致抗蚀剂层中的深凹陷被完全转移到硅层的当前露出表面上。然后，硅层的露出表面可以被抛光以移除平坦部分上的粗糙物，并且直至达到轮廓转移表面中的凹陷的预定深度为止。

在一些实施方式中，光致抗蚀剂层中的凹陷可以被形成为略微大于和/或深于轮廓转移表面中的期望形状的凹陷。可以允许蚀刻继续直到已经在硅层中产生期望形状的凹陷为止，并且同时仍然具有薄层光致抗蚀剂保留在硅层上并包围硅层中的凹陷。然后移除剩余的光致抗蚀剂。由于硅层的产生的表面的平坦部分从不被暴露给蚀刻，因此平坦部分保持在施加光致抗蚀剂层之前的平滑度水平，并且不再需要抛光平坦部分。

如图6F所示，产生的结构具有硅层680、处理层520以及在硅层680与处理层520之间的氧化层530。硅层680的露出表面包括在泵送室腔565(已经形成在硅层680中或随后形成在硅层680中)的区域上面的弯曲部分686和包围弯曲部分的大致平坦部分。图6F所示的产生的结构可以用作形成相对于泵送室具有凹入压电膜的压电结构的轮廓转移基板。

作为图6E-6F所示的过程的可选方案，图6G-6I显示了用于制备相对于泵送室具有凸起表面的轮廓转移基板的示例性过程。

参照图6G，该过程可以开始于平坦轮廓转移表面(例如，由图6A-6D所示的过程产生的基板678的露出的平坦表面)。在一些实施方式中，所述过程可以开始于具有露出硅层672的基板，所述硅层672具有至少为压电膜的弯曲表面的期望高度的厚度(例如，12微米)。在一些实施方式中，基板包括泵送室层，泵送室腔已经形成在所述泵送室层中或在弯曲压电膜形成之后形成在泵送室层中。

首先，光致抗蚀剂层688沉积在硅层672的露出表面上面。光致抗蚀剂层688的厚度至少为压电膜的弯曲表面的期望高度(例如，12微米)。标准光掩模可以用于图案化光致抗蚀剂层688，使得仅光致抗蚀剂层688的直接在泵送室的区域上方的部分被屏蔽以免被UV光曝光。一旦对光致抗蚀剂层688进行显影，仅光致抗蚀剂层688的直接在泵送室腔的区域上方的部分保留在硅层672的顶部表面上。

在一些实施方式中，保留在硅层672上的光致抗蚀剂层688的部分可以延伸超过由泵送室的边缘限定的区域。延伸超过泵送室边缘的量可以基于泵送室横截面区域的尺寸、弯曲压电膜的期望高度和/或压电膜的厚度而变化。在一些实施方式中，光致抗蚀剂层688的保留部分中的每一个的半径可以比泵送室的半径大10-20微米(例如，10微米)。在一些实施方式中，超过泵送室壁的延伸量可以小于10微米(例如，2-5微米)。

参照图6H，加热硅层672上保留的光致抗蚀剂688(例如，加热到大约250摄氏温度)，使得保留的光致抗蚀剂688熔化并回流以便由于液化的光致抗蚀剂的表面张力而形成穹顶。当光致抗蚀剂688接着被冷却(例如，冷却到室温)时，穹顶固化并保持其穹顶形状。因此，光致抗蚀剂688的穹顶在泵送室层540中的形成或将要形成泵送室腔的区域正上方、形成在硅层672的平坦表面上。在一些实施方式中，光致抗蚀剂688的每一个穹顶延伸超过穹顶688下方的相应的泵送室。延伸量可以例如为2-5微米，或5-10微米。

一旦光致抗蚀剂688的固化穹顶形成在硅层672的平坦表面上，可以将蚀刻剂施加到光致抗蚀剂688的露出表面和硅层672的露出表面。可以制备蚀刻剂，使得蚀刻剂对光致抗蚀剂688和硅层672具有1∶1的选择性。当蚀刻继续时，光致抗蚀剂层688和露出的硅层672以相同的速率被蚀刻掉。

对于该过程，使用各向同性蚀刻剂，使得在硅层672的露出表面中产生的穹顶690(图6I所示)类似于在施加蚀刻剂之前光致抗蚀剂层688中的穹顶表面的形状(如图6H所示)。一旦已经移除所有光致抗蚀剂688，则停止蚀刻，并且穹顶形状被转移到硅层672的露出表面，如图6I所示。在一些实施方式中，蚀刻剂的选择性可以略微变化，使得硅层672中产生的穹顶表面略微不同于光致抗蚀剂688的穹顶表面。

如图6I所示，产生的结构具有硅层680、处理层520和在硅层680与处理层520之间的氧化层530。硅层680的露出表面包括在泵送室腔565(已经形成在硅层680中或将要随后形成在硅层680中)的区域上面的弯曲部分690和包围弯曲部分的大致平坦部分。图6I所示的产生的结构可以用作用于形成相对于泵送室具有凸起压电膜的压电结构的轮廓转移基板。

可以在非真空环境中执行光致抗蚀剂加热和回流过程。然而，当光致抗蚀剂的穹顶和底层基板被蚀刻掉使得光致抗蚀剂穹顶的弯曲表面被转移到底层基板的露出表面时，硅基板的产生的表面有时可以包括意外的缺陷和空隙。例如，图6J显示了由图6G-6I所示的过程形成的硅穹顶的扫描电子显微镜(SEM)图像，其中在非真空环境中(例如，在大气压力下)加热和回流光致抗蚀剂。图6J所示的硅穹顶的表面具有大约15-20埃的表面粗糙度。

