JP2016076691A - Ink jet device and method of manufacturing ink jet device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet device capable of achieving a good breakdown voltage in the movable section of a piezoelectric element.SOLUTION: An ink jet head 1 includes an actuator substrate 2 for sectioning a cavity 5 where ink is stored, a diaphragm 6 supported on the actuator substrate 2 and sectioning the cavity 5, and a piezoelectric element 7 provided on the diaphragm 6, and including an upper electrode 20, a lower electrode 18, and a piezoelectric film 19 sandwiched by the upper electrode 20 and lower electrode 18. The piezoelectric film 19 extends across a region covering the entire cavity 5, and the upper electrode 20 is limited to the inner region of the cavity 5.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、インクジェット装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an inkjet device and a method for manufacturing the same.

特許文献１は、インクジェット式記録ヘッドを開示している。具体的には、特許文献１のインクジェット式記録ヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室と、圧電体層と前記圧電体層に設けられた電極とを備えた圧電素子とを備えている。圧力発生室に溜められたインクは、ノズル開口を介して噴射される。   Patent Document 1 discloses an ink jet recording head. Specifically, the ink jet recording head disclosed in Patent Document 1 includes a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening, and a piezoelectric element that includes a piezoelectric layer and electrodes provided on the piezoelectric layer. The ink stored in the pressure generating chamber is ejected through the nozzle opening.

特開２０１３−９１２７２号公報JP 2013-91272 A

特許文献１のインクジェット式記録ヘッドでは、ＰＺＴからなる圧電体層が、圧力発生室の内方領域に制限される大きさで形成されている。このような圧電体層は、たとえばＭＯＤ（Metal Organic Decomposition）方やゾルゲル法によってＰＺＴ膜を積層し、当該ＰＺＴ膜をパターニングすることによって得られる。
しかしながら、ＰＺＴを一定の領域内に収まるように高精度にエッチングすることは容易ではない。したがって、特許文献１の構造を高い歩留まりで作製することは困難である。また、エッチングによってＰＺＴの側面にダメージが発生するので、ＰＺＴ膜の周縁が圧力発生室の内方に配置されている上記の構成では、可動部において上部電極と下部電極との間の耐圧が低下する。 In the ink jet recording head of Patent Document 1, the piezoelectric layer made of PZT is formed in a size that is limited to the inner region of the pressure generating chamber. Such a piezoelectric layer is obtained, for example, by laminating a PZT film by a MOD (Metal Organic Decomposition) method or a sol-gel method and patterning the PZT film.
However, it is not easy to etch PZT with high accuracy so as to be within a certain region. Therefore, it is difficult to produce the structure of Patent Document 1 with a high yield. In addition, since the side surface of the PZT is damaged by etching, the above-described configuration in which the periphery of the PZT film is disposed inward of the pressure generating chamber reduces the breakdown voltage between the upper electrode and the lower electrode in the movable portion. To do.

この発明の一実施形態は、圧電素子の可動部において良好な耐圧を実現できるインクジェット装置を提供する。
また、この発明の一実施形態は、圧電素子の可動部において良好な耐圧を実現できるインクジェット装置を高い歩留まりで製造できるインクジェット装置の製造方法を提供する。 One embodiment of the present invention provides an ink jet apparatus capable of realizing a good breakdown voltage in a movable portion of a piezoelectric element.
In addition, an embodiment of the present invention provides an ink jet device manufacturing method capable of manufacturing an ink jet device capable of realizing a good breakdown voltage in a movable portion of a piezoelectric element with a high yield.

この発明の一実施形態は、インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に設けられ、上部電極と、下部電極と、前記上部電極および前記下部電極に挟まれた圧電体膜とを含む圧電素子とを含み、前記圧電体膜は、前記キャビティ全体を覆う領域に亘って延びており、前記上部電極は、前記キャビティの内方領域に制限されている、インクジェット装置を提供する。   An embodiment of the present invention includes an actuator substrate that defines a cavity in which ink is stored, a vibration film that is supported by the actuator substrate and defines the cavity, and is provided on the vibration film, and includes an upper electrode and a lower electrode And a piezoelectric element including a piezoelectric film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric film extending over a region covering the entire cavity, and the upper electrode An ink jet device is provided that is confined to an inner region of a cavity.

圧電素子に駆動電圧を印加すると、圧電素子とともに振動膜が変位してキャビティの容積変化を引き起こす。これにより、キャビティ内のインクが吐出される。圧電素子において、圧電体膜の形成領域がキャビティの内方領域に制限されないので、圧電体膜のパターニング時、圧電体膜を簡単に加工（エッチング）することができる。これにより、インクジェット装置の歩留まりを向上させることができる。また、圧電体膜の周縁が、少なくともキャビティの外方の領域（つまり、圧電素子の可動部の外方の領域）に設定されている。そのため、圧電体膜の周縁がエッチングによってダメージを受けていても、当該ダメージによる圧電素子の耐圧の低下を防止することができる。   When a driving voltage is applied to the piezoelectric element, the vibration film is displaced together with the piezoelectric element, causing a change in volume of the cavity. Thereby, the ink in the cavity is ejected. In the piezoelectric element, since the formation region of the piezoelectric film is not limited to the inner region of the cavity, the piezoelectric film can be easily processed (etched) when patterning the piezoelectric film. Thereby, the yield of an inkjet apparatus can be improved. Further, the peripheral edge of the piezoelectric film is set at least in a region outside the cavity (that is, a region outside the movable portion of the piezoelectric element). Therefore, even if the periphery of the piezoelectric film is damaged by etching, it is possible to prevent a decrease in breakdown voltage of the piezoelectric element due to the damage.

この発明の一実施形態では、前記下部電極は、前記キャビティの外方の領域に一体的に引き出されたコンタクト部を含み、前記圧電体膜は、前記コンタクト部を取り囲んでいる。
この発明の一実施形態では、前記キャビティに連通するインク供給路がさらに形成されており、前記圧電体膜は、前記流通口を取り囲んでいる。 In one embodiment of the present invention, the lower electrode includes a contact portion that is integrally drawn to an outer region of the cavity, and the piezoelectric film surrounds the contact portion.
In one embodiment of the present invention, an ink supply path communicating with the cavity is further formed, and the piezoelectric film surrounds the flow port.

インク供給路の側面に圧電体膜が露出する場合があるが、そのインク供給路の形成領域は圧電素子の可動部ではないため、当該圧電体膜の露出が圧電性能へ悪影響を及ぼすことはない。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなっている。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜の厚さは、１μｍ〜５μｍである。 The piezoelectric film may be exposed on the side surface of the ink supply path. However, since the formation area of the ink supply path is not a movable part of the piezoelectric element, the exposure of the piezoelectric film does not adversely affect the piezoelectric performance. .
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric film is a PZT film.
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric film has a thickness of 1 μm to 5 μm.

上記のように圧電体膜を簡単に加工（エッチング）できるので、１μｍ〜５μｍの厚さを有する圧電体膜であっても、十分な耐圧を確保することができる。
この発明の一実施形態では、前記振動膜は、ＳｉＯ２単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記振動膜は、ＳｉＮ／ＳｉＯ２積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、Ｐｔ単膜からなる。 Since the piezoelectric film can be easily processed (etched) as described above, a sufficient breakdown voltage can be ensured even with a piezoelectric film having a thickness of 1 μm to 5 μm.
In one embodiment of the present invention, the vibration film is made of a single SiO 2 film.
In one embodiment of the present invention, the vibration film is made of a SiN / SiO 2 laminated film.
In one embodiment of the present invention, the upper electrode is made of a single Pt film.

この発明の一実施形態では、前記下部電極は、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜からなる。
この発明の一実施形態は、前記アクチュエータ基板を支持して前記キャビティを区画し、前記キャビティに連通するノズル開口を有するノズル基板を含む。
この発明の一実施形態は、アクチュエータ基板上に、振動膜を形成する工程と、前記振動膜上に、下部電極膜、圧電体膜および上部電極膜を順に形成する工程と、前記上部電極膜を選択的にエッチングすることによって、所定形状の上部電極を形成する工程と、前記上部電極を取り囲む領域に残るように、前記圧電体膜を選択的にエッチングする工程と、前記上部電極全体を覆うように、かつ、前記エッチング後の圧電体膜の内方領域に制限されるように、前記アクチュエータ基板を下方からエッチングしてキャビティを形成する工程とを含む、インクジェット装置の製造方法を提供する。 In one embodiment of the present invention, the lower electrode is made of a Pt / Ti laminated film.
An embodiment of the present invention includes a nozzle substrate that supports the actuator substrate, defines the cavity, and has a nozzle opening communicating with the cavity.
One embodiment of the present invention includes a step of forming a vibration film on an actuator substrate, a step of sequentially forming a lower electrode film, a piezoelectric film, and an upper electrode film on the vibration film, and the upper electrode film. Selectively etching to form an upper electrode having a predetermined shape; selectively etching the piezoelectric film so as to remain in a region surrounding the upper electrode; and covering the entire upper electrode. And a method of forming a cavity by etching the actuator substrate from below so as to be limited to the inner region of the piezoelectric film after the etching.

この発明の一実施形態では、前記下部電極膜の一部の領域をコンタクト部として露出させるように、前記圧電体膜を選択的にエッチングする。
この発明の一実施形態は、前記圧電体膜を貫通して前記キャビティに達するインク供給路を形成する工程をさらに含む。
この方法によれば、圧電体膜を、インク供給路を取り囲むパターンに加工することができる。 In one embodiment of the present invention, the piezoelectric film is selectively etched so that a partial region of the lower electrode film is exposed as a contact portion.
One embodiment of the present invention further includes a step of forming an ink supply path that reaches the cavity through the piezoelectric film.
According to this method, the piezoelectric film can be processed into a pattern surrounding the ink supply path.

図１は、この発明の一実施形態に係るインクジェッ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 ink jet head according to an embodiment of the present invention. 図２は、前記インクジェットヘッドの断面図（図１のII−II線断面図）である。FIG. 2 is a sectional view of the inkjet head (a sectional view taken along line II-II in FIG. 1). 図３は、前記インクジェットヘッドの断面図（図１のIII−III線断面図）である。FIG. 3 is a sectional view of the inkjet head (a sectional view taken along line III-III in FIG. 1). 図４は、前記インクジェットヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view showing a pattern example of the lower electrode of the inkjet head. 図５は、前記インクジェットヘッドの圧電体膜のパターン例を示す図解的な平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view showing a pattern example of the piezoelectric film of the inkjet head. 図６は、前記インクジェットヘッドの保護基板に形成されたインク供給路を示す図解的な断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing an ink supply path formed on the protective substrate of the inkjet head. 図７Ａは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7A is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｂは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7B is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｃは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7C is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｄは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7D is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｅは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7E is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｆは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7F is a view for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｇは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7G is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｈは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7H is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｉは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7I is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｊは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7J is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｋは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7K is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｌは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7L is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｍは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7M is a view for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｎは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7N is a view for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｏは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7O is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｐは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7P is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｑは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7Q is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｒは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7R is a view for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図７Ｓは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7S is a view for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図８Ａは、前記圧電体膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 8A shows a modification regarding the pattern of the piezoelectric film. 図８Ｂは、前記圧電体膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 8B shows a modification regarding the pattern of the piezoelectric film. 図９Ａは、前記圧電体膜上に配置された絶縁膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 9A shows a modification related to the pattern of the insulating film disposed on the piezoelectric film. 図９Ｂは、前記圧電体膜上に配置された絶縁膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 9B shows a modification regarding the pattern of the insulating film disposed on the piezoelectric film. 図９Ｃは、前記圧電体膜上に配置された絶縁膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 9C shows a modification regarding the pattern of the insulating film disposed on the piezoelectric film. 図１０Ａは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10A shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｂは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10B shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｃは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10C shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｄは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10D shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｅは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10E shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｆは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10F shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｇは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10G shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｈは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10H shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｉは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10I shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｊは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10J shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１０Ｋは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10K shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１１Ａは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 11A shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１１Ｂは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 11B shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１１Ｃは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 11C shows a modification regarding the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図１２Ａは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12A shows a modification relating to a wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図１２Ｂは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12B shows a modification regarding the pattern of wiring for driving the piezoelectric film. 図１２Ｃは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12C shows a modification regarding the pattern of the wiring for driving the piezoelectric film. 図１２Ｄは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12D shows a modification regarding the pattern of the wiring for driving the piezoelectric film. 図１２Ｅは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12E shows a modified example related to a wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図１２Ｆは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12F shows a modified example related to a wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図１２Ｇは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12G shows a modification regarding the pattern of the wiring for driving the piezoelectric film. 図１２Ｈは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12H shows a modified example related to a wiring pattern for driving the piezoelectric film.

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ヘッド１の構成を説明するための図解的な平面図である。図２は、インクジェットヘッド１の断面図（図１のII−II線断面図）である。図３は、インクジェットヘッド１の断面図（図１のIII−III線断面図）である。図４は、インクジェットヘッド１の下部電極１８のパターン例を示す図解的な平面図である。図５は、インクジェットヘッド１の圧電体膜１９のパターン例を示す図解的な平面図である。図６は、インクジェットヘッド１の保護基板４の要部を示す図解的な断面図である。なお、図４および図５では、説明の便宜上、図１〜図３で示した参照符号のうち必要なものだけを示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an illustrative plan view for explaining the configuration of an inkjet head 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head 1 (a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1). 3 is a cross-sectional view of the inkjet head 1 (a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1). FIG. 4 is a schematic plan view showing a pattern example of the lower electrode 18 of the inkjet head 1. FIG. 5 is a schematic plan view showing a pattern example of the piezoelectric film 19 of the inkjet head 1. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the protective substrate 4 of the inkjet head 1. 4 and 5 show only necessary ones of the reference numerals shown in FIGS. 1 to 3 for convenience of explanation.

インクジェットヘッド１は、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３と、保護基板４とを含む。
アクチュエータ基板２は、たとえばシリコン基板からなり、複数のキャビティ５を区画している。アクチュエータ基板２は、表面２ａに振動膜６を支持している。振動膜６は、キャビティ５の天壁を形成しており、キャビティ５を区画している。振動膜６の上に圧電素子７が配置されている。 The ink jet head 1 includes an actuator substrate 2, a nozzle substrate 3, and a protective substrate 4.
The actuator substrate 2 is made of, for example, a silicon substrate and defines a plurality of cavities 5. The actuator substrate 2 supports the vibration film 6 on the surface 2a. The vibrating membrane 6 forms the top wall of the cavity 5 and defines the cavity 5. A piezoelectric element 7 is disposed on the vibration film 6.

アクチュエータ基板２の裏面２ｂにノズル基板３が接合されている。ノズル基板３は、たとえばシリコン基板からなり、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに張り合わされ、アクチュエータ基板２および振動膜６とともに、キャビティ５を区画している。ノズル基板３は、キャビティ５に臨む凹部８を有し、凹部８の底面にインク吐出通路９が形成されている。インク吐出通路９は、ノズル基板３を貫通しており、キャビティ５とは反対側に吐出口を有している。したがって、キャビティ５の容積変化が生じると、キャビティ５に溜められたインクは、インク吐出通路９を通り、当該吐出口から吐出される。   The nozzle substrate 3 is bonded to the back surface 2 b of the actuator substrate 2. The nozzle substrate 3 is made of, for example, a silicon substrate, is bonded to the back surface 2 b of the actuator substrate 2, and defines the cavity 5 together with the actuator substrate 2 and the vibration film 6. The nozzle substrate 3 has a recess 8 facing the cavity 5, and an ink discharge passage 9 is formed on the bottom surface of the recess 8. The ink discharge passage 9 passes through the nozzle substrate 3 and has a discharge port on the side opposite to the cavity 5. Therefore, when the volume change of the cavity 5 occurs, the ink stored in the cavity 5 passes through the ink discharge passage 9 and is discharged from the discharge port.

