(57)【要約】【課題】製造工程において圧電体膜に電圧を印可させやすくなる、インクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】インクジェットプリントヘッド１は、複数の圧力室７を有するアクチュエータ基板２と、複数の圧力室７上に配置されかつ複数の圧力室７の天面部を区画する複数の可動膜１０Ａを含む可動膜形成層１０と、複数の可動膜１０Ａ上に形成され、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とを含む複数の圧電素子９と、複数の圧電素子９の上部電極１３に接続された複数の上部配線１７とを含む。複数の上部配線１７は、インクジェットプリントヘッドの側面まで延びている。【選択図】図２
2018020539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリントヘッドであって、
複数の圧力室を有するアクチュエータ基板と、
前記複数の圧力室上に配置されかつ前記複数の圧力室の天面部を区画する複数の可動膜を含む可動膜形成層と、
前記複数の可動膜上に形成され、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複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子の上部電極に接続された複数の上部配線とを含み、
前記複数の上部配線は、前記インクジェットプリントヘッドの側面まで延びている、インクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記下部電極および前記上部電極のいずれにも接続されておらず、製造過程で上部電極の共通パットとして使用される１または複数の圧電体処理用上部電極パッドと、
前記圧電体処理用上部電極パッドに接続された圧電体処理用上部配線とを含み、
前記圧電体処理用上部配線は、前記インクジェットプリントヘッドの側面まで延びている、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
複数のインクジェットプリントヘッドを含むインクジェットプリントヘッド集合体が、当該インクジェットプリントヘッド集合体に設定されたスクライブ領域に沿ってダイシングされることによって製造されたインクジェットプリントヘッドであって、
ダイシングされる前の状態においては、全ての前記複数の上部配線またはこれらが複数組に分けられた各組内の複数の上部配線は、前記スクライブ領域に形成された配線と前記圧電体処理用上部配線を介して前記圧電体処理用上部電極パッドのいずれか１つに接続されている、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
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１〜３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。
【請求項５】
前記上部配線は、前記上部配線に一端部が接続された第１の上部配線と、前記第１の上部配線の他端部に一端部が接続された第２の上部電極とを含み、
前記第２の上部電極の他端部が、前記インクジェットプリントヘッドの側面まで延びている、請求項１〜３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。
【請求項６】
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、前記第２の上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第１の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第１コンタクト孔と、前記第２の上部電極の一部を露出させる第２コンタクト孔とが形成されており、前記第１の上部配線の一端部は、前記第１コンタクト孔を介して前記上部電極に接続されており、前記第１の上部配線の他端部は、前記第２コンタクト孔を介して前記第２の上部電極に接続されている、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
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着剤によって接合される保護基板をさらに含み、
前記保護基板は、前記アクチュエータ基板側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、平面視において前記収容凹所の一端の外方に形成され、前記インク流路の一端部に連通するインク供給路とを有している、請求項１〜６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。
【請求項８】
前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面とは反対側の表面に接着剤によって接合され、前記圧力室の底面部を区画し、前記圧力室に連通するノズル孔を有するノズル基板をさらに含む、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。
【請求項９】
複数の圧力室を有するアクチュエータ基板、前記複数の圧力室の天面部を区画する複数の可動膜および前記複数の可動膜上に形成された複数の圧電素子を有する基板アセンブリと、前記基板アセンブリに接合され、前記複数の圧力室それぞれに連通する複数のノズル孔を有するノズル基板とを含むインクジェットプリントヘッドの製造方法であって、
前記アクチュエータ基板の元基板でありかつ周囲がスクライブ領域に囲まれた複数の機能素子形成領域を有する半導体ウエハを用いて、複数の基板アセンブリを含む基板アセンブリ集合体を形成する工程と、
前記基板アセンブリ集合体に、複数のノズル基板を含むノズル基板集合体を接合することにより、インクジェットプリントヘッド集合体を形成する工程と、
前記インクジェットプリントヘッド集合体を前記スクライブ領域に沿ってダイシングすることにより、複数のインクジェットプリントヘッドを製造する工程とを含み、
前記基板アセンブリ集合体を形成する工程は、
前記半導体ウエハ上に、前記各機能素子形成領域に対して複数の可動膜形成領域を含む可動膜形成層を形成する第１工程と、
前記可動膜形成層の前記各可動膜形成領域上に、下部電極と、前記下部電極に対して前記可動膜形成層とは反対側に配置された上部電極と、それらに挟まれた圧電体膜とを含む複数の圧電素子を形成する第２工程と、
前記可動膜形成領域毎に、当該領域内に含まれる各上部電極に一端部が接続された上部配線を形成する第３工程と、
前記機能素子形成領域毎に１または複数の圧電体処理用上部電極パッドを形成する第４工程とを含み、
前記第３工程では、前記機能素子形成領域内の全ての複数の上部配線またはこれらが複数組に分けられた各組内の複数の上部配線は、当該機能素子形成領域を横切ってその周囲のスクライブ領域内に延び、当該スクライブ領域内において共通配線によって共通接続されるように形成されるとともに、前記共通配線の一端部は、当該スクライブ領域を横切って当該機能素子形成領域内に延びるように形成され、
前記第４工程では、前記共通配線の一端部に接続されるように前記圧電体処理用上部電極パッドが形成される、インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。圧電素子は、第１電極膜と第２電極膜とそれらの間に挟まれた圧電体膜（圧電体層）とからなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−９１６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インクジェットプリントヘッドは圧電体膜を含んでいるので、製造過程において圧電体膜の結晶粒の自発分極の方向を一方向に揃えるための分極処理や、圧電体膜の所定駆動電圧に対する変位量を安定させるためのエージングが行われる。分極処理を行う際には、圧電体膜に電圧が印可される。また、エージングも、圧電体膜に通常電圧よりも高い電圧の高周波電圧を印可することに行われる場合がある。
【０００５】
