JP2017123391A - 孔を有する基板およびその製造方法ならびに赤外線センサおよびその製造方法 - Google Patents

孔を有する基板およびその製造方法ならびに赤外線センサおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】加工終端側の横断面形状が所定の多角形に近い形状である孔を有する基板を提供する。【解決手段】シリコン基板２の裏面上に、貫通孔４１を有するレジストマスク４０が形成される。貫通孔４１の平面形状は、キャビティ３の加工終端側の横断面の目標形状である正四角形に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状に形成されている。次に、シリコン基板２に対してドライエッチングが施される。これにより、シリコン基板２にキャビティ３が形成される。エッチングが進行するにしたがって、キャビティ３の横断面形状は、レジストマスク４０の貫通孔４１の横断面形状における各弓状の辺の内方への突出量が減少していく。そして、キャビティ３の加工終端側においては、その平面形状が目標形状である正四角形とほぼ同じ形状となる。【選択図】図４Ｋ

Description

この発明は、孔を有する基板およびその製造方法ならびに赤外線センサおよびその製造方法に関する。
横断面形状が多角形状である孔を基板に形成する方法として、横断面が多角形の貫通孔を有するマスクを用い、基板にドライエッチングを施す方法が知られている。
特開平６−２８１５０３号公報
横断面形状が多角形の貫通孔を有するマスクを用い、ドライエッチングによって、基板に孔を形成した場合、加工終端側の横断面形状がマスクの貫通孔の横断面形状に比べて鈍化する。このため、加工終端側の横断面形状を所定の多角形に形成できないという問題がある。
図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃを参照して、横断面形状がたとえば正四角形状（正方形）である孔を基板に形成する従来方法について説明する。図１９Ａは平面図であり、図１９Ｂは縦断面図であり、図１９Ｃは底面図である。
マスク１１０は、横断面形状が正四角形の貫通孔１１１を有している。そして、基板１００の表面側（この例では基板１００の上面側）にマスク１１０が配置された状態で、基板１００に対してドライエッチングが施される。これにより、基板１００に孔１０１が形成される。孔１０１の加工終端側の底面形状（横断面形状）は、図１９Ｃに示すように、正四角形ではなく円に近い形状となる。
この発明の目的は、加工終端側の横断面形状が所定の多角形に近い形状である孔を有する基板およびその製造方法を提供することにある。
この発明の目的は、加工終端側の横断面形状が所定の多角形に近い形状である孔を有する基板を備えた赤外線センサおよびその製造方法を提供することである。
この発明は、孔を有する基板であって、前記孔の加工始端側の横断面形状は、所定の多角形の各辺が内方に凸の弓状に形成された形状であり、前記孔の加工終端側の横断面形状は、前記孔の加工始終端側の横断面形状に比べて、前記所定の多角形により近い形状である。この構成では、孔の加工終端側の横断面形状が所定の多角形状に近い形状である基板が得られる。
この発明の一実施形態では、前記所定の多角形が四角形である。
この発明の一実施形態では、前記所定の多角形が三角形である。
この発明による赤外線センサは、前記孔を有する基板と、前記孔に対向するように前記基板に保持された断熱膜と、前記断熱膜上に形成された焦電素子とを含む。
この構成では、孔の加工終端側の横断面形状が所定の多角形に近い形状である基板を含む焦電素子が得られる。また、この構成では、基板の孔を、焦電素子を基板から熱的に分離するためのキャビティとして用いることができる。
この発明の一実施形態では、前記焦電素子は、前記断熱膜の前記孔とは反対側の表面に形成された下部電極と、前記下部電極に対して前記断熱膜とは反対側に配置された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた焦電体膜とを含む。
この発明は、孔を有する基板の製造方法であって、前記基板の一表面側に、所定の多角形に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状の貫通孔を有するマスクを配置する工程と、前記マスクを介して、前記基板に対してドライエッチングを施すことにより、前記基板に孔を形成する工程とを含む。
この製造方法では、加工終端側の横断面形状が所定の多角形に近い形状である孔を有する基板を製造することができる。
この発明の一実施形態では、前記所定の多角形が四角形である。
この発明の一実施形態では、前記所定の多角形が三角形である。
この発明による赤外線センサの製造方法は、基板の一表面上に断熱膜を形成する工程と、前記断熱膜上に焦電素子を形成する工程と、前記断熱膜および前記焦電素子の表面を覆う被覆膜を形成する工程と、前記焦電素子上において、前記被覆膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔を形成する工程と、前記被覆膜上に、一端部が前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接触し、他端部が前記焦電素子の外側に引き出された配線を形成する工程と、前記基板における前記焦電素子に対向する位置に、前記基板を厚さ方向に貫通するキャビティを形成する工程とを含む。前記キャビティを形成する工程は、前記基板における前記断熱膜が形成された表面とは反対側の表面に、所定の多角形に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状の貫通孔を有するマスクを配置する工程と、前記マスクを介して、前記基板に対してドライエッチングを施すことにより、前記基板に前記キャビティを形成する工程とを含む。
この製造方法では、加工終端側の横断面形状が所定の多角形に近い形状となる孔を有する基板を含む赤外線センサを製造できる。
図１は、この発明の第１実施形態に係る孔を有する基板が適用された赤外線センサの模式的な平面図である。 図２は、図１のＡ部を拡大して示す部分拡大平面図である。 図３は、図２のIII-III線に沿う模式的な拡大断面図である。 図４Ａは、前記赤外線センサの製造工程の一例を示す断面図である。 図４Ｂは、図４Ａの次の工程を示す断面図である。 図４Ｃは、図４Ｂの次の工程を示す断面図である。 図４Ｄは、図４Ｃの次の工程を示す断面図である。 図４Ｅは、図４Ｄの次の工程を示す断面図である。 図４Ｆは、図４Ｅの次の工程を示す断面図である。 図４Ｇは、図４Ｆの次の工程を示す断面図である。 図４Ｈは、図４Ｇの次の工程を示す断面図である。 図４Ｉは、図４Ｈの次の工程を示す断面図である。 図４Ｊは、図４Ｉの次の工程を示す断面図である。 図４Ｋは、図４Ｊの次の工程を示す断面図である。 図５は、図４Ｊおよび図４Ｋの工程で用いられるレジストマスクの一部を示す底面図である。 図６Ａは、キャビティ３の加工始端側の底面形状を示す底面図である。 図６Ｂは、図４ＫのV1B−V1Bに沿う断面図である。 図６Ｃは、キャビティ３の加工終端側の平面形状を示す平面図である。 図７Ａは、キャビティの加工終端側の目標平面形状が正三角形である場合に用いられるレジストマスクの一部を示す底面図である。 図７Ｂは、図７Ａに示すレジストマスクを用いて基板に対してドライエッチングを施すことにより得られるキャビティの加工終端側の平面形状を示す平面図である。 図８Ａは、この発明の第２実施形態に係る孔を有する基板が適用されたインクジェットプリントヘッドの主要部の構成を説明するための図解的な平面図である。 図８Ｂは、前記インクジェットプリントヘッドの主要部の図解的な平面図であって、保護基板が省略された平面図である。 図９は、図８ＡのIX-IX線に沿う図解的な断面図である。 図１０は、図８ＡのX-X線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。 図１１は、前記インクジェットプリントヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。 