JP7387338B2 - 電気接続部付き基板の製造方法及び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、電気接続部付き基板、液体吐出ヘッド用基板、及びそれらの製造方法に関するものである。
インクジェットヘッドの主要部である液体吐出ヘッド用基板は、図１及び図２に示す以下の構成を有している。基板５０１の表面５０２上に、成膜技術によって、電気配線や、インクが充填される液室５２０及びインクを吐出する吐出口５０８を有する部材５２３などが形成されている。基板５０１としては、例えば厚さ０．３～１．０ｍｍのＳｉ基板が用いられる。基板５０１には、外部から液室５２０内に液体を受け入れるための、長溝状の貫通孔からなるインク供給口５０３が開口されている。基板表面５０２上の、インク供給口５０３の両側には、液体吐出エネルギー発生素子５０４がそれぞれ１列ずつ配列されている。
液室５２０は、各インク供給口５０３に連通し、各インク供給口５０３の両側に形成された液体吐出エネルギー発生素子５０４を内包するように形成されている。液室５２０内には、インク供給口５０３から各液体吐出エネルギー発生素子５０４上の位置に通じるインク流路を形成する流路壁５０７が形成されており、各液体吐出エネルギー発生素子の上方に吐出口５０８が開口している。
また、基板表面５０２上には、絶縁酸化膜層５１５を介して、各液体吐出エネルギー発生素子５０４に電力を供給するための、Ａｌなどからなる電気配線層５０９が形成されている。この電気配線層５０９は、外部の電力供給源に接続される電極部５０５を有している。電極部５０５は、基板表面５０２上の、長手方向の両端付近に複数並んで設けられている。それぞれの電極部５０５上には、拡散防止層５１０を介してＡｕなどからなる接続部材（電極パッド）５０６が設けられている。
Ａｕからなる接続部材５０６の形成の際には、電極部５０５のＡｌへのＡｕの拡散による接続信頼性が低下するのを抑制するため、電極部５０５とＡｕ接続部材５０６の間に拡散防止層５１０が設けられる。拡散防止層はＴｉＷ等の金属を用いて形成される。この拡散防止層５１０の上に、Ａｕをスパッタ、あるいはバンプメッキしてＡｕ接続部材を形成することが一般的である。このＡｕ接続部材の形成は、液室形成やインク供給口加工後では、基板に穴や、５～１００μｍの段差があるため、フォトリソグラフィを用いた精度の高い加工が困難である。そのため、通常、Ａｕ接続部材の形成工程を先に行い、その後、インク流路や液室５２０の形成及びインク供給口５０３の加工を行う。
特許文献１には、半導体チップと実装ボードとを電気的に接続する構造として、拡散防止膜パターンを含むコネクタ構造が記載されている。具体的には、基板と、この基板上に形成された金を含む導電性パッドと、この導電性パッドのエッジ部分上に形成される反射防止膜パターンと、この反射防止膜パターンと導電性パッド上に形成された拡散防止膜パターンとを含んでいる。さらに、この反射防止膜パターンと拡散防止膜パターンを分離する犠牲膜パターンと、前記反射防止膜パターン上のシード膜パターンと、このシード膜パターン上のバンプを含んでいる。
一方、特許文献２には、異種金属接触腐食による金属材の腐食量の予測方法に係る技術が記載されている。異種金属接触腐食は、２種の異なる金属が接触する部位を有する構造物において、２種の金属のうち卑な金属部が優先的に腐食される現象であり、しばしば構造物を著しく損傷することが記載されている。
しかしながら、上記の技術では、半導体デバイスやマイクロマシニングデバイス、液体吐出ヘッドに用いられる電気接続部付き基板、例えば液体吐出ヘッド用基板を製造する方法において、以下の理由で、必ずしも十分な構造を形成できるとは言えない。
電気接続部の形成工程において、拡散防止層を加工するために、フォトリソグラフィを用いたウェットエッチングを行う場合、Ａｕ接続部材よりイオン化傾向の大きい拡散防止層が、この接続部材と接触する。そのため、拡散防止層のウェットエッチング時に異種金属接触腐食により、エッチングレートが上昇し、Ａｕ接続部材の直下の拡散防止層が急激にエッチングされる。その結果、Ａｕ接続部材５０６の外周部分下の拡散防止層５１０がアンダーカットを起こし、Ａｕ接続部材５０６が庇状になってしまう。
庇状のＡｕ接続部材は後工程で脱落しやすく、異物となって電気的なショートの原因になったり、液室やインク流路を形成する際の妨げとなったりする場合がある。また、後工程で拡散防止層のアンダーカットが進行し、下層の配線層の腐食を引き起こすことがあり、電気的信頼性が低下することがある。
庇状のＡｕ接続部材は後工程で脱落しやすく、異物となって電気的なショートの原因になったり、液室やインク流路を形成する際の妨げとなったりする場合がある。また、後工程で拡散防止層のアンダーカットが進行し、下層の配線層の腐食を引き起こすことがあり、電気的信頼性が低下することがある。
本発明の目的は、上述した問題を解決することにあり、すなわち接続部材の形成のためのウェットエッチング時の拡散防止層のアンダーカットが防止され、信頼性の高い電気接続部付き基板および液体吐出ヘッド用基板を提供することにある。
