パターン形成方法及び液滴吐出ヘッド
【課題】 膜厚ムラがなく、かつめっき未析出部のないパターン形成方法を提供することにある。
【解決手段】 本発明のパターン形成方法は、基板１８上に、硫黄成分を含有する第１金属膜２８を形成する第１金属膜形成工程と、第１金属膜２８を触媒として無電解めっき処理を施し、第１金属膜２８上に第２金属膜４２を形成する第２金属膜形成工程と、を有する。
【解決手段】 本発明のパターン形成方法は、基板１８上に、硫黄成分を含有する第１金属膜２８を形成する第１金属膜形成工程と、第１金属膜２８を触媒として無電解めっき処理を施し、第１金属膜２８上に第２金属膜４２を形成する第２金属膜形成工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法及び液滴吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）においては、アクチュエータ基板と駆動する駆動回路とを接続するための配線を形成するが、この配線の形成方法としては、（１）フォトリソグラフィー法及び（２）無電解めっき法が挙げられる。以下、上記配線の形成方法について説明する。
【０００３】
（１）フォトリソグラフィー法による配線の形成方法では、封止基板表面にスパッタ、蒸着等によりＮｉ−Ｃｒの金属薄膜を成膜し、ついで、Ａｕの金属薄膜を成膜する。その後、フォトリソグラフィー処理により、レジストを塗布・露光・現像し、配線に対応したレジスト形状にパターニングする。次に、ドライエッチングやウエットエッチングにより、上記レジストをマスクにしてＡｕ及びＮｉ−Ｃｒからなる金属薄膜を配線形状にパターニングする。その後、例えばＯ２プラズマアッシング等の方法によりレジストを剥離除去することにより、封止基板上に配線パターン（膜パターン）を形成する。
【０００４】
（２）無電解めっき法による配線の形成方法では、封止基板上にスパッタ法、フォトリソグラフィー法により上述した金属薄膜を成膜し、その後、フォトリソグラフィー処理により、レジストを塗布・露光・現像し、配線に対応したレジスト形状にパターニングする。次に、ドライエッチングやウエットエッチングにより、上記レジストをマスクにしてＡｕ及びＮｉ−Ｃｒからなる金属薄膜を配線形状にパターニングし、レジストを剥離除去する。その後、無電解めっきにより配線形状にパターニングされた金属薄膜上に配線材料を析出させて、封止基板上に配線パターン（膜パターン）を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公昭６１−３１１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無電解めっきの際の触媒として基板上に下地金属膜を形成するが、下地金属膜の成膜条件等のばらつきにより、下地金属膜の表面状態が局所的に異なる場合があった。つまり、成膜した下地金属膜は組成分布、異物、結晶状態、粒界の状態にばらつきがあった。また、レジスト残渣等表面汚染状態にばらつきもあった。この状態で、めっき処理を行うと、めっきが局所的に薄くなったり、めっきがつかない部分が出てしまった。特に、基板に開口部がある場合には、局所的な流れができて、ピンホール等のめっき未析出部、膜厚ムラ等が生じ、特性、歩留まりの低下の原因となった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上に形成する配線パターンを膜厚ムラがなく、かつめっき未析出部がないパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、基板上に、硫黄成分を含有する第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、前記第１金属膜を触媒として無電解めっき処理を施し、前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明のパターン形成方法は、前記硫黄成分が前記第１金属膜と硫化物を形成していることも好ましい。
【０００９】
この方法では、第１金属膜中に硫黄成分を含有させるため、無電解めっき処理の際に第１金属の触媒性がより向上し、緻密かつ密着性の良い第２金属膜を形成することができる。その結果、ピンホール、めっき未析出、膜厚ムラ等の改善を図った第２金属膜を形成することができる。
また、上述したように、第１金属膜に硫黄を含有させることにより触媒性が向上するため、同時にめっき析出速度の向上を図ることができる。
さらに、パターンを第１金属膜と第２金属膜との２層構造とすることで、基板との密着性がよく、かつパターンの膜厚を厚くすることができ、よりパターンの抵抗値を下げることが可能となる。
これらの結果、電気的特性の向上、歩留まり向上、及び低コスト化を図ることができる。
なお、無電解めっきより形成する第２金属膜は、複数層から形成されても良い。これにより、上述した密着性・抵抗値の他、ワイヤボンディング性・耐薬品性、膜厚等要求特性の制御が可能となる。
【００１０】
また本発明のパターン形成方法は、基板上に第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、前記第１金属膜表面を硫化する硫化工程と、前記第１金属膜の硫化した表面を触媒として無電解めっき処理を施し、前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、を有することも好ましい。
また本発明のパターン形成方法は、前記硫化工程において、硫化ナトリウム又は硫化カリウムを水溶液中に溶解させ、前記第１金属膜が形成された前記基板を前記水溶液中に浸漬させて、前記第１金属膜の表面を硫化させることも好ましい。
さらに本発明のパターン形成方法は、前記硫化工程において、前記第１金属膜が形成された前記基板を、チオモリブデン酸イオン、チオタングステン酸イオン及び硫化水素の少なくとも一種以上を含有する水溶液に浸漬、又は硫化水素及び亜硫酸ガスの少なくとも一種以上からなる雰囲気中に曝すことも好ましい。