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７を覆うように配置され、アクチュエータ基板２の表面２ａに、接着剤１０を介して接合されている。保護基板４は、アクチュエータ基板２の表面２ａに対向する対向面１１に収容凹所１２を有している。収容凹所１２内に複数のキャビティ５にそれぞれ対応する複数の圧電素子７が収容されている。   The protective substrate 4 is made of, for example, a silicon substrate. The protective substrate 4 is disposed so as to cover the piezoelectric element 7, and is bonded to the surface 2 a of the actuator substrate 2 via an adhesive 10. The protective substrate 4 has an accommodation recess 12 in an opposing surface 11 that faces the surface 2 a of the actuator substrate 2. A plurality of piezoelectric elements 7 respectively corresponding to the plurality of cavities 5 are housed in the housing recesses 12.

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。保護基板４を貫通するようにインク供給路１３が形成されている。保護基板４のインク供給路１３は、アクチュエータ基板２内のインク供給路１４に連通している。インク供給路１４は、キャビティ５に連通している。したがって、インク供給源であるインクタンク内のインクは、インク供給路１３，１４を通ってキャビティ５に供給される。   An ink tank (not shown) that stores ink is disposed on the protective substrate 4. An ink supply path 13 is formed so as to penetrate the protective substrate 4. The ink supply path 13 of the protection substrate 4 communicates with the ink supply path 14 in the actuator substrate 2. The ink supply path 14 communicates with the cavity 5. Therefore, the ink in the ink tank as an ink supply source is supplied to the cavity 5 through the ink supply paths 13 and 14.

インクジェットヘッド１の構成を、さらに具体的に説明する。
アクチュエータ基板２の表面２ａに振動膜形成層１５が形成されている。振動膜形成層１５において、キャビティ５の天壁を構成している部分、すなわち、キャビティ５を区画している部分が振動膜６である。
キャビティ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。アクチュエータ基板２には、複数のキャビティ５が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。なお、図１では、明瞭化のために３本のキャビティ５を表している。複数のキャビティ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。各キャビティ５は、平面視において、インク供給路１４からインク吐出通路９に向かうインク流通方向１６に沿って細長く延びた長方形形状を有している。インクタンク８からのインクが導かれるインク供給路１４は、キャビティ５の一端部において、共通インク通路１７に連通している。図１に示すように、複数のインク供給路１４が、共通インク通路１７に沿って間隔を開けて配列されている。インク供給路１４は、振動膜６（後述する下部電極１８、圧電体膜１９等、振動膜６上に配置される全ての膜）を貫通し、さらにアクチュエータ基板２を共通インク通路１７まで貫通して形成されている。 The configuration of the inkjet head 1 will be described more specifically.
A vibration film forming layer 15 is formed on the surface 2 a of the actuator substrate 2. In the vibration film forming layer 15, the part constituting the top wall of the cavity 5, that is, the part defining the cavity 5 is the vibration film 6.
In this embodiment, the cavity 5 is formed through the actuator substrate 2. In the actuator substrate 2, a plurality of cavities 5 extend in parallel to each other and are formed in a stripe shape. In FIG. 1, three cavities 5 are shown for the sake of clarity. The plurality of cavities 5 are formed at equal intervals with a minute interval (for example, about 30 μm to 350 μm) in the width direction thereof. Each of the cavities 5 has a rectangular shape elongated in the ink flow direction 16 from the ink supply path 14 toward the ink discharge path 9 in plan view. The ink supply path 14 through which the ink from the ink tank 8 is guided communicates with the common ink path 17 at one end of the cavity 5. As shown in FIG. 1, a plurality of ink supply paths 14 are arranged at intervals along the common ink path 17. The ink supply path 14 passes through the vibration film 6 (all films disposed on the vibration film 6 such as a lower electrode 18 and a piezoelectric film 19 described later), and further passes through the actuator substrate 2 to the common ink path 17. Is formed.

各キャビティ５は、振動膜６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。キャビティ５の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅Ｗ１は５５μｍ程度であってもよい。ノズル基板３のインク吐出通路９は、この実施形態では、キャビティ５の長手方向に関する他端部（インク供給路１４の反対側端部）付近に配置されている。   Each cavity 5 is partitioned by the vibration film 6, the actuator substrate 2, and the nozzle substrate 3, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape in this embodiment. The length of the cavity 5 may be, for example, about 800 μm, and its width W1 may be about 55 μm. In this embodiment, the ink discharge passage 9 of the nozzle substrate 3 is disposed in the vicinity of the other end portion (the opposite end portion of the ink supply passage 14) in the longitudinal direction of the cavity 5.

振動膜６は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）の単膜であってもよいし、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を積層した積層膜（ＳｉＮ／ＳｉＯ２）であってもよい。キャビティ５は、アクチュエータ基板２を貫通している必要はなく、圧電素子７側の一部を残すように下面側から掘り込んだ凹所であってもよい。この場合には、アクチュエータ基板２の残部は、振動膜６の一部を構成する。この明細書において、振動膜６とは、振動膜形成層１５のうちキャビティ５を区画している天壁部を意味している。 The vibration film 6 may be a single film of a silicon oxide film (SiO 2 ) or a laminated film (SiN / SiO 2 ) in which a silicon nitride film is stacked on a silicon oxide film. The cavity 5 does not need to penetrate the actuator substrate 2 and may be a recess dug from the lower surface side so as to leave a part on the piezoelectric element 7 side. In this case, the remaining part of the actuator substrate 2 constitutes a part of the vibration film 6. In this specification, the vibration film 6 means a top wall portion that defines the cavity 5 in the vibration film forming layer 15.

振動膜６の厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。振動膜６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。振動膜６が、シリコン層と酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体から構成される場合には、シリコン層、酸化シリコン層および窒化シリコン層の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。   The thickness of the vibration film 6 is, for example, 0.4 μm to 2 μm. When the vibration film 6 is composed of a silicon oxide film, the thickness of the silicon oxide film may be about 1.2 μm. In the case where the vibration film 6 is composed of a laminate of a silicon layer, a silicon oxide layer, and a silicon nitride layer, the thicknesses of the silicon layer, the silicon oxide layer, and the silicon nitride layer are about 0.4 μm, respectively. Also good.

振動膜６上に圧電素子７が配置されている。振動膜６と圧電素子７とによって、圧電アクチュエータ（圧電装置の一例）が構成されている。圧電素子７は、振動膜形成層１５上に形成された下部電極１８と、下部電極１８上に形成された圧電体膜１９と、圧電体膜１９上に形成された上部電極２０とを備えている。言い換えれば、圧電素子７は、圧電体膜１９を上部電極２０および下部電極１８で挟むことにより構成されている。   A piezoelectric element 7 is disposed on the vibration film 6. The vibration film 6 and the piezoelectric element 7 constitute a piezoelectric actuator (an example of a piezoelectric device). The piezoelectric element 7 includes a lower electrode 18 formed on the vibration film forming layer 15, a piezoelectric film 19 formed on the lower electrode 18, and an upper electrode 20 formed on the piezoelectric film 19. Yes. In other words, the piezoelectric element 7 is configured by sandwiching the piezoelectric film 19 between the upper electrode 20 and the lower electrode 18.

下部電極１８は、たとえば、Ｔｉ（チタン）層およびＰｔ（プラチナ）層を振動膜６側から順に積層した２層構造（Ｐｔ／Ｔｉ）を有していてもよい。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１８を形成することもできる。下部電極１８の厚さは、たとえば、圧電体膜１９の厚さの０．２倍以下であり、具体的には、０．２μｍ程度であってもよい。下部電極１８は、図２および図４に示すように、アクチュエータ基板２の表面２ａのほぼ全域にわたって形成されている。これにより、複数のキャビティ５は、共通の下部電極１８によって覆われている。下部電極１８は、キャビティ５上に配置された主電極部１８Ａと、キャビティ５の外方の領域まで延びた延長部１８Ｂとを有している。主電極部１８Ａは、振動膜６の上面に接している。インク供給路１４は、下部電極１８を貫通して形成されている。下部電極１８は、キャビティ５に連通するインク供給路１４を取り囲んでおり、インク供給路１４の内面の一部を形成している。つまり、下部電極１８は、インク供給路１４の内面で露出している。   The lower electrode 18 may have, for example, a two-layer structure (Pt / Ti) in which a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer are sequentially stacked from the vibration film 6 side. In addition, the lower electrode 18 may be formed of a single film such as an Au (gold) film, a Cr (chromium) layer, or a Ni (nickel) layer. The thickness of the lower electrode 18 is, for example, not more than 0.2 times the thickness of the piezoelectric film 19, and specifically may be about 0.2 μm. As shown in FIGS. 2 and 4, the lower electrode 18 is formed over almost the entire surface 2 a of the actuator substrate 2. Thereby, the plurality of cavities 5 are covered with the common lower electrode 18. The lower electrode 18 has a main electrode portion 18 </ b> A disposed on the cavity 5 and an extension portion 18 </ b> B extending to a region outside the cavity 5. The main electrode portion 18A is in contact with the upper surface of the vibration film 6. The ink supply path 14 is formed through the lower electrode 18. The lower electrode 18 surrounds the ink supply path 14 communicating with the cavity 5 and forms a part of the inner surface of the ink supply path 14. That is, the lower electrode 18 is exposed on the inner surface of the ink supply path 14.

圧電体膜１９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１９は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜１９の厚さは、１μｍ〜５μｍが好ましい。振動膜６の全体の厚さは、圧電体膜１９の厚さと同程度か、圧電体膜１９の厚さの２／３程度とすることが好ましい。圧電体膜１９は、下部電極１８と同様に、図２および図５に示すように、アクチュエータ基板２の表面２ａのほぼ全域にわたって形成されている。これにより、複数のキャビティ５は、共通の圧電体膜１９によって覆われている。圧電体膜１９は、キャビティ５上に配置された主要部１９Ａと、キャビティ５の外方の領域まで延びた延長部１９Ｂとを有している。主要部１９Ａは、下部電極１８の主電極部１８Ａの上面に接している。インク供給路１４は、圧電体膜１９を貫通して形成されている。圧電体膜１９は、キャビティ５に連通するインク供給路１４を取り囲んでおり、インク供給路１４の内面の一部を形成している。つまり、圧電体膜１９は、インク供給路１４の内面で露出している。 As the piezoelectric film 19, 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 applied. Such a piezoelectric film 19 is made of a sintered body of metal oxide crystals. The thickness of the piezoelectric film 19 is preferably 1 μm to 5 μm. The total thickness of the vibration film 6 is preferably about the same as the thickness of the piezoelectric film 19 or about 2/3 of the thickness of the piezoelectric film 19. Similar to the lower electrode 18, the piezoelectric film 19 is formed over almost the entire surface 2 a of the actuator substrate 2 as shown in FIGS. 2 and 5. Thereby, the plurality of cavities 5 are covered with the common piezoelectric film 19. The piezoelectric film 19 has a main portion 19 </ b> A disposed on the cavity 5 and an extension portion 19 </ b> B extending to a region outside the cavity 5. The main portion 19A is in contact with the upper surface of the main electrode portion 18A of the lower electrode 18. The ink supply path 14 is formed through the piezoelectric film 19. The piezoelectric film 19 surrounds the ink supply path 14 that communicates with the cavity 5, and forms a part of the inner surface of the ink supply path 14. That is, the piezoelectric film 19 is exposed on the inner surface of the ink supply path 14.

上部電極２０は、図１に示すように、各キャビティ５上に一つずつ設けられており、それぞれが、平面視で各キャビティ５に沿う帯状（長方形状）に形成されている。さらに、上部電極２０は、その全体が各キャビティ５の内方領域に制限されるように配置されている。上部電極２０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２０の厚さは、たとえば、圧電体膜１９の厚さの０．２倍以下であり、具体的には、０．２μｍ程度であってもよい。 As shown in FIG. 1, one upper electrode 20 is provided on each cavity 5, and each upper electrode 20 is formed in a strip shape (rectangular shape) along each cavity 5 in plan view. Further, the upper electrode 20 is disposed so that the entirety thereof is limited to the inner region of each cavity 5. Upper electrode 20 may be a single film of platinum (Pt), for example, a conductive oxide film (for example, IrO 2 (iridium oxide) film) and a metal film (for example, Ir (iridium) film) are laminated. You may have the laminated structure made. The thickness of the upper electrode 20 is, for example, not more than 0.2 times the thickness of the piezoelectric film 19, and may be specifically about 0.2 μm.

インクジェットヘッド１のその他の構成として、第１水素バリア膜２１および第２水素バリア膜２２が設けられている。下部電極１８（主電極部１８Ａおよび延長部１８Ｂ）の下面は、第１水素バリア膜２１によって覆われており、上部電極２０の表面および圧電体膜１９の延長部１９Ｂの表面は、第２水素バリア膜２２によって覆われている。第１および第２水素バリア膜２１，２２は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。これにより、圧電体膜１９の水素還元による特性劣化を防止することができる。第１および第２水素バリア膜２１，２２の厚さは、たとえば、８０ｎｍ程度である。 As another configuration of the inkjet head 1, a first hydrogen barrier film 21 and a second hydrogen barrier film 22 are provided. The lower surface of the lower electrode 18 (main electrode portion 18A and extension portion 18B) is covered with the first hydrogen barrier film 21, and the surface of the upper electrode 20 and the surface of the extension portion 19B of the piezoelectric film 19 are second hydrogen. Covered by the barrier film 22. The first and second hydrogen barrier films 21 and 22 are made of, for example, Al 2 O 3 (alumina). Thereby, characteristic deterioration due to hydrogen reduction of the piezoelectric film 19 can be prevented. The thickness of the first and second hydrogen barrier films 21 and 22 is, for example, about 80 nm.

第２水素バリア膜２２上には、層間膜２３が積層されている。層間膜２３は、たとえば、ＳｉＯ２からなる。層間膜２３の厚さは、たとえば、５００ｎｍ程度である。
層間膜２３上に配線膜２４が形成されている。配線膜２４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。配線膜２４の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ程度である。配線膜２４は、上部配線２５、下部配線２６およびダミー配線２７を含む。 An interlayer film 23 is stacked on the second hydrogen barrier film 22. The interlayer film 23 is made of, for example, SiO 2 . The thickness of the interlayer film 23 is, for example, about 500 nm.
A wiring film 24 is formed on the interlayer film 23. The wiring film 24 may be made of a metal material containing Al (aluminum). The thickness of the wiring film 24 is about 1000 nm, for example. The wiring film 24 includes an upper wiring 25, a lower wiring 26 and a dummy wiring 27.