この発明の目的は、製造過程において圧電体膜に電圧を印可させやすくなる、インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるインクジェットプリントヘッドは、インクジェットプリントヘッドであって、複数の圧力室を有するアクチュエータ基板と、前記複数の圧力室上に配置されかつ前記複数の圧力室の天面部を区画する複数の可動膜を含む可動膜形成層と、前記複数の可動膜上に形成され、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複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の上部電極に接続された複数の上部配線とを含み、前記複数の上部配線は、前記インクジェットプリントヘッドの側面まで延びている。
【０００７】
この構成では、インクジェットプリントヘッドの製造過程において、スクライブ領域に、複数の上部配線に接続される共通配線を形成することができる。この共通配線を利用することによって複数の圧電素子に同時に電圧を印可できるので、製造過程において圧電体膜に電圧を印可させやすくなる。
この発明の一実施形態では、前記下部電極および前記上部電極のいずれにも接続されておらず、製造過程で上部電極の共通パットとして使用される１または複数の圧電体処理用上部電極パッドと、前記圧電体処理用上部電極パッドに接続された圧電体処理用上部配線とを含み、前記圧電体処理用上部配線は、前記インクジェットプリントヘッドの側面まで延びている。
【０００８】
この構成では、インクジェットプリントヘッドの製造過程において、スクライブ領域に、複数の上部配線に接続されるとともに圧電体処理用上部配線に接続される共通配線を形成することができる。これにより、圧電体処理用上部電極パッドを利用して、複数の圧電素子に同時に電圧を印可できるので、製造過程において圧電体膜に電圧を印可させやすくなる。
【０００９】
この発明の一実施形態では、複数のインクジェットプリントヘッドを含むインクジェットプリントヘッド集合体が、当該インクジェットプリントヘッド集合体に設定されたスクライブ領域に沿ってダイシングされることによって製造されたインクジェットプリントヘッドであって、ダイシングされる前の状態においては、全ての前記複数の上部配線またはこれらが複数組に分けられた各組内の複数の上部配線は、前記スクライブ領域に形成された配線と前記圧電体処理用上部配線を介して前記圧電体処理用上部電極パッドのいずれか１つに接続されている。
【００１０】
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。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いる。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。
【００１１】
この発明の一実施形態では、前記上部配線は、前記上部配線に一端部が接続された第１の上部配線と、前記第１の上部配線の他端部に一端部が接続された第２の上部電極とを含み、前記第２の上部電極の他端部が、前記インクジェットプリントヘッドの側面まで延びている。
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、前記第２の上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第１の上部配線との間に配置された絶縁膜とをさらに含む。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第１コンタクト孔と、前記第２の上部電極の一部を露出させる第２コンタクト孔とが形成されている。前記第１の上部配線の一端部は、前記第１コンタクト孔を介して前記上部電極に接続されている。前記第１の上部配線の他端部は、前記第２コンタクト孔を介して前記第２の上部電極に接続されている。
【００１２】
この発明の一実施形態では、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着剤によって接合される保護基板をさらに含む。前記保護基板は、前記アクチュエータ基板側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、平面視において前記収容凹所の一端の外方に形成され、前記インク流路の一端部に連通するインク供給路とを有している。
【００１３】
この発明の一実施形態では、前記アクチュエータ基板の前記可動膜側の表面とは反対側の表面に接着剤によって接合され、前記圧力室の底面部を区画し、前記圧力室に連通するノズル孔を有するノズル基板をさらに含む。
この発明によるインクジェットプリントヘッドの製造方法は、複数の圧力室を有するアクチュエータ基板、前記複数の圧力室の天面部を区画する複数の可動膜および前記複数の可動膜上に形成された複数の圧電素子を有する基板アセンブリと、前記基板アセンブリに接合され、前記複数の圧力室それぞれに連通する複数のノズル孔を有するノズル基板とを含むインクジェットプリントヘッドの製造方法であって、前記アクチュエータ基板の元基板でありかつ周囲がスクライブ領域に囲まれた複数の機能素子形成領域を有する半導体ウエハを用いて、複数の基板アセンブリを含む基板アセンブリ集合体を形成する工程と、前記基板アセンブリ集合体に、複数のノズル基板を含むノズル基板集合体を接合することにより、インクジェットプリントヘッド集合体を形成する工程と、前記インクジェットプリントヘッド集合体を前記スクライブ領域に沿ってダイシングすることにより、複数のインクジェットプリントヘッドを製造する工程とを含む。
【００１４】
前記基板アセンブリ集合体を形成する工程は、前記半導体ウエハ上に、前記各機能素子形成領域に対して複数の可動膜形成領域を含む可動膜形成層を形成する第１工程と、前記可動膜形成層の前記各可動膜形成領域上に、下部電極と、前記下部電極に対して前記可動膜形成層とは反対側に配置された上部電極と、それらに挟まれた圧電体膜とを含む複数の圧電素子を形成する第２工程と、前記可動膜形成領域毎に、当該領域内に含まれる各上部電極に一端部が接続された上部配線を形成する第３工程と、前記機能素子形成領域毎に１または複数の圧電体処理用上部電極パッドを形成する第４工程とを含む。
【００１５】
前記第３工程では、前記機能素子形成領域内の全ての複数の上部配線またはこれらが複数組に分けられた各組内の複数の上部配線は、当該機能素子形成領域を横切ってその周囲のスクライブ領域内に延び、当該スクライブ領域内において共通配線によって共通接続されるように形成されるとともに、前記共通配線の一端部は、当該スクライブ領域を横切って当該機能素子形成領域内に延びるように形成される。前記第４工程では、前記共通配線の一端部に接続されるように前記圧電体処理用上部電極パッドが形成される。
【００１６】
この製造方法では、圧電体処理用上部電極パッドを利用して、複数の圧電素子に同時に電圧を印可できるので、製造過程において圧電体膜に電圧を印可させやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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構成を説明するための図解的な平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板を含む平面図である。
【図３】図３は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板が省略された平面図である。
【図４】図４は、図２のIV-IV線に沿う図解的な断面図である。
【図５】図５は、図２のV-V線に沿う図解的な断面図である。
【図６】図６は、図２のVI-VI線に沿う図解的な断面図である。
【図７】図７は、図２のVII-VII線に沿う図解的な断面図である。
【図８】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平面図である。
【図９】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る。
【図１０】図１０は、保護基板の図２に示される領域の底面図である。
【図１１】図１１は、アクチュエータ基板の元基板としての半導体ウエハの平面図である。
