(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
（１）液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子と、該素子と電気的に接続された電極層と、を第１の面側に有する基材を用意する工程と、
（２）前記基材の前記第１の面の裏面である第２の面に、前記電極層の一部が底面となる凹部を設ける工程と、
（３）前記凹部の内側面と前記底面とを絶縁性の膜で被覆する工程と、
（４）前記底面を被覆する前記絶縁性の膜の一部をレーザー光により除去して、前記電極層を部分的に露出させる工程と、
（５）前記電極層の露出した部分と電気的に接続するように、前記基板の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通する貫通電極を設ける工程と、
を含み、
前記電極層を部分的に露出させる工程において、前記電極層をレーザー加工のストップ層として用いて前記絶縁性の膜の一部を前記レーザー光により除去し、前記電極層を部分的に露出させる液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項２】
前記電極層は前記絶縁性の膜より前記レーザー光に対する強度が高い請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項３】
前記レーザー光がパルスレーザーであり、該パルスレーザーの発振時間が１μｓ以下である請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項４】
前記レーザー光が可視光より短い波長の光である請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁性の膜がエポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリ尿素又はポリパラキシリレンを含む請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項６】
前記電極層がアルミニウム、銅、および金の少なくとも１つを含む金属からなる請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項７】
前記電極がアルミニウムとシリコンとの合金からなる請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁性の膜がポリパラキシリレンである請求項７に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項９】
前記レーザー光がクリプトンとフッ素ガスとを利用して発生させたエキシマを利用して得られたものである請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１０】
前記レーザー光がイットリウム・アルミニウム・ガーネットを利用して発生させたＹＡＧレーザーの第４高調波を含むものである請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１１】
前記ポリパラキシリレンの膜の厚さが０．５μｍ以上５μｍ以下であり、前記電極層の厚が０．１μｍ以上３μｍ以下である請求項８乃至１０のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（１）において、前記基板は、該基板の一部を露出する凹部を有する絶縁層を第１の面側に有し、該絶縁層の上に前記素子及び前記電極配線層が形成され、前記凹部の底部において前記電極配線と前記基板とが接している、請求項１乃至１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（１）の後であって前記工程（４）の間に、前記液体を吐出する吐出口を有する吐出口形成部材を形成する工程を有する請求項１乃至１２のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに使用される液体吐出ヘッド用の基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を吐出する液体吐出ヘッドの代表的な例として、エネルギー発生素子から発生されるエネルギーによってインクを吐出口から小滴として吐出させ、紙に代表される被記録媒体に付着させ画像記録を行うインクジェット記録方式が知られている。
【０００３】
特許文献１には、以下のようなインクジェット記録ヘッド用の基板の製造方法が開示されている。この方法では、まず、表面側にエネルギー発生素子が設けられたシリコン基材の裏面から基板を掘り込むことによって基板に凹部を形成し、凹部の内壁全体に絶縁性の膜を設ける。そして、その膜に接するように、基板を貫通し、当該素子に電気的に接続する貫通電極を凹部内に設ける。貫通電極とシリコン基材とは絶縁性の膜によって絶縁される。さらに、この方法においては、フォトリソグラフィーの手法を用いてレジストからエッチングマスクを形成し、絶縁性の膜の凹部の底に位置する部分のみを除去して、貫通電極を基板表面側にアクセスさせるための開口を形成する。
