JP2016141149A - 液体吐出ヘッド用基板の製造方法、及び該製造方法で製造された液体吐出ヘッド用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッド表面の電気検査痕の発生が抑制され、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】 エネルギー発生素子とパッドとを有する基板であって、前記パッドは配線層を有し前記パッド内の配線層に厚みが相対的に厚い部分と薄い部分とがある基板を用意する工程と、前記パッド内の配線層の厚みが相対的に薄い部分にコンタクトプローブを当てて電気検査を行う工程と、を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法。【選択図】 図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用基板の製造方法、及び該製造方法で製造された液体吐出ヘッド用基板に関するものである。

インクジェット記録装置等の液体吐出装置は、液体吐出ヘッドを有する。液体吐出ヘッドに用いられる液体吐出ヘッド用基板は、チップなどとよばれ、発熱抵抗体や圧電素子といったエネルギー発生素子を有する。そしてエネルギー発生素子によって液体にエネルギーを与え、液体を吐出する。このような液体吐出ヘッド用基板では、シリコン等で形成された基板の上に流路や液室が形成されており、液室内にエネルギー発生素子が配置されている。基板の上において、エネルギー発生素子は配線層に接続されており、配線層の先はパッドとなっている。パッドではボンディング等の外部配線によって液体吐出ヘッド用基板の外部の電源と接続されている。液体吐出ヘッド用基板のエネルギー発生素子は、液体吐出ヘッド用基板の外部からパッドを経由して電気が供給されることによって、駆動する。

パッドは、アルミニウム等で形成された配線層と、金等で形成されたバンプ部分とで構成されている。液体吐出ヘッド用基板の製造工程において、パッドの配線層では、コンタクトプローブを用いた半導体集積回路の電気検査が行われることがある。電気検査においては、コンタクトプローブを、配線層表面を削る様にコンタクトさせる。このとき、コンタクトプローブによって自然酸化膜などの絶縁膜とアルミ等の配線層が削れることで、パッドの配線層上に凸形状の電気検査痕が形成される。その後洗浄を行うが、凸形状の電気検査痕はパッドに残ってしまう。このような電気検査痕は、基板上に有機材料を積層する際等に、有機材料の層の厚みの均一性を低下させる要因になり得る。また、電気検査痕をその後に形成するバリアメタル層でカバーしきれないと、バリアメタル層を介して積層される配線層（例えばアルミニウム）とバンプ部分（例えば金）との間で合金が発生し、電極としての機能が低下する場合がある。

これに対し、特許文献１には、コンタクトプローブが接触する領域に複数の段差形状を形成することで、複数の段差形状をストッパ層とし、パッドの配線層に電気検査痕が形成されることを抑制することが記載されている。

特開２０１０−２２１６５６号公報

特許文献１に記載の方法によれば、電気検査痕の発生を抑制することができる場合もある。しかし、本発明者らの検討によれば、電気検査の際のコンタクトプローブの接触条件が強い場合や、複数のコンタクトプローブ長さのバラツキで、一本目のコンタクトプローブに加わる針圧が強い場合に、ストッパ層が破壊されることがある。この結果、配線層に凸形状の構造物（電気検査痕）が形成されてしまう場合がある。

一方、電気検査痕の大きさを決める条件には、検査装置の条件がある。しかし、絶縁膜を削るコンタクトプローブの接触条件を、電気検査痕の形成が緩和されるようにすると、絶縁膜が残る場合が有り、抵抗値のバラツキが発生することがある。

従って、本発明は、パッド表面の電気検査痕の発生が抑制され、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、基板と、前記基板上にエネルギー発生素子と前記エネルギー発生素子と電気的に接続されたパッドと、を有し、前記エネルギー発生素子によって液体にエネルギーを与えて液体を吐出させる液体吐出ヘッド用基板を製造する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、エネルギー発生素子とパッドとを有する基板であって、前記パッドは配線層を有し、前記パッド内の配線層に厚みが相対的に厚い部分と薄い部分とがある基板を用意する工程と、前記パッド内の配線層の厚みが相対的に薄い部分に、コンタクトプローブを当てて電気検査を行う工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。

本発明によれば、パッド表面に電気検査痕が発生することが抑制され、信頼性の高い液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。