【図１２】図１２は、インクジェットプリントヘッド集合体を示す図解的な平面図である。
【図１３】図１３は、図１２のＢ部を拡大して示す平面図である。
【図１４】図１４は、図１３のXIV-XIV線に沿う図解的な断面図である。
【図１５Ａ】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り、図４の切断面に対応する断面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１５Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、図１５Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、図１５Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｇ】図１５Ｇは、図１５Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｈ】図１５Ｈは、図１５Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｉ】図１５Ｉは、図１５Ｈの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｊ】図１５Ｊは、図１５Ｉの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｋ】図１５Ｋは、図１５Ｊの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｌ】図１５Ｌは、図１５Ｋの次の工程を示す断面図である。
【図１５Ｍ】図１５Ｍは、図１５Ｌの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａ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り、図１４の切断面に対応する断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１６Ａの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図１６Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、図１６Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｅ】図１６Ｅは、図１６Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｆ】図１６Ｆは、図１６Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｇ】図１６Ｇは、図１６Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｈ】図１６Ｈは、図１６Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｉ】図１６Ｉは、図１６Ｈの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｊ】図１６Ｊは、図１６Ｉの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｋ】図１６Ｋは、図１６Ｊの次の工程を示す断面図である。
【図１６Ｌ】図１６Ｌは、図１６Ｋの次の工程を示す断面図である。
【図１７】図１７は、上部配線および圧電体処理用上部配線の変形例を示す断面であり、図１４に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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構成を説明するための図解的な平面図である。図２は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板を含む平面図である。図３は、図１のＡ部を拡大して示す図解的な部分拡大平面図であって、保護基板が省略された平面図である。図４は、図２のIV-IV線に沿う図解的な断面図である。図５は、図２のV-V線に沿う図解的な断面図である。図６は、図２のVI-VI線に沿う図解的な断面図である。図７は、図２のVII-VII線に沿う図解的な断面図である。
【００１９】
図４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および圧電素子９を含むアクチュエータ基板アセンブリＳＡと、ノズル基板３と、保護基板４とを備えている。以下において、アクチュエータ基板アセンブリＳＡを、基板アセンブリＳＡということにする。
【００２０】
アクチュエータ基板２の表面２ａ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４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４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４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。
【００２１】
ノズル基板３は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）基板３０と、シリコン基板３０における圧力室７とは反対側の表面（裏面）に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜３１と、酸化シリコン膜３１におけるシリコン基板３０とは反対側の表面に形成された撥水膜３２とからなる。撥水膜３２は、この実施形態では、フッ素系ポリマー等の有機膜からなる。この実施形態では、シリコン基板３０の厚さは４０μｍ程度であり、酸化シリコン膜３１の膜厚は０．１μｍ程度であり、撥水膜３２の膜厚は０．１μｍ程度である。
【００２２】
ノズル基板３は、アクチュエータ基板２の裏面２ｂにシリコン基板３０側の表面が対向した状態で、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には、ノズル孔２０が形成されている。ノズル孔２０は、圧力室７に臨む凹部２０ａと、凹部２０ａの底面に形成されたインク吐出通路２０ｂとからなる。インク吐出通路２０ｂは、凹部２０ａの底壁を貫通しており、圧力室７とは反対側にインク吐出口２０ｃ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２０ｂを通り、吐出口２０ｃから吐出される。
【００２３】
この実施形態では、凹部２０ａは、シリコン基板３０の表面から酸化シリコン膜３１側に向かって横断面が徐々に小さくなる円錐台状に形成されている。インク吐出通路２０ｂは、横断面が円形のストレート孔から構成されている。この実施形態では、凹部２０ａは、シリコン基板３０の厚さ途中まで形成されており、インク吐出通路２０ｂは、シリコン基板３０に形成されている部分と、酸化シリコン膜３１および撥水膜３２に形成された部分とからなる。
【００２４】
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（ＳｉＯ２）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（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
可動膜形成層１０の表面には、金属バリア膜８が形成されている。金属バリア膜８は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。金属バリア膜８の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。金属バリア膜８の表面には、可動膜１０Ａの上方位置に、圧電素子９が配置されている。圧電素子９は、金属バリア膜８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。
【００２７】