【００１１】
この方法では、第１金属膜表面を硫化させることにより、第１金属膜表面の触媒性がより向上し、緻密かつ密着性の良い第２金属膜を第１金属膜上に形成することができる。その結果、ピンホール、めっき未析出、膜厚ムラ等の改善を図った第２金属膜を形成することができる。
また、上述したように、第１金属膜表面を硫化させることにより触媒性が向上するため、同時にめっき析出速度の向上を図ることができる。
さらに、パターンを第１金属膜と第２金属膜との２層構造とすることで、パターンの膜厚を厚くすることができ、よりパターンの抵抗値を下げることができる。なお、無電解めっきにより形成する第２金属膜は、複数層から形成されても良い。これにより、上述した密着性・抵抗値の他、ワイヤボンディング性・耐薬品性、膜厚等要求特性の制御が可能となる。
これらの結果、電気的特性の向上、歩留まり向上、及び低コスト化を図ることができる。膜厚を厚くすることができる。
【００１２】
また本発明のパターン形成方法は、前記第１金属膜形成工程において、前記第１金属膜としてＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ及びＷの群から選択される少なくとも一種以上の材料を用いて無電解めっき処理を行うことも好ましい。
【００１３】
この材料によれば、形成するパターンの抵抗値を調整することができるとともに、積層する金属膜表面との密着性の向上及び良好なめっき析出の選択性を図ることができる。
【００１４】
また本発明のパターン形成方法は、前記第２金属膜形成工程において、前記第２金属膜としてＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びＰｄの群から選択される少なくとも一種以上の材料を用いて無電解めっき処理を行うことも好ましい。
【００１５】
この材料によれば、パターン形成部と非パターン形成部とにおいて容易にめっき析出の選択性をもたせることができるとともに、積層する金属膜表面の密着性の向上を図ることができる。
【００１６】
また本発明のパターン形成方法は、前記第１金属膜形成工程の前に、前記基板を厚さ方向に貫通する貫通孔を前記基板に形成する貫通孔形成工程を有することも好ましい。
この方法によれば、基板の上部と下部とに配設された電子部品等を、基板の貫通孔を介して接続することが可能となる。また、基板に貫通孔を形成した場合、貫通孔に第２金属膜材料を形成する無電解めっき液が流れ、形成する第２金属膜に局所的に膜ムラが発生するが、上述したように第１金属膜に硫黄成分を含有させることにより、第１金属膜の触媒性が向上し、第２金属膜の膜ムラの発生を防止することができる。
【００１７】
本発明の液滴吐出ヘッドは、上記パターン形成方法により形成された前記第１金属膜及び前記第２金属膜からなる配線を有する封止基板を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この方法によれば、封止板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を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［第１の実施の形態］
まず、本実施形態の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）〜（ｃ）は、本実施形態の配線パターン形成方法の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。
【００２１】
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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２膜（図示省略）を形成する。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１８の一面側（後述する駆動回路を実装する面に対応する）の全面に鉄（Ｆｅ）に硫黄（Ｓ）を含有させた金属膜２８ａを成膜する。この金属膜２８ａの成膜は、例えばマグネトロンＤＣスパッタ装置を用い、ターゲットとしてはＦｅ粉末にＳ粉末を添加したものを用いる。このとき、ターゲット中における硫黄の含有量は、０．０１〜１％である。また、成膜する金属膜２８ａの膜厚としては例えば数１００ｎｍである。
【００２３】
なお、半導体基板１８上に成膜する金属膜２８ａは、Ｆｅを主成分として、ＦｅにＳを含有させたが、主成分とする金属はＦｅに限定されることはない。例えば、Ｆｅ金属の他に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ又はＷから選択される単体の金属、又はこれらの合金を用いることも好ましい。これらの金属材料によれば、パターン形成部と非パターン形成部とにおいて容易にめっき析出の選択性をもたせることができるとともに、積層される金属膜２８ａ表面の密着性の向上を図ることができる。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１８に形成された金属膜２８ａ上の全面にレジストを塗布し、このレジストを露光、現像処理する。これにより、非パターン形成部に対応した位置のレジストを除去（金属膜２８ａ表面を露出）するとともに、パターン形成部に対応した位置のレジストを残すことで、形成する配線パターンに対応したレジストパターン３８を形成する。
【００２５】
