JP7037334B2 - 液体吐出ヘッド用基板、その製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用基板、その製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。

文字や画像等の情報を用紙やフィルム等シート状の記録媒体に記録を行う記録装置の一部として液体吐出ヘッドが広く用いられている。特許文献１には、回路素子が形成された半導体基板の上に配線構造を形成し、配線構造の上に発熱抵抗素子を形成することによって液体吐出ヘッド用の基板を形成する方法が記載されている。配線構造は複数の配線層を含んでおり、各配線層を形成するごとにその上面が平坦化される。

特開２０１６－１３７７０５号公報

液体吐出ヘッド用基板では、発熱抵抗素子とその直下にある導電部材との間の絶縁層の厚さによって発熱抵抗素子の液体吐出特性が定まる。この絶縁層の厚さが設計値よりも大きければ、発熱抵抗素子から導電部材への放熱性が低下するので、液体の吐出量が設計値よりも増加する。一方、この絶縁層の厚さが設計値よりも小さければ、発熱抵抗素子から導電部材への放熱性が上昇するので、液体の吐出量が設計値よりも減少する。特許文献１に記載された製造方法では、最上位の配線層の上に発熱抵抗素子が形成される。配線層を形成するごとに上面が平坦化されるので、上位にある配線層ほど平坦度が低い。そのため、発熱抵抗素子とその直下にある導電部材との間の絶縁層の厚さがウェハ全体にわたって設計値どおりになるように液体吐出ヘッド用基板を形成するのが困難であり、液体吐出ヘッド用基板の性能を十分に向上できなかった。本発明は、液体吐出ヘッド用基板の性能を向上するための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、半導体素子及び第１配線構造を有する第１基板を形成する第１形成工程と、液体吐出素子及び第２配線構造を有する第２基板を形成する第２形成工程と、前記第１形成工程及び前記第２形成工程の後に、前記半導体素子と前記液体吐出素子とが電気的に接続されるように前記第１配線構造と前記第２配線構造とを接合する接合工程と、を有し、前記第２形成工程は、基材の上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜の上に前記液体吐出素子を形成する工程と、前記液体吐出素子の上に前記第２配線構造を形成する工程と、を含む製造方法が提供される。

上記手段により、液体吐出ヘッド用基板の性能が向上する。

第１実施形態の液体吐出ヘッド用基板の構成例を説明する図。 第１実施形態の液体吐出ヘッド用基板の製造方法例を説明する図。 第１実施形態の液体吐出ヘッド用基板の製造方法例を説明する図。 第１実施形態の液体吐出ヘッド用基板の製造方法例を説明する図。 第２実施形態の液体吐出ヘッド用基板を説明する図。 第３実施形態の液体吐出ヘッド用基板を説明する図。 第４実施形態の液体吐出ヘッド用基板を説明する図。 第５実施形態の液体吐出ヘッド用基板を説明する図。 第６実施形態の液体吐出ヘッド用基板を説明する図。 その他の実施形態を説明する図。 第７実施形態の液体吐出ヘッド用基板を説明する図。 第７実施形態の液体吐出ヘッド用基板を説明する図。 第８実施形態の液体吐出ヘッド用基板を説明する図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。以下、液体吐出ヘッド用基板を単に吐出基板と呼ぶ。吐出基板は、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ等の液体吐出装置に用いられる。以下の実施形態では、吐出基板が有する液体吐出素子の例として発熱抵抗素子を扱う。液体吐出素子は、液体にエネルギーを付与可能な素子、例えば圧電素子などであってもよい。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、第１実施形態に係る吐出基板１００の構成例について説明する。図１（ａ）は吐出基板１００の一部分に着目した断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の領域１００ａの拡大図である。

吐出基板１００は、基材１１０と、配線構造１２０と、発熱抵抗素子１３０と、保護膜１４０と、耐キャビテーション膜１５０と、ノズル構造１６０とを有する。基材１１０は例えばシリコンなどの半導体層である。基材１１０には、トランジスタなどの半導体素子１１１と、ＬＯＣＯＳやＳＴＩなどの素子分離領域１１２とが形成されている。

配線構造１２０は、基材１１０の上に位置する。配線構造１２０は、平坦な接合面１２１を境界として、接合面１２１の下にある配線構造１２０ａと、接合面１２１の上にある配線構造１２０ｂとに分かれている。配線構造１２０ａは、絶縁部材１２２と、絶縁部材１２２の内部にある複数層の導電部材１２３～１２５とを有する。複数層の導電部材１２３～１２５は積層されている。基材１１０に最も近い層の導電部材１２３は、基材１１０に形成された半導体素子１１１などにプラグによって接続されている。また、複数層のうち隣接する層に位置する導電部材同士は、プラグによって互いに接続されている。

配線構造１２０ｂは、絶縁部材１２６と、絶縁部材１２６の内部にある複数層の導電部材１２７、１２８とを有する。複数層の導電部材１２７、１２８は積層されている。基材１１０から最も遠い層の導電部材１２８は、プラグによって発熱抵抗素子１３０に接続されている。また、導電部材１２７と導電部材１２８とは、プラグによって互いに接続されている。

導電部材１２３～１２５、１２７、１２８のそれぞれは、一部にダミーパターンを有してもよい。ダミーパターンとは、半導体素子１１１に電気的に接続されておらず、信号伝達や電力供給に寄与しない導電パターンのことである。導電部材１２３～１２５、１２７、１２８のそれぞれは、バリアメタル層と金属層とで構成されてもよい。バリアメタル層は、例えばタンタル、タンタル化合物、チタン、チタン化合物で形成され、金属層に含まれる材料の拡散や相互反応を抑制する。金属層は、銅やアルミ化合物で形成され、バリアメタル層と比較して低抵抗である。