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、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（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。前述の金属バリア膜８は、主として圧電体膜１２から金属元素（圧電体膜１２がＰＺＴの場合には、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とともに、圧電体膜１２の成膜時に、可動膜１０Ａに金属が拡散するのを防止する。金属バリア膜８は、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止する機能も有している。
【００２８】
下部電極１１は、たとえば、Ｔｉ（チタン）膜およびＰｔ（プラチナ）膜を金属バリア膜８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。
【００２９】
圧電素子９上、下部電極１１の延長部１１Ｂ上および金属バリア膜８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、Ａｌ２Ｏ３（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、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、下部配線１６（図２、図６参照）、上部配線１７、圧電体処理用下部配線１８（図２、図７参照）および圧電体処理用上部配線１９（図２、図７参照）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。
【００３０】
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コンタクト孔２７が形成されている。上部配線１７の一端部は、コンタクト孔２７に入り込み、コンタクト孔２７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。上部配線１７の他端は、インクジェットプリントヘッド１の側面に達している。下部配線１６、圧電体処理用下部配線１８および圧電体処理用上部配線１９については、後述する。
【００３１】
絶縁膜１５上には、下部配線１６、上部配線１７、圧電体処理用下部配線１８、圧電体処理用上部配線１９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パッド開口３７が形成されている。パッド開口３７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の長さ中間部に形成されている。パッシベーション膜２１上には、パッド開口３７を覆う上部電極用パッド４７が形成されている。上部電極用パッド４７は、パッド開口３７に入り込み、パッド開口３７内で上部配線１７に接続されている。
【００３２】
下部配線１６、圧電体処理用下部配線１８および圧電体処理用上部配線１９に対しても、それぞれ下部電極用パッド４６、圧電体処理用下部電極パッド４８および圧電体処理用上部電極パッド４９（図２参照）が設けられているが、それらのパッドについては後述する。
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、金属バリア膜８および可動膜形成層１０を貫通する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。
【００３３】
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を覆うように基板アセンブリＳＡ上に配置されている。保護基板４は、基板アセンブリＳＡに、接着剤５０を介して接合されている。保護基板４は、基板アセンブリＳＡ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とパッド４６〜４９を露出させるための開口部５４とが形成されている。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。
【００３４】
圧電素子９は、可動膜１０Ａおよび金属バリア膜８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、金属バリア膜８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。
【００３５】
下部配線１６（図２、図６参照）および上部配線１７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４７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４６（図２、図６参照）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２０ｂを通って、インク吐出口２０ｃから微小液滴となって吐出される。
【００３６】
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。以下の説明において、図１の左側を「左」、図１の右側を「右」、図１の下側を「前」、図１の上側を「後」とそれぞれいうものとする。
図１に示すように、インクジェットプリントヘッド１の平面視形状は、前後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。
【００３７】
アクチュエータ基板２上には、平面視において、前後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電素子９の列（以下「圧電素子列」という）が、左右方向に間隔をおいて複数列分設けられている。この実施形態では、説明の便宜上、圧電素子列は、２列分設けられているものとする。
図２および図３に示すように、アクチュエータ基板２には、圧電素子毎に、インク流路５（圧力室７）が形成されている。したがって、アクチュエータ基板２には、平面視において、前後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５（圧力室７）からなるインク流路列（圧力室列）が、左右方向に間隔をおいて２列分設けられている。
【００３８】
図１の左側の圧電素子列に対応するインク流路列のパターンと右側の圧電素子列に対応するインク流路列のパターンとは、それらの列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、左側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のに対して、右側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。したがって、左側のインク流路列と右側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。
【００３９】
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、左側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、右側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ている。
【００４０】
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。インク流入部６における圧力室７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２２は、平面視において、円形状である（特に図３参照）。
【００４１】
圧電素子９は、平面視において、圧力室７（可動膜１０Ａ）の長手方向に長い矩形形状を有している。圧電素子９の長手方向の長さは、圧力室７（可動膜１０Ａ）の長手方向の長さよりも短い。図３に示すように、圧電素子９の短手方向に沿う両端縁は、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、圧電素子９の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電素子９の長手方向に沿う両側縁は、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。