次に、図２（ａ）に示すように、上記レジストパターン３８をマスクとして、例えば塩化第２鉄を用いたウエ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金属膜２８ａが除去され、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Ｆｅ−Ｓ膜２８（第１金属膜）が形成される。ここで、Ｆｅ−Ｓ膜２８中のＦｅとＳとは互いに化合して硫化物を構成している。なお、エッチング処理においては、後述する無電解めっき処理の際に非パターン形成部に金属が析出しないように、非パターン形成部に位置する金属膜２８ａを完全に除去する必要がある。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、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。なお、レジストの剥離方法としては、バレルアッシャーを用いたＯ２プラズマアッシング等のプラズマ処理を採用することも可能である。
【００２７】
次に、図２（ｃ）に示すように、無電解めっき処理によりＦｅ−Ｓ膜２８上にＡｕ膜４２（第２金属膜）を形成する。具体的には、Ｆｅ−Ｓ膜２８が形成された半導体基板１８を例えば亜硫酸浴からなる無電解Ａｕめっき液に所定時間浸漬させる。すると、Ｆｅ−Ｓ膜２８が触媒となり、Ｆｅ−Ｓ膜２８上にＡｕ金属が選択的に析出する。これにより、図２（ｃ）に示すように、Ｆｅ−Ｓ膜２８上に例えば膜厚０．３〜１．５μｍのＡｕ膜４２が形成される。
なお、Ｆｅ−Ｓ膜２８上に積層する膜の材料としては、上記Ａｕに限定されることない。例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びＰｄの群から選択される単体の金属、又はこれらの合金または積層構造を用いることも好ましい。このような材料を用いることにより、形成するパターンの抵抗値を調整することができるとともに、積層するＦｅ−Ｓ膜２８表面との密着性の向上及び良好なめっき析出の選択性を図ることができる。さらには、ワイヤボンディング性・耐薬品性、膜厚等要求特性の制御が可能となる。
【００２８】
以上説明した工程により、半導体基板１８のパターン形成部に、Ｆｅ−Ｓ膜２８及びＡｕ膜４２の２層の積層構造を有する配線パターン４６を得ることができる。
【００２９】
本実施形態によれば、Ｆｅ−Ｓ膜２８中に硫黄成分を含有させるため、硫黄成分を含有しないＦｅ膜より無電解めっき処理の際の触媒性が向上し、ピンホール、めっき未析出、膜厚ムラ等の改善を図ったＡｕ膜４２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周辺部に局所的なめっき液の流れが生じ、形成するＡｕ膜４２に局所的に膜ムラが発生するが、上述したように下地膜（Ｆｅ膜）に硫黄成分を含有させることにより、触媒性が向上し、Ａｕ膜４２の膜ムラの発生を防止することができる。
また、Ｆｅ−Ｓ膜２８に硫黄を含有させることにより触媒性が向上するため、同時にめっき析出速度の向上を図ることができる。
さらに、配線パターン４６をＦｅ−Ｓ膜２８とＡｕ膜４２との２層構造とすることで、配線パターン４６の膜厚を厚くすることができ、より配線パターン４６の抵抗値を下げることができる。
これらの結果、配線パターン４６の電気的特性の向上、歩留まり向上、及び低コスト化を図ることができる。
ここで、本発明者は、下地Ｆｅ層に硫黄成分を含有しない場合（図５（ａ））と、下地Ｆｅ層に硫黄成分を含有させ、Ｆｅ−Ｓ膜とした場合（図５（ｂ））のそれぞれにおけるＡｕ膜４２を比較した。その結果、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、硫黄成分を含有させた場合（図５（ｂ））にはめっき未析出部分によるピンホール等が少ないことが明らかとなった。
【００３０】
［第２の実施の形態］
以下に本実施形態について図面を参照して説明する。
上記実施形態では、金属膜のスパッタ成膜時に、ＦｅにＳを含有させたターゲットを用いることにより金属膜の触媒性を向上させていた。これに対し、本実施形態では、半導体基板上に金属膜を形成した後、別途金属膜上に硫化処理を施すことにより、金属膜表面の触媒性を向上させている点において異なる。なお、その他の工程については、上記第１実施形態と同様であるため、図１及び図２を参照して共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１８に上述した方法により、複数の貫通孔４８を形成する。
続けて、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１８上にスパッタ法により金属膜２８ａを形成する。ここで、本実施形態では、上記第１実施形態と異なり、金属膜２８ａ中には硫黄は含有しておらず、金属膜２８ａはＦｅ金属のみから構成されている。
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１８に成膜された金属膜２８ａ上に、形成する配線パターンに対応したレジストパターン３８を形成する。
【００３２】
次に、図２（ａ）に示すように、上記レジストパターン３８をマスクとして、例えば塩化第２鉄を用いたウエットエッチング処理を半導体基板１８に施し、所定パターンからなるＦｅ膜２８を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、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。
【００３３】
次に、半導体基板１８上に形成されたＦｅ膜２８表面に触媒性向上処理を施す。具体的には、硫化ナトリウム又は硫化カリウムが溶解された水溶液中に、Ｆｅ膜２８を形成した半導体基板１８を浸漬させる。すると、水溶液中の硫化物イオンがＦｅ膜２８と反応し、Ｆｅ膜２８表面が硫化される。このようにして、Ｆｅ膜２８表面に触媒機能を付与する。
なお、他の方法として、Ｆｅ膜２８を形成した半導体基板１８を、チオモリブデン酸イオン、チオタングステン酸イオン、硫化水素の少なくとも一種以上を含有する水溶液に浸漬させることにより、Ｆｅ膜２８表面を硫化させることも可能である。さらに、Ｆｅ膜２８を形成した半導体基板１８を硫化水素又は亜硫酸ガスの雰囲気中に曝すことにより、Ｆｅ膜２８表面を硫化させることも可能である。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、無電解めっき処理によりＦｅ膜２８上にＡｕ膜４２を形成する。本実施形態では、Ｆｅ膜２８及び硫化したＦｅ膜２８表面が触媒となり、Ｆｅ膜２８上にＡｕ金属が選択的に析出し、Ｆｅ膜２８上にＡｕ膜４２が形成される。
