JP2006248093A

JP2006248093A - Patterning method and manufacturing method for liquid jet head

Info

Publication number: JP2006248093A
Application number: JP2005069552A
Authority: JP
Inventors: Shinya Momose; 信也百瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide patterning method which enables the highly precise patterning of a metal film, and a manufacturing method for a liquid jet head. <P>SOLUTION: A metallic particle 240, which has smaller ionization tendency than the metal film 201, is made to adhere to the surface of the metal film 201 composed of a metallic material formed on a substrate 130, and the metal film 201 in the state of the adhesion of the metallic particle 240 is wet-etched via a resist film 230 in a predetermined shape, so that the metal film 201 can be formed in a predetermined shape. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、金属材料からなる金属膜を所定形状にパターニングするためのパターニング方法に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法に用いるのに好適なものである。 The present invention relates to a patterning method for patterning a metal film made of a metal material into a predetermined shape, and in particular, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a diaphragm, and the diaphragm This is suitable for use in a method of manufacturing a liquid ejecting head such as an ink jet recording head in which a piezoelectric element is formed on the surface of the ink jet and ink droplets are ejected by displacement of the piezoelectric element.

液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。また、インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。 As a typical example of a liquid ejecting head, for example, a part of a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element so that the ink in the pressure generation chamber is There is an ink jet recording head that pressurizes and ejects ink droplets from nozzle openings. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, and it is possible to manufacture a head suitable for high-density printing, while the piezoelectric element is arranged in an array of nozzle openings. There is a problem that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the pitch into a comb-like shape and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are necessary. On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.

このような後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。 In order to eliminate the disadvantages of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer corresponds to the pressure generating chamber by lithography. There is one in which piezoelectric elements are formed so as to be separated into shapes and independent for each pressure generating chamber. This eliminates the need to affix the piezoelectric element to the diaphragm, and not only enables the piezoelectric element to be densely formed by a precise and simple technique called lithography, but also reduces the thickness of the piezoelectric element. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.

また、このようなインクジェット式記録ヘッドには、例えば、圧力発生室が形成される流路形成基板に接合された接合基板上に配線パターンを介して圧電素子を駆動するための駆動ＩＣが実装されたものがある（例えば、特許文献１参照）。 Also, in such an ink jet recording head, for example, a driving IC for driving a piezoelectric element via a wiring pattern is mounted on a bonded substrate bonded to a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber is formed. (See, for example, Patent Document 1).

そして、上述したような圧電素子を高密度に配列しようとすると、それに伴って、当然ながら配線数も多くなる。このため、保護基板上に形成する配線パターンも比較的狭いピッチで高密度に形成する必要がある。すなわち、配線パターンとなる金属膜を高精度にエッチングする必要があるが、現状では十分に対応できてない。特に、配線パターンを構成する金属膜の材料として比較的イオン化傾向の高い材料を用いる場合には、ウェットエッチングによって高精度にパターニングするのが難しい。イオン化傾向の高い材料からなる金属膜の表面は、自然酸化、乾燥等によって不動態化した不動態膜が形成されやすく、この不動態膜をウェットエッチングによって除去するためには、硝酸や塩酸等の濃度の濃いエッチング液を高い温度で用いる必要がある。そして、このような酸の強いエッチング液で金属膜をエッチングすれば、表面が不動態化された膜であってもパターニングすることはできるが、サイドエッチング量が大きくなる、あるいはレジスト膜が浸食されて金属膜全体の厚さが減少する等の問題が生じてしまう。また、高い処理温度でエッチング液を使用するため、エッチング液の劣化が非常に早く、有害なガス等が発生するという問題もある。 If the piezoelectric elements as described above are arranged at high density, the number of wires naturally increases accordingly. For this reason, it is necessary to form wiring patterns formed on the protective substrate with a relatively narrow pitch and high density. That is, it is necessary to etch the metal film to be a wiring pattern with high accuracy, but at present, this is not sufficient. In particular, when a material having a relatively high ionization tendency is used as the material of the metal film constituting the wiring pattern, it is difficult to pattern with high accuracy by wet etching. The surface of a metal film made of a material having a high ionization tendency is likely to form a passivated film that has been passivated by natural oxidation, drying, etc. In order to remove this passivated film by wet etching, nitric acid, hydrochloric acid, etc. It is necessary to use an etching solution having a high concentration at a high temperature. If the metal film is etched with such an acid-strength etching solution, it can be patterned even if the surface is passivated, but the side etching amount becomes large or the resist film is eroded. As a result, the thickness of the entire metal film is reduced. In addition, since the etching solution is used at a high processing temperature, there is a problem that the etching solution is very quickly deteriorated and harmful gases are generated.