【００４２】
下部電極１１は、可動膜形成層１０の表面の周縁部を除いて、可動膜形成層１０の表面のほぼ全域に形成されている。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。図１の左側の圧電素子列内の圧電素子９に関しては、上部配線１７は、その一端部が圧電素子９の左端部に接続され、他端部はインクジェットプリントヘッド１の左側面まで延びて左側面に露出している。一方、図１の右側の圧電素子列内の圧電素子９に関しては、上部配線１７は、その一端部が圧電素子９の右端部に接続され、他端部はインクジェットプリントヘッド１の右側面まで延びて右側面に露出している。
【００４７】
パッシベーション膜２１には、上部配線１７の長さ中間部の表面の中央部を露出させるパッド開口３７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３７を覆うように上部電極用パッド４７が設けられている。上部電極用パッド４７は、パッド開口３７内で上部配線１７に接続されている。左側の圧電素子列内の複数の圧電素子９に対応する複数の上部電極用パッド４７は、図１に示すように、平面視で、左側の圧電素子列の左側において、前後方向に一列状に並んで配置されている。また、右側の圧電素子列内の複数の圧電素子９に対応する複数の上部電極用パッド４７は、平面視で、右側の圧電素子列の右側において、前後方向に一列状に並んで配置されている。
【００４８】
図１、図２、図３および図６を参照して、下部配線１６は、平面視において、左側の上部電極用パッド列の後方位置および右側の上部電極用パッド列の後方位置にそれぞれ配置されている。下部配線１６は、平面視で四角形状である。下部配線１６の下方には、下部電極１１の延長部１１Ｂが存在している。下部配線１６と下部電極１１の延長部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コンタクト孔２６が形成されている。下部配線１６は、コンタクト孔２６に入り込み、コンタクト孔２６内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
【００４９】
パッシベーション膜２１には、下部配線１６の表面の中央部を露出させるパッド開口３６が形成されている。パッシベーション膜２１上には、パッド開口３６を覆う下部電極用パッド４６が形成されている。下部電極用パッド４６は、パッド開口３６に入り込み、パッド開口３６内で下部配線１６に接続されている。
図１、図２、図３および図７を参照して、圧電体処理用下部配線１８は、平面視において、左側の下部電極用パッド４６の後方位置および右側の下部電極用パッド４６の後方位置にそれぞれ配置されている。圧電体処理用下部配線１８は、平面視で四角形状である。圧電体処理用下部配線１８の下方には、下部電極１１の延長部１１Ｂが存在している。圧電体処理用下部配線１８と下部電極１１の延長部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コンタクト孔２８が形成されている。圧電体処理用下部配線１８は、コンタクト孔２８に入り込み、コンタクト孔２８内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
【００５０】
パッシベーション膜２１には、圧電体処理用下部配線１８の表面の中央部を露出させるパッド開口３８が形成されている。パッシベーション膜２１上には、パッド開口３８を覆う圧電体処理用下部電極パッド４８が形成されている。圧電体処理用下部電極パッド４８は、パッド開口３８に入り込み、パッド開口３８内で圧電体処理用下部配線１８に接続されている。
【００５１】
図１、図２、図３および図７を参照して、圧電体処理用上部配線１９は、平面視において、左側の圧電体処理用下部電極パッド４８の左側位置および右側の圧電体処理用下部電極パッド４８の右側位置にそれぞれ配置されている。右側の圧電体処理用上部配線１９は、右側の圧電体処理用下部電極パッド４８の右隣りに配置された平面視矩形状のパッド部１９ａと、パッド部１９ａの右辺の中間部からインクジェットプリントヘッド１の右側面まで延びて右側面に露出する配線部１９ｂとを含む。同様に、左側の圧電体処理用上部配線１９は、左側の圧電体処理用下部電極パッド４８の左隣りに配置された平面視矩形状のパッド部と、パッド部の左辺の中間部からインクジェットプリントヘッド１の左側面まで延びて左側面に露出する配線部とを含む。
【００５２】
パッシベーション膜２１には、圧電体処理用上部配線１９のパッド部１９ａの表面の中央部を露出させるパッド開口３９が形成されている。パッシベーション膜２１上には、パッド開口３９を覆う圧電体処理用上部電極パッド４９が形成されている。圧電体処理用上部電極パッド４９は、パッド開口３９に入り込み、パッド開口３９内で圧電体処理用上部配線１９に接続されている。
【００５３】
図１、図２および図４に示すように、保護基板４には、左側のインク流路列に対する複数のインク供給用貫通孔２２に連通する複数のインク供給路５３（以下、「第１のインク供給路５３」という場合がある）と、右側のインク流路列に対する複数のインク供給用貫通孔２２に連通する複数のインク供給路５３（以下、「第２のインク供給路５３」という場合がある）とが形成されている。第１のインク供給路５３は、平面視において、保護基板４の幅中央に対して左側にずれた位置に、前後方向に間隔をおいて１列状に配置されている。第２のインク供給路５３は、平面視において、保護基板４の幅中央に対して右側にずれた位置に、前後方向に間隔をおいて１列状に配置されている。インク供給路５３は、平面視において、アクチュエータ基板２側のインク供給用貫通孔２２と同じパターンの円形状である。インク供給路５３は、平面視でインク供給用貫通孔２２に整合している。
【００５４】
また、保護基板４には、左側の圧電素子列に対応した全ての上部電極用パッド４７ならびに左側の下部電極用パッド４６、圧電体処理用下部電極パッド４８および圧電体処理用上部電極パッド４９を露出させるための開口部５４が形成されている。また、保護基板４には、右側の圧電素子列に対応した全ての上部電極用パッド４７ならびに右側の下部電極用パッド４６、圧電体処理用下部電極パッド４８および圧電体処理用上部電極パッド４９を露出させるための開口部５４が形成されている。これらの開口部５４は、平面視において、前後方向に長い矩形状である。
【００５５】
図１０は、保護基板の図２に示される領域の底面図である。
図４、図５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。
【００５６】
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およびコンタクト孔２６，２８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、パッド開口３６〜３９が形成されている。
【００５７】
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４０が形成されている。絶縁膜１５には、さらに、コンタクト孔２７が形成されている。
【００５８】
インクジェットプリントヘッド１の製造方法の概要について説明する。
図１１は、アクチュエータ基板の元基板としての半導体ウエハの平面図であり、一部の領域を拡大して示してある。
アクチュエータ基板２の元基板としての半導体ウエハ（アクチュエータウエハ）１００は、例えばシリコンウエハからなる。アクチュエータウエハ１００の表面１００ａは、アクチュエータ基板の表面２ａに対応している。アクチュエータウエハ１００の表面１００ａには、複数の機能素子形成領域１０１がマトリクス状に配列されて設定されている。隣接する機能素子形成領域１０１の間には、スクライブ領域（境界領域）１０２が設けられている。スクライブ領域１０２は、ほぼ一定の幅を有する帯状の領域であり、直交する二方向に延びて格子状に形成されている。スクライブ領域１０２には、切断予定線１０３が設定されている。アクチュエータウエハ１００に対して必要な工程を行うことにより、インク流路５は形成されていないが、各機能素子形成領域１０１上に基板アセンブリＳＡの構成が形成された基板アセンブリ集合体（ＳＡ集合体）１１０が作成される。