可选地，可以在真空环境中执行光致抗蚀剂加热和回流过程。不受限于任何具体的理论，产生的硅穹顶的表面粗糙度可以被显著地减小。在一些实施方式中，同样可以在真空环境中执行光致抗蚀剂的冷却。图6K显示了由图6G-6I所示的过程形成的硅穹顶的扫描电子显微镜(SEM)图像，其中在真空环境中加热和回流光致抗蚀剂。与图6J所示的硅穹顶相比较，图6K所示的硅穹顶的表面基本上是平滑的。

形成在平坦基板上的硅穹顶可以用作上面可以沉积有压电材料的轮廓转移表面或负性轮廓转移表面，其中轮廓转移表面可以基于所述负性轮廓转移表面形成。由真空光致抗蚀剂加热和回流过程产生的平滑基板表面允许材料随后沉积在上面以便也具有较平滑的表面。用于在真空环境中加热和回流光致抗蚀剂的过程可以应用于希望在基板上形成平滑弯曲表面的其它应用，例如在微透镜制造过程中。

图7A-7K显示了其中首先在负性轮廓转移基板上制备负性轮廓转移表面然后根据负性轮廓转移表面形成轮廓转移表面的另一个过程。例如，图7A-7D显示了用于形成具有被平坦表面包围的凸起表面的负性轮廓转移基板的示例性过程。用于形成负性轮廓转移基板的凸起表面的过程类似于用于形成图6G-6I所示的突起轮廓转移表面的过程。

参照图7A，图案化光致抗蚀剂层702沉积在诸如硅基板的半导体基板层704上。图案化光致抗蚀剂层702从上面覆盖与泵送室腔垂直对准的区域。基板表面的被其余光致抗蚀剂702覆盖的部分可以略微延伸超过泵送室腔的横向横截面区域(例如，超出2-5微米、5-10微米或10-20微米)。光致抗蚀剂层702的厚度近似于压电膜的弯曲表面的期望高度。

参照图7B，加热光致抗蚀剂702，使得光致抗蚀剂熔化并回流以在基板层704的露出表面上形成光致抗蚀剂706的穹顶。光致抗蚀剂接着被冷却，使得穹顶固化并保留在基板层704的露出表面上。在一些实施方式中，光致抗蚀剂702在真空环境中被加热到大约250℃和回流。在一些实施方式中，光致抗蚀剂同样在真空环境中被冷却。

接着，包括光致抗蚀剂706的穹顶的基板层704的露出表面被暴露给对基板材料和光致抗蚀剂具有1∶1的选择性的蚀刻剂。光致抗蚀剂和基板以相同的速率被蚀刻掉。当已经移除所有光致抗蚀剂706时，停止蚀刻，并且光致抗蚀剂706的穹顶形状已经转移到硅层704的露出表面，如图7C所示。穹顶表面708被平坦表面包围。凸起穹顶708是期望的负性凹入轮廓转移表面，并可以用于在轮廓转移基板中形成轮廓转移表面。

参照图7D，蚀刻停止层(例如，氧化层710)例如通过热氧化被沉积在基板704的表面上。氧化层710的厚度可以为几微米，例如1-2微米。氧化层710均匀地覆盖基板704的包括穹顶表面的一侧。在一些实施方式中，氧化层710还可以在不包括穹顶表面的另一侧覆盖基板704。在一些实施方式中，其它类型的材料(例如，四氮化三硅)可以沉积在基板表面上并用作蚀刻停止层。在一些实施方式中，蚀刻停止层仅需要覆盖基板表面的弯曲部分。在这一点上，在负性轮廓转移基板的露出侧中产生具有被平坦部分包围的凸起部分的负性轮廓转移表面，如图7D所示。

图7E-7K显示了用于利用图7D所示的负性轮廓转移基板在轮廓转移基板中形成被平坦表面包围的凹入表面的示例性过程。在一些实施方式中，也可以使用采用其它方法(例如，通过打磨或注射成型)制造而成的相同形状的负性轮廓转移基板。

参照图7E，多晶硅层712可以均匀地沉积在基板704的包括穹顶708的表面上。多晶硅层712可以具有任意厚度，但是至少具有与在基板702上的穹顶708的高度相同的厚度。因此，多晶硅层712的露出表面具有被平坦部分包围的弯曲部分714，同时，多晶硅层708的未露出表面(即，与基板702交界的表面)具有被平坦部分包围的相同的弯曲部分714。

在一些实施方式中，可以在两个步骤中执行多晶硅层的沉积。首先，薄层(例如，大约0.25微米)多晶硅以950℃沉积以使多晶硅在负性轮廓转移基板上成核。接着，较厚层(例如，大约22微米)多晶硅以更高的温度(例如，1150℃)沉积。沉积速率可以例如大约为1微米/分钟。在一些实施方式中，可以使用除了多晶硅之外的材料，例如各种聚合物和其它半导体材料。

参照图7F，多晶硅层712接着被抛光并平坦化，使得多晶硅层712的露出表面上的弯曲部分714被移除，并且多晶硅层712的露出表面变得平坦，同时多晶硅层712的未露出表面保持与氧化层710交界并具有与氧化层710的穹顶表面匹配的弯曲部分。在一些实施方式中，在平坦化开始之前，多晶硅层在氮气环境中在高温(例如，1100℃)下被退火持续一段时间(例如，1小时)。