図１（ｂ）に示すように、導電部材１２５は、金属層１２５ａとバリアメタル層１２５ｂとで構成される。バリアメタル層１２５ｂは、金属層１２５ａと絶縁部材１２２との間に配される。導電部材１２７は、金属層１２７ａとバリアメタル層１２７ｂとで構成される。バリアメタル層１２７ｂは、金属層１２７ａと絶縁部材１２６との間に配される。接合面１２１において、金属層１２５ａと金属層１２７ａ、バリアメタル層１２５ａとバリアメタル層１２５ｂ、絶縁部材１２２と絶縁部材１２６とがそれぞれ互いに接合する。接合面１２１は平坦なので、導電部材１２５の上面と絶縁部材１２２の上面とは同一面上にあり、導電部材１２７の下面と絶縁部材１２６の下面とは同一面上にある。後述するように、吐出基板１００は２枚の基板を接合することによって製造される。そのため、接合時のアライメント精度や加工精度のばらつきによって、金属層１２５ａの一部がバリアメタル層１２７ｂの一部に接合したり、金属層１２７ａの一部がバリアメタル層１２５ｂの一部に接合したりすることがある。アライメント精度や加工精度のばらつきが生じた場合であっても金属層１２５ａと絶縁部材１２６とが接合しないようにバリアメタル層１２５ｂの厚さを調整してもよい。金属層１２７ａと絶縁部材１２２との接合についても同様である。

発熱抵抗素子１３０は、配線構造１２０の上に位置する。発熱抵抗素子１３０の側面は絶縁部材１２６に接している。発熱抵抗素子１３０の上面は、配線構造１２０の上面、すなわち絶縁部材１２６の上面と同一面上にある。配線構造１２０によって（具体的には配線構造１２０に含まれる導電部材によって）半導体素子１１１と発熱抵抗素子１３０とは互いに電気的に接続されている。発熱抵抗素子１３０は、例えばタンタルやタンタル化合物で形成される。これに代えて、発熱抵抗素子１３０は、ポリシリコンやタングステンシリサイドで形成されてもよい。

複数層の導電部材１２３～１２５、１２７、１２８のうち発熱抵抗素子１３０に最も近い層の導電部材１２８は、発熱抵抗素子１３０の直下にある導電部分を含む。絶縁部材１２６のうちこの導電部分と発熱抵抗素子１３０との間の領域１２６ａの厚さによって発熱抵抗素子１３０の液体吐出特性が定まる。この絶縁層の厚さが設計値よりも大きければ、発熱抵抗素子１３０から導電部材への放熱性が低下するので、液体の吐出量が設計値よりも増加する。一方、この絶縁層の厚さが設計値よりも小さければ、発熱抵抗素子１３０から導電部材への放熱性が上昇するので、液体の吐出量が設計値よりも減少する。領域１２６ａは蓄熱領域とも呼ばれうる。

保護膜１４０は配線構造１２０及び発熱抵抗素子１３０の上に位置する。保護膜１４０は、少なくとも発熱抵抗素子１３０の上面を覆い、本実施形態では配線構造１２０の上面も覆う。保護膜１４０は、例えばＳＩＯ、ＳＩＯＮ、ＳＩＯＣ、ＳＩＣ、ＳＩＮから構成され、液体の浸食から発熱抵抗素子１３０を保護する。本実施形態では、保護膜１４０の両面、すなわち発熱抵抗素子１３０側の面及びその反対の面が平坦である。そのため、保護膜が段差を有する場合と比較して、保護膜１４０が薄くても発熱抵抗素子１３０のカバレッジ性を十分に確保できる。保護膜１４０を薄くすることによって、液体へのエネルギー伝達効率が向上し、消費電力の低減と発泡の安定化による高画質化を両立できる。

耐キャビテーション膜１５０は、保護膜１４０の上に位置する。耐キャビテーション膜１５０は、保護膜１４０を挟んで発熱抵抗素子１３０を覆う。耐キャビテーション膜１５０は例えばタンタルで形成され、液体吐出時の物理的衝撃から発熱抵抗素子１３０及び保護膜１４０を保護する。

ノズル構造１６０は、保護膜１４０及び耐キャビテーション膜１５０の上に位置する。ノズル構造１６０は、密着層１６１と、ノズル材１６２と、撥水材１６３とを有する。ノズル構造１６０には、吐出される液体の流路１６４及び吐出口１６５が形成されている。

続いて、図２～図４を参照して、吐出基板１００の製造方法について説明する。まず、図２に示すように、半導体素子１１１を有する基板２００を形成する。以下、基板２００の形成方法を具体的に説明する。図２（ａ）に示すように、半導体材料の基材１１０に半導体素子１１１及び素子分離領域１１２を形成する。半導体素子１１１は例えばトランジスタなどのスイッチ素子であってもよい。素子分離領域１１２はＬＯＣＯＳ法で形成されてもよいし、ＳＴＩ法で形成されてもよい。