【００５９】
基板アセンブリ集合体１１０の各機能素子形成領域１０１に対応した複数の保護基板４を一体的に含む保護基板集合体１３０（図１５Ｋ、図１６Ｊ参照）が予め用意されている。保護基板集合体１３０は、保護基板４の元基板としての半導体ウエハ（保護基板用ウエハ）に対して必要な工程を行うことにより作成される。保護基板用ウエハは、例えばシリコンウエハからなる。
【００６０】
また、基板アセンブリ集合体１１０の各機能素子形成領域１０１に対応した複数のノズル基板３を一体的に含むノズル基板集合体１５０（図１５Ｍ、図１６Ｌ参照）が予め用意される。ノズル基板集合体１５０は、ノズル基板３の元基板としての半導体ウエハ（ノズルウエハ）に対して必要な工程を行うことにより作成される。ノズルウエハは、例えばシリコンウエハからなる。ノズル基板集合体１５０は、図１５Ｍおよび図１６Ｌに示すように、ノズルウエハ１４０と、ノズルウエハ１４０の一表面に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜１４２と、酸化シリコン膜１４２の表面に形成された撥水膜１４３とからなる。
【００６１】
基板アセンブリ集合体１１０が作成されると、基板アセンブリ集合体１１０に保護基板集合体１３０が接合される。次に、基板アセンブリ集合体１１０に、インク流路５が形成される。次に、基板アセンブリ集合体１１０にノズル基板集合体１５０が接合される。これにより、基板アセンブリ集合体１１０と、保護基板集合体１３０と、ノズル基板集合体１５０とからなるインクジェットプリントヘッド集合体１７０が得られる。この後、インクジェットプリントヘッド集合体１７０は、切断予定線１０３に沿ってダイシングブレードにより切断（ダイシング）される。これによって、機能素子形成領域１０１を含む個々のインクジェットプリントヘッド（チップ）１が切り出される。インクジェットプリントヘッド１は、周縁部にスクライブ領域１０２を有し、スクライブ領域１０２に囲まれた中央領域に機能素子形成領域１０１を有することになる。
【００６２】
図１２は、インクジェットプリントヘッド集合体の一部を図解的に示す部分平面図である。
インクジェットプリントヘッド集合体１７０は、前述したようにアクチュエータウエハ１００を含む基板アセンブリ集合体１１０と、基板アセンブリ集合体１１０の表面に接合された保護基板集合体１３０と、基板アセンブリ集合体１１０の裏面に接合されたノズル基板集合体１５０とからなる。
【００６３】
アクチュエータウエハ１００の各機能素子形成領域１０１には、図１２には図示を省略しているが、前述した可動膜形成層１０、圧電素子９、配線１６〜１９等が形成されている。一方、アクチュエータウエハ１００のスクライブ領域１０２には、図１２には図示を省略しているが、配線等が形成されている。
図１３は、図１２のＢ部を拡大して示す平面図である。図１４は、図１３のXIV-XIV線に沿う図解的な断面図である。
【００６４】
図１３において符号１０４は、スクライブ領域１０２内に設定された除去予定領域を示している。除去予定領域１０４は、ダイシングによって除去される領域であり、スクライブ領域１０２の幅中央部の所定幅を有する領域である。除去予定領域１０４によって囲まれた部分が、ダイシング後においてインクジェットプリントヘッド１となる。
ある機能素子形成領域１０１の右辺に沿う除去予定領域１０４の左半部（左側部）には、当該機能素子形成領域１０１上の右側の圧電素子列に対応した複数の上部配線１７の右端に繋がる複数の第１上部延長配線１７−１と、それらの第１上部延長配線１７−１の先端部（右端部）が接続された１本の第１共通配線１７−２とが形成されている。第１上部延長配線１７−１は、左右方向に延び、第１共通配線１７−２は、前後方向に延びている。第１共通配線１７−２の後端部は、当該圧電素子列に対応した圧電体処理用上部電極パッド４８の右方まで延び、そこから左方向に屈曲して、当該圧電素子列に対応した圧電体処理用上部配線１９の右端に繋がっている。第１上部延長配線１７−１および第１共通配線１７−２は、これらが接続されている複数の上部配線１７および圧電体処理用上部配線１９と一体的に形成されている。
【００６５】
ある機能素子形成領域１０１の左辺に沿う除去予定領域１０４の右半部（右側部）には、当該機能素子形成領域１０１上の左側の圧電素子列に対応した複数の上部配線１７の左端に繋がる複数の第２上部延長配線１７−１と、それらの第２上部延長配線１７−１の先端部（左端部）が接続された１本の第２共通配線１７−２とが形成されている。第２上部延長配線１７−１は、左右方向に延び、第２共通配線１７−２は、前後方向に延びている。第２共通配線１７−２の後端部は、当該圧電素子列に対応した圧電体処理用上部電極パッド４８の左方まで延び、そこから右方向に屈曲して、当該圧電素子列に対応した圧電体処理用上部配線１９に繋がっている。第２上部延長配線１７−１および第２共通配線１７−２は、これらが接続されている複数の上部配線１７と一体的に形成されている。
【００６６】
インクジェットプリントヘッド集合体１７０においては、各機能素子形成領域１０１上に形成された右側の圧電素子列内の全ての圧電素子９の上部電極１３は、上部配線１７、第１上部延長配線１７−１、第１共通配線１７−２および右側の圧電体処理用上部配線１９を介して右側の圧電体処理用上部電極パッド４９に接続されている。また、右側の圧電素子列内の全ての圧電素子９の下部電極１１（主電極部１１Ａ）は、右側の圧電体処理用下部配線１８を介して、右側の圧電体処理用下部電極パッド４８に接続されている。
【００６７】
一方、各機能素子形成領域１０１上に形成された左側の圧電素子列内の全ての圧電素子９の上部電極１３は、上部配線１７、第２上部延長配線１７−１、第２共通配線１７−２および左側の圧電体処理用上部配線１９を介して左側の圧電体処理用上部電極パッド４９に接続されている。また、左側の圧電素子列内の全ての圧電素子９の下部電極１１（主電極部１１Ａ）は、左側の圧電体処理用下部配線１８を介して、左側の圧電体処理用下部電極パッド４８に接続されている。
【００６８】
この実施形態では、インクジェットプリントヘッド集合体１７０に対してダイシングによる個別化処理が行われる前に、圧電体膜の結晶粒の自発分極の方向を一方向に揃えるための分極処理や、圧電体膜の所定駆動電圧に対する変位量を安定させるためのエージングが行われる。この実施形態では、分極処理およびエージングは、圧電体膜に電圧を印可することにより行われる。圧電体膜への電圧の印可は次のように行われる。すなわち、各機能素子形成領域１０１上に形成された左側の圧電素子列内の圧電素子９の圧電体膜１２に対しては、左側の圧電体処理用上部電極パッド４９および圧電体処理用下部電極パッド４８を用いて電圧が印可される。また、各機能素子形成領域１０１上に形成された右側の圧電素子列内の圧電素子９の圧電体膜１２に対しては、右側の圧電体処理用上部電極パッド４９および圧電体処理用下部電極パッド４８を用いて電圧が印可される。複数の圧電素子９の組（この実施形態では圧電素子列）に対して、一対の電極パッドを用いて電圧を印可できるので、製造過程において圧電体膜に電圧を印可させやすくなる。
【００６９】
以下、インクジェットプリントヘッド１の製造方法を具体的に説明する。
図１５Ａ〜図１５Ｍは、インクジェットプリントヘッド１の製造工程を示す断面図であり、図４の切断面に対応する断面図である。図１６Ａ〜図１６Ｌは、インクジェットプリントヘッド１の製造工程を示す断面図であり、図１４の切断面に対応する断面図である。
まず、図１５Ａおよび図１６Ａに示すように、アクチュエータウエハ１００を用意する。ただし、アクチュエータウエハ１００としては、最終的なアクチュエータ基板２の厚さよりも厚いものが用いられる。そして、アクチュエータウエハ１００の表面１００ａに可動膜形成層１０が形成される。具体的には、アクチュエータウエハ１００の表面１００ａ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。
【００７０】
次に、可動膜形成層１０上に、金属バリア膜８が形成される。金属バリア膜８は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３膜（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚）からなる。金属バリア膜８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。