【００３５】
以上説明した工程により、半導体基板１８のパターン形成部に、Ｆｅ膜２８及びＡｕ膜４２の２層の積層構造を有する配線パターン４６を得ることができる。
【００３６】
なお、上述した触媒性向上処理工程は、図１（ｂ）に示す半導体基板１８上の全面に金属膜２８ａを成膜した後に行っても良い。
【００３７】
本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、Ｆｅ膜２８表面を硫化させて、Ｆｅ膜２８表面の触媒性を向上させることにより、Ｆｅ膜２８の触媒性がより向上し、緻密かつ密着性の良いＡｕ膜４２を形成することができる。その結果、ピンホール、めっき未析出、膜厚ムラ等の改善を図ったＡｕ膜４２を形成することができる。
【００３８】
（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１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。
【００３９】
液滴吐出ヘッド１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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
封止基板２０は、流路形成基板１０とともに液滴吐出ヘッド１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
上述した構成を有する液滴吐出ヘッド１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１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１の内部流路を満たす。
【００５３】
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。
【００５４】
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１を提供することができる。
【００５５】
（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】パターンの形成工程を示す断面図である。
【図２】図１に続くパターンの形成工程を示す断面図である。
【図３】液滴吐出ヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図４】液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は第１金属膜に硫黄成分を含有させなかった場合、（ｂ）は第１金属膜に硫黄成分を含有させた場合のＡｕ膜の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１８…半導体基板（基板）、 ２８…Ｆｅ−Ｓ膜（第１金属膜）、 ３８…レジスト、 ４２…Ａｕ膜（第２金属膜）、 ４６…配線パターン、 ４８…貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法及び液滴吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）においては、アクチュエータ基板と駆動する駆動回路とを接続するための配線を形成するが、この配線の形成方法としては、（１）フォトリソグラフィー法及び（２）無電解めっき法が挙げられる。以下、上記配線の形成方法について説明する。
【０００３】
（１）フォトリソグラフィー法による配線の形成方法では、封止基板表面にスパッタ、蒸着等によりＮｉ−Ｃｒの金属薄膜を成膜し、ついで、Ａｕの金属薄膜を成膜する。その後、フォトリソグラフィー処理により、レジストを塗布・露光・現像し、配線に対応したレジスト形状にパターニングする。次に、ドライエッチングやウエットエッチングにより、上記レジストをマスクにしてＡｕ及びＮｉ−Ｃｒからなる金属薄膜を配線形状にパターニングする。その後、例えばＯ２プラズマアッシング等の方法によりレジストを剥離除去することにより、封止基板上に配線パターン（膜パターン）を形成する。
【０００４】
（２）無電解めっき法による配線の形成方法では、封止基板上にスパッタ法、フォトリソグラフィー法により上述した金属薄膜を成膜し、その後、フォトリソグラフィー処理により、レジストを塗布・露光・現像し、配線に対応したレジスト形状にパターニングする。次に、ドライエッチングやウエットエッチングにより、上記レジストをマスクにしてＡｕ及びＮｉ−Ｃｒからなる金属薄膜を配線形状にパターニングし、レジストを剥離除去する。その後、無電解めっきにより配線形状にパターニングされた金属薄膜上に配線材料を析出させて、封止基板上に配線パターン（膜パターン）を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公昭６１−３１１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無電解めっきの際の触媒として基板上に下地金属膜を形成するが、下地金属膜の成膜条件等のばらつきにより、下地金属膜の表面状態が局所的に異なる場合があった。つまり、成膜した下地金属膜は組成分布、異物、結晶状態、粒界の状態にばらつきがあった。また、レジスト残渣等表面汚染状態にばらつきもあった。この状態で、めっき処理を行うと、めっきが局所的に薄くなったり、めっきがつかない部分が出てしまった。特に、基板に開口部がある場合には、局所的な流れができて、ピンホール等のめっき未析出部、膜厚ムラ等が生じ、特性、歩留まりの低下の原因となった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上に形成する配線パターンを膜厚ムラがなく、かつめっき未析出部がないパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、基板上に、硫黄成分を含有する第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、前記第１金属膜を触媒として無電解めっき処理を施し、前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明のパターン形成方法は、前記硫黄成分が前記第１金属膜と硫化物を形成していることも好ましい。
