JP2007180304A - パターンの形成方法、及び液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ウエットエッチングを用いた際のサイドエッチを低減することにより精度の高い微細なパターンを形成できる、パターンの形成方法、及び液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】基板１８上に機能性材料からなる薄膜２８を成膜し、薄膜２８上にレジストパターン３８を形成する。そして、レジストパターン３８を撥液化処理して、撥液化処理が施されたレジストパターン３８をマスクにして、薄膜２８をウエットエッチングによりパターニングする。
【選択図】図２

Description

本発明は、パターンの形成方法、及び液滴吐出ヘッドに関する。

配線、絶縁膜、半導体層等からなるパターンを基板上に形成する方法としては、基板表面にスパッタ、蒸着等によって薄膜を成膜した後、該薄膜上にレジストを塗布・露光・現像し、所望のパターンに対応したレジスト形状にパターニングする。そして、このレジストをマスクにしてエッチング工程を行うことにより、例えば配線パターン（パターン）を形成する。

上記のエッチング工程としては、例えば真空中でプラズマを用いることでドライエッチングを行う方法がある。このようなドライエッチング工程では、微細なパターン形成が可能となるものの、真空中でプラズマを用いるための真空装置及びプラズマ装置が必要となることから、装置が高価、かつその使用電力も大きくなってしまう。

一方、上記レジストをマスクとし、エッチング液を用いたウエットエッチングを行うことで、真空装置等の高価な装置を用いることなく、基板上に所定の配線パターンを形成する方法もある（例えば特許文献１参照）。
特開平６−１３２６３１号公報

しかしながら、ウエットエッチングはいわゆる等方性エッチングであるため、形成された配線パターン（パターン）にサイドエッチが生じてしまい、そのため寸法の精度が低く、配線パターンの信頼性が低下してしまうといった問題があった。また、ウエットエッチングを用いたパターンの形成工程では、上述したサイドエッチが生じることから、特に微細な配線パターンを精度良く形成するのが難しかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ウエットエッチングを用いた際のサイドエッチを低減することにより精度の高い微細なパターンを形成できる、パターンの形成方法、及び液滴吐出ヘッドを提供することにある。

本発明のパターンの形成方法は、基板上に機能性材料からなる薄膜を成膜する工程と、前記薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンを撥液化処理する工程と、該撥液化処理が施されたレジストパターンをマスクにして、前記薄膜をウエットエッチングによりパターニングする工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明のパターンの形成方法によれば、撥液化処理されたレジストパターンをマスクにして薄膜をエッチングしているので、ウエットエッチング時にレジストパターンの側面部がエッチング液を弾いた状態で薄膜がパターニングされるようになる。このとき、レジストパターンの側面部がエッチング液を弾くことで、薄膜に対しエッチングが等方的に進むことが防止される。よって、ウエットエッチングを行った際に薄膜にサイドエッチが生じるのが防止され、平面視した状態でレジストパターンと略同等の幅のパターンが形成される。
したがって、ウエットエッチングを用いた際のサイドエッチを抑えることで、エッチングによるバラツキが小さくなって、微細なパターンを精度良く形成することができる。

また、上記のパターン形成方法においては、前記機能性材料が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｄ、ＩＴＯ若しくはＷ又はこれらの材料のうち少なくとも２種以上から選択される材料であるのが好ましい。
この材料によれば、上記の薄膜をエッチングして基板上に形成されたパターンを金属配線として好適に採用することができる。

また、上記のパターン形成方法においては、前記機能性材料が、Ｓｉ、ＧａＡｓであるのが好ましい。
このようにすれば、上記の薄膜をエッチングして基板上に形成されたパターンを半導体層として好適に採用することができる。

また、上記のパターン形成方法においては、前記機能性材料が、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＰＺＴ、Ｓｉ_３Ｎ_４であるのが好ましい。
このようにすれば、薄膜をエッチングして基板上に形成されたパターンを絶縁膜として好適に採用することができる。

また、上記のパターン形成方法においては、前記撥液処理工程として、前記基板を界面活性剤を含有する溶剤に浸漬するのが好ましい。
このようにすれば、レジストパターンに対して撥液性を付与することができ、したがって該レジストパターンを介しエッチングによって形成されるパターンのサイドエッチを良好に防止することができる。

また、上記のパターン形成方法においては、前記界面活性剤がノニオン系界面活性剤であるのが好ましい。
このような界面活性剤を用いることで、上記撥液処理工程を良好に行うことができる。

また、上記のパターン形成方法においては、前記レジストパターンを形成する現像液に前記界面活性剤が含有されているのが好ましい。
このようにすれば、レジストパターンの現像工程が基板を撥液処理する工程を兼ねることとなり、界面活性剤を含有する溶剤に基板を浸漬する工程を省くことができ、したがってパターン形成工程を簡略化することができる。

