JP2018001418A - Ｍｅｍｓデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および、ｍｅｍｓデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】埋め込み配線におけるディッシングの抑制が可能なＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および、ＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供する。【解決手段】基板（３３）の第１面に開口した凹部（４７）に導電部（４８）が埋め込まれてなる配線（４６）と、配線と電気的に接続されるバンプ電極（４２）と、第１面における配線が延在する第１方向に交差する第２方向において、配線とバンプ電極とが電気的に接続された接続領域での凹部の開口の総幅が、接続領域以外の領域での凹部の開口幅よりも狭いことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、液体噴射ヘッド等のＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および、ＭＥＭＳデバイスの製造方法に関するものであり、特に、基板に形成された凹部に導電部が埋め込まれてなる配線を備えるＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および、ＭＥＭＳデバイスの製造方法に関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスは、シリコン基板上に圧電素子等の駆動素子や電子回路等を備え、各種の液体噴射装置、表示装置、若しくは振動センサー等に応用されている。例えば、液体噴射装置では、ＭＥＭＳデバイスの一形態である液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射（吐出）する。このようなＭＥＭＳデバイスでは、駆動素子等を駆動させるための電気信号を扱う複数の基板同士を電気的に接続する構成が採用されている。このような構成において、溝状の凹部内に配線材料として銅（Ｃｕ）等の導電部をめっき法やスパッタ法等により埋め込み、凹部の開口より外側に盛り上がった余剰な導電部を例えば化学機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）によって研磨することにより形成された埋め込み配線が用いられる構成も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３５３６３３号公報

ところが、上記の埋め込み配線をシリコン基板に形成する場合において基板に複数の埋め込み配線が設けられた構成では、上記の盛り上がった余剰部分の厚さが均一になりにくいため、余剰部分が最も盛り上がった埋め込み配線において基板の表面に揃うまで研磨すると、基板の素材（シリコン）よりも柔らかい導電部はより多く削られやすいため、他の埋め込み配線では基板の表面よりも反対側の面側に落ち窪んだディッシングと呼ばれる現象が生じる。このようなディッシングが生じると、基板の表面と埋め込み配線との間に段差が生じるため、当該埋め込み配線上に積層された配線の断線や抵抗値の増加等のリスクがあり、ＭＥＭＳデバイスの信頼性を損ねる原因となるおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、埋め込み配線におけるディッシングの抑制が可能なＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および、ＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することにある。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、上記目的を達成するために提案されたものであり、基板の第１面に開口した凹部に導電部が埋め込まれてなる配線と、
前記配線と電気的に接続されるバンプ電極と、
前記第１面における前記配線が延在する第１方向に交差する第２方向において、前記配線と前記バンプ電極とが電気的に接続された接続領域での前記凹部の開口の総幅が、前記接続領域以外の領域での前記凹部の開口の幅よりも狭いことを特徴とする。

上記構成によれば、接続領域における凹部の開口の総幅が、接続領域以外の領域における凹部の開口幅よりも狭いので、凹部内に充填された導電部が基板の表面より落ち窪む所謂ディッシングを抑制することができる。このため、基板の表面と凹部の開口内の導電部との間の段差が抑制されるので、当該段差において配線上に積層された配線の断線や抵抗値の増加等の不具合を低減することができる。また、接続領域において、配線の高さ（基板同士の積層方向における位置）のばらつきが生じにくくなるので、バンプ電極が配線に押し当てられて電気的に接続される際に、導通に必要な荷重を低減することができる。

上記構成において、前記配線は、前記接続領域における前記凹部の開口内に前記バンプ電極を支持する支持部を有する構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、配線とバンプ電極との接続の際に、支持部によってバンプ電極が支持され、当該支持部によって荷重が受け止められるので、接続の際の荷重を低減しつつより確実に導通を確保することが可能となる。

上記構成において、前記接続領域における前記凹部の開口縁が、前記接続領域以外の領域における開口縁よりも前記第２方向において対向する開口縁側に突出した構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、接続領域における凹部の開口幅を接続領域外における凹部の開口幅よりも狭くすることにより、凹部内の導電部が基板の表面より落ち窪むディッシングを抑制することができる。