【０００９】
この方法では、第１金属膜中に硫黄成分を含有させるため、無電解めっき処理の際に第１金属の触媒性がより向上し、緻密かつ密着性の良い第２金属膜を形成することができる。その結果、ピンホール、めっき未析出、膜厚ムラ等の改善を図った第２金属膜を形成することができる。
また、上述したように、第１金属膜に硫黄を含有させることにより触媒性が向上するため、同時にめっき析出速度の向上を図ることができる。
さらに、パターンを第１金属膜と第２金属膜との２層構造とすることで、基板との密着性がよく、かつパターンの膜厚を厚くすることができ、よりパターンの抵抗値を下げることが可能となる。
これらの結果、電気的特性の向上、歩留まり向上、及び低コスト化を図ることができる。
なお、無電解めっきより形成する第２金属膜は、複数層から形成されても良い。これにより、上述した密着性・抵抗値の他、ワイヤボンディング性・耐薬品性、膜厚等要求特性の制御が可能となる。
【００１０】
また本発明のパターン形成方法は、基板上に第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、前記第１金属膜表面を硫化する硫化工程と、前記第１金属膜の硫化した表面を触媒として無電解めっき処理を施し、前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、を有することも好ましい。
また本発明のパターン形成方法は、前記硫化工程において、硫化ナトリウム又は硫化カリウムを水溶液中に溶解させ、前記第１金属膜が形成された前記基板を前記水溶液中に浸漬させて、前記第１金属膜の表面を硫化させることも好ましい。
さらに本発明のパターン形成方法は、前記硫化工程において、前記第１金属膜が形成された前記基板を、チオモリブデン酸イオン、チオタングステン酸イオン及び硫化水素の少なくとも一種以上を含有する水溶液に浸漬、又は硫化水素及び亜硫酸ガスの少なくとも一種以上からなる雰囲気中に曝すことも好ましい。
【００１１】
この方法では、第１金属膜表面を硫化させることにより、第１金属膜表面の触媒性がより向上し、緻密かつ密着性の良い第２金属膜を第１金属膜上に形成することができる。その結果、ピンホール、めっき未析出、膜厚ムラ等の改善を図った第２金属膜を形成することができる。
また、上述したように、第１金属膜表面を硫化させることにより触媒性が向上するため、同時にめっき析出速度の向上を図ることができる。
さらに、パターンを第１金属膜と第２金属膜との２層構造とすることで、パターンの膜厚を厚くすることができ、よりパターンの抵抗値を下げることができる。なお、無電解めっきにより形成する第２金属膜は、複数層から形成されても良い。これにより、上述した密着性・抵抗値の他、ワイヤボンディング性・耐薬品性、膜厚等要求特性の制御が可能となる。
これらの結果、電気的特性の向上、歩留まり向上、及び低コスト化を図ることができる。膜厚を厚くすることができる。
【００１２】
また本発明のパターン形成方法は、前記第１金属膜形成工程において、前記第１金属膜としてＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ及びＷの群から選択される少なくとも一種以上の材料を用いて無電解めっき処理を行うことも好ましい。
【００１３】
この材料によれば、形成するパターンの抵抗値を調整することができるとともに、積層する金属膜表面との密着性の向上及び良好なめっき析出の選択性を図ることができる。
【００１４】
また本発明のパターン形成方法は、前記第２金属膜形成工程において、前記第２金属膜としてＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びＰｄの群から選択される少なくとも一種以上の材料を用いて無電解めっき処理を行うことも好ましい。
【００１５】
この材料によれば、パターン形成部と非パターン形成部とにおいて容易にめっき析出の選択性をもたせることができるとともに、積層する金属膜表面の密着性の向上を図ることができる。
【００１６】
また本発明のパターン形成方法は、前記第１金属膜形成工程の前に、前記基板を厚さ方向に貫通する貫通孔を前記基板に形成する貫通孔形成工程を有することも好ましい。
この方法によれば、基板の上部と下部とに配設された電子部品等を、基板の貫通孔を介して接続することが可能となる。また、基板に貫通孔を形成した場合、貫通孔に第２金属膜材料を形成する無電解めっき液が流れ、形成する第２金属膜に局所的に膜ムラが発生するが、上述したように第１金属膜に硫黄成分を含有させることにより、第１金属膜の触媒性が向上し、第２金属膜の膜ムラの発生を防止することができる。
【００１７】
本発明の液滴吐出ヘッドは、上記パターン形成方法により形成された前記第１金属膜及び前記第２金属膜からなる配線を有する封止基板を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この方法によれば、封止板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を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［第１の実施の形態］
まず、本実施形態の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）〜（ｃ）は、本実施形態の配線パターン形成方法の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。
