JP2007245660A - Manufacturing method of metal wiring board and manufacturing method of liquid jet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属配線基板の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法に関し、具体的には、例えば、液体としてインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal wiring board and a method for manufacturing a liquid jet head, and more specifically, for example, to a method for manufacturing an ink jet recording head that ejects ink droplets as a liquid.
液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室及びこの圧力発生室に連通する連通部が形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に振動板を介して形成される下電極、圧電体層、及び上電極からなる圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合されると共に連通部に連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを具備するものがある(例えば、特許文献1参照)。 As an ink jet recording head which is a liquid ejecting head, for example, a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a flow path forming substrate in which a communicating portion communicating with the pressure generating chamber is formed, and one surface of the flow path forming substrate A piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode formed on a side of the diaphragm, and a surface of the reservoir that is joined to the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side and communicates with the communicating portion. And a reservoir forming substrate having a reservoir portion constituting the portion (for example, see Patent Document 1).
また、この特許文献1に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、圧電素子から引き出されるリード電極を形成した後、流路形成基板の一方面上にリザーバ形成基板を接合し、その状態で、流路形成基板の他方面側を異方性エッチングすることにより圧力発生室及び連通部を形成し、その後、リザーバ部と連通部とを隔てる隔離層を貫通することで、リザーバを形成している。 Further, in the method of manufacturing the ink jet recording head described in Patent Document 1, after forming the lead electrode drawn out from the piezoelectric element, the reservoir forming substrate is joined to one surface of the flow path forming substrate, and in this state, The pressure generating chamber and the communication portion are formed by anisotropic etching on the other surface side of the flow path forming substrate, and then the reservoir is formed by penetrating the isolation layer separating the reservoir portion and the communication portion. .
ここで、流路形成基板の一方面上にリード電極を形成する際においては、連通部とリザーバ部とを隔てる隔離層をリード電極と同一層、具体的には、流路形成基板の一方面上に密着層を形成すると共にこの密着層上に金属層を形成し、これら金属層及び密着層を所定形状にパターニングすることにより、各圧電素子から引き出されるリード電極と、連通部とリザーバ部とを隔離する隔離層とを同時形成している。 Here, when forming the lead electrode on one surface of the flow path forming substrate, the isolation layer separating the communication portion and the reservoir portion is the same layer as the lead electrode, specifically, one surface of the flow path forming substrate. An adhesion layer is formed on the metal layer, and a metal layer is formed on the adhesion layer, and the metal layer and the adhesion layer are patterned into a predetermined shape, whereby a lead electrode drawn from each piezoelectric element, a communication portion, a reservoir portion, And an isolating layer for isolating them simultaneously.
また、従来のインクジェット式記録ヘッドの製造では、例えば、流路形成基板の一方面側に圧電素子を形成する工程において、流路形成基板の一方面上に圧電体層及び上電極と同一の層で構成される凸部を予め形成し、その後、この上から凸部を含む流路形成基板の一方面上に密着層及び金属層をこの順で積層し、金属層の表面側から凸部の輪郭(外形)を画像認識してこれを位置決め基準としながら金属層及び密着層を所定形状にパターニングすることにより、流路形成基板上の所定位置にリード電極と隔離層とを同時形成している。 In the manufacture of a conventional ink jet recording head, for example, in the step of forming a piezoelectric element on one surface side of the flow path forming substrate, the same layer as the piezoelectric layer and the upper electrode on one surface of the flow path forming substrate. Is formed in advance, and then the adhesion layer and the metal layer are laminated in this order on one surface of the flow path forming substrate including the protrusions from above, and the protrusions are formed from the surface side of the metal layer. By recognizing the image of the contour (outer shape) and using this as a positioning reference, the metal layer and the adhesion layer are patterned into a predetermined shape, so that the lead electrode and the isolation layer are simultaneously formed at a predetermined position on the flow path forming substrate. .
ここで、金属層がAuにより形成されている場合には、その金属層の表面が比較的粗い状態となっているため、金属層の表面側からその下地側に位置する凸部の輪郭を画像認識するのが難しく、その結果、位置決め精度が悪くなり、流路形成基板上の所定位置にリード電極や隔離層を形成するのが難しいという問題がある。 Here, when the metal layer is made of Au, since the surface of the metal layer is in a relatively rough state, the contour of the convex portion located on the base side from the surface side of the metal layer is imaged. As a result, it is difficult to recognize, and as a result, positioning accuracy is deteriorated, and it is difficult to form a lead electrode or an isolation layer at a predetermined position on the flow path forming substrate.
なお、このような問題は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを製造する場合だけでなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドを製造する場合、或いは、基板の一方面上に予めアライメントマーク部を形成し、そのアライメントマーク部を含む基板の一方面に金属材料からなる金属層を形成すると共にこの金属層を介してアライメントマーク部を画像認識してこれを位置決め基準とし、基板上の所定位置に所定パターン形状の金属層を形成する場合においても同様に存在する。 Such a problem is not only caused when an ink jet recording head that ejects ink droplets is manufactured, but also when a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink is manufactured, or when alignment is performed in advance on one surface of a substrate. A mark portion is formed, a metal layer made of a metal material is formed on one surface of the substrate including the alignment mark portion, and the alignment mark portion is image-recognized through this metal layer, and this is used as a positioning reference. The same exists when a metal layer having a predetermined pattern shape is formed at a predetermined position.
本発明は上述した事情に鑑み、基板の所定位置に所定形状の金属配線を高精度に形成することができる金属配線基板の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。 In view of the above-described circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a metal wiring board and a method for manufacturing a liquid jet head capable of forming a metal wiring having a predetermined shape at a predetermined position on the substrate with high accuracy.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、ベース基板の一方面上に、金属材料からなる金属層を形成すると共に前記金属層を所定形状にパターニングすることにより金属配線ベース層及びアライメントマーク部を形成した後、少なくとも前記金属配線ベース層上に、メッキ法により金属材料からなる金属メッキ層を形成し、その後、前記アライメントマーク部を画像認識による位置決め基準として前記金属配線ベース層及び前記金属メッキ層を所定形状にパターニングすることにより金属配線部を形成することを特徴とする金属配線基板の製造方法にある。
かかる第1の態様では、金属層をパターニングして金属配線ベース層及びアライメントマーク部を予め形成しておくことで、その後に金属メッキ層を形成しても、アライメントマーク部を確実に画像認識することができるため、ベース基板の所定位置に所定形状の金属配線部を高精度に形成することができる。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, a metal wiring base layer and an alignment mark are formed by forming a metal layer made of a metal material on one surface of a base substrate and patterning the metal layer into a predetermined shape. After forming the portion, a metal plating layer made of a metal material is formed on at least the metal wiring base layer by a plating method, and then the metal wiring base layer and the metal are used with the alignment mark portion as a positioning reference by image recognition. A metal wiring board manufacturing method is characterized in that a metal wiring portion is formed by patterning a plating layer into a predetermined shape.
In the first aspect, the metal layer is patterned to form the metal wiring base layer and the alignment mark portion in advance, so that even if the metal plating layer is subsequently formed, the alignment mark portion can be reliably recognized. Therefore, a metal wiring portion having a predetermined shape can be formed with high accuracy at a predetermined position on the base substrate.