図１２は、前記インクジェットプリントヘッドの絶縁膜のパターン例を示す図解的な平面図である。 図１３は、前記インクジェットプリントヘッドのパッシベーション膜のパターン例を示す図解的な平面図である。 図１４は、前記インクジェットプリントヘッドのアクチュエータ基板側から見た保護基板の主要部の底面図である。 図１５Ａは、前記インクジェットプリントヘッドの製造工程の一例を示す断面図である。 図１５Ｂは、図１５Ａの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｃは、図１５Ｂの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｄは、図１５Ｃの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｅは、図１５Ｄの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｆは、図１５Ｅの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｇは、図１５Ｆの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｈは、図１５Ｇの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｉは、図１５Ｈの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｊは、図１５Ｉの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｋは、図１５Ｊの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｌは、図１５Ｋの次の工程を示す断面図である。 図１５Ｍは、図１５Ｌの次の工程を示す断面図である。 図１６Ａは、ノズル基板へのインク吐出孔の形成工程を示す部分拡大断面図である。 図１６Ｂは、図１６Ａの次の工程を示す部分拡大断面図である。 図１７は、図１６Ａの工程で用いられるレジストマスクの一部を示す拡大底面図である。 図１８Ａは、インク吐出孔の加工始端側の底面形状を示す拡大底面図である。 図１８Ｂは、図１６ＡのXVIIIB−XVIII1Bに沿う拡大断面図である。 図１８Ｃは、インク吐出孔の加工終端側の平面形状を示す拡大平面図である。 図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃは、横断面形状がたとえば正四角形状である孔を基板に形成する従来方法を示し、図１９Ａは平面図であり、図１９Ｂは縦断面図であり、図１９Ｃは底面図である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る孔を有する基板が適用された赤外線センサの模式的な平面図である。図２は、図１のＡ部付近を拡大して示す模式的な拡大断面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う模式的な断面図である。図２では、図３に符号１６で示すフィルタ層は省略されている。
赤外線センサ１は、シリコン基板２を備えている。シリコン基板２には、シリコン基板２を厚さ方向に貫通する複数のキャビティ３が形成されている。キャビティ３は、シリコン基板２の裏面から掘り込まれることにより形成されている。キャビティ３は、後述する焦電素子１０をシリコン基板２から熱的に分離するために形成されている。各キャビティ３は、平面視で正四角形（正方形）状に形成されている。複数のキャビティ３は、平面視で行列状に配置されている。キャビティ３は、本願発明の孔の一例である。
シリコン基板２上には、キャビティ３を閉鎖するように断熱膜４が形成されている。断熱膜４は、この実施形態では、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。断熱膜４上には、各キャビティ３に対向する位置に、焦電素子１０が配置されている。各焦電素子１０は、平面視で正四角形状に形成されている。複数の焦電素子１０は、平面視で行列状に配置されている。
焦電素子１０は、断熱膜４におけるキャビティ３とは反対側の表面に形成された下部電極５と、下部電極５上に形成された焦電体膜６と、焦電体膜６上に形成された上部電極７とを含む。
下部電極５は、焦電素子１０を構成する平面視で正四角形状の主電極部５Ａと、主電極部５Ａの一辺の長さ中央からキャビティ３の外方に延びた引出部５Ｂと、引出部５Ｂに連結されかつ主電極部５Ａの前記一辺と平行に延びた配線部５Ｃとからなる。下部電極５は、たとえば、チタン（Ｔｉ）からなる層およびプラチナ（Ｐｔ）からなる層を、断熱膜４側からこの順に積層した２層構造を有している。
焦電体膜６は、平面視で下部電極５の主電極部５Ａよりも少し小さな正四角形状に形成されている。焦電体膜６の４辺は、平面視において、それぞれ下部電極５の主電極部５Ａの４辺と平行であり、かつ対応する主電極部５Ａの辺に対して所定間隔を開けて内側に配置されている。焦電体膜６は、この実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）からなり、たとえばゾルゲル法により形成される。
上部電極７は、平面視で焦電体膜６よりも少し小さな正四角形状に形成されている。上部電極７の４辺は、平面視において、それぞれ焦電体膜６の４辺と平行であり、かつ対応する焦電体膜６の辺に対して所定間隔を開けて内側に配置されている。上部電極７は、この実施形態では、イリジウム（Ｉｒ）からなる層および酸化イリジウム（ＩｒＯ２）からなる層を、焦電体膜６側からこの順に積層した２層構造を有している。
また、断熱膜４上には、被覆膜１１が形成されている。断熱膜４の上面の下部電極５から露出する部分、下部電極５の主電極部５Ａの上面の焦電体膜６から露出する部分、下部電極５の引出部５Ｂおよび配線部５Ｃ、焦電体膜６の上面の上部電極７から露出する部分、焦電体膜６の側面および上部電極７は、被覆膜１１により一括して被覆されている。被覆膜１１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる水素バリア膜１２と、水素バリア膜１２上に形成され、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜１３とを備えている。
被覆膜１１上には、配線１４が所定のパターンで形成されている。配線１４は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分として含む金属材料からなる。配線１４は、上部電極７と、被覆膜１１を挟んで対向する位置に設けられている。配線１４と上部電極７との間において、被覆膜１１には、貫通孔（コンタクト孔）１５が厚さ方向に貫通して形成されている。配線１４の一端部は、貫通孔１５に入り込み、貫通孔１５内で上部電極７に接続されている。配線１４は、上部電極７に中央部が接続された平面視正四角形状の電極接続部１４Ａと、電極接続部１４Ａの一辺の長さ中央からキャビティ３の外方に延びた引出部１４Ｂと、引出部１４Ｂに連結されかつ電極接続部１４Ａの前記一辺と平行に延びた主配線部１４Ｃとからなる。平面視において、配線１４の主配線部１４Ｃと、下部電極５の配線部５Ｃとは、互いに直交するように配置されている。
また、被覆膜１１および配線１４の表面には、平面視において、キャビティ３と対向する領域に、近赤外線を通過させる光学フィルタ層１６が形成されている。光学フィルタ層１６は、この実施形態では、チタン（Ｔｉ）からなる。
赤外線の入射により焦電素子１０内の焦電体膜６の温度が上昇すると、その温度に応じて、焦電体膜６の自発分極による焦電流が焦電素子１０から出力される。したがって、その焦電流に基づいて、赤外線を検出することができる。
図４Ａ〜図４Ｋは、前記赤外線センサ１の製造工程の一例を示す断面図であり、図３に対応する切断面を示す。
まず、図４Ａに示すように、シリコン基板２の表面に断熱膜４が形成される。ただし、シリコン基板２としては、最終的なシリコン基板２の厚さより厚いものが用いられる。具体的には、シリコン基板２の表面に酸化シリコン膜からなる断熱膜４が形成される。