参照图7G，图7F所示的产生的结构然后可以被结合到包括泵送室层的基板(例如，由图5A-5D所示的过程产生的结构)。在一些实施方式中，氧化层530在泵送室腔565内的部分具有小于氧化层530在泵送室层540下面的其它部分的厚度(例如，0.5微米对1微米)。多晶硅层712的露出的平坦表面结合到泵送室层540的露出表面。在一些实施方式中，在抛光的多晶硅层712结合到包括泵送室的基板之前，抛光的多晶硅层712被清洁(例如，通过RCA清洁)。清洁除去多晶硅穹顶上的碎屑和颗粒并减少结合界面中的空隙。基板702的表面中的每一个弯曲部分708都与相应的泵送室腔565对准。在一些实施方式中，每一个弯曲部分708的边缘略微延伸超过相应泵送室腔565的边缘(例如，延伸超过2-5微米或5-10微米)。

在多晶硅层712与泵送室层540之间的结合完成之后，泵送室腔565从上面被多晶硅层712的平坦表面密封，如图7H所示。接着，氧化层710从基板704的露出表面被剥离(在基板704的所有侧都被氧化的情况下)，使得基板704从不包括弯曲部分708的侧部被露出(如图7I所示)。

参照图7J，基板704通过各种化学、机械或组合块移除技术被移除，并任选地由KOH刻蚀过程结束，直到氧化层710被完全露出为止。氧化层710的厚度均匀，因此相同的弯曲部分存在于氧化层710的两侧。当基板704被移除时，氧化层710的当前露出表面还具有被平坦部分包围的弯曲部分708。氧化层710的露出表面的弯曲部分相对于泵送室腔凹入。多晶硅层712与氧化层710相邻的表面具有与氧化层710的凹入部708相匹配的相同的凹入部。

任选地，氧化层710例如通过蚀刻被剥离掉，并且多晶硅层712的与氧化层710相邻的表面被暴露。多晶硅层712的当前露出表面具有被平坦部分包围的凹入部分714。如图7K所示的多晶硅层712的当前露出表面可以用作用于形成具有弯曲压电膜的压电致动器的轮廓转移表面。如果氧化层710已经被移除，则当形成压电结构时，新蚀刻停止层(例如，氧化层或金属层)可以施加在多晶硅层712的露出表面上。

在图7E-7K所示的过程中，如果在对多晶硅层在高温下首先进行退火的情况下对穹顶多晶硅层进行平坦化和抛光，则可能会在抛光后的多晶硅基板上产生非均匀性。例如，图7L-7M显示了在没有首先对多晶硅层进行退火的情况下从多晶硅层移除多晶硅穹顶的示例性过程。可以例如使用标准硅抛光浆料执行多晶硅层的抛光。图7L显示了在穹顶移除开始之前的多晶硅层。图7M显示了在抛光已经开始并且已经移除硅穹顶的一部分之后的多晶硅层。虽然多晶硅层的表面粗糙度不高(例如，大约20埃)并适用于结合，但是多晶硅穹顶上面的区域在抛光速率中表现出非均匀性，这将导致在穹顶区域上方的抛光后的表面凹陷。如图7M所示，多晶硅穹顶上面的多晶硅表面的区域(当前基本上被移除)在中心略微凹下(例如，作为凹陷716)。

图7N显示了由图7L-7M所示的过程产生的多晶硅穹顶的图像。与多晶硅穹顶的区域相比较，平坦区域具有较慢的抛光速率，并且在多晶硅穹顶区域的中心区域718中产生凹陷。凹陷可以达到1000埃，从而可能会使穹顶区域处的结合失效。

图7O-7Q显示了在将穹顶多晶硅层结合到基板之前用于平坦化并抛光穹顶多晶硅层的另一个过程。在图7A-7Q所示的过程中，多晶硅层首先在氮气环境中在高温(例如，1100℃)下被退火。在一些实施方式中，同样可以使用其它惰性气体环境。另外，可以在两个步骤中执行抛光，首先使用标准低pH硅浆料，然后使用高pH氧化物浆料。

图7O显示了在退火过程之后的穹顶多晶硅层。首先，通过使用低pH硅浆料进行抛光(例如，CMP或其它机械抛光过程)移除穹顶，并且产生的表面结构在图7P中被显示。图7R显示了在通过低pH硅浆料抛光之后的多晶硅层的表面。穹顶被移除，并且原始穹顶区域变得平坦。在原始穹顶区域中的表面粗糙度低，而原始平坦区域的表面粗糙度保持较高，如图7R所示。为了在多晶硅层的整个表面上实现均匀的平滑度，可以执行另外的抛光步骤。如图7P所示，通过使用高pH氧化物浆料抛光多晶硅表面进一步移除多晶硅层的表面粗糙物，从而产生图7Q所示的结构。当达到期望的表面平滑度时(例如，在已经移除3微米的多晶硅之后)，可以停止抛光。图7S显示了在通过高pH氧化物浆料抛光之后多晶硅层的表面。

如图7S所示，抛光后的多晶硅层的整个表面是均匀且平滑的，并且在表面中没有凹陷。多晶硅表面的总厚度变化可以非常小(例如，小于1微米)，并且多晶硅层在抛光之后的平均厚度可以例如近似为20-25微米。