本発明の第2の態様は、ウェットエッチングにより厚さ方向に貫通して第1貫通孔が形成される前記ベース基板の前記一方面上にスパッタリング法により形成される前記金属層を所定形状にパターニングする際に前記第1貫通孔が形成される領域に対向する部分に金属隔離層を形成すると共に前記金属隔離層上に前記金属メッキ層を形成した後、前記ベース基板の前記一方面側に、前記ベース基板の前記第1貫通孔が形成される領域に対応する部分を厚さ方向に貫通して第2貫通孔が形成されると共にウェットエッチングされる材料からなる接合基板を接合し、前記ベース基板を他方面側から前記金属隔離層が露出するまでウェットエッチングすることにより前記第1貫通孔を形成し、その後、前記ベース基板の前記第1貫通孔と前記接合基板に形成された前記第2貫通孔とを隔てる前記金属隔離層を貫通することを特徴とする第1の態様の金属配線基板の製造方法にある。
かかる第2の態様では、金属層をパターニングする際に金属配線ベース層及びアライメントマーク部と共に金属隔離層を形成し、この金属隔離層上に金属メッキ層を形成することで、スパッタリング法により形成される金属層の穴等を金属メッキ層で覆うことができる。これにより、ベース基板の他方面側からのウェットエッチング時に、金属隔離層を介してエッチング液が第2貫通孔側に浸入し、接合基板がウェットエッチングされるのを確実に防止することができ、歩留まりを向上することができる。また、スパッタリング法により形成した金属層の内部応力と、メッキ法により形成した金属メッキ層の内部応力とが互いに打ち消しあうため、内部応力によって金属層及び金属メッキ層で構成される積層部分に割れ等が生じるのを防止することができ、エッチング液が第2貫通孔側に浸入するのをより確実に防止することができる。
According to a second aspect of the present invention, the metal layer formed by a sputtering method is patterned into a predetermined shape on the one surface of the base substrate through which the first through hole is formed through the thickness direction by wet etching. When forming a metal isolation layer in a portion facing the region where the first through hole is formed and forming the metal plating layer on the metal isolation layer, on the one surface side of the base substrate, A portion of the base substrate corresponding to a region where the first through hole is formed is penetrated in a thickness direction to bond a bonding substrate made of a material that is formed with a second through hole and wet-etched, and The first through hole is formed by wet etching the substrate from the other surface side until the metal isolation layer is exposed, and then the first through hole and the bonding base of the base substrate are formed. In the manufacturing method of the first aspect of the metal wiring board, characterized by penetrating the metal isolation layer formed separates the second through hole.
In the second aspect, when the metal layer is patterned, a metal isolation layer is formed together with the metal wiring base layer and the alignment mark portion, and a metal plating layer is formed on the metal isolation layer, thereby forming the metal layer by a sputtering method. The hole of the metal layer can be covered with a metal plating layer. Thereby, at the time of wet etching from the other surface side of the base substrate, it is possible to reliably prevent the etchant from entering the second through-hole side through the metal isolation layer and wet-etching the bonded substrate. Yield can be improved. In addition, the internal stress of the metal layer formed by the sputtering method and the internal stress of the metal plating layer formed by the plating method cancel each other. Can be prevented, and the etching solution can be more reliably prevented from entering the second through-hole side.
本発明の第3の態様は、前記ベース基板の前記一方面上に凸部を形成した後に、前記凸部を含む前記ベース基板の前記一方面上に前記金属層を形成し、その後、前記凸部に対応する部分の前記金属層を除去することにより、当該金属層が除去された凸部によって前記アライメントマーク部を形成することを特徴とする第1又は2の態様の金属配線基板の製造方法にある。
かかる第3の態様では、金属層を除去してアライメントマーク部を露出させることで、アライメントマーク部を確実に画像認識することが可能となり、ベース基板の所定位置に所定形状の金属配線部を高精度に形成することができる。
According to a third aspect of the present invention, after forming a convex portion on the one surface of the base substrate, the metal layer is formed on the one surface of the base substrate including the convex portion, and then the convex portion is formed. The alignment mark portion is formed by the convex portion from which the metal layer is removed by removing the metal layer corresponding to the portion, and the method for manufacturing the metal wiring board according to the first or second aspect It is in.
In the third aspect, by removing the metal layer and exposing the alignment mark portion, it is possible to reliably recognize the image of the alignment mark portion, and to increase the height of the metal wiring portion having a predetermined shape at a predetermined position on the base substrate. It can be formed with high accuracy.
本発明の第4の態様は、前記アライメントマーク部を前記金属配線ベース層と同一の層で形成することを特徴とする第1又は2の態様の金属配線基板の製造方法にある。
かかる第4の態様では、金属層をパターニングして金属配線ベース層を形成する時に、アライメントマーク部をその金属配線ベース層と同一の層で形成することにより、製造工程を簡略化して製造時間の短縮化を図ることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the metal wiring board manufacturing method according to the first or second aspect, wherein the alignment mark portion is formed of the same layer as the metal wiring base layer.
In the fourth aspect, when the metal wiring base layer is formed by patterning the metal layer, the alignment mark portion is formed of the same layer as the metal wiring base layer, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the manufacturing time. Shortening can be achieved.
本発明の第5の態様は、少なくとも前記金属配線ベース層は最下層として密着性金属材料からなる密着層と金属メッキ層と同一の材料からなる表面部からなると共に、前記金属配線ベース層及び前記金属メッキ層を所定形状にパターニングすることにより、前記金属配線ベース層及び前記金属メッキ層からなる前記金属配線部を形成することを特徴とする第1〜4の何れかの態様の金属配線基板の製造方法にある。
かかる第5の態様では、密着性に優れた金属配線部をベース基板の所定位置に高精度に形成することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, at least the metal wiring base layer comprises a surface portion made of the same material as the adhesion layer and the metal plating layer made of an adhesive metal material as a lowermost layer, and the metal wiring base layer and the metal wiring base layer The metal wiring board according to any one of the first to fourth aspects, wherein the metal wiring portion comprising the metal wiring base layer and the metal plating layer is formed by patterning a metal plating layer into a predetermined shape. In the manufacturing method.
In the fifth aspect, the metal wiring portion having excellent adhesion can be formed at a predetermined position on the base substrate with high accuracy.
本発明の第6の態様は、前記金属配線ベース層の少なくとも表面部と前記金属メッキ層とをAuにより形成することを特徴とする第1〜5の何れかの態様の金属配線基板の製造方法にある。
かかる第6の態様では、Auからなる金属メッキ層の表面は比較的粗い状態となるが、金属配線ベース層の少なくとも表面部をAuからなるようにして、金属配線ベース層及びアライメントマーク部を予め形成しておくことで、その後にAuからなる金属メッキ層を形成しても、アライメントマーク部を確実に画像認識することができ、ベース基板の所定位置に所定形状の金属配線部を高精度に形成することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the metal wiring board manufacturing method according to any one of the first to fifth aspects, wherein at least a surface portion of the metal wiring base layer and the metal plating layer are formed of Au. It is in.