次に、図４Ｂに示すように、断熱膜４上に、下部電極５の材料層である下部電極膜３１が形成される。下部電極膜３１は、たとえば、Ｔｉ膜を下層としＰｔ膜を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。このような下部電極膜３１は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、焦電体膜６の材料膜（焦電体材料膜）３２が下部電極膜３１上の全面に形成される。具体的には、たとえば、ゾルゲル法によって焦電体材料膜３２が形成される。このような焦電体材料膜３２は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。
次に、焦電体材料膜３２の全面に上部電極７の材料である上部電極膜３３が形成される。上部電極膜３３は、たとえば、ＩｒＯ２膜を下層とし、Ｉｒ膜を上層とするＩｒ０２／Ｉｒ積層膜からなる。このような上部電極膜３３は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、図４Ｃ〜図４Ｅに示すように、上部電極膜３３、焦電体材料膜３２および下部電極膜３１のパターニングが行われる。まず、フォトリソグラフィによって、上部電極７のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図４Ｃに示すように、このレジストマスクをマスクとして、上部電極膜３３がエッチングされることにより、所定パターンの上部電極７が形成される。
次に、レジストマスクが剥離された後、フォトリソグラフィによって、焦電体膜６のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図４Ｄに示すように、このレジストマスクをマスクとして、焦電体材料膜３２がエッチングされることにより、所定パターンの焦電体膜６が形成される。
次に、レジストマスクが剥離された後、フォトリソグラフィによって、下部電極５のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図４Ｅに示すように、このレジストマスクをマスクとして、下部電極膜３１がエッチングされることにより、所定パターンの下部電極５が形成される。これにより、主電極部５Ａ、引出部５Ｂおよび配線部５Ｃからなる下部電極５が形成される。このようにして、下部電極５の主電極部５Ａ、焦電体膜６および上部電極７からなる焦電素子１０が形成される。
次に、図４Ｆに示すように、レジストマスクが剥離された後、全面を覆う水素バリア膜１２が形成される。水素バリア膜１２は、たとえば、スパッタ法で形成されたＡｌ２Ｏ３膜である。この後、水素バリア膜１２上の全面に絶縁膜１３が形成される。絶縁膜１３は、たとえば、ＳｉＯ２膜である。これにより、水素バリア膜１２と絶縁膜１３とからなる被覆膜１１が形成される。続いて、絶縁膜１３および水素バリア膜１２が連続してエッチングされることにより、貫通孔（コンタクト孔）１５が形成される。
次に、図４Ｇに示すように、貫通孔１５内を含む絶縁膜１３（被覆膜１１）上に、スパッタ法によって、配線１４を構成する配線膜が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、配線１４が形成される。
次に、絶縁膜１３（被覆膜１１）および配線１４の表面に、光学フィルタ層１６の材料であるチタン層が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、チタン層がパターニングされることにより、図４Ｈに示すように、フィルタ層１６が形成される。次に、図４Ｉに示すように、シリコン基板２が裏面から研磨されることにより、シリコン基板２が薄膜化される。
次に、図４Ｊおよび図４Ｋに示すように、アクチュエータ基板２にキャビティ３が形成される。この実施形態では、キャビティ３の加工終端側（断熱膜側）の横断面形状が四角形状となるように、キャビティ３が形成される。言い換えれば、キャビティ３の加工終端側（断熱膜側）の横断面の目標形状は正四角形である。まず、図４Ｊに示すように、シリコン基板２の裏面上に、フォトリソグラフィによって、貫通孔４１を有するレジストマスク４０が形成される。図５は、レジストマスク４０の一部を示す平面図である。貫通孔４１の平面形状（横断面形状）は、キャビティ３の加工終端側の横断面の目標形状（図５に二点鎖線Ｔで示す正四角形）に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状に形成されている。
次に、シリコン基板２の裏面にレジストマスク４０が形成された状態で、シリコン基板２に対してドライエッチングが施される。ドライエッチングとしては、たとえば、プラズマエッチングが用いられる。これにより、図４Ｋに示すように、シリコン基板２にキャビティ３が形成される。
図６Ａは、キャビティ３の加工始端側（基板２の裏面側）の底面形状を示す底面図である。図６Ｂは、図４ＫのV1B−V1Bに沿う断面図である。つまり、図６Ｂは、キャビティ３の長さ中央部（深さ中央部）の横断面形状を示す断面図である。図６Ｃは、キャビティ３の加工終端側（基板２の表面側）の平面形状を示す平面図である。
レジストマスク４０に形成された貫通孔４１の横断面形状は、図５に示すように、キャビティ３の加工終端側の横断面の目標形状Ｔに対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状に形成されている。したがって、キャビティ３の加工始端側（基板２の裏面側）の底面形状は、図６Ａに示すように、貫通孔４１の横断面形状とほぼ同じ形状となる。エッチングが進行するにしたがって、キャビティ３の横断面形状は、たとえば、図６Ｂに示すように、その各弓状の辺の内方への突出量が減少していく。つまり、エッチングが進行するにしたがって、キャビティ３の横断面形状は、目標形状Ｔである正四角形に近づいていく。そして、キャビティ３の加工終端側（基板２の表面側）においては、図６Ｃに示すように、その平面形状が目標形状Ｔである正四角形とほぼ同じ形状となる。
言い換えれば、キャビティ３の加工終端側の横断面形状は、キャビティ３の加工始端側（基板２の裏面側）の横断面形状に比べて、目標形状Ｔである正四角形により近い形状となる。この実施形態では、キャビティ３の加工終端側（基板２の表面側）の横断面形状が目標形状Ｔである正四角形とほぼ同じ形状となるように、貫通孔４１の横断面形状における各弓状の辺の内方への突出量が決定されている。
最後に、レジストマスク４０が剥離される。これにより、図３に示す赤外線センサ１が得られる。
前述の実施形態では、キャビティ３の加工終端側の横断面形状を目標形状（所定の多角形）に近い形状とすることができる。
前述の実施形態では、キャビティ３の加工終端側の横断面の目標形状は正四角形であったが、前記目標形状は三角形、正四角形以外の四角形、五角形、六角形状の正四角以外の多角形であってもよい。キャビティ３の加工終端側の横断面の目標形状が多角形である場合には、キャビティ形成用のレジストマスクに形成される貫通孔は、目標形状である多角形に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状に形成される。
たとえば、キャビティ３の加工終端側の横断面の目標形状が正三角形である場合には、図７Ａに示すような貫通孔４１Ａを有するレジストマスク４０Ａが用いられる。貫通孔４１Ａは、目標形状である正三角形に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状に形成されている。図７Ａに示すレジストマスク４０Ａを用いて基板２に対してドライエッチングを施すと、キャビティ３の加工終端側の平面形状は図７Ｂに示すような形状となる。