上部配線２５の一端部は、上部電極２０の一端部の上方に配置されている。上部配線２５と上部電極２０との間において、第２水素バリア膜２２および層間膜２３を連続して貫通する貫通孔（コンタクト孔）２８が形成されている。上部配線２５の一端部は、貫通孔２８に入り込み、貫通孔２８内で上部電極２０に接続されている。つまり、上部配線２５は、上部電極２０の上方から、キャビティ５の外縁を横切ってキャビティ５の外方領域に亘って延びている。   One end portion of the upper wiring 25 is disposed above one end portion of the upper electrode 20. A through hole (contact hole) 28 is formed between the upper wiring 25 and the upper electrode 20 so as to continuously penetrate the second hydrogen barrier film 22 and the interlayer film 23. One end of the upper wiring 25 enters the through hole 28 and is connected to the upper electrode 20 in the through hole 28. That is, the upper wiring 25 extends from above the upper electrode 20 across the outer edge of the cavity 5 and over the outer region of the cavity 5.

下部配線２６は、平面視においてキャビティ５の外方領域に配置されており、キャビティ５に対向しないようになっている。つまり、下部配線２６は、キャビティ５の外方領域で、下部電極１８の延長部１８Ｂに対向している。下部配線２６と下部電極１８の延長部１８Ｂとの間において、圧電体膜１９、第２水素バリア膜２２および層間膜２３を連続して貫通する貫通孔（コンタクト孔）２９が形成されている。この実施形態では、貫通孔２９は、各キャビティ５の延長線上に一つずつ形成されている。下部配線２６は、複数の貫通孔２９に入り込み、貫通孔２９内で下部電極１８の延長部１８Ｂに接続されている。貫通孔２９が圧電体膜１９を貫通することで、言い換えれば、下部電極１８に対する下部配線２６のコンタクト部が、図５に示すように、圧電体膜１９に取り囲まれている。圧電体膜１９は、貫通孔２９の内面の一部を形成しており、貫通孔２９内で下部配線２６に接している。   The lower wiring 26 is arranged in an outer region of the cavity 5 in a plan view and does not face the cavity 5. That is, the lower wiring 26 is opposed to the extension 18 </ b> B of the lower electrode 18 in the outer region of the cavity 5. A through hole (contact hole) 29 that continuously penetrates the piezoelectric film 19, the second hydrogen barrier film 22, and the interlayer film 23 is formed between the lower wiring 26 and the extension 18 </ b> B of the lower electrode 18. In this embodiment, one through hole 29 is formed on the extension line of each cavity 5. The lower wiring 26 enters the plurality of through holes 29 and is connected to the extension 18 </ b> B of the lower electrode 18 in the through holes 29. When the through hole 29 penetrates the piezoelectric film 19, in other words, the contact portion of the lower wiring 26 with respect to the lower electrode 18 is surrounded by the piezoelectric film 19 as shown in FIG. The piezoelectric film 19 forms a part of the inner surface of the through hole 29 and is in contact with the lower wiring 26 in the through hole 29.

ダミー配線２７は、上部配線２５および下部配線２６のいずれにも、電気的に接続されておらず、電気的に絶縁された配線膜である。この実施形態では、ダミー配線２７は、図１に示すように、インク供給路１４を取り囲む環状に形成されている。より具体的には、ダミー配線２７は、インク供給路１４の内面で露出しないように、インク供給路１４から一定の距離を開けた離れた位置に内周縁を有している。   The dummy wiring 27 is an electrically insulated wiring film that is not electrically connected to either the upper wiring 25 or the lower wiring 26. In this embodiment, the dummy wiring 27 is formed in an annular shape surrounding the ink supply path 14 as shown in FIG. More specifically, the dummy wiring 27 has an inner peripheral edge at a position away from the ink supply path 14 by a certain distance so as not to be exposed on the inner surface of the ink supply path 14.

配線膜２４を覆うように、パッシベーション膜３０が設けられている。パッシベーション膜３０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３０の厚さは、たとえば、圧電体膜１９の厚さの０．５倍以上であり、具体的には、８５０ｎｍ程度であってもよい。パッシベーション膜３０には、上部配線２５および下部配線２６の一部をパッドとして露出させるパッド開口３１，３２が形成されている。パッド開口３１は、平面視においてキャビティ５の外方領域に形成されており、たとえば、上部配線２５の先端部（上部電極２０へのコンタクト部の反対側端部）に形成されている。パッド開口３２は、たとえば、下部配線２６の複数のコンタクト部（貫通孔２９）を覆うように形成されている。   A passivation film 30 is provided so as to cover the wiring film 24. The passivation film 30 is made of, for example, SiN (silicon nitride). The thickness of the passivation film 30 is, for example, 0.5 times or more the thickness of the piezoelectric film 19, and may be specifically about 850 nm. In the passivation film 30, pad openings 31 and 32 are formed to expose part of the upper wiring 25 and the lower wiring 26 as pads. The pad opening 31 is formed in an outer region of the cavity 5 in a plan view, and is formed, for example, at a tip portion of the upper wiring 25 (an end portion on the opposite side of the contact portion to the upper electrode 20). The pad opening 32 is formed so as to cover a plurality of contact portions (through holes 29) of the lower wiring 26, for example.

第２水素バリア膜２２、層間膜２３およびパッシベーション膜３０には、開口３３が形成されている。開口３３から、上部電極２０の表面の一部が露出している。この実施形態では、図１に示すように、上部電極２０の中央部が開口３３から選択的に露出するように、上部電極２０の周縁部が第２水素バリア膜２２によって覆われている。上部電極２０に接していない膜（この実施形態では、層間膜２３およびパッシベーション膜３０）の開口３３の外縁は、図２に示すように、上部電極２０の外方領域に設定されていてもよい。   An opening 33 is formed in the second hydrogen barrier film 22, the interlayer film 23, and the passivation film 30. A part of the surface of the upper electrode 20 is exposed from the opening 33. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the peripheral portion of the upper electrode 20 is covered with the second hydrogen barrier film 22 so that the central portion of the upper electrode 20 is selectively exposed from the opening 33. The outer edge of the opening 33 of the film not in contact with the upper electrode 20 (in this embodiment, the interlayer film 23 and the passivation film 30) may be set in an outer region of the upper electrode 20, as shown in FIG. .

保護基板４には、パッド開口３１およびパッド開口３２を包含するアクチュエータ基板２上のパッド領域を露出させる貫通孔３４，３５が形成されている。
圧電素子７は、振動膜６を挟んでキャビティ５に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子７は、振動膜６のキャビティ５とは反対側の表面に接するように形成されている。アクチュエータ基板２上に振動膜形成層１５が形成されており、この振動膜形成層１５においてキャビティ５の周囲の部分によって振動膜６が支持されている。こうして、振動膜６は、アクチュエータ基板２に支持されている。振動膜６は、キャビティ５に対向する方向（換言すれば振動膜６の厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。 The protective substrate 4 is formed with through holes 34 and 35 that expose the pad region on the actuator substrate 2 including the pad opening 31 and the pad opening 32.
The piezoelectric element 7 is formed at a position facing the cavity 5 with the vibration film 6 interposed therebetween. That is, the piezoelectric element 7 is formed so as to be in contact with the surface of the vibration film 6 on the side opposite to the cavity 5. A vibration film forming layer 15 is formed on the actuator substrate 2, and the vibration film 6 is supported by a portion around the cavity 5 in the vibration film forming layer 15. Thus, the vibration film 6 is supported on the actuator substrate 2. The vibrating membrane 6 is flexible so as to be deformable in a direction facing the cavity 5 (in other words, in the thickness direction of the vibrating membrane 6).

そして、駆動ＩＣ（図示せず）から圧電素子７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１９が変形する。これにより、圧電素子７とともに振動膜６が変形し、それによって、キャビティ５の容積変化がもたらされ、キャビティ５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９を通って、吐出口から微小液滴となって吐出される。   When a driving voltage is applied to the piezoelectric element 7 from a driving IC (not shown), the piezoelectric film 19 is deformed by the inverse piezoelectric effect. Thereby, the vibrating membrane 6 is deformed together with the piezoelectric element 7, thereby causing a volume change of the cavity 5 and pressurizing the ink in the cavity 5. The pressurized ink passes through the ink discharge passage 9 and is discharged as fine droplets from the discharge port.

インクジェットヘッド１の構成に関して、さらに以下の説明を加える。
（１）振動膜６および圧電体膜１９の内部応力
この実施形態では、振動膜６が圧縮応力を有し、圧電体膜１９が引張応力を有している。たとえば、振動膜６の圧縮応力が−３００ＭＰａ〜−１００ＭＰａであり、圧電体膜１９の引張応力が１００ＭＰａ〜３００ＭＰａである。これにより、振動膜６および圧電体膜１９の平均応力の絶対値が、１００ＭＰａ以下となっている。平均応力は、圧電体膜１９の引張応力を正の値、振動膜６の圧縮応力を負の値として、これらの値の平均値を求めることによって算出できる。 The following description will be further added regarding the configuration of the inkjet head 1.
(1) Internal stress of vibration film 6 and piezoelectric film 19 In this embodiment, the vibration film 6 has a compressive stress and the piezoelectric film 19 has a tensile stress. For example, the compressive stress of the vibration film 6 is −300 MPa to −100 MPa, and the tensile stress of the piezoelectric film 19 is 100 MPa to 300 MPa. Thereby, the absolute value of the average stress of the vibration film 6 and the piezoelectric film 19 is 100 MPa or less. The average stress can be calculated by obtaining an average value of these values, assuming that the tensile stress of the piezoelectric film 19 is a positive value and the compressive stress of the vibration film 6 is a negative value.

さらに、アクチュエータ基板２から見て振動膜６よりも上側に配置された圧電体膜１９を含む複数の上層膜（たとえば、第１水素バリア膜２１、圧電体膜１９、第２水素バリア膜２２、層間膜２３およびパッシベーション膜３０）を考慮して、当該上層膜と振動膜６との平均応力の絶対値は、たとえば、５０ＭＰａ以下であってもよい。
（２）インク供給路１３の掘り込み部３７
図２および図６に示すように、保護基板４には、インク供給路１３を構成する貫通孔３６が形成されており、さらに、保護基板４の対向面１１には、貫通孔３６に連通する掘り込み部３７が形成されている。掘り込み部３７は、貫通孔３６を取り囲んで貫通孔３６の端部に幅広部を形成している。この実施形態では、貫通孔３６は、平面視において、円形に形成されており、掘り込み部３７も同様に、貫通孔３６と同心で貫通孔３６よりも大きな径を有する円形に形成されている。したがって、掘り込み部３７によって、貫通孔３６は、保護基板４の対向面１１から順に、大径部３８および小径部３９を有している。大径部３８における貫通孔３６の開口径が、小径部３９の開口径よりも大きい。 Further, a plurality of upper layer films (for example, a first hydrogen barrier film 21, a piezoelectric film 19, a second hydrogen barrier film 22, and the like) including the piezoelectric film 19 disposed above the vibration film 6 when viewed from the actuator substrate 2. In consideration of the interlayer film 23 and the passivation film 30), the absolute value of the average stress between the upper layer film and the vibration film 6 may be, for example, 50 MPa or less.
(2) The digging portion 37 of the ink supply path 13
As shown in FIGS. 2 and 6, the protective substrate 4 is formed with a through hole 36 that constitutes the ink supply path 13, and further, the opposing surface 11 of the protective substrate 4 communicates with the through hole 36. A digging portion 37 is formed. The digging portion 37 surrounds the through hole 36 and forms a wide portion at the end of the through hole 36. In this embodiment, the through hole 36 is formed in a circular shape in plan view, and the digging portion 37 is also formed in a circular shape that is concentric with the through hole 36 and has a larger diameter than the through hole 36. . Therefore, the through hole 36 has a large diameter portion 38 and a small diameter portion 39 in order from the facing surface 11 of the protective substrate 4 due to the digging portion 37. The opening diameter of the through hole 36 in the large diameter portion 38 is larger than the opening diameter of the small diameter portion 39.

小径部３９および大径部３８は、保護基板４の厚さ方向途中に配置された段差面４０を介して連なっている。この段差面４０は、貫通孔３６のインク流通方向（長手方向）を交差する方向に延びており、保護基板４の厚さ方向ほぼ中央に配置されている。これにより、貫通孔３６は、断面視において、対向面１１からその反対側の面へ向かって細くなる漏斗状に形成されている、また、段差面４０は、図６に示すように、保護基板４の対向面１１の法線方向から見て、小径部３８を取り囲む環状に形成されている。
（３）保護基板４における貫通孔３４〜３６の開口径の相違
保護基板４に形成された貫通孔３４〜３６の開口径は、互いに異なっている。たとえば、インク供給路１３となる貫通孔３６の径Ｄ１を基準とすると、貫通孔３４の径Ｄ２および貫通孔３５の径Ｄ３は、径Ｄ１に比べて大きい。なお、図２では、説明の便宜上、貫通孔３６の小径部３９の径を径Ｄ１としているが、径Ｄ１が大径部３８の径と定義するときでも、径Ｄ１>径Ｄ２，Ｄ３の関係は維持される。 The small-diameter portion 39 and the large-diameter portion 38 are connected via a stepped surface 40 disposed in the middle of the protective substrate 4 in the thickness direction. The step surface 40 extends in a direction that intersects the ink distribution direction (longitudinal direction) of the through hole 36 and is disposed substantially at the center of the protective substrate 4 in the thickness direction. Thereby, the through-hole 36 is formed in a funnel shape that narrows from the opposing surface 11 toward the opposite surface in a cross-sectional view, and the stepped surface 40 has a protective substrate as shown in FIG. 4 is formed in an annular shape surrounding the small diameter portion 38 when viewed from the normal direction of the opposing surface 11.
(3) Difference in Opening Diameter of Through Holes 34 to 36 in the Protection Substrate 4 The opening diameters of the through holes 34 to 36 formed in the protection substrate 4 are different from each other. For example, on the basis of the diameter D1 of the through hole 36 serving as the ink supply path 13, the diameter D2 of the through hole 34 and the diameter D3 of the through hole 35 are larger than the diameter D1. In FIG. 2, the diameter of the small diameter portion 39 of the through hole 36 is set as the diameter D1 for convenience of explanation. Even when the diameter D1 is defined as the diameter of the large diameter portion 38, the relationship of diameter D1> diameters D2 and D3. Is maintained.

この実施形態では、保護基板４の厚さが、２００μｍ〜５００μｍであり、貫通孔３６の径Ｄ１は、３０μｍ〜５０μｍである。一方、貫通孔３４の径Ｄ２は、３００μｍ〜１５００μｍであり、貫通孔３５の径Ｄ３は、３００μｍ〜１５００μｍである。この結果、貫通孔３６のアスペクト比（開口深さ（保護基板４の厚さ）／開口径）は、貫通孔３４，３５のアスペクト比よりも大きくなる。たとえば、貫通孔３６のアスペクト比は、貫通孔３４，３５のアスペクト比の１０倍以上である。
（４）上部配線２５の総幅が上部電極２０の幅以上であること
図１および図３に示すように、上部配線２５は、上部電極２０の幅Ｗ２以上の総幅を有している。総幅は、図１のように各上部配線２５が１つの配線膜で構成されている場合には、当該上部配線２５自体の幅である。 In this embodiment, the thickness of the protective substrate 4 is 200 μm to 500 μm, and the diameter D1 of the through hole 36 is 30 μm to 50 μm. On the other hand, the diameter D2 of the through hole 34 is 300 μm to 1500 μm, and the diameter D3 of the through hole 35 is 300 μm to 1500 μm. As a result, the aspect ratio (opening depth (thickness of the protective substrate 4) / opening diameter) of the through hole 36 is larger than the aspect ratio of the through holes 34 and 35. For example, the aspect ratio of the through hole 36 is 10 times or more the aspect ratio of the through holes 34 and 35.
(4) The total width of the upper wiring 25 is equal to or larger than the width of the upper electrode 20 As shown in FIGS. 1 and 3, the upper wiring 25 has a total width equal to or larger than the width W2 of the upper electrode 20. The total width is the width of the upper wiring 25 itself when each upper wiring 25 is formed of one wiring film as shown in FIG.