本発明の一態様によれば、配線層と、前記配線層上の拡散防止層と、前記拡散防止層上に、外部との電気的接続を行うための接続部材とを有する、電気接続部付き基板であって、
前記配線層上に、該配線層が露出する開口部を有する絶縁層が設けられ、
前記開口部内に前記拡散防止層が設けられ、
前記接続部材が、前記拡散防止層上に該拡散防止層の外周端部を覆うように設けられている、電気接続部付き基板が提供される。
前記配線層上に、該配線層が露出する開口部を有する絶縁層が設けられ、
前記開口部内に前記拡散防止層が設けられ、
前記接続部材が、前記拡散防止層上に該拡散防止層の外周端部を覆うように設けられている、電気接続部付き基板が提供される。
本発明によれば、電気接続部形成のためのウェットエッチング時の拡散防止層のアンダーカットが防止され、信頼性の高い電気接続部付き基板および液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。
以下に、本発明の実施形態について、液体吐出ヘッド用基板の例を挙げて図面を参照して説明する。
まず、従来技術における問題の現象を図３、図１１及び図１２を用いて説明する。
図３（ａ）は、基板５０１上に絶縁酸化膜層５１５を介して、発熱抵抗体層５１４、Ａｌ配線層５０９、及び液体吐出エネルギー発生素子５０４が形成され、その上層に保護膜５１２が形成された状態を示す。この保護膜５１２に、次のようにして、外部との電気的接続を行うための開口を形成する。
図３（ａ）は、基板５０１上に絶縁酸化膜層５１５を介して、発熱抵抗体層５１４、Ａｌ配線層５０９、及び液体吐出エネルギー発生素子５０４が形成され、その上層に保護膜５１２が形成された状態を示す。この保護膜５１２に、次のようにして、外部との電気的接続を行うための開口を形成する。
まず、図３（ｂ）に示すように、この基板上に、保護膜５１２の窓開けのためのフォトリソグラフィ用のレジスト層５３０が形成される。
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィによってレジスト層が部分的に除去されたレジストパターン５３０が形成され、それをマスクとしてエッチングを行って、保護膜５１２に開口が形成される。この開口内でＡｌ配線層５０９が部分的に露出した部分が電極部５０５となる。
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィによってレジスト層が部分的に除去されたレジストパターン５３０が形成され、それをマスクとしてエッチングを行って、保護膜５１２に開口が形成される。この開口内でＡｌ配線層５０９が部分的に露出した部分が電極部５０５となる。
通常はこの後、このレジストパターンは除去され、図１１（ａ）に示す状態になる。なお、図１１は、図２及び図３で示された電極部５０５付近の加工の工程を見やすいように電極部付近のみ拡大した図（図１のＡ－Ａ’線に垂直な方向に沿った断面図）である。
外部との電気的接続を取るため、拡散防止層５１０を介して、信頼性の高い接続部材（Ａｕ層）５０６が形成される。Ａｕは信頼性が高いが拡散係数が大きいため、Ａｌに拡散すると接続信頼性が低下する。そのため、Ａｕの拡散を抑制するために、図１１（ｂ）に示すようにＡｕ層の形成の前に拡散防止層５１０を形成し、続いて図１１（ｃ）に示すようにスパッタリング法によってＡｕ層５０６を形成する。
次に、図１１（ｄ）に示すように、レジストを基板表面に塗布し、フォトリソグラフィによってパターニングされたレジストパターン５３０を形成して、電極部５０５が形成される領域のみを保護する。
次に、図１２（ｅ）に示すように、保護されていないＡｕ層の部分をエッチングにより除去し、Ａｕ層を所定の形状にパターニングし、Ａｕ接続部材（電極パッド）５０６を形成する。続いて、拡散防止層５１０をウェットエッチングによって図１２（ｆ）に示す所定の形状にする。
しかしながら、このウェットエッチングにおいては、拡散防止層（ＴｉＷ層）５１０とＡｕ接続部材５０６が接触したまま液中に浸かる。そのため、貴金属であるＡｕとＴｉＷとの間に電位差が生じて、電池効果（異種金属接触効果）により、ＴｉＷ層のエッチングが速くなる。これにより、ＴｉＷ層のアンダーカット（サイドエッチ）が起こる。その結果、基板側の層（保護膜５１２）とＡｕ接続部材５０６の間に隙間が発生する。
レジストパターン５３０を除去すると、図１２（ｇ）に示すように、Ａｕ接続部材５０６の端部が庇状となり、隙間の上側のＡｕ接続部材の庇部分が脱落してしまう場合がある。特に、スパッタＡｕ層のように厚みが５０～５００ｎｍの薄いＡｕ層を形成している場合は、Ａｕ接続部材の端部の庇部が後工程で折れてはがれやすい。そのため、電気的なショートの原因になったり、液室やインク流路を形成する際の妨げとなる異物となったりする場合がある。また、この庇部下の空間（隙間）に、液室の形成やインク供給口の加工に使用する薬液やレジスト剥離液が入りこみ、基板の汚染の原因となる場合もある。