図８Ａは、この発明の第２実施形態に係る孔を有する基板が適用されたインクジェットプリントヘッドの主要部の構成を説明するための図解的な平面図である。図８Ｂは、インクジェットプリントヘッドの主要部の図解的な平面図であって、保護基板が省略された平面図である。図９は、図８ＡのIX-IX線に沿う図解的な断面図である。図１０は、図８ＡのX-X線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。図１１は、前記インクジェットプリントヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。
図９を参照して、インクジェットプリントヘッド２０１の構成を概略的に説明する。
インクジェットプリントヘッド２０１は、アクチュエータ基板２０２と、ノズル基板２０３と、保護基板２０４とを備えている。アクチュエータ基板２０２の表面２０２ａには、可動膜形成層２１０が積層されている。アクチュエータ基板２０２には、インク流路（インク溜まり）２０５が形成されている。インク流路２０５は、この実施形態では、アクチュエータ基板２０２を貫通して形成されている。インク流路２０５は、図９に矢印で示すインク流通方向２４１に沿って細長く延びて形成されている。インク流路２０５は、インク流通方向２４１の上流側端部（図９では左端部）のインク流入部２０６と、インク流入部２０６に連通する圧力室２０７とから構成されている。図９において、インク流入部２０６と圧力室２０７との境界を二点鎖線で示すことにする。
ノズル基板２０３は、たとえばシリコン基板からなる。ノズル基板２０３は、アクチュエータ基板２０２の裏面２０２ｂに張り合わされている。ノズル基板２０３は、アクチュエータ基板２０２および可動膜形成層２１０とともにインク流路２０５を区画している。より具体的には、ノズル基板２０３は、インク流路２０５の底面部を区画している。ノズル基板２０３は、圧力室２０７に臨むインク吐出孔２０３ａを有している。インク吐出孔２０３ａは、ノズル基板２０３を貫通しており、圧力室２０７とは反対側に吐出口２０３ｂを有している。したがって、圧力室２０７の容積変化が生じると、圧力室２０７に溜められたインクは、インク吐出孔２０３ａを通り、吐出口２０３ｂから吐出される。インク吐出孔２０３ａは、本願発明の孔の一例である。
可動膜形成層２１０における圧力室２０７の天壁部分は、可動膜２１０Ａを構成している。可動膜２１０Ａ（可動膜形成層２１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２０２上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる。可動膜２１０Ａ（可動膜形成層２１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成されるシリコン（Ｓｉ）膜と、シリコン膜上に形成される酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜と、酸化シリコン膜上に形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜との積層膜から構成されていてもよい。この明細書において、可動膜２１０Ａとは、可動膜形成層２１０のうち圧力室２０７の天面部を区画している天壁部を意味している。したがって、可動膜形成層２１０のうち、圧力室２０７の天壁部以外の部分は、可動膜２１０Ａを構成していない。
可動膜２１０Ａの厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。可動膜２１０Ａが酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。可動膜２１０Ａが、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から構成される場合には、シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
圧力室２０７は、可動膜２１０Ａと、アクチュエータ基板２０２と、ノズル基板２０３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。圧力室２０７の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。インク流入部２０６は、圧力室２０７の長手方向一端部に連通している。
可動膜２１０Ａの表面には、圧電素子２０９が配置されている。圧電素子２０９は、可動膜形成層２１０上に形成された下部電極２１１と、下部電極２１１上に形成された圧電体膜２１２と、圧電体膜２１２上に形成された上部電極２１３とを備えている。言い換えれば、圧電素子２０９は、圧電体膜２１２を上部電極２１３および下部電極２１１で上下から挟むことにより構成されている。
上部電極２１３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２１３の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
圧電体膜２１２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２１２は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜２１２は、上部電極２１３と平面視で同形状に形成されている。圧電体膜２１２の厚さは、１μｍ程度である。可動膜２１０Ａの全体の厚さは、圧電体膜２１２の厚さと同程度か、圧電体膜２１２の厚さの２／３程度とすることが好ましい。
下部電極２１１は、たとえば、Ｔｉ（チタン）膜およびＰｔ（プラチナ）膜を可動膜形成層２１０側から順に積層した２層構造を有している。この他にも、Ａｕ（金）膜、Ｃｒ（クロム）層、Ｎｉ（ニッケル）層などの単膜で下部電極２１１を形成することもできる。下部電極２１１は、圧電体膜２１２の下面に接した主電極部２１１Ａと、圧電体膜２１２の外方の領域まで延びた延長部２１１Ｂとを有している。下部電極２１１の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
下部電極２１１の延長部２１１Ｂ上および圧電素子２０９上には、水素バリア膜２１４が形成されている。水素バリア膜２１４は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。水素バリア膜２１４の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。水素バリア膜２１４は、圧電体膜２１２の水素還元による特性劣化を防止するために設けられている。
水素バリア膜２１４上に、絶縁膜２１５が積層されている。絶縁膜２１５は、たとえば、ＳｉＯ２、低水素のＳｉＮ等からなる。絶縁膜２１５の厚さは、５００ｎｍ程度である。絶縁膜２１５上には、上部配線２１７、下部配線２１８およびダミー配線２１９が形成されている。これらの配線２１７，２１８，２１９は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなっていてもよい。これらの配線２１７，２１８，２１９の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ（１μｍ）程度である。
上部配線２１７の一端部は、上部電極２１３の一端部（インク流通方向２４１の下流側端部）の上方に配置されている。上部配線２１７と上部電極２１３との間において、水素バリア膜２１４および絶縁膜２１５を連続して貫通するコンタクト孔２３３が形成されている。上部配線２１７の一端部は、コンタクト孔２３３に入り込み、コンタクト孔２３３内で上部電極２１３に接続されている。上部配線２１７は、上部電極２１３の上方から、圧力室２０７の外縁を横切って圧力室２０７の外方に延びている。
下部配線２１８は、インク流路２０５のインク流入部２０６に対して圧力室２０７とは反対側において、下部電極２１１の延長部２１１Ｂの上方に配置されている。下部配線２１８と下部電極２１１の延長部２１１Ｂとの間において、水素バリア膜２１４および絶縁膜２１５を連続して貫通する複数のコンタクト孔２３４が形成されている。下部配線２１８は、コンタクト孔２３４に入り込み、コンタクト孔２３４内で下部電極２１１の延長部２１１Ｂに接続されている。
