JP2009006503A - インクジェット記録ヘッド用の基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき法で形成された低抵抗な電力配線を有しながらも、異なる種類の金属がインクや水分等に接触することがない構造を有する、インクジェット記録ヘッド用の基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】個別配線１０２に電力を供給するための共通配線は、ビアホール２３２を中心とした一部領域に形成された拡散防止層１０４と、その上面および側面を被覆する第１の金属１０５と、更に第１の金属に積層された第２の金属１０６とから構成される。この際、共通配線の表面は、同一元素による単一金属で形成されるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドの製造方法に関し、特に耐腐食性に優れためっき配線の製法技術に関する。

発熱抵抗体（ヒータ）を利用したインクジェット記録方式は、高い駆動周波数（吐出周波数）を実現可能な記録素子を、比較的高密度に配置させることができるので、広く有用されている。この種のインクジェット記録ヘッドでは、より高精細な画像を高速に出力することが常々求められており、基板上における配線の更なる高密度化が推し進められている。その一環として、近年では、電解めっき法を用いて電流抵抗の低い金（Ａｕ）を配線材料として採用する方法が有用されている（例えば特許文献１参照）。

図３は、このようなインクジェット記録方式を採用した記録ヘッドの一般的な基板構成例を、上層構成層を省略して示した斜視図である。また、図４は、図３で示した基板をＡ−Ａ´で切断した場合の断面図である。

基板２０１上には、蓄熱するための蓄熱層２０８とインク内に発泡を生じさせる発熱部２２４を画成する発熱抵抗層２０９とが成膜され、これに電気的接続を行うＡｌからなる個別配線２０２が、高密度に形成されている。また、複数の層で構成される共通配線２３０は、それぞれの個別配線２０２に共通して電力を供給するように形成されている。個別配線２０２の表面のうち共通配線２３０から電力供給を受けるビアホール以外の部分や、発熱抵抗層２０９の表面のうち発熱部２２４となる部分は、これらをインクから保護するための絶縁保護膜２０３によって被覆されている。

電解めっき法を用いたＡｕめっき共通配線２３０は、拡散防止層２０４と、スパッタＡｕ層２０５および電解めっきＡｕ層２０６とで構成される。拡散防止層２０４には、高融点金属であるＴｉＷが用いられる。拡散防止層２０４が間に挟まることよって、結合力の弱いＡｌ−Ａｕ接触面が形成されなくなるので、密着力に優れる配線を提供することができる。

図５（ａ）〜（ｄ）は、上記基板の層構造の製造工程を説明するための断面図である。まず、図５（ａ）を参照するに、基板２０１上に、蓄熱層２０８、発熱抵抗層２０９および個別配線層２０２を、スパッタ法等の真空成膜法を用いて形成する。その後、露光および現像によるパターニングを行うことによって個別配線層２０２を部分的に除去し、インクに熱を与える領域である発熱部２２４を形成する。更に、絶縁保護膜２０３をスパッタ法等の真空成膜法を用いて形成し、発熱部２２４と同様のパターニングによって、絶縁保護膜２０３を部分的に除去する。これにより、更にその上に形成される共通配線２３０と個別配線層の電気接続部であるビアホール２３２が形成される。

次に、図５（ｂ）を参照するに、拡散防止層２０４および金属層２０５を順に、ウエハ全面に積層する。拡散防止層２０４としては高融点金属ＴｉＷが望ましく、金属層２０５としては導電性に優れると共にインクへの腐食耐性が良好なＡｕが望ましい。これらの積層には、ウエハ全面に対して緻密かつ均一な成膜が可能なスパッタ法などの真空成膜技術を用いる。更に、ポジ型のフォトレジスト２３３をスピンコート法によりウエハ全面に塗付した後、露光および現像を行ってパターニングし、所定の領域のフォトレジストを除去する。このときの除去領域は、次工程以降の処理により共通配線領域となる。なお、拡散防止層２０４を形成する前に、真空チェンバー内にて、ウエハの逆スパッタ処理を行い、個別配線２０２上に形成した自然酸化膜層を除去する必要がある。この処理工程は、拡散防止層２０４と個別配線層２０２との電気的・物理的な接続を確実に達成するために必要な工程である。