さらに、後工程において、液室の形成やインク供給口の加工に使用する薬液やレジスト剥離液の存在下で、異種金属接触腐食によりアンダーカットがさらに進行する場合もある。すなわち、拡散防止層（ＴｉＷ層）５１０のエッチング時と同様に、異種金属接触腐食により、拡散防止層（ＴｉＷ層）のアンダーカットが進み、Ａｌ配線層の電極部５０５まで達してＡｌの腐食が発生する場合がある。
本発明の実施形態による液体吐出ヘッド用基板の電気接続部の断面図を図５（ｇ）に示す。この図は、前述の図１及び図２に示す液体吐出ヘッド用基板における、電極部５０５及び接続部材（Ａｕ電極パッド）５０６付近を拡大した部分断面図（図１のＡ－Ａ’線に垂直な方向に沿った断面図）である。
この電気接続部においては、図５（ｇ）に示されるように、基板５０１上には、電気配線層（Ａｌ配線層）５０９を覆うように保護膜（絶縁層）５１２が形成されている。この保護膜５１２には、電気配線層５０９が露出する開口部が形成され、この開口部内の電気配線層上に拡散防止層５１０が設けられている。この拡散防止層は、その外周端部が開口部の内周に沿って該開口部内に設けられている。また、拡散防止層５１０の外周端部の上面が、保護膜（絶縁層）５１２の上面と同じ高さである（同一面内にある）ことが好ましい。このような構造を得るために、拡散防止層５１０の厚みが、保護膜５１２の厚み以下であることが好ましい。接続部材（電極パッド）５０６は、このように設けられた拡散防止層上にその外周端部を覆うように設けられている。すなわち、基板５０１の表面上において、拡散防止層５１０の領域が接続部材５０６の領域の内側に配置され、接続部材５０６の外周端部は開口部外周の保護膜５１２上に配置される。
このような構造を有する電気接続部においては、図５（ｇ）に示されるように、接続部材５０６と拡散防止層５１０との接触界面の端部が、接続部材５０６と保護膜５１２とで覆われている。すなわち、接続部材５０６と接触する部分の拡散防止層５１０が露出していない。これにより、拡散防止層５１０にエッチング液等の薬液が接触することがないため、拡散防止層のアンダーカットを防ぐことができ、異種金属接触腐食も防止できる。また、拡散防止層５１０の外周端部の上面が保護膜５１２の上面と同じ高さにあることにより、拡散防止層５１０の外周端部を覆う部分における接続部材５０６の段差が抑えられ、被覆性に優れている。以上から、信頼性の高い電気接続部を形成することができる。
電気接続部の接続部材を形成する材料としては、信頼性の高いＡｕが好ましい。拡散防止層を形成する材料としてはＴｉＷが好ましい。
以上に説明した電気接続部を備えた液体吐出ヘッド用基板について、図１及び図２を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、基板５０１の表面５０２上に、電気配線や、インクが充填される液室５２０及びインクを吐出する吐出口５０８を有する部材５２３などが形成された構成を有している。基板５０１としては、例えば厚さ０．３～１．０ｍｍのＳｉ基板を用いることができる。基板５０１には、外部から液室５２０内に液体を受け入れるための、長溝状の貫通孔からなるインク供給口５０３が開口されている。基板表面５０２上の、インク供給口５０３の両側には、液体吐出エネルギー発生素子５０４がそれぞれ１列ずつ、配列されている。液体吐出エネルギー発生素子５０４の各列の配列は左右同列でも千鳥状に配列されていてもよい。吐出口５０８の配列も液体吐出エネルギー発生素子５０４の配列に合わせて変更することができる。
液室５２０は、各インク供給口５０３に連通し、各インク供給口５０３の両側に形成された液体吐出エネルギー発生素子５０４を内包するように形成されている。液室５２０内には、インク供給口５０３から各液体吐出エネルギー発生素子５０４上の位置に通じるインク流路を形成する流路壁５０７が形成されており、各液体吐出エネルギー発生素子の上方に吐出口５０８が開口している。
また、基板表面５０２上には、絶縁酸化膜層５１５を介して、各液体吐出エネルギー発生素子５０４に電力を供給するための、Ａｌなどからなる電気配線層５０９が形成されている。この電気配線層５０９は、外部の電力供給源に接続される電極部５０５を有している。電極部５０５は、基板表面５０２上の、長手方向の両端付近に複数並んで設けられている。それぞれの電極部５０５上には、拡散防止層５１０を介してＡｕなどからなる接続部材５０６が設けられている。
Ａｕからなる接続部材５０６の形成の際には、電極部５０５のＡｌへのＡｕの拡散による接続信頼性が低下するのを抑制するため、電極部５０５とＡｕ接続部材５０６の間に拡散防止層５１０が設けられる。拡散防止層はＴｉＷ等の金属（接続部材に対するバリア金属）を用いて形成される。この拡散防止層５１０の上に、Ａｕをスパッタ、あるいはバンプメッキしてＡｕ接続部材を形成することができる。このＡｕ接続部材の形成は、液室形成やインク供給口加工後では、基板に穴や、５～１００μｍの段差があるため、フォトリソグラフィを用いた精度の高い加工が困難である。そのため、Ａｕ接続部材の形成工程を先に行い、その後、インク流路や液室５２０の形成及びインク供給口５０３の加工を行うことが好ましい。
以下に、本発明の実施形態による液体吐出ヘッド用基板の製造方法について図面を参照して説明する。