上記構成において、前記第２方向において、前記接続領域に対応する前記凹部の開口の総幅が、当該接続領域に対応する前記凹部の内部の総幅よりも狭い構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、接続領域に対応する凹部の開口の総幅が、当該接続領域に対応する凹部の内部の総幅よりも狭いことにより、配線の断面積を増やすことができるので、接続領域における凹部の開口の幅をより狭くすることによる電気的な抵抗の増加を抑制することが可能となる。

上記構成において、前記バンプ電極は、樹脂からなる弾性体の表面に導電層が形成されてなる構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、バンプ電極が配線に押し当てられて電気的に接続される際に、導通に必要な荷重を低減することができるので、過大な荷重によりバンプ電極の電極層が断線したり基板が割れたりする等の不具合を抑制することが可能となる。

上記構成において、前記基板は、駆動回路と当該駆動回路からの出力信号により駆動される駆動素子とを前記配線を介して電気的に接続するものであり、
前記バンプ電極と前記接続領域との電気的な接続が、前記駆動回路と前記基板との接続、または、前記基板と前記駆動素子との接続である構成を採用することができる。

この構成によれば、駆動回路と駆動素子とをより確実に電気的に接続することができるので、ＭＥＭＳデバイスの信頼性の向上が図られる。

また、本発明の液体噴射ヘッドは、上記ＭＥＭＳデバイスの一種であることを特徴とする。

さらに、本発明の液体噴射装置は、上記液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、より信頼性の高い液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供することが可能となる。

また、本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、シリコン製の基板の第１面に開口した凹部に導電部が埋め込まれてなる配線を有し、前記配線にバンプ電極が電気的に接続されるＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
前記基板における前記凹部の形成予定位置に前記第１面側から前記基板の板厚方向に沿って窪みを形成する工程と、
前記窪みを異方性エッチングにより前記板厚方向に交差する方向に拡大して前記凹部を形成する工程と、
前記凹部内に導電部を充填する工程と、
前記凹部の開口より外側の余剰な導電部を研磨により除去する工程と、
を経ることを特徴とする。

上記方法によれば、基板の厚さ方向に沿って形成された窪みが異方性エッチングにより板厚方向に交差する方向に拡大されるので、凹部の内部の総幅が基板の第１面における凹部の開口の総幅よりも広くなるように凹部を形成することができる。これにより、凹部の開口の幅を狭くしつつ配線の断面積を増やすことができるので、凹部の開口の幅をより狭くすることによる電気的な抵抗の増加を抑制することが可能となる。

液体噴射装置（プリンター）の構成を説明する斜視図である。 ＭＥＭＳデバイス（記録ヘッド）の構成を説明する平面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。 基板配線部の平面図である。 図５におけるＣ−Ｃ線断面図である。 図５におけるＤ−Ｄ線断面図である。 基板配線部の製造工程を説明する工程図である。 基板配線部の製造工程を説明する工程図である。 基板配線部の製造工程を説明する工程図である。 基板配線部の製造工程を説明する工程図である。 基板配線部の製造工程を説明する工程図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 第２の実施形態における基板配線部の平面図である。 図１４におけるＥ−Ｅ線断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの一形態であり、液体噴射ヘッドの一形態でもあるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）、および、この記録ヘッドを搭載した液体噴射装置の一形態であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２の表面に対してインク（液体の一種）を噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３を搭載したキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、キャリッジ４に装着されることで、その内部に貯留されたインクを記録ヘッド３に供給する。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）によって検出され、プリンター１の制御部によって把握される。

次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の構成を説明する平面図、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図、図４は、図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２においてヘッドケース１６の図示は省略されている。

