JP2018015948A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インクジェットプリントヘッド1は、圧力室を含むインク流路を有するアクチュエータ基板と、圧力室上に配置されかつ圧力室の天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、可動膜上に形成された圧電素子9と、圧電素子9を覆うようにアクチュエータ基板に接合された保護基板4とを含み、保護基板4は、インク流路に連通するインク供給路53を有しており、保護基板4におけるアクチュエータ基板とは反対側の表面には、その全領域が分割されることによって設定された複数の小領域E毎にアライメントマーク81が形成されている。
【選択図】図1
Description
インクジェットプリントヘッドの平面形状は、例えば、10mm×30mm程度の長方形であり、検査用カメラの撮像範囲よりも広い。そこで、保護基板側から見たインクジェットプリントヘッドの全領域を予め複数の小領域に分割しておき、小領域毎に撮像を行うことが考えられる。その場合、小領域毎に、検査用カメラの撮像領域がその小領域の全域を含むように、インクジェットプリントヘッドに対する検査用カメラの相対位置を位置決めする必要がある。
この発明の一実施形態では、前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記圧力室の天面部が所定の第1方向に長い矩形であり、前記圧電素子は、前記可動膜よりも前記圧力室の内方に後退した周縁を有している。
この発明の一実施形態では、前記インク供給路は、前記平面視において、前記第2方向に延びかつ前記第1方向に間隔をおいて配置された複数の細長矩形状インク供給路を含んでいる。
この発明の一実施形態では、前記電極パッド露出用開口部は、前記複数の細長矩形状インク供給路のうちの所定の隣接する2つの細長矩形状インク供給路の間において、それらの細長矩形状インク供給路に沿って延びた平面視矩形状の開口部を含む。
この発明の一実施形態では、前記平面視において、前記上部電極は、前記可動膜よりも前記圧力室の内方に後退した周縁を有しており、前記平面視において、一端部が前記上部電極の上面に接続され、他端部が前記圧力室の周縁の外側に引き出された上部配線をさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記アライメントマークは、前記小領域毎に2個ずつ形成されている。
図1は、この発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの外観を示す図解的な平面図である。図2は、図1の一部が切欠かれた図解的な一部切欠き平面図である。図3は、図2のA部を拡大して示す図解的な平面図であって、保護基板を含む部分拡大平面図である。図4は、図2のA部を拡大して示す図解的な平面図であって、保護基板が省略された部分拡大平面図である。図5は、図3のV-V線に沿う図解的な断面図である。図6は、図3のVI-VI線に沿う図解的な断面図である。図7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部分拡大平面図であり、図3に対応した平面図である。
インクジェットプリントヘッド1は、アクチュエータ基板2と、ノズル基板3と、保護基板4とを備えている。アクチュエータ基板2の表面には、可動膜形成層10が積層されている。アクチュエータ基板2には、インク流路(インク溜まり)5が形成されている。インク流路5は、この実施形態では、アクチュエータ基板2を貫通して形成されている。インク流路5は、図5に矢印で示すインク流通方向41に沿って細長く延びて形成されている。インク流路5は、インク流通方向41の上流側端部(図5では左端部)のインク流入部6と、インク流入部6に連通する圧力室7とから構成されている。図2において、インク流入部6と圧力室7との境界を二点鎖線で示すことにする。
可動膜10Aの表面には、圧電素子9が配置されている。圧電素子9は、可動膜形成層10上に形成された下部電極11と、下部電極11上に形成された圧電体膜12と、圧電体膜12上に形成された上部電極13とを備えている。言い換えれば、圧電素子9は、圧電体膜12を上部電極13および下部電極11で上下から挟むことにより構成されている。
圧電体膜12としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたPZT(PbZrxTi1−xO3:チタン酸ジルコン酸鉛)膜を適用することができる。このような圧電体膜12は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜12は、上部電極13と平面視で同形状に形成されている。圧電体膜12の厚さは、1μm程度である。可動膜10Aの全体の厚さは、圧電体膜12の厚さと同程度か、圧電体膜12の厚さの2/3程度とすることが好ましい。
水素バリア膜14上に、絶縁膜15が積層されている。絶縁膜15は、たとえば、SiO2、低水素のSiN等からなる。絶縁膜15の厚さは、500nm程度である。絶縁膜15上には、上部配線17および下部配線(図示略)が形成されている。これらの配線は、Al(アルミニウム)を含む金属材料からなっていてもよい。これらの配線の厚さは、たとえば、1000nm(1μm)程度である。
絶縁膜15上には、上部配線17、下部配線および絶縁膜15を覆うパッシベーション膜21が形成されている。パッシベーション膜21は、たとえば、SiN(窒化シリコン)からなる。パッシベーション膜21の厚さは、たとえば、800nm程度であってもよい。
図1〜図4を参照して、インクジェットプリントヘッド1の平面視形状は、一方向(図2の紙面の上下方向)に長い長方形状である。この実施形態では、アクチュエータ基板2、保護基板4およびノズル基板3の平面形状および大きさは、インクジェットプリントヘッド1の平面形状および大きさとほぼ同じである。