本実施形態による液体吐出ヘッド用基板の製造方法は、基板上に設けられた配線層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に、該絶縁層が露出する開口部を有する第１のレジストマスクを形成する工程と、前記配線層に達するように、第１のレジストマスクの開口部から露出する前記絶縁層に対してエッチングを行う工程と、を含む。まず、ここまでの工程について、図３（ａ）～図４（ａ）を用いて以下に説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、第一の面５０２側に液体吐出エネルギー発生素子５０４を有する基板５０１を用意する。
基板５０１としてはシリコンの（１００）基板を用いることができる。その基板表面５０２上には、絶縁酸化膜層５１５を挟んで、各液体吐出エネルギー発生素子５０４に電力を供給するための、Ａｌなどからなる電気配線層５０９が形成されている。最表面には電気配線層５０９や液体吐出エネルギー発生素子を保護するための保護膜（絶縁層）５１２が形成されている。さらに、基板裏面である第二の面には酸化膜５１３を有している。
基板５０１としてはシリコンの（１００）基板を用いることができる。その基板表面５０２上には、絶縁酸化膜層５１５を挟んで、各液体吐出エネルギー発生素子５０４に電力を供給するための、Ａｌなどからなる電気配線層５０９が形成されている。最表面には電気配線層５０９や液体吐出エネルギー発生素子を保護するための保護膜（絶縁層）５１２が形成されている。さらに、基板裏面である第二の面には酸化膜５１３を有している。
次に、図３（ｃ）に示すように、電極部５０５を形成するため保護膜（絶縁層）５１２に開口を形成する。この開口の形成のために、まず図３（ｂ）に示すように、フォトレジストを基板全面に形成し、保護膜上（絶縁層上）にレジスト層５３０を形成する。
次に図３（ｃ）のように、基板５０１上の保護膜５１２を、フォトリソグラフィを用いたドライエッチング法により所定の形状にする。このフォトリソグラフィにおいては、パターンマスクと露光装置によってレジスト層５３０に対して部分的に露光し、その後、現像することにより、パターニングされたレジスト層５３０（レジストパターン）を形成し、基板５０１上の電極部５０５に対応する部分のみ露出させる。次に、ドライエッチング法によって、レジスト層５３０をエッチングマスク（第１のレジストマスク）として用いて、保護膜５１２の露出部分をエッチングする。これにより、レジスト層５３０を残したままＡｌ配線層５０９が露出する電極部５０５を形成することができる。
この後、電極部５０５上に拡散防止層を介して接続部材５０６を形成する。
このような接続部材の形成は、前記第１のレジストマスクの開口部から露出する前記配線層および第１のレジストマスクを覆う拡散防止層を形成する工程と、リフトオフ法により、第１のレジストマスクとともに、第１のレジストマスク上の拡散防止層を除去する工程と、前記配線層上に残った前記拡散防止層を覆う金属層を形成する工程と、前記金属層上に第２のレジストマスクを形成する工程と、前記金属層に対してウェットエッチングを行って、前記拡散防止層の外周端部を覆う接続部材を形成する工程と、を含む本実施形態による製造方法によって行うことができる。
このような接続部材の形成は、前記第１のレジストマスクの開口部から露出する前記配線層および第１のレジストマスクを覆う拡散防止層を形成する工程と、リフトオフ法により、第１のレジストマスクとともに、第１のレジストマスク上の拡散防止層を除去する工程と、前記配線層上に残った前記拡散防止層を覆う金属層を形成する工程と、前記金属層上に第２のレジストマスクを形成する工程と、前記金属層に対してウェットエッチングを行って、前記拡散防止層の外周端部を覆う接続部材を形成する工程と、を含む本実施形態による製造方法によって行うことができる。
上記の接続部材を形成する工程について、以下、図４～図５を参照して説明する。続いて、この接続部材を形成する工程に続く、吐出口および液室を有する流路形成部材を形成する工程について、図６～図１０を参照して説明する。なお、図４～図１０は、図２及び図３で示されたＡｌ電極部５０５付近の加工の工程を見やすいように電極部付近のみ拡大した図（図１のＡ－Ａ’線に垂直な方向に沿った断面図）である。
図４（ａ）は、図３（ｃ）に示す状態の電極部付近の部分拡大断面図である。この状態においては、保護膜５１２の開口を形成した後、エッチングマスクとして用いたレジスト層５３０はそのまま残されている。
次に図４（ｂ）のように、スパッタリング法によって、拡散防止層（ＴｉＷ層）５１０を形成する。
