JP6525620B2 - 液体吐出ヘッド用基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッド用基板の製造方法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及びコンタクトプローブの受け部を有し、コンタクトプローブの受け部のビッカース硬さが前記配線層のビッカース硬さよりも高い基板を用意する工程と、前記パッド内の配線層に、コンタクトプローブを当てる工程と、前記コンタクトプローブを当てる工程の後に、前記コンタクトプローブで前記配線層を貫通させて、前記コンタクトプローブの前記配線層を貫通した部分を前記受け部に当てる工程と、前記パッドで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。
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ＳｉＯ２で形成されている。蓄熱層上には、ＴａＳｉＮ等からなる発熱抵抗体層１１が形成されている。この発熱抵抗体層１１を挟むようにして、第１の配線層９と第２の配線層１０とが形成されている。第１の配線層９は、例えばアルミニウム‐シリコン合金で形成されている。第２の配線層１０は、例えばアルミニウム‐銅合金で形成されている。パッドは、第１の配線層９と、発熱抵抗体層１１と、第２の配線層１０とを有する。パッドの両端には、ＳｉＮ等からなる保護膜１２や絶縁膜１３が形成されている。
本発明では、図２（ａ）に示す断面においてパッド内の第２の配線層１０及び発熱抵抗体層１１が途切れた領域に、コンタクトプローブの受け部１５を有する。受け部１５は、第２の配線層１０に覆われておらず、液体吐出ヘッド用基板の表面に開口１４にて露出している。
次に、図２（ｂ）に示すように、コンタクトプローブの受け部１５に、コンタクトプローブ１６を当てる。まずは、コンタクトプローブ１６の先端１６ａを、コンタクトプローブの受け部１５に当てる。続いてさらにコンタクトプローブ１６をコンタクトプローブの受け部１５に押し付け、先端１６ａを受け部上で受け部に沿って滑らせながら、コンタクトプローブ１６を撓ませる。
コンタクトプローブ１６を撓ませていくと、図２（ｃ）に示すように、コンタクトプローブ１６の側面１６ｂが、第２の配線層１０に接触する。両者が接触している面積がある程度以上となったところで、電気検査を行う。両者の接触面積は、５０μｍ２以上であることが好ましい。このとき、第２の配線層１０の表面の自然酸化膜は、十分に削り取られている。本発明では、このようにして電気検査を行うので、配線層に電気検査痕が発生することを抑制できる。
コンタクトプローブ１６は、一般的にはタングステンやレニウムタングステン等で形成されている。それらのビッカース硬さは、タングステンが３４００ＭＰａ、レニウムが２４５０ＭＰａである。コンタクトプローブの受け部１５に変形を発生しづらくするには、コンタクトプローブの受け部１５のビッカース硬さを、これらを考慮して設計することが好ましい。例えば、ビッカース硬さが８７０ＭＰａ程度のタンタルに対し、タングステンのコンタクトプローブを電気検査程度の力で接触させても、タンタルに変形は認められない。一方、配線層として一般的に用いられるアルミニウムのビッカース硬さは５００ＭＰａであるが、アルミニウムに対して同様にコンタクトプローブを接触させると、アルミニウムに変形が発生する。これらを考慮すると、コンタクトプローブの受け部１５のビッカース硬さは、８７０ＭＰａ以上とすることが好ましい。受け部１５は、インク等の液体にさらされる場所にある。これらを考慮すると、コンタクトプローブの受け部１５は、例えば酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、ジルコニア等で形成することが好ましい。
電気検査後は、図２（ｄ）に示すように、バリアメタル層１７及びバンプ部分１８を形成する。バリアメタル層１７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。バンプ部分１８は、例えば金で形成する。バンプ部分１８は樹脂からなるレジスト等を用いて、フォトリソグラフィーの手法等によってパターニングする。このようにして、パッドが形成される。パッドを形成した後、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。
その後、さらに液体の流路及び吐出口を形成する部材等を形成し、液体吐出ヘッド用基板が得られる。
電気検査の手法として、図２では、コンタクトプローブ１６をコンタクトプローブの受け部１５に当て、その後でコンタクトプローブ１６を第２の配線層１０に接触させる方法を説明した。これに対し、コンタクトプローブ１６を第２の配線層１０に先に接触させ、その後でコンタクトプローブの受け部１５に当ててもよい。この方法を、図３を用いて説明する。まず、図３（ａ）に示すように、コンタクトプローブ１６を第２の配線層１０に接触させる。この状態から、コンタクトプローブ１６と第２の配線層１０とをさらに強く接触させることで、コンタクトプローブ１６が第２の配線層１０を貫通するようにする。この結果、図３（ｂ）に示すように、コンタクトプローブ１６とコンタクトプローブの受け部１５とが当たる。この方法によれば、コンタクトプローブ１６は第２の配線層１０の一部を削り取ることになるが、第２の配線層１０に残る電気検査痕は、オーバーハングしたような形状にはならない。即ち、課題となるような電気検査痕が発生することを抑制できる。
尚、削り取られる第２の配線層１０の量を減らすために、第２の配線層１０の削り取られる部分である側壁の形状を基板１の表面に対して傾斜させておこくことが好ましい。即ち、第２の配線層１０のコンタクトプローブ１６を当てる面を基板１の表面に対して傾斜させておくことが好ましい。例えば、その傾斜の角度を基板１の表面に対して３０°以上６０°以下とする。より好ましくは、４０°以上５０°以下とする。
Claims (6)
- 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及びコンタクトプローブの受け部を有し、コンタクトプローブの受け部のビッカース硬さが前記配線層のビッカース硬さよりも高い基板を用意する工程と、
前記パッド内の配線層に、コンタクトプローブを当てる工程と、
前記コンタクトプローブを当てる工程の後に、前記コンタクトプローブで前記配線層を貫通させて、前記コンタクトプローブの前記配線層を貫通した部分を前記受け部に当てる工程と、
前記パッドで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。 - 前記受け部のビッカース硬さが８７０ＭＰａ以上である請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 前記受け部は、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、ジルコニアの少なくとも１つで形成されている請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 前記コンタクトプローブはタングステンまたはレニウムタングステンで形成されている請求項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。
- 前記配線層の前記コンタクトプローブを当てる面は前記基板の表面に対して傾斜している請求項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。
- 前記傾斜の角度は前記基板の表面に対して３０°以上６０°以下である請求項５に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
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