在不受限于任何具体的理论的情况下，在抛光开始之前增加退火步骤可以有助于提高平坦化多晶硅层的表面平整度和平滑度。平滑且平坦多晶硅表面能够使多晶硅层与基板层之间进行良好的结合。

另外，退火过程类似地已经改变多晶硅层的颗粒尺寸和化学成分，并使得所述颗粒尺寸和化学成分在多晶硅层中的不同区域上更加均匀。当与穹顶部分相比较时，使用低pH硅浆料在多晶硅层的平坦部分中的抛光速率被减小。然而，在穹顶被移除之后，可以使用高pH浆料以高抛光速率抛光多晶硅层的整个表面。

可以使用产生具有与泵送室对准的弯曲部分的表面的其它方法。例如，可以通过打磨基板的平坦表面来形成轮廓转移表面的凹陷或穹顶。可选地，可以使用基板材料(例如，具有环氧树脂的硅粉)通过注射成型形成凹陷或穹顶。

在已经制备好具有期望的轮廓转移表面的轮廓转移基板之后，压电致动器可以形成在轮廓转移表面的顶部上。在一些实施方式中，轮廓转移表面可以形成在包括泵送室层的基板层上。在一些实施方式中，泵送室可以在制备轮廓转移表面时已经形成，或者泵送室可以在已经制备轮廓转移表面之后形成。

如图6E-6F、图6G-6I和图7A-7K所示，轮廓转移表面可以包括被平坦部分包围的凸起部分或被平坦部分包围的凹入部分。弯曲部分的位置(相对于泵送室凹入或凸起)与泵送室腔在垂直方向上对准。另外，在一些实施方式中，轮廓转移表面的弯曲部分中的每一个延伸超过相应泵送室的边缘例如几微米。

图8A-8K显示了用于形成具有弯曲压电致动器的流体喷射单元的示例性过程。所述过程可以开始于由图6E-6F所示的过程产生的结构，或可选地，所述过程可以开始于由图6G-6I所示的过程产生的结构。虽然图8A-8K显示了具有凸起轮廓转移表面(即，轮廓转移表面的弯曲部分相对于泵送室腔凸起)的开始结构，但是相同的过程可等同地应用于具有凹入轮廓转移表面的开始结构(例如，图6F所示的结构)。类似地，图9A-9K显示了用于形成具有弯曲压电致动器的流体喷射单元的另一个示例性过程。所述过程可以开始于由图7A-7K所示的过程产生的结构。

以下参照图8A，基板878包括轮廓转移层880、处理层520以及在轮廓转移层880与处理层520之间的氧化层530。轮廓转移层880包括泵送室层540。泵送室层540具有形成在其中的密封凹部565。凹部565的顶部表面在轮廓转移层880的露出表面中位于弯曲部分690下方。凹部565的底部表面由氧化层530形成。

蚀刻停止层804沉积在轮廓转移层880的露出表面上面。蚀刻停止层804可以是由热氧化形成的薄氧化层。蚀刻停止层804的厚度可以近似为0.25微米。在压电致动器的组成层随后沉积在蚀刻停止层804上面之后，蚀刻停止层804用于当轮廓转移层在泵送室腔的边缘内的部分随后被移除时防止蚀刻到压电结构中。

蚀刻停止层804还可以有助于消除轮廓转移层880的粗糙表面。蚀刻停止层804还可以用作在流体喷射装置使用期间保护压电致动器结构免受泵送室中的流体的影响。在一些实施方式中，当参考电极层可以用作蚀刻停止层并可以在操作期间与泵送室内的流体接触时，蚀刻停止层804可以例如是任选的。

参照图8B，下部导电金属层806可以沉积在蚀刻停止层804上面。可以通过溅射、化学气相沉积、或物理气相沉积等完成下部金属层806的沉积。下部金属层806可以用于形成用于压电致动器的电极(例如，参考电极或驱动电极)。

电极可以例如在沉积期间通过利用掩模图案化下部金属层806或随后通过蚀刻而形成。下部金属层806至少在蚀刻停止层的弯曲部分(或在没有施加蚀刻停止层并且下部金属层用作蚀刻停止层的情况下轮廓转移层880的弯曲部分)上具有大致均匀的厚度。下部金属层806的弯曲部分中的每一个都与轮廓转移层880中相应的泵送室腔565对准。

用于下部金属层806的金属例如包括Ir(没有粘附层)、Au、具有Ti/W粘附层的Au、具有Ti/W粘附层的铱或没有Ti/W粘附层的铱。下部金属层806的厚度可以大约为2300埃。任选的粘附层的厚度可以大约为200埃。下部金属层806的其它厚度是可以的。

在下部金属层806已经沉积在蚀刻停止层804上之后，压电层808可以沉积在下部金属层806上面。参照图8C，可以通过溅射、化学气相沉积、或物理气相沉积等完成压电层808的沉积。压电层808可以具有基本上垂直于基板520的平坦表面并远离基板520的平坦表面指向的沉积极化方向。

基于弯曲压电层808中的弯曲部分相对于泵送室565的曲率的方向和压电层的极化方向，可以相应地调节用于压电致动器的驱动电压的设计。如在说明书的其它部分所述，由沉积方法制造而成的压电层806可以具有为柱状并对准的内部粒状结构，并且局部地垂直于下部金属层806或压电层808的表面。