本実施形態における記録ヘッド３は、複数の基板等が積層されてヘッドケース１６に取り付けられて構成されている。各基板は、ノズルプレート２１、連通基板２４、および圧力室形成基板２９が、この順で積層されて互いに接着剤等により接合されてユニット化されている。さらに、圧力室形成基板２９の連通基板２４側とは反対側の面には、振動板３１、圧電素子３２（本発明における駆動素子の一種）、中継基板３３（本発明における基板あるいは配線基板の一種）、および駆動ＩＣ３４（本発明における駆動回路の一種）が積層されている。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。

ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には後述する共通液室２５にインクを供給する液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、共通液室２５と共に、後述する圧力室形成基板２９に複数並設された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間である。また、ヘッドケース１６において液体導入路１８から外れた位置には、収容空間１７が形成されている。この収容空間１７内には圧力室形成基板２９、中継基板３３、および駆動ＩＣ３４等が収容されている。さらに、図４に示すように、ヘッドケース１６には、収容空間１７に連通する配線挿通口１９が形成されている。この配線挿通口１９には、プリンター１の制御回路側からの駆動信号等を駆動ＩＣ３４に伝送する図示しないフレキシブル基板が挿通されて、収容空間１７内における中継基板３３の上面に形成された基板配線部４６（本発明における配線に相当）に接続される。

本実施形態における連通基板２４は、シリコン製の板材である。この連通基板２４には、図３に示すように、液体導入路１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される共通液室２５と、この共通液室２５内のインクを各圧力室３０に個別に供給する複数の個別連通口２６と、が形成されている。また、連通基板２４の各ノズル２２に対応する位置には、連通基板２４の板厚方向を貫通したノズル連通口２７が形成されている。すなわち、ノズル連通口２７は、ノズル２２毎に対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。

ノズルプレート２１は、連通基板２４の下面（圧力室形成基板２９とは反対側の面）に接合されたシリコン製の基板である。本実施形態では、このノズルプレート２１により、共通液室２５となる空間の下面側の開口が封止されている。また、ノズルプレート２１には、複数のノズル２２が直線状（列状）に開設されている。この並設された複数のノズル２２（ノズル列）は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチで、主走査方向に直交する副走査方向に沿って等間隔に設けられている。

圧力室形成基板２９は、連通基板２４やノズルプレート２１と同様にシリコン基板から作製されている。この圧力室形成基板２９には、異方性エッチングにより圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数並設されている。この空間は、下方が連通基板２４により区画され、上方が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。各圧力室３０は、ノズル列方向と交差する方向に長尺に形成され、長手方向の一側の端部に個別連通口２６が連通すると共に他側の端部にノズル連通口２７が連通する。

振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室形成基板２９の上面（連通基板２４側とは反対側の面）に積層されている。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、当該振動板３１によって、圧力室３０の上面（天井面）が区画されている。この振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する部分は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。すなわち、振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する領域が、撓み変形が許容される駆動領域となる。この駆動領域の変形により、圧力室３０の容積が変化する。

なお、振動板３１は、例えば、圧力室形成基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体層と、から成る。そして、この絶縁体層上（振動板３１の圧力室形成基板２９側とは反対側の面）における各圧力室３０に対応する領域（すなわち駆動領域）に圧電素子３２がそれぞれ積層されている。本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、例えば、振動板３１上に、下電極層、圧電体層及び上電極層が順次積層されてなる。このように構成された圧電素子３２は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。各圧電素子３２からは、図２に示すように、リード電極３７が圧電素子３２より外側（すなわち、駆動領域から外れた非駆動領域）まで引き回されている。このリード電極３７は、圧電素子３２を駆動するための駆動信号を当該圧電素子３２に印加するための配線であり、圧電素子３２からノズル列方向に交差する方向に沿って振動板３１の端部まで延設されている。