各インク流路列の複数のインク流路5毎に、インク供給用貫通孔22が設けられている。インク供給用貫通孔22は、インク流入部6上に配置されている。したがって、1列目および3列目のインク流路列に含まれるインク流路5に対するインク供給用貫通孔22は、インク流路5の左端部上に配置され、2列目および4列目のインク流路列に含まれるインク流路5に対するインク供給用貫通孔22は、インク流路5の右端部上に配置されている。
保護基板4には、平面視において、1列目の圧電素子列と2列目の圧電素子列との間位置に、保護基板4の長辺に沿う方向に細長い矩形の開口部54(以下において、「第1の開口部54」という場合がある)が形成されている。第1の開口部54は、1列目の圧電素子列に対応する上部電極用パッド42、2列目の圧電素子列に対応する上部電極用パッド42およびこれらの圧電素子列に共通な1つの下部電極用パッド(図示略)を露出させるための開口部である。
図10は、保護基板の図3に示される領域の底面図である。
図2、図3、図5、図6および図10に示すように、保護基板4の対向面51には、各圧電素子列内の圧電素子9に対向する位置に、それぞれ収容凹所52が形成されている。各収容凹所52に対してインク流通方向41の上流側にインク供給路53が配置され、下流側に開口部54が配置されている。各収容凹所52は、平面視において、対応する圧電素子9の上部電極13のパターンよりも少し大きな矩形状に形成されている。そして、各収容凹所52に、対応する圧電素子9が収容されている。
この実施形態では、絶縁膜15およびパッシベーション膜21は、アクチュエータ基板2上において、平面視で保護基板4の収容凹所52の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、絶縁膜15には、インク供給用貫通孔22が形成されている。この領域において、パッシベーション膜21には、インク供給用貫通孔22および上部電極用パッド開口35および下部電極用パッド開口が形成されている。
アライメントマーク81は、検査用カメラの撮像領域を位置決めするために設けられている。言い換えれば、アライメントマーク81は、インクジェットプリントヘッド1に対する検査用カメラの相対位置を位置決めするために設けられている。
本実施形態に係るインクジェットプリントヘッド1に対して、半導体装置検査用の高精度カメラ(検査用カメラ)を用いて、外観検査が行われる。具体的には、保護基板4側からインクジェットプリントヘッド1が、検査用カメラによって撮像される。そして、その撮像画像に基づいて、インクジェットプリントヘッド1の外観検査が行われる。
外観検査時には、インクジェットプリントヘッド1に対する検査用カメラの相対位置を変化させながら、検査用カメラによってアライメントマーク81を撮像する。そして、撮像対象の小領域E内の2つのアライメントマーク81の撮像画像の位置に基づいて、インクジェットプリントヘッド1に対する検査用カメラの相対位置を、予め設定されている当該小領域Eの撮像に適した位置(撮像好適位置)に位置決めする。そして、当該小領域Eを撮像する。この後、同様な動作により、インクジェットプリントヘッド1に対する検査用カメラの相対位置を、次の撮像対象の小領域Eに対する撮像好適位置に位置決めする。そして、当該小領域Eを撮像する。このような動作を繰り返すことにより、全ての小領域Eを撮像する。
まず、図11Aに示すように、アクチュエータ基板2の表面2aに可動膜形成層10が形成される。ただし、アクチュエータ基板2としては、最終的なアクチュエータ基板2の厚さより厚いものが用いられる。具体的には、アクチュエータ基板2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10が、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜で構成される場合には、アクチュエータ基板2の表面にシリコン膜(たとえば0.4μm厚)が形成され、シリコン膜上に酸化シリコン膜(たとえば0.4μm厚)が形成され、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜(たとえば0.4μm厚)が形成される。
次に、圧電体材料膜72の全面に上部電極13の材料である上部電極膜73が形成される。上部電極膜73は、たとえば、白金(Pt)の単膜であってもよい。上部電極膜73は、たとえば、IrO2膜(たとえば40nm〜160nm厚)を下層とし、Ir膜(たとえば40nm〜160nm厚)を上層とするIr02/Ir積層膜であってもよい。このような上部電極膜73は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、図11Gに示すように、絶縁膜15の表面に上部配線17および下部配線を覆うパッシベーション膜21が形成される。パッシベーション膜21は、例えば、SiNからなる。パッシベーション膜21は、例えば、プラズマCVDによって形成される。
次に、図11Lに示すように、アクチュエータ基板2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2が裏面2bから研磨されることにより、アクチュエータ基板2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2に対して、アクチュエータ基板2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5(インク流入部6および圧力室7)が形成される。
この後、図11Mに示すように、ノズル基板3がアクチュエータ基板2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1が得られる。
また、前述の実施形態では、インク供給路53の一部が存在している小領域Eにおいては、インク供給路53を挟む両側の領域それぞれにアライメントマーク91が形成されている。しかし、インク供給路53の一部が存在している小領域Eであっても、インク供給路53を挟む両側の領域それぞれにアライメントマーク91が形成されていなくてもよい。