続いて、図５（ｃ）を参照するに、電解めっき法を用いて電気化学的にＡｕの析出反応をおこし、配線領域に金属層（Ａｕめっき層）２０６を形成する。

更に、図５（ｄ）を参照するに、フォトレジスト２３３を除去した後、金属層（Ａｕめっき層）２０６をマスクにして下地の金属層（スパッタＡｕ層）２０５および拡散防止層２０４を順にウエットエッチングにより除去する。拡散防止層２０４を除去する際には、配線部以外の領域で残渣が発生しないように、十分なオーバーエッチングを行う必要がある。このため、拡散防止層の端面においては、多少のサイドエッチングが発生し、結果として、共通配線の端面２２０は凹みを有する形状となる。図６は、この凹み部分を拡大して示した図である。

再度図４を参照するに、有機膜から構成されるノズル部材２１０には、個々の発熱部２２４に対応した位置に、インクを吐出口２２１まで導くための複数のインク路が高密度に形成されている。このノズル部材２１０と、上述のように構成された基板２０１とが、有機層膜２０７を介して図のような状態で接着されていることにより、記録ヘッドが形成される。そして、発熱部２２４から発生する熱エネルギによってインク路２２２内のインクに発泡を生じさせ、当該発泡の成長エネルギに応じた量のインクが吐出口２２１より吐出される仕組みになっている。例えば特許文献２には、発熱抵抗体とその配線が高密度に形成された基板に対し、ノズル部材となる被覆樹脂を、ポリエーテルアミド樹脂からなる密着層を介して接合する方法が開示されている。

なお、再度図３を参照するに、基板２０１上には、上述した発熱部２２４や個別配線２０２および共通配線２３０のほか、共通配線２３０に連なった電気回路（不図示）や電極パッド２３１が形成されている。

特開２００５−１９９７０１号公報 特開平１１−３４８２９０号公報

しかしながら、このように製造されたインクジェット記録ヘッド用の基板では、図６でも説明したように配線の端面２２０において拡散防止層２０４が露出しており、これが原因で、配線層２３０が腐食する場合が生じていた。一般に、上記構成のように、Ｔｉｗから成る拡散防止層２０４とＡｕから成る金属層２０５のような異種金属が接地した状態では、互いの電位差によって電気的な接続を形成し、電解質液体がこれらに付着すると、ここに電気化学反応による腐食が発生する。上記構成では、配線層２３０の周囲が有機膜層２０７やノズル材２１０で覆われて保護されてはいるが、これら有機膜はイオンの浸入を完全に防ぐことは出来ない。よって、接地する２つ異種金属と電解質液体との接触も完全に回避することは出来ず、配線層２３０における腐食への懸念も取り除くことは出来ない状態であった。

これに対し、配線層２３０の上面から更に無機絶縁膜を形成し、配線層２３０をカバーする方法も考えられる。しかし、本例の配線層２３０のように凹凸の大きな形状物に対し、薄い無機膜を側面まで一様にピンホールも無く形成するのは非常に困難である。もしカバー効果を高めるために無機膜を厚く成膜すると、今度は発熱抵抗層からインクへの熱伝導率を低下させ、記録ヘッド自体のエネルギ効果も低下させてしまう。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものである。よって、その目的とするところは、めっき法で形成された低抵抗な電力配線を有しながらも、異なる種類の金属がインクや水分等に接触することがない構造を有する、インクジェット記録ヘッド用の基板およびその製造方法を提供することである。

そのために本発明においては、インクを吐出するエネルギを発生するための発熱部の複数を画成する発熱抵抗層と、前記発熱部のそれぞれへ電力を供給するための個別配線層と、該個別配線層のそれぞれにビアホールを介して共通して電力を供給する共通配線を少なくとも備えたインクジェット記録ヘッド用の基板であって、前記共通配線は、前記ビアホールを中心とした一部領域に形成された拡散防止層と、該拡散防止層の上面および側面を被覆する第１の金属と、該第１の金属に積層された第２の金属とから構成され、前記共通配線の表面は同一元素による単一金属で形成されていることを特徴とする。