その後、図２（ｂ）に示される構造を形成する。具体的に、基材１１０の上に絶縁層２０１を形成し、絶縁層２０１にホールを形成し、ホール内にプラグ２０２を形成する。プラグ２０２は、例えば絶縁層２０１の上に金属膜を形成し、この金属膜のうち絶縁層２０１のホールに入り込んだ部分以外をエッチバック法やＣＭＰ法により除去することによって形成される。絶縁層２０１は、例えばＳＩＯ、ＳＩＮ、ＳＩＣ、ＳＩＯＮ、ＳＩＯＣ、ＳＩＣＮで形成される。絶縁層２０１の上面が平坦化されてもよい。

その後、図２（ｃ）に示される構造を形成する。具体的に、絶縁層２０１の上に絶縁層２０３を形成し、絶縁層２０３に開口を形成する。絶縁層２０３の上にバリアメタル層を形成し、その上に金属層を形成する。このバリアメタル層及び金属膜のうち絶縁層２０３の開口に入り込んだ部分以外をエッチバック法やＣＭＰ法により除去することによって、導電部材１２３を形成する。バリアメタル層は例えばタンタル、タンタル化合物、チタン、チタン化合物で形成され、導電部材１２３は例えば銅やアルミニウム、タングステンで形成される。絶縁層２０３及び導電部材１２３の上面が平坦化されてもよい。

その後、図２（ｄ）に示される構造を形成する。具体的に、絶縁層２０３の上に絶縁層２０４を形成し、絶縁層２０４に開口を形成する。導電部材１２３と同様にして、導電部材１２４を形成する。絶縁層２０４及び導電部材１２４の上面が平坦化されてもよい。

その後、図２（ｅ）に示される構造を形成する。具体的に、絶縁層２０４の上に絶縁層２０５を形成し、絶縁層２０５に開口を形成する。導電部材１２４と同様にして、導電部材１２５を形成する。絶縁層２０５及び導電部材１２５の上面が平坦化されてもよい。

以上によって、基板２００が形成される。本実施形態では、基板２００が３層の導電部材１２３～１２５を有するが、導電部材の層数はこれに限らず、１層でもよいし、２層でもよいし、４層以上であってもよい。また、導電部材は、シングルダマシン構造を有してもよいし、デュアルダマシン構造を有してもよい。基板２００の配線構造が吐出基板１００の配線構造１２０ａとなる。絶縁層２０１、２０３、２０４、２０５によって配線構造１２０ａの絶縁部材１２２が構成される。基板２００の上面（基材１１０とは反対側の面）は平坦である。

配線構造１２０ａに含まれるプラグ２０２及び導電部材１２３、１２４、１２５等の金属材料が溶融等の影響を受けない温度の上限値を限界温度という。限界温度は金属材料の種類のよって異なりうるが、例えば４００℃であってもよいし、４５０℃であってもよいし、５００℃であってもよい。基板２００の製造中に配線構造１２０ａに含まれる金属材料が受ける熱履歴の最高温度が限界温度未満（例えば、４００℃未満、４５０℃未満又は５００℃未満）となるように基板２００が形成される。

半導体装置のある部分についての熱履歴とは、当該部分の形成時を含めた半導体装置の製造工程における当該部分の温度の推移を意味する。例えば、ある部材が４００℃の基板温度で形成され、その後、その部分を含む基板が３５０℃の基板温度で処理されたとする。この場合、当該部分は４００℃と３５０℃の熱履歴を有することになる。

続いて、図３に示すように、発熱抵抗素子１３０を有する基板３００を形成する。基板２００と基板３００とはどちらが先に形成されてもよい。以下、基板３００の形成方法を具体的に説明する。図３（ａ）に示すように、基材３０１の上に保護膜１４０を形成し、保護膜１４０の上に発熱抵抗素子１３０を形成する。基材３０１はシリコン等の半導体材料で形成されてもよいし、ガラスなどの絶縁体材料で形成されてもよい。

保護膜１４０は、例えば二酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコンなどのシリコン絶縁体で形成される。保護膜１４０の耐湿性を向上するために、保護膜１４０に対して高温で熱処理を行ってもよい。一般的に、絶縁体は熱処理に用いられる温度が高いほど耐湿性が向上する。この時点ではまだ配線構造が形成されていないので、保護膜１４０を限界温度以上の温度（例えば、４００℃以上、４５０℃以上又は５００℃以上、具体的に６５０℃）で熱処理できる。また、発熱抵抗素子１３０を形成する前に保護膜１４０の上面をＣＭＰ法などによって平坦化してもよい。発熱抵抗素子１３０に対して熱処理を行う代わりにプラズマ処理を行ってもよい。本実施形態では、保護膜１４０の耐湿性が高いので、吐出基板１００の寿命が向上する。

発熱抵抗素子１３０は、例えばタンタルやタンタル化合物で形成される。発熱抵抗素子１３０に対して限界温度以上の温度（例えば、４００℃以上、４５０℃以上又は５００℃以上、具体的に６５０℃）で熱処理を行ってもよい。これによって、発熱抵抗素子１３０の抵抗値を向上でき、吐出基板１００の省電力化が可能となる。また、発熱抵抗素子１３０に対して限界温度以上の温度で熱処理を行うことによって、発熱抵抗素子１３０が結晶化し、発熱抵抗素子１３０の初期特性を安定させることができる。発熱抵抗素子１３０は、タンタルやタンタル化合物よりも高抵抗なポリシリコンで形成されてもよい。ポリシリコンで発熱抵抗素子１３０を形成するためには高温プロセスが必要となるが、上述のように発熱抵抗素子１３０は限界温度以上の温度で形成することが可能である。そのほか、発熱抵抗素子１３０の材料として、限界温度未満では使用できなかった材料を選択可能である。