なお、例えば、半導体などの製造では、配線パターンをドライエッチングによるパターニングによって形成している。しかしながら、設備が大掛かりになると同時に環境に適さないガス等を用いる必要があるため、ウェットエッチングによるパターニングが見直されてきている。また、インクジェット式記録ヘッドには、ドライエッチング工程を通すことのできない構造の部品があるため、ウェットエッチングによるパターニングが必要となる。 For example, in the manufacture of a semiconductor or the like, the wiring pattern is formed by patterning by dry etching. However, patterning by wet etching has been reconsidered because the equipment becomes large and it is necessary to use a gas that is not suitable for the environment. In addition, since the ink jet recording head has components having a structure that cannot be subjected to a dry etching process, patterning by wet etching is required.

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造に限られず、金属材料からなる金属膜をパターニングする際には、同様に発生する虞がある。 Such a problem is not limited to the manufacture of a liquid jet head such as an ink jet recording head, and may occur in the same manner when a metal film made of a metal material is patterned.

特開２００４−０１７６００号公報（特許請求の範囲等）JP 2004-017600 A (Claims etc.)

本発明はこのような事情に鑑み、金属膜を高精度にパターニングすることができるパターニング方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a patterning method and a liquid jet head manufacturing method capable of patterning a metal film with high accuracy.

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板上に形成された金属材料からなる金属膜の表面に当該金属膜よりもイオン化傾向の小さい金属粒子を付着させ、該金属粒子が付着した状態の前記金属膜を、所定形状のレジスト膜を介してウェットエッチングすることで当該金属膜を所定形状に形成することを特徴とするパターニング方法にある。
かかる第１の態様では、金属膜をウェットエッチングする際のエッチングレートが大幅に上昇し、サイドエッチング量等が抑えられる。したがって、金属膜を高精度にパターニングすることができる。 The first aspect of the present invention for solving the above problem is that metal particles having a smaller ionization tendency than the metal film are attached to the surface of the metal film made of a metal material formed on the substrate, and the metal particles are attached. In the patterning method, the metal film in a state is wet-etched through a resist film having a predetermined shape to form the metal film in a predetermined shape.
In the first aspect, the etching rate when the metal film is wet etched is significantly increased, and the amount of side etching and the like can be suppressed. Therefore, the metal film can be patterned with high accuracy.

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記金属膜が、卑金属材料からなることを特徴とするパターニング方法にある。
かかる第２の態様では、卑金属材料からなる金属膜であっても、上述したようにエッチングレートが大幅に上昇する。 A second aspect of the present invention is the patterning method according to the first aspect, wherein the metal film is made of a base metal material.
In the second aspect, even if the metal film is made of a base metal material, the etching rate is significantly increased as described above.

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記金属粒子が、貴金属粒子であることを特徴とする金属膜のパターニング方法にある。
かかる第３の態様では、金属膜のエッチングレートをさらに確実に上昇させることができる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the metal film patterning method according to the first or second aspect, wherein the metal particles are noble metal particles.
In the third aspect, the etching rate of the metal film can be further reliably increased.

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記金属粒子をスパッタリング法により前記金属膜の表面に付着させることを特徴とするパターニング方法にある。
かかる第４の態様では、金属膜の表面に金属粒子を比較的容易且つ良好に付着させることができる。 A fourth aspect of the present invention is a patterning method according to any one of the first to third aspects, wherein the metal particles are attached to the surface of the metal film by a sputtering method.
In the fourth aspect, the metal particles can be attached to the surface of the metal film relatively easily and satisfactorily.