その後、レジスト剥離液を、レジスト層５３０が拡散防止層（ＴｉＷ層）５１０によって十分に被覆されていない部分（角や段差形状になっている部分）からレジスト層５３０内へと浸透させ、レジスト層５３０を溶解させる。これにより、レジスト層５３０上（レジストマスク上）に付着していた拡散防止層５１０が分離し、洗浄によって剥がれる。その結果、図４（ｃ）のように、レジスト層のなかった部分とレジスト層のあった部分の境目で拡散防止層５１０が切れて、レジストのなかった部分にのみ拡散防止層５１０が残る。このようなリフトオフ法によって、保護膜５１２の開口寸法と拡散防止層５１０の寸法が同一となり、また、保護膜５１２の高さと拡散防止層５１０の端部の高さが同一になり、同一面を形成する。保護膜５１２と拡散防止層５１０の端部の高さが同一であると、その後の接続部材（Ａｕ層）５０６の形成の際、拡散防止層（ＴｉＷ層）の端部において接続部材（Ａｕ層）の段差ができないため、接続部材（Ａｕ層）５０６の被覆性が向上する。
続いて図５（ｄ）に示すように、接続部材となる金属層（Ａｕ層）５０６をスパッタリング法によって形成する。
次に図５（ｅ）に示すように、電極部となる部分にマスク（第２のレジストマスク）として金属層上にレジスト層５３０を形成する。このレジスト層５３０は次のように形成することができる。まず、フォトレジストをスピンコート法によって、基板全面に塗布して金属層上に塗布膜を形成する。次いで、パターンマスクを用いたフォトリソグラフィによって、レジスト層５３０を形成し、接続部材（Ａｕ電極パッド）となる部分のみマスクする。
次に図５（ｆ）に示すように、ウェットエッチングを行って接続部材（Ａｕ層）５０６を所定の形状とする。次いで、マスクとして用いたレジスト層５３０をレジスト剥離液で除去し、図５（ｇ）に示すように、所定の形状の接続部材（Ａｕ電極パッド）５０６を得る。このことによって、拡散防止層（ＴｉＷ層）５１０の端部が上層側の接続部材（Ａｕ電極パッド）５０６によって覆われ、液体と直接接触することがなくなり、アンダーカットが発生しない。
これ以降は、流路形成部材やノズル等の形成工程が続き、以下、図面を参照して順を追って説明する。
図６（ｈ）は、図５（ｇ）に示す状態の形成が完了した時点に対応する状態を示し、図１のＡ－Ａ’線に沿った断面に相応する断面図である。
図６（ｈ）は、図５（ｇ）に示す状態の形成が完了した時点に対応する状態を示し、図１のＡ－Ａ’線に沿った断面に相応する断面図である。
まず、図６（ｉ）に示すように、全面に密着向上層５２１を形成する。この密着向上層の形成は、高耐熱コーティング材を用いて形成することができる。これにより、基板上側の部材と後に形成する流路形成部材との間の密着性を向上することができる。
次いで、図６（ｊ）に示すように、密着向上層５２１を所定の形状にパターニングする。具体的は、まず、密着向上層５２１上に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により、フォトレジストの塗布膜を部分的に露光し、その後現像することにより、レジスト層からなるマスクパターンを形成する。次いで、密着向上層５２１をドライエッチングによって部分的にエッチングし、所定の形状とする。その後、マスクとして用いたレジスト層をレジスト剥離液で除去し、さらに純水でレジスト剥離液をリンスする。その際、接続部材（Ａｕ層）５０６の下層側の拡散防止層（ＴｉＷ層）５１０の側面は、アルカリ性のレジスト剥離液に接触することないため、ダメージやサイドエッチングの発生を抑制することができる。
次に、図７（ｋ）に示すように、流路壁５０７で覆われた液室５２０の型となる型材５２２（最終的に除去される部材）を形成するための型材層を形成する。具体的には、まず、感光性樹脂を基板５０１上に塗布し、次いで、この塗布膜を、露光装置を用いて部分的に露光し、その後現像することで、所定の形状とする（図７（ｌ））。現像後、５０℃程度で所定の時間、ベークすることが好ましい。
次に、図８（ｍ）に示すように、基板５０１上に流路形成部材５２３を形成するための流路形成部材層を形成する。具体的には、まず、感光性樹脂組成物を、型材５２２を覆うように塗布する。次いで、感光性樹脂組成物の層（流路形成部材層５２３）を、露光装置を用いて部分的に露光し、その後現像することで、図８（ｎ）のように吐出口５０８を持つ流路形成部材５２３を形成した。現像後、９０℃程度で所定の時間、ベークすることが好ましい。
次に、図９（ｏ）及び（ｐ）に示すように、基板５０１に供給口５０３を形成する。具体的には、まず、図９（ｏ）に示すように、基板５０１の表面を覆うように、エッチング保護層５２４を形成する。このエッチング保護層５２４の形成は、熱硬化性樹脂を塗布し、加熱硬化させることにより行うことができる。
次いで、図９（ｐ）に示すように、基板５０１を、エッチングすることにより供給口５０３を形成する。具体的には、まず、基板５０１の裏面に、フォトレジストをスピンコート法によって塗布し、その後露光及び現像することにより酸化膜５１３をエッチングするためのレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、バッファードフッ酸等の薬液により酸化膜５１３を部分的に除去することにより、酸化膜５１３の、供給口５０３を形成する部分に対応する部分に開口を形成する。レジストパターンを除去した後、異方性エッチングにより供給口５０３を形成し、続いて供給口５０３上にある絶縁酸化膜５１５及び保護膜５１２をバッファードフッ酸等の薬液で除去する。