発熱抵抗素子１３０と同層に配線用の導電部材を形成してもよい。この場合に、発熱抵抗素子１３０に対して限界温度以上での熱処理を行わなくてもよい。保護膜１４０及び発熱抵抗素子１３０は別々に熱処理されてもよいし、同時に熱処理されてもよい。保護膜１４０と発熱抵抗素子１３０との少なくとも一方が限界温度以上の温度で熱処理される。

その後、図３（ｂ）に示される構造を形成する。具体的に、保護膜１４０及び発熱抵抗素子１３０の上に絶縁層３０２を形成し、絶縁層３０２にホールを形成し、ホール内にプラグ３０３を形成する。プラグ３０３は、例えば絶縁層３０２の上に銅やタングステンの金属膜を形成し、この金属膜のうち絶縁層３０２のホールに入り込んだ部分以外をエッチバック法やＣＭＰ法により除去することによって形成される。絶縁層３０２は、例えばＳＩＯ、ＳＩＮ、ＳＩＣ、ＳＩＯＮ、ＳＩＯＣ、ＳＩＣＮで形成される。さらに絶縁層３０２の上面を平坦化することによって、絶縁層３０２の厚さを調節してもよい。

その後、図３（ｃ）に示すように、絶縁層３０２の上に導電部材１２８を形成する。導電部材１２８は銅やアルミニウムで形成される。その後、図３（ｄ）に示すように、絶縁層３０２及び導電部材１２８の上に絶縁層３０４を形成し、絶縁層３０４にプラグ３０５を形成する。プラグ３０５は、バリアメタル層及び金属層を含み、バリアメタル層は例えばチタン、チタン化合物であり、金属層は例えばタングステン層である。

その後、図３（ｅ）に示すように、絶縁層３０４の上に、絶縁層３０６及び導電部材１２７を形成する。導電部材１２７はバリアメタル層及び金属層を含み、バリアメタル層は例えばタンタル、タンタル化合物、チタン、チタン化合物であり、金属層は例えば銅やアルミニウムである。

以上によって、基板３００が形成される。本実施形態では、基板３００が２層の導電部材を有するが、導電部材の層数はこれに限らず、１層でもよいし、３層以上であってもよい。また、導電部材は、シングルダマシン構造を有してもよいし、デュアルダマシン構造を有してもよい。基板３００の配線構造が吐出基板１００の配線構造１２０ｂとなる。絶縁層３０２、３０４、３０６によって配線構造１２０ｂの絶縁部材１２６が構成される。基板３００の上面（基材３０１とは反対側の面）は平坦である。

基板３００の製造中に発熱抵抗素子１３０又は保護膜１４０が受ける熱履歴の最高温度が限界温度以上となり、配線構造１２０ｂに含まれる金属材料が受ける熱履歴の最高温度が限界温度未満となるように基板３００が形成される。配線構造１２０ｂに含まれる金属材料は、例えばプラグ３０３、３０５及び導電部材１２７、１２８である。

半導体素子を有する基材の上に配線構造の形成し、その上に発熱抵抗素子を形成する製造方法では、最上位の配線層の上に発熱抵抗素子が形成される。配線層を形成するごとに上面が平坦化されるので、上位にある配線層ほど平坦度が低い。それに対して、上述の基板３００の製造方法では、絶縁部材１２６が保護膜１４０及び発熱抵抗素子１３０に最も近い絶縁層３０２が配線構造１２０の他の絶縁層よりも先に形成されるので、この絶縁層３０２の平坦度が高い。その結果、絶縁層３０２の領域１２６ａの厚さがウェハ全体にわたって設計値どおりになるように基板３００を形成するのが容易となり、発熱抵抗素子１３０の吐出性能が向上する。

続いて、図４（ａ）に示すように、半導体素子１１１と発熱抵抗素子１３０とが電気的に接続されるように、基板２００の配線構造と基板３００の配線構造とを互いに接合する。具体的に、導電部材１２５と導電部材１２７とが互いに接合し、絶縁部材１２２と絶縁部材１２６とが互いに接合する。基板２００と基板３００との接合は、これらを重ねた状態で加熱することによって行われてもよいし、アルゴン等の触媒が接合に利用されてもよい。

その後、図４（ｂ）に示すように、基材３０１の全体を除去する。その後、耐キャビテーション膜１５０及びノズル構造１６０を形成することによって、吐出基板１００が製造される。図４の工程は限界温度未満の温度で行なわれてもよい。したがって、吐出基板１００の製造中に発熱抵抗素子１３０又は保護膜１４０が受ける熱履歴の最高温度は、吐出基板１００の製造中に配線構造１２０に含まれる導電部材が受ける熱履歴の最高温度よりも高い。

上述の製造方法の各工程は単一の事業者によって実行されてもよいし、複数の事業者によって実行されてもよい。例えば、ある事業者が基板２００及び基板３００を形成し、他の事業者が基板２００と基板３００を購入などによって準備した後、これらの接合を行ってもよい。これに代えて、ある事業者が基板２００及び基板３００を形成し、この事業者が他の事業者に対してこれらの接合を指示してもよい。

＜第２実施形態＞
図５を参照して、第２実施形態に係る吐出基板５００の構成例及びその製造方法について説明する。第１実施形態と同様の部分は説明を省略する。吐出基板５００の製造方法は、図４（ａ）で示される工程まで吐出基板１００の製造方法と同様であってもよい。その後、図５（ａ）に示すように、基材３０１の全体を除去する代わりに、基材３０１のうち発熱抵抗素子１３０に重なる部分を除去する。これによって、基材３０１のうち残りの部分に開口５０１が形成される。この開口５０１は、発熱抵抗素子１３０の上に位置する。