また、上記のパターン形成方法においては、前記薄膜が下層膜と上層膜とを積層して形成され、前記下層膜が前記上層膜に比べてイオン化傾向が大きい場合、前記レジストパターンをマスクにして前記上層膜をパターニングすることで上層膜パターンを形成した後、前記レジストパターン、または前記レジストパターンとともに前記上層膜パターンを撥液化処理し、該撥液化処理が施された前記レジストパターン及び前記上層膜パターンをマスクとして、前記下層膜をウエットエッチングによりパターニングするのが好ましい。

ここで、下層膜が上層膜に比べてイオン化傾向が大きくなっているので、ウエットエッチングを行った際に、いわゆる電池効果が生じて前記下層膜のサイドエッチ量が大きくなる。そこで、本発明を採用すれば、例えば上層膜としてＡｕ膜を形成し、下層膜として前記Ａｕ膜に比べてイオン化傾向の大きいＮｉ−Ｃｒ膜を形成した場合に、撥液処理されたレジストパターン、及び上層膜パターンであるＡｕ膜パターンをマスクとして、Ｎｉ−Ｃｒ膜をウエットエッチングによりパターニングしているので、Ａｕ膜パターン及びレジストパターンに付与された撥液性によって上述したようにエッチング液を弾くことで、サイドエッチを防止した状態でＮｉ−Ｃｒ膜をパターニングすることができる。よって、２層からなるパターンを精度良く形成することができる。

また、上記のパターン形成方法においては、前記上層膜パターンを形成するエッチング液に前記界面活性剤が含有されているのが好ましい。
このようにすれば、上層膜パターンを形成するエッチング工程により、前記レジストパターン、または前記レジストパターンとともに前記上層膜パターンを撥液化処理する工程を兼ねることとなり、パターン形成工程を簡略化できる。

また、上記のパターン形成方法においては、ウエットエッチングによってパターニングされた前記薄膜に対しメッキ処理を行う際の前処理として、前記基板上に前記上層膜あるいは下層膜の残渣が存在する場合、前記レジストパターン、または前記レジストパターンとともに前記上層膜パターンを撥液化処理する工程と、前記上層膜をエッチングする工程と、前記下層膜をエッチングする工程とを、前記残渣を除去するまで繰り返すのが好ましい。

ここで、薄膜に対しメッキ処理を行う際に、下層膜あるいは上層膜の残渣が基板上に存在すると、該残渣にメッキが析出してしまい、結果として隣接するパターン間で接触が起こり、ショートあるいはＡｕ異物の原因となるおそれがある。そこで、本発明を採用すれば、例えば前記基板上の前記Ｎｉ−Ｃｒ膜（下層膜）あるいは前記Ａｕ膜（上層膜）の残渣を除去するまで、前記レジストパターン及び前記Ａｕ膜パターン（上層膜パターン）を撥液化処理する工程と、前記Ａｕ膜をウエットエッチングによりパターニングする工程と、前記Ｎｉ−Ｃｒ膜をウエットエッチングによりパターニングする工程とを繰り返しているので、前記上層膜及び下層膜を覆ってメッキ処理する場合でも、上述した残渣による不具合を確実に防止することができる。

また、上記のパターン形成方法においては、ウエットエッチングによってパターニングされた前記薄膜に対しメッキ処理を行う際の前処理として、前記基板上に前記下層膜の残渣が存在する場合、前記レジストパターン、または前記レジストパターンとともに前記上層膜パターンを撥液化処理する工程と、前記下層膜をウエットエッチングによりパターニングする工程とを、前記残渣を除去するまで繰り返すのが好ましい。

ここで、薄膜に対しメッキ処理を行う際に、下層膜の残渣が基板上に存在すると、該残渣にメッキが析出してしまい、結果として隣接するパターン間で接触が起こり、ショートあるいはＡｕ異物の原因となるおそれがある。そこで、本発明を採用すれば、例えば前記基板上の前記Ｎｉ−Ｃｒ膜（下層膜）の残渣を除去するまで、前記レジストパターン及び前記Ａｕ膜パターン（上層膜パターン）を撥液化処理する工程と、前記Ｎｉ−Ｃｒ膜をウエットエッチングによりパターニングする工程とを繰り返しているので、パターニングされた薄膜をメッキ処理する場合でも、上述したＮｉ−Ｃｒ膜の残渣による不具合を確実に防止することができる。このとき、基板を撥液化処理した状態で、Ｎｉ−Ｃｒ膜をウエットエッチングしているので、Ｎｉ−Ｃｒ膜にサイドエッチが生じるのが防止される。

また、上記のパターン形成方法においては、前記基板として、貫通孔が設けられた基板を用いるのが好ましい。

ここで、基板に貫通孔が形成されている場合には、該開口部にエッチング液が流れ込んでしまい、結果として前記開口部の近傍に形成されるパターンにおけるサイドエッチの量が多くなってしまう。そこで、本発明を採用することで開口部の近傍のパターンのサイドエッチを効果的に防止することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドは、上記のパターンの形成方法により形成された配線パターンを有した封止基板を備えたことを特徴とする。