次に、図１０（ｑ）に示すように、エッチング保護層５２４をキシレン等の溶剤で溶解除去する。次いで、図１０（ｒ）に示すように型材５２２を乳酸メチル等の溶剤で溶解除去する（結果、液室が形成される）。その後、２００℃程度で所定の時間ベークすることにより流路形成部材５２３をさらに硬化させて、液体吐出ヘッド用基板を完成させる。
以上に説明した液体吐出ヘッド用基板及びその製造方法は、インクジェットヘッドの主要部であるインクジェットヘッド用基板及びその製造方法に適用できる。また、以上に説明した液体吐出ヘッド用基板の電気接続部の構成およびその形成方法は、半導体デバイスやマイクロマシニングデバイスに使用される電気接続部付き基板およびその製造方法に適用できる。
以下に、液体吐出ヘッド用基板の製造方法の実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、第一の面５０２側にＴａＳｉＮからなる液体吐出エネルギー発生素子５０４を有する基板５０１を用意した。
基板５０１としてはシリコンの（１００）基板を用いた。その基板表面５０２上には、絶縁酸化膜層５１５を挟んで、Ａｌ配線層５０９を形成した。このＡｌ配線層は、各液体吐出エネルギー発生素子５０４に電力を供給するための配線である。最表面にはＡｌ配線層５０９や液体吐出エネルギー発生素子を保護するための、ＳｉＮからなる保護膜５１２を形成した。この保護膜はプラズマＣＶＤ法により形成した。さらに、基板裏面である第二の面には、熱酸化により酸化膜５１３を形成した。
基板５０１としてはシリコンの（１００）基板を用いた。その基板表面５０２上には、絶縁酸化膜層５１５を挟んで、Ａｌ配線層５０９を形成した。このＡｌ配線層は、各液体吐出エネルギー発生素子５０４に電力を供給するための配線である。最表面にはＡｌ配線層５０９や液体吐出エネルギー発生素子を保護するための、ＳｉＮからなる保護膜５１２を形成した。この保護膜はプラズマＣＶＤ法により形成した。さらに、基板裏面である第二の面には、熱酸化により酸化膜５１３を形成した。
次に、図３（ｃ）に示すように、電極部５０５を形成するためＳｉＮ保護膜５１２に開口を形成した。この開口の形成のために、まず図３（ｂ）に示すように、東京応化工業社製の感光性樹脂（フォトレジスト）をスピンコート法によって基板全面に１μｍの厚さに形成し、レジスト層５３０を形成した。
次に図３（ｃ）に示すように、基板５０１上のＳｉＮ保護膜５１２を、フォトリソグラフィを用いたドライエッチング法により所定の形状とした。このフォトリソグラフィにおいては、パターンマスクと露光装置によってレジスト層５３０に対して部分的に露光し、その後、現像することにより、パターニングされたレジスト層５３０を形成し、基板５０１上の電極部５０５に対応する部分のみ露出させた。次に、ＣＦ4ガスを使用したドライエッチング法によって、レジスト層５３０をエッチングマスクとして用いて、ＳｉＮ保護膜５１２の露出部分をエッチングした。これにより、レジスト層５３０を残したままＡｌ配線層５０９が露出する電極部５０５を形成した。
この後、電極部５０５上に、ＴｉＷ層（拡散防止層）５１０を介してＡｕ層（接続部材）５０６を形成した。この工程について、以下、図４～図５を参照して説明する。続いて、この工程に続く、吐出口および液室を有する流路形成部材を形成する工程について、図６～図１０を参照して説明する。なお、図４～図１０は、図２及び図３で示されたＡｌ電極部５０５付近の加工の工程を見やすいように電極部付近のみ拡大した図（図１のＡ－Ａ’線に垂直な方向に沿った断面図）である。
図４（ａ）は、図３（ｃ）に示す状態の電極部付近の部分拡大断面図である。この状態においては、保護膜５１２の開口を形成した後、エッチングマスクとして用いたレジスト層５３０はそのまま残されている。
次に図４（ｂ）のように、スパッタリング法によって、ＴｉＷ層５１０を１５０ｎｍの厚さに形成した。
その後、レジスト剥離液を、レジスト層５３０が拡散防止層（ＴｉＷ層）５１０によって十分に被覆されていない部分からレジスト層５３０内へと浸透させ、レジスト層５３０を溶解させた。これにより、レジスト層５３０に付着していたＴｉＷ層５１０が分離し、洗浄によって剥がれた。その結果、図４（ｃ）のように、レジスト層のなかった部分とレジスト層のあった部分の境目でＴｉＷ層５１０が切れて、レジストのなかった部分にのみＴｉＷ層５１０が残った。このことによって、保護膜５１２の開口寸法とＴｉＷ層５１０の寸法が同一となり、また、保護膜５１２の高さとＴｉＷ層５１０の端部の高さが同一になり、同一面を形成した。保護膜５１２とＴｉＷ層５１０の端部の高さが同一であるため、その後のＡｕ層５０６の形成の際、ＴｉＷ層の端部においてＡｕ層の段差が生じず、Ａｕ層５０６の被覆性が向上した。
続いて図５（ｄ）に示すように、Ａｕ層５０６をスパッタリング法によって、３００ｎｍの厚さに形成した。
次に図５（ｅ）に示すように、電極部となる部分にマスクとしてレジスト層５３０を形成した。このレジスト層５３０は次のように形成した。まず、東京応化工業社製の感光性樹脂（フォトレジスト）をスピンコート法によって、基板全面に２μｍの厚さに形成した。次いで、パターンマスクを用いたフォトリソグラフィによって、レジスト層５３０を形成し、電極部となる部分のみマスクした。