その後、図５（ｂ）に示すように、基材３０１の上にノズル材１６２と、撥水材１６３とを形成する。ノズル材１６２と、撥水材１６３とによって、吐出口１６５が形成される。基材３０１の開口５０１は、吐出される液体の流路１６４の一部を構成する。これによって吐出基板５００が製造される。

図５（ｂ）に示される吐出基板５００は耐キャビテーション膜を有していないが、基材３０１の一部を除去した後に、保護膜１４０を挟んで発熱抵抗素子１３０を覆う耐キャビテーション膜を形成してもよい。さらに、基材３０１とノズル材１６２との間に密着性を向上させるための密着層を形成してもよい。本実施形態によれば、基材３０１の一部をノズル構造としても利用可能である。

＜第３実施形態＞
図６を参照して、第３実施形態に係る吐出基板６００の構成例について説明する。第１実施形態と同様の部分は説明を省略する。吐出基板６００は、導電部材１２８の形状が吐出基板１００とは異なる。吐出基板６００では、複数層の導電部材のうち発熱抵抗素子１３０に最も近い層の導電部材１２８は、発熱抵抗素子１３０の直下にある導電部分を含まず、次に近い層の導電部材１２７がこの導電部分を含む。そのため、発熱抵抗素子１３０と導電部材１２７との間にある領域１２６ｂが蓄熱領域となる。本実施形態によれば、第１実施形態に比較して蓄熱領域を広くできる。蓄熱領域のサイズはこれに限られない。例えば、蓄熱領域は接合面１２１をまたいでもよい。

＜第４実施形態＞
図７を参照して、第４実施形態に係る吐出基板７００の構成例及びその製造方法について説明する。第１実施形態と同様の部分は説明を省略する。吐出基板７００の製造方法は、基板３００の製造方法が吐出基板１００の製造方法とは異なる。

第１実施形態と同様にして、図７（ａ）に示すように、基材３０１の上に保護膜１４０及び発熱抵抗素子１３０を形成する。発熱抵抗素子１３０を薄く形成した場合、例えば数～数十ｎｍの膜厚で形成した場合に、発熱抵抗素子１３０とプラグとの間の接触不良が発生する可能性がある。このような接触不良を回避するために、発熱抵抗素子１３０とプラグ３０３との間に導電部材を配置する。この導電部材は接続補助部材と呼ばれてもよい。

具体的に、図７（ｂ）に示すように、発熱抵抗素子１３０の上に導電膜７０１を形成する。導電膜７０１は例えばアルミニウム合金である。その後、図７（ｃ）に示すように、導電膜７０１の一部をドライエッチング法やウェットエッチング法により除去することによって、導電部材７０２を形成する。導電部材７０２は、発熱抵抗素子１３０の両側のみに接触しており、発熱抵抗素子１３０の中央の部分には接触していない。その後、図７（ｄ）に示すように、絶縁層３０２及びプラグ３０３を形成する。その後、図３（ｃ）以降の工程と同様にして、図７（ｅ）に示す吐出基板７００が製造される。

＜第５実施形態＞
図８を参照して、第５実施形態に係る吐出基板８００の構成例及びその製造方法について説明する。第１実施形態と同様の部分は説明を省略する。吐出基板８００の製造方法は、基板３００の製造方法が吐出基板１００の製造方法とは異なる。

図８（ａ）に示すように、第１実施形態と同様にして基材３０１の上に保護膜１４０及び発熱抵抗素子１３０を形成した後に、保護膜１４０及び発熱抵抗素子１３０の上に絶縁層８０２を形成し、その上に温度センサ８０１を形成する。絶縁層８０２は絶縁層３０２と同じ材料であってもよい。その後、図３（ｂ）以降の工程と同様にして、図８（ｂ）に示す吐出基板８００が製造される。

温度センサ８０１は、発熱抵抗素子１３０の温度を測定し、インクが正しく吐出されたか否かを検出するために用いられる。温度センサ８０１は、例えばチタンやチタン化合物のような熱抵抗変化率が大きくない導電材料で形成される。温度センサは、配線構造１２０の複数の導電部材のうち発熱抵抗素子１３０に最も近い層の導電部材１２８よりも発熱抵抗素子１３０の近くに位置する。

温度センサ８０１を形成する前に、ＣＭＰ法などによって、絶縁層８０２の上面を平坦化する。発熱抵抗素子１３０の熱は絶縁層８０２を通じて温度センサ８０１に伝達されるので、絶縁層８０２の厚さを精度よく形成することによって、温度センサ８０１の精度を向上できる。絶縁層８０２と発熱抵抗素子１３０との間に他の下地層が存在しないので、ウェハ面内で均一な厚さの絶縁層８０２を高精度に作ることができる。また、温度センサ８０１は配線構造の導電部材を形成する前に形成されるので、温度センサ８０１を限界温度以上（例えば、４００℃以上、４５０℃以上又は５００℃以上）の温度で熱処理してもよい。

＜第６実施形態＞
図９を参照して、第６実施形態に係る吐出基板９００の構成例及びその製造方法について説明する。第１実施形態と同様の部分は説明を省略する。吐出基板９００の製造方法は、基板３００の製造方法が吐出基板１００の製造方法とは異なる。