上部配線２５は、インクジェットヘッド１の可動部と非可動部との境界領域４３（つまり、キャビティ５の外縁）を横切る第１領域４１と、キャビティ５の外方領域に敷設された第２領域４２とを一体的に含む。この実施形態では、第１領域４１および第２領域４２が共に、上部電極２０の幅Ｗ２以上の幅Ｗ３，Ｗ４を有している。一方、第１領域４１の幅Ｗ３は、キャビティ５の幅Ｗ１よりも大きくなっているが、第２領域４２の幅Ｗ４は、キャビティ５の幅Ｗ１よりも小さい。すなわち、上部配線２５は、図１の構成では、境界領域４３を横切る領域に幅広部を有し、キャビティ５の外方領域に幅狭部を有している。上部配線２５の第１領域４１の幅Ｗ３は、たとえば、７５μｍ〜８５μｍであり、第２領域４２の幅Ｗ２は、たとえば、１０μｍ〜２５μｍである。   The upper wiring 25 includes a first region 41 that crosses the boundary region 43 (that is, the outer edge of the cavity 5) between the movable portion and the non-movable portion of the inkjet head 1, and a second region 42 that is laid in the outer region of the cavity 5. And integrated. In this embodiment, both the first region 41 and the second region 42 have widths W3 and W4 that are equal to or greater than the width W2 of the upper electrode 20. On the other hand, the width W 3 of the first region 41 is larger than the width W 1 of the cavity 5, but the width W 4 of the second region 42 is smaller than the width W 1 of the cavity 5. That is, the upper wiring 25 has a wide portion in a region crossing the boundary region 43 and a narrow portion in an outer region of the cavity 5 in the configuration of FIG. The width W3 of the first region 41 of the upper wiring 25 is, for example, 75 μm to 85 μm, and the width W2 of the second region 42 is, for example, 10 μm to 25 μm.

また、図３に示すように、上部電極２０がキャビティ５の内方領域に制限されるように配置されていることから、上部電極２０の幅方向両側には、上部電極２０の厚さによって段差が形成されている。そして、上部配線２５は、この段差を覆うことで、キャビティ５の外方領域において、当該段差に引っ掛かるように形成された脚部４４を有している。
図７Ａ〜図７Ｓは、インクジェットヘッド１の製造工程を説明するための図である。図７Ａ〜図７Ｓは、図２に対応するインクジェットヘッド１の断面を示している。 In addition, as shown in FIG. 3, since the upper electrode 20 is disposed so as to be limited to the inner region of the cavity 5, there is a step depending on the thickness of the upper electrode 20 on both sides in the width direction of the upper electrode 20. Is formed. The upper wiring 25 has a leg portion 44 that is formed so as to be caught by the step in the outer region of the cavity 5 by covering the step.
7A to 7S are diagrams for explaining the manufacturing process of the inkjet head 1. 7A to 7S show cross sections of the inkjet head 1 corresponding to FIG.

インクジェットヘッド１の製造工程は、大きく分けて、図７Ａ〜図７Ｉに示す保護基板４の準備工程と、図７Ｊ〜図７Ｑに示すアクチュエータ基板２の準備工程と、図７Ｒ〜図７Ｓに示すその他の工程とを含む。以下では、保護基板４の準備工程を説明した後にアクチュエータ基板２の準備工程を説明するが、これらの工程は、互いに順序が逆であってもよい。   The manufacturing process of the inkjet head 1 is roughly divided into a preparation process of the protective substrate 4 shown in FIGS. 7A to 7I, a preparation process of the actuator substrate 2 shown in FIGS. 7J to 7Q, and the other shown in FIGS. 7R to 7S. These steps are included. Hereinafter, the preparation process of the actuator substrate 2 will be described after the preparation process of the protective substrate 4 is described. However, the order of these processes may be reversed.

まず、図７Ａに示すように、たとえば４００μｍ厚さの保護基板４（シリコン基板）が準備され、図７Ｂに示すように、保護基板４の表面に熱酸化膜４５（たとえば、１５０００Å厚さ）が形成される。
次に、図７Ｃに示すように、熱酸化膜４５をパターニングすることによって、貫通孔３６を形成すべき領域に開口が形成される。そして、この熱酸化膜４５をマスクとするドライエッチングによって、保護基板４の厚さ方向途中（ほぼ中央位置）まで穴部４６が形成される。この穴部４６は、最終的に貫通孔３６の小径部３９となる部分である。 First, as shown in FIG. 7A, for example, a protective substrate 4 (silicon substrate) having a thickness of 400 μm is prepared, and as shown in FIG. 7B, a thermal oxide film 45 (for example, 15000 mm thick) is formed on the surface of the protective substrate 4. It is formed.
Next, as shown in FIG. 7C, an opening is formed in a region where the through hole 36 is to be formed by patterning the thermal oxide film 45. Then, by dry etching using the thermal oxide film 45 as a mask, the hole 46 is formed halfway in the thickness direction of the protective substrate 4 (substantially at the center position). The hole portion 46 is a portion that finally becomes the small diameter portion 39 of the through hole 36.

次に、図７Ｄに示すように、保護基板４の裏面（最終的に対向面１１となる面）に、たとえばプラズマＣＶＤによって、酸化膜４７が形成される。次に、酸化膜４７上に、収容凹所１２および貫通孔３４〜３６に形成すべき領域に開口を有するレジスト膜４８が形成される。そして、このレジスト膜４８をマスクとするドライエッチングによって、酸化膜４７が選択的に除去される。その後、レジスト膜４８が除去される。   Next, as shown in FIG. 7D, an oxide film 47 is formed on the back surface of the protective substrate 4 (the surface that will eventually become the opposing surface 11) by, for example, plasma CVD. Next, a resist film 48 having an opening in a region to be formed in the accommodation recess 12 and the through holes 34 to 36 is formed on the oxide film 47. Then, the oxide film 47 is selectively removed by dry etching using the resist film 48 as a mask. Thereafter, the resist film 48 is removed.

次に、図７Ｅに示すように、保護基板４の表面に、支持基板４９（たとえば、４００μｍ厚さのシリコン基板）が接着される。保護基板４は、支持基板４９によって支持される。次に、酸化膜４７を覆うように保護基板４の裏面にレジスト膜５０が形成される。レジスト膜５０は、酸化膜４７の複数の開口に埋め込まれた部分のうち、貫通孔３４〜３６に対応する部分が選択的に除去される。   Next, as shown in FIG. 7E, a support substrate 49 (for example, a 400 μm thick silicon substrate) is bonded to the surface of the protective substrate 4. The protective substrate 4 is supported by a support substrate 49. Next, a resist film 50 is formed on the back surface of the protective substrate 4 so as to cover the oxide film 47. In the resist film 50, portions corresponding to the through holes 34 to 36 among the portions embedded in the plurality of openings of the oxide film 47 are selectively removed.

次に、図７Ｆに示すように、レジスト膜５０および酸化膜４７をマスクとするドライエッチングによって、保護基板４が裏面から選択的に除去される。エッチングの開始位置は、貫通孔３４〜３６に対応する箇所である。穴部４６の反対側の領域からのエッチングによって、当該エッチングが穴部４６の底部に達した時点で貫通孔３６（掘り込み部３７）が形成される。この際、裏面からのエッチングは、貫通孔３６の大径部３８の径で行われる。一方、貫通孔３６以外の領域では、貫通孔３６のためのエッチングよりも大きな径で保護基板４がエッチングされるので、保護基板４の裏面から表面まで一気に到達する貫通孔３４，３５が、穴部４６の開通と同時に形成される。その後、レジスト膜５０が除去される。   Next, as shown in FIG. 7F, the protective substrate 4 is selectively removed from the back surface by dry etching using the resist film 50 and the oxide film 47 as a mask. Etching start positions are locations corresponding to the through holes 34 to 36. Through holes 36 (digging portions 37) are formed when the etching reaches the bottom of the hole 46 by etching from the region opposite to the hole 46. At this time, the etching from the back surface is performed with the diameter of the large diameter portion 38 of the through hole 36. On the other hand, in the region other than the through hole 36, the protective substrate 4 is etched with a larger diameter than the etching for the through hole 36, so that the through holes 34 and 35 that reach from the back surface to the surface of the protective substrate 4 at once are holes. It is formed simultaneously with the opening of the portion 46. Thereafter, the resist film 50 is removed.

次に、図７Ｇに示すように、保護基板４が裏面から選択的に除去されることによって、収容凹所１２が形成される。
次に、図７Ｈに示すように、支持基板４９が取り外される。
次に、図７Ｉに示すように、保護基板４の表裏面を覆っていた酸化膜４５，４７が除去される。これにより、アクチュエータ基板２の取り付けられる保護基板４の準備が完了する。 Next, as shown in FIG. 7G, the accommodation recess 12 is formed by selectively removing the protective substrate 4 from the back surface.
Next, as shown in FIG. 7H, the support substrate 49 is removed.
Next, as shown in FIG. 7I, the oxide films 45 and 47 covering the front and back surfaces of the protective substrate 4 are removed. Thereby, the preparation of the protective substrate 4 to which the actuator substrate 2 is attached is completed.

一方、アクチュエータ基板２の準備工程は、次の通りである。まず、図７Ｊに示すように、たとえば６２５μｍ厚さのアクチュエータ基板２（シリコン基板）が準備され、その表面２ａに、振動膜形成層１５が形成される。振動膜形成層１５は、たとえば、プラズマＣＶＤによって形成される。
次に、振動膜形成層１５上に、第１水素バリア膜２１（たとえば、８０ｎｍ厚さ）が形成される。第１水素バリア膜２１は、たとえば、スパッタ法によって形成される。第１水素バリア膜２１の形成後、下部電極１８、圧電体膜１９および上部電極２０が順に形成される。下部電極１８および上部電極２０は、たとえば、スパッタ法によって形成され、圧電体膜１９は、たとえば、ゾルゲル法によって形成されるが、スパッタ法によって形成してもよい。 On the other hand, the preparation process of the actuator substrate 2 is as follows. First, as shown in FIG. 7J, for example, an actuator substrate 2 (silicon substrate) having a thickness of 625 μm is prepared, and a vibration film forming layer 15 is formed on the surface 2a. The vibration film forming layer 15 is formed by, for example, plasma CVD.
Next, a first hydrogen barrier film 21 (for example, 80 nm thick) is formed on the vibration film forming layer 15. The first hydrogen barrier film 21 is formed by, for example, a sputtering method. After the formation of the first hydrogen barrier film 21, the lower electrode 18, the piezoelectric film 19 and the upper electrode 20 are formed in order. The lower electrode 18 and the upper electrode 20 are formed by, for example, a sputtering method, and the piezoelectric film 19 is formed by, for example, a sol-gel method, but may be formed by a sputtering method.

圧電体膜１９のゾルゲル法では、ＰＺＴを含む前駆体溶液の塗布膜をゲル化させて形成されるゲル化膜を、下部電極１８上に１または複数枚積層した後に熱処理して本焼成させる本焼成工程を行って圧電体膜１９を形成する。ゾルゲル法は、通常、高温条件下（たとえば、本焼成工程では、７００℃程度）で行われ、その後、膜が冷却される。この冷却の際に膜が収縮するため、圧電体膜１９は、引張応力を有することになる。   In the sol-gel method of the piezoelectric film 19, a film in which a coating film of a precursor solution containing PZT is gelled is formed by laminating one or a plurality of gelled films on the lower electrode 18, followed by heat treatment and main firing. A piezoelectric film 19 is formed by performing a firing process. The sol-gel method is usually performed under high temperature conditions (for example, about 700 ° C. in the main baking step), and then the film is cooled. Since the film contracts during this cooling, the piezoelectric film 19 has a tensile stress.

その後、上部電極２０が所定の最終形状となるように、選択的にエッチングされる。こうして、圧電素子７が形成される。
次に、図７Ｋに示すように、圧電素子７を覆うように、第２水素バリア膜２２および層間膜２３が順に形成される。続いて、層間膜２３および第２水素バリア膜２２が連続してエッチングされることによって、貫通孔２８，２９が形成される。 Thereafter, the upper electrode 20 is selectively etched so as to have a predetermined final shape. Thus, the piezoelectric element 7 is formed.
Next, as shown in FIG. 7K, a second hydrogen barrier film 22 and an interlayer film 23 are formed in order so as to cover the piezoelectric element 7. Subsequently, the interlayer film 23 and the second hydrogen barrier film 22 are continuously etched, whereby the through holes 28 and 29 are formed.

次に、図７Ｌに示すように、層間膜２３上に、ＴｉＮ膜（たとえば、５０ｎｍ厚さ）を成膜した後、スパッタ法によって、配線膜２４が形成される。その後、配線膜２４をパターニングすることによって、上部配線２５、下部配線２６およびダミー配線２７が同時に形成される。
次に、図７Ｍに示すように、配線膜２４を覆うパッシベーション膜３０が形成される。パッシベーション膜３０は、たとえば、プラズマＣＶＤによって形成される。 Next, as shown in FIG. 7L, after forming a TiN film (for example, 50 nm thick) on the interlayer film 23, the wiring film 24 is formed by sputtering. Thereafter, by patterning the wiring film 24, the upper wiring 25, the lower wiring 26 and the dummy wiring 27 are formed simultaneously.
Next, as shown in FIG. 7M, a passivation film 30 covering the wiring film 24 is formed. The passivation film 30 is formed by, for example, plasma CVD.

次に、図７Ｎに示すように、パッシベーション膜３０が選択的にエッチングされることによって、パッド開口３１，３２が形成される。
次に、図７Ｏおよび図７Ｐに示すように、上部電極２０上のパッシベーション膜３０および層間膜２３が連続してエッチングされた後、第２水素バリア膜２２が選択的にエッチングされる。これにより、開口３３が形成される。 Next, as shown in FIG. 7N, pad openings 31 and 32 are formed by selectively etching the passivation film 30.
Next, as shown in FIGS. 7O and 7P, after the passivation film 30 and the interlayer film 23 on the upper electrode 20 are continuously etched, the second hydrogen barrier film 22 is selectively etched. Thereby, the opening 33 is formed.

次に、図７Ｑに示すように、アクチュエータ基板２上の複数の膜が連続してエッチングされる。これにより、圧電体膜１９および下部電極１８（延長部１８Ｂ）を貫通するインク供給路１４が形成される。
次に、図７Ｒに示すように、次に、保護基板４の対向面１１を上方に向けた姿勢で当該対向面１１に接着剤１０が塗布され、インク供給路１３とインク供給路１４とが一致するように、アクチュエータ基板２が上側から保護基板４に固定される。次に、アクチュエータ基板２が裏面２ａから研削されることによって薄化（たとえば、６２５μｍ→１００μｍ）された後、裏面２ａからの選択的なエッチングによってキャビティ５が形成される。 Next, as shown in FIG. 7Q, the plurality of films on the actuator substrate 2 are continuously etched. Thereby, the ink supply path 14 penetrating the piezoelectric film 19 and the lower electrode 18 (extension portion 18B) is formed.
Next, as shown in FIG. 7R, the adhesive 10 is applied to the facing surface 11 with the facing surface 11 of the protective substrate 4 facing upward, and the ink supply path 13 and the ink supply path 14 are separated. The actuator substrate 2 is fixed to the protective substrate 4 from above so as to match. Next, after the actuator substrate 2 is thinned by grinding from the back surface 2a (for example, 625 μm → 100 μm), the cavity 5 is formed by selective etching from the back surface 2a.