【０００４】
しかしながら、貫通電極を設ける凹部のアスペクト比が高い（径に対して深さの比が大きい）場合には、凹部内のレジストをフォトリソグラフィーによって加工し、エッチングレジストを精度良く形成することは困難であると考えられる。レジストが精度よく加工できない場合には、所望の形状の絶縁性の膜が得られず、液体吐出ヘッドにおいて、所望の電気的特性が得られないことが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ公開２００８／０１６５２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、貫通電極と他の部材とを絶縁するための絶縁性の膜が精度良く形成され、電気的特性が良好である液体吐出ヘッド用の基板を歩留まり良く製造する方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
（１）液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子と、該素子と電気的に接続された電極層と、を第１の面側に有する基材を用意する工程と、
（２）前記基材の前記第１の面の裏面である第２の面に、前記電極層の一部が底面となる凹部を設ける工程と、
（３）前記凹部の内側面と前記底面とを絶縁性の膜で被覆する工程と、
（４）前記底面を被覆する前記絶縁性の膜の一部をレーザー光により除去して、前記電極層を部分的に露出させる工程と、
（５）前記電極層の露出した部分と電気的に接続するように、前記基板の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通する貫通電極を設ける工程と、
を含み、
前記電極層を部分的に露出させる工程において、前記電極層をレーザー加工のストップ層として用いて前記絶縁性の膜の一部を前記レーザー光により除去し、前記電極層を部分的に露出させる液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、貫通電極と他の部材とを絶縁するための絶縁性の膜が精度良く形成され、電気的特性が良好である液体吐出ヘッド用の基板が歩留り良く得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】凹部の底部の樹脂被覆膜をレーザーにより除去する工程を示す概略図である。
【図２】実施形態１の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図３】実施形態２の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図４】実施形態２の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図５】実施形態２の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図６】本発明の実施形態のインクジェットヘッド用基板を搭載したヘッドアセンブリの模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照にして説明する。なお、液体吐出ヘッド用基板の一例としてインクジェット記録ヘッドヘッド用基板を例に挙げて説明を行う。
【００１１】
図６は、本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法により製造されるインクジェット記録ヘッド用基板を用いて形成したヘッドアセンブリの一例を示す断面図である。
【００１２】
インクジェット記録ヘッドはエネルギー発生素子１から発生したエネルギーによってインク（記録液とも称す）をインク吐出口４から吐出し、記録媒体にインクを着弾させて印字を行う。
【００１３】
インクジェット記録ヘッド用基板は、シリコンの基材２と、その上に設けられたインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子１と、を備えている。さらにインクジェット記録ヘッド用基板は、エネルギー発生素子１の駆動回路配線である第１の電極層としての配線層１１と、それに電気信号を供給するための基材２を貫通する貫通電極２４と貫通電極２４の絶縁層２１を有している。貫通電極２４は基材２の裏面及び内部に設けられ、駆動回路配線１１は配線層として基材２の表面側に設けられている。貫通電極２４は基材２を貫通し、基材２の裏面側の電気配線１０２の電気接続用の端子１００と電気的に接続されている。また、封止部材１０３によって封止されている。電極配線１０２はアルミナ等の支持部材１０１に支持されている。
【００１４】
（実施形態１）