本実施形態における中継基板３３は、結晶性基板、具体的にはシリコン単結晶基板からなり、所謂インターポーザーとして機能する板材である。すなわち、中継基板３３は、駆動回路の一種である駆動ＩＣ３４と駆動素子の一種である圧電素子３２とを電気的に接続する基板である。この中継基板３３は、振動板３１との間に接合樹脂４３を介在させて圧電素子３２を収容する空間を形成する状態で配置されている。本実施形態では、表面、すなわち上面及び下面が（１００）面であるシリコン単結晶基板から作製されている。この中継基板３３の上面（圧電素子３２側とは反対側の面であり本発明における第１面に相当）側には、圧電素子３２の駆動に係る駆動信号を出力する駆動ＩＣ３４が配置されている。駆動ＩＣ３４は、図示しないフレキシブル基板を通じて制御回路からの駆動信号や噴射データ（ラスターデータ）等が入力され、当該噴射データに基づいて駆動信号の中から各圧電素子３２にそれぞれ出力する駆動パルスの選択制御を行う。この駆動ＩＣ３４の下面（中継基板３３側の面）には、フレキシブル基板からの駆動信号や駆動電力等が入力される入力端子４２と、各圧電素子３２に対応して設けられた個別端子および各圧電素子３２に共通な共通端子からなる出力端子４１と、が設けられている。

図２に示すように、入力端子４２は、駆動ＩＣ３４の下面において、ノズル列方向における一側の縁に沿って複数（本実施形態においては４つ）並設されている。また、出力端子４１は、駆動ＩＣ３４の下面においてノズル列方向に交差する方向の両側の縁に沿って各圧電素子３２にそれぞれ対応して複数並設されている。これらの入力端子４２および出力端子４１は、いずれも合成樹脂からなる樹脂部の表面の一部に導電層が積層されてなるバンプ電極から構成されている。すなわち、入力端子４２は、ノズル列方向に沿って突条に形成された弾性体４２ａと、当該弾性体４２ａと交差するように当該弾性体４２ａの表面形状に倣って形成された導電層４２ｂとにより構成されている。この入力端子４２は、中継基板３３の後述する基板配線部４６に押し当てられることで当該基板配線部４６と電気的に接続される。同様に、出力端子４１もノズル列方向に沿って突条に形成された弾性体４１ａと、当該弾性体４１ａと交差するように当該弾性体４１ａの表面形状に倣って形成された導電層４１ｂとにより構成されている。この出力端子４１は、中継基板３３の後述する上面側配線３８に押し当てられることで当該上面側配線３８と電気的に接続される。

中継基板３３の上面には、上記したように駆動ＩＣ３４の出力端子４１に電気的に接続される上面側配線３８が形成されている。この上面側配線３８は、各圧電素子３２に対応してノズル列方向に沿って複数並設されている。一端部が出力端子４１と接続された上面側配線３８の他端部は、貫通配線４５を介して中継基板３３の下面に形成された下面側配線３９と接続されている。貫通配線４５は、中継基板３３の下面と上面との間を中継する配線であり、中継基板３３を板厚方向に貫通した貫通孔の内部に形成された金属等の導電体からなる。中継基板３３の下面（圧電素子３２側の面）には、各圧電素子３２のリード電極３７とそれぞれ電気的に接続された接続端子４０が形成されている。この接続端子４０と上記の貫通配線４５とは、下面側配線３９を介して導通されている。本実施形態における接続端子４０は、上記の駆動ＩＣ３４の入力端子４２および出力端子４１と同様に樹脂部（弾性体）と当該樹脂部の表面に形成された導電層から構成されたバンプ電極の一種である。この接続端子４０は、リード電極３７に対向する領域において振動板３１側に向けて突設されている。このような接続端子４０は、リード電極３７に押し当てられることで当該リード電極３７との導通をとる。なお、接続端子４０が、振動板３１のリード電極３７側に設けられ（すなわち、リード電極３７がバンプ電極として機能し）、当該接続端子４０と中継基板３３の下面側配線３９とが電気的に接続される構成を採用することもできる。

このような中継基板３３と圧力室形成基板２９（詳しくは、振動板３１が積層された圧力室形成基板２９）とは、接続端子４０を介在させた状態で、接合樹脂４３により接合されている。この接合樹脂４３は、中継基板３３と圧力室形成基板２９とを接合する接着剤としての機能を有するほか、中継基板３３と圧力室形成基板２９との間に圧電素子３２の駆動を阻害しない程度の間隙を形成するスペーサーとしての機能、および、圧電素子３２が形成された領域を囲んで当該領域を封止する封止材としての機能も奏する。なお、接合樹脂４３としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂等を主成分として光重合開始剤等を含む熱硬化性樹脂が好適に用いられる。

