JP6979266B2 - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

この発明は、インクジェットプリントヘッドに関する。

特許文献１は、インクジェットプリントヘッドを開示している。特許文献１のインクジェットプリントヘッドは、インク流路としての圧力室（圧力発生室）を有するアクチュエータ基板（基板）と、アクチュエータ基板上に形成された可動膜（弾性膜）と、可動膜上に設けられた圧電素子とを含んでいる。特許文献１のインクジェットプリントヘッドは、さらに、アクチュエータ基板の下面に接合されかつ圧力室に連通するノズル開口を有するノズル基板（ノズルプレート）と、アクチュエータ基板の上面に接合されかつ圧電素子を覆う保護基板とを備えている。

アクチュエータ基板には、圧力室と連通する個別インク供給路と、個別インク供給路と連通する共通インク供給路（連通部）とが形成されている。つまり、アクチュエータ基板には、共通インク供給路、個別インク供給路および圧力室を含むインク流路が形成されている。保護基板の下面には、圧電素子を収容する収容凹所（圧電素子保持部）が形成されている。また、保護基板には、平面視で収容凹所と間隔をおいて、アクチュエータ基板の共通インク供給路と連通するインク供給路（リザーバ―部）が形成されている。インクタンクから、保護基板のインク供給路、アクチュエータ基板の共通インク供給路および個別インク供給路を通って、圧力室にインクが供給される。

特開２０１５−９１６６８号公報

本発明者は、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、インクジェットプリントヘッドを保護基板側から撮像し、その撮像画像を用いて外観検査を行うことを検討した。
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。

この発明の目的は、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できるようになるインクジェットプリントヘッドを提供することである。

この発明の一実施形態は、圧力室を含むインク流路を有するアクチュエータ基板と、前記圧力室上に配置されかつ前記圧力室の天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜上に形成された圧電素子と、前記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、インクジェットプリントヘッドの外観を検査する検査カメラを位置決めするための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を提供する。

この構成では、小領域毎に設けられた検査カメラ位置決め用アライメントマークを利用して、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ことができる。このため、この構成では、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できるようになる。

この発明の一実施形態では、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。
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いる。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。
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。
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。
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む。そして、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。

この発明の一実施形態では、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。
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る。 図８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部分拡大平面図である。 図９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部分拡大平面図である。 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１１Ａ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１１Ｂは、図１１Ａの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｃは、図１１Ｂの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｄは、図１１Ｃの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｅは、図１１Ｄの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｆは、図１１Ｅの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｇは、図１１Ｆの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｈは、図１１Ｇの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｉは、図１１Ｈの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｊは、図１１Ｉの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｋは、図１１Ｊの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｌは、図１１Ｋの次の工程を示す断面図である。 図１１Ｍは、図１１Ｌの次の工程を示す断面図である。

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。

図５を参照して、インクジェットプリントヘッド１の構成を概略的に説明する。
インクジェットプリントヘッド１は、アクチュエータ基板２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。

ノズル基板３は、たとえばシリコン基板からなる。ノズル基板３は、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに張り合わされている。ノズル基板３は、アクチュエータ基板２および可動膜形成層１０とともにインク流路５を区画している。より具体的には、ノズル基板３は、インク流路５の底面部を区画している。ノズル基板３は、圧力室７に臨む凹部３ａを有し、凹部３ａの底面にインク吐出通路３ｂが形成されている。インク吐出通路３ｂは、ノズル基板３を貫通しており、圧力室７とは反対側に吐出口３ｃを有している。したがって、圧力室７の容積変化が生じると、圧力室７に溜められたインクは、インク吐出通路３ｂを通り、吐出口３ｃから吐出される。

可動膜形成層１０における圧力室７の天壁部分は、可動膜１０Ａを構成している。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜からなる。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成されるシリコン（Ｓｉ）膜と、シリコン膜上に形成される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜と、酸化シリコン膜上に形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜との積層膜から構成されていてもよい。この明細書において、可動膜１０Ａとは、可動膜形成層１０のうち圧力室７の天面部を区画している天壁部を意味している。したがって、可動膜形成層１０のうち、圧力室７の天壁部以外の部分は、可動膜１０Ａを構成していない。

可動膜１０Ａの厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。可動膜１０Ａが酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。可動膜１０Ａが、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から構成される場合には、シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。