In the sixth aspect, the surface of the metal plating layer made of Au is in a relatively rough state, but at least the surface portion of the metal wiring base layer is made of Au, and the metal wiring base layer and the alignment mark portion are previously set. By forming it, even if a metal plating layer made of Au is subsequently formed, the image of the alignment mark portion can be reliably recognized, and a metal wiring portion having a predetermined shape can be accurately formed at a predetermined position on the base substrate. Can be formed.
本発明の第7の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成されると共に一方面側に前記圧力発生室内に圧力変化を発生させる圧力発生手段が形成される流路形成基板の前記一方面上に、金属材料からなる金属層を形成すると共に前記金属層を所定形状にパターニングすることにより金属配線ベース層及びアライメントマーク部を形成し、その後、少なくとも前記金属配線ベース層上に、メッキ法により金属材料からなる金属メッキ層を形成し、前記アライメントマーク部を画像認識による位置決め基準として前記金属配線ベース層及び前記金属メッキ層を所定形状にパターニングすることにより金属配線部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第7の態様では、金属層をパターニングして金属配線ベース層及びアライメントマーク部を予め形成しておくことで、その後に金属メッキ層を形成しても、アライメントマーク部を確実に画像認識することができるため、流路形成基板の所定位置に所定形状の金属配線部を高精度に形成することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a flow path formation in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed and pressure generating means for generating a pressure change in the pressure generating chamber is formed on one side. A metal layer made of a metal material is formed on the one surface of the substrate, and the metal layer is patterned into a predetermined shape to form a metal wiring base layer and an alignment mark portion. Thereafter, at least on the metal wiring base layer In addition, a metal plating layer made of a metal material is formed by plating, and the metal wiring base layer and the metal plating layer are patterned into a predetermined shape by using the alignment mark portion as a positioning reference by image recognition to form a metal wiring portion. A method of manufacturing a liquid jet head is provided.
In the seventh aspect, the metal layer is patterned to form the metal wiring base layer and the alignment mark portion in advance, so that even if the metal plating layer is formed after that, the alignment mark portion can be reliably recognized. Therefore, a metal wiring portion having a predetermined shape can be formed with high accuracy at a predetermined position of the flow path forming substrate.
本発明の第8の態様は、シリコン基板からなり前記圧力発生室に連通する連通部が形成される前記流路形成基板の前記一方面上にスパッタリング法により形成される前記金属層を所定形状にパターニングする際に前記連通部が形成される領域に対向する部分に金属隔離層を形成すると共に前記金属隔離層上に前記金属メッキ層を形成した後、前記流路形成基板の前記一方面側に、前記流路形成基板の前記連通部が形成される領域に対向する部分に厚さ方向に貫通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されると共にシリコン基板からなるリザーバ形成基板を接合すると共に前記流路形成基板を他方面側から前記金属隔離層が露出するまでウェットエッチングすることにより前記連通部を形成し、その後、前記連通部と前記リザーバ部とを隔てる前記金属隔離層を貫通することにより、前記リザーバ部と前記連通部とからなる前記リザーバを形成することを特徴とする第7の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第8の態様では、金属層をパターニングする際に金属配線ベース層及びアライメントマーク部と共に金属隔離層を形成し、この金属隔離層上に金属メッキ層を形成することで、スパッタリング法により形成される金属層の穴等を金属メッキ層で覆うことができる。これにより、流路形成基板の他方面側からのウェットエッチング時に、金属隔離層を介してエッチング液がリザーバ部側に浸入し、リザーバ形成基板がウェットエッチングされるのを確実に防止することができ、歩留まりを向上することができる。また、スパッタリング法により形成した金属層の内部応力と、メッキ法により形成した金属メッキ層の内部応力とが互いに打ち消しあうため、内部応力によって金属層及び金属メッキ層で構成される積層部分に割れ等が生じるのを防止することができ、エッチング液がリザーバ部に浸入するのをより確実に防止することができる。
In an eighth aspect of the present invention, the metal layer formed by a sputtering method is formed in a predetermined shape on the one surface of the flow path forming substrate that is formed of a silicon substrate and has a communication portion that communicates with the pressure generating chamber. After patterning, a metal isolation layer is formed in a portion facing the region where the communication portion is formed and the metal plating layer is formed on the metal isolation layer, and then on the one surface side of the flow path forming substrate. A reservoir portion that forms a part of the reservoir is formed through the thickness direction in a portion facing the region where the communication portion of the flow path forming substrate is formed, and a reservoir forming substrate made of a silicon substrate is bonded And forming the communication portion by wet etching the flow path forming substrate from the other surface side until the metal isolation layer is exposed, and then forming the communication portion and the reservoir portion. By penetrating the metal isolation layer separating, in the seventh method of manufacturing a liquid jet head embodiment of which is characterized by forming said reservoir consisting of the reservoir portion and the communicating portion.
In the eighth aspect, when the metal layer is patterned, the metal isolation layer is formed together with the metal wiring base layer and the alignment mark portion, and the metal plating layer is formed on the metal isolation layer, so that the metal layer is formed by the sputtering method. The hole of the metal layer can be covered with a metal plating layer. As a result, during wet etching from the other surface side of the flow path forming substrate, it is possible to reliably prevent the etchant from entering the reservoir portion side through the metal isolation layer and wet etching the reservoir forming substrate. Yield can be improved. In addition, the internal stress of the metal layer formed by the sputtering method and the internal stress of the metal plating layer formed by the plating method cancel each other. Can be prevented, and the etching solution can be more reliably prevented from entering the reservoir portion.
本発明の第9の態様は、前記圧力発生手段として前記流路形成基板の前記一方面側に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成し、前記金属配線層として前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成することを特徴とする第7又は8の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第9の態様では、流路形成基板の所定位置にリード電極と金属隔離層とを高精度に形成することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode is formed on the one surface side of the flow path forming substrate as the pressure generating means, and the piezoelectric element is used as the metal wiring layer. In the manufacturing method of the liquid jet head according to the seventh or eighth aspect, the lead electrode drawn out from is formed.
In the ninth aspect, the lead electrode and the metal isolation layer can be formed with high accuracy at a predetermined position of the flow path forming substrate.
本発明の第10の態様は、前記流路形成基板の前記一方面上に前記圧電素子を形成する際に、前記圧電体層及び前記上電極と同一層からなる凸部を形成し、前記凸部を含む前記流路形成基板の前記一方面上に前記金属層を形成した後、前記凸部に対応する部分の前記金属層を除去することにより、当該金属層が除去された凸部によって前記アライメントマーク部を形成することを特徴とする第7〜9の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第10の態様では、金属層を除去してアライメントマーク部を露出させることで、アライメントマーク部を確実に画像認識することが可能となり、流路形成基板の所定位置に金属配線部を高精度に形成することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, when the piezoelectric element is formed on the one surface of the flow path forming substrate, a convex portion made of the same layer as the piezoelectric layer and the upper electrode is formed, and the convex After forming the metal layer on the one surface of the flow path forming substrate including a portion, removing the metal layer in a portion corresponding to the convex portion, the convex portion from which the metal layer has been removed In the method of manufacturing a liquid jet head according to any one of the seventh to ninth aspects, an alignment mark portion is formed.
