JP5008448B2 - インクジェット記録ヘッド用の基板の製造方法 - Google Patents
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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、特に駆動電力を供給する電力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。
図３（ａ）および（ｂ）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構成を説明するための、斜視図および断面図である。基板２００上には、インク内に発泡を生じさせる発熱抵抗体２０５ａを画成する発熱抵抗層２０５と、これに電気的接続を行う配線層２０１および２０２が、高密度に形成されている。更にこの基板は、上記配線をインクから保護するための保護層２０６と、蓄熱するための蓄熱層２０４を有している。一方、ノズル部材２０７には、個々の発熱抵抗体に対応した位置に、インクを吐出口２０８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２０７と、上述のように構成された基板２００とが、図３（ａ）のような状態で接着されことにより、記録ヘッドが形成されている。そして、発熱抵抗体から発生する熱エネルギによってインク路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２０８より吐出される仕組みになっている。
たとえば特許文献１には、高密度かつ高精度に配置された複数のインク路を備えたノズル部材の製造方法が開示されている。本文献によれば、溶解可能な樹脂を用いてインク路パターンをまず形成し、常温にて固体上のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂をこれに塗布し、インク吐出口を形成した後に、上記溶解可能な樹脂層を溶解・除去する製造工程が開示されている。
また、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。
ところで、図３（ｂ）を参照するに、このようなインクジェット記録ヘッド用の基板では、発熱抵抗体２０５ａに駆動電力を供給するための電力配線は、電力配線層２０１および２０２の２層構造で形成されている。そして、これら２層の積層箇所の一部に形成されたスルーホール２０３部を介して、電流が発熱抵抗体２０５ａへと導かれている。
従来、このような電力配線層には、アルミを用いることが多かったが、配線抵抗値を下げる場合には、アルミ電力配線層２０１を厚くしたり、アルミ電極配線の幅を太くしたりする必要があった。しかし、どちらの方法であっても基板自体を大きくしてしまうので、製造上あまり好ましい方法とは言えなかった。
これに対し、特許文献３には、電流抵抗が低く配線材料として優れた特性を有する金（Ａｕ）を、基板上の電極として採用する構成が開示されている。本文件によれば、電解めっき法を利用することにより、電極としての金（Ａｕ）を基板上に形成するような基板製造工程が開示されている。
しかしながら、電解めっき法を用いて電力配線を形成した従来のヘッド用基板では、異種金属間のイオン化傾向の差に伴う電池反応等が発生し、電力配線の腐食や短絡が招致される場合があった。以下に、その原因を具体的に説明する。
電解めっき法を用いた従来の製造工程では、基板の表層に下地保護を行うための例えばＴｉＷからなる拡散防止材料と、下地シード金の、乾式成膜を行う。また、電解めっき法によって金属配線を選択的に析出させるために、フォトリソグラフィー技術を用いる。更に、形成された金属膜をマスクにして、上記拡散防止材料と下地シード金を、ディップ方式によって全面エッチングする。このとき、拡散防止層においては、形成された電力配線の下方側面からもエッチング液が入り込み、サイドエッチングによってその側面（断面）が露出される。
液体であるインクを吐出するインクジェット記録ヘッド用の基板においては、このように拡散防止材料が露出された部分にインクや水分等が浸入すると、拡散防止層を形成する金属材料と金とのイオン化傾向の差に伴う電池反応が発生する。そして、これが電力配線の腐食や短絡の原因となってしまうのである。
よって、例えばＳｉＮのような絶縁性無機膜を、上記拡散防止層の断面をカバーするように真空成膜することも出来る。しかし、電力配線の下方側面まで好適な状態で一様にサイドエッチングするのは、難しい。その分、膜厚を厚くしてしまうと、今度は発熱抵抗体におけるインクへの熱伝導率が下がってしまい、記録ヘッド自体のエネルギ効果を低下させてしまう。