液体吐出ヘッド用基板の斜視図。 液体吐出ヘッド用基板の製造方法を示す図。

図１に、液体吐出ヘッド用基板の斜視図を示す。液体吐出ヘッド用基板は、シリコン等で形成された基板１を有する。基板１上に、エネルギー発生素子２と、エネルギー発生素子２と配線層によって電気的に接続されたパッド３とを有する。基板上には、液体の流路及び吐出口４を形成する部材５が設けられている。基板１には供給口６が形成されている。液体は、供給口６から流路へと供給され、エネルギー発生素子２によってエネルギーが与えられ、吐出口４から吐出される。

図１に示す液体吐出ヘッド用基板の製造方法を、図１のＡ−Ａ´断面をもって説明する。ここでは、エネルギー発生素子２が発熱抵抗体である場合で説明するが、エネルギー発生素子として例えば圧電素子を用いてもよい。

まず、図２（ａ）に示すような基板１を用意する。基板１上には、第１の蓄熱層７、第２の蓄熱層８が形成されている。これら蓄熱層は例えばＳｉＯ_２で形成されている。第１の蓄熱層７及び第２の蓄熱層８の上に、ＴａＳｉＮ等からなる発熱抵抗体層９やアルミニウムで形成された配線層１０を有するパッドが形成されている。パッド内の配線層１０には、厚みが相対的に厚い部分３ａと厚みが相対的に薄い部分３ｂとがある。パッド内において、発熱抵抗体層９の下にも配線層１０が形成されている領域が、配線層の厚みの厚い部分３ａである。一方、発熱抵抗体層９の下には配線層１０が形成されていない領域が、配線層の厚みの薄い部分３ｂである。即ち、複数の配線層がある場合にはその合計の厚みを配線層の厚みとする。尚、ここでの厚みとは、基板１の表面と垂直方向における厚みである。パッドの両端には、ＳｉＮ等からなる保護膜１６や絶縁膜１７が形成されている。

次に、図２（ｂ）に示すように、パッド内の配線層の厚みが相対的に薄い部分に、コンタクトプローブ１１を当てる。このようにして、配線層を含む回路の電気検査を行う。本発明では、パッド内の配線層に、厚みが相対的に厚い部分と薄い部分とを設けておき、コンタクトプローブを、配線層の厚みが薄い部分に当てる。コンタクトプローブを当てることによって発生する電気検査痕の大きさは、配線層の厚みに比例する。従って、コンタクトプローブを配線層の厚みが薄い部分に当てることで電気検査痕が発生しても、形成される電気検査痕の大きさは小さくなる。また、配線層の厚みが薄い部分において、配線層の下にＳｉＯ_２等からなる蓄熱層が形成されていれば、コンタクトプローブが蓄熱層を超えて深く突き刺さることを抑制できる。

コンタクトプローブを用いる条件としては、プローブを滑らせるパラメータであるオーバードライブ量がある。オーバードライブ量が多いほどパッドの配線層を削る量も増加する。よって、配線層の厚みが相対的に薄い部分の厚みは、一般的なオーバードライブ量が５０μｍ程度であること想定すると、０．１μｍ以下とすることが好ましい。また、配線層形成の点から、０．０１μｍ以上とすることが好ましい。

一方、配線層の厚みが相対的に厚い部分の厚みは、外部配線との接続強度を維持する為に０．２μｍ以上とすることが好ましい。また、配線層の厚みが相対的に厚い部分と薄い部分との厚みの差は、流路を形成する部材等をパターニングした際に、段差部分にこれら部材の材料の残渣をなるべく残さない為に、１．０μｍ以下であることが好ましい。これ以上の厚みの差となると、段差部分で残渣が発生することがある。

尚、電気検査痕の大きさを小さくするだけであれば、パッド内の配線層に厚みが相対的に厚い部分と薄い部分とを設ける必要はなく、パッド内の配線層の厚みを全て薄くすればよい。しかし、パッド内の配線層の厚みを全て薄くしてしまうと、複数あるパッド毎に印加される電圧が異なる傾向となる。この結果、液体吐出ヘッドの信頼性が低下してしまう。また、エネルギー発生素子が発熱抵抗体である場合、液体を吐出する為に必要な電圧は２４Ｖ程度であり、配線層の厚みが薄いと、配線層の面積を広げて配線抵抗を下げる必要がある。この為、パッドのサイズが大きくなり、１枚のウェハ内から液体吐出ヘッド用基板（チップ）が得られる個数が減る傾向となる。従って、本発明では、パッド内に配線層の厚みが厚い部分と薄い部分とを設ける。