その後、図７Ｓに示すように、アクチュエータ基板２のキャビティ―５を覆うように、ノズル基板３が、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに固定される。以上の工程を経て、インクジェットヘッド１が得られる。
＜作用効果＞
（１）圧電体膜１９のパターンに関する作用効果
この実施形態では、たとえば図５に示すように、圧電体膜１９がアクチュエータ基板２の表面２ａのほぼ全域に形成されていて、圧電体膜１９の形成領域がキャビティ５の内方領域に制限されていない。圧電体膜１９が形成されていない領域は、インク供給路１４および下部配線２６のコンタクト部（貫通孔２９）だけである。しかも、これらの除去領域は、インク供給路１４および貫通孔２９を形成するときのエッチング（図７Ｋ、図７Ｐ）によって形成できる。したがって、圧電体膜１９をパターニングする必要がない。たとえ圧電体膜１９のパターンがアクチュエータ基板２の表面２ａの全域でなくても、キャビティ５全体を覆う領域に亘って延びるパターンであれば、サイズが大きく精密なエッチング精度が要求されないので、圧電体膜１９のパターニング時、圧電体膜１９を簡単に加工（エッチング）することができる。これにより、インクジェットヘッド１の歩留まりを向上させることができる。また、圧電体膜１９の周縁が、少なくともキャビティ５の外方の領域（つまり、圧電素子７の可動部の外方の領域）に設定されていれば、圧電体膜１９の周縁がエッチングによってダメージを受けていても、当該ダメージによる圧電素子７の耐圧の低下を防止することができる。 Thereafter, as shown in FIG. 7S, the nozzle substrate 3 is fixed to the back surface 2 b of the actuator substrate 2 so as to cover the cavity 5 of the actuator substrate 2. Through the above steps, the inkjet head 1 is obtained.
<Effect>
(1) Operational Effect Regarding Pattern of Piezoelectric Film 19 In this embodiment, as shown in FIG. 5, for example, the piezoelectric film 19 is formed almost over the entire surface 2a of the actuator substrate 2, and the piezoelectric film 19 The formation region is not limited to the inner region of the cavity 5. The area where the piezoelectric film 19 is not formed is only the contact portion (through hole 29) of the ink supply path 14 and the lower wiring 26. Moreover, these removal regions can be formed by etching (FIGS. 7K and 7P) when the ink supply path 14 and the through hole 29 are formed. Therefore, there is no need to pattern the piezoelectric film 19. Even if the pattern of the piezoelectric film 19 is not the entire surface 2 a of the actuator substrate 2, if the pattern extends over the region covering the entire cavity 5, the size is large and precise etching accuracy is not required. When the film 19 is patterned, the piezoelectric film 19 can be easily processed (etched). Thereby, the yield of the inkjet head 1 can be improved. Further, if the periphery of the piezoelectric film 19 is set at least in the region outside the cavity 5 (that is, the region outside the movable portion of the piezoelectric element 7), the periphery of the piezoelectric film 19 is damaged by etching. Even if it receives, the fall of the proof pressure of the piezoelectric element 7 by the said damage can be prevented.

なお、この実施形態では、圧電体膜１９がインク供給路１４の側面に露出するが、そのインク供給路１４の形成領域は圧電素子７の可動部ではないため、当該圧電体膜１９の露出が圧電性能へ悪影響を及ぼすことはない。
（２）振動膜６および圧電体膜１９の内部応力に関する作用効果
この実施形態では、圧電体膜１９が、振動膜６とは反対向きの引張応力を有しているので、振動膜６に生じる圧縮応力を相殺することができる。これにより、図７Ｒに示すように、アクチュエータ基板２をエッチングして振動膜６をリリースしたときに振動膜６にかかる張力をゼロに近づけることができる。したがって、圧電素子７の駆動時に、振動膜６を良好に変位させることができる。よって、インクの吐出に必要な大きさの変位を得ることができる。しかも、振動膜６の圧縮応力は、プラズマＣＶＤを実施するときの成膜条件を制御することによって容易に調整でき、圧電体膜１９の引張応力は、ゾルゲル法およびスパッタ法を実施するときの成膜条件を制御することによって容易に調整することができる。 In this embodiment, the piezoelectric film 19 is exposed on the side surface of the ink supply path 14. However, since the formation area of the ink supply path 14 is not a movable part of the piezoelectric element 7, the piezoelectric film 19 is not exposed. There is no negative impact on piezoelectric performance.
(2) Effects of Internal Stress on Vibration Film 6 and Piezoelectric Film 19 In this embodiment, the piezoelectric film 19 has a tensile stress in the direction opposite to that of the vibration film 6, and thus occurs in the vibration film 6. Compressive stress can be offset. Accordingly, as shown in FIG. 7R, the tension applied to the vibration film 6 when the vibration film 6 is released by etching the actuator substrate 2 can be made close to zero. Therefore, the vibration film 6 can be favorably displaced when the piezoelectric element 7 is driven. Therefore, it is possible to obtain a displacement of a size necessary for ink ejection. In addition, the compressive stress of the vibration film 6 can be easily adjusted by controlling the film formation conditions when performing plasma CVD, and the tensile stress of the piezoelectric film 19 can be adjusted when performing the sol-gel method and the sputtering method. It can be easily adjusted by controlling the film conditions.

また、この実施形態では、パッシベーション膜３０の上部電極２０上の部分が除去されているため、パッシベーション膜３０が有する応力は、振動膜６の張力にほとんど影響を与えない。さらに、第１水素バリア膜２１、第２水素バリア膜２２、層間膜２３、下部電極１８および上部電極２０は、圧電体膜１９に比べてかなり薄い膜なので、多少の内部応力を有していても、その応力も、この実施形態のパッシベーション膜３０と同様に、振動膜６の張力に影響を与えない。
（３）掘り込み部３７に関する作用効果
この実施形態では、保護基板４の対向面１１に掘り込み部３７が形成されているので、保護基板４にアクチュエータ基板２を固定する際に、接着剤１０が貫通孔３６の周囲から流れ込んでも、その接着剤１０の全部または一部を掘り込み部３７で捕捉することができる。これにより、保護基板４の貫通孔３６（インク供給路１３）が接着剤１０で塞がれることを抑制または防止することができる。したがって、キャビティ５に良好にインクを供給できる。 In this embodiment, since the portion of the passivation film 30 on the upper electrode 20 is removed, the stress of the passivation film 30 hardly affects the tension of the vibration film 6. Furthermore, since the first hydrogen barrier film 21, the second hydrogen barrier film 22, the interlayer film 23, the lower electrode 18 and the upper electrode 20 are considerably thinner than the piezoelectric film 19, they have some internal stress. However, the stress does not affect the tension of the vibration film 6 as in the case of the passivation film 30 of this embodiment.
(3) Action and Effect Regarding the Engraved Portion 37 In this embodiment, since the engraved portion 37 is formed on the facing surface 11 of the protective substrate 4, the adhesive 10 is fixed when the actuator substrate 2 is fixed to the protective substrate 4. Even if it flows from the periphery of the through hole 36, all or part of the adhesive 10 can be captured by the digging portion 37. Thereby, it is possible to suppress or prevent the through hole 36 (ink supply path 13) of the protective substrate 4 from being blocked by the adhesive 10. Therefore, ink can be supplied to the cavity 5 satisfactorily.

また、掘り込み部３７が、貫通孔３６と同心で貫通孔３６よりも大きな径を有する円形に形成されている。そのため、掘り込み部３７の形成に必要なスペースが貫通孔３６の周囲で済むので、掘り込み部３７の形成によって装置が大型化することを抑制することができる。
（４）保護基板４の貫通孔３６（インク供給路１３）の形成方法に関する作用効果
この実施形態では、貫通孔３６は、まず、保護基板４の表面に穴部４６が形成された後（図７Ｃ）、保護基板４を裏面からエッチングして穴部４６を開通させることによって形成される（図７Ｆ）。つまり、貫通孔３６を形成するために保護基板４の表面および裏面それぞれからエッチングすることになるが、表面から裏面まで一気にエッチングする場合に比べて、一回のエッチング深さが浅くて済む。そのため、貫通孔３６の形成までの平均のエッチングレートを高くすることができる。その結果、貫通孔３６の形成に要するエッチング時間を短縮することができる。 Further, the digging portion 37 is formed in a circular shape that is concentric with the through hole 36 and has a larger diameter than the through hole 36. Therefore, since the space necessary for forming the digging portion 37 is sufficient around the through hole 36, the formation of the digging portion 37 can suppress an increase in size of the apparatus.
(4) Operational Effect Regarding Method for Forming Through Hole 36 (Ink Supply Path 13) of Protective Substrate 4 In this embodiment, the through hole 36 is first formed after the hole 46 is formed on the surface of the protective substrate 4 (FIG. 7C), the protective substrate 4 is formed by etching the back surface to open the hole 46 (FIG. 7F). That is, etching is performed from each of the front surface and the back surface of the protective substrate 4 in order to form the through-hole 36. However, a single etching depth may be smaller than when etching from the front surface to the back surface at once. Therefore, the average etching rate until the through hole 36 is formed can be increased. As a result, the etching time required for forming the through hole 36 can be shortened.

また、この実施形態では、保護基板４に互いにサイズが異なる貫通孔３４〜３６を形成する必要がある。この場合に、相対的にエッチングサイズが小さい貫通孔３６の形成領域に予め穴部４６が形成されているので、図７Ｆの工程では、保護基板４の裏面における貫通孔３６を形成すべき領域からは、保護基板４の厚さから穴部４６の深さを差し引いた厚さの基板材料をエッチングすれば、貫通孔３６を形成することができる。したがって、貫通孔３６の形成領域と、貫通孔３４，３５の形成領域との間でエッチングレートは異なるが、各領域に貫通孔３４〜３６が形成されるタイミング（つまり、エッチングの完了時期）のばらつきをなくし、貫通孔３４〜３６を、ほぼ同じタイミングで形成することができる。その結果、オーバーエッチングの発生を抑制または防止することができる。
（５）保護基板４の貫通孔３６（インク供給路１３）の形状に関する作用効果
この実施形態とは異なり、穴部４６の反対側からのエッチング時、エッチングサイズが穴部４６とほぼ同じであると、位置合わせずれ等が原因で、貫通孔３６の継ぎ目部分（保護基板４の厚さ方向途中部）において段差が生じ、設計値よりも貫通孔３６の径が小さくなる部分が生じるかもしれない。そこで、図６に示すように、貫通孔３６が大径部３８および小径部３９を有する構成とし、大径部３８の加工寸法を、位置合わせずれを考慮した大きさにしておくことで、少なくとも小径部３９に対応する径を確保することができる。そのため、小径部３９を貫通孔３６の設計値に合わせて形成することによって、設計値通りの径を有する貫通孔３６を得ることができる。
（６）上部配線２５のパターンに関する作用効果
この実施形態では、図１および図３に示すように、少なくとも、上部配線２５の第１領域４１（インクジェットヘッド１の可動部と非可動部との境界領域４３を横切る領域）の幅Ｗ３が、上部電極２０の幅Ｗ２以上となっている。そのため、振動膜６の変位によって上部配線２５の境界領域４３上の部分に大きなストレスがかかっても断線を防止することができる。
＜変形例＞
（１）圧電体膜１９のパターンに関する変形例
図８Ａおよび図８Ｂは、圧電体膜１９のパターンに関する変形例を示す。 In this embodiment, it is necessary to form through holes 34 to 36 having different sizes in the protective substrate 4. In this case, since the hole 46 is formed in advance in the formation region of the through hole 36 having a relatively small etching size, in the step of FIG. 7F, from the region where the through hole 36 is to be formed on the back surface of the protective substrate 4. If the substrate material having a thickness obtained by subtracting the depth of the hole 46 from the thickness of the protective substrate 4 is etched, the through hole 36 can be formed. Therefore, although the etching rate is different between the formation region of the through hole 36 and the formation region of the through holes 34 and 35, the timing at which the through holes 34 to 36 are formed in each region (that is, the completion time of etching). Variations can be eliminated and the through holes 34 to 36 can be formed at substantially the same timing. As a result, the occurrence of overetching can be suppressed or prevented.
(5) Operational effects on the shape of the through hole 36 (ink supply path 13) of the protective substrate 4 Unlike this embodiment, the etching size is substantially the same as the hole 46 when etching from the opposite side of the hole 46. Then, due to misalignment or the like, a step may occur in the joint portion of the through hole 36 (the middle portion of the protective substrate 4 in the thickness direction), and there may be a portion where the diameter of the through hole 36 is smaller than the design value. . Therefore, as shown in FIG. 6, the through-hole 36 has a large diameter portion 38 and a small diameter portion 39, and the processing dimension of the large diameter portion 38 is set to a size considering misalignment, so that at least A diameter corresponding to the small diameter portion 39 can be ensured. Therefore, by forming the small diameter portion 39 according to the design value of the through hole 36, it is possible to obtain the through hole 36 having a diameter as designed.
(6) Operational Effect Regarding Pattern of Upper Wiring 25 In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, at least the first region 41 of the upper wiring 25 (the boundary between the movable portion and the non-movable portion of the inkjet head 1). The width W3 of the region crossing the region 43 is equal to or greater than the width W2 of the upper electrode 20. Therefore, disconnection can be prevented even if a large stress is applied to the portion of the upper wiring 25 on the boundary region 43 due to the displacement of the vibration film 6.
<Modification>
(1) Modified Example Regarding Pattern of Piezoelectric Film 19 FIGS. 8A and 8B show modified examples regarding the pattern of the piezoelectric film 19.

図８Ａの構成では、圧電体膜１９は、キャビティ５全体を覆う領域に亘って延びるパターンではあるが、各キャビティ５に対応して一つずつ形成されている。各圧電体膜１９の延長部１９Ｂは、キャビティ５の周囲に沿って形成されている。この構成によっても、前述の「＜作用効果＞（１）圧電体膜１９のパターンに関する作用効果」で示した作用効果を実現することができる。なお、この項の圧電体膜１９を形成するには、たとえば、図７Ｊに示す工程で圧電体膜１９を成膜した後、上部電極２０を形成する前に、圧電体膜１９を所定の形状になるようパターニングすればよい。   In the configuration of FIG. 8A, the piezoelectric film 19 is formed in a pattern extending over the region covering the entire cavity 5, but one is formed corresponding to each cavity 5. The extension 19 </ b> B of each piezoelectric film 19 is formed along the periphery of the cavity 5. Also with this configuration, it is possible to realize the operation and effect shown in the above-mentioned “<Operation and effect> (1) Operation and effect relating to pattern of piezoelectric film 19”. In order to form the piezoelectric film 19 in this section, for example, after the piezoelectric film 19 is formed in the step shown in FIG. 7J, the piezoelectric film 19 is formed in a predetermined shape before the upper electrode 20 is formed. Patterning may be performed as follows.