また、前述の実施形態では、水素バリア膜14の表面の一部に絶縁膜15が形成されているが、水素バリア膜14の表面の全域に絶縁膜15が形成されていてもよい。
また、前述の実施形態では、圧電体膜の材料としてPZTを例示したが、そのほかにも、チタン酸鉛(PbPO3)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)、ニオブ酸ノチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)などに代表される金属酸化物からなる圧電材料が適用されてもよい。
2 アクチュエータ基板
2a 表面
2b 裏面
3 ノズル基板
3a 凹部
3b インク吐出通路
3c 吐出口
4 保護基板
5 インク流路
6 インク流入部
7 圧力室
9 圧電素子
10 可動膜形成層
10A 可動膜
11 下部電極
11A 主電極部
11B 延長部
12 圧電体膜
13 上部電極
14 水素バリア膜
15 絶縁膜
17 上部配線
21 パッシベーション膜
22 インク供給用貫通孔
23 貫通孔(下部電極)
33 上部電極用コンタクト孔
35 上部電極用パッド開口
37 開口(絶縁膜およびパッシベーション膜)
41 インク流通方向
42 上部電極用パッド
50 接着剤
51 対向面
52 収容凹所
53 インク供給路
54 開口部
71 下部電極膜
72 圧電体材料膜
73 上部電極膜
81 アライメントマーク
Claims (11)
- 圧力室を含むインク流路を有するアクチュエータ基板と、
前記圧力室上に配置されかつ前記圧力室の天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、
前記可動膜上に形成された圧電素子と、
前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に接合された保護基板とを含み、
前記保護基板は、前記アクチュエータ基板に向かって開口しかつ前記圧電素子を収容する収容凹所と、前記インク流路に連通するインク供給路とを有しており、
前記保護基板における前記アクチュエータ基板とは反対側の表面には、その全領域が分割されることによって設定された複数の小領域毎に検査カメラ位置決め用アライメントマークが形成されている、インクジェットプリントヘッド。 - 前記保護基板には、前記保護基板を厚さ方向に貫通する電極パッド露出用開口部が形成されている請求項1に記載の、インクジェットプリントヘッド。
- 前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記圧力室の天面部が所定の第1方向に長い矩形であり、
前記圧電素子は、前記可動膜よりも前記圧力室の内方に後退した周縁を有している、請求項1または2に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 前記圧力室は複数設けられており、
前記圧電素子は、前記圧力室毎に設けられており、
前記アクチュエータ基板には、前記平面視において、前記第1方向と直交する第2方向に間隔をおいて設けられた複数の前記圧力室からなる圧力室列が、前記第1方向に間隔をおいて複数列分形成されている、請求項3に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 前記インク供給路は、前記平面視において、前記第2方向に延びかつ前記第1方向に間隔をおいて配置された複数の細長矩形状インク供給路を含んでいる、請求項4に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記小領域は、前記細長矩形状インク供給路の一部を含む小領域を含んでおり、
前記細長矩形状インク供給路の一部を含む前記小領域のうちの少なくとも1つには、その細長矩形状インク供給路を挟む両側の領域それぞれに前記アライメントマークが形成されている、請求項5に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 前記電極パッド露出用開口部は、前記複数の細長矩形状インク供給路のうちの所定の隣接する2つの細長矩形状インク供給路の間において、それらの細長矩形状インク供給路に沿って延びた平面視矩形状の開口部を含む、請求項5または6に記載のンクジェットプリントヘッド。
- 前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のンクジェットプリントヘッド。
請求項1〜4のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 前記上部電極および前記圧電体膜の少なくとも側面全域と、前記下部電極の上面とを覆う水素バリア膜と、
前記水素バリア膜上に形成され、前記水素バリア膜と前記上部配線との間に配置された絶縁膜とをさらに含み、
前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔が形成されており、前記上部配線の一端部は、前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接続されている、請求項9に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 前記絶縁膜上に形成され、前記配線を被覆するパッシベーション膜をさらに含む、請求項10に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記アライメントマークは、前記小領域毎に2個ずつ形成されている、請求項1〜11のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッド。
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