In the tenth aspect, by removing the metal layer and exposing the alignment mark portion, it is possible to reliably recognize the image of the alignment mark portion, and the metal wiring portion is placed at a predetermined position on the flow path forming substrate with high accuracy. Can be formed.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びそのA−A′断面図である。図示するように、ベース基板となる流路形成基板10は、本実施形態では、シリコン基板、具体的には、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head manufactured by the manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of FIG. As shown in the drawing, the flow
流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向(圧力発生室12の並設方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向(圧力発生室12の並設方向と直交する方向)外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して連通されている。連通部13は、後述するリザーバ形成基板30のリザーバ部31と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100の一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
A plurality of
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、圧力発生室12を形成する際のマスクとして用いられるマスク膜54を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜51が形成されている。さらに、この絶縁体膜51上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室12毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例では、弾性膜50、絶縁体膜55及び下電極膜60が振動板として作用するが、弾性膜50、絶縁体膜55を設けずに、下電極膜60のみを残して下電極膜60を振動板としてもよい。
On the other hand, as described above, the
なお、圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子300の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1−x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PIN−PT)、Pb(Sc1/3Ta2/3)O3−PbTiO3(PST−PT)、Pb(Sc1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PSN−PT)、BiScO3−PbTiO3(BS−PT)、BiYbO3−PbTiO3(BY−PT)等が挙げられる。
The material of the
また、圧電素子300の上電極膜80には、図2に示すように、複数の金属層である密着層91、金属スパッタ層92、金属メッキ層93により形成された金属配線部であるリード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 2, the
ここで、本実施形態のリード電極90は、流路形成基板10側にスパッタ法により形成される密着層91及びこの密着層91上にスパッタ法により形成される金属スパッタ層92からなる2層構造の金属層と、この金属層上にメッキ法により形成される金属メッキ層93とを積層した構造を有する。
Here, the
なお、密着層91を形成する材料としては、例えば、チタン(Ti)、チタンタングステン化合物(TiW)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)又はニッケルクロム化合物(NiCr)等が挙げられ、本実施形態では、ニッケルクロム(NiCr)からなる密着層91を形成した。また、金属スパッタ層92及び金属メッキ層93を形成する材料としては、例えば、金(Au)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)が挙げられ、本実施形態では、金(Au)からなる金属スパッタ層92及び金属メッキ層93を形成した。
Examples of the material for forming the
また、本実施形態では、詳しくは後述するが、連通部13の開口周縁部に対応する領域の振動板、すなわち、弾性膜50及び絶縁体膜51上にも、上記リード電極90と同一の層構成であるがリード電極90とは不連続で配線としては供しない層191及びこの上に形成された金属メッキ層93が存在している。
In the present embodiment, as will be described in detail later, the same layer as that of the
このような流路形成基板10の圧電素子300側の面には、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部31を有して接合基板となるリザーバ形成基板30が接着剤35によって接着されている。リザーバ形成基板30のリザーバ部31は、振動板、本実施形態では、弾性膜50及び絶縁体膜51のそれぞれに設けられた貫通部52を介して連通部13と連通され、これらリザーバ部31及び連通部13によってリザーバ100が形成されている。
On the surface of the flow
また、リザーバ形成基板30の圧電素子300に対向する領域には、圧電素子保持部32が設けられている。圧電素子300は、この圧電素子保持部32内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部32は、密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。このようなリザーバ形成基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。これにより、流路形成基板10とリザーバ形成基板30との熱膨張係数の差が実質的になくなって、熱膨張係数の差で生じる基板接合体への反りが有効に防止される。
In addition, a piezoelectric
また、リザーバ形成基板30上には、所定パターンで形成された接続配線200が設けられ、この接続配線200上には圧電素子300を駆動するための駆動IC210が実装されている。そして、各圧電素子300から圧電素子保持部32の外側まで引き出された各リード電極90の先端部と、駆動IC210とが駆動配線220を介して電気的に接続されている。
A
さらに、リザーバ形成基板30のリザーバ部31に対応する領域上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
Furthermore, a
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動IC210からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、圧電素子300及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインクが吐出する。
In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図3〜図6を参照して説明すると共に、図7を参照して従来の製造工程における問題点について説明する。なお、図3〜図6は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。また、図7は、従来の製造工程による問題点を示す要部拡大概略図である。
Hereinafter, a method of manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 6 and problems in the conventional manufacturing process will be described with reference to FIG. 3 to 6 are cross-sectional views of the
まず、図3(a)に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜53を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。次に、図3(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜53)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜51を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜53)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜51を形成する。次いで、図3(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜51上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。
First, as shown in FIG. 3A, a channel forming