圧力室７は、可動膜１０Ａと、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。圧力室７の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。インク流入部６は、圧力室７の長手方向一端部に連通している。
可動膜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。

上部電極１３は、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよいし、たとえば、導電性酸化膜（たとえば、ＩｒＯ_２（酸化イリジウム）膜）および金属膜（たとえば、Ｉｒ（イリジウム）膜）が積層された積層構造を有していてもよい。上部電極１３の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
圧電体膜１２としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（ＰｂＺｒ_ｘＴｉ_１−ｘＯ_３：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。

下部電極１１は、たとえば、Ｔｉ（チタン）膜およびＰｔ（プラチナ）膜を可動膜形成層１０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）膜、Ｎｉ（ニッケル）膜などの単膜で下部電極１１を形成することもできる。下部電極１１は、圧電体膜１２の下面に接した主電極部１１Ａと、圧電体膜１２の外方の領域まで延びた延長部１１Ｂとを有している。下部電極１１の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。

下部電極１１の延長部１１Ｂ上および圧電素子９上には、水素バリア膜１４が形成されている。水素バリア膜１４は、たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）からなる。水素バリア膜１４の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。水素バリア膜１４は、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止するために設けられている。
水素バリア膜１４上に、絶縁膜１５が積層されている。絶縁膜１５は、たとえば、ＳｉＯ_２、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。

上部配線１７の一端部は、上部電極１３の一端部（インク流通方向４１の下流側端部）の上方に配置されている。上部配線１７と上部電極１３との間において、水素バリア膜１４および絶縁膜１５を連続して貫通する上部電極用コンタクト孔３３が形成されている。上部配線１７の一端部は、上部電極用コンタクト孔３３に入り込み、上部電極用コンタクト孔３３内で上部電極１３に接続されている。上部配線１７は、上部電極１３の上方から、圧力室７の外縁を横切って圧力室７の外方に延びている。

下部配線は、図示されていないが、平面視でインク流路５が形成されていない所定の領域において、下部電極１１の延長部１１Ｂの上方に配置されている。下部配線は、下部配線と延長部１１Ｂとの間において、水素バリア膜１４および絶縁膜１５を連続して貫通する複数の下部電極用コンタクト孔（図示略）を介して、延長部１１Ｂに接続されている。
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。

パッシベーション膜２１には、上部配線１７の一部を露出させる上部電極用パッド開口３５が形成されている。上部電極用パッド開口３５は、圧力室７の外方領域に形成されており、たとえば、上部配線１７の先端部（上部電極１３へのコンタクト部の反対側端部）に形成されている。パッシベーション膜２１上には、上部電極用パッド開口３５を覆う上部電極用パッド４２が形成されている。上部電極用パッド４２は、上部電極用パッド開口３５に入り込み、上部電極用パッド開口３５内で上部配線１７に接続されている。図示されていないが、パッシベーション膜２１には、下部配線の一部を露出させる下部電極用パッド開口が形成されており、パッシベーション膜２１上には、下部電極用パッド開口を覆い下部配線に接続された下部電極用パッドが形成されている。

インク流路５におけるインク流入部６側の端部に対応する位置に、パッシベーション膜２１、絶縁膜１５、水素バリア膜１４、下部電極１１および可動膜形成層１０を貫通する平面視矩形状のインク供給用貫通孔２２が形成されている。下部電極１１には、インク供給用貫通孔２２を含み、インク供給用貫通孔２２よりも大きな平面視矩形状の貫通孔２３が形成されている。下部電極１１の貫通孔２３とインク供給用貫通孔２２との隙間には、水素バリア膜１４が入り込んでいる。インク供給用貫通孔２２は、インク流入部６に連通している。

保護基板４は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板４は、圧電素子９を覆うようにアクチュエータ基板２上に配置されている。保護基板４は、パッシベーション膜２１に、接着剤５０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５１に収容凹所５２を有している。収容凹所５２内に圧電素子９が収容されている。さらに、保護基板４には、インク供給用貫通孔２２に連通するインク供給路５３と、上部電極用パッド４２および下部電極用パッドを露出させるための開口部（電極パッド露出用開口部）５４が形成されている。インク供給路５３および開口部５４は、保護基板４を貫通している。保護基板４上には、インクを貯留したインクタンク（図示せず）が配置されている。