本発明の第５の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記金属膜をめっき浴に浸漬させることにより当該金属膜の表面に前記金属粒子を付着させることを特徴とする金属膜のパターニング方法にある。
かかる第５の態様では、金属膜の表面に金属粒子を比較的容易且つ良好に付着させることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the metal film is attached to the surface of the metal film by immersing the metal film in a plating bath. In the patterning method.
In the fifth aspect, the metal particles can be attached to the surface of the metal film relatively easily and satisfactorily.

本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記金属粒子を付着させる前に、前記金属膜上に所定パターンの前記レジスト膜を形成することを特徴とするパターニング方法にある。
かかる第６の態様では、金属膜の、エッチングによって除去される部分にだけのエッチングレートが上昇するため、金属膜をさらに高精度にパターニングすることができる。 A sixth aspect of the present invention is the patterning method according to the fifth aspect, wherein the resist film having a predetermined pattern is formed on the metal film before the metal particles are adhered.
In the sixth aspect, since the etching rate of only the portion of the metal film that is removed by etching increases, the metal film can be patterned with higher accuracy.

本発明の第７の態様は、液滴が吐出されるノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、請求項１〜６の何れかのパターニング方法を用いて金属材料からなる金属膜をパターニングして、前記圧電素子に接続される配線パターンを形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第７の態様では、各配線が高密度に配列された配線パターンを高精度に形成することができ、圧電素子を高密度に配列した液体噴射ヘッドを実現することができる。 According to a seventh aspect of the present invention, a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening through which droplets are discharged is provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibration plate. A method of manufacturing a liquid jet head comprising a piezoelectric element, wherein a wiring pattern connected to the piezoelectric element by patterning a metal film made of a metal material using the patterning method according to claim 1 In the method of manufacturing a liquid jet head, the method is characterized in that
In the seventh aspect, it is possible to form a wiring pattern in which wirings are arranged with high density with high accuracy, and it is possible to realize a liquid jet head in which piezoelectric elements are arranged with high density.

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記流路形成基板に接合される接合基板の表面に、前記配線パターンを形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第８の態様では、各配線を高密度に配列する必要のある接合基板上の配線パターンであっても、エッチングによって良好に形成することができる。 According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the liquid jet head manufacturing method is characterized in that the wiring pattern is formed on a surface of a bonding substrate bonded to the flow path forming substrate.
In the eighth aspect, even the wiring pattern on the bonded substrate that requires the wirings to be arranged at high density can be satisfactorily formed by etching.

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、本発明に係る製造方法によって製造される液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録ヘッドを例示して説明する。
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、図示するように、この流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. In the following embodiments, an ink jet recording head will be described as an example of a liquid jet head manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to this embodiment, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. In this embodiment, the flow path forming substrate 10 is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110). As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 includes a plurality of pressure generating chambers 12 partitioned by partition walls 11. Are juxtaposed in the width direction. Further, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. Communication is made via a path 14. The communication unit 13 constitutes a part of the reservoir 100 that communicates with a reservoir unit 32 of the protective substrate 30 described later and serves as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13.

なお、流路形成基板１０の一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されており、これら圧力発生室１２等は、流路形成基板１０を弾性膜５０に達するまで異方性エッチングすることによって形成されている。 An elastic film 50 made of silicon dioxide and having a thickness of 0.5 to 2 μm is formed in advance on one surface of the flow path forming substrate 10 by thermal oxidation. 10 is formed by anisotropic etching until the elastic film 50 reaches the elastic film 50.

流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、マスク膜５２を介して接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。 On the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 has a mask film 52. It is fixed by an adhesive or a heat welding film. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.01 to 1 mm, a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 ⁻⁶ / ° C.], glass ceramics, silicon It consists of a single crystal substrate or stainless steel.

また、流路形成基板１０の表面の弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。 An insulating film 55 having a thickness of, for example, about 0.4 μm is formed on the elastic film 50 on the surface of the flow path forming substrate 10. Further, on the insulator film 55, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, and a thickness of, for example, about 0 A piezoelectric element 300 composed of an upper electrode film 80 of .05 μm is formed. Further, a lead electrode 90 is connected to the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300, and a voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90. .