本発明の液滴吐出ヘッドによれば、封止基板には上述した方法によって形成された精度の高い配線パターンを備えているので、誤動作の少ない信頼性の高い液滴吐出ヘッドを提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

まず、本発明のパターンの形成方法の一実施形態として、配線パターン形成方法について説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の配線パターン形成工程を示す図である。なお、本実施形態において、半導体基板１８上にパターンを形成する領域をパターン形成部と称し、パターンを形成しない領域を非パターン形成部と称する。

まず、図１（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１８（基板）を用意した後、半導体基板１８の表面を熱酸化処理し、半導体基板１８表面に絶縁材料からなるＳｉＯ_２膜（図示省略）を形成する。次に、後述するように半導体基板１８の上面に実装される駆動回路と、半導体基板１８の下面に設けられる圧電素子とを電気的に接続するために、半導体基板１８の厚み方向に貫通する複数の貫通孔４８を形成する。具体的には、半導体基板１８上にレジスト（マスクパターン）を塗布し、露光、現像処理によりレジストを所定形状にパターニングする。その後、パターニングしたレジストをマスクとして、フッ酸によりＳｉＯ_２膜（熱酸化膜）を除去後、ＫＯＨ等のアルカリ溶液でウエットエッチングすることにより半導体基板１８に貫通孔４８を形成する。続けて、再度、半導体基板１８に熱酸化処理を施し、半導体基板１８の全面にＳｉＯ_２膜（図示省略）を形成する。

次に、図１（ｂ）に示すように、形成するパターンと基板表面との密着性を確保するためにスパッタ法により、半導体基板１８上にＮｉ−Ｃｒ合金（Ｃｒ２０％）からなるＮｉ−Ｃｒ膜（下層膜）２８を形成する。Ｎｉ−Ｃｒ膜２８の膜厚は例えば数１０〜１００ｎｍである。そして、前記Ｎｉ−Ｃｒ膜２８を覆うようにして、ＡｕからなるＡｕ膜（上層膜）２９をスパッタ法により成膜する。なお、上記の成膜方法としては蒸着法を用いてもよい。これにより、半導体基板１８上に配線パターンの前駆体層（薄膜）３０を形成する。
このとき、半導体基板１８には複数の貫通孔４８が形成されているため、スパッタ時にスパッタ粒子が貫通孔４８の内壁面１８ａ及び半導体基板１８の裏面１８ｂに回り込んで、異物として付着してしまうが、本実施形態では、後述のウエットエッチング工程で前記内壁面１８ａ及び裏面１８ｂに付着したスパッタ粒子を良好に除去できるので問題ない。

なお、半導体基板１８上に成膜する配線パターンの前駆体層としては、上記以外にもＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｄ、ＩＴＯ若しくはＷ又はこれらの材料のうち少なくとも２種以上から選択される材料を用いて形成することができる。この材料によれば、半導体基板１８上に形成された薄膜をエッチングすることで得たパターンを金属配線として好適に用いることが可能となる。また、前記半導体基板１８上に成膜する薄膜の機能性材料として、Ｓｉ、ＧａＡｓを用いてもよい。このようにすれば、半導体基板１８上に形成された薄膜パターンを半導体層として好適に採用することができる。また、前記半導体基板１８上に成膜する薄膜の機能性材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＰＺＴ、Ｓｉ_３Ｎ_４を用いてもよい。このようにすれば、半導体基板１８上に形成された薄膜パターンを絶縁膜として好適に採用することができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１８上の全面にレジストを塗布し、このレジストをフォトリソグラフィー法により、所定形状にパターニングする。このとき、レジストの形状は、配線パターンを形成する必要の無い非パターン形成領域に対応した位置の前駆体層３０が露出するように開口部５２を形成するとともに、配線パターンを形成するためのパターン形成領域に対応した位置の前駆体層３０がレジストパターン３８に覆われるようにパターニング形成する。

次に、図２（ａ）に示すように、上記レジストパターン３８をマスクにして、例えばヨウ素とヨウ化カリウムをベースに用いたウェットエッチング処理を半導体基板１８に施す。これにより、マスクに被覆されていない非パターン形成部に位置する前駆体層３０におけるＡｕ層２９がエッチングされて、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８上に所定パターン（レジストパターン３８と同じパターン）からなるＡｕ膜パターン（上層膜パターン）２９ａが形成される。その後、半導体基板１８を例えば純水等を用いて洗浄する。