図９（ａ）に示すように、第１実施形態と同様にして基材３０１の上に保護膜１４０及び発熱抵抗素子１３０を形成した後に、保護膜１４０及び発熱抵抗素子１３０の上に保護膜９０１を更に形成する。保護膜９０１は保護膜１４０と同じ材料であってもよく、保護膜９０１に対して保護膜１４０と同様に限界温度以上の温度（例えば、４００℃以上、４５０℃以上又は５００℃以上、具体的に６５０℃）で熱処理が行われてもよい。その後、図３（ｂ）以降の工程と同様にして、図９（ｂ）に示す吐出基板９００が製造される。

吐出基板９００は、発熱抵抗素子１３０と配線構造１２０との間にも保護膜９０１を有しているので、配線構造１２０及び基材１１０に含まれる酸素が発熱抵抗素子１３０に供給されることを抑制できる。これによって、発熱抵抗素子１３０の酸化が一層抑制され、吐出基板９００の長寿命化が実現される。

＜第７実施形態＞
図１１及び図１２を参照して、第７実施形態に係る吐出基板１２００の構成例及びその製造方法について説明する。吐出基板１２００は、基板３００の代わりに基板１１００（図１１（ｃ））を用いる点で吐出基板１００と異なる。以下の説明において、第１実施形態と同様の部分の説明を省略する。

吐出基板１２００の製造法について説明する。図１１（ａ）に示すように、基材３０１に犠牲層１６６を形成する。その後、図１１（ｂ）に示すように、基材３０１の上に保護膜１４０を形成し、保護膜１４０の上に発熱抵抗素子１３０を形成する。保護層１４０は犠牲層１６６の全面を覆う。発熱抵抗素子１３０は、犠牲層１６６の一部分に重なる位置に配置される。その後、第１実施形態の図３（ｂ）～図３（ｅ）と同様にして、図１１（ｃ）に示す基板１１００が形成される。

続いて、図１１（ｄ）に示すように、第１実施形態と同様にして、基板２００の配線構造と基板１１００の配線構造とを互いに接合する。その後、図１２に示すように、基材３１０の上に撥水材１６３を形成し、吐出口１６５を形成し、この吐出口１６５を通じて犠牲層１６６を除去する。以上によって、吐出基板１２００が製造される。犠牲層１６６を除去した後の基材３１０は、吐出される液体の流路１６４の一部を構成する。本実施形態によれば、第１実施形態に比較して、密着層１６１を削減することができるので、ノズル生成工程を削減できる。

＜第８実施形態＞
図１３を参照して、第８実施形態に係る吐出基板１２００の構成例及びその製造方法について説明する。吐出基板１３００は、流路１６４の構造が吐出基板１２００と異なる。第７実施形態と同様の部分の説明を省略する。

以下、吐出基板１３００の製造法について説明する。図１１（ｄ）に示すように、基板２００の配線構造と基板１１００の配線構造とを互いに接合する工程までは第７実施形態と同様である。その後、図１３（ａ）に示すように、犠牲層１６６の上面が露出するように、基材３０１を薄化する。この薄化は例えば研磨によって行われてもよい。

その後、図１３（ｂ）に示すように、犠牲層１６６を除去し、ノズル材１６２を形成し、撥水材１６３を形成し、吐出口１６５を形成する。以上によって、吐出基板１３００が製造される。犠牲層１６６を除去した後の基材３１０は、吐出される液体の流路１６４の一部を構成する。本実施形態によれば、第１実施形態に比較して、密着層１６１を削減することができるので、ノズル生成工程を削減できる。

＜その他の実施形態＞
図１０（ａ）は、インクジェット方式のプリンタ、ファクシミリ、コピー機等に代表される液体吐出装置１６００の内部構成を例示している。本例で液体吐出装置は記録装置と称されてもよい。液体吐出装置１６００は、所定の媒体Ｐ（本例では紙等の記録媒体）に液体（本例ではインク、記録剤）を吐出する液体吐出ヘッド１５１０を備える。本例では液体吐出ヘッドは記録ヘッドと称されてもよい。液体吐出ヘッド１５１０はキャリッジ１６２０の上に搭載され、キャリッジ１６２０は、螺旋溝１６０４を有するリードスクリュー１６２１に取り付けられうる。リードスクリュー１６２１は、駆動力伝達ギア１６０２及び１６０３を介して、駆動モータ１６０１の回転に連動して回転しうる。これにより、液体吐出ヘッド１５１０は、キャリッジ１６２０と共にガイド１６１９に沿って矢印ａ又はｂ方向に移動しうる。

媒体Ｐは、紙押え板１６０５によってキャリッジ移動方向に沿って押さえられており、プラテン１６０６に対して固定される。液体吐出装置１６００は、液体吐出ヘッド１５１０を往復移動させて、搬送部（不図示）によってプラテン１６０６上に搬送された媒体Ｐに対して液体吐出（本例では記録）を行う。

また、液体吐出装置１６００は、フォトカプラ１６０７及び１６０８を介して、キャリッジ１６２０に設けられたレバー１６０９の位置を確認し、駆動モータ１６０１の回転方向の切換を行う。支持部材１６１０は、液体吐出ヘッド１５１０のノズル（液体吐出口、或いは単に吐出口）を覆うためのキャップ部材１６１１を支持している。吸引部１６１２は、キャップ内開口１６１３を介してキャップ部材１６１１の内部を吸引することによる液体吐出ヘッド１５１０の回復処理を行う。レバー１６１７は、吸引による回復処理を開始するために設けられ、キャリッジ１６２０と係合するカム１６１８の移動に伴って移動し、駆動モータ１６０１からの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達機構によって制御される。