さらに、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基板（接合基板）３０が接着剤３５を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３と連通してリザーバ１００を構成するリザーバ部３２が形成されている。 Further, a protective substrate (bonding substrate) 30 having a piezoelectric element holding portion 31 is bonded to the surface of the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side through an adhesive 35 in a region facing the piezoelectric element 300. . Since the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding part 31, it is protected in a state hardly affected by the external environment. In addition, the protective substrate 30 is formed with a reservoir portion 32 that constitutes the reservoir 100 in communication with the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10.

また、この保護基板３０上には、金属膜２０１を所定形状にパターニングすることによって形成された複数の配線からなる配線パターン２００が設けられ、この配線パターン２００上には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２１０が実装されている。そして、各圧電素子３００から圧電素子保持部３１の外側まで引き出された各リード電極９０の先端部と、駆動ＩＣ２１０とが駆動配線２２０を介して電気的に接続されている。 A wiring pattern 200 made of a plurality of wirings formed by patterning the metal film 201 into a predetermined shape is provided on the protective substrate 30, and the piezoelectric element 300 is driven on the wiring pattern 200. A driving IC 210 is mounted. Then, the leading end portion of each lead electrode 90 drawn out from each piezoelectric element 300 to the outside of the piezoelectric element holding portion 31 is electrically connected to the driving IC 210 via the driving wiring 220.

なお、配線パターン２００を構成する金属膜２０１の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、あるいはこれらの合金等の卑金属材料が挙げられ、本実施形態では、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を用いている。 Examples of the material of the metal film 201 constituting the wiring pattern 200 include base metal materials such as nickel (Ni), chromium (Cr), titanium (Ti), tungsten (W), and alloys thereof. In this embodiment, nickel chrome (NiCr) is used.

また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されてリザーバ部３２が封止されている。なお、固定板４２のリザーバ部３２に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっており、リザーバ部３２は、実際には可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。 In addition, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30 to seal the reservoir portion 32. The region of the fixing plate 42 that faces the reservoir portion 32 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, and the reservoir portion 32 is actually only a flexible sealing film 41. It is sealed with.

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ２１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、圧電素子３００及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインクが吐出する。 In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then subjected to pressure according to a recording signal from the driving IC 210. By applying a voltage between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the generation chamber 12 to bend and deform the piezoelectric element 300 and the diaphragm, the pressure in each pressure generation chamber 12 is increased. Ink is ejected from the opening 21.

以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。 Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are cross-sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber showing the method of manufacturing the ink jet recording head.

まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、厚さが約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。 First, as shown in FIG. 3A, a channel forming substrate wafer 110 which is a silicon wafer is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C., and a silicon dioxide film 51 constituting an elastic film 50 is formed on the surface thereof. To do. In the present embodiment, a silicon wafer having a relatively thick and high rigidity of about 625 μm is used as the flow path forming substrate wafer 110.

次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。 Next, as shown in FIG. 3B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51). Specifically, after forming a zirconium (Zr) layer on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51) by, for example, sputtering, the zirconium layer is thermally oxidized in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C., for example. Thus, the insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO ₂ ) is formed.

次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次に、図３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。次いで、図４（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等からなる配線層９５を全面に形成し、この配線層９５をパターニングすることにより各圧電素子３００から引き出されるリード電極９０を形成する。 Next, as shown in FIG. 3C, after the lower electrode film 60 is formed by stacking platinum and iridium on the insulator film 55, for example, the lower electrode film 60 is patterned into a predetermined shape. Next, as shown in FIG. 3 (d), a piezoelectric layer 70 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) and an upper electrode film 80 made of, for example, iridium are connected to a wafer 110 for flow path forming substrate. The piezoelectric element 300 is formed by patterning the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 in regions facing the pressure generation chambers 12. Next, as shown in FIG. 4A, a lead electrode 90 is formed. Specifically, for example, a wiring layer 95 made of, for example, gold (Au) or the like is formed on the entire surface, and the wiring layer 95 is patterned to form the lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300.