続いて、前記レジストパターン３８、または前記レジストパターン３８とともに前記パターニングされたＡｕ層膜パターン２９ａを撥液化処理する。なお、ここでいう撥液化とは撥液化されたレジストパターン３８の前記エッチング液に対する接触角が必ずしも９０度以上ではなく、前記Ａｕ層膜パターン（機能膜）２９ａと撥液化されたレジストパターンとの接触角の差が数十度以上であればよい。

本実施形態では、具体的に前記の撥液化処理として半導体基板１８を界面活性剤を含有する溶剤に浸漬している。このような界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤を好適に採用することができる。なお、前記レジストパターン３８を形成する現像液に前記界面活性剤が含有させるようにしてもよい。このようにすれば、レジストパターン３８の現像工程が半導体基板１８を撥液処理する工程を兼ねることとなり、界面活性剤を含有する溶剤に半導体基板１８を浸漬する工程を省くことでパターン形成工程を簡略化するようにしてもよい。また、レジストパターン３８を撥液化後、前記Ａｕ層膜パターン２９ａをエッチングしてもよい。

よって、図２（ｂ）に示すように、上記界面活性剤を含有する溶剤に半導体基板１８を浸漬することで、前記半導体基板１８に形成されたレジストパターン３８、またはレジストパターン３８とともに、Ａｕ層膜パターン２９ａに撥液性が付与されることとなる。

続いて、図２（ｃ）に示すように、上記の撥液化処理が施されたレジストパターン３８及びＡｕ膜２９をマスクとして、硝酸と硝酸第２セリウムアンモニウムをベースに用いたウエットエッチング処理を半導体基板１８に施し、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８をパターニングしてＮｉ−Ｃｒ膜パターン２８ａを形成する。

ところで、本実施形態では、配線パターンの前駆体層（薄膜）３０が複数の金属層から構成されている。前記前駆体層３０は、上述したように下層側がＮｉ−Ｃｒ膜２８によって形成され、上層側がＡｕ膜２９によって形成されており、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８はＡｕ膜２９に比べイオン化傾向が大きいものである。
このような構造に対してウエットエッチングを行うと、ウエットエッチング時に卑金属からなる半導体基板１８側に設けられたＮｉ−Ｃｒ膜パターン２８ａは、いわゆる電池効果によってサイドエッチが多く生じてしまうことが知られている。

そこで、本発明を採用すれば、上層膜としてＡｕ膜２９を形成し、下層膜として前記Ａｕ膜２９に比べてイオン化傾向の大きいＮｉ−Ｃｒ膜２８を形成した場合であっても、上述したように撥液処理されたレジストパターン３８、及びＡｕ膜パターン２９ａをマスクにして、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８をウエットエッチングしている。このとき、上述したように撥液処理されたレジストパターン３８、及びＡｕ膜パターン２９ａの側面部、すなわちマスクの側面部がエッチング液を弾くようになる。
そして、一般的にウエットエッチング時は等方的なエッチングで行われるが、上述したようにマスクの側面部がエッチング液を弾くことで、薄膜に対してエッチングが等方的に進むことが防止される。よって、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８に生じるサイドエッチを防止し、平面視した状態でレジストパターン３８と略同等の幅にＮｉ−Ｃｒ膜パターン２８ａをパターニングすることができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、バレルアッシャーを用いたＯ_２プラズマアッシングにより、レジストパターン３８を除去する。なお、レジストパターンの除去方法としては、半導体基板１８を剥離液（剥離液１０６：東京応化）に例えば１０分程度浸漬させ、レジストパターン３８を剥離する方法を採用することも可能である。
以上説明した工程により、半導体基板１８上に、Ｎｉ−Ｃｒ膜パターン２８ａ、Ａｕ膜パターン２９ａからなる配線パターン４６を形成できる。

本実施形態の配線パターンの形成方法によれば、撥液化処理されたレジストパターン３８及びＡｕ膜２９をマスクとしているので、ウエットエッチング時に前記マスクの側面部がエッチング液を弾いた状態となる。よって、ウエットエッチング時の等方的なエッチングによる薄膜のサイドエッチが防止されて、平面視した状態でレジストマスクと略同等の幅のパターンを形成できる。
したがって、ウエットエッチングを用いた際のサイドエッチを効果的に抑えることで、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８のエッチング時の寸法のバラツキを小さくして、精度の良い微細なパターンを形成することができる。

特に、本実施形態のように、半導体基板１８に貫通孔４８を形成した場合、貫通孔４８周辺部に局所的なエッチング液の流れが生じ、前記貫通孔４８の周辺部に形成するＮｉ−Ｃｒ膜２８にサイドエッチが多く生じるが、上述したように界面活性剤を含有する溶剤に半導体基板１８を浸漬させることにより、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８のサイドエッチを防止した状態に配線パターン４６を形成できる。