第１実施形態のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法を以下に説明する。
【００１５】
図２（Ａ）に示すように、シリコン基材２上にエネルギー発生素子１、駆動回路配線となる第１の電極層としての配線層１１をフォトリソグラフィーを用いた多層配線技術によって形成し、その上に無機保護膜１２を成膜する。配線層の材料としては、導電性を有する金属であればよく、例えばアルミニウム、銅、金又はこれらを含む合金などを挙げることができる。また、アルミニウムを含む金属を好ましく用いることができる。以上により、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子１と、それと電気的に接続された第１の電極層１１を第１の面側に有するシリコン基材２が用意される。なお、第１の面の裏面（第１の面と反対側の面）を第２の面とも称す。
【００１６】
次に、図２（Ｂ）に示すように、カチオン重合型エポキシ樹脂の吐出口形成部材３を塗布形成し、これにフォトリソグラフィー法によりインク吐出口４を形成する。
【００１７】
次に、図２（Ｃ）に示すように、基板裏面からＢｏｓｃｈプロセス等のＤｅｅｐ−ＲＩＥ法によりシリコン基材に配線層１１に達する凹部５を形成する。凹部５の底面には配線層の一部が露出する。
【００１８】
次に、図２（Ｄ）に示すように、貫通電極に必要な耐インク性を確保するために有機ＣＶＤ法を用いて樹脂保護膜２１を凹部５の内側面と底面とを被覆する。例えば、基板裏面全面、より具体的には、基板裏面、凹部側面、凹部底面に絶縁性の樹脂保護膜を成膜する。
【００１９】
本発明において有機ＣＶＤ膜とは、有機ＣＶＤ法により形成された樹脂膜のことである。有機ＣＶＤ法とは、原料として有機物のモノマーまたはポリマー前駆体としてのプレポリマーを蒸発させターゲット上でポリマーとして成膜する方法である。
【００２０】
有機ＣＶＤによって形成された有機ＣＶＤ膜はつきまわりが良好であり、高アスペクト比の凹部（例えば基板厚さ２００μｍ、凹部大きさφ５０μｍ）においても良好なカバレージを実現する。
【００２１】
樹脂保護膜の材料としては、有機ＣＶＤ法により保護膜を形成可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、樹脂保護膜がエポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリ尿素、ポリパラキシリレン等を挙げることができる。
【００２２】
次に、図２（Ｅ）に示すように、凹部底部の樹脂保護膜２３を選択的に除去する。この際、基板裏面と凹部側面の樹脂保護膜と配線層１１にダメージを与えずに、凹部底部の樹脂保護膜２３を部分的に除去することが必要である。
【００２３】
そこで、検討の結果、レーザー光を用いることにより、凹部側面の樹脂保護膜と配線層にダメージを与えずに、良好に凹部底部の樹脂保護膜を除去することができることを発見した。とくに、レーザーが発振時間が１μｓ以下のパルスレーザー又は可視光より短い波長の場合、除去後の樹脂保護膜の形状がよりシャープで良好であり、且つ配線層にダメージをより与えずに、凹部底部の樹脂保護膜２３を除去可能であることを発見した。
【００２４】
本発明におけるレーザー光としては、樹脂保護膜を除去することができるものであれば特に制限されないが、１μｓ以下のパルスレーザー、又は可視光より短い波長を有するレーザーであることが好ましい。また、レーザー光としては、１μｓ以下且つ可視光より短い波長を有するパルスレーザーであることがより好ましい。このようなレーザー光としては例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶を用いて発生させたＹＡＧレーザーや、クリプトンとフッ素ガスとを利用して発生させたＫｒＦエキシマレーザーを使用することが可能である。また、好ましい波長としては、２００〜２７０ｎｍである。
【００２５】
本実施形態では、図１に示すように、例えば、紫外線パルスレーザーであるエキシマレーザー（波長：２４８ｎｍ，パルス幅：３０ｎｓ、エネルギー密度：０．６Ｊ／ｃｍ２）を用いて、凹部底部の樹脂保護膜を除去し、φ５０の開口３０を精度よく保護膜２１に形成することができる。
【００２６】
この際、例えば、樹脂保護膜２１の膜厚は２μｍ程度のポリパラキシリレンである。また、レーザー照射のショット数を重ねて所望の樹脂膜厚を除去することができる。ポリパラキシリレンは紫外の長波長の光をほとんど吸収しないので、ＫｒＦエキシマレーザー（波長：２４８ｎｍ）、あるいはＹＡＧレーザーの第４高調波（波長：２６６ｎｍ）を使用することが好適である。
【００２７】
また、樹脂保護膜２１のレーザー加工のストップ層として、凹部底部の樹脂保護膜の先に電気回路の配線層が配置されるように構成されている。本実施形態では、例えば、配線層はＡｌ−Ｓｉ層（膜厚；０．８μｍ）をスパッタにより成膜して形成することができる。このとき、電極層は絶縁性の膜より加工に用いられるレーザー光に対する強度が高い。アルミニウムとシリコンとの合金は、２００〜２７０ｎｍの範囲の光を吸収することができ、保護膜２１を加工するＫｒＦエキシマレーザー（波長：２４８ｎｍ）、あるいはＹＡＧレーザーの第４高調波（波長：２６６ｎｍ）、を吸収することが可能である。これにより上層の無機保護膜１２や樹脂の吐出口部材は、レーザーによる損傷を逃れることができる。