【００７１】
次に、図１５Ｂおよび図１６Ｂに示すように、金属バリア膜８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。
【００７２】
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、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。
【００７３】
次に、図１５Ｃおよび図１６Ｃならびに図１５Ｄおよび図１６Ｄ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１５Ｃおよび図１６Ｃ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。
【００７４】
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１５Ｄおよび図１６Ｄ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。
【００７５】
次に、図１５Ｅおよび図１６Ｅ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１４上の全面に絶縁膜１５が形成される。絶縁膜１５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、コンタクト孔２６，２７，２８が形成される。
【００７６】
次に、図１５Ｆおよび図１６Ｆに示すように、コンタクト孔２６，２７，２８内を含む絶縁膜１５上に、スパッタ法によって、下部配線１６、上部配線１７、圧電体処理用下部配線１８、圧電体処理用上部配線１９、上部延長配線１７−１および共通配線１７−２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、下部配線１６、上部配線１７、圧電体処理用下部配線１８、圧電体処理用上部配線１９、上部延長配線１７−１および共通配線１７−２が同時に形成される。
【００７７】
次に、図１５Ｇおよび図１６Ｇに示すように、絶縁膜１５の表面に各配線１６，１７，１８，１９，１７−１，１７−２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パッド開口３６〜３９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１５Ｈおよび図１６Ｈに示すように、パッシベーション膜２１にパッド開口３６〜３９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上にパッド開口３６、３７、３８および３９を介して、それぞれ下部電極用パッド４６、上部電極用パッド４７、圧電体処理用下部電極パッド４８および圧電体処理用上部電極パッド４９が形成される。
【００７８】
次に、フォトリソグラフィによって開口４０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１５Ｉおよび図１６Ｉ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４０およびインク供給用貫通孔２２が形成される。
【００７９】
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、金属バリア膜８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１５Ｊに示すように、水素バリア膜１４、金属バリア膜８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。これにより、基板アセンブリ集合体１１０が作成される。
【００８０】
次に、図１５Ｋおよび図１６Ｊに示すように、保護基板集合体１３０の対向面５１に接着剤５０が塗布され、インク供給路５３とそれに対応するインク供給用貫通孔２２とが一致するように、基板アセンブリ集合体１１０に保護基板集合体１３０が固定される。
次に、図１５Ｌおよび図１６Ｋに示すように、アクチュエータウエハ１００を薄くするための裏面研削が行われる。アクチュエータウエハ１００が裏面１００ｂから研磨されることにより、アクチュエータウエハ１００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ウエハ１００が、３００μｍ厚程度に薄型化されてもよい。この後、アクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂ側に、フォトリソグラフィによってインク流路５（インク流入部６および圧力室７）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、アクチュエータウエハ１００が裏面１００ｂからエッチングされる。これにより、アクチュエータウエハ１００に、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。
【００８１】
このエッチングの際、可動膜形成層１０の表面に形成された金属バリア膜８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、金属バリア膜８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１５Ｍおよび図１６Ｌに示すように、ノズル基板集合体１５０がアクチュエータウエハ１００の裏面１００ｂに張り合わされる。これにより、基板アセンブリ集合体１１０と、保護基板集合体１３０と、ノズル基板集合体１５０とからなるインクジェットプリントヘッド集合体１７０が得られる。この後、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が、切断予定線１０３に沿ってダイシングブレードにより切断される。つまり、インクジェットプリントヘッド１を個別に切り出すための工程が行われる。これにより、スクライブ領域１０２内の除去予定領域１０４が除去される。したがって、除去予定領域１０４内に形成されていた上部延長配線１７−１および共通配線１７−２は除去される。
【００８２】
この工程が完了すると、基板アセンブリ集合体１１０におけるアクチュエータウエハ１００は、個々のインクジェットプリントヘッド１のアクチュエータ基板２となる。また、保護基板集合体１３０は、個々のインクジェットプリントヘッド１の保護基板４となる。また、ノズル基板集合体１５０におけるノズルウエハ１４０、酸化シリコン膜１４２および撥水膜１４３は、それぞれ、個々のインクジェットプリントヘッド１のノズル基板３におけるシリコン基板３０、酸化シリコン膜３１および撥水膜３２となる。こうして、図１〜図７に示す構造のインクジェットプリントヘッド１の個片が得られる。
【００８３】
このようにして得られたインクジェットプリントヘッド１では、アクチュエータ基板２の側面およびノズル基板３の側面は、平面視において全方位で面一（全周囲にわたって面一）となる。つまり、この実施形態では、アクチュエータ基板２とノズル基板３との間に段差のないインクジェットプリントヘッド１が得られる。また、この実施形態では、アクチュエータ基板２の側面および保護基板４の側面も、平面視において全方位で面一（全周囲にわたって面一）となる。つまり、この実施形態では、アクチュエータ基板２と保護基板４との間にも段差のないインクジェットプリントヘッド１が得られる。
【００８４】
この実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造方法では、保護基板集合体１３０が固定された基板アセンブリ集合体１１０にノズル基板集合体１５０が接合されることにより、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が作成される。そして、インクジェットプリントヘッド集合体１７０が、ダイシングされることにより、インクジェットプリントヘッド１が個別に切り出される。このため、たとえば、個々の基板アセンブリＳＡを製造した後に、個々の基板アセンブリＳＡにノズル基板３を個別に接合してインクジェットプリントヘッドを製造する場合に比べて、インクジェットプリントヘッド１を効率よく製造することができるようになる。