圧電素子９は、可動膜１０Ａを挟んで圧力室７に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子９は、可動膜１０Ａの圧力室７とは反対側の表面に接するように形成されている。インクタンクからインク供給路５３、インク供給用貫通孔２２、インク流入部６を通って圧力室７にインクが供給されることによって、圧力室７にインクが充填される。可動膜１０Ａは、圧力室７の天面部を区画していて、圧力室７に臨んでいる。可動膜１０Ａは、アクチュエータ基板２における圧力室７の周囲の部分によって支持されており、圧力室７に対向する方向（換言すれば可動膜１０Ａの厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。

上部配線１７および下部配線（図示せず）は、駆動回路（図示せず）に接続されている。具体的には、上部電極用パッド４２と駆動回路とは、接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。下部電極用パッドと駆動回路とは、接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。駆動回路から圧電素子９に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜１２が変形する。これにより、圧電素子９とともに可動膜１０Ａが変形し、それによって、圧力室７の容積変化がもたらされ、圧力室７内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路３ｂを通って、吐出口３ｃから微小液滴となって吐出される。

図１〜図７を参照して、インクジェットプリントヘッド１の構成についてさらに詳しく説明する。
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。

アクチュエータ基板２には、平面視において、その長辺に沿う方向に間隔をおいてストライプ状に配列された複数のインク流路（圧力室）からなるインク流路列（圧力室列）が、その短辺に沿う方向に間隔をおいて４列分設けられている。言い換えれば、アクチュエータ基板２には、平面視において、その長辺に沿う方向に間隔をおいてストライプ状に配列された複数の圧力室からなる圧力室列が、その短辺に沿う方向に間隔をおいて４列分設けられている。

以下において、図２の最も左側のインク流路列を１列目のインク流路列といい、１列目のインク流路列の右隣りにあるインク流路列を２列目のインク流路列ということにする。また、２列目のインク流路列の右隣りにあるインク流路列を３列目のインク流路列といい、３列目のインク流路列の右隣りにあるインク流路列を４列目のインク流路列ということにする。

１列目のインク流路列のパターンと２列目のインク流路列のパターンとは、それらの列の間の中央を結ぶ線分に対して左右対称のパターンとなっている。したがって、１列目のインク流路列に含まれるインク流路５においては、インク流入部６が圧力室７に対して左側にあるのに対して、２列目のインク流路列に含まれるインク流路５においては、インク流入部６が圧力室７に対して右側にある。したがって、１列目のインク流路列と２列目のインク流路列とでは、インク流通方向４１は互いに逆方向になる。

３列目のインク流路列のパターンは、１列目のインク流路列のパターンと同じであり、４列目のインク流路列のパターンは、２列目のインク流路列のパターンと同じである。
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。

各インク流路列の複数のインク流路５毎に、圧電素子９が配置されている。以下において、１列目のインク流路列の複数のインク流路５毎に設けられた複数の圧電素子９を１列目の圧電素子列といい、２列目のインク流路列の複数のインク流路５毎に設けられた複数の圧電素子９を２列目の圧電素子列という場合がある。同様に、３列目のインク流路列の複数のインク流路５毎に設けられた複数の圧電素子９を３列目の圧電素子列といい、４列目のインク流路列の複数のインク流路５毎に設けられた複数の圧電素子９を４列目の圧電素子列という場合がある。

各インク流路列において、複数のインク流路５は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ〜３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各インク流路５は、インク流通方向４１に沿って細長く延びている。インク流路５は、インク供給用貫通孔２２に連通するインク流入部６とインク流入部６に連通する圧力室７とからなる。圧力室７は、平面視において、インク流通方向４１に沿って細長く延びた長方形形状を有している。つまり、圧力室７の天面部は、インク流通方向４１に沿う２つの側縁と、インク流通方向４１に直交する方向に沿う２つの端縁とを有している。インク流入部６は、平面視で圧力室７とほぼ同じ幅を有している。インク供給用貫通孔２２は、平面視において、矩形である（特に図４参照）。

下部電極１１は、可動膜形成層１０の表面のほぼ全域に形成されている（特に図７参照）。下部電極１１は、複数の圧電素子９に対して共用される共通電極である。下部電極１１は、圧電素子９を構成する平面視矩形状の主電極部１１Ａと、主電極部１１Ａから可動膜形成層１０の表面に沿う方向に引き出され、圧力室７の天面部の周縁の外方に延びた延長部１１Ｂとを含んでいる。