また、本実施形態の配線パターンの形成工程を用いれば、ウエットエッチングを用いた場合であってもサイドエッチを防止することにより微細なパターンを形成することができる。したがって、従来、微細なパターンを形成する際に用いたドライエッチング工程と比べて、真空中でプラズマを用いるための真空装置やプラズマ装置等の高価な装置が不用となり、製造コストの低減が図られたものとなる。また、ウエットエッチング工程によれば、上記のような装置を用いることが無く消費電力が抑えられて、結果として製造コストの低減、及び環境保全を考慮したものとなる。
また、ウエットエッチングを用いることで、複数枚のウエハに対して同時にエッチング処理を行うことができ、いわゆるバッチ処理が可能となってスループットが向上し、ひいては製造コストの低減が図られたものとなる。

本発明のパターンの形成方法は、上記実施形態に限定されることはない。
例えば、半導体基板１８上に形成された配線パターン４６を覆ってＡｕメッキで覆うことで、低抵抗で膜厚の厚い配線パターンを形成するようにしてもよい。

ところで、配線パターン４６に対しメッキ処理を行う際に、半導体基板１８上にＮｉ−Ｃｒ膜２８の残渣が存在しているとこの残渣にメッキが析出してしまい、結果として隣接する配線パターン４６間で接触が起こり、ショートするあるいはＡｕ異物の原因となるおそれがある。
そこで、前記配線パターン４６に対しメッキ処理を行うに際の前処理として、前記半導体基板１８上の前記Ｎｉ−Ｃｒ膜２８の残渣を除去するまで、前記半導体基板１８を撥液化処理（界面活性剤を含有する溶剤に浸漬する）する工程と、前記Ｎｉ−Ｃｒ膜２８をウエットエッチングする工程とを繰り返し行っている。

このようにすれば、前記半導体基板１８上の前記Ｎｉ−Ｃｒ膜２８の残渣を除去するまで、前記半導体基板１８を撥液化処理する工程と、前記下層膜をウエットエッチングする工程とを繰り返しているので、前記配線パターン４６をメッキ処理する場合に、上述した残渣による不具合を確実に防止できる。また、半導体基板１８を撥液化処理した状態で、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８をウエットエッチングしているので、Ｎｉ−Ｃｒ膜２８にサイドエッチが生じるのを防止している。

また、上記実施形態では、前記Ｎｉ−Ｃｒ膜パターン２８ａと前記Ａｕ膜パターン２９ａとを積層することにより配線パターン４６を形成している。
ここで、前記Ｎｉ−Ｃｒ膜パターン２８ａ及びＡｕ膜パターン２９ａの界面には、Ｎｉ−Ｃｒ及びＡｕからなる合金層が形成され、、エッチング時に配線パターン端面に残渣として残ってしまう。そして、このような合金層が生じた配線パターン４６に対しメッキ処理を行う際に、上記合金層が生じているとメッキが合金層に析出してしまい、結果として隣接する配線パターン４６から析出したメッキが接触して、配線パターン４６間でショートが生じるあるいはＡｕ異物の原因となるおそれがある。
そこで、前記半導体基板１８を撥液化処理する工程の前に、前記レジストパターン３８を介してＡｕ膜パターン２９ａをエッチングすることにより、前記Ａｕ膜パターン２９ａ及び前記Ｎｉ−Ｃｒ膜パターン２８ａの合金層を除去する工程を行っている。

このようにすれば、前記レジストパターン３８を介してＡｕ膜パターン２９ａをエッチングすることにより、前記Ａｕ膜パターン２９ａ及び前記Ｎｉ−Ｃｒ膜パターン２８ａによって形成された合金層を除去しているので、前記配線パターン４６に対してメッキ処理を行う場合に、上述した合金層に起因する不具合を確実に防止できる。
なお、前記Au膜のエッチング液中に前記界面活性剤を含有させることも好ましい。これにより、前記撥液化処理とＡｕエッチングを兼ねることができるため、工程を削減することができる。

（液滴吐出ヘッド）
次に、上述したパターンの形成方法により形成された配線パターンを有する封止基板を備えた液滴吐出ヘッドについて図３を参照して説明する。
図３は、液滴吐出ヘッドＨの断面構成図である。
液滴吐出ヘッドＨは、インク（機能液）を液滴状にしてノズルから吐出するものである。図３に示すように、液滴吐出ヘッドＨは、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板１０と、流路形成基板１０の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）３００の駆動によって変位する振動板４００と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成するリザーバ形成基板（保護基板）２０と、封止基板２０上に設けられた前記圧電素子３００を駆動するための駆動回路部（ドライバＩＣ）２００Ａ〜２００Ｂと、駆動回路部２００Ａ〜２００Ｂと接続された複数の配線パターン（上述したパターン形成方法により形成されたパターン）３４とを備えて構成されている。