ダミー配線２１９は、上部配線２１７および下部配線２１８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である。ダミー配線２１９は、上部配線２１７および下部配線２１８を形成する工程と同じ工程で形成される。
絶縁膜２１５上には、配線２１７，２１８，２１９および絶縁膜２１５を覆うパッシベーション膜２２１が形成されている。パッシベーション膜２２１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２２１の厚さは、たとえば、８００ｎｍ程度であってもよい。
パッシベーション膜２２１には、上部配線２１７の一部を露出させるパッド開口２３５が形成されている。パッド開口２３５は、圧力室２０７の外方領域に形成されており、たとえば、上部配線２１７の先端部（上部電極２１３へのコンタクト部の反対側端部）に形成されている。パッシベーション膜２２１上には、パッド開口２３５を覆うパッド２４２が形成されている。パッド２４２は、パッド開口２３５に入り込み、パッド開口２３５内で上部配線２１７に接続されている。
インク流路２０５におけるインク流入部２０６側の端部に対応する位置に、パッシベーション膜２２１、絶縁膜２１５、水素バリア膜２１４、下部電極２１１および可動膜形成層２１０を貫通するインク供給用貫通孔２２２が形成されている。下部電極２１１には、インク供給用貫通孔２２２を含み、インク供給用貫通孔２２２よりも大きな貫通孔２２３が形成されている。下部電極２１１の貫通孔２２３とインク供給用貫通孔２２２との隙間には、水素バリア膜２１４が入り込んでいる。インク供給用貫通孔２２２は、インク流入部２０６に連通している。
保護基板２０４は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板２０４は、圧電素子２０９を覆うようにアクチュエータ基板２０２上に配置されている。保護基板２０４は、パッシベーション膜２２１に、接着剤２５０を介して接合されている。保護基板２０４は、アクチュエータ基板２０２の表面２０２ａに対向する対向面２５１に収容凹所２５２を有している。収容凹所２５２内に圧電素子２０９が収容されている。さらに、保護基板２０４には、インク供給用貫通孔２２２に連通するインク供給路２５３が形成されている。インク供給路２５３は、保護基板２０４を貫通している。保護基板２０４上には、インクを貯留したインクタンク（図示せず）が配置されている。
圧電素子２０９は、可動膜２１０Ａを挟んで圧力室２０７に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子２０９は、可動膜２１０Ａの圧力室２０７とは反対側の表面に接するように形成されている。インクタンクからインク供給路２５３、インク供給用貫通孔２２２、インク流入部２０６を通って圧力室２０７にインクが供給されることによって、圧力室２０７にインクが充填される。可動膜２１０Ａは、圧力室２０７の天面部を区画していて、圧力室２０７に臨んでいる。可動膜２１０Ａは、アクチュエータ基板２０２における圧力室２０７の周囲の部分によって支持されており、圧力室２０７に対向する方向（換言すれば可動膜２１０Ａの厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
上部配線２１７および下部配線２１８は、駆動回路（図示せず）に接続されている。具体的には、上部配線２１７のパッド２４２と駆動回路とは、接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。後述するように下部配線２１８にはパッド２４３（図８Ａ参照）が接続されている。下部配線２１８のパッド２４３と駆動回路とは、接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。駆動回路から圧電素子２０９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２１２が変形する。これにより、圧電素子２０９とともに可動膜２１０Ａが変形し、それによって、圧力室２０７の容積変化がもたらされ、圧力室２０７内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出孔２０３ａを通って、吐出口２０３ｂから微小液滴となって吐出される。
図８Ａ〜図１１を参照して、インクジェットプリントヘッド２０１の構成についてさらに詳しく説明する。
アクチュエータ基板２０２には、複数のインク流路２０５（圧力室２０７）が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数のインク流路２０５毎に、圧電素子２０９が配置されている。インク供給用貫通孔２２２は、複数のインク流路２０５毎に設けられている。保護基板２０４の収容凹所２５２およびインク供給路２５３は、複数のインク流路２０５毎に設けられている。
複数のインク流路２０５は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ〜３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各インク流路２０５は、インク流通方向２４１に沿って細長く延びている。インク流路２０５は、インク供給用貫通孔２２２に連通するインク流入部２０６とインク流入部２０６に連通する圧力室２０７とからなる。圧力室２０７は、平面視において、インク流通方向２４１に沿って細長く延びた長方形形状を有している。つまり、圧力室２０７の天面部は、インク流通方向２４１に沿う２つの側縁と、インク流通方向２４１に直交する方向に沿う２つの端縁とを有している。インク流入部２０６は、平面視で圧力室２０７とほぼ同じ幅を有している。インク流入部２０６における圧力室２０７とは反対側の端部の内面は、平面視で半円形に形成されている。インク供給用貫通孔２２２は、平面視において、円形状である（特に図８Ｂ参照）。
圧電素子２０９は、平面視において、圧力室２０７（可動膜２１０Ａ）の長手方向に長い矩形形状を有している。圧電素子２０９の長手方向の長さは、圧力室２０７（可動膜２１０Ａ）の長手方向の長さよりも短い。図８Ｂに示すように、圧電素子２０９の短手方向に沿う両端縁は、可動膜２１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電素子２０９の短手方向の幅は、可動膜２１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電素子２０９の長手方向に沿う両側縁は、可動膜２１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
下部電極２１１は、可動膜形成層２１０の表面のほぼ全域に形成されている（特に図１１参照）。下部電極２１１は、複数の圧電素子２０９に対して共用される共通電極である。下部電極２１１は、圧電素子２０９を構成する平面視矩形状の主電極部２１１Ａと、主電極部２１１Ａから可動膜形成層２１０の表面に沿う方向に引き出され、圧力室２０７の天面部の周縁の外方に延びた延長部２１１Ｂとを含んでいる。
主電極部２１１Ａの長手方向の長さは、可動膜２１０Ａの長手方向の長さよりも短い。主電極部２１１Ａの両端縁は、可動膜２１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、主電極部２１１Ａの短手方向の幅は、可動膜２１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。主電極部２１１Ａの両側縁は、可動膜２１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。延長部２１１Ｂは、下部電極２１１の全領域のうち主電極部２１１Ａを除いた領域である。