主電極部１１Ａの長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。主電極部１１Ａの両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、主電極部１１Ａの短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。主電極部１１Ａの両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。延長部１１Ｂは、下部電極１１の全領域のうち主電極部１１Ａを除いた領域である。

上部電極１３は、平面視において、下部電極１１の主電極部１１Ａと同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、上部電極１３の長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。上部電極１３の両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、上部電極１３の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。上部電極１３の両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。

圧電体膜１２は、平面視において、上部電極１３と同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、圧電体膜１２の長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。圧電体膜１２の両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電体膜１２の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電体膜１２の両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。圧電体膜１２の下面は下部電極１１の主電極部１１Ａの上面に接しており、圧電体膜１２の上面は上部電極１３の下面に接している。

上部配線１７は、圧電素子９の一端部（インク流通方向４１の下流側の端部）の上面からそれに連なる圧電素子９の端面に沿って延び、さらに下部電極１１の延長部１１Ｂの表面に沿って、インク流通方向４１に沿う方向に延びている。上部配線１７の先端部は、保護基板４の開口部５４内に配置されている。パッシベーション膜２１には、上部配線１７の先端部表面の中央部を露出させるパッド開口３５が形成されている。パッシベーション膜２１上に、パッド開口３５を覆うようにパッド４２が設けられている。パッド４２は、パッド開口３５内で上部配線１７に接続されている。

図１、図２、図３および図５に示すように、保護基板４には、その長辺に沿って延びたインク供給路５３が、その短辺に沿う方向に間隔をおいて４つ形成されている。これらのインク供給路５３は、平面視で保護基板４の長辺に沿う方向に細長い矩形である。以下において、これらの４つのインク供給路５３を、図２の左から順に１例目のインク供給路５３、２例目のインク供給路５３、３列目のインク供給路５３および４列目のインク供給路５３ということにする。

１例目のインク供給路５３は、平面視において、１列目のインク流路列内の全てのインク流路５に対するインク供給用貫通孔２２を取り囲むように形成されており、それらのインク供給用貫通孔２２に連通している。２例目のインク供給路５３は、平面視において、２列目のインク流路列内の全てのインク流路５に対するインク供給用貫通孔２２を取り囲むように形成されており、それらのインク供給用貫通孔２２に連通している。

３例目のインク供給路５３は、平面視において、３列目のインク流路列内の全てのインク流路５に対するインク供給用貫通孔２２を取り囲むように形成されており、それらのインク供給用貫通孔２２に連通している。４例目のインク供給路５３は、平面視において、４列目のインク流路列内の全てのインク流路５に対するインク供給用貫通孔２２を取り囲むように形成されており、それらのインク供給用貫通孔２２に連通している。

平面視において、１列目のインク供給路５３と２列目のインク供給路５３との間に、１列目の圧電素子列と２列目の圧電素子列とが配置され、３列目のインク供給路５３と４列目のインク供給路５３との間に、３列目の圧電素子列と４列目の圧電素子列とが配置されている。
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。

また、保護基板４には、平面視において、３列目の圧電素子列と４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２の開口部５４」という場合がある）が形成されている。第２の開口部５４は、３列目の圧電素子列に対応する上部電極用パッド４２、４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１に示すように、保護基板４の表面には、複数のアライメントマーク（検査用カメラ位置決め用アライメントマーク）８１が形成されている。アライメントマーク８１の構成、利用方法等については、後述する。
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。

図８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部分拡大平面図であり、図３に対応した平面図である。図９は、前記インクジェットプリントヘッドのパッシベーション膜のパターン例を示す図解的な平面図であり、図３に対応した平面図である。
この実施形態では、絶縁膜１５およびパッシベーション膜２１は、アクチュエータ基板２上において、平面視で保護基板４の収容凹所５２の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、絶縁膜１５には、インク供給用貫通孔２２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。

保護基板４の収容凹所５２の内側領域においては、絶縁膜１５およびパッシベーション膜２１は、上部配線１７が存在する一端部（上部配線領域）にのみ形成されている。この領域において、パッシベーション膜２１は、絶縁膜１５上の上部配線１７の上面および側面を覆うように形成されている。換言すれば、絶縁膜１５およびパッシベーション膜２１には、平面視で収容凹所５２の内側領域のうち、上部配線領域を除いた領域に、開口３７が形成されている。絶縁膜１５には、さらに、上部電極用コンタクト孔３３が形成されている。