【００８５】
図１７は、上部延長配線および共通配線の変形例を示す断面図であり、図１４の断面図に対応する断面図である。
この変形例では、左右方向に隣接する２つの機能素子形成領域１０１の左右方向の境界部付近には、除去予定領域１０４を跨いで、ダミー下部電極２１１およびダミー圧電体膜２１２が形成されている。ダミー下部電極２１１は、下部電極１１と同じ材料および同じ工程で形成されるが、下部電極１１とは接続されていない電極である。また、ダミー圧電体膜２１２は、圧電体膜１２と同じ材料および同じ工程で形成されるが、圧電体膜１２とは繋がっていない圧電体膜である。
【００８６】
前記ダミー圧電体膜２１２上に、ダミー上部電極からなる第２の上部配線１３−３、上部延長配線１３−１および共通配線１３−２が形成される。ダミー上部電極とは、上部電極１３と同じ材料および同じ工程で形成されるが、上部電極１３とは接続されていない電極である。上部延長配線１３−１および共通配線１３−２の平面視パターンは、それぞれ、図１３に示される上部延長配線１７−１および共通配線１７−２と同じである。
【００８７】
この変形例では、図１７に示すように、機能素子形成領域１０１の右側部において、上部配線（第１の上部配線）１７の右端部は、除去予定領域１０４に達していないが、第２の上部配線１３−３の上方まで延びている。第２の上部配線１３−３と上部配線（第１の上部配線）１７との間には、水素バリア膜１４および絶縁膜１５が存在している。上部配線１７と第２の上部配線１３−３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コンタクト孔２２７が形成されている。上部配線１７の一端部は、コンタクト孔２２７に入り込み、コンタクト孔２２７内で第２の上部配線１３−３に接続されている。
【００８８】
そして、第２の上部配線１３−３の右端は、機能素子形成領域１０１の右側の除去予定領域１０４まで延び、上部延長配線１３−１に一体的に接続されている。共通配線１３−２と圧電体処理用上部配線１９（図１３参照）とは、上部配線１７と第２の上部配線１３−３との接続形態と同様な接続形態によって接続される。
機能素子形成領域１０１の左側部およびその左側のスクライブ領域１０２（除去予定領域１０４）には、図示されていないが、前述した機能素子形成領域１０１の右側部およびその右側のスクライブ領域１０２（除去予定領域１０４）の配線構造に対して左右対称の配線構造が形成されている。
【００８９】
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、アクチュエータ基板２には、圧電体素子列（圧力室列）は２列分設けられているが、圧電体素子列（圧力室列）は１列分のみ設けられていてもよいし、３列分以上設けられていてもよい。
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。
【００９０】
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（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸リチウム（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。
【００９１】
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。
【符号の説明】
【００９２】
１  インジ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
４  保護基板
５  インク流路
６  インク流入部
７  圧力室
８  金属バリア膜
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
１３−１  上部延長配線
１３−２  共通配線
１３−３  第２の上部配線
１４  水素バリア膜
１５  絶縁膜
１６  下部配線
１７  上部配線
１７−１  上部延長配線
１７−２  共通配線
１８  圧電体処理用下部配線
１９  圧電体処理用上部配線
２０  ノズル孔
２０ａ  凹部
２０ｂ  インク吐出通路
２０ｃ  吐出口
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）
２６  コンタクト孔（下部配線）
２７  コンタクト孔（上部配線）
２８  コンタクト孔（圧電体処理用下部配線）
３０  シリコン基板
３１  酸化シリコン膜
３２  撥水膜
３６  パッド開口（下部配線）
３７  パッド開口（上部配線）
３８  パッド開口（圧電体処理用下部配線）
３９  パッド開口（圧電体処理用上部配線）
４０  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
４６  下部電極用パッド
４７  上部電極用パッド
４８  圧電体処理用下部電極パッド
４９  圧電体処理用上部電極パッド
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
１００  アクチュエータウエハ
１００ａ  表面
１００ｂ  裏面
１０１  機能素子形成領域
１０２  スクライブ領域
１０３  切断予定線
１０４  除去予定領域
１１０  基板アセンブリ集合体
１３０  保護基板集合体
１５０  ノズル基板集合体
１７０  インクジェットプリントヘッド集合体
２１１  ダミー下部電極
２１２  ダミー圧電体膜
２２７  コンタクト孔
ＳＡ  基板アセンブリ
【図１】
2018020539.tif 000003
【図２】
2018020539.tif 000004
【図３】
2018020539.tif 000005
【図４】
2018020539.tif 000006
【図５】
2018020539.tif 000007
【図６】
2018020539.tif 000008
【図７】
2018020539.tif 000009
【図８】
2018020539.tif 000010
【図９】
2018020539.tif 000011
【図１０】
2018020539.tif 000012
【図１１】
2018020539.tif 000013
【図１２】
2018020539.tif 000014
【図１３】
2018020539.tif 000015
【図１４】
2018020539.tif 000016
【図１５Ａ】
2018020539.tif 000017
【図１５Ｂ】
2018020539.tif 000018
【図１５Ｃ】
2018020539.tif 000019
【図１５Ｄ】
2018020539.tif 000020
【図１５Ｅ】
2018020539.tif 000021
【図１５Ｆ】
2018020539.tif 000022
【図１５Ｇ】
2018020539.tif 000023
【図１５Ｈ】
2018020539.tif 000024
【図１５Ｉ】
2018020539.tif 000025
【図１５Ｊ】
2018020539.tif 000026
【図１５Ｋ】
2018020539.tif 000027
【図１５Ｌ】
2018020539.tif 000028
【図１５Ｍ】
2018020539.tif 000029
【図１６Ａ】
2018020539.tif 000030
【図１６Ｂ】
2018020539.tif 000031
【図１６Ｃ】
2018020539.tif 000032
【図１６Ｄ】
2018020539.tif 000033
【図１６Ｅ】
2018020539.tif 000034
【図１６Ｆ】
2018020539.tif 000035
【図１６Ｇ】
2018020539.tif 000036
【図１６Ｈ】
2018020539.tif 000037
【図１６Ｉ】
2018020539.tif 000038
【図１６Ｊ】
2018020539.tif 000039
【図１６Ｋ】
2018020539.tif 000040
【図１６Ｌ】
2018020539.tif 000041
【図１７】
2018020539.tif 000042