次に、図3(d)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる上電極膜80とを流路形成基板用ウェハ110の全面に形成し、これら圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。ここで、圧電体層70の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。また、本実施形態では、この圧電素子300を形成するのと同時に、流路形成基板用ウェハ110の端部近傍に、圧電素子300とは不連続の圧電体層70及び上電極膜80からなる凸部400を形成する。この凸部400は、詳細は後述するが、アライメントマーク部を形成するのに用いられる。さらに、圧電素子300を形成後に、絶縁体膜51及び弾性膜50をパターニングして、流路形成基板用ウェハ110の連通部(図示なし)が形成される領域に、これら絶縁体膜51及び弾性膜50を貫通して流路形成基板用ウェハ110の表面を露出させた貫通部52を形成する。ここでは、貫通部52を圧電素子300の並設方向に亘って連続的に形成する。このような貫通部52を形成するタイミングは、本実施形態では、圧電素子300を形成した後としたが、勿論これに限定されず、圧電素子300を形成する前、具体的には、例えば、下電極膜60等を形成する前に、絶縁体膜51及び弾性膜50をパターニングして形成してもよい。勿論、下電極膜60を形成後で、且つ圧電体層70及び上電極膜80を形成する前に、貫通部52を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3 (d), a
次に、流路形成基板用ウェハ110の一方面側に各圧電素子300に接続されるリード電極90を形成する。例えば、本実施形態では、まず、図4(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って、スパッタリング法によりNiCrからなる密着層91を形成すると共に、この密着層91上に、スパッタリング法によりAuからなる金属スパッタ層92を形成する。このように、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って密着層91及び金属スパッタ層92を形成することにより、貫通部52はこれら密着層91及び金属スパッタ層92により封止される。
Next, the
次に、図4(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の一方面側に、アライメントマーク部450、金属隔離層190、及び金属配線ベース層900を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ110の一方面側の金属スパッタ層92上に、例えば、マスクパターンとなる所定形状のレジスト層500を形成し、このレジスト層500を介して金属スパッタ層92をパターニングすることにより、圧電素子300の一端部近傍側に、圧電素子300の並設方向に亘って連続する密着層91と金属スパッタ層92とが積層された部分である金属配線ベース層900を形成する。この金属配線ベース層900は、この時点では、圧電素子300毎にパターニングされていない。すなわち、圧電素子300が並設された領域に亘って連続的に形成されている。
Next, as shown in FIG. 4B, the
また、本実施形態では、このように金属配線ベース層900を形成する際に、同時に、流路形成基板用ウェハ110上に形成される凸部400の上部及びその周縁部に対応する金属スパッタ層92を除去することにより、密着層91で覆われた凸部400からなるアライメントマーク部450を形成する。アライメントマーク部450は、詳細は後述するが、金属配線ベース層900を各圧電素子300毎にパターニングする際において、画像認識による位置決め基準として用いられる。ここで、金属スパッタ層92は、本実施形態では、Auからなるので、表面が比較的粗い状態となっており、凸部400がこの金属スパッタ層92で覆われた状態では、金属スパッタ層92を介して凸部400の輪郭(外形)を画像認識するのが難しいが、凸部400に対応する部分の金属スパッタ層92を除去し、凸部400を露出させることにより、アライメントマーク部450を良好に画像認識することができる。すなわち、アライメントマーク部450は、凸部400が金属スパッタ層92で覆われた状態ではアライメントマークとして機能せず、画像認識可能な状態となった時点、例えば、本実施形態では凸部400に対応する部分の金属スパッタ層92を除去した時点で形成され、これにより、アライメントマークとして機能するものとなる。
Further, in the present embodiment, when the metal
さらに、本実施形態では、上記金属配線ベース層900及びアライメントマーク部450を形成する際に、同時に、貫通部52を覆った密着層91及び金属スパッタ層92について、貫通部52の開口周縁部を覆うように且つ金属配線ベース層900とは不連続となるように所定形状にパターニングすることにより、密着層91と金属スパッタ層92とが積層された部分である金属隔離層190を形成する。
Furthermore, in the present embodiment, when the metal
次いで、図4(c)に示すように、金属配線ベース層900及び金属隔離層190上に金属メッキ層93を選択的に形成する。このように、スパッタリング法により形成した金属スパッタ層92上に金属メッキ層93を形成することにより金属メッキ層93による金属スパッタ層92のカバレッジを向上して、穴の発生を防止することができる。すなわち、詳しくは後述するが、図7(a)に示すように、金属メッキ層93を形成せずに、スパッタリング法により形成される密着層91及び金属スパッタ層92だけの金属隔離層190Aを形成すると、金属スパッタ層92を形成する前に流路形成基板用ウェハ110上にパーティクルが存在した場合、スパッタリング法により形成された密着層91及び金属スパッタ層92は、そのパーティクル部分でのカバレッジが悪いため、金属隔離層190A自体に穴が開いてしまう場合がある。しかしながら、本発明のように、スパッタリング法により形成した金属隔離層190上にメッキ法により金属メッキ層93を形成しているので、金属メッキ層93はパーティクル部分でのカバレッジがよく、金属隔離層190の穴を確実に覆うことができる。
Next, as shown in FIG. 4C, a
これにより、詳しくは後述する圧力発生室12及び連通部13を形成する工程で使用するエッチング液が、金属隔離層190を通過してリザーバ形成基板用ウェハ130側に不用意に漏れ出るのを防止して、歩留まりを向上することができる。また、本実施形態では、金属隔離層190をリード電極90と同一の層で同時に形成するようにしたため、製造工程を簡略化することができる。
This prevents the etchant used in the process of forming the
なお、金属スパッタ層92をスパッタリング法による成膜工程を繰り返し行って複数層で構成してもよい。これにより、各層にピンホールが形成されたとしても、面方向で各層のピンホールが一致することはなく、圧力発生室12等を形成する工程で使用するエッチング液が金属隔離層190を通過することを有効に防止することができる。また、金属スパッタ層92を複数層で形成した場合、金属スパッタ層92の各層を形成した後、次の層を形成する前にその表面をスクラブ洗浄するようにするのが好ましい。
Note that the
ここで、金属スパッタ層92を1層だけ形成した後、洗浄により大きなパーティクルを除去すると、パーティクルが除去された部分の金属スパッタ層92に大きな穴が開いてしまう場合がある。この金属スパッタ層92に形成された大きな穴は、その大きさ次第では、この上から金属メッキ層93を形成しても塞ぐことができない場合がある。このような場合、金属スパッタ層92をスパッタリング法により繰り返し行って、金属スパッタ層92の各層を形成した後、次の層を形成する前にその表面をスクラブ洗浄することにより、金属スパッタ層92の各層でパーティクルを除去した際に形成された大きな穴を次の層にて塞ぐことができ、その後の金属メッキ層93を形成する際に、金属メッキ層39で金属スパッタ層92を確実に覆うことができる。これにより、金属スパッタ層92を形成した際に発生したパーティクルを除去することができ、さらにカバレッジを向上することができる。
Here, if only one
なお、本実施形態では、密着層91として、厚さが50nmのニッケルクロム(NiCr)層を形成した後、金属スパッタ層92として、厚さが200nmの金(Au)スパッタ層を形成し、その後、金属メッキ層93として厚さが1.0μmの金(Au)メッキ層を形成した。金属メッキ層93を形成するメッキ法は、特に限定されず、例えば、無電解メッキ法、電解メッキ法が挙げられる。
In the present embodiment, a nickel chromium (NiCr) layer having a thickness of 50 nm is formed as the
次いで、金属配線ベース層900及び金属メッキ層93を所定形状にパターニングしてリード電極90を形成する。具体的には、図5(a)に示すように、金属配線ベース層900に対応する金属メッキ層93上に、マスクパターンとなるレジスト層550を形成し、このレジスト層550を介して金属メッキ層93、金属配線ベース層900(密着層91及び金属スパッタ層92)をウェットエッチングにより除去することにより、各圧電素子300毎にリード電極90をパターニングする(図1参照)。このようにリード電極90を金属配線ベース層900及び金属メッキ層93を積層して所定の厚さで形成することにより、後述するワイヤボンディング時に駆動配線220との接合強度を確保することができる。また、リード電極90の電気抵抗を低くすることもできる。これにより、ヘッドの信頼性を向上することができる。
Next, the
ここで、このようにしてリード電極90を形成する際には、例えば、レジスト層550を介して金属メッキ層93、金属スパッタ層92及び密着層91をこの順で段階的にエッチングにより除去することによりパターニングしてもよいが、例えば、金属配線ベース層900及び金属メッキ層93をマスクとして予め密着層91を除去し、その後、レジスト層550を介して金属配線ベース層900及び金属メッキ層93をパターニングするのが好ましい。密着層91をウェットエッチングによりパターニングする際、密着層91にエッチング速度が異なる部分、具体的には、金属スパッタ層92が形成されていた部分とそれ以外の部分とが形成されることがなく、流路形成基板用ウェハ110上に密着層91の一部が残る、いわゆるエッチング残りが生じるのを有効に防止することができる。
Here, when the
なお、最終的に、レジスト層550を除去する前に、金属スパッタ層92及び金属メッキ層93をサイドウェットエッチングすることにより、金属スパッタ層92及び金属メッキ層93の外形を密着層91の外形よりも小さくなるように形成してもよい。これにより、例えば、圧電素子300が形成された領域上に、図示しないが、圧電素子300が水分等に起因して破壊されるのを防止するため、耐湿性保護膜として、アルミナ等の絶縁膜を形成する際に、リード電極90の周縁部での絶縁膜の付き回りをよくすることができる。
In addition, finally, before removing the resist