上部電極２１３は、平面視において、下部電極２１１の主電極部２１１Ａと同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、上部電極２１３の長手方向の長さは、可動膜２１０Ａの長手方向の長さよりも短い。上部電極２１３の両端縁は、可動膜２１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、上部電極２１３の短手方向の幅は、可動膜２１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。上部電極２１３の両側縁は、可動膜２１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
圧電体膜２１２は、平面視において、上部電極２１３と同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、圧電体膜２１２の長手方向の長さは、可動膜２１０Ａの長手方向の長さよりも短い。圧電体膜２１２の両端縁は、可動膜２１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電体膜２１２の短手方向の幅は、可動膜２１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電体膜２１２の両側縁は、可動膜２１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。圧電体膜２１２の下面は下部電極２１１の主電極部２１１Ａの上面に接しており、圧電体膜２１２の上面は上部電極２１３の下面に接している。
上部配線２１７は、圧電素子２０９の一端部の上面からそれに連なる圧電素子２０９の端面に沿って延び、さらに下部電極２１１の延長部２１１Ｂの表面に沿って、インク流通方向２４１に沿う方向に延びている。上部配線２１７の先端部は、保護基板２０４のインク流通方向２４１の下流側端よりも下流側に配置されている。パッシベーション膜２２１には、上部配線２１７の先端部表面の中央部を露出させるパッド開口２３５が形成されている。パッシベーション膜２２１上に、パッド開口２３５を覆うようにパッド２４２が設けられている。パッド２４２は、パッド開口２３５内で上部配線２１７に接続されている。
下部配線２１８は、平面視において、インク流通方向２４１と直交する方向に長い矩形状の主配線部２１８Ａと、主配線部２１８Ａの一端部からインク流通方向２４１に沿って延びたリード部２１８Ｂとを有している。リード部２１８Ｂの先端部は、保護基板２０４のインク流通方向２４１の下流側端よりも下流側に配置されている。下部配線２１８は、複数のコンタクト孔２３４に入り込み、コンタクト孔２３４内で下部電極２１１の延長部２１１Ｂに接続されている。パッシベーション膜２２１には、リード部２１８Ｂの先端部表面の中央部を露出させるパッド開口２３６が形成されている。パッシベーション膜２２１上に、パッド開口２３６を覆うようにパッド２４３が設けられている。パッド２４３は、パッド開口２３６内でリード部２１８Ｂに接続されている。
図１４は、前記インクジェットプリントヘッドのアクチュエータ基板側から見た保護基板の主要部の底面図である。
図８Ａ、図１０および図１４に示すように、保護基板２０４の対向面２５１には、複数の収容凹所２５２が、インク流通方向２４１と直交する方向に間隔をおいて平行に形成されている。複数の収容凹所２５２は、平面視において、複数の圧力室２０７に対向する位置に配置されている。各収容凹所２５２に対してインク流通方向２４１の上流側にインク供給路２５３が配置されている。各収容凹所２５２は、平面視において、対応する圧電素子２０９の上部電極２１３のパターンよりも少し大きな矩形状に形成されている。そして、各収容凹所２５２に、対応する圧電素子２０９が収容されている。
保護基板２０４のインク供給路２５３は、平面視において、アクチュエータ基板２０２側のインク供給用貫通孔２２２と同じパターンの円形状である。インク供給路２５３は、平面視でインク供給用貫通孔２２２に整合している。
ダミー配線２１９は、平面視において、インク供給路２５３（インク供給用貫通孔２２２）を取り囲む円形環状の第１ダミー配線２１９Ａを含んでいる。第１ダミー配線２１９Ａは、アクチュエータ基板２０２上において、保護基板２０４の対向面２５１のインク供給路２５３の周囲領域に対向する領域に配置されている。第１ダミー配線２１９Ａの幅（第１ダミー配線２１９Ａの内径と外径との差）は、インク供給路２５３の直径の１／３以上であることが好ましい。第１ダミー配線２１９Ａの上面は平坦である。第１ダミー配線２１９Ａは、保護基板２０４を支持するとともに保護基板２０４の対向面との接着性を高める台座２２０を構成している。
ダミー配線２１９は、さらに、隣接する圧力室２０７の間領域の幅中央部と、複数の圧力室群の両外側の圧力室２０７の外側方とに形成され、インク流通方向２４１に沿う方向に延びた細長矩形の第２ダミー配線２１９Ｂを含む。第２ダミー配線２１９Ｂの上面は平坦である。第２ダミー配線２１９Ｂは、保護基板２０４を支持するとともに保護基板２０４の対向面との接着性を高める台座を構成している。
アクチュエータ基板２０２に保護基板２０４を接合する際には、アクチュエータ基板２０２と保護基板２０４との接合部に接着剤２５０が塗布された状態で、保護基板２０４がアクチュエータ基板２０２に押圧される。この際、保護基板２０４の対向面２５１は、上面が平坦な台座である第１ダミー配線２１９Ａおよび第２ダミー配線２１９Ｂに、パッシベーション膜２２１を介して押し付けられる。このため、保護基板２０４の対向面２０５１は、第１ダミー配線２１９Ａおよび第２ダミー配線２１９Ｂの上面に、パッシベーション膜２２１および接着剤２５０を介して、強固に接合される。つまり、保護基板２０４の対向面２５１とアクチュエータ基板２０２との接合部に接着不良が生じにくくなる。
この第２実施形態では、アクチュエータ基板２０２側にインク供給路２５３（インク供給用貫通孔２２２）を取り囲む円形環状の第１ダミー配線２１９Ａ（台座２２０）が設けられているので、保護基板２０４における収容凹所２５２とインク供給路２５３との間の壁部下面とアクチュエータ基板２０２との間に接合不良が生じるのを抑制できる。これにより、インク供給路２５３から収容凹所２５２内へのインク漏れを抑制できる。
図１２は、前記インクジェットプリントヘッドの絶縁膜のパターン例を示す図解的な平面図である。図１３は、前記インクジェットプリントヘッドのパッシベーション膜のパターン例を示す図解的な平面図である。
この第２実施形態では、絶縁膜２１５およびパッシベーション膜２２１は、アクチュエータ基板２０２上において、平面視で保護基板２０４の収容凹所２５２の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、絶縁膜２１５には、インク供給用貫通孔２２２およびコンタクト孔２３４が形成されている。この領域において、パッシベーション膜２２１には、インク供給用貫通孔２２２およびパッド開口２３５，２３６が形成されている。
保護基板２０４の収容凹所２５２の内側領域においては、絶縁膜２１５およびパッシベーション膜２２１は、上部配線２１７が存在する一端部（上部配線領域）にのみ形成されている。この領域において、パッシベーション膜２２１は、絶縁膜２１５上の上部配線２１７の上面および側面を覆うように形成されている。換言すれば、絶縁膜２１５およびパッシベーション膜２２１には、平面視で収容凹所２５２の内側領域のうち、上部配線領域を除いた領域に、開口２３７が形成されている。絶縁膜２１５には、さらに、コンタクト孔２３３が形成されている。
この実施形態では、平面視で圧力室２０７の周縁の内側領域において、絶縁膜２１５およびパッシベーション膜２２１は、上部配線２１７の存在する上部配線領域のみに形成されている。したがって、圧電素子２０９の側面および上面の大部分は絶縁膜２１５およびパッシベーション膜２２１によって覆われていない。これにより、圧電素子２０９の側面および上面の全域が絶縁膜およびパッシベーション膜によって覆われている場合に比べて、可動膜２１０Ａの変位を大きくすることができる。
図１５Ａ〜図１５Ｍは、前記インクジェットプリントヘッド２０１の製造工程の一例を示す断面図であり、図９に対応する切断面を示す。