一方、図８Ｂの構成では、圧電体膜１９は、主要部１９Ａのみを有しており、延長部１９Ｂを有していない。この圧電体膜１９の主要部１９Ａは、上部電極２０よりは平面サイズが大きいが、キャビティ５の内方領域に制限されている。
（２）圧電体膜１９上に配置された絶縁膜のパターンに関する変形例
図９Ａ〜図９Ｃは、圧電体膜１９上に配置された絶縁膜、具体的には、第２水素バリア膜２２、層間膜２３およびパッシベーション膜３０のパターンに関する変形例を示す。 On the other hand, in the configuration of FIG. 8B, the piezoelectric film 19 has only the main part 19A and does not have the extension part 19B. The main portion 19 </ b> A of the piezoelectric film 19 is larger in planar size than the upper electrode 20, but is limited to the inner region of the cavity 5.
(2) Modifications Regarding Patterns of Insulating Film Arranged on Piezoelectric Film 19 FIGS. 9A to 9C show insulating films arranged on the piezoelectric film 19, specifically, the second hydrogen barrier film 22, The modification regarding the pattern of the interlayer film 23 and the passivation film 30 is shown.

図９Ａの構成では、第２水素バリア膜２２には開口３３が形成されておらず、上部電極２０の表面は、第２水素バリア膜２２によって覆われている。図９Ｂの構成では、層間膜２３にも開口３３が形成されていない。さらに、図９Ｃの構成では、パッシベーション膜３０にも開口３３が形成されていない。
特に、図９Ｃの構成のように、圧電体膜１９上にパッシベーション膜３０が残っている場合には、パッシベーション膜３０が比較的厚い膜なので、振動膜６にかかる張力を調節するに当たって、パッシベーション膜３０の内部応力を考慮する必要がある。すなわち、パッシベーション膜３０を含めた平均応力、つまり、振動膜６、圧電体膜１９およびパッシベーション膜３０の平均応力の絶対値が、５０ＭＰａ以下とすることが好ましい。このようにすることで、前述の「＜作用効果＞（２）振動膜６および圧電体膜１９の内部応力に関する作用効果」で示した作用効果を良好に実現することができる。
（３）保護基板４の掘り込み部３７の形状に関する変形例
図１０Ａ〜図１０Ｋは、保護基板４のインク供給路１３（特に、掘り込み部３７）の形状に関する変形例を示す。 In the configuration of FIG. 9A, no opening 33 is formed in the second hydrogen barrier film 22, and the surface of the upper electrode 20 is covered with the second hydrogen barrier film 22. In the configuration of FIG. 9B, no opening 33 is formed in the interlayer film 23. Further, in the configuration of FIG. 9C, the opening 33 is not formed in the passivation film 30.
In particular, when the passivation film 30 remains on the piezoelectric film 19 as in the configuration of FIG. 9C, the passivation film 30 is a relatively thick film. Therefore, the passivation film 30 is used to adjust the tension applied to the vibration film 6. 30 internal stresses need to be considered. That is, it is preferable that the average stress including the passivation film 30, that is, the absolute value of the average stress of the vibration film 6, the piezoelectric film 19 and the passivation film 30 is 50 MPa or less. By doing so, it is possible to satisfactorily realize the action and effect described in the above-mentioned “<Action and Effect> (2) Action and Effect Regarding Internal Stress of the Vibration Film 6 and the Piezoelectric Film 19”.
(3) Modified Examples Regarding Shape of Engraved Portion 37 of Protection Substrate 4 FIGS. 10A to 10K show modified examples regarding the shape of the ink supply path 13 (particularly, the engraved portion 37) of the protective substrate 4.

図１０Ａの構成では、掘り込み部３７は、断面視において、掘り込み部３７の底部に凹状の溝部５１を形成するように、掘り込み部３７の全周に亘って設けられた堤防部５２を有している。特に図１０Ａの構成では、堤防部５２は、断面視において、頂部が尖った形状に形成されている。一方、図１０Ｂの構成のように、堤防部５２は、断面視において、頂部が平坦な形状に形成されていてもよい。図１０Ａおよび図１０Ｂの構成では、貫通孔３６に流れ込んだ接着剤を溝部５１で捕捉できるので、捕捉後の接着剤が貫通孔３６に流れ出すことを防止することができる。   In the configuration of FIG. 10A, the digging portion 37 includes a dike portion 52 provided over the entire circumference of the digging portion 37 so as to form a concave groove portion 51 at the bottom of the digging portion 37 in a cross-sectional view. Have. In particular, in the configuration of FIG. 10A, the bank portion 52 is formed in a shape with a sharp top when viewed in cross section. On the other hand, as shown in FIG. 10B, the bank portion 52 may be formed in a shape having a flat top when viewed in cross section. 10A and 10B, since the adhesive flowing into the through hole 36 can be captured by the groove 51, it is possible to prevent the captured adhesive from flowing into the through hole 36.

図１０Ｃの構成では、掘り込み部３７（大径部３８）は、テーパ形状に形成されている。つまり、大径部３８は、保護基板４の対向面１１から反対側に向かって径が徐々に狭くなっている。
図１０Ｄの構成では、掘り込み部３７は、大径部３８が複数形成されるように、１段ずつ段階的に幅が狭くなる複数の段差構造５３（図１０Ｄでは二段）を有している。 In the configuration of FIG. 10C, the digging portion 37 (large diameter portion 38) is formed in a tapered shape. That is, the diameter of the large diameter portion 38 is gradually narrowed from the facing surface 11 of the protective substrate 4 toward the opposite side.
In the configuration of FIG. 10D, the digging portion 37 has a plurality of step structures 53 (two steps in FIG. 10D) whose width decreases step by step so that a plurality of large diameter portions 38 are formed. Yes.

図１０Ｅの構成では、掘り込み部３７は、大径部３８の側面から延びる放射状部５４を含んでいる。放射状部５４は、たとえば、複数のフィン状の溝が貫通孔３６の側面に沿って等間隔で設けられることによって構成されている。図１０Ｅの構成では、接着剤が掘り込み部３７に一気に流れ込むことを防止することができる。
そして、図１０Ｆ〜図１０Ｋは、それぞれ、図６および図１０Ａ〜図１０Ｅに示した掘り込み部３７が、保護基板４の対向面１１の表面部に形成された構成を示している。図６および図１０Ａ〜図１０Ｅでは、掘り込み部３７は、保護基板４の厚さ方向ほぼ中央まで形成されていた。
（４）保護基板４のインク供給路１３の形状に関する変形例
図１１Ａ〜図１１Ｃは、保護基板４のインク供給路１３の形状に関する変形例を示す。 In the configuration of FIG. 10E, the dug portion 37 includes a radial portion 54 extending from the side surface of the large diameter portion 38. The radial portion 54 is configured, for example, by providing a plurality of fin-like grooves at equal intervals along the side surface of the through hole 36. In the configuration of FIG. 10E, it is possible to prevent the adhesive from flowing into the digging portion 37 at a stretch.
10F to 10K show a configuration in which the digging portion 37 shown in FIGS. 6 and 10A to 10E is formed on the surface portion of the facing surface 11 of the protective substrate 4. In FIG. 6 and FIGS. 10A to 10E, the digging portion 37 is formed almost to the center of the protective substrate 4 in the thickness direction.
(4) Modifications Regarding Shape of Ink Supply Path 13 of Protection Substrate 4 FIGS. 11A to 11C show modifications regarding the shape of ink supply path 13 of protection substrate 4.

前述の「（４）保護基板４の貫通孔３６（インク供給路１３）の形成方法に関する作用効果」に焦点を当てるのであれば、保護基板４を裏面からエッチングして穴部４６を開通させる際（図７Ｆ）、穴部４６の径と同じエッチングサイズでエッチングしてもよい。この場合、掘り込み部３７、大径部３８および小径部３９は形成されないが、貫通孔３６は、保護基板４の厚さ方向途中（この実施形態では、ほぼ中央部）に、若干のエッチング位置ずれによって生じた継ぎ目５５（図１１Ａの構成）や段差５６（図１１Ｂの構成）を有していてもよい。   If focusing on the above-mentioned “(4) Operational effects relating to the method of forming the through hole 36 (ink supply path 13) of the protective substrate 4”, the protective substrate 4 is etched from the back surface to open the hole 46. (FIG. 7F) Etching may be performed with the same etching size as the diameter of the hole 46. In this case, the digging portion 37, the large diameter portion 38, and the small diameter portion 39 are not formed, but the through hole 36 is slightly etched in the middle of the protective substrate 4 in the thickness direction (substantially the central portion in this embodiment). You may have the seam 55 (structure of FIG. 11A) and the level | step difference 56 (structure of FIG. 11B) which arose by the shift | offset | difference.

図１１Ｃの構成では、小径部３９が保護基板４の対向面１１側に形成されており、大径部３８が対向面１１の反対側に形成されている。つまり、図６の構成に対して、大径部３８および小径部３９の位置関係が逆になっている。この構成によっても、前述の「＜作用効果＞（５）保護基板４の貫通孔３６（インク供給路１３）の形状に関する作用効果」を実現することができる。なお、図１１Ｃの構成の貫通孔３６を形成するには、たとえば、図７Ｃに示す工程で、大径部３８と同径の穴部４６を形成し、穴部４６を開通させる際に、小径部３９と同じエッチングサイズで保護基板４をエッチングすればよい。
（５）上部配線２５のパターンに関する変形例
図１２Ａ〜図１２Ｈは、上部配線２５のパターンに関する変形例を示す。 In the configuration of FIG. 11C, the small diameter portion 39 is formed on the facing surface 11 side of the protective substrate 4, and the large diameter portion 38 is formed on the opposite side of the facing surface 11. That is, the positional relationship between the large-diameter portion 38 and the small-diameter portion 39 is reversed with respect to the configuration of FIG. Also with this configuration, it is possible to realize the above-mentioned “<effect and effect> (5) action and effect relating to the shape of the through hole 36 (ink supply path 13) of the protective substrate 4”. In order to form the through hole 36 having the configuration shown in FIG. 11C, for example, in the step shown in FIG. 7C, when the hole 46 having the same diameter as the large diameter portion 38 is formed and the hole 46 is opened, the small diameter is formed. The protective substrate 4 may be etched with the same etching size as the portion 39.
(5) Modifications Related to Pattern of Upper Wiring 25 FIGS. 12A to 12H show modifications related to the pattern of the upper wiring 25.

図１２Ａの構成では、上部配線２５の第１領域４１の幅Ｗ３と第２領域４２の幅Ｗ４が同じである。つまり、上部配線２５の一定の幅で形成されている。また、上部電極２０の幅Ｗ２と、幅Ｗ３，Ｗ４と、キャビティ５の幅Ｗ１との関係は、幅Ｗ２＜幅Ｗ３＝幅Ｗ４＜幅Ｗ１となっている。
図１２Ｂの構成では、図１２Ａの構成に対して、第１領域４１の上部電極２０とのコンタクト部（貫通孔２８の近傍部分）が、上部電極２０の幅Ｗ２よりも選択的に細くなっている。一方、境界領域４３を横切る部分では、第１領域４１の幅Ｗ３は、図１２Ａの構成と同様に、上部電極２０の幅Ｗ２以上となっている。 In the configuration of FIG. 12A, the width W3 of the first region 41 and the width W4 of the second region 42 of the upper wiring 25 are the same. That is, the upper wiring 25 is formed with a certain width. The relationship between the width W2 of the upper electrode 20, the widths W3 and W4, and the width W1 of the cavity 5 is such that width W2 <width W3 = width W4 <width W1.
In the configuration of FIG. 12B, the contact portion with the upper electrode 20 in the first region 41 (the vicinity of the through hole 28) is selectively thinner than the width W2 of the upper electrode 20 in the configuration of FIG. 12A. Yes. On the other hand, in the portion that crosses the boundary region 43, the width W3 of the first region 41 is equal to or larger than the width W2 of the upper electrode 20 as in the configuration of FIG. 12A.

図１２Ｃの構成では、図１２Ａの構成において、幅Ｗ１〜幅Ｗ４の関係が、幅Ｗ２＜幅Ｗ１＜幅Ｗ３＝幅Ｗ４となっている。
図１２Ｄの構成では、図１の構成において、圧電体膜１９が、平面視でキャビティ５の内方領域に制限される大きさで形成されている。そして、幅Ｗ１〜幅Ｗ４および当該圧電体膜１９の幅Ｗ５の関係が、幅Ｗ２＜幅Ｗ４＜幅Ｗ５＜幅Ｗ１＜幅Ｗ３となっている。さらに、図１２Ｅおよび図１２Ｆの構成では、図１２Ｄの構成において、幅Ｗ１〜幅Ｗ５の関係が、それぞれ、幅Ｗ２＜幅Ｗ４＜幅Ｗ５＜幅Ｗ３＜幅Ｗ１（図１２Ｅ）および幅Ｗ２＜幅Ｗ３＝幅Ｗ４＜幅Ｗ５＜幅Ｗ１（図１２Ｆ）となっている。 In the configuration of FIG. 12C, in the configuration of FIG. 12A, the relationship between the width W1 to the width W4 is width W2 <width W1 <width W3 = width W4.
In the configuration of FIG. 12D, the piezoelectric film 19 in the configuration of FIG. 1 is formed in a size that is limited to the inner region of the cavity 5 in plan view. The relationship between the widths W1 to W4 and the width W5 of the piezoelectric film 19 is such that width W2 <width W4 <width W5 <width W1 <width W3. 12E and 12F, in the configuration of FIG. 12D, the relationship between the width W1 to the width W5 is such that the width W2 <width W4 <width W5 <width W3 <width W1 (FIG. 12E) and width W2 <respectively. The width W3 = the width W4 <the width W5 <the width W1 (FIG. 12F).

図１２Ｇの構成では、上部配線２５が複数の配線膜２４で構成されている。この場合、一方の上部配線２５の第１領域４１の幅Ｗ３´と、他方の上部配線２５の第１領域４１の幅Ｗ３´´とを合わせた総幅が上部電極２０の幅Ｗ２以上であれば、前述の「＜作用効果＞（６）上部配線２５のパターンに関する作用効果」を実現することができる。
図１２Ｈの構成では、図１２Ｇの構成において、一方および他方の上部配線２５がいずれも一定の幅で形成されている（つまり、幅Ｗ３´（幅Ｗ３´´）＝幅Ｗ４´（幅Ｗ４´´））。 In the configuration of FIG. 12G, the upper wiring 25 is composed of a plurality of wiring films 24. In this case, the total width of the width W3 ′ of the first region 41 of one upper wiring 25 and the width W3 ″ of the first region 41 of the other upper wiring 25 is equal to or larger than the width W2 of the upper electrode 20. In this case, the above-described “<effect and effect> (6) effect regarding the pattern of the upper wiring 25” can be realized.
In the configuration of FIG. 12H, in the configuration of FIG. 12G, one and the other upper wirings 25 are formed with a constant width (that is, width W3 ′ (width W3 ″) = width W4 ′ (width W4 ′ ´)).

以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
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。
なお、この明細書の内容から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような第１および第２発明が抽出され得る。
（１）第１の発明
＜第１の発明が解決しようとする課題＞
一般的に、圧電体は、高温条件下で形成され、その後に冷却されるので、冷却時の収縮のために引張応力を有することになる。そのため、特許文献１では、弾性膜の直下のシリコン基板材料を除去して圧力発生室を形成したときに、圧電体層の応力によって弾性膜が大きな張力で引かれることがある。これは、弾性膜の変位が小さくなる原因になる。一方、弾性膜が圧縮される張力では、弾性膜のたるみが大きく、変位量の制御が安定しないという不具合がある。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
In addition to the inventions described in the claims, the following first and second inventions can be extracted from the contents of this specification.
(1) First invention <Problem to be solved by the first invention>
In general, since the piezoelectric body is formed under a high temperature condition and then cooled, the piezoelectric body has a tensile stress due to shrinkage during cooling. Therefore, in Patent Document 1, when the pressure generating chamber is formed by removing the silicon substrate material immediately below the elastic film, the elastic film may be pulled with a large tension due to the stress of the piezoelectric layer. This causes a decrease in the displacement of the elastic membrane. On the other hand, with the tension at which the elastic membrane is compressed, there is a problem that the elastic membrane has a large slack and the displacement control is not stable.