液滴吐出ヘッドＨの動作は、各駆動回路部２００Ａ〜２００Ｂに接続された図示略の外部コントローラによって制御される。流路形成基板１０には、複数の平面視略櫛歯状の開口領域が区画形成されており、これらの開口領域は、ノズル基板１６と振動板４００とにより囲まれて圧力発生室１２を形成する。また、上記平面視略櫛歯状の開口領域のうち、封止基板２０と流路形成基板１０とにより囲まれた部分がリザーバ１００を形成している。

流路形成基板１０の図示下面側（−Ｚ側）は開口しており、その開口を覆うようにノズル基板１６が流路形成基板１０の下面に接続されている。流路形成基板１０の下面とノズル基板１６とは、例えば接着剤や熱溶着フィルム等を介して固定されている。ノズル基板１６には、液滴を吐出する複数のノズル開口１５が設けられている。具体的には、ノズル基板１６に設けられた複数（例えば７２０個程度）のノズル開口１５はＹ軸方向（紙面と直交する方向）に配列されている。

圧力発生室１２とノズル開口１５とは、各々対応して設けられている。すなわち、圧力発生室１２は、複数のノズル開口１５に対応するように、Ｙ軸方向に複数並んで設けられている。圧力発生室１２は、Ｘ軸方向に関して互いに対向するように配置されており、それらの間には隔壁１０Ｋが形成されている。

複数の圧力発生室１２の基板中央部側の端部は上述した隔壁１０Ｋによって閉塞されているが、基板外縁部側の端部は互いに接続するように集合され、リザーバ１００と接続されている。リザーバ１００は、機能液導入口２５と圧力発生室１２との間で機能液を一時的に保持するものであって、封止基板２０にＹ軸方向に延びる平面視矩形状に形成されたリザーバ部２１と、流路形成基板１０に形成された連通部１３とから構成されている。そして、連通部１３において各圧力発生室１２と接続され、複数の圧力発生室１２の共通の機能液保持室（インク室）を形成している。図３に示す機能液の経路をみると、ヘッド外端上面に開口する機能液導入口２５より導入された機能液が、導入路２６を経てリザーバ１００に流れ込み、供給路１４を経て、複数の圧力発生室１２のそれぞれに供給されるようになっている。

流路形成基板１０と封止基板２０との間に配置された振動板４００は、流路形成基板１０側から順に弾性膜５０と下電極膜６０とを積層した構造を備えている。流路形成基板１０側に配される弾性膜５０は、例えば１〜２μｍ程度の厚さの酸化シリコン膜からなるものであり、弾性膜５０上に形成される下電極膜６０は、例えば０．２μｍ程度の厚さの金属膜からなるものである。本実施形態において、下電極膜６０は、流路形成基板１０と封止基板２０との間に配される複数の圧電素子３００の共通電極としても機能するようになっている。

振動板４００を変形させるための圧電素子３００は、下電極膜６０側から順に圧電体膜７０と、上電極膜８０とを積層した構造を備えている。圧電体膜７０の厚さは例えば１μｍ程度、上電極膜８０の厚さは例えば０．１μｍ程度である。
なお、圧電素子３００の概念としては、圧電体膜７０及び上電極膜８０に加えて、下電極膜６０を含むものであってもよい。下電極膜６０は圧電素子３００として機能する一方、振動板４００としても機能するからである。本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板４００として機能する構成を採用しているが、弾性膜５０を省略して下電極膜６０が弾性膜（５０）を兼ねる構成とすることもできる。

圧電素子３００（圧電体膜７０及び上電極膜８０）は、複数のノズル開口１５及び圧力発生室１２のそれぞれに対応するように複数設けられている。
圧電素子３００を含む振動板４００上の領域を覆って、封止基板２０が設けられており、封止基板２０の上面（流路形成基板１０と反対側面）には、封止膜３１と固定板３２とを積層した構造のコンプライアンス基板３０が接合されている。このコンプライアンス基板３０において、内側に配される封止膜３１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さ６μｍ程度のポリフェニレンスルフィドフィルム）からなり、この封止膜３１によってリザーバ部２１の上部が封止されている。他方、外側に配される固定板３２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さ３０μｍ程度のステンレス鋼）からなる板状部材である。
この固定板３２には、リザーバ１００に対応する平面領域を切り欠いてなる開口部３３が形成されており、この構成によりリザーバ１００の上部は、可撓性を有する封止膜３１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部２２となっている。

通常、機能液導入口２５からリザーバ１００に機能液が供給されると、例えば、圧電素子３００の駆動時の機能液の流れ、あるいは、周囲の熱などによってリザーバ１００内に圧力変化が生じる。しかしながら、上述のように、リザーバ１００の上部が封止膜３１のみよって封止された可撓部２２を有しているので、この可撓部２２が撓み変形してその圧力変化を吸収する。従って、リザーバ１００内は常に一定の圧力に保持される。なお、その他の部分は固定板３２によって十分な強度に保持されている。そして、リザーバ１００の外側のコンプライアンス基板３０上には、リザーバ１００に機能液を供給するための機能液導入口２５が形成されており、封止基板２０には、機能液導入口２５とリザーバ１００の側壁とを連通する導入路２６が設けられている。