図１を参照して、アライメントマーク８１について説明する。
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。

この実施形態に係るインクジェットプリントヘッド１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４側から見たインクジェットプリントヘッド１の全領域を予め複数の小領域に分割して、小領域毎に撮像を行うようにしている。この場合、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１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。

そこで、この実施形態では、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のアライメントマーク８１を、小領域毎に設けるようにしている。この実施形態では、保護基板４の上面は、図１に鎖線で示すように、横方向に３分割され、縦方向に８分割されることにより、２４個の小領域Ｅに分けられている。各小領域Ｅには、アライメントマーク８１が２個ずつ設けられている。各小領域Ｅに設けられる２つのアライメントマーク８１の位置は予め決められている。ただし、これらの位置は任意に決定することができる。小領域Ｅの中心を基準とする２つのアライメントマーク８１の位置は、小領域Ｅ毎に異なっていてもよいし、全ての小領域Ｅにおいて同じであってもよいし、全ての小領域Ｅにおいて同じではないが一部の小領域Ｅにおいて同じであってもよい。

この実施形態では、全ての小領域Ｅにおいて、いずれかのインク供給路５３の一部が存在している。そして、各小領域Ｅにおいて、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８１が形成されている。
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。

このように、この実施形態では、小領域毎に設けられたアライメントマーク８１を利用して、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撮像好適位置に位置決めしている。これにより、この実施形態では、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１に対する検査用カメラの相対位置を位置決めすることができるようになる。

アライメントマーク８１は、保護基板４の表面に形成された凹部によって構成されている。アライメントマーク８１は、たとえば、保護基板４の表面に熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜に凹部を形成することによって形成されてもよい。具体的には、保護基板４の表面に熱酸化膜を形成した後、熱酸化膜上に各アライメントマークに対応した開口を有するレジストマスクが配置される。そして、このレジストマスクをマスクとして、熱酸化膜がエッチングされることにより、所定パターンのアライメントマーク８１が形成される。

図１１Ａ〜図１１Ｍは、前記インクジェットプリントヘッド１の製造工程の一例を示す断面図であり、図５に対応する切断面を示す。
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。

可動膜形成層１０の表面には、たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２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１２からの金属原子の抜け出しを防ぐ。金属電子が抜け出すと、圧電体膜１２の圧電特性が悪くなるおそれがある。また、抜け出した金属原子が可動膜１０Ａを構成するシリコン層に混入すると可動膜１０Ａの耐久性が悪化するおそれがある。

次に、図１１Ｂに示すように、可動膜形成層１０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１１の材料層である下部電極膜７１が形成される。下部電極膜７１は、たとえば、Ｔｉ膜（たとえば１０ｎｍ〜４０ｎｍ厚）を下層としＰｔ膜（たとえば１０ｎｍ〜４００ｎｍ厚）を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。このような下部電極膜７１は、スパッタ法で形成されてもよい。

次に、圧電体膜１２の材料膜（圧電体材料膜）７２が下部電極膜７１上の全面に形成される。具体的には、たとえば、ゾルゲル法によって１μｍ〜３μｍ厚の圧電体材料膜７２が形成される。このような圧電体材料膜７２は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。
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、ＩｒＯ_２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Ｉｒ０_２／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１１Ｃおよび図１１Ｄに示すように、上部電極膜７３、圧電体材料膜７２および下部電極膜７１のパターニングが行われる。まず、フォトリソグラフィによって、上部電極１３のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図１１Ｃに示すように、このレジストマスクをマスクとして、上部電極膜７３および圧電体材料膜７２が連続してエッチングされることにより、所定パターンの上部電極１３および圧電体膜１２が形成される。

次に、レジストマスクが剥離された後、フォトリソグラフィによって、下部電極１１のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図１１Ｄに示すように、このレジストマスクをマスクとして、下部電極膜７１がエッチングされることにより、所定パターンの下部電極１１が形成される。これにより、主電極部１１Ａと、貫通孔２３を有する延長部１１Ｂとからなる下部電極１１が形成される。このようにして、下部電極１１の主電極部１１Ａ、圧電体膜１２および上部電極１３からなる圧電素子９が形成される。