次に、図5(b)に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ130を、流路形成基板用ウェハ110上に接着剤35によって接着する。ここで、このリザーバ形成基板用ウェハ130には、リザーバ部31、圧電素子保持部32等が予め形成されており、リザーバ形成基板用ウェハ130上には、上述した接続配線200が予め形成されている。なお、リザーバ形成基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するシリコンウェハであり、リザーバ形成基板用ウェハ130を接合することで流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。なお、このように流路形成基板用ウェハ110とリザーバ形成基板用ウェハ130とを接合する際において、アライメントマーク部450を形成するのに用いた凸部400を位置決め基準に利用してもよい。
Next, as shown in FIG. 5B, the reservoir forming
次いで、図5(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さとなるまで研磨した後、更にフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ110を、約70μmの厚さとなるように加工した。次いで、図6(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなるマスク膜54を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図6(b)に示すように、このマスク膜54を介して流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチング(ウェットエッチング)して、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ110を、例えば、水酸化カリウム(KOH)水溶液等のエッチング液によって弾性膜50及び金属隔離層190が露出するまでエッチングすることより、圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14を同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, after the flow path forming
このとき、貫通部52は、表面に金属メッキ層が設けられた金属隔離層190によって封止されているため、貫通部52を介してリザーバ形成基板用ウェハ130側にエッチング液が漏れ出ることがない。
At this time, since the penetrating
ここで、例えば、図7(a)に示すように、金属隔離層190Aを、スパッタリング法により形成した金属スパッタ層92で構成すると、金属スパッタ層92は、パーティクル600の全面を覆うことができず、パーティクル600の上面のみしか覆うことができないため、金属スパッタ層92に穴601が開いてしまう。そして、このような状態で、流路形成基板用ウェハ110の異方性エッチングを行うと、エッチング液が金属隔離層190Aの穴601を介してリザーバ形成基板用ウェハ130側に漏れ出てしまい、リザーバ形成基板用ウェハ130上の接続配線200やリザーバ形成基板用ウェハ130自体がエッチングされてしまう。
Here, for example, as shown in FIG. 7A, when the
しかしながら、図7(b)に示すように、密着層91上にスパッタリング法により金属スパッタ層92を形成した後、金属スパッタ層92上に金属メッキ層93を形成することで、密着層91及び金属スパッタ層92からなる金属隔離層190によってパーティクル600が覆えない場合にも、金属メッキ層93がパーティクル600及びその周囲の隙間を覆うことができるため、金属隔離層190の穴を金属メッキ層93で確実に覆うことができる。したがって、本発明によれば、エッチング液が金属隔離層190を介してリザーバ形成基板用ウェハ130側に漏れ出るのを確実に防止することができる。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ130の表面に設けられている接続配線200にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。また、リザーバ部31内にエッチング液が浸入してリザーバ形成基板用ウェハ130がエッチングされる虞もない。
However, as shown in FIG. 7B, after the
また、金属隔離層190は、スパッタリング法により形成された金属スパッタ層92の内部応力が引っ張り応力となり、メッキ法により形成された金属メッキ層93の内部応力が圧縮応力となるため、各層の内部応力が互いに打ち消し合い、全体に内部応力によって割れが生じることがない。例えば、図7(a)に示すように、スパッタリング法で厚い金属スパッタ層92を形成し、この金属スパッタ層92のみを金属隔離層190Aとすると、スパッタリング法により形成された厚い金属スパッタ層92は、引っ張り側の内部応力により金属隔離層190Aに割れが生じてしまう虞がある。しかしながら、図7(b)に示すように、スパッタリング法により形成される金属スパッタ層92上に金属メッキ層93を積層したため、結果的に内部応力が互いに打ち消し合うことになり、金属隔離層190及び金属メッキ層93に割れ等が生じるのを防止することができる。
Further, in the
なお、このような圧力発生室12等を形成する際、リザーバ形成基板用ウェハ130の流路形成基板用ウェハ110側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、PPTA(ポリパラフェニレンテレフタルアミド)等からなる封止フィルムでさらに封止するようにしてもよい。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ130の表面に設けられた配線の断線等の不良をより確実に防止することができる。
When forming such a
次いで、図6(c)に示すように、貫通部52に対向する領域の金属メッキ層93及び金属隔離層190をエッチングにより除去し、貫通部52を介して連通部13とリザーバ部31とを連通させてリザーバ100を形成する。例えば、本実施形態では、所定のエッチング液によるウェットエッチングによって、貫通部52に対向する金属メッキ層93及び金属隔離層190を除去するようにした。このとき、リザーバ形成基板用ウェハ130と流路形成基板用ウェハ110との接合領域に対向する金属メッキ層93及び金属隔離層190は完全にエッチングされることはないため、貫通部52の周縁部には、金属隔離層の周縁部の層191及びこの上に積層された金属メッキ層93が部分的に残存することになる。
Next, as shown in FIG. 6C, the
このように、本実施形態では、貫通部52に対向する金属メッキ層93及び金属隔離層190をウェットエッチングによって除去するようにしたので、極めて短時間で金属メッキ層93及び金属隔離層190を良好に貫通してリザーバ100を良好に形成することができる。なお、本実施形態では、金属メッキ層93及び金属隔離層190をウェットエッチングによって除去しているが、これに限定されず、ドライエッチングによって除去するようにしてもよい。
Thus, in this embodiment, since the
このようにリザーバ100を形成した後は、図2(b)に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ130に形成されている接続配線200上に駆動IC210を実装すると共に、駆動IC210とリード電極90とを駆動配線220によって接続する。その後、流路形成基板用ウェハ110及びリザーバ形成基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110のリザーバ形成基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、リザーバ形成基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。なお、このように接続配線200とリード電極90とをワイヤボンディング接続する際において、アライメントマーク部450を形成するのに用いた凸部400を位置決め基準に利用してもよい。
After the
以上説明したように、本実施形態の製造方法では、流路形成基板用ウェハ110の一方面側に、密着層91及び金属スパッタ層92からなる金属層を形成し、この金属層をパターニングして金属配線ベース層900及びアライメントマーク部450を予め形成しておくことで、その後に金属メッキ層93を形成しても、金属配線ベース層900をパターニングする際に、アライメントマーク部450を確実に画像認識することができるため、流路形成基板用ウェハ110の所定位置に所定形状のリード電極90を高精度に形成することができる。
As described above, in the manufacturing method of this embodiment, a metal layer composed of the
また、本実施形態の製造方法では、連通部13とリザーバ部31とを隔てる金属隔離層190及び金属メッキ層93からなる部分をリード電極90と同一の構成、すなわち、密着層91、金属スパッタ層92及び金属メッキ層93の3層構造で形成したので、密着層91及び金属スパッタ層92に形成される穴を、金属メッキ層93により確実に覆うことができ、圧力発生室12等を形成する際に、リザーバ形成基板用ウェハ130側へのエッチング液の液漏れを防止することができ、歩留まりを向上することができる。また、メッキ法によりリード電極90を一度に比較的厚く形成することができるため、スパッタリング法により厚い金属スパッタ層92を形成する必要がなくなり、スパッタリング法による長時間の成膜が不要となって、製造時間を短縮することができると共に、コストを低減することができる。さらに、スパッタリング法により形成した金属スパッタ層92の内部応力と、メッキ法により形成した金属メッキ層94の内部応力とが互いに打ち消し合うため、内部応力によって金属隔離層190及び金属メッキ層93に割れが生じるのを防止することができる。
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the portion composed of the
ここで、下記実施例1〜4及び比較例1、2の金属隔離層をエッチング液が通過するか否かの試験を行った。 Here, it was tested whether or not the etching solution passed through the metal isolation layers of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 below.