この発明の一実施形態は、振動膜を良好に変位させることができるインクジェット装置およびその製造方法を提供する。
＜当該課題を解決するための手段＞
この発明の一実施形態は、インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に設けられ前記振動膜を変位させて前記キャビティの容積を変化させる圧電体膜を有する圧電素子と、前記振動膜が圧縮応力を有し、前記圧電体膜が引張応力を有している、インクジェット装置を提供する。 One embodiment of the present invention provides an ink jet device that can favorably displace a vibrating membrane and a method for manufacturing the same.
<Means for solving the problem>
In one embodiment of the present invention, an actuator substrate that defines a cavity in which ink is stored, a vibration film that is supported by the actuator substrate and defines the cavity, and the vibration film that is provided on the vibration film is displaced. Provided is a piezoelectric element having a piezoelectric film that changes the volume of the cavity, and an inkjet apparatus in which the vibration film has a compressive stress and the piezoelectric film has a tensile stress.

圧電素子に駆動電圧を印加すると、圧電素子とともに振動膜が変位してキャビティの容積変化を引き起こす。これにより、キャビティ内のインクが吐出される。圧電体膜が、振動膜とは反対向きの引張応力を有しているので、振動膜に生じる圧縮応力を相殺することができる。これにより、振動膜にかかる張力をゼロに近づけることができる。したがって、圧電素子の駆動時に、振動膜を良好に変位させることができる。よって、インクの吐出に必要な大きさの変位を得ることができる。   When a driving voltage is applied to the piezoelectric element, the vibration film is displaced together with the piezoelectric element, causing a change in volume of the cavity. Thereby, the ink in the cavity is ejected. Since the piezoelectric film has a tensile stress opposite to that of the vibration film, the compressive stress generated in the vibration film can be offset. Thereby, the tension applied to the vibrating membrane can be brought close to zero. Therefore, the vibration film can be favorably displaced when the piezoelectric element is driven. Therefore, it is possible to obtain a displacement of a size necessary for ink ejection.

この発明の一実施形態では、前記振動膜および前記圧電体膜の平均応力の絶対値が、１００ＭＰａ以下である。
この発明の一実施形態は、前記圧電素子用の領域を選択的に露出させるように形成され、前記圧電体膜の０．５倍以上の厚さを有するパッシベーション膜をさらに含む。
この発明の一実施形態は、前記圧電素子を覆うように形成されたパッシベーション膜をさらに含み、前記振動膜、前記圧電体膜および前記パッシベーション膜の平均応力の絶対値が、５０ＭＰａ以下である。 In one embodiment of the present invention, an absolute value of an average stress of the vibration film and the piezoelectric film is 100 MPa or less.
One embodiment of the present invention further includes a passivation film formed to selectively expose the region for the piezoelectric element and having a thickness of 0.5 times or more of the piezoelectric film.
One embodiment of the present invention further includes a passivation film formed so as to cover the piezoelectric element, and an absolute value of an average stress of the vibration film, the piezoelectric film, and the passivation film is 50 MPa or less.

この発明の一実施形態では、前記振動膜と、前記アクチュエータ基板から見て前記振動膜よりも上側に配置された前記圧電体膜を含む複数の上層膜との平均応力の絶対値が、１００ＭＰａ以下である。
この発明の一実施形態では、前記振動膜の圧縮応力が−３００ＭＰａ〜−１００ＭＰａであり、前記圧電体膜の引張応力が１００ＭＰａ〜３００ＭＰａである。 In one embodiment of the present invention, an absolute value of an average stress between the vibration film and a plurality of upper layer films including the piezoelectric film disposed above the vibration film as viewed from the actuator substrate is 100 MPa or less. It is.
In one embodiment of the present invention, the vibration film has a compressive stress of −300 MPa to −100 MPa, and the piezoelectric film has a tensile stress of 100 MPa to 300 MPa.

この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、前記振動膜とほぼ同じ厚さを有している。
この発明の一実施形態では、前記振動膜および前記圧電体膜の厚さは、１μｍ〜５μｍである。
この発明の一実施形態では、前記圧電素子は、前記圧電体膜を挟む、前記圧電体膜の０．２倍以下の厚さを有する上部電極および下部電極を含む。 In one embodiment of the present invention, the piezoelectric film has substantially the same thickness as the vibration film.
In one embodiment of the present invention, the vibration film and the piezoelectric film have a thickness of 1 μm to 5 μm.
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric element includes an upper electrode and a lower electrode sandwiching the piezoelectric film and having a thickness of 0.2 times or less the piezoelectric film.

この発明の一実施形態では、前記上部電極は、Ｐｔ単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記下部電極は、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記振動膜は、ＳｉＯ２単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記振動膜は、ＳｉＮ／ＳｉＯ２積層膜からなる。 In one embodiment of the present invention, the upper electrode is made of a single Pt film.
In one embodiment of the present invention, the lower electrode is made of a Pt / Ti laminated film.
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric film is a PZT film.
In one embodiment of the present invention, the vibration film is made of a single SiO 2 film.
In one embodiment of the present invention, the vibration film is made of a SiN / SiO 2 laminated film.

この発明の一実施形態は、前記アクチュエータ基板を支持して前記キャビティを区画し、前記キャビティに連通するノズル開口を有するノズル基板を含む。
この発明の一実施形態は、アクチュエータ基板上に、圧縮応力を有する振動膜を形成する工程と、前記振動膜上に、引張応力を有する圧電体膜を有する圧電素子を形成する工程と、前記振動膜と対向する領域で前記アクチュエータ基板を下方からエッチングしてキャビティを形成する工程とを含む、インクジェット装置の製造方法を提供する。 An embodiment of the present invention includes a nozzle substrate that supports the actuator substrate, defines the cavity, and has a nozzle opening communicating with the cavity.
One embodiment of the present invention includes a step of forming a vibration film having a compressive stress on an actuator substrate, a step of forming a piezoelectric element having a piezoelectric film having a tensile stress on the vibration film, and the vibration. And a step of etching the actuator substrate from below in a region facing the film to form a cavity.

この発明の一実施形態では、所定の成膜条件を採用したプラズマＣＶＤによって前記振動膜を形成する。
プラズマＣＶＤを実施するときの成膜条件（ガス圧力等）を制御することによって、振動膜の圧縮応力を容易に調整することができる。
この発明の一実施形態では、所定の成膜条件を採用したゾルゲル法またはスパッタ法によって前記圧電体膜を形成する。 In one embodiment of the present invention, the vibration film is formed by plasma CVD employing predetermined film formation conditions.
By controlling the film forming conditions (gas pressure, etc.) when performing plasma CVD, the compressive stress of the vibration film can be easily adjusted.
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric film is formed by a sol-gel method or a sputtering method using predetermined film forming conditions.

ゾルゲル法およびスパッタ法を実施するときの成膜条件を制御することによって、圧電体膜の引張応力を容易に調整することができる。
（２）第２の発明
＜第２の発明が解決しようとする課題＞
特許文献１のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の保護基板に複数の貫通孔（たとえば、符号３３，４３）が形成されている。これらの貫通孔は、通常、保護基板をエッチングすることによって形成されるが、エッチング深さが深くなるにしたがってエッチングレートが下がるため、保護基板を貫通させるまでに長時間要する。 By controlling the film forming conditions when performing the sol-gel method and the sputtering method, the tensile stress of the piezoelectric film can be easily adjusted.
(2) Second invention <Problem to be solved by the second invention>
In the ink jet recording head of Patent Document 1, a plurality of through holes (for example, reference numerals 33 and 43) are formed in a protective substrate of a piezoelectric element. These through holes are usually formed by etching the protective substrate. However, since the etching rate decreases as the etching depth increases, it takes a long time to penetrate the protective substrate.

また、エッチングサイズが大きくなるほどエッチングレートが大きくなるので、複数の貫通孔の大きさが互いに異なる場合には、大きい方の貫通孔においてオーバーエッチング（アンダーカット）が生じる不具合もある。
さらに、貫通孔は、むろん設計値通りの大きさで形成されることが好ましい。
この発明の一実施形態は、保護基板に貫通孔を形成するときに要するエッチング時間を短縮できるインクジェット装置の製造方法、およびそれによって得られるインクジェット装置を提供する。 Further, since the etching rate increases as the etching size increases, there is a problem in that overetching (undercut) occurs in the larger through-hole when the sizes of the plurality of through-holes are different from each other.
Furthermore, it is preferable that the through hole is formed with a size as designed.
One embodiment of the present invention provides an ink jet device manufacturing method capable of shortening an etching time required for forming a through hole in a protective substrate, and an ink jet device obtained thereby.

また、この発明の一実施形態は、保護基板に貫通孔を形成するときにオーバーエッチングが生じることを抑制または防止することができるインクジェット装置の製造方法、およびそれによって得られるインクジェット装置を提供する。
さらに、この発明の一実施形態は、保護基板に設計値通りの大きさで貫通孔を形成することができるインクジェット装置の製造方法、およびそれによって得られるインクジェット装置を提供する。
＜当該課題を解決するための手段＞
この発明の一実施形態は、インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に設けられ前記振動膜を変位させて前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、前記キャビティに連通するインク供給路と、前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に固定され、前記インク供給路に連通する第１貫通孔を有する保護基板とを含み、前記第１貫通孔は、前記アクチュエータ基板に対向する面から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有している、インクジェット装置を提供する。 In addition, one embodiment of the present invention provides a method for manufacturing an ink jet device capable of suppressing or preventing the occurrence of overetching when forming a through hole in a protective substrate, and an ink jet device obtained thereby.
Furthermore, one embodiment of the present invention provides an ink jet device manufacturing method capable of forming a through hole with a size as designed on a protective substrate, and an ink jet device obtained thereby.
<Means for solving the problem>
In one embodiment of the present invention, an actuator substrate that defines a cavity in which ink is stored, a vibration film that is supported by the actuator substrate and defines the cavity, and the vibration film that is provided on the vibration film is displaced. A protective substrate having a piezoelectric element that changes the volume of the cavity, an ink supply path that communicates with the cavity, and a first through hole that is fixed to the actuator substrate so as to cover the piezoelectric element and communicates with the ink supply path And the first through hole has a small diameter portion and a large diameter portion having a diameter larger than that of the small diameter portion in order from a surface facing the actuator substrate.

この発明の一実施形態は、インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に設けられ前記振動膜を変位させて前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、前記キャビティに連通するインク供給路と、前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に固定され、前記インク供給路に連通する第１貫通孔を有する保護基板とを含み、前記第１貫通孔は、前記アクチュエータ基板に対向する面の反対側から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有している、インクジェット装置を提供する。   In one embodiment of the present invention, an actuator substrate that defines a cavity in which ink is stored, a vibration film that is supported by the actuator substrate and defines the cavity, and the vibration film that is provided on the vibration film is displaced. A protective substrate having a piezoelectric element that changes the volume of the cavity, an ink supply path that communicates with the cavity, and a first through hole that is fixed to the actuator substrate so as to cover the piezoelectric element and communicates with the ink supply path The first through-hole includes an small-diameter portion and a large-diameter portion having a diameter larger than the small-diameter portion in order from the opposite side of the surface facing the actuator substrate.

この発明の一実施形態では、前記保護基板は、前記第１貫通孔よりも径が大きい第２貫通孔を有している。
この発明の一実施形態は、前記圧電素子に電気的に接続され、前記キャビティ外の領域に亘って延び、その一部がパッドとして露出した配線を含み、前記パッドを包含するパッド領域は、前記第２貫通孔から露出している。 In one embodiment of the present invention, the protective substrate has a second through hole having a diameter larger than that of the first through hole.
One embodiment of the present invention includes a wiring electrically connected to the piezoelectric element, extending over a region outside the cavity, and a part of which is exposed as a pad, and the pad region including the pad includes the pad region It is exposed from the second through hole.

この発明の一実施形態では、前記圧電素子は、上部電極と、下部電極と、前記上部電極および前記下部電極に挟まれた圧電体膜とを含み、前記配線は、前記上部電極に接続された第１配線および前記下部電極に接続された第２配線を含む。
この発明の一実施形態では、前記第１貫通孔のアスペクト比（開口深さ／開口幅）は、前記第２貫通孔のアスペクト比の１０倍以上である。 In one embodiment of the present invention, the piezoelectric element includes an upper electrode, a lower electrode, and a piezoelectric film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode, and the wiring is connected to the upper electrode. A first wiring and a second wiring connected to the lower electrode are included.
In one embodiment of the present invention, the aspect ratio (opening depth / opening width) of the first through hole is 10 times or more the aspect ratio of the second through hole.

この発明の一実施形態では、前記保護基板の厚さが、２００μｍ〜５００μｍであり、前記第１貫通孔の開口幅は、３０μｍ〜５０μｍであり、前記第２貫通孔の開口幅は、３００μｍ〜１５００μｍである。
この発明の一実施形態では、前記小径部および前記大径部が、前記保護基板の厚さ方向途中に配置された段差面を介して連なっている。 In one embodiment of the present invention, the protective substrate has a thickness of 200 μm to 500 μm, the opening width of the first through hole is 30 μm to 50 μm, and the opening width of the second through hole is 300 μm to 500 μm. 1500 μm.
In one embodiment of the present invention, the small-diameter portion and the large-diameter portion are connected via a step surface disposed in the middle of the protective substrate in the thickness direction.

この発明の一実施形態では、前記段差面は、前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に配置されている。
この発明の一実施形態では、前記段差面は、前記小径部を取り囲む環状に形成されている。
この発明の一実施形態では、前記保護基板は、前記圧電素子を覆う領域に凹部を有しており、前記圧電素子は、前記凹部内に配置されている。 In one embodiment of the present invention, the step surface is disposed substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate.
In one embodiment of the present invention, the step surface is formed in an annular shape surrounding the small diameter portion.
In one embodiment of the present invention, the protective substrate has a recess in a region covering the piezoelectric element, and the piezoelectric element is disposed in the recess.

この発明の一実施形態は、第１面およびその反対側の第２面を有する保護基板を前記第１面からエッチングすることによって、厚さ方向途中部に至る第１穴部を形成する工程と、前記保護基板の前記第２面における前記第１穴部の反対の第１領域から前記第１穴部に貫通するまで前記保護基板をエッチングすることによって、前記第１領域に第１貫通孔を形成する工程と、インク供給路を有する振動膜および圧電素子が表面から順に形成されたアクチュエータ基板を準備する工程と、平面視において前記第１貫通孔と前記インク供給路が一致するように、前記保護基板に前記アクチュエータ基板を固定する工程とを含む、インクジェット装置の製造方法を提供する。   One embodiment of the present invention includes a step of forming a first hole reaching a middle portion in the thickness direction by etching a protective substrate having a first surface and a second surface on the opposite side from the first surface. The first through hole is formed in the first region by etching the protective substrate from the first region opposite to the first hole on the second surface of the protective substrate until it penetrates the first hole. The step of forming, the step of preparing an actuator substrate on which the vibration film having the ink supply path and the piezoelectric element are formed in order from the surface, and the first through hole and the ink supply path match in plan view. And a step of fixing the actuator substrate to a protective substrate.