【００２８】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ部分のレーザーが照射される部分の拡大図である。ＫｒＦエキシマレーザー（波長：２４８ｎｍ）、あるいはＹＡＧレーザーの第４高調波（波長：２６６ｎｍ）による加工でポリパラキシリレンに精度よく開口３０を形成し、かつ、配線層であるＡｌ−Ｓｉ層１１がレーザーをストップする機能を十分に果たし、エネルギー発生素子へ送電する配線としての機能を満足するためには、以下を満足することが好ましい。ポリパラキシリレン膜２１の厚さはＤは０．５μｍ以上５μｍ以下であり、Ａｌ−Ｓｉ層１１の膜厚Ｌは０．１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
次に、図２（Ｆ）に示すように、導電膜となる金属膜を蒸着法により基板裏面及び凹部内に成膜し、パターニングを行うことにより、第２の電極層としての貫通電極２４を形成する。
【００３０】
図６は、本実施形態で製造された貫通電極付きインクジェット記録ヘッド用基板をヘッド形態に実装した時の模式断面図である。図２（Ｆ）までに示すように形成した基板をダイシングしてチップ化し、配線と導電性のランドが形成されたチッププレートに実装して封止を行うことにより、ヘッドを完成させる。
【００３１】
（実施形態２）
第２実施形態の貫通電極付きインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法を例として以下に示す。主に、上記の実施形態１と異なる点について主に説明する。
【００３２】
実施形態２においては、駆動回路配線となる配線層１１が熱酸化膜１３の上に形成され、半導体デバイスにおける素子分離を熱酸化膜で実現する構造を取った場合の例として挙げている。
【００３３】
図３（Ｂ）に示すように、シリコン基材２に絶縁層となる熱酸化膜１３を熱ＣＶＤ等の方法で成長形成する。なお、実際の熱ＣＶＤ工程ではシリコン基材の両面に熱酸化膜が成膜されるが、説明を簡略化するため、基板表面の熱酸化膜のみに着目する。
【００３４】
この際、図３（Ｂ）に示すように、貫通電極を形成する部分に予めシリコン窒化膜等でマスキングを行い、熱酸化膜が成長しないように形成することが望ましい。
【００３５】
熱酸化膜は、半導体素子を形成するいくつかの熱工程で成長が進むことから、配線層を形成する直前で熱酸化膜をエッチングし、図３（Ｃ）に示すように、シリコン基材の表面を完全に露出させる。
【００３６】
次に、図３（Ｄ）に示すように、駆動回路配線となる配線層を形成する。エネルギー発生素子１は実施形態１と同様に形成することができる。
【００３７】
次に、図４（Ａ）に示すように、無機保護膜１２を形成する。無機保護膜１２は実施形態１と同様に形成することができる。
【００３８】
次に、図４（Ｂ）に示すように、吐出口形成部材３を塗布し、インク吐出口４を実施形態１と同様に形成する。
【００３９】
次に、図４（Ｃ）に示すように、シリコン基材２の裏面からＢｏｓｃｈプロセス等のＤｅｅｐ−ＲＩＥ法により凹部５を形成する。
【００４０】
この際、エッチングガスの選択性から熱酸化膜はエッチングされず、凹部５は図４（Ｃ）に示す形状となる。
【００４１】
次に、図５（Ａ）に示すように、貫通電極に必要な耐インク性を確保するために、有機ＣＶＤ法を用いて樹脂保護膜２１を基板裏面全面に成膜する。
【００４２】
本実施形態では、凹部の底部形状が複雑化しており、図５（Ａ）に示す形状になる。
【００４３】
次に、図５（Ｂ）に示すように、実施形態１と同様に、凹部底部の樹脂保護膜２３をレーザーを用いて選択的に除去する。
【００４４】
次に、図５（Ｃ）に示すように、導電膜となる金属膜を蒸着法により成膜し、パターニングを行うことにより、基板内部に貫通電極２４を形成する。
【００４５】
図５（Ｃ）までに示すように形成した基板をダイシングしてチップ化し、配線と導電性のランドが形成されたチッププレートに実装して封止を行うことにより、ヘッドを完成させる。
【符号の説明】
【００４６】
１  エネルギー発生素子
２  基材
３  吐出口形成部材
４  インク吐出口
５  凹部
１１  配線層
１２  無機保護膜
１３  熱酸化膜
２１  絶縁層
２２  レーザー
２３  樹脂保護膜
２４  貫通電極
３０  開口
１００  電気接続用の端子
１０１  支持部材
１０２  電気配線
１０３  封止部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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