次に、図４（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。ここで、保護基板用ウェハ１３０の表面には、金属膜２０１からなる配線パターン２００を予め形成しておく。具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、圧電素子保持部３１等が形成された保護基板用ウェハ１３０の表面に、所定の金属材料、本実施形態では、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる金属膜２０１を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、金属膜２０１上に、レジストを塗布・パターニングすることにより、所定形状のレジスト膜２３０を形成する。次いで、図５（ｃ）に示すように、レジスト膜２３０で覆われていない領域の金属膜２０１の表面、すなわち、後のエッチング工程で除去される領域の金属膜２０１の表面に、金属膜２０１よりもイオン化傾向の小さい金属粒子２４０を付着させる。例えば、本実施形態では、金属膜２０１が形成された保護基板用ウェハ１３０をめっき浴に数秒〜数分程度浸漬させることによって、金属粒子２４０を金属膜２０１の表面に付着させている。 Next, as shown in FIG. 4B, the protective substrate wafer 130 is bonded onto the flow path forming substrate wafer 110 with an adhesive 35. Here, a wiring pattern 200 made of the metal film 201 is formed in advance on the surface of the protective substrate wafer 130. Specifically, first, as shown in FIG. 5A, a predetermined metal material, nickel chrome (NiCr in this embodiment), is formed on the surface of the protective substrate wafer 130 on which the piezoelectric element holding portion 31 and the like are formed. ) Is formed. Next, as shown in FIG. 5B, a resist film 230 having a predetermined shape is formed on the metal film 201 by applying and patterning a resist. Next, as shown in FIG. 5C, the metal film 201 is formed on the surface of the metal film 201 in a region not covered with the resist film 230, that is, on the surface of the metal film 201 in a region to be removed in a later etching process. The metal particles 240 having a smaller ionization tendency are attached. For example, in this embodiment, the metal particles 240 are attached to the surface of the metal film 201 by immersing the protective substrate wafer 130 on which the metal film 201 is formed in a plating bath for several seconds to several minutes.

この金属粒子２４０は、金属膜２０１の表面に点在していればよいが、数ｎｍ程度の厚さの実質的な膜として存在していてもよい。すなわち、金属粒子２４０を付着させる量は特に限定されず、金属膜２０１の材料等に合わせて適宜決定されればよい。また、金属膜２０１の表面に付着させる金属粒子２４０は、金属膜２０１よりもイオン化傾向の低い金属材料、すなわち、標準単極電位が大きい金属材料であればよいが、金属膜２０１とのイオン化傾向の差が大きい金属材料の粒子であることが好ましく、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）等の貴金属粒子が挙げられる。 The metal particles 240 need only be scattered on the surface of the metal film 201, but may exist as a substantial film having a thickness of about several nm. That is, the amount to which the metal particles 240 are attached is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the material of the metal film 201 and the like. The metal particles 240 attached to the surface of the metal film 201 may be any metal material having a lower ionization tendency than the metal film 201, that is, a metal material having a large standard monopolar potential. It is preferable that the difference is a metal material particle, and examples thereof include noble metal particles such as palladium (Pd) and gold (Au).

このように金属粒子２４０を金属膜２０１に付着させた後は、図５（ｄ）に示すように、レジスト膜２３０を介して金属粒子２４０が表面に付着した状態の金属膜２０１をウェットエッチングすることにより、金属膜２０１を所定形状にパターニングして配線パターン２００を形成する。 After the metal particles 240 are attached to the metal film 201 in this way, as shown in FIG. 5D, the metal film 201 with the metal particles 240 attached to the surface via the resist film 230 is wet-etched. Thus, the wiring pattern 200 is formed by patterning the metal film 201 into a predetermined shape.