第１貫通孔を形成するために第１面および第２面それぞれからエッチングすることになるが、第１面から第２面まで一気にエッチングする場合に比べて、一回のエッチング深さが浅くて済む。そのため、第１貫通孔の形成までの平均のエッチングレートを高くすることができる。その結果、第１貫通孔の形成に要するエッチング時間を短縮することができる。   In order to form the first through hole, etching is performed from each of the first surface and the second surface, but the etching depth is shallower than that in the case where etching is performed from the first surface to the second surface all at once. That's it. Therefore, the average etching rate until the formation of the first through hole can be increased. As a result, the etching time required for forming the first through hole can be shortened.

この発明の一実施形態は、前記第１領域から横にずれた第２領域から、前記第１貫通孔よりも大きなエッチング幅で、前記第１領域のエッチングと同時にエッチングすることによって第２貫通孔を形成する工程を含む。
相対的にエッチングサイズが小さい第１貫通孔の形成領域に予め第１穴部が形成されているので、第１領域からは、保護基板の厚さから第１穴部の深さを差し引いた厚さの基板材料をエッチングすれば、第１貫通孔を形成することができる。したがって、第１領域と第２領域との間でエッチングレートは異なるが、各領域に貫通孔が形成されるタイミング（つまり、エッチングの完了時期）のばらつきをなくし、第１貫通孔と第２貫通孔を、ほぼ同じタイミングで形成することができる。その結果、オーバーエッチングの発生を抑制または防止することができる。 According to an embodiment of the present invention, the second through hole is etched simultaneously with the etching of the first region from the second region laterally shifted from the first region with an etching width larger than that of the first through hole. Forming a step.
Since the first hole is formed in advance in the formation region of the first through hole having a relatively small etching size, the thickness obtained by subtracting the depth of the first hole from the thickness of the protective substrate from the first region. If the substrate material is etched, the first through hole can be formed. Therefore, although the etching rate is different between the first region and the second region, the variation in the timing at which the through hole is formed in each region (that is, the completion timing of the etching) is eliminated, and the first through hole and the second through hole are eliminated. The holes can be formed at approximately the same timing. As a result, the occurrence of overetching can be suppressed or prevented.

この発明の一実施形態では、前記第１貫通孔の形成時、前記第１穴部とは異なるエッチング幅で前記保護基板をエッチングすることによって、前記第１面または前記第２面の一方から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有する第１貫通孔を形成する。
第１穴部の反対側（第１領域）からのエッチング時、エッチングサイズが第１穴部とほぼ同じであると、位置合わせずれ等が原因で、貫通孔の継ぎ目部分（保護基板の厚さ方向途中部）において段差が生じ、設計値よりも径が小さくなるおそれがある。そこで、大径部の加工寸法を、位置合わせずれを考慮した大きさにしておくことで、少なくとも小径部に対応する径を確保することができる。そのため、小径部を第１貫通孔の設計値に合わせて形成することによって、設計値通りの径を有する第１貫通孔を得ることができる。なお、先に形成する第１穴部を大径部としてもよいし、小径部としてもよい。 In one embodiment of the present invention, at the time of forming the first through hole, the protective substrate is etched with an etching width different from that of the first hole, thereby sequentially starting from one of the first surface and the second surface. A first through hole having a small diameter portion and a large diameter portion having a larger diameter than the small diameter portion is formed.
When etching from the opposite side (first region) of the first hole, if the etching size is substantially the same as that of the first hole, the seam portion of the through hole (the thickness of the protective substrate) due to misalignment or the like There is a possibility that a level difference occurs in the middle part of the direction) and the diameter becomes smaller than the design value. Therefore, by setting the processing size of the large diameter portion to a size that takes into account misalignment, it is possible to ensure at least a diameter corresponding to the small diameter portion. Therefore, a 1st through-hole which has a diameter as a design value can be obtained by forming a small diameter part according to the design value of a 1st through-hole. The first hole formed first may be a large diameter part or a small diameter part.

この発明の一実施形態では、前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に底部が位置するように、前記第１穴部を形成する。
この発明の一実施形態は、第１面およびその反対側の第２面を有する保護基板を前記第１面からエッチングすることによって、厚さ方向途中部に至る第１穴部を形成する工程と、前記保護基板の前記第２面における前記第１穴部の反対の第１領域から前記第１穴部に貫通するまで前記保護基板をエッチングすることによって、前記第１領域に第１貫通孔を形成する工程とを含む、インクジェット装置用の保護基板の製造方法を提供する。 In one embodiment of the present invention, the first hole portion is formed so that the bottom portion is located substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate.
One embodiment of the present invention includes a step of forming a first hole reaching a middle portion in the thickness direction by etching a protective substrate having a first surface and a second surface on the opposite side from the first surface. The first through hole is formed in the first region by etching the protective substrate from the first region opposite to the first hole on the second surface of the protective substrate until it penetrates the first hole. The manufacturing method of the protective substrate for inkjet devices including the process to form is provided.

第１貫通孔を形成するために第１面および第２面それぞれからエッチングすることになるが、第１面から第２面まで一気にエッチングする場合に比べて、一回のエッチング深さが浅くて済む。そのため、第１貫通孔の形成までの平均のエッチングレートを高くすることができる。その結果、第１貫通孔の形成に要するエッチング時間を短縮することができる。   In order to form the first through hole, etching is performed from each of the first surface and the second surface, but the etching depth is shallower than that in the case where etching is performed from the first surface to the second surface all at once. That's it. Therefore, the average etching rate until the formation of the first through hole can be increased. As a result, the etching time required for forming the first through hole can be shortened.

この発明の一実施形態は、前記第１領域から横にずれた第２領域から、前記第１貫通孔よりも大きなエッチング幅で、前記第１領域のエッチングと同時にエッチングすることによって第２貫通孔を形成する工程を含む。
相対的にエッチングサイズが小さい第１貫通孔の形成領域に予め第１穴部が形成されているので、第１領域からは、保護基板の厚さから第１穴部の深さを差し引いた厚さの基板材料をエッチングすれば、第１貫通孔を形成することができる。したがって、第１領域と第２領域との間でエッチングレートは異なるが、各領域に貫通孔が形成されるタイミング（つまり、エッチングの完了時期）のばらつきをなくし、第１貫通孔と第２貫通孔を、ほぼ同じタイミングで形成することができる。その結果、オーバーエッチングの発生を抑制または防止することができる。 According to an embodiment of the present invention, the second through hole is etched simultaneously with the etching of the first region from the second region laterally shifted from the first region with an etching width larger than the first through hole. Forming a step.
Since the first hole is formed in advance in the formation region of the first through hole having a relatively small etching size, the thickness obtained by subtracting the depth of the first hole from the thickness of the protective substrate from the first region. If the substrate material is etched, the first through hole can be formed. Therefore, although the etching rate is different between the first region and the second region, the variation in the timing at which the through hole is formed in each region (that is, the completion timing of the etching) is eliminated, and the first through hole and the second through hole are eliminated. The holes can be formed at approximately the same timing. As a result, the occurrence of overetching can be suppressed or prevented.

この発明の一実施形態では、前記第１貫通孔の形成時、前記第１穴部とは異なるエッチング幅で前記保護基板をエッチングすることによって、前記第１面または前記第２面の一方から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有する第１貫通孔を形成する。
大径部の加工寸法を、位置合わせずれを考慮した大きさにしておくことで、少なくとも小径部に対応する径を確保することができる。そのため、小径部を第１貫通孔の設計値に合わせて形成することによって、設計値通りの径を有する第１貫通孔を得ることができる。 In one embodiment of the present invention, at the time of forming the first through hole, the protective substrate is etched with an etching width different from that of the first hole, thereby sequentially starting from one of the first surface and the second surface. A first through hole having a small diameter portion and a large diameter portion having a larger diameter than the small diameter portion is formed.
By setting the processing size of the large diameter portion to a size that takes into account misalignment, it is possible to ensure at least a diameter corresponding to the small diameter portion. Therefore, a 1st through-hole which has a diameter as a design value can be obtained by forming a small diameter part according to the design value of a 1st through-hole.

この発明の一実施形態では、前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に底部が位置するように、前記第１穴部を形成する。   In one embodiment of the present invention, the first hole portion is formed so that the bottom portion is located substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate.

１ インクジェットヘッド
２ アクチュエータ基板
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ ノズル基板
４ 保護基板
５ キャビティ
６ 振動膜
７ 圧電素子
８ 凹部
９ インク吐出通路
１０ 接着剤
１１ 対向面
１２ 収容凹所
１３ インク供給路
１４ インク供給路
１５ 振動膜形成層
１６ インク流通方向
１７ 共通インク通路
１８ 下部電極
１８Ａ 主電極部
１８Ｂ 延長部
１９ 圧電体膜
１９Ａ 主要部
１９Ｂ 延長部
２０ 上部電極
２１ 第１水素バリア膜
２２ 第２水素バリア膜
２３ 層間膜
２４ 配線膜
２５ 上部配線
２６ 下部配線
２７ ダミー配線
２８ 貫通孔
２９ 貫通孔
３０ パッシベーション膜
３１ パッド開口
３２ パッド開口
３３ 開口
３４ 貫通孔
３５ 貫通孔
３６ 貫通孔
３７ 掘り込み部
３８ 大径部
３９ 小径部
４０ 段差面
４１ 第１領域
４２ 第２領域
４３ 境界領域
４４ 脚部
４５ 熱酸化膜
４６ 穴部
４７ 酸化膜
４８ レジスト膜
４９ 支持基板
５０ レジスト膜
５１ 溝部
５２ 堤防部
５３ 段差構造
５４ 放射状部
５５ 継ぎ目
５６ 段差 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet head 2 Actuator substrate 2a Front surface 2b Back surface 3 Nozzle substrate 4 Protective substrate 5 Cavity 6 Vibration film 7 Piezoelectric element 8 Recess 9 Ink discharge passage 10 Adhesive 11 Opposing surface 12 Accommodating recess 13 Ink supply passage 14 Ink supply passage 15 Film forming layer 16 Ink flow direction 17 Common ink passage 18 Lower electrode 18A Main electrode portion 18B Extension portion 19 Piezoelectric film 19A Main portion 19B Extension portion 20 Upper electrode 21 First hydrogen barrier film 22 Second hydrogen barrier film 23 Interlayer film 24 Wiring film 25 Upper wiring 26 Lower wiring 27 Dummy wiring 28 Through-hole 29 Through-hole 30 Passivation film 31 Pad opening 32 Pad opening 33 Opening 34 Through-hole 35 Through-hole 36 Through-hole 37 Excavation portion 38 Large-diameter portion 39 Small-diameter portion 40 Step Surface 41 First region 42 First Region 43 boundary region 44 leg 45 thermal oxide film 46 hole 47 oxide film 48 resist film 49 supporting the substrate 50 resist film 51 groove 52 bank portion 53 stepped structure 54 radially section 55 seam 56 step

Claims (13)

インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、
前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、
前記振動膜上に設けられ、上部電極と、下部電極と、前記上部電極および前記下部電極に挟まれた圧電体膜とを含む圧電素子とを含み、
前記圧電体膜は、前記キャビティ全体を覆う領域に亘って延びており、
前記上部電極は、前記キャビティの内方領域に制限されている、インクジェット装置。 An actuator substrate that defines a cavity in which ink is stored;
A vibrating membrane supported by the actuator substrate and defining the cavity;
A piezoelectric element provided on the vibration film and including an upper electrode, a lower electrode, and a piezoelectric film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode;
The piezoelectric film extends over a region covering the entire cavity,
The ink jet apparatus, wherein the upper electrode is limited to an inner region of the cavity. 前記下部電極は、前記キャビティの外方の領域に一体的に引き出されたコンタクト部を含み、
前記圧電体膜は、前記コンタクト部を取り囲んでいる、請求項１に記載のインクジェット装置。 The lower electrode includes a contact portion that is integrally drawn to an outer region of the cavity,
The inkjet device according to claim 1, wherein the piezoelectric film surrounds the contact portion. 前記キャビティに連通するインク供給路をさらに含み、
前記圧電体膜は、前記インク供給路を取り囲んでいる、請求項１または２に記載のインクジェット装置。 An ink supply path communicating with the cavity;
The inkjet device according to claim 1, wherein the piezoelectric film surrounds the ink supply path. 前記圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェット装置。   The inkjet device according to claim 1, wherein the piezoelectric film is made of a PZT film. 前記圧電体膜の厚さは、１μｍ〜５μｍである、請求項４に記載のインクジェット装置。   The inkjet apparatus according to claim 4, wherein the piezoelectric film has a thickness of 1 μm to 5 μm. 前記振動膜は、ＳｉＯ２単膜からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクジェット装置。 The inkjet device according to claim 1, wherein the vibration film is made of a single SiO 2 film. 前記振動膜は、ＳｉＮ／ＳｉＯ２積層膜からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクジェット装置。 The inkjet device according to claim 1, wherein the vibration film is made of a SiN / SiO 2 laminated film. 前記上部電極は、Ｐｔ単膜からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のインクジェット装置。   The inkjet apparatus according to claim 1, wherein the upper electrode is made of a single Pt film. 前記下部電極は、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜からなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のインクジェット装置。   The inkjet apparatus according to claim 1, wherein the lower electrode is made of a Pt / Ti laminated film. 前記アクチュエータ基板を支持して前記キャビティを区画し、前記キャビティに連通するノズル開口を有するノズル基板を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のインクジェット装置。   The inkjet apparatus according to claim 1, further comprising a nozzle substrate that supports the actuator substrate, defines the cavity, and has a nozzle opening that communicates with the cavity. アクチュエータ基板上に、振動膜を形成する工程と、
前記振動膜上に、下部電極膜、圧電体膜および上部電極膜を順に形成する工程と、
前記上部電極膜を選択的にエッチングすることによって、所定形状の上部電極を形成する工程と、
前記上部電極を取り囲む領域に残るように、前記圧電体膜を選択的にエッチングする工程と、
前記上部電極全体を覆うように、かつ、前記エッチング後の圧電体膜の内方領域に制限されるように、前記アクチュエータ基板を下方からエッチングしてキャビティを形成する工程とを含む、インクジェット装置の製造方法。 Forming a vibration film on the actuator substrate;
Forming a lower electrode film, a piezoelectric film and an upper electrode film in order on the vibration film;
Selectively etching the upper electrode film to form an upper electrode having a predetermined shape;
Selectively etching the piezoelectric film so as to remain in a region surrounding the upper electrode;
Etching the actuator substrate from below to form a cavity so as to cover the entire upper electrode and to be limited to an inner region of the etched piezoelectric film. Production method. 前記下部電極膜の一部の領域をコンタクト部として露出させるように、前記圧電体膜を選択的にエッチングする、請求項１１に記載のインクジェット装置の製造方法。   The method of manufacturing an ink jet apparatus according to claim 11, wherein the piezoelectric film is selectively etched so that a partial region of the lower electrode film is exposed as a contact portion. 前記圧電体膜を貫通して前記キャビティに達するインク供給路を形成する工程をさらに含む、請求項１１または１２に記載のインクジェット装置の製造方法。   The method of manufacturing an ink jet apparatus according to claim 11, further comprising a step of forming an ink supply path that penetrates the piezoelectric film and reaches the cavity.
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