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、通電によって発熱する発熱抵抗層と、該発熱抵抗層に接して設けられた一対の配線と、インクを吐出するためのエネルギを発生する発熱抵抗体として作用する前記発熱抵抗層の前記一対の配線の間に位置する部分および前記一対の配線を被覆し、前記一対の配線の一方の上に貫通部を有する、絶縁材料からなる保護層と、を備えた基体を用意する工程と、少なくとも前記貫通部を含む前記保護層の上に第２の金属の金属層を形成する工程と、前記金属層が形成された基板の全面に、前記第２の金属よりイオン化傾向が小さい第１の金属からなるめっき用導体層を真空成膜法により設ける工程と、前記金属層の端部に対応した前記めっき用導体層の段差部より前記金属層が設けられていない方向に少し離れた位置から、前記段差部と前記金属層に対応する前記めっき用導体層の上部全面とを少なくとも被覆するように、前記第１の金属からなるめっき層を設ける工程と、前記めっき層が設けられていない前記めっき用導体層をウェットエッチング法により除去する工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、液体吐出口より液体を吐出する液体吐出用基板のチップサイズを大きくせずに低抵抗配線を形成することで、安価なインクジェット記録ヘッド用基板を提供できる。また、めっき法で形成された電力配線の金属材料で該電力配線下層の拡散防止層表面を全て覆うことで、電力配線表面が単一金属となり、イオン化傾向の違いによる異種金属間での電池反応等が抑制され、信頼性を向上させることができる。
図１は、本発明の実施例におけるインクジェット記録ヘッド用の基板の構成を説明するための斜視図である。シリコン基板１００の中央にはインク供給口１２０が形成されており、インク供給口１２０から個々の発熱抵抗体までインクを導くインク路に対応した位置には、個々の発熱抵抗体に電力を供給するための電力配線１３４が形成されている。
図２は、図１のＡ−Ａ断面であり、インク吐出口１１１近傍の構造断面図である。１０１はシリコン基板１００上に形成されたＳｉＯ2からなる蓄熱層、１０２は発熱抵抗体層、１０４はアルミからなる一対の配線層（アルミ配線層）、１３４は個別アルミ配線１０４に駆動電力を供給する電力配線層である。１０５は電力配線層１３４の一部でもあり、主に下地保護を行いつつ電力の拡散を防止するための拡散防止層である。また、１０３はアルミ配線層１０４が直接インクに接触しないようにするための保護層である。更に、１０８は、個々の発熱部１１０の位置にインク路１１２やインク吐出口１１１が配置するように形成された流路形成層である。流路形成層１０８は電力配線の絶縁を兼ねた樹脂層１０７によって、上述した各層が形成された基板に接着されている。
発熱抵抗層１０２のうち、個別アルミ配線層１０４によって被覆されない領域が、実際の発熱部１１０となる。そして、電力配線１３４から個々のアルミ配線１０４に供給された電流によって、発熱部１１０が発熱し、インク流路１１２中のインクに発泡が生じ、当該発泡の成長エネルギによってインク吐出口１１１よりインクが吐出される。
本実施例では、個別アルミ配線１０４に駆動電力を供給する電力配線１３４として、第１の金属層となる金（Ａｕ）層を設け、その下の隣接した位置に、第２の金属層となる拡散防止層１０５を設ける。そして、第２の金属層である拡散防止層１０５を、第１の金属層によって上面のみならず側面まで包み込む構造としている。つまり、本実施例の電力配線１３４の表面は、その側面まで含めて単一の金属（ここでは金）が現れる。よって、インクや水分等に接触しても、イオン化傾向の差に伴う電池反応が発生しない。
図４（ａ）〜（ｌ）は、上述した構造を有する本実施例の記録ヘッド用基板の製造方法を説明するための工程図である。
まず、シリコン基板１００上に、ＳｉＯ2からなる蓄熱層１０１、発熱抵抗体層１０２、個別アルミ配線１０４および保護膜１０３を真空成膜法等で形成する。その後、フォトリソグラフィー技術によりパターニングを行い、アルミ配線１０４への電気的導通を得るためのスルーホール１３０（貫通部）を形成する。（図４（Ａ））
続いて、真空成膜装置等によって、例えば高融点金属材料のチタンタングステン（ＴｉＷ）を所定の厚みに全面成膜し、拡散防止層１０５を形成する。これにより、スルーホール１３０はＴｉＷによって埋められ、拡散防止層１０５の一部となる。（図４（Ｂ））
次に、フォトリソグラフィー法にてレジスト塗布、露光、現像を行い、拡散防止層１０５を残すべき領域、すなわちスルーホール１３０とその近傍領域に、フォトレジスト１３１を形成する。（図４（Ｃ））
その後、Ｈ2Ｏ2を含むエッチング液に、所定時間、基板を浸漬させ、フォトレジスト１３１によってマスクされていない領域の拡散防止層１０５をエッチングする。（図４（Ｄ））
更に、所定の時間、フォトレジスト１３１の剥離液に基板を浸漬させ、フォトレジスト１３１を除去する。結果、スルーホール１３０とその近傍領域にのみ拡散防止層１０５が残った、上段面と下段面を有する基板が形成される。（図４（Ｅ））
次に、真空成膜装置等により、めっき用導体の金（Ａｕ）層１３２を所定の厚みで全面成膜する。これにより、段差部１４０を有する形で、基板の全表面がめっき用導体金層１３２によって覆われる。なお、拡散防止層１０５とめっき用導体金（Ａｕ）層１３２の密着性を向上するために、逆スパッタ等の酸化膜除去をすることが望ましい。（図４（Ｆ））
次に、フォトリソグラフィー法にてレジスト塗布、露光、現像を行い、フォトレジスト１３３を形成する。フォトレジスト１３３の形成位置は、めっき用導体金（Ａｕ）層１３２表面における、下段面の、段差１４０から少し離した位置となるようにする。また、フォトレジスト１３３の高さは、次の工程で形成される電力配線１３４の表面よりも、十分高くなるようにする。（図４（Ｇ））
続いて、亜硫酸金塩を含む電解液中で、めっき用導体金１３２に所定の電流を流す。これにより、めっき用導体金（Ａｕ）層１３２の、フォトレジスト１３３によってマスクされていない表面に新たな金が析出し、電力配線層１３４が形成される。このとき、新たな金が析出するのは、めっき用導体金（Ａｕ）層１３２表面のうち、上段面の表面、段差１４０を形成する側面、および下段面の段差１４０から少し離れた位置までの表面、となる。（図４（Ｈ））