また、パッド形成後に電気検査を実施すれば、電気検査痕自体は発生しにくくなる。しかし、パッドが形成されてしまってから電気検査を行うことになるので、パッドを形成した分、歩留りが低下してしまう。また、パッド形成後に電気検査を行うと、バンプ部分の例えば金やバリアメタル層をコンタクトプローブで破壊する可能性がある。よって、金と配線層の合金化によって液体吐出ヘッドとしての信頼性が低下することがある。

コンタクトプローブを当てた後の状態は、図２（ｃ）に示すようになる。即ち、パッド内の配線層の厚みが薄い部分に電気検査痕１２が形成される場合であっても、その大きさは小さなものである。

次に、図２（ｄ）に示すように、電気検査痕１２を覆うように、バリアメタル層１３を形成する。バリアメタル層１３は、例えばチタンタングステンを真空成膜装置等により所定の厚みで基板上に全面成膜することで形成する。本発明の方法よれば、電気検査痕１２の大きさは小さく、例えば０．５μｍ程度である。また、大きくオーバーハングした形状ではない。従って、例えば１．０μｍ程度の厚みのバリアメタル層によって、電気検査痕を十分に被覆することができる。電気検査痕１２が大きすぎると、十分に被覆できない場合がある。また、電気検査痕１２が大きくオーバーハングした形状だと、オーバーハングした部分の下方（突き出た部分の下方）にバリアメタル層を成膜できない場合がある。

次に、図２（ｅ）に示すように、バリアメタル層１３上にバンプ部分１４を形成する。バンプ部分１４は、例えば金で形成する。

次に、図２（ｆ）に示すように、バンプ部分１４上にレジスト１５をスピンコート法等で形成する。続いて、図２（ｇ）に示すように、レジスト１５をフォトリソグラフィー等によってパターニングする。

さらに、図２（ｈ）に示すように、パターニングしたレジスト１５をマスクとして、バンプ部分１４を除去する。バンプ部分１４の除去は、例えば窒素系有機化合物とヨウ素ヨウ化カリウムを含む金エッチング液に所定の時間浸漬させることで行う。この結果、バリアメタル層１３が露出する。さらに露出したバリアメタル層１３を、例えばＨ_２Ｏ_２系のエッチング液に所定の時間浸漬させて除去し、図２（ｉ）に示すように保護膜１６を露出させる。

その後、レジスト１５を除去液等で除去し、図２（ｊ）に示すようにバンプ部分１４を露出させる。このようにして、電気検査痕１２の上に、良好なバリアメタル層１３が形成されたパッドが完成する。この後、パッドに、例えば３００℃、１時間以上の熱処理を行っても、バンプ部分と配線層との合金化の発生を抑制することができる。尚、３００℃、１時間以上の熱処理としては、外部配線と接続する実装工程等の前に行われるプロセス等がある。

最後に、図２（ｋ）に示すように、バンプ部分１４に外部配線１８を接続する。外部配線１８は、液体吐出ヘッド用基板に外部から電気を供給する配線である。外部配線１８の接続は、パッド内の配線層の厚みが相対的に厚い部分の上方のバンプ部分に行うことが好ましい。この部分は、電気検査痕が形成されていない領域の上方であり、外部配線接続時のボンディング加重等、外部からの力に耐性がある為である。また、バリアメタル層の状態が良好に維持され、液体吐出ヘッドの信頼性も向上する。