また、本体支持板１６１６は、移動部材１６１５及びクリーニングブレード１６１４を支持しており、移動部材１６１５は、クリーニングブレード１６１４を移動させ、ワイピングによる液体吐出ヘッド１５１０の回復処理を行う。また、液体吐出装置１６００には制御部（不図示）が設けられ、当該制御部は上述の各機構の駆動を制御する。

図１０（ｂ）は、液体吐出ヘッド１５１０の外観を例示している。液体吐出ヘッド１５１０は、複数のノズル１５００を有するヘッド部１５１１と、ヘッド部１５１１に供給するための液体を保持するタンク（液体貯留部）１５１２とを備えうる。タンク１５１２とヘッド部１５１１とは、例えば破線Ｋで分離することができ、タンク１５１２を交換することができる。液体吐出ヘッド１５１０は、キャリッジ１６２０からの電気信号を受け取るための電気的コンタクト（不図示）を備えており、当該電気信号にしたがって液体を吐出する。タンク１５１２は、例えば繊維質状又は多孔質状の液体保持材（不図示）を有しており、当該液体保持材によって液体を保持しうる。

図１０（ｃ）は、液体吐出ヘッド１５１０の内部構成を例示している。液体吐出ヘッド１５１０は、基体１５０８と、基体１５０８の上に配され、流路１５０５を形成する流路壁部材１５０１と、液体供給路１５０３を有する天板１５０２とを備える。また、吐出素子ないし液体吐出素子として、ヒータ１５０６（電気熱変換素子）が、液体吐出ヘッド１５１０が備える基板（液体吐出ヘッド用基板）に各ノズル１５００に対応して配列されている。各ヒータ１５０６は、当該ヒータ１５０６に対応して設けられた駆動素子（トランジスタ等のスイッチ素子）が導通状態になることによって駆動され、発熱する。

液体供給路１５０３からの液体は、共通液室１５０４に蓄えられ、各流路１５０５を介して各ノズル１５００に供給される。各ノズル１５００に供給された液体は、当該ノズル１５００に対応するヒータ１５０６が駆動されたことに応答して、当該ノズル１５００から吐出される。

図１０（ｄ）は、液体吐出装置１６００のシステム構成を例示している。液体吐出装置１６００は、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＯＭ１７０２、ＲＡＭ１７０３及びゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）１７０４を有する。インターフェース１７００には外部から液体吐出を実行するための外部信号が入力される。ＲＯＭ１７０２は、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納する。ＲＡＭ１７０３は、前述の液体吐出用の外部信号や液体吐出ヘッド１７０８に供給されたデータ等、各種信号ないしデータを保存する。ゲートアレイ１７０４は、液体吐出ヘッド１７０８に対するデータの供給制御を行い、また、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３の間のデータ転送の制御を行う。

液体吐出装置１６００は、ヘッドドライバ１７０５、並びに、モータドライバ１７０６及び１７０７、搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０をさらに有する。キャリアモータ１７１０は液体吐出ヘッド１７０８を搬送する。搬送モータ１７０９は媒体Ｐを搬送する。ヘッドドライバ１７０５は液体吐出ヘッド１７０８を駆動する。モータドライバ１７０６及び１７０７は搬送モータ１７０９及びキャリアモータ１７１０をそれぞれ駆動する。

インターフェース１７００に駆動信号が入力されると、この駆動信号は、ゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１の間で液体吐出用のデータに変換されうる。このデータにしたがって各機構が所望の動作を行い、このようにして液体吐出ヘッド１７０８が駆動される。

１００ 吐出基板、１１０ 基材、１２０ 配線構造、１３０ 発熱抵抗素子、１４０ 保護膜、１５０ 耐キャビテーション膜、１６０ ノズル構造

Claims (25)