(実施例1〜4)
実施例1の金属隔離層として、流路形成基板用ウェハ上にスパッタリング法により200nmの厚さの金属スパッタ層を形成後、この金属スパッタ層上にメッキ法により3000nmの厚さの金属メッキ層で形成した。
(Examples 1-4)
As a metal isolation layer of Example 1, after forming a metal sputtering layer having a thickness of 200 nm on the flow path forming substrate wafer by sputtering, a metal plating layer having a thickness of 3000 nm is formed on the metal sputtering layer by plating. Formed.
実施例2の金属隔離層として、流路形成基板用ウェハ上にスパッタリング法により200nmの厚さの金属スパッタ層を形成後、この金属スパッタ層上にメッキ法により1000nmの厚さの金属メッキ層を形成した。 As a metal isolation layer of Example 2, after forming a metal sputtering layer having a thickness of 200 nm on the flow path forming substrate wafer by sputtering, a metal plating layer having a thickness of 1000 nm is formed on the metal sputtering layer by plating. Formed.
実施例3の金属隔離層として、流路形成基板用ウェハ上にスパッタリング法により200nmの厚さの金属スパッタ層を形成後、この金属スパッタ層上にメッキ法により800nmの厚さの金属メッキ層を形成した。 As a metal isolation layer of Example 3, after forming a metal sputtering layer having a thickness of 200 nm on the flow path forming substrate wafer by sputtering, a metal plating layer having a thickness of 800 nm is formed on the metal sputtering layer by plating. Formed.
実施例4の金属隔離層として、流路形成基板用ウェハ上にスパッタリング法により100nmの厚さで1層目のスパッタ層を形成後、1層目のスパッタ層上にスパッタリング法により100nm厚さで2層目のスパッタ層を積層して2層構造の金属スパッタ層を形成後、この金属スパッタ層上に金属メッキ層をメッキ法により1000nmの厚さで形成した。 As the metal isolation layer of Example 4, after forming a first sputter layer with a thickness of 100 nm on a flow path forming substrate wafer by a sputtering method, the first sputter layer is formed with a thickness of 100 nm by a sputtering method. After the second sputter layer was laminated to form a metal sputter layer having a two-layer structure, a metal plating layer was formed on the metal sputter layer to a thickness of 1000 nm by a plating method.
なお、各実施例1〜4の金属隔離層は、各層を成膜する度にその表面をスクラブ洗浄して形成した。 The metal isolation layers of Examples 1 to 4 were formed by scrubbing the surface each time each layer was formed.
(比較例1及び2)
比較例1の金属隔離層として、流路形成基板用ウェハ上にスパッタリング法により400nmの厚さで1層目のスパッタ層を形成後、1層目のスパッタ層上にスパッタリング法により400nmの厚さで2層目のスパッタ層を形成し、2層目のスパッタ層上にスパッタリング法により400nmの厚さで3層目のスパッタ層を積層して金属スパッタ層を形成した。すなわち、比較例1の金属隔離層として、スパッタリング法により3層が積層された金属スパッタ層を形成した。
(Comparative Examples 1 and 2)
As the metal isolation layer of Comparative Example 1, after forming a first sputter layer with a thickness of 400 nm on the flow path forming substrate wafer by a sputtering method, a thickness of 400 nm is formed on the first sputter layer by a sputtering method. Then, a second sputter layer was formed, and a third sputter layer having a thickness of 400 nm was laminated on the second sputter layer by a sputtering method to form a metal sputter layer. That is, as the metal isolation layer of Comparative Example 1, a metal sputter layer in which three layers were laminated by a sputtering method was formed.
比較例2の金属隔離層として、流路形成基板用ウェハ上にスパッタリング法により200nmの厚さで1層目のスパッタ層を形成後、1層目のスパッタ層上にスパッタリング法により1000nmの厚さで2層目のスパッタ層を積層して金属スパッタ層を形成した。すなわち、比較例2の金属隔離層として、スパッタリング法により2層が積層された金属スパッタ層を形成した。 As the metal isolation layer of Comparative Example 2, a first sputter layer is formed with a thickness of 200 nm on the flow path forming substrate wafer by a sputtering method, and then a thickness of 1000 nm is formed on the first sputter layer by a sputtering method. A metal sputter layer was formed by laminating the second sputter layer. That is, as the metal isolation layer of Comparative Example 2, a metal sputter layer in which two layers were laminated by a sputtering method was formed.
なお、比較例1及び2の金属隔離層は、各層を成膜する度にその表面をスクラブ洗浄して形成した。 The metal isolation layers of Comparative Examples 1 and 2 were formed by scrubbing the surface each time each layer was formed.
(試験例)
実施例1〜4と比較例1及び2との金属隔離層が形成された流路形成基板用ウェハをウェットエッチングすることにより圧力発生室12及び連通部13を形成し、エッチング液が金属隔離層を通過して液漏れしたかを測定した。この結果を下記表1に示す。
(Test example)
The
表1に示すように、実施例1〜4の金属隔離層、すなわち、スパッタリング法により金属スパッタ層を形成した後、金属スパッタ層上にメッキ法により金属メッキ層を形成した金属隔離層は、エッチング液の液漏れが確認されなかった。これに対し、比較例1及び2の金属隔離層、すなわち、スパッタリング法を複数回繰り返し行って複数層の金属スパッタ層のみを形成した金属隔離層は、エッチング液の液漏れが生じてしまった。実施例3は、金属隔離層としては1000nmの厚みでエッチング液の液漏れを防止しているのに対し、この実施例3よりも厚みが厚い比較例1及び2の金属隔離層(いずれとも1200nm)ではエッチング液の液漏れを防止することができないという結果から、金属メッキ層を用いた金属剥離層の方が、厚みを厚くすること無くエッチング液の液漏れを防止できると言うことができる。 As shown in Table 1, the metal isolation layer of Examples 1 to 4, that is, the metal isolation layer formed by the plating method on the metal sputtering layer after forming the metal sputtering layer by the sputtering method is etched. Liquid leakage was not confirmed. On the other hand, the metal isolation layer of Comparative Examples 1 and 2, that is, the metal isolation layer formed by repeating the sputtering method a plurality of times to form only a plurality of metal sputter layers, caused leakage of the etchant. In Example 3, the metal isolation layer has a thickness of 1000 nm to prevent leakage of the etching solution, whereas the metal isolation layers of Comparative Examples 1 and 2 having a thickness greater than that of Example 3 (both 1200 nm). ) Cannot prevent leakage of the etching solution, it can be said that the metal peeling layer using the metal plating layer can prevent the leakage of the etching solution without increasing the thickness.