【００２１】
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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２膜（図示省略）を形成する。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１８の一面側（後述する駆動回路を実装する面に対応する）の全面に鉄（Ｆｅ）に硫黄（Ｓ）を含有させた金属膜２８ａを成膜する。この金属膜２８ａの成膜は、例えばマグネトロンＤＣスパッタ装置を用い、ターゲットとしてはＦｅ粉末にＳ粉末を添加したものを用いる。このとき、ターゲット中における硫黄の含有量は、０．０１〜１％である。また、成膜する金属膜２８ａの膜厚としては例えば数１００ｎｍである。
【００２３】
なお、半導体基板１８上に成膜する金属膜２８ａは、Ｆｅを主成分として、ＦｅにＳを含有させたが、主成分とする金属はＦｅに限定されることはない。例えば、Ｆｅ金属の他に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ又はＷから選択される単体の金属、又はこれらの合金を用いることも好ましい。これらの金属材料によれば、パターン形成部と非パターン形成部とにおいて容易にめっき析出の選択性をもたせることができるとともに、積層される金属膜２８ａ表面の密着性の向上を図ることができる。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１８に形成された金属膜２８ａ上の全面にレジストを塗布し、このレジストを露光、現像処理する。これにより、非パターン形成部に対応した位置のレジストを除去（金属膜２８ａ表面を露出）するとともに、パターン形成部に対応した位置のレジストを残すことで、形成する配線パターンに対応したレジストパターン３８を形成する。
【００２５】
次に、図２（ａ）に示すように、上記レジストパターン３８をマスクとして、例えば塩化第２鉄を用いたウエ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金属膜２８ａが除去され、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Ｆｅ−Ｓ膜２８（第１金属膜）が形成される。ここで、Ｆｅ−Ｓ膜２８中のＦｅとＳとは互いに化合して硫化物を構成している。なお、エッチング処理においては、後述する無電解めっき処理の際に非パターン形成部に金属が析出しないように、非パターン形成部に位置する金属膜２８ａを完全に除去する必要がある。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、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。なお、レジストの剥離方法としては、バレルアッシャーを用いたＯ２プラズマアッシング等のプラズマ処理を採用することも可能である。
【００２７】
次に、図２（ｃ）に示すように、無電解めっき処理によりＦｅ−Ｓ膜２８上にＡｕ膜４２（第２金属膜）を形成する。具体的には、Ｆｅ−Ｓ膜２８が形成された半導体基板１８を例えば亜硫酸浴からなる無電解Ａｕめっき液に所定時間浸漬させる。すると、Ｆｅ−Ｓ膜２８が触媒となり、Ｆｅ−Ｓ膜２８上にＡｕ金属が選択的に析出する。これにより、図２（ｃ）に示すように、Ｆｅ−Ｓ膜２８上に例えば膜厚０．３〜１．５μｍのＡｕ膜４２が形成される。
なお、Ｆｅ−Ｓ膜２８上に積層する膜の材料としては、上記Ａｕに限定されることない。例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びＰｄの群から選択される単体の金属、又はこれらの合金または積層構造を用いることも好ましい。このような材料を用いることにより、形成するパターンの抵抗値を調整することができるとともに、積層するＦｅ−Ｓ膜２８表面との密着性の向上及び良好なめっき析出の選択性を図ることができる。さらには、ワイヤボンディング性・耐薬品性、膜厚等要求特性の制御が可能となる。
【００２８】
以上説明した工程により、半導体基板１８のパターン形成部に、Ｆｅ−Ｓ膜２８及びＡｕ膜４２の２層の積層構造を有する配線パターン４６を得ることができる。
【００２９】
本実施形態によれば、Ｆｅ−Ｓ膜２８中に硫黄成分を含有させるため、硫黄成分を含有しないＦｅ膜より無電解めっき処理の際の触媒性が向上し、ピンホール、めっき未析出、膜厚ムラ等の改善を図ったＡｕ膜４２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周辺部に局所的なめっき液の流れが生じ、形成するＡｕ膜４２に局所的に膜ムラが発生するが、上述したように下地膜（Ｆｅ膜）に硫黄成分を含有させることにより、触媒性が向上し、Ａｕ膜４２の膜ムラの発生を防止することができる。
また、Ｆｅ−Ｓ膜２８に硫黄を含有させることにより触媒性が向上するため、同時にめっき析出速度の向上を図ることができる。
さらに、配線パターン４６をＦｅ−Ｓ膜２８とＡｕ膜４２との２層構造とすることで、配線パターン４６の膜厚を厚くすることができ、より配線パターン４６の抵抗値を下げることができる。
これらの結果、配線パターン４６の電気的特性の向上、歩留まり向上、及び低コスト化を図ることができる。
ここで、本発明者は、下地Ｆｅ層に硫黄成分を含有しない場合（図５（ａ））と、下地Ｆｅ層に硫黄成分を含有させ、Ｆｅ−Ｓ膜とした場合（図５（ｂ））のそれぞれにおけるＡｕ膜４２を比較した。その結果、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、硫黄成分を含有させた場合（図５（ｂ））にはめっき未析出部分によるピンホール等が少ないことが明らかとなった。
【００３０】
［第２の実施の形態］
以下に本実施形態について図面を参照して説明する。