また、基板に形成された個別配線に電力を供給するためのビアホールを中心とした一部の領域に無電解めっき法によって拡散防止層を形成する工程と、前記拡散防止層の上面および側面を第１の金属層によって被覆する工程と、第１の金属層から電解めっき法によって第１の金属層と同一元素の第２の金属層を形成することにより前記拡散防止層の表面を前記同一元素の単一金属で被覆する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、拡散防止層の露出が無く、共通配線の表面が同一元素から成る単一金属で覆われた構造が実現できる。よって、たとえ、有機膜の間隙を縫ってインクや溶液が浸入したとしても、電池反応による腐食がおこらないため、配線の短絡も発生せず、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することが出来る。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドにおける配線構造の断面図を３と同様に示した図である。本実施形態の基板１０１上には、蓄熱層１０８、発熱抵抗層１０９、個別配線層１０２および絶縁保護膜１０３が、図４で説明した従来法と同様に形成されている。本実施形態の共通配線は、ビアホールを中心とした一部領域にのみ配置された拡散防止層１０４と、拡散防止層１０４上に形成された第１の金属層１０５と、第１の金属層１０５のさらに上に形成された第２の金属層１０６とによって構成されている。金属層１０５および１０６は同一元素の金属であり、本実施形態では金（Ａｕ）を用いる。

図２（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態で採用するインクジェット記録ヘッド用の基板の層構造の製造工程を、各層の材料を交えて説明するための断面図である。まず、図２（ａ）を参照するに、シリコン（Ｓｉ）から成る基板１０１上に、酸化珪素（ＳｉＯ）の蓄熱層１０８、窒化タンタル（ＴｉＮ）の発熱抵抗層１０９およびアルミニウム（Ａｌ）の個別配線層１０２を、スパッタ法等の真空成膜法を用いて形成する。その後、露光および現像によるパターニングを行うことによって個別配線層１０２を部分的に除去し、インクに熱を与える領域である発熱部１２４を形成する。更に、窒化珪素（ＳｉＮ）あるいは酸化珪素（ＳｉＯ）から成る絶縁保護膜１０３を、スパッタ法等の真空成膜法を用いて形成し、発熱部１２４と同様のパターニングによって、絶縁保護膜１０３を部分的に除去する。これにより、更にその上に形成される共通配線と個別配線層１０２の電気接続部であるビアホール１３２が形成される。

次に、図２（ｂ）を参照するに、無電解めっき法によって個別配線層１０２上にニッケル（Ｎｉ）を析出させ、拡散防止層１０４を形成する。更に、同じく無電解めっき法の置換反応により、拡散防止層１０４のさらに上に無電解めっき層１０５ａ（Ａｕ）を形成する。このような無電解めっき法では、めっき液と化学活性な領域でしか反応がおこらないため、特別なマスクを使用しなくても、図に示すように、絶縁膜上以外の一部領域で必要とする寸法幅で拡散防止層１０４や無電解めっき層１０５ａを形成することが出来る。また、以上２つのめっき析出工程は、ウエット条件を保ったままの状態で連続的に行うことが出来るので、拡散防止層上の酸化膜の発生を抑制することが出来る。更に、従来のような拡散防止層のエッチング工程（図５（ｄ）参照）が必要ないので、工程自体を短縮することもできる。

続いて、図２（ｃ）を参照するに、ウエハ全面に真空成膜による金属層（Ａｕ）１０５ｂをスパッタ法により積層して電気供給配線を形成する。本実施形態における第１の金属（Ａｕ）層１０５は、このように２段階の工程によって形成された無電解めっき層１０５ａと真空成膜層１０５ｂとから構成される。更に、ポジ型のフォトレジスト１３１をスピンコート法によりウエハ全面に塗付した後、露光および現像を行ってパターニングし、所定の領域のフォトレジストを除去する。このときの除去領域は、次工程以降の処理によりＡｕの共通配線領域となる。

次に、図２（ｄ）を参照するに、電解めっき法を用いて電気化学的に金の析出反応をおこし、第２の金属層１０６を形成する。

更に、図２（ｅ）を参照するに、フォトレジスト１３１を除去した後、ヨウ化カリウムとヨウ素の混合溶液に浸漬してＡｕのエッチングを行い、配線部以外の領域に成膜していた金（Ａｕ）を除去する。本実施形態の層構成では、共通配線の端面１２０から拡散防止層１０４が従来のように露出しておらず、拡散防止層１０４は第１の金属層１０５によって完全に被覆されている。よって、エッチング工程においてもヨウ化カリウムとヨウ素の混合溶液が、拡散防止層１０４を形成するＮｉに接触することはなく、従来例のような側面のオーバーエッチングも招致されない。