封止基板２０は、流路形成基板１０とともに液滴吐出ヘッドＨの基体を成す部材であるから剛体とすることが好ましく、封止基板２０を形成する材料として流路形成基板１０と略同一の熱膨張率を有する材料を用いることがより好ましい。本実施形態の場合、流路形成基板１０がシリコンからなるものであるから、それと同一材料のシリコン単結晶基板が好適である。シリコン単結晶基板を用いた場合、異方性エッチングにより容易に高精度の加工を施すことが可能であるため、圧電素子保持部２４や溝部７００を容易に形成できるという利点が得られる。その他、流路形成基板１０と同様、ガラス、セラミック材料等を用いて封止基板２０を作製することもできる。

封止基板２０上には２個の駆動回路部２００Ａ、２００Ｂが配設されている。
駆動回路部２００Ａ〜２００Ｂは、例えば回路基板あるいは駆動回路を含む半導体集積回路（ＩＣ）を含んで構成されている。各駆動回路部２００Ａ〜２００Ｂは、複数の接続端子（図示せず）を備えており、一部の接続端子が封止基板２０上に形成された配線パターン３４に対してワイヤーＷ１により接続されている。駆動回路部２００Ａ〜２００Ｂの他の一部の接続端子は、封止基板２０の溝部７００内に配置された上電極膜８０に対してワイヤーＷ２により接続されている。

封止基板２０のうち、Ｘ軸方向に関して中央部には、Ｙ軸方向に延びる溝部７００が形成されている。
溝部７００によってＸ軸方向に関し区画される封止基板２０のうち、回路駆動部２００Ａと接続される複数の圧電素子３００を封止している部分を第１封止部２０Ａとし、駆動回路部２００Ｂと接続される複数の圧電素子３００を封止ししている部分を第２封止部２０Ｂとする。これらの第１封止部２０Ａ及び第２封止部２０Ｂには、それぞれ圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保するとともに、その空間を密封する圧電素子保持部２４が設けられている。圧電素子３００のうち、少なくとも圧電体膜７０は、この圧電素子保持部２４内に密封されている。

第１封止部２０Ａの圧電素子保持部２４によって封止されている圧電素子３００のうち、上電極膜８０の−Ｘ側の端部は、第１封止部２０Ａの外側まで延びて、溝部７００の底面部に露出している。溝部７００における流路形成基板１０上に下電極膜６０の一部が配置されている場合においては、上電極膜８０と下電極膜６０との短絡を防止するための絶縁膜６００が、上電極膜８０と下電極膜６０との間に介挿されている。同様に、第２封止部２０Ｂの圧電素子保持部２４によって封止されている圧電素子３００のうち、上電極膜８０の＋Ｘ側の端部が、第２封止部２０Ｂの外側まで延びて、溝部７００内に露出しており、この露出側の端部にも、上電極膜８０と下電極膜６０との間に絶縁膜６００が介挿されている。

本実施形態では、配線パターン３４、駆動回路部２００Ａ、２００Ｂ等が設けられた封止基板２０及び圧電素子３００が設けられた流路形成基板１０がそれぞれ本発明に係るデバイスの一部を構成し、これらのデバイスを組み立て、固定することにより、液滴吐出ヘッドＨが製造される。

上述した構成を有する液滴吐出ヘッドＨにより機能液の液滴を吐出するには、当該液滴吐出ヘッドＨに接続された外部コントローラ（図示略）によって機能液導入口２５に接続された不図示の外部機能液供給装置を駆動する。外部機能液供給装置から送出された機能液は、機能液導入口２５を介してリザーバ１００に供給された後、ノズル開口１５に至るまでの液滴吐出ヘッドＨの内部流路を満たす。

また外部コントローラは、封止基板２０上に実装された駆動回路部２００Ａ、２００Ｂ等に例えば配線パターン３４を介して駆動電力や指令信号を送信する。指令信号等を受信した駆動回路部２００Ａ、２００Ｂは、外部コントローラからの指令に基づく駆動信号を、各圧電素子３００に送信する。
すると、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との間に電圧が印加される結果、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０に変位が生じ、この変位によって各圧力発生室１２の容積が変化して内部圧力が高まり、ノズル開口１５より液滴が吐出される。

本実施形態によれば、封止基板２０には上述した方法によって形成された電気的特性の良い配線が形成されるため、誤作動のない高信頼性の液滴吐出ヘッドＨを提供することができる。

（液滴吐出装置）
次に、上述した液滴吐出ヘッドＨを備えた液滴吐出装置の一例について図４を参照しながら説明する。本例では、その一例として、前述の液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット式記録装置について説明する。