上記実施形態では、金属膜のスパッタ成膜時に、ＦｅにＳを含有させたターゲットを用いることにより金属膜の触媒性を向上させていた。これに対し、本実施形態では、半導体基板上に金属膜を形成した後、別途金属膜上に硫化処理を施すことにより、金属膜表面の触媒性を向上させている点において異なる。なお、その他の工程については、上記第１実施形態と同様であるため、図１及び図２を参照して共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１８に上述した方法により、複数の貫通孔４８を形成する。
続けて、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１８上にスパッタ法により金属膜２８ａを形成する。ここで、本実施形態では、上記第１実施形態と異なり、金属膜２８ａ中には硫黄は含有しておらず、金属膜２８ａはＦｅ金属のみから構成されている。
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１８に成膜された金属膜２８ａ上に、形成する配線パターンに対応したレジストパターン３８を形成する。
【００３２】
次に、図２（ａ）に示すように、上記レジストパターン３８をマスクとして、例えば塩化第２鉄を用いたウエットエッチング処理を半導体基板１８に施し、所定パターンからなるＦｅ膜２８を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、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。
【００３３】
次に、半導体基板１８上に形成されたＦｅ膜２８表面に触媒性向上処理を施す。具体的には、硫化ナトリウム又は硫化カリウムが溶解された水溶液中に、Ｆｅ膜２８を形成した半導体基板１８を浸漬させる。すると、水溶液中の硫化物イオンがＦｅ膜２８と反応し、Ｆｅ膜２８表面が硫化される。このようにして、Ｆｅ膜２８表面に触媒機能を付与する。
なお、他の方法として、Ｆｅ膜２８を形成した半導体基板１８を、チオモリブデン酸イオン、チオタングステン酸イオン、硫化水素の少なくとも一種以上を含有する水溶液に浸漬させることにより、Ｆｅ膜２８表面を硫化させることも可能である。さらに、Ｆｅ膜２８を形成した半導体基板１８を硫化水素又は亜硫酸ガスの雰囲気中に曝すことにより、Ｆｅ膜２８表面を硫化させることも可能である。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、無電解めっき処理によりＦｅ膜２８上にＡｕ膜４２を形成する。本実施形態では、Ｆｅ膜２８及び硫化したＦｅ膜２８表面が触媒となり、Ｆｅ膜２８上にＡｕ金属が選択的に析出し、Ｆｅ膜２８上にＡｕ膜４２が形成される。
【００３５】
以上説明した工程により、半導体基板１８のパターン形成部に、Ｆｅ膜２８及びＡｕ膜４２の２層の積層構造を有する配線パターン４６を得ることができる。
【００３６】
なお、上述した触媒性向上処理工程は、図１（ｂ）に示す半導体基板１８上の全面に金属膜２８ａを成膜した後に行っても良い。
【００３７】
本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、Ｆｅ膜２８表面を硫化させて、Ｆｅ膜２８表面の触媒性を向上させることにより、Ｆｅ膜２８の触媒性がより向上し、緻密かつ密着性の良いＡｕ膜４２を形成することができる。その結果、ピンホール、めっき未析出、膜厚ムラ等の改善を図ったＡｕ膜４２を形成することができる。
【００３８】
（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１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。
【００３９】
液滴吐出ヘッド１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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
封止基板２０は、流路形成基板１０とともに液滴吐出ヘッド１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
上述した構成を有する液滴吐出ヘッド１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１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１の内部流路を満たす。
【００５３】
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。
【００５４】
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１を提供することができる。
【００５５】
（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】パターンの形成工程を示す断面図である。
【図２】図１に続くパターンの形成工程を示す断面図である。
【図３】液滴吐出ヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図４】液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は第１金属膜に硫黄成分を含有させなかった場合、（ｂ）は第１金属膜に硫黄成分を含有させた場合のＡｕ膜の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１８…半導体基板（基板）、 ２８…Ｆｅ−Ｓ膜（第１金属膜）、 ３８…レジスト、 ４２…Ａｕ膜（第２金属膜）、 ４６…配線パターン、 ４８…貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、硫黄成分を含有する第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、