次に図５（ｆ）に示すように、ヨウ素を使用した、ウェットエッチングを行ってＡｕ層を所定の形状のＡｕ接続部材５０６とした。次いで、マスクとして用いたレジスト層５３０をレジスト剥離液で除去し、図５（ｇ）に示すように、Ａｕ接続部材（電極パッド）５０６を得た。このことによって、ＴｉＷ層（拡散防止層）５１０の端部が上層側のＡｕ接続部材（電極パッド）５０６によって覆われ、液体と直接接触することがなくなり、アンダーカットが発生しなかった。
これ以降は、流路形成部材やノズル等の形成工程が続き、以下、図面を参照して順を追って説明する。
図６（ｈ）は、図５（ｇ）に示す状態の形成が完了した時点に対応する状態を示し、図１のＡ－Ａ線に沿った断面に相応する断面図である。
図６（ｈ）は、図５（ｇ）に示す状態の形成が完了した時点に対応する状態を示し、図１のＡ－Ａ線に沿った断面に相応する断面図である。
まず、図６（ｉ）に示すように、全面に密着向上層５２１を形成した。この密着向上層の形成は、高耐熱コーティング材（日立化成社製、商品名：ＨＩＭＡＬ）を用い、スピンコート法によって２μｍの厚さに形成した。これにより、基板上側の部材と後に形成する流路形成部材との間の密着性を向上することができた。
次いで、図６（ｊ）に示すように、密着向上層５２１を所定の形状にパターニングした。具体的は、まず、密着向上層５２１上に、東京応化工業社製のフォトレジストをスピンコート法によって５μｍの厚さで塗布した。続いてフォトリソグラフィ法により、フォトレジストの塗布膜を部分的に露光し、その後現像することにより、レジスト層からなるマスクパターンを形成した。次いで、密着向上層５２１をドライエッチングによって部分的にエッチングし、所定の形状とした。その後、マスクとして用いたレジスト層をアルカリ性のレジスト剥離液（ロームアンドハース社製、商品名：リムーバー１１１２Ａ）で除去し、さらに純水でレジスト剥離液をリンスした。その際、Ａｕ層５０６の下層側のＴｉＷ層５１０の側面は、アルカリ性のレジスト剥離液に接触することなく、ダメージやサイドエッチングが発生することもなかった。
次に、図７（ｋ）に示すように、流路壁５０７で覆われた液室５２０の型となる型材５２２（最終的に除去される部材）を形成するための型材層を形成した。具体的には、まず、スピンコート法によってポリメチルイソプロペニルケトンを基板５０１上に２０μｍの厚さで塗布した。次いで、この塗布膜を、露光装置（ウシオ電機社製、商品名：ＵＸ－３３００）を用いて部分的に露光し、その後現像することで、所定の形状とした（図７（ｌ））。露光光は、４００ｎｍ以下のＤｅｅＰＵＶ光とし、露光量は５０００Ｊ／ｍ２とした。現像後、５０℃で５分間、ベークした。
次に、図８（ｍ）に示すように、基板５０１上に流路形成部材５２３を形成するための流路形成部材層を形成した。具体的には、まず、感光性樹脂組成物をスピンコート法によって型材５２２を覆うように塗布した。この感光性樹脂組成物としては、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、商品名：１５７Ｓ７０）と光酸発生剤（サンアプロ社製、商品名：ＬＷ－Ｓ１）をキシレンに溶解させたものを用いた。液室に相応する型材５２２の上部の感光性樹脂組成物の層（流路形成部材層５２３）の厚さは１０μｍ、それ以外の部分の厚さは１５μｍであった。次いで、感光性樹脂組成物の層（流路形成部材層５２３）を、露光装置（キヤノン社製、商品名：ＦＰＡ－３０００ｉ５＋）を用いて部分的に露光し、その後現像することで、図８（ｎ）のように吐出口５０８を持つ流路形成部材５２３を形成した。露光波長は３６５ｎｍ、露光量は２０Ｊ／ｃｍ2とした。現像後、９０℃で５分間ベークした。
次に、図９（ｏ）及び（ｐ）に示すように、基板５０１に供給口５０３を形成した。具体的には、まず、図９（ｏ）に示すように、基板５０１の表面を覆うように、エッチング保護層５２４を形成した。このエッチング保護層５２４の形成は、まず、環化ゴムをスピンコート法によって４０μｍの厚さで塗布し、その後９０℃で３０分間ベークして硬化させることにより行った。
次いで、図９（ｐ）に示すように、基板５０１を、Ｓｉの異方性ウェットエッチングが可能なアルカリ薬液ＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）を用いてエッチングすることにより供給口５０３を形成した。具体的には、まず、基板５０１の裏面に、東京応化工業社製の感光性樹脂（フォトレジスト）をスピンコート法によって１μｍの厚さで塗布し、その後露光及び現像することにより酸化膜５１３をエッチングするためのレジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとして、バッファードフッ酸により酸化膜５１３を部分的に除去することにより、酸化膜５１３の、供給口５０３を形成する部分に対応する部分に開口を形成した。レジストパターンを除去した後、８３℃に加温したＴＭＡＨ２０％の水溶液を用いて、異方性エッチングにより供給口５０３を形成し、続いて供給口５０３上にある絶縁酸化膜層５１５及び保護膜５１２をバッファードフッ酸で除去した。