このように本実施形態では、保護基板用ウェハ１３０上に配線パターン２００を形成する際、金属粒子２４０を表面に付着させた状態で金属膜２０１をエッチングするようにした。これにより、金属膜２０１のエッチングレートは、数倍程度〜数十倍程度まで上昇するため、金属膜２０１を極めて短時間でパターニングして配線パターン２００を形成することができる。したがって、金属膜２０１のサイドエッチング量が大幅に減少し、また、レジスト膜２３０がエッチング液によって浸食されてレジスト膜２３０の下側の金属膜２０１（配線パターン２００）の膜厚が減少してしまうのも防止することができる。すなわち、金属膜２０１を高精度にパターニングでき、各配線が比較的高密度に配列された配線パターン２００を形成することができる。さらに、本実施形態では、レジスト膜２３０を形成後に、金属膜２０１の表面に金属粒子２４０を付着させている。これにより、金属膜２０１は、除去される部分のみ、エッチングレートが上昇するため、ウェットエッチングによって金属膜２０１を極めて高精度にパターニングすることができる。 As described above, in the present embodiment, when the wiring pattern 200 is formed on the protective substrate wafer 130, the metal film 201 is etched with the metal particles 240 attached to the surface. As a result, the etching rate of the metal film 201 is increased to several times to several tens of times, so that the wiring pattern 200 can be formed by patterning the metal film 201 in a very short time. Therefore, the side etching amount of the metal film 201 is greatly reduced, and the resist film 230 is eroded by the etching solution, so that the thickness of the metal film 201 (wiring pattern 200) on the lower side of the resist film 230 is reduced. Can also be prevented. That is, the metal film 201 can be patterned with high accuracy, and the wiring pattern 200 in which the wirings are arranged at a relatively high density can be formed. Furthermore, in this embodiment, after forming the resist film 230, the metal particles 240 are attached to the surface of the metal film 201. As a result, the etching rate of the metal film 201 is increased only at the portion to be removed, so that the metal film 201 can be patterned with extremely high accuracy by wet etching.

なお、このような効果は、本実施形態のように、金属膜２０１がイオン化傾向の高い卑金属材料からなる場合に特に効果的である。卑金属材料は、酸化（不動態化）されやすいため、このような卑金属材料からなる金属膜２０１の表面には酸化膜（不動態膜）が形成されやすい。そしてこのように表面に酸化膜（不動態膜）が形成された金属膜２０１はエッチングレートが大幅に低下するためエッチングに時間がかかり、その結果、サイドエッチング量が多くなる等の問題が生じてしまう。しかしながら、金属膜２０１の表面に酸化膜が形成されていても、上述したように、表面に金属粒子２４０を付着させた状態で金属膜２０１をウェットエッチングすることにより、極めて短時間でエッチングを終了させることができる。これは、例えば、上述したように金属膜２０１をめっき浴に浸漬させることで、金属膜２０１の表面の酸化膜が溶解（ライトエッチング）されて膜厚が薄くなると共に、金属膜２０１をウェットエッチングする際に、金属膜２０１と金属粒子２４０との間で電触が生じることによるものと考えられる。 Such an effect is particularly effective when the metal film 201 is made of a base metal material having a high ionization tendency as in the present embodiment. Since the base metal material is easily oxidized (passivated), an oxide film (passive film) is easily formed on the surface of the metal film 201 made of such a base metal material. The metal film 201 having the oxide film (passive film) formed on the surface in this manner has a problem that the etching rate takes a long time and etching takes a long time, resulting in an increase in the amount of side etching. End up. However, even if an oxide film is formed on the surface of the metal film 201, the etching is completed in a very short time by performing wet etching on the metal film 201 with the metal particles 240 attached to the surface as described above. Can be made. For example, by immersing the metal film 201 in the plating bath as described above, the oxide film on the surface of the metal film 201 is dissolved (light etching) to reduce the film thickness, and the metal film 201 is wet etched. This is considered to be due to the occurrence of electrical contact between the metal film 201 and the metal particles 240.

なお、本実施形態では、金属膜２０１上にレジスト膜２３０を形成後に、金属粒子２４０を金属膜２０１の表面に付着させるようにしたが、これに限定されず、勿論、レジスト膜２３０を形成する前に、金属粒子２４０を金属膜２０１の全面に付着させるようにしてもよい。この場合でも、金属膜２０１を十分に高精度にパターニングすることができる。 In this embodiment, after the resist film 230 is formed on the metal film 201, the metal particles 240 are attached to the surface of the metal film 201. However, the present invention is not limited to this, and the resist film 230 is formed. Before, the metal particles 240 may be attached to the entire surface of the metal film 201. Even in this case, the metal film 201 can be patterned with sufficiently high accuracy.