液滴吐出ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載されている。図４に示すように、液滴吐出ヘッドを有する記録ヘッドユニット６１Ａ及び６１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ６２Ａ及び６２Ｂが着脱可能に設けられており、この記録ヘッドユニット６１Ａ及び６１Ｂを搭載したキャリッジ６３が、装置本体６４に取り付けられたキャリッジ軸６５に軸方向移動自在に取り付けられている。

記録ヘッドユニット６１Ａ及び６１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６６の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト６７を介してキャリッジ６３に伝達されることで、記録ヘッドユニット６１Ａ及び６１Ｂを搭載したキャリッジ６３がキャリッジ軸６５に沿って移動するようになっている。一方、装置本体６４にはキャリッジ軸６５に沿ってプラテン６８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン６８上に搬送されるようになっている。上記構成を具備したインクジェット式記録装置は、前述の液滴吐出ヘッドＨを備えているので、小型で信頼性が高く、さらに低コストなインクジェット式記録装置となっている。

なお、図４では、本発明の液滴吐出装置の一例としてプリンタ単体としてのインクジェット式記録装置を示したが、本発明はこれに限らず、係る液滴吐出ヘッドを組み込むことによって実現されるプリンタユニットに適用することも可能である。このようなプリンタユニットは、例えば、テレビ等の表示デバイスやホワイトボード等の入力デバイスに装着され、該表示デバイス又は入力デバイスによって表示若しくは入力された画像を印刷するために使用される。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

（ａ）〜（ｃ）は、配線パターン形成工程を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１に続く配線パターン形成工程を示す図である。 配線パターンを有する封止基板を備えた液滴吐出ヘッドを示す図である。 液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の一例を示す図である。

符号の説明

１８…半導体基板（基板）、２８…Ｎｉ−Ｃｒ膜（下層膜）、２９…Ａｕ膜（上層膜）、３８…レジストパターン（レジストマスク）、４６…配線パターン（パターン）、４８…貫通孔

Claims (13)

1. 基板上に機能性材料からなる薄膜を成膜する工程と、
   前記薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、
   該レジストパターンを撥液化処理する工程と、
   該撥液化処理が施されたレジストパターンをマスクにして、前記薄膜をウエットエッチングによりパターニングする工程と、を備えたことを特徴とするパターンの形成方法。
2. 前記機能性材料が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｄ、ＩＴＯ若しくはＷ又はこれらの材料のうち少なくとも２種以上から選択される材料であることを特徴とする請求項１に記載のパターンの形成方法。
3. 前記機能性材料が、Ｓｉ、ＧａＡｓであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターンの形成方法。
4. 前記機能性材料が、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＰＺＴ、Ｓｉ_３Ｎ_４であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターンの形成方法。
5. 前記撥液処理工程として、前記基板を界面活性剤を含有する溶剤に浸漬することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のパターンの形成方法。
6. 前記界面活性剤がノニオン系界面活性剤であることを特徴とする請求項５に記載のパターンの形成方法。
7. 前記レジストパターンを形成する現像液に前記界面活性剤が含有されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のパターンの形成方法。
8. 前記薄膜が下層膜と上層膜とを積層して形成され、前記下層膜が前記上層膜に比べてイオン化傾向が大きい場合、前記レジストパターンをマスクにして前記上層膜をパターニングすることで上層膜パターンを形成した後、前記レジストパターン、または前記レジストパターンとともに前記上層膜パターンを撥液化処理し、該撥液化処理が施された前記レジストパターン及び前記上層膜パターンをマスクとして、前記下層膜をウエットエッチングによりパターニングすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のパターンの形成方法。
9. 前記上層膜パターンを形成するエッチング液に前記界面活性剤が含有されていることを特徴とする請求項８に記載のパターン形成方法。
10. ウエットエッチングによってパターニングされた前記薄膜に対しメッキ処理を行う際の前処理として、
    前記基板上に前記上層膜あるいは下層膜の残渣が存在する場合、
    前記レジストパターン、または前記レジストパターンとともに前記上層膜パターンを撥液化処理する工程と、前記上層膜をエッチングする工程と、前記下層膜をエッチングする工程とを、前記残渣を除去するまで繰り返すことを特徴とする請求項８又は９に記載のパターンの形成方法。
11. ウエットエッチングによってパターニングされた前記薄膜に対しメッキ処理を行う際の前処理として、
    前記基板上に前記下層膜の残渣が存在する場合、
    前記レジストパターン、または前記レジストパターンとともに前記上層膜パターンを撥液化処理する工程と、前記下層膜をウエットエッチングによりパターニングする工程とを、前記残渣を除去するまで繰り返すことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載のパターンの形成方法。
12. 前記基板として、貫通孔が設けられた基板を用いることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のパターンの形成方法。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のパターンの形成方法により形成された配線パターンを有した封止基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
    
    
    
    

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