次に、図１０（ｑ）に示すように、エッチング保護層５２４をキシレンで溶解除去した。次いで、図１０（ｒ）に示すように型材５２２を乳酸メチルで溶解除去した。その後、２００℃で１時間ベークすることにより流路形成部材５２３をさらに硬化させて、液体吐出ヘッド用基板を完成させた。
以上のようにして、Ａｕ接続部材５０６の形成のためのウェットエッチング時のＴｉＷ層（拡散防止層）５１０のアンダーカットが防止され、信頼性の高い電気接続部を備えた液体吐出ヘッド用基板を作製することができた。
５０１：基板（Ｓｉ基板）
５０２：基板表面である第一の面
５０３：インク供給口
５０４：液体吐出エネルギー発生素子
５０５：電極部
５０６：接続部材（電極パッド）、Ａｕ層
５０７：流路壁
５０８：吐出口
５０９：電気配線層（Ａｌ配線層）
５１０：拡散防止層（ＴｉＷ層）
５１１：基板裏面である第二の面
５１２：保護膜（絶縁層）
５１３：酸化膜
５１４：発熱抵抗体層（ＴａＳｉＮ層）
５１５：絶縁酸化膜層
５２０：液室
５２１：密着向上層
５２２：型材、型材層
５２３：流路形成部材、流路形成部材層
５２４：エッチング保護層
５３０：レジスト層、レジストパターン
５０２：基板表面である第一の面
５０３：インク供給口
５０４：液体吐出エネルギー発生素子
５０５：電極部
５０６：接続部材（電極パッド）、Ａｕ層
５０７：流路壁
５０８：吐出口
５０９：電気配線層（Ａｌ配線層）
５１０：拡散防止層（ＴｉＷ層）
５１１：基板裏面である第二の面
５１２：保護膜（絶縁層）
５１３：酸化膜
５１４：発熱抵抗体層（ＴａＳｉＮ層）
５１５：絶縁酸化膜層
５２０：液室
５２１：密着向上層
５２２：型材、型材層
５２３：流路形成部材、流路形成部材層
５２４：エッチング保護層
５３０：レジスト層、レジストパターン
Claims (5)
- 配線層と、前記配線層上の拡散防止層と、前記拡散防止層上に、外部との電気的接続を行うための接続部材とを有する、電気接続部付き基板の製造方法であって、
基板上に設けられた配線層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に、該絶縁層が露出する開口部を有する第１のレジストマスクを形成する工程と、
前記配線層に達するように、前記第１のレジストマスクの開口部から露出する前記絶縁層に対してエッチングを行う工程と、
前記第１のレジストマスクの開口部から露出する前記配線層および該第１のレジストマスクを覆う拡散防止層を形成する工程と、
リフトオフ法により、前記第１のレジストマスクとともに、該第１のレジストマスク上の拡散防止層を除去する工程と、
前記配線層上に残った前記拡散防止層を覆う金属層を形成する工程と、
前記金属層上に第２のレジストマスクを形成する工程と、
前記金属層に対してウェットエッチングを行って、前記拡散防止層の外周端部を覆う接続部材を形成する工程と、を含む電気接続部付き基板の製造方法。 - 配線層と、前記配線層上の拡散防止層と、前記拡散防止層上に、外部との電気的接続を行うための接続部材とを有する、電気接続部を備えた液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
基板上に設けられた配線層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に、該絶縁層が露出する開口部を有する第１のレジストマスクを形成する工程と、
前記配線層に達するように、前記第１のレジストマスクの開口部から露出する前記絶縁層に対してエッチングを行う工程と、
前記第１のレジストマスクの開口部から露出する前記配線層および該第１のレジストマスクを覆う拡散防止層を形成する工程と、
リフトオフ法により、前記第１のレジストマスクととともに、該第１のレジストマスク上の拡散防止層を除去する工程と、
前記配線層上に残った前記拡散防止層を覆う金属層を形成する工程と、
前記金属層上に第２のレジストマスクを形成する工程と、
前記金属層に対してウェットエッチングを行って、前記拡散防止層の外周端部を覆う接続部材を形成する工程と、を含む液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 前記金属層がＡｕ層である、請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 前記拡散防止層がＴｉＷ層である、請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 前記接続部材を形成する工程の後、
流路形成部材を形成し、該流路形成部材に吐出口および液室を形成する工程をさらに含む、請求項２から４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
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