また、レジスト膜２３０を形成する前に金属粒子２４０を金属膜２０１に付着させる場合、例えば、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法によって金属粒子２４０を金属膜２０１の表面に付着させるようにしてもよい。また、例えば、スパッタリング法によって金属粒子２４０を金属膜２０１に付着させる場合、スパッタ装置の電極間に実際に電圧を印加しなくても、所定金属の原子又は分子が存在するチャンバ内に、数秒〜数十秒程度、保護基板用ウェハ１３０（金属膜２０１）を放置しておけばよい。 Further, when the metal particles 240 are attached to the metal film 201 before forming the resist film 230, the metal particles 240 may be attached to the surface of the metal film 201 by, for example, a sputtering method or a CVD method. Further, for example, when the metal particles 240 are attached to the metal film 201 by a sputtering method, even if a voltage is not actually applied between the electrodes of the sputtering apparatus, a predetermined metal atom or molecule is present in the chamber in a few seconds to The protective substrate wafer 130 (metal film 201) may be left for several tens of seconds.

ここで、下記実施例１、２及び比較例のパターニング方法で、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる金属膜をパターニングして配線パターンを形成し、そのときのエッチング時間およびサイドエッチング量を調べた結果を下記表１に示す。 Here, with the patterning methods of Examples 1 and 2 and Comparative Example below, a metal film made of nickel chromium (NiCr) was patterned to form a wiring pattern, and the etching time and side etching amount at that time were examined. Shown in Table 1 below.

（実施例１）
厚さが約０．１μｍの金属膜が形成された基板を、めっき浴に浸漬させて金属膜の表面に、パラジウム（Ｐｄ）である金属粒子を付着させ、その後、約３５μｍ幅のレジスト膜を介して金属膜をウェットエッチングすることによって、配線パターンを形成した。 Example 1
A substrate on which a metal film having a thickness of about 0.1 μm is formed is immersed in a plating bath to deposit metal particles of palladium (Pd) on the surface of the metal film, and then a resist film having a width of about 35 μm is formed. Then, the metal film was wet etched to form a wiring pattern.

（実施例２）
基板上に約０．１μｍの厚さで形成された金属膜の表面に、スパッタリング法によって金属粒子を付着させ、その後、実施例１と同様に、金属膜を、約３５μｍ幅のレジスト膜を介してウェットエッチングすることにより配線パターンを形成した。 (Example 2)
Metal particles were deposited on the surface of the metal film formed on the substrate with a thickness of about 0.1 μm by sputtering, and then the metal film was passed through a resist film having a width of about 35 μm as in Example 1. A wiring pattern was formed by wet etching.

（比較例）
基板上に約０．１μｍの厚さで形成された金属膜を、表面に金属粒子を付着させることなく、約４０μｍ幅のレジスト膜を介してウェットエッチングして、配線パターンを形成した。 (Comparative example)
A metal film formed with a thickness of about 0.1 μm on the substrate was wet-etched through a resist film with a width of about 40 μm without attaching metal particles to the surface to form a wiring pattern.

上記表１に示すように、実施例１及び２のパターニング方法では、エッチング時間が、比較例のパターニング方法の１／５〜１／６程度まで、大幅に短縮された。また、比較例のパターニング方法では、配線（金属膜）の両サイドでのサイドエッチング量は、それぞれ約１２．９μｍもあったのに対し、実施例１及び２のパターニング方法では、比較例のパターニング方法の１／３程度まで大幅に減少していた。この結果からも明らかなように、本発明の方法によれば、金属膜を極めて短時間で高精度にパターニングして配線パターンを良好に形成することができる。 As shown in Table 1 above, in the patterning methods of Examples 1 and 2, the etching time was significantly shortened to about 1/5 to 1/6 of the patterning method of the comparative example. In the patterning method of the comparative example, the side etching amount on both sides of the wiring (metal film) was about 12.9 μm, respectively, whereas in the patterning methods of Examples 1 and 2, the patterning of the comparative example was performed. It was greatly reduced to about 1/3 of the method. As is apparent from this result, according to the method of the present invention, the metal film can be patterned with high accuracy in a very short time to form a good wiring pattern.