以上の工程により、本実施形態の共通配線が完成する。その後、フォトリソグラフィーを用いて図１に示すような有機膜１０７や、インク路や吐出口が形成されるノズル材１１０をパターニングすることで、本実施形態のインクジェット記録ヘッドが完成する。

以上説明した本実施形態のインクジェット記録ヘッドにおいては、拡散防止層が同一元素から成る単一金属で覆われた露出のない構造となっている。よって、たとえ、有機膜１０の間隙を縫ってインクや溶液が浸入したとしても、電池反応による腐食がおこらないため、配線の短絡が発生しない。そのため、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することが出来る。

なお、上記実施形態では、第１の金属層１０５を無電解めっき層１０５ａと真空成膜層１０５ｂとの２層から構成する内容で説明したが、第２の金属層１０６を析出させる電解めっきのためには、真空成膜法で形成する真空生成層１０５ｂのみの形成であっても良い。この場合、拡散防止層１０４を形成後、この上に付着した自然酸化膜を真空成膜装置内にて逆スパッタ処理を行って除去する工程が要され、その後にスパッタ法により真空成膜層（Ａｕ）１０５ｂを形成する。但し、このように逆スパッタ処理を行う場合には、ウエハ表面全域が物理エッチングされることによる表面層の薄化が懸念される場合がある。これに対し、上述した本実施形態の方法であれば、逆スパッタ処理は必要ないので、表面層の薄化の懸念もなくなり、記録ヘッド自体の歩留まりも相対的に向上する。

本発明の実施形態で使用するインクジェット記録ヘッドの配線構造の断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態で採用するインクジェット記録ヘッド用の基板の層構造の製造工程を、各層の材料を交えて説明するための断面図である。 インクジェット記録方式を採用した記録ヘッドの一般的な基板構成例を、上層構成層を省略して示した斜視図である。 図３で示した基板をＡ−Ａ´で切断した場合の断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、従来のインクジェット記録ヘッドの基板の層構造の製造工程を説明するための断面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの基板の層構造の凹み部分を拡大して示した図である。

符号の説明

１０１ Ｓｉ基板
１０８ 蓄熱層
１０９ 発熱抵抗体層
１０２ 個別配線層
１０３ 絶縁保護膜
１０４ 拡散防止層
１０５ 第１の金属層
１０６ 第２の金属層
１０７ 有機膜
１１０ ノズル材
１２０ 端面
１３１ フォトレジスト
１３２ ビアホール

Claims (6)

1. インクを吐出するエネルギを発生するための発熱部の複数を画成する発熱抵抗層と、前記発熱部のそれぞれへ電力を供給するための個別配線層と、該個別配線層のそれぞれにビアホールを介して共通して電力を供給する共通配線を少なくとも備えたインクジェット記録ヘッド用の基板であって、
   前記共通配線は、前記ビアホールを中心とした一部領域に形成された拡散防止層と、該拡散防止層の上面および側面を被覆する第１の金属と、該第１の金属に積層された第２の金属とから構成され、前記共通配線の表面は同一元素による単一金属で形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用の基板。
2. 前記拡散防止層はニッケル（Ｎｉ）で形成され、前記第１および第２の金属層は金（Ａｕ）で形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用の基板。
3. 前記拡散防止層は無電解めっきにより形成され、前記第１の金属層は無電解めっきと真空成膜との積層で形成され、前記第２の金属層は電解めっきによって形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド用の基板。
4. 前記拡散防止層は無電解めっきにより形成され、前記第１の金属層は真空成膜で形成され、前記第２の金属層は電解めっきによって形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド用の基板。
5. 前記発熱部へインクを導くためのインク路と、前記発熱部から発生したエネルギによって吐出されるインクの吐出口と、が形成されたノズル材と、
   前記発熱部をインクに接触するのを防止するための有機膜と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用の基板。
6. 基板に形成された個別配線に電力を供給するためのビアホールを中心とした一部の領域に無電解めっき法によって拡散防止層を形成する工程と、
   前記拡散防止層の上面および側面を第１の金属層によって被覆する工程と、
   第１の金属層から電解めっき法によって第１の金属層と同一元素の第２の金属層を形成することにより前記拡散防止層の表面を前記同一元素の単一金属で被覆する工程と、
   を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド用の基板の製造方法。

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