产生的压电层在泵送室上方具有两个弯曲部分和包围弯曲部分的平坦部分。在一些实施方式中，压电层808的每一个弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域被定位成在横向方向上超过泵送室腔565的边缘例如几微米(例如，2-5微米或5-10微米)。

压电层808的厚度可以是几微米(例如，3微米)。基于泵送室的尺寸和压电层808中的弯曲部分的高度/深度，可以调节压电层808的厚度以具有用于流体喷射的期望刚度和适应性和/或在所需的致动频率下的期望谐振特性。

参照图8D，压电层808和下部金属层806可以被图案化以对每一个泵送室限定单独的致动器。例如，压电层808、下部金属层806和蚀刻停止层804可以被分段以隔离每一流体喷射单元与其它流体喷射单元(例如，通过蚀刻或其它光刻技术，或通过形成锯齿)。可以例如通过蚀刻从每一泵送室565上方的区域的周围去除多余压电材料，使得仅压电层808的部分810保留在下部金属层806上。压电层808的保留部分810覆盖在泵送室壁的边缘的正上方并延伸略微超过泵送室壁的边缘的区域。

另外，孔812可以形成穿过下部金属层806和蚀刻停止层804以连接到已经形成在泵送室层540中的流体入口和出口。

参照图8E，介电层814可以沉积在下部金属层806的露出表面和压电膜810的露出表面上。介电层814可以用于使不同泵送室的单独致动器绝缘。介电层814可以被图案化，使得至少压电膜810的弯曲部分被露出并且各个压电致动器彼此绝缘。

参照图8F，上部金属层816沉积在介电层814的露出表面和压电膜810的露出表面上面。沉积可以例如通过溅射实现。顶部金属层816可以用于形成用于压电致动器的驱动电极(在下部金属层806用于形成驱动电极的情况下用于形成参考电极)。顶部金属层816可以被图案化，使得用于每一个泵送室上面的压电致动器的上电极彼此分离并可以被独立控制。顶部金属层816还可以设置导电轨迹以将各个驱动电极连接到相关联的金属凸起。

上电极层816的厚度可以近似为4000埃。上部金属层816可以由Ir、Au、或具有Ti/W粘附底层的Au、或其它适当的金属制成。金属层的厚度可以基于所使用的金属的导电性而变化。粘附层可以近似为200埃。可以使用诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或化学气相沉积(CVD)方法的其它沉积方法沉积上部金属层816。

在一些实施方式中，金属晶粒可以例如通过溅射然后蚀刻沉积在上部金属层816、下部金属层806和/或介电层814的露出表面上的不同位置处。接着，金属凸起可以被电镀在种子金属上以形成各种金属凸起。金属凸起可以用作用于参考电极(例如，金属凸起818)和驱动电极(例如，金属凸起820)的电连接。一些金属凸起(例如，金属凸起822)可以用作用于在致动期间为致动器膜810的膨胀产生空间的间隔凸起。另外，金属密封件824可以绕流体入口和排出孔812被电镀。

参照图8G，ASIC晶片128可以被制备，其中ASIC晶片具有用于形成在压电致动器组件118上的每一个电金属凸起(例如，金属凸起818和820)的相应电连接。ASIC晶片128至少包括压电致动器的控制电路的一部分。ASIC晶片128还包括用于通过孔812将流体供应到泵送室565或从泵送室565接收流体的流体通道830。

在ASIC晶片128结合到包括致动组件118、泵送室层540和处理层520的基板878之后，ASIC晶片128可以用作用于从基板878的背侧进行下一个处理的处理层。首先，处理层520和氧化层530可以通过诸如打磨、抛光和干刻蚀的各种适当的处理方法被移除。在氧化层530已经被完全移除之后，泵送室腔565的内壁被露出，如图8H所示。

在每一个露出的泵送室腔565内部，轮廓转移层880的弯曲部分690的一部分也被露出。弯曲部分690的露出部分被蚀刻掉(例如，通过干蚀刻剂)直到蚀刻停止层804的下侧在泵送室腔565内露出为止。可以使用各向异性蚀刻剂，并且泵送室层540可以用作用于刻蚀过程的掩模。当通过蚀刻停止层804停止蚀刻时，在泵送室腔565上面产生的压电致动器结构相对于泵送室腔具有在顶侧和上侧上面的弯曲表面，如图8I所示。

接着，喷嘴层840结合到泵送室层540的露出侧，使得泵送室腔的底部被喷嘴层840密封。在一些实施方式中，喷嘴层840可以是SOI晶片的硅层，并且在喷嘴层结合到泵送室层540之前，喷嘴842可以在喷嘴层840中形成在与相应泵送室565对准的位置处。喷嘴842可以是例如由各向异性刻蚀形成的渐缩凹部。由于SOI晶片的氧化层846和处理层844，喷嘴843的底部此时保持密封，如图8J所示。

最后，SOI晶片的处理层844可以被移除以敞开喷嘴842并形成图1A所示(也在图8K中显示)的结构。图8A-8J所示的相同的过程可以应用于由图6E-6F所示的过程形成的结构，并将产生图1B所示的结构。