1. 液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
   半導体素子及び第１配線構造を有する第１基板を形成する第１形成工程と、
   液体吐出素子及び第２配線構造を有する第２基板を形成する第２形成工程と、
   前記第１形成工程及び前記第２形成工程の後に、前記半導体素子と前記液体吐出素子とが電気的に接続されるように前記第１配線構造と前記第２配線構造とを接合する接合工程と、
   を有し、
   前記第２形成工程は、
   基材の上に保護膜を形成する工程と、
   前記保護膜の上に前記液体吐出素子を形成する工程と、
   前記液体吐出素子の上に前記第２配線構造を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする製造方法。
2. 前記第２形成工程は、前記第２配線構造を形成する前に前記液体吐出素子と前記保護膜との少なくとも一方を４００℃以上の温度で熱処理する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第２配線構造を形成する工程は、
   前記液体吐出素子の上に絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層の上面を平坦化する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記第２配線構造は、絶縁部材と、前記絶縁部材の内部にある複数層の導電部材とを含み、
   前記複数層の導電部材のうち前記液体吐出素子に最も近い層の導電部材は、前記液体吐出素子の直下にある導電部分を含まないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の製造方法。
5. 前記第２配線構造は、前記絶縁部材の内部に前記液体吐出素子の温度を測定するための温度センサを更に含み、
   前記温度センサは、前記最も近い層の導電部材よりも前記液体吐出素子の近くに位置することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
6. 前記第２形成工程は、前記複数層の導電部材を形成する前に前記温度センサを４００℃以上の温度で熱処理する工程を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
7. 前記接合工程の後に、前記基材のうち前記液体吐出素子に重なる部分を除去する工程を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の製造方法。
8. 前記基材のうち残りの部分が、吐出される液体の流路の一部を構成することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 前記基材の前記重なる部分を除去した後に、前記保護膜を挟んで前記液体吐出素子を覆う耐キャビテーション膜を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. 前記第２形成工程は、前記基材の上に前記保護膜を形成する工程の前に、前記基材に犠牲層を形成する工程を更に含み、
    前記製造方法は、前記接合工程の後に、前記犠牲層を除去する工程を更に有し、
    前記犠牲層を除去した後の前記基材が、吐出される液体の流路の一部を構成する
    ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の製造方法。
11. 前記保護膜は第１保護膜であり、
    前記第２形成工程は、
    前記液体吐出素子を形成した後に、前記液体吐出素子を覆う第２保護膜を形成する工程と、
    前記第２保護膜を４００℃以上の温度で熱処理する工程と、
    を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の製造方法。
12. 前記液体吐出素子は発熱抵抗素子であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の製造方法。
13. 液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
    半導体素子及び第１配線構造を有する第１基板と、液体吐出素子及び第２配線構造を有する第２基板とを準備する準備工程と、
    前記準備工程の後に、前記半導体素子と前記液体吐出素子とが電気的に接続されるように前記第１配線構造と前記第２配線構造とを接合する接合工程と、
    を有し、
    前記準備工程は、
    基材の上に保護膜を形成する工程と、
    前記保護膜の上に前記液体吐出素子を形成する工程と、
    前記液体吐出素子の上に前記第２配線構造を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする製造方法。
14. 液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
    半導体素子及び第１配線構造を有する第１基板を形成する第１形成工程と、
    液体吐出素子及び第２配線構造を有する第２基板を形成する第２形成工程と、
    前記第１形成工程及び前記第２形成工程の後に、前記半導体素子と前記液体吐出素子とが電気的に接続されるように前記第１配線構造と前記第２配線構造とを接合することを指示する指示工程と、
    を有し、
    前記第２形成工程は、
    基材の上に保護膜を形成する工程と、
    前記保護膜の上に前記液体吐出素子を形成する工程と、
    前記液体吐出素子の上に前記第２配線構造を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする製造方法。
15. 液体吐出ヘッド用基板であって、
    半導体素子が形成された第１基材と、
    前記第１基材の上に位置する第１配線構造と、
    前記第１配線構造の上に位置する第２配線構造と、
    前記第２配線構造の上に位置する液体吐出素子と、
    前記液体吐出素子の上に位置する保護膜と、
    前記保護膜の上に位置し、前記液体吐出素子と重なる位置に開口を有する第２基材と、
    を備え、
    前記第１配線構造の第１面と前記第２配線構造の第２面とは互いに接触しており、
    前記第１配線構造の前記第１面は、第１導電部と、第１絶縁部と、第２絶縁部とを含み、前記第１導電部は、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部との間に位置し、
    前記第２配線構造の前記第２面は、第２導電部と、第３絶縁部と、第４絶縁部とを含み、前記第２導電部は、前記第３絶縁部と前記第４絶縁部との間に位置し、
    前記第１導電部と前記第２導電部とは互いに接触しており、
    前記第１絶縁部と前記第３絶縁部とは互いに接触しており、
    前記第２絶縁部と前記第４絶縁部とは互いに接触していることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
16. 前記第２配線構造は、絶縁部材と、前記絶縁部材の内部にある複数層の導電部材とを含み、
    前記複数層の導電部材のうち前記液体吐出素子に最も近い層にある導電部材は、前記液体吐出素子の直下にある導電部を含むことを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッド用基板。
17. 前記第２配線構造は、絶縁部材と、前記絶縁部材の内部にある複数層の導電部材とを含み、
    前記複数層の導電部材のうち前記液体吐出素子に最も近い層にある導電部材は、前記液体吐出素子の直下にある導電部分を含まないことを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッド用基板。
18. 前記第２配線構造は、絶縁部材と、前記絶縁部材の内部にある複数層の導電部材と、前記絶縁部材の内部にあり前記液体吐出素子の温度を測定するための温度センサとを含み、
    前記温度センサは、前記複数層の導電部材のうち前記液体吐出素子に最も近い層の導電部材よりも、前記液体吐出素子の近くに位置することを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッド用基板。
19. 前記温度センサは、前記第１基材の表面に直交する方向において前記液体吐出素子に重なることを特徴とする請求項１８に記載の液体吐出ヘッド用基板。
20. 前記液体吐出素子と前記第２配線構造との間に別の保護膜を更に備えることを特徴とする請求項１５乃至１９の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
21. 前記保護膜のうち前記液体吐出素子の側の面が平坦であることを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッド用基板。
22. 前記液体吐出ヘッド用基板は、第１絶縁部と前記第３絶縁部との第１接合面、および、前記第１導電部と前記第２導電部との第２接合面を含み、
    前記第１接合面と前記第２接合面は同一面上に位置することを特徴とする請求項２１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
23. 前記液体吐出素子は発熱抵抗素子であることを特徴とする請求項１５乃至２２の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
24. 請求項１５乃至２３の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板と、前記液体吐出ヘッド用基板によって液体の吐出が制御される吐出口と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
25. 請求項２４に記載の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに液体を吐出させるための駆動信号を供給する供給手段と、を有することを特徴とする液体吐出装置。

Images