このような配線パターン２００が形成された保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０に接合した後は、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨し、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより所定の厚さに形成する。次いで、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成して所定形状にパターニングする。そして、図６（ｂ）に示すように、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることで、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。さらに、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を貫通させて連通部１３とリザーバ部３２とを連通させてリザーバ１００を形成する。 After the protective substrate wafer 130 having the wiring pattern 200 formed thereon is bonded to the flow path forming substrate wafer 110, the flow path forming substrate wafer 110 is fixed to some extent as shown in FIG. It polishes until it becomes thickness, Furthermore, it forms in predetermined thickness by carrying out wet etching with hydrofluoric acid. Next, as shown in FIG. 6A, a mask film 52 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 6B, the pressure generating chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, and the like are formed by anisotropically etching the flow path forming substrate wafer 110 through the mask film 52. Form. Further, the reservoir 100 is formed by allowing the communicating portion 13 and the reservoir portion 32 to communicate with each other through the elastic film 50 and the insulator film 55.

なお、図示しないが、その後、保護基板用ウェハ１３０に形成されている配線パターン２００上に駆動ＩＣ２１０を実装すると共に、駆動ＩＣ２１０とリード電極９０とを駆動配線２２０によって接続する。さらに、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。 Although not shown, the drive IC 210 is mounted on the wiring pattern 200 formed on the protective substrate wafer 130 and the drive IC 210 and the lead electrode 90 are connected by the drive wiring 220. Furthermore, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. Then, the ink jet recording head having the above-described structure is manufactured by dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into a single chip size flow path forming substrate 10 as shown in FIG.

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、インクジェット式記録ヘッドを例示して本発明を説明したが、本発明は、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。なお、その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。さらに、本発明のパターニング方法は、あらゆる金属膜のパターニングに適用することができ、勿論、液体噴射ヘッドの製造だけでなく、例えば、半導体デバイス等、あらゆる装置の製造に適用できることは言うまでもない。 (Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the present invention has been described by exemplifying an ink jet recording head. However, the present invention can also be applied to a manufacturing method of another liquid ejecting head that ejects liquid other than ink. . Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FED (surface emitting). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation such as a display, and a bioorganic matter ejection head used for biochip production. Furthermore, the patterning method of the present invention can be applied to patterning of any metal film. Needless to say, the patterning method can be applied not only to the manufacture of a liquid jet head but also to the manufacture of any apparatus such as a semiconductor device.

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG.

Explanation of symbols

１０流路形成基板、２０ノズルプレート、３０保護基板、４０コンプライアンス基板、６０下電極膜、７０圧電体層、８０上電極膜、９０リード電極、１００リザーバ、２３０レジスト膜、２４０金属粒子、３００圧電素子
10 flow path forming substrate, 20 nozzle plate, 30 protective substrate, 40 compliance substrate, 60 lower electrode film, 70 piezoelectric layer, 80 upper electrode film, 90 lead electrode, 100 reservoir, 230 resist film, 240 metal particle, 300 piezoelectric element

Claims

A metal particle having a smaller ionization tendency than that of the metal film is attached to the surface of the metal film made of a metal material formed on the substrate, and the metal film in a state where the metal particle is attached is passed through a resist film having a predetermined shape. And patterning the metal film into a predetermined shape by wet etching.

The patterning method according to claim 1, wherein the metal film is made of a base metal material.

3. The method for patterning a metal film according to claim 1, wherein the metal particles are noble metal particles.

The patterning method according to claim 1, wherein the metal particles are attached to the surface of the metal film by a sputtering method.

4. The metal film patterning method according to claim 1, wherein the metal particles are adhered to the surface of the metal film by immersing the metal film in a plating bath.

6. The patterning method according to claim 5, wherein the resist film having a predetermined pattern is formed on the metal film before the metal particles are attached.

A liquid ejecting head comprising: a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening from which liquid droplets are discharged; and a piezoelectric element provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibration plate A manufacturing method of
A method of manufacturing a liquid jet head, comprising: patterning a metal film made of a metal material using the patterning method according to claim 1 to form a wiring pattern connected to the piezoelectric element.

8. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 7, wherein the wiring pattern is formed on a surface of a bonding substrate bonded to the flow path forming substrate.