また、本発明によれば、電気検査痕１２の大きさが小さく、オーバーハングしたような形状にはなりにくい。それでも電気検査痕１２が課題になるようであれば、電気検査痕１２の前記基板側の領域である下方を、埋め込み材で埋め込むことが好ましい。特にオーバーハングしている場合には、オーバーハングした部分の下方に埋め込み材を埋め込むことが好ましい。例えば、図２（ｃ）に示す状態から、埋め込み材として熱可塑性樹脂を基板上に塗布する。熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルアミドやアクリル樹脂が挙げられる。埋め込み材の塗布の際には、減圧処理を行うことが好ましい。減圧処理の圧力は２０ｋＰａ以下とすることが好ましい。減圧処理を行うことで、埋め込み材を十分に埋め込むことができる。その後、ドライエッチング等によって不要な埋め込み材を除去し、電気検査痕１２のオーバーハングした部分の下方に埋め込み材を残す。その後は、図２（ｄ）以降と同様にして、液体吐出ヘッドを製造する。埋め込み材を用いて電気検査痕１２のオーバーハングした部分の下方を埋め込めば、液体吐出ヘッドの信頼性はより向上する。尚、埋め込み材である熱可塑性樹脂としてポリエーテルアミドを用いた場合、ポリエーテルアミドを、基板と流路等を形成する部材とを密着させる密着層としても兼用させることができる。

また、電気検査痕１２の発生をさらに抑制する方法として、金属層を用いる方法がある。具体的には、図２（ａ）に示す状態から、配線層の上に金属層を形成する。この金属層は、配線層よりも硬度の高い層である。金属層の材料としては、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｎｂが挙げられる。金属層のビッカース硬度は８７０ＭＰａ以上であることが好ましい。そして、この金属層に対して、コンタクトプローブを当てて電気検査を行う。この方法によれば、コンタクトプローブは硬度の高い金属層に直接接触させ、配線層には金属層を介して間接的に当てる。よって、電気検査痕１２の発生をより抑制することができる。金属層は、少なくともコンタクトプローブを当てる部分に形成すればよいが、例えば保護膜１６上にまで形成すれば、合金が発生する可能性をより低減できる。電気検査の後は、図２（ｃ）以降と同様にして、液体吐出ヘッドを製造する。

Claims (13)

1. 基板と、前記基板上にエネルギー発生素子と前記エネルギー発生素子と電気的に接続されたパッドと、を有し、前記エネルギー発生素子によって液体にエネルギーを与えて液体を吐出させる液体吐出ヘッド用基板を製造する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
   エネルギー発生素子とパッドとを有する基板であって、前記パッドは配線層を有し、前記パッド内の配線層に厚みが相対的に厚い部分と薄い部分とがある基板を用意する工程と、
   前記パッド内の配線層の厚みが相対的に薄い部分に、コンタクトプローブを当てて電気検査を行う工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
2. 前記配線層の厚みが相対的に薄い部分の厚みは０．１μｍ以下である請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
3. 前記配線層の厚みが相対的に厚い部分の厚みは０．２μｍ以上である請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
4. 前記配線層の厚みが相対的に薄い部分の厚みと前記配線層の厚みが相対的に厚い部分の厚みとの差は１．０μｍ以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
5. 前記電気検査を行った後に、前記配線層の上方にバンプ部分を形成する工程を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
6. 前記液体吐出ヘッド用基板に外部から電気を供給する外部配線を、前記配線層の厚みが厚い部分の上方に形成されたバンプ部分に接続させる工程を有する請求項５に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
7. 前記電気検査によって発生した電気検査痕の下方を埋め込み材で埋め込む工程を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
8. 前記埋め込み材は熱可塑性樹脂である請求項７に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
9. 配線層の厚みが相対的に薄い部分の上方に金属層を設け、前記コンタクトプローブを前記金属層に直接接触させて前記電気検査を行う請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
10. 前記金属層は、Ｔａ、Ｒｕ、Ｎｂのうち少なくともいずれかを含む請求項９に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
11. 前記配線層はアルミニウムで形成されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
12. 基板と、前記基板上にエネルギー発生素子と前記エネルギー発生素子と電気的に接続されたパッドと、を有し、前記エネルギー発生素子によって液体にエネルギーを与えて液体を吐出させる液体吐出ヘッド用基板であって、
    前記パッドは配線層を有し、前記パッド内の配線層に厚みが相対的に厚い部分と薄い部分とがあり、前記パッド内の配線層の厚みが相対的に薄い部分に、コンタクトプローブを当てて形成された電気検査痕を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
13. 前記配線層の上方にバンプ部分があり、前記液体吐出ヘッド用基板に外部から電気を供給する外部配線が、前記配線層の厚みが厚い部分の上方に形成されたバンプ部分に接続している請求項１２に記載の液体吐出ヘッド用基板。

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