图9A-9K显示了用于形成图1B所示的流体喷射模块的另一个过程。所述过程可以开始于由图7A-7K所示的过程形成的结构。图9A-9K所示的过程的许多步骤为图8A-8K所示的过程所共有。图8A-8K所示的步骤与图9A-9K所示的步骤之间的差异在于在两个过程中开始结构的轮廓转移层的不同。例如，在图8A所示的开始结构878中，轮廓转移层880包括轮廓转移表面和形成在相同的半导体材料(例如，硅)中的泵送室。相反，在图9A所示的开始结构978中，轮廓转移层980包括多晶硅层712和由不同于多晶硅的材料(例如单晶硅)形成的泵送室层540，其中所述多晶硅层712包括弯曲轮廓转移表面。

除了明确所述的差异之外，相对于图8A-8K所示的过程的说明可应用于图9A-9K所示的过程。另外，图8A-8K所示的过程涉及凸起轮廓转移表面和形成凸起压电致动器，而图9A-9K所示的过程涉及凹入轮廓转移表面和形成凹入压电致动器。

在图9A中，蚀刻停止层904沉积在多晶硅层712的轮廓转移表面上。在图9B中，导电下部金属层906沉积在蚀刻停止层904上面。在图9C中，压电层908沉积在下部金属层906上。在图9D中，压电层908和下部金属层906被图案化到基板成为单独的流体喷射模块。仅压电膜的在泵送室正上方的部分910保留在下部金属层906上。在一些实施方式中，压电膜的保留部分910延伸略微超过泵送室565的边缘。

在图9E中，介电层914沉积在压电层910的露出表面和下部金属层906的露出表面上。介电层914可以被图案化以分段各个流体喷射模块。另外，孔912可以形成穿过介电层914、下部金属层906和蚀刻停止层904以连接到形成在泵送室层540中的流体入口和流体出口(未示出)。

在一些实施方式中，孔912内的多晶硅层712的一部分被向下蚀刻较小的深度，使得薄层多晶硅保留在形成在泵送室层540中的流体入口和出口孔上，如图9E所示。保留在孔912中的多晶硅层的厚度可以使得当氧化层904背侧的多晶硅随后在泵送室壁内被蚀刻掉时，孔912中剩余的多晶硅层也可以被完全蚀刻贯通。

在一些实施方式中，为了在多晶硅层712中形成孔912，施加图案化光致抗蚀剂层以露出图9E所示的结构的表面。在孔的蚀刻完成之后，需要移除光致抗蚀剂层。光致抗蚀剂的移除可以通过湿化学过程或通过干蚀刻过程(例如，使用等离子体蚀刻方法)实现。如果孔被完全蚀刻贯通，则优选地通过干刻蚀过程而不是湿化学抗蚀剂剥离方法执行光致抗蚀剂层的移除，使得来自湿的化学过程的水气不会进入并留在已经形成在泵送室层712中的通道中。然而，有时侯，湿化学抗蚀剂剥离过程由于其简单或成本原因例如是优选的。如果湿化学抗蚀剥离过程是优选的，则通过在该阶段将薄膜留在孔912内，在没有泵送室层712的内部被来自光致抗蚀剂剥离过程的湿化学物质污染的风险的情况下可以剥离光致抗蚀剂层。

在图9F中，上部金属层916例如通过溅射沉积在压电层910上面。上部金属层916可以被图案化以限定用于各个致动器的驱动电极(或在下部金属层用于产生驱动电极的情况下限定参考电极)并露出孔912。另外，电连接凸起(例如，金属凸起918和920)和间隔凸起(例如，金属凸起922)可以被电镀在致动器结构(例如，下部金属层906、上部金属层916和介电层914)的露出表面。金属密封件924同样可以绕孔912被电镀。

在图9G中，ASIC层128被结合到包括致动层118和泵送室层540的结构978。ASIC晶片128包括连接到孔912的流体供应通道930。接着，如图9H所示，处理层520和氧化层530被移除以露出泵送室腔565的内表面。在其中氧化层530的厚度在泵送室腔565内比泵送室腔565外小的一些实施方式中，当泵送室腔565被蚀刻敞开时，薄层氧化物(例如，0.25微米)可以保留在泵送室层540的下表面上。

在图9I中，多晶硅层712在泵送室腔565内的部分例如通过蚀刻从与泵送室565相邻的一侧被移除。泵送室层540可以用作用于蚀刻的掩模。可以使用各向异性蚀刻剂，使得仅多晶硅层712在泵送室腔565内的部分被蚀刻掉。

另外，当多晶硅层712在泵送室腔565内的部分从氧化层904的背侧被移除时，保留在孔912内的薄层多晶硅也通过刻蚀过程被移除。

在图9J中，包括喷嘴层940的基板例如通过粘附结合到泵送室层540。喷嘴层940包括喷嘴942。剩余的氧化物薄层530可以有助于泵送室层540与喷嘴层940之间的结合。基板还可以包括阻挡喷嘴开口的处理层944。

在图9K中，处理层944被移除，并且喷嘴942被开口。可以制造图1B所示(在图9K中也被示出)的印刷头模块100b。

使用轮廓转移表面以形成弯曲压电膜的其它方法是可以的。

例如，参照图10A，光致抗蚀剂层1092可以沉积在半导体基板1096露出的平坦表面上。光致抗蚀剂层1092可以被图案化，使得开口1094形成在光致抗蚀剂层1092中。开口的形状类似于泵送室的横向横截面。开口的尺寸可以略微大于泵送室的横向尺寸例如几微米(例如，2-5微米或5-10微米)。