前記第１金属膜を触媒として無電解めっき処理を施し、前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記請求項１において前記硫黄成分が前記第１金属膜と硫化物を形成していることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
基板上に第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、
前記第１金属膜表面を硫化する硫化工程と、
前記第１金属膜の硫化した表面を触媒として無電解めっき処理を施し、前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１金属膜形成工程において、
前記第１金属膜としてＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ及びＷの群から選択される少なくとも一種以上の材料を用いて無電解めっき処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第２金属膜形成工程において、
前記第２金属膜としてＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びＰｄの群から選択される少なくとも一種以上の材料を用いて無電解めっき処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第１金属膜形成工程の前に、前記基板を厚さ方向に貫通する貫通孔を前記基板に形成する貫通孔形成工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記硫化工程において、
硫化ナトリウム又は硫化カリウムを水溶液中に溶解させ、前記第１金属膜が形成された前記基板を前記水溶液中に浸漬させて、前記第１金属膜の表面を硫化させることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記硫化工程において、
前記第１金属膜が形成された前記基板を、チオモリブデン酸イオン、チオタングステン酸イオン及び硫化水素の少なくとも一種以上を含有する水溶液に浸漬、又は硫化水素及び亜硫酸ガスの少なくとも一種以上からなる雰囲気中に曝すことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のパターン形成方法により形成された前記第１金属膜及び前記第２金属膜からなる配線を有する封止基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１】
基板上に、硫黄成分を含有する第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、
前記第１金属膜を触媒として無電解めっき処理を施し、前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記請求項１において前記硫黄成分が前記第１金属膜と硫化物を形成していることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
基板上に第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、
前記第１金属膜表面を硫化する硫化工程と、
前記第１金属膜の硫化した表面を触媒として無電解めっき処理を施し、前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１金属膜形成工程において、
前記第１金属膜としてＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ及びＷの群から選択される少なくとも一種以上の材料を用いて無電解めっき処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第２金属膜形成工程において、
前記第２金属膜としてＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びＰｄの群から選択される少なくとも一種以上の材料を用いて無電解めっき処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第１金属膜形成工程の前に、前記基板を厚さ方向に貫通する貫通孔を前記基板に形成する貫通孔形成工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記硫化工程において、
硫化ナトリウム又は硫化カリウムを水溶液中に溶解させ、前記第１金属膜が形成された前記基板を前記水溶液中に浸漬させて、前記第１金属膜の表面を硫化させることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記硫化工程において、
前記第１金属膜が形成された前記基板を、チオモリブデン酸イオン、チオタングステン酸イオン及び硫化水素の少なくとも一種以上を含有する水溶液に浸漬、又は硫化水素及び亜硫酸ガスの少なくとも一種以上からなる雰囲気中に曝すことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のパターン形成方法により形成された前記第１金属膜及び前記第２金属膜からなる配線を有する封止基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１０７０５８（Ｐ２００７−１０７０５８Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９９８３６（Ｐ２００５−２９９８３６）
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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