まず、図１５Ａに示すように、アクチュエータ基板２０２の表面２０２ａに可動膜形成層２１０が形成される。ただし、アクチュエータ基板２０２としては、最終的なアクチュエータ基板２０２の厚さより厚いものが用いられる。具体的には、アクチュエータ基板２０２の表面に酸化シリコン膜（たとえば、１．２μｍ厚）が形成される。可動膜形成層２１０が、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜で構成される場合には、アクチュエータ基板２０２の表面にシリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、シリコン膜上に酸化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成される。
可動膜形成層２１０の表面には、たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２などの下地酸化膜が形成されてもよい。これらの下地酸化膜は、後に形成される圧電体膜２１２からの金属原子の抜け出しを防ぐ。金属電子が抜け出すと、圧電体膜２１２の圧電特性が悪くなるおそれがある。また、抜け出した金属原子が可動膜２１０Ａを構成するシリコン層に混入すると可動膜２１０Ａの耐久性が悪化するおそれがある。
次に、図１５Ｂに示すように、可動膜形成層２１０の上（前記下地酸化膜が形成されている場合には当該下地酸化膜の上）に、下部電極２１１の材料層である下部電極膜２７１が形成される。下部電極膜２７１は、たとえば、Ｔｉ膜（たとえば１０ｎｍ〜４０ｎｍ厚）を下層としＰｔ膜（たとえば１０ｎｍ〜４００ｎｍ厚）を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。このような下部電極膜２７１は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、圧電体膜２１２の材料膜（圧電体材料膜）２７２が下部電極膜２７１上の全面に形成される。具体的には、たとえば、ゾルゲル法によって１μｍ〜３μｍ厚の圧電体材料膜２７２が形成される。このような圧電体材料膜２７２は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。
次に、圧電体材料膜２７２の全面に上部電極２１３の材料である上部電極膜２７３が形成される。上部電極膜２７３は、たとえば、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよい。上部電極膜２７３は、たとえば、ＩｒＯ２膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を下層とし、Ｉｒ膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を上層とするＩｒ０２／Ｉｒ積層膜であってもよい。このような上部電極膜２７３は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、図１５Ｃおよび図１５Ｄに示すように、上部電極膜２７３、圧電体材料膜２７２および下部電極膜２７１のパターニングが行われる。まず、フォトグラフィによって、上部電極２１３のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図１５Ｃに示すように、このレジストマスクをマスクとして、上部電極膜２７３および圧電体材料膜２７２が連続してエッチングされることにより、所定パターンの上部電極２１３および圧電体膜２１２が形成される。
次に、レジストマスクが剥離された後、フォトグラフィによって、下部電極２１１のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図１５Ｄに示すように、このレジストマスクをマスクとして、下部電極膜２７１がエッチングされることにより、所定パターンの下部電極２１１が形成される。これにより、主電極部２１１Ａと、貫通孔２２３を有する延長部２１１Ｂとからなる下部電極２１１が形成される。このようにして、下部電極２１１の主電極部２１１Ａ、圧電体膜２１２および上部電極２１３からなる圧電素子２０９が形成される。
次に、図１５Ｅに示すように、レジストマスクが剥離された後、全面を覆う水素バリア膜２１４が形成される。水素バリア膜２１４は、スパッタ法で形成されたＡｌ２Ｏ３膜であってもよく、その膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。この後、水素バリア膜２１４上の全面に絶縁膜２１５が形成される。絶縁膜２１５は、ＳｉＯ２膜であってもよく、その膜厚は、２００ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。続いて、絶縁膜２１５および水素バリア膜２１４が連続してエッチングされることにより、コンタクト孔２３３，２３４が形成される。
次に、図１５Ｆに示すように、コンタクト孔２３３，２３４内を含む絶縁膜２１５上に、スパッタ法によって、上部配線２１７、下部配線２１８およびダミー配線２１９（２１９Ａ，２１９Ｂ）を構成する配線膜が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、上部配線２１７、下部配線２１８およびダミー配線２１９（２１９Ａ，２１９Ｂ）が同時に形成される。
次に、図１５Ｇに示すように、絶縁膜２１５の表面に配線２１７，２１８，２１９を覆うパッシベーション膜２２１が形成される。パッシベーション膜２２１は、例えば、ＳｉＮからなる。パッシベーション膜２２１は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
次に、フォトグラフィによってパッド開口２３５，２３６に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、パッシベーション膜２２１がエッチングされる。これにより、図１５Ｈに示すように、パッシベーション膜２２１にパッド開口２３５，２３６が形成される。レジストマスクが剥離された後に、パッシベーション膜２２１上にパッド開口２３５およびパッド開口２３６を介して、それぞれ上部配線２１７および下部配線２１８に接続されるパッド２４２，２４３が形成される。
次に、フォトグラフィによって開口２３７およびインク供給用貫通孔２２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、パッシベーション膜２２１および絶縁膜２１５が連続してエッチングされる。これにより、図１５Ｉに示すように、パッシベーション膜２２１および絶縁膜２１５に、開口２３７およびインク供給用貫通孔２２２が形成される。
次に、レジストマスクが剥離される。そして、フォトグラフィによってインク供給用貫通孔２２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、水素バリア膜２１４および可動膜形成層２１０がエッチングされる。これにより、図１５Ｊに示すように、水素バリア膜２１４および可動膜形成層２１０に、インク供給用貫通孔２２２が形成される。
次に、図１５Ｋに示すように、保護基板２０４の対向面２５１に接着剤２５０が塗布され、インク供給路２５３とインク供給用貫通孔２２２とが一致するように、アクチュエータ基板２０２に保護基板２０４が固定される。この際、保護基板２０４の対向面２５１は、上面が平坦な台座である第１ダミー配線２１９Ａおよび第２ダミー配線２１９Ｂに、パッシベーション膜２２１を介して押し付けられる。このため、保護基板２０４の対向面２５１は、第１ダミー配線２１９Ａおよび第２ダミー配線２１９Ｂの上面に、パッシベーション膜２２１および接着剤２５０を介して、強固に接合される。
次に、図１５Ｌに示すように、アクチュエータ基板２０２を薄くするための裏面研削が行われる。アクチュエータ基板２０２が裏面２０２ｂから研磨されることにより、アクチュエータ基板２０２が薄膜化される。たとえば、初期状態で６７０μｍ厚程度のアクチュエータ基板２が、３００μｍ厚程度に薄型化されてもよい。次に、アクチュエータ基板２０２に対して、アクチュエータ基板２０２の裏面からエッチング（ドライエッチングまたはウェットエッチング）を行うことによって、インク流路２０５（インク流入部２０６および圧力室２０７）が形成される。