参照图10B，光致抗蚀剂层1092和露出的基板表面可以被暴露给诸如KOH的各向异性蚀刻剂，使得凹部1098形成在基板1096的表面中。蚀刻剂可以被制备成使得产生的凹部1098具有渐缩侧壁。一旦凹部1098形成，可以停止蚀刻并且可以剥离掉光致抗蚀剂层1092。产生的结构在图10C中被显示。

参照图10D，具有适当熔点的金属或另一种材料可以被溅射到凹部1098中以形成金属层1010。金属层1010在凹部1098上面具有穹顶表面1002和绕穹顶部分1002的大致平坦部分1004。

一旦已经形成具有弯曲表面部分1002的基板，弯曲表面1002可以用作上面可以形成有具有弯曲压电膜的压电结构的轮廓转移表面。在一些实施方式中，如图10E所示，下部金属层1006、压电层1008和上部金属层1012例如以类似于相对于图8A-8E所述的方式的方式依次沉积在被平坦部分1004包围的弯曲部分1002上。在一些实施方式中，仅下部金属层和压电层被沉积。

随后，如图10F所示，渐缩凹部1098可以例如通过从基板的下侧进行打磨、抛光和/或蚀刻而从下面被开口。基板可以被加热，直到金属熔化并从敞开的凹部1098(例如，通过开口1014)流出。当材料1010从开口1014流出时，由下部金属层1006、压电层1008和上部金属层1012形成的结构1020可以被剥离基板1096。

参照图10G，具有弯曲压电层1008的结构1020可以结合到泵送室层1016，其中泵送室又结合到喷嘴层1018以形成流动路径主体。流体喷射模块的其它部分可以例如以类似于相对于图8F-8G所述的过程的方式被产生和/或添加到由图10G所示的步骤产生的结构。

Claims

1.一种制造MEMS致动器的方法，包括以下步骤：

在轮廓转移基板的第一侧中形成弯曲表面，所述轮廓转移基板的第一侧包括包围所述弯曲表面的平坦表面；

在所述轮廓转移基板的与所述第一侧相对的第二侧中形成凹部，其中所述凹部和所述弯曲表面对准；

将蚀刻停止层沉积在所述轮廓转移基板的第一侧上，所述蚀刻停止层至少覆盖所述轮廓转移基板的弯曲表面；

在所述蚀刻停止层上沉积压电层，所述压电层至少覆盖所述轮廓转移基板的弯曲表面；以及

从所述轮廓转移基板的第二侧，在所述凹部中蚀刻轮廓转移基板以露出所述蚀刻停止层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面相对于所述轮廓转移基板的第一侧中的平坦表面凹入。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面相对于所述轮廓转移基板的第一侧中的平坦表面凸起。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在轮廓转移基板的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：

在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积光致抗蚀剂层，在沉积光致抗蚀剂之前，所述轮廓转移基板的第一侧是大致平坦的；

在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面，所述光致抗蚀剂层的第一侧包括包围所述弯曲表面的平坦表面，并且所述光致抗蚀剂层的第一侧中的弯曲表面与所述凹部对准；以及

从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述轮廓转移基板以将所述光致抗蚀剂层的轮廓转移到所述轮廓转移基板的第一侧。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：

通过灰度级光掩模将所述光致抗蚀剂层的第一侧暴露给紫外线光持续预定持续时间，其中随着距离所述凹部的中心的径向距离的增加，所述灰度级光掩模将所述光致抗蚀剂层暴露给减小量的紫外线光；以及

在紫外线光曝光之后对所述光致抗蚀剂层进行显影。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述轮廓转移基板以将所述光致抗蚀剂层的轮廓转移到所述轮廓转移基板的第一侧的步骤还包括：

通过选择的各向异性蚀刻剂蚀刻所述光致抗蚀剂层的第一侧和所述轮廓转移基板的第一侧，其中对于所述光致抗蚀剂层和所述轮廓转移基板的材料，选择的各向异性蚀刻剂具有近似等同的选择性；以及

当所述光致抗蚀剂层已经被完全移除时，停止蚀刻。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述轮廓转移基板的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：

在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积光致抗蚀剂层，在光致抗蚀剂被沉积之前，所述轮廓转移基板的第一侧是大致平坦的；

在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面，所述光致抗蚀剂层的第一侧中的弯曲表面与所述凹部对准；以及

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：

图案化所述光致抗蚀剂层，使得仅光致抗蚀剂层的在所述凹部上方的部分保留在轮廓转移基板的第一侧上；

加热保留在轮廓转移基板的第一侧上的光致抗蚀剂层，使得光致抗蚀剂层回流以在所述轮廓转移基板的第一侧上形成光致抗蚀剂穹顶；以及

冷却所述光致抗蚀剂层，使得光致抗蚀剂穹顶固化在所述轮廓转移基板的第一侧上。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述轮廓转移基板以将所述光致抗蚀剂层的轮廓转移到所述轮廓转移基板的第一侧的步骤还包括：

用选择的各向异性蚀刻剂蚀刻所述光致抗蚀剂层的第一侧和所述轮廓转移基板的第一侧，其中对于所述光致抗蚀剂层和所述轮廓转移基板的材料，选择的各向异性蚀刻剂具有近似等同的选择性；以及

当所述光致抗蚀剂层已经被完全移除时，停止蚀刻。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述轮廓转移基板的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：