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態1を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1では、圧電素子300を形成した後に貫通部52を形成したが、これとは反対に圧電素子300を形成する前に貫通部52を形成するようにしてもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although Embodiment 1 of this invention was demonstrated, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the first embodiment described above, the penetrating
また、上述した実施形態1では、金属隔離層190を金属配線ベース層900のパターニングと同時に形成したが、特にこれに限定されず、例えば、金属隔離層190と金属配線ベース層900とを別々に形成するようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the
さらに、上述した実施形態1では、流路形成基板用ウェハ110の一方面側に予め凸部400を形成しておき、この上に密着層91及び金属スパッタ層92を形成し、その後、金属スパッタ層92をパターニングすることにより、金属配線ベース層900とアライメントマーク部450とを形成するようにしたが、勿論これに限定されず、流路形成基板用ウェハに凸部を設けずに、金属スパッタ層をパターニングして、金属配線ベース層と同一層のアライメントマーク部を形成してもよい。この場合でも上述した実施形態1と同様の効果を得ることができる。
Furthermore, in the first embodiment described above, the
また、上述した実施形態1では、流路形成基板用ウェハ110の貫通部52に相対向する領域に金属隔離層190を形成するようにしたが、金属隔離層190の形成領域は特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドの各部材を位置決めするために用いるアライメント孔や、流路形成基板用ウェハ110とリザーバ形成基板用ウェハ130とを分割する際に使用されるミシン目などが形成される領域に、本発明の金属隔離層190を適用すれば、アライメント孔やミシン目を介してエッチング液が液漏れするのを防止することができる。
In the first embodiment described above, the
さらに、上述した実施形態1では、流路形成基板用ウェハ110の凸部400を含む周縁部を流路形成基板用ウェハ110等を分割する際において不要部分として切断により除去したが、勿論これに限定されず、例えば、流路形成基板用ウェハの切断領域に凸部を形成せずに、この凸部を、その後に行うリード電極と駆動ICとのワイヤボンディング接続時のアライメントマーク部、あるいは、流路形成基板用ウェハとリザーバ形成基板用ウェハとの接合時のアライメントマーク部として利用してもよい。
Furthermore, in Embodiment 1 described above, the peripheral portion including the
なお、上述した実施形態1においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the first embodiment described above, an ink jet recording head has been described as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads, and ejects liquids other than ink. Of course, the present invention can also be applied to a manufacturing method of a liquid jet head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (surface emitting displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
また、本発明は、上記液体噴射ヘッドの製造方法に限定されず、例えば、ベース基板の一方面上に、金属材料からなる金属層を形成すると共にこの金属層を所定形状にパターニングすることにより金属配線ベース層及びアライメントマーク部をそれぞれ別々の位置に形成した後、少なくとも金属配線ベース層上に、メッキ法により金属材料からなる金属メッキ層を形成し、その後、アライメントマーク部を画像認識による位置決め基準として金属配線ベース層及び金属メッキ層を所定形状にパターニングすることにより金属配線部を形成する金属配線基板の製造方法として、基板上に金属配線を形成する用途において広く適用可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described method for manufacturing a liquid jet head. For example, a metal layer made of a metal material is formed on one surface of a base substrate, and the metal layer is patterned into a predetermined shape. After the wiring base layer and the alignment mark part are formed at different positions, a metal plating layer made of a metal material is formed on at least the metal wiring base layer by a plating method, and then the alignment mark part is positioned by image recognition. As a method for manufacturing a metal wiring substrate in which a metal wiring portion is formed by patterning a metal wiring base layer and a metal plating layer into a predetermined shape, the present invention can be widely applied in applications in which metal wiring is formed on a substrate.
さらに、このような金属配線基板の製造方法においては、上述した実施形態1のリザーバを形成するのと同様の手順で、ベース基板とこの上に接合される接合基板とに亘って連通する貫通孔を有する構造体の製造方法においても適用可能である。 Further, in such a method of manufacturing a metal wiring board, a through-hole communicating with the base substrate and the bonding substrate bonded thereon is performed in the same procedure as that for forming the reservoir of the first embodiment. It is applicable also in the manufacturing method of the structure which has this.
このような構造体は、本発明を適用して次のように製造することができる。具体的には、ウェットエッチングにより厚さ方向に貫通して第1貫通孔が形成されるベース基板の一方面上にスパッタリング法により形成される金属層を所定形状にパターニングする際に、ベース基板の第1貫通孔が形成される部分に対応して金属隔離層を形成すると共に、金属隔離層上に金属メッキ層を形成した後、ベース基板の一方面側に、ベース基板の第1貫通孔が形成される領域に対応する部分を厚さ方向に貫通して第2貫通孔が形成されると共にベース基板をウェットエッチングする際に用いるエッチング液によりウェットエッチングされる材料からなる接合基板を接合した後、ベース基板を他方面側から金属隔離層が露出するまでウェットエッチングすることにより第1貫通孔を形成し、その後、ベース基板の第1貫通孔と接合基板に形成された第2貫通孔とを隔てる金属隔離層を貫通する。これにより、ベース基板をウェットエッチングする際に、エッチング液が第2貫通孔側に金属隔離層及び金属メッキ層を介して流出することがないため、接合基板がウェットエッチングされるのを確実に防止することができる。また、ベース基板上の所定位置に所定形状の金属配線を高精度に形成することができる。 Such a structure can be manufactured as follows by applying the present invention. Specifically, when patterning a metal layer formed by sputtering on a first surface of a base substrate that penetrates in the thickness direction by wet etching to form a first through hole, the base substrate After forming the metal isolation layer corresponding to the portion where the first through hole is formed and forming the metal plating layer on the metal isolation layer, the first through hole of the base substrate is formed on one side of the base substrate. After bonding a bonding substrate made of a material that is wet-etched with an etching solution used when the base substrate is wet-etched while a second through-hole is formed through a portion corresponding to the region to be formed in the thickness direction The first through hole is formed by wet etching the base substrate from the other surface side until the metal isolation layer is exposed, and then bonded to the first through hole of the base substrate. Penetrating the metal isolation layer that separates the second through hole formed in the plate. As a result, when the base substrate is wet-etched, the etchant does not flow out to the second through-hole side via the metal isolation layer and the metal plating layer, thereby reliably preventing the bonded substrate from being wet-etched. can do. In addition, a predetermined-shaped metal wiring can be formed with high accuracy at a predetermined position on the base substrate.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 リザーバ形成基板、 31 リザーバ部、32 圧電素子保持部、 35 接着剤、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 51 絶縁体膜、 52 貫通孔、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 91 密着層、 92 金属スパッタ層、 93 金属メッキ層、 100 リザーバ、 110 流路形成基板用ウェハ、 130 リザーバ形成基板用ウェハ、 190 金属隔離層、 200 接続配線、 210 駆動IC、 220 駆動配線、 300 圧電素子、 400 凸部、 900 金属配線ベース層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
When forming the piezoelectric element on the one surface of the flow path forming substrate, a convex portion made of the same layer as the piezoelectric layer and the upper electrode is formed, and the flow path forming substrate including the convex portion is formed. After the metal layer is formed on the one surface, the alignment mark portion is formed by the convex portion from which the metal layer is removed by removing the metal layer corresponding to the convex portion. A method for manufacturing a liquid jet head according to claim 7.
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