このエッチングの際、可動膜形成層２１０の表面に形成される下地酸化膜は、圧電体膜２１２から金属元素（ＰＺＴの場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）が抜け出すことを防止し、圧電体膜２１２の圧電特性を良好に保つ。また、前述のとおり、可動膜形成層２１０の表面に形成される下地酸化膜は、可動膜２１０Ａを形成するシリコン層の耐久性の維持に寄与する。
この後、図１５Ｍに示すように、ノズル基板２０３がアクチュエータ基板２０２の裏面に張り合わされることにより、インクジェットプリントヘッド２０１が得られる。
図１６Ａおよび図１６Ｂは、ノズル基板２０３へのインク吐出孔２０３ａの形成工程を示す部分拡大断面図であり、図９に対応する切断面を示す。この実施形態では、インク吐出孔２０３ａの加工終端側（アクチュエータ基板２０２側）の横断面形状が四角形状となるように、インク吐出孔２０３ａが形成される。言い換えれば、インク吐出孔２０３ａの加工終端側の横断面の目標形状は正四角形である。
まず、ノズル基板２０３におけるアクチュエータ基板２０２の裏面に接合される面とは反対側の面（裏面）に、フォトリソグラフィによって、貫通孔２９１を有するレジストマスク２９０が形成される。図１７は、レジストマスク２９０の一部を示す拡大底面図である。貫通孔２９１の底面形状（横断面形状）は、インク吐出孔２０３ａの加工終端側の横断面の目標形状（図１７に二点鎖線Ｔで示す正四角形）に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状に形成されている。
次に、ノズル基板２０３の裏面にレジストマスク２９０が形成された状態で、ノズル基板２０３に対してドライエッチングが施される。これにより、図１６Ｂに示すように、ノズル基板２０３にインク吐出孔２０３ａが形成される。
図１８Ａは、インク吐出孔２０３ａの加工始端側（ノズル基板２０３の裏面側）の底面形状を示す拡大底面図である。図１８Ｂは、図１６ＢのXVIIIB−XVIIIB に沿う拡大断面図である。つまり、図１８Ｂは、インク吐出孔２０３ａの長さ中央部（深さ中央部）の横断面形状を示す拡大断面図である。図１８Ｃは、インク吐出孔２０３ａの加工終端側（ノズル基板２０３の表面側）の平面形状を示す拡大平面図である。
レジストマスク２９０に形成された貫通孔２９１の横断面形状は、図１７に示すように、インク吐出孔２０３ａの加工終端側の横断面の目標形状Ｔに対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状に形成されている。したがって、インク吐出孔２０３ａの加工始端側（ノズル基板２０３の裏面側）の底面形状は、図１８Ａに示すように、貫通孔２９１の横断面形状とほぼ同じ形状となる。エッチングが進行するにしたがって、インク吐出孔２０３ａの横断面形状は、たとえば、図１８Ｂに示すように、その各弓状の辺の内方への突出量が減少していく。つまり、エッチングが進行するにしたがって、インク吐出孔２０３ａの横断面形状は、目標形状Ｔである正四角形に近づいていく。そして、インク吐出孔２０３ａの加工終端側（ノズル基板２０３の表面側）においては、図１８Ｃに示すように、その平面形状が目標形状Ｔである正四角形とほぼ同じ形状となる。
言い換えれば、インク吐出孔２０３ａの加工終端側の横断面形状は、インク吐出孔２０３ａの加工始端側（ノズル基板２０３の裏面側）の横断面形状に比べて、目標形状Ｔである正四角形により近い形状となる。この実施形態では、インク吐出孔２０３ａの加工終端側（ノズル基板２０３の表面側）の横断面形状が目標形状Ｔである正四角形とほぼ同じ形状となるように、貫通孔２９１の横断面形状における各弓状の辺の内方への突出量が決定されている。
この後に、レジストマスク２９０が剥離される。これにより、図９に示すようなインク吐出孔２０３ａを有するノズル基板２０３が得られる。
前述の第２実施形態では、インク吐出孔２０３ａの加工終端側の横断面の目標形状は正四角形であったが、前記目標形状は三角形、正四角形以外の四角形、五角形、六角形状の正四角以外の多角形であってもよい。
前記第１および第２実施形態においては、この発明を赤外線センサおよびインクジェットプリントヘッドに適用した場合について説明したが、この発明は、横断面が多角形状である孔を有する基板を備えている装置であれば、赤外線センサやインクジェットプリントヘッド以外の装置にも適用することができる。
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。
１ 赤外線センサ
２ シリコン基板
３ キャビティ
４ 断熱膜
５ 下部電極
５Ａ 主電極部
５Ｂ 引出部
５Ｃ 配線部
６ 焦電体膜
７ 上部電極
１０ 焦電素子
１１ 被覆膜
１２ 水素バリア膜
１３ 絶縁膜
１４ 配線
１４Ａ 電極接続部
１４Ｂ 引出部
１４Ｃ 主配線部
１５ 貫通孔
１６ フィルタ層
３１ 下部電極膜
３２ 焦電体材料膜
３３ 上部電極膜
４０，４０Ａ レジストマスク
４１，４１Ａ 貫通孔
２０３ ノズル基板
２０３ａ インク吐出孔
２０３ｂ 吐出口
２９１ 貫通孔
２９０ レジストマスク

Claims (9)

  1. 孔を有する基板であって、
    前記孔の加工始端側の横断面形状は、所定の多角形の各辺が内方に凸の弓状に形成された形状であり、
    前記孔の加工終端側の横断面形状は、前記孔の加工始終端側の横断面形状に比べて、前記所定の多角形により近い形状である、孔を有する基板。
  2. 前記所定の多角形が四角形である請求項１に記載の孔を有する基板。
  3. 前記所定の多角形が三角形である請求項１に記載の孔を有する基板。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の孔を有する基板と、
    前記孔に対向するように前記基板に保持された断熱膜と、
    前記断熱膜上に形成された焦電素子とを含む、赤外線センサ。
  5. 前記焦電素子は、前記断熱膜における前記孔とは反対側の表面に形成された下部電極と、前記下部電極に対して前記断熱膜とは反対側に配置された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた焦電体膜とを含む、請求項４に記載の赤外線センサ。
  6. 孔を有する基板の製造方法であって、
    前記基板の一表面側に、所定の多角形に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状の貫通孔を有するマスクを配置する工程と、
    前記マスクを介して、前記基板に対してドライエッチングを施すことにより、前記基板に孔を形成する工程とを含む、孔を有する基板の製造方法。
  7. 前記所定の多角形が四角形である、請求項６に記載の孔を有する基板の製造方法。
  8. 前記所定の多角形が三角形である、請求項６に記載の孔を有する基板の製造方法。
  9. 基板の一表面上に断熱膜を形成する工程と、
    前記断熱膜上に焦電素子を形成する工程と、
    前記断熱膜および前記焦電素子の表面を覆う被覆膜を形成する工程と、
    前記焦電素子上において、前記被覆膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔を形成する工程と、
    前記被覆膜上に、一端部が前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接触し、他端部が前記焦電素子の外側に引き出された配線を形成する工程と、
    前記基板における前記焦電素子に対向する位置に、前記基板を厚さ方向に貫通するキャビティを形成する工程とを含み、
    前記キャビティを形成する工程は、
    前記基板における前記断熱膜が形成された表面とは反対側の表面に、所定の多角形に対して、その各辺が内方に凸の弓状に湾曲した形状の貫通孔を有するマスクを配置する工程と、
    前記マスクを介して、前記基板に対してドライエッチングを施すことにより、前記基板に前記キャビティを形成する工程とを含む、赤外線センサの製造方法。
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