形成负性轮廓转移基板，所述负性轮廓转移基板在所述负性轮廓转移基板的第一侧中具有弯曲表面，并且所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面被平坦表面包围；

在所述负性轮廓转移基板的第一侧上沉积第一半导体层，使得所述第一半导体层的第一侧与负性轮廓转移基板的第一侧的弯曲表面和平坦表面一致；以及

从所述负性轮廓转移基板的第一侧移除所述负性轮廓转移基板，直到所述第一半导体层的第一侧被露出为止，所述第一半导体层的露出的第一侧包括所述轮廓转移基板的弯曲表面和平坦表面。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

在移除所述负性轮廓转移基板之前，

平坦化所述第一半导体层的与所述第一半导体层的第一侧相对的第二侧；以及

将所述第一半导体层的第二侧结合到第二半导体层的第一侧，所述第二半导体层和所述第一半导体层至少形成所述轮廓转换基板的包含所述凹部的部分。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，形成负性轮廓转移基板的步骤还包括：

在所述负性轮廓转移基板的第一侧上沉积光致抗蚀剂层，在光致抗蚀剂被沉积之前，所述负性轮廓转移基板的第一侧是大致平坦的；

在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面；

从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述负性轮廓转移基板以将所述光致抗蚀剂层的轮廓转移到所述负性轮廓转移基板的第一侧；以及

在所述负性轮廓转移基板的至少第一侧上形成氧化物层。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一半导体层由多晶硅制成。

14.根据权利要求1所述的方法，

其中所述轮廓转移基板包括轮廓转移层和泵送室层，所述轮廓转移层包括在所述轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面，并且所述泵送室层包括所述凹部；以及

其中在所述轮廓转移基板的与所述第一侧相对的第二侧中形成凹部的步骤还包括：

在所述泵送室层中形成所述凹部；以及

将所述泵送室层结合到所述轮廓转移层。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积蚀刻停止层的步骤包括：

氧化所述轮廓转移基板的第一侧。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积蚀刻停止层的步骤包括：

在所述轮廓转移基板的第一侧上沉积金属层。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述蚀刻停止层上沉积压电层的步骤还包括：

将压电材料溅射在所述蚀刻停止层的第一侧上，溅射的压电材料至少覆盖所述轮廓转移基板的弯曲表面。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述蚀刻停止层上沉积压电层的步骤还包括：

在所述蚀刻停止层的第一侧上形成均匀的压电材料层；以及

图案化均匀的压电材料层以形成压电膜，所述压电膜包括覆盖所述轮廓转移基板的弯曲表面的弯曲部分和延伸超过所述轮廓转移基板的弯曲表面的平坦部分。

19.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

在将所述压电层沉积在所述蚀刻停止层之前，在所述蚀刻停止层上沉积下部金属层；以及

在将所述压电层沉积在所述蚀刻停止层之后，在所述压电层上沉积上部金属层。

20.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

将喷嘴层连接到所述轮廓转移基板的第二侧，所述喷嘴层包括喷嘴部件，并且所述喷嘴部件和所述凹部对准。

21.一种用于在轮廓转移基板中形成弯曲表面的方法，包括以下步骤：

形成负性轮廓转移基板，所述负性轮廓转移基板具有在所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面，并且所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面被平坦表面包围；

至少在所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面上沉积蚀刻停止层；

在所述蚀刻停止层上面将第一半导体层沉积在所述负性轮廓转移基板的第一侧上，使得所述半导体层的第一侧与所述负性轮廓转移基板的第一侧的弯曲表面和平坦表面一致；以及

从所述负性轮廓转移基板的第一侧移除所述负性轮廓转移基板，直到所述蚀刻停止层被露出为止，蚀刻停止层的露出的第一侧和所述第一半导体层的第一侧包括在负性轮廓转移基板的第一侧中的至少弯曲表面的颠倒部。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述负性轮廓转移基板的第一侧中的弯曲表面相对于所述负性轮廓转移基板凸起，并且所述轮廓转移基板中的弯曲表面相对于所述轮廓转移基板凹入。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，形成负性轮廓转移基板的步骤还包括：

在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面；以及

从所述光致抗蚀剂层的第一侧蚀刻所述光致抗蚀剂层和所述负性轮廓转移基板以将所述光致抗蚀剂层的第一侧的轮廓转移到所述负性轮廓转移基板的第一侧。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，在所述光致抗蚀剂层的第一侧中形成弯曲表面的步骤还包括：

图案化所述光致抗蚀剂层，使得仅所述光致抗蚀剂层的在所述轮廓转移基板的弯曲表面的预定位置处的部分保留在所述负性轮廓转移基板上；

加热保留在所述负性轮廓转移基板的第一侧上的所述光致抗蚀剂层，使得所述光致抗蚀剂层回流以在所述轮廓转移基板的第一侧上形成光致抗蚀剂穹顶；以及

冷却所述光致抗蚀剂层，使得所述光致抗蚀剂穹顶固化在所述负性轮廓转移基板的第一侧上。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，加热所述光致抗蚀剂层的步骤是在真空环境中执行的。

26.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：

在移除所述负性轮廓转移基板之前，

将所述第一半导体的第二侧结合到第二半导体层的第一侧以形成轮廓转移基板。

27.根据权利要求26所述的方法，还包括以下步骤：

在平坦化所述第一半导体层的第二侧之前，在1100℃下对所述第一半导体层进行退火。

28.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一半导体层由多晶硅制成。