その後、所定の時間、フォトレジスト１３３の剥離液に基板を浸漬させ、フォトレジスト１３３を除去する。これにより、めっき用導体金層１３２の下段面が露出する。（図４（Ｉ））
次に、発熱部上方の保護膜１０３まで覆っている、不要なめっき用導体金層１３２を、窒素系有機化合物とよう素およびヨウ化カリウムを含む水溶液に所定の時間浸漬させ、除去する。これにより、本発明の特徴的な構造、すなわち拡散防止層１０５を包み込む電力配線１３４の構造が完成する。（図４（Ｊ））
更に、電力配線１３４とインク流路形成層１０８との密着層、および絶縁膜を兼ねた樹脂層１０７として、例えばポリエーテルアミド樹脂を、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングする。（図４（Ｋ））
更にその後、樹脂層１０７の上にインク流路１１２に相当する後抜きの型材を置いた上から流路形成層１０８を任意の厚さでスピンコート法により塗布し、フォトリソグラフィー法にて露光、現像を行う。そして、複数個のインク吐出口１１１を形成し、型材を除去することによって、図２に示すようなインクジェット記録用の基板を得る。（図４（Ｌ））
以上説明したように、本発明によれば、電力配線１３４の金属によって、更に下層（内層）にある拡散防止層表面の全て覆う構造にし、電力配線１３４の表面は、その側面まで含めて単一金属が現れるようにしている。よって、たとえ、この電力配線がインクや水分等に接触するような状況が生じても、イオン化傾向の差に伴う電池反応は発生せず、電力配線の腐食や短絡も抑制される。結果、電力配線の腐食を起因とする流路形成層１０８の剥れ等の問題も改善され、記録ヘッドの信頼性の向上を図ることができる。
１００ Ｓｉ基板
１０１ 蓄熱層
１０２ 発熱抵抗体層
１０３ 保護膜
１０４ 個別アルミ配線
１０５ 拡散防止層
１０７ 樹脂層
１０８ 流路形成層
１１０ 発熱部
１１１ インク吐出口
１１２ インク流路
１２０ インク供給口
１３１ フォトレジスト
１３２ めっき用導体の金（Ａｕ）層
１３３ フォトレジスト
１３４ 電力配線
１４０ 段差
１０１ 蓄熱層
１０２ 発熱抵抗体層
１０３ 保護膜
１０４ 個別アルミ配線
１０５ 拡散防止層
１０７ 樹脂層
１０８ 流路形成層
１１０ 発熱部
１１１ インク吐出口
１１２ インク流路
１２０ インク供給口
１３１ フォトレジスト
１３２ めっき用導体の金（Ａｕ）層
１３３ フォトレジスト
１３４ 電力配線
１４０ 段差
Claims (6)
- 通電によって発熱する発熱抵抗層と、
該発熱抵抗層に接して設けられた一対の配線と、
インクを吐出するためのエネルギを発生する発熱抵抗体として作用する前記発熱抵抗層の前記一対の配線の間に位置する部分および前記一対の配線を被覆し、前記一対の配線の一方の上に貫通部を有する、絶縁材料からなる保護層と、
を備えた基体を用意する工程と、
少なくとも前記貫通部を含む前記保護層の上に第２の金属の金属層を形成する工程と、
前記金属層が形成された基板の全面に、前記第２の金属よりイオン化傾向が小さい第１の金属からなるめっき用導体層を真空成膜法により設ける工程と、
前記金属層の端部に対応した前記めっき用導体層の段差部より前記金属層が設けられていない方向に少し離れた位置から、前記段差部と前記金属層に対応する前記めっき用導体層の上部全面とを少なくとも被覆するように、前記第１の金属からなるめっき層を設ける工程と、
前記めっき層が設けられていない前記めっき用導体層をウェットエッチング法により除去する工程と、
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。 - 前記第１の金属は金（Ａｕ）であ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の製造方法。
- 前記第２の金属はチタンタングステン（ＴｉＷ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド用の基板の製造方法。
- 前記めっき層の上に、インクを吐出するための吐出口と該吐出口にインクを導くための流路の壁面とを有する流路形成層を設ける工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至３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の製造方法。
- 前記めっき層を設ける工程は、
前記めっき用導体層が設けられた基板上の一部にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層を形成した後に、めっき用の電解液中で前記めっき用導体に電流を流す工程と、
前記電流を流す工程の後に、前記レジスト層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用の基板の製造方法。 - 前記レジスト層を形成する工程において、前記レジスト層は前記めっき層の膜厚よりも厚い膜厚となるように形成されることを特徴とする請求項５に記載の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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