次に、図１１Ｅに示すように、レジストマスクが剥離された後、全面を覆う水素バリア膜１４が形成される。水素バリア膜１４は、スパッタ法で形成されたＡｌ_２Ｏ_３膜であってもよく、その膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。この後、水素バリア膜１４上の全面に絶縁膜１５が形成される。絶縁膜１５は、ＳｉＯ_２膜であってもよく、その膜厚は、２００ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。続いて、絶縁膜１５および水素バリア膜１４が連続してエッチングされることにより、上部電極用コンタクト孔３３および下部電極用コンタクト孔が形成される。

次に、図１１Ｆに示すように、上部電極用コンタクト孔３３内および下部電極用コンタクト孔内を含む絶縁膜１５上に、スパッタ法によって、上部配線１７および下部配線を構成する配線膜が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、上部配線１７および下部配線が同時に形成される。
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、フォトリソグラフィによって上部電極用パッド開口３５および下部電極用パッド開口に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、パッシベーション膜２１がエッチングされる。これにより、図１１Ｈに示すように、パッシベーション膜２１に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る。レジストマスクが剥離された後に、パッシベーション膜２１上に上部電極用パッド開口３５および下部電極用パッド開口を介して、それぞれ上部配線１７および下部配線に接続される上部電極用パッド４２および下部電極用パッドが形成される。

次に、フォトリソグラフィによって開口３７およびインク供給用貫通孔２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、パッシベーション膜２１および絶縁膜１５が連続してエッチングされる。これにより、図１１Ｉに示すように、パッシベーション膜２１および絶縁膜１５に、開口３７およびインク供給用貫通孔２２が形成される。

次に、レジストマスクが剥離される。そして、フォトリソグラフィによってインク供給用貫通孔２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、水素バリア膜１４および可動膜形成層１０がエッチングされる。これにより、図１１Ｊに示すように、水素バリア膜１４および可動膜形成層１０に、インク供給用貫通孔２２が形成される。

次に、図１１Ｋに示すように、保護基板４の対向面５１に接着剤５０が塗布され、インク供給路５３とインク供給用貫通孔２２とが一致するように、アクチュエータ基板２に保護基板４が固定される。
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。

このエッチングの際、可動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、圧電体膜１２から金属元素（ＰＺＴの場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）が抜け出すことを防止し、圧電体膜１２の圧電特性を良好に保つ。また、前述のとおり、可動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、可動膜１０Ａを形成するシリコン層の耐久性の維持に寄与する。
この後、図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。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の実施形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、全ての小領域Ｅにおいて、いずれかのインク供給路５３の一部が存在しているが、複数の小領域Ｅのなかに、インク供給路５３の一部が存在していない小領域Ｅが含まれていてもよい。
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、各小領域Ｅに２個ずつアライメントマーク９１が形成されているが、各小領域Ｅに１個ずつアライメントマーク９１が形成されていてもよいし、各小領域Ｅに３個以上ずつアライメントマーク９１が形成されていてもよい。
また、前述の実施形態では、水素バリア膜１４の表面の一部に絶縁膜１５が形成されているが、水素バリア膜１４の表面の全域に絶縁膜１５が形成されていてもよい。

また、前述の実施形態では、水素バリア膜１４表面の一部に絶縁膜１５が形成されているが、絶縁膜１５はなくてもよい。
また、前述の実施形態では、圧電体膜の材料としてＰＺＴを例示したが、そのほかにも、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ_３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、ニオブ酸ノチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）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。

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 インクジェットプリントヘッド
２ アクチュエータ基板
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ ノズル基板
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)

1. 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同じ大きさの複数の小領域毎に、インクジェットプリントヘッドの外観を検査する検査カメラを位置決めするための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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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おり、
   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おり、
   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おり、
   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２に記載のインクジェットプリントヘッド。
7. 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、請求項５または６に記載のインクジェットプリントヘッド。
8. 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インクジェットプリントヘッド。
9. 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配置され、前記上部電極に電気的に接続された上部配線と、
   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８に記載のインクジェットプリントヘッド。
10. 前記絶縁膜上に形成され、前記上部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９に記載のインクジェットプリントヘッド。
11. 前記検査カメラ位置決め用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１〜１０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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