そして、上記のように形成された記録ヘッド３は、インクカートリッジ７からのインクが液体導入路１８、共通液室２５、及び個別連通口２６を通じて圧力室３０に導入される。この状態で、フレキシブル基板から基板配線部４６および入力端子４２を通じて駆動ＩＣ３４に入力された噴射データに応じて当該駆動ＩＣ３４の出力端子４１から貫通配線４５等の各配線を介して圧電素子３２に選択的に駆動信号が印加される。これにより、圧電素子３２が駆動されて圧力室３０に圧力変動が生じ、この圧力変動が制御されることにより、ノズル２２からインク滴が噴射される。

図５は、中継基板３３における基板配線部４６の構成を説明する平面図、図６は、図５におけるＣ−Ｃ線断面図、図７は、図５におけるＤ−Ｄ線断面図である。なお、図５において導電膜４９の図示は省略されている。また、図５においてハッチングで示す部分は、中継基板３３の基材表面（上面）を示している。中継基板３３の上面には、上記駆動ＩＣ３４の入力端子４２に電気的に接続されると共に図示しないフレキシブル基板に電気的に接続される基板配線部４６が形成されている。この基板配線部４６は、中継基板３３の上面において駆動ＩＣ３４の入力端子４２毎に複数並設されている。この基板配線部４６において入力端子４２と電気的に接続される領域（接続領域）には、後述するように導電膜４９が形成されている。ここで接続領域とは、原則として基板配線部４６（配線）と入力端子４２（バンプ電極）とが接触している領域を意味し、この接触領域の幅（基板配線部４６が延在する第１方向に交差する第２方向における寸法）が凹部４７の開口の幅よりも狭い場合には、接触領域を含み当該領域を第２方向に仮想的に延長して凹部４７の開口縁に至るまでの範囲を接続領域とする。

図４に示すように、中継基板３３の上面には、基板配線部４６の並設方向（第２方向）に交差する方向（第１方向）に沿って延在する溝状の凹部４７（トレンチ）が、端子並設方向に沿って所定の間隔を隔てて複数条形成されている。この凹部４７は、後述するように中継基板３３であるシリコン単結晶基板にエッチング処理（ドライエッチングおよびウェットエッチング）が施されることにより形成されており、中継基板３３の上面に開口している。この凹部４７の内部には、銅（Ｃｕ）等の金属からなる導電部４８が、めっき等により充填されている（すなわち、中継基板３３に埋め込まれている）。なお、凹部４７の内壁と導電部４８との間には図示しないシリコン酸化膜等からなる絶縁膜が設けられている。また、絶縁膜の他、拡散防止膜や密着膜が設けられていてもよい。

また、中継基板３３の上面において、上記接続領域における凹部４７の開口内に露出した導電部４８を覆うように金（Ａｕ）等の導電性材料からなる導電膜４９が成膜されており、導電部４８と導電膜４９とにより基板配線部４６が構成されている。導電膜４９は、チタン・タングステン（ＴｉＷ）あるいはニッケル・クロム（ＮｉＣｒ）等の密着層５１と金（Ａｕ）等の導電層５２が積層されて構成されている。この基板配線部４６は、中継基板３３の上面において駆動ＩＣ３４の入力端子４２に対向する位置からフレキシブル基板の配線電極端子が接続される領域を通り中継基板３３の端（縁）に至るまで端子並設方向に交差（直交）する方向に延在している。このため、端子並設方向に交差する方向において、基板配線部４６の寸法（全長）は、フレキシブル基板の配線電極端子および駆動ＩＣ３４の入力端子４２の寸法よりも十分に長くなっている。

ここで、本実施形態における基板配線部４６に関し、入力端子４２との接続領域に対応する位置には、入力端子４２を支持する柱状の支持部５０が形成されている。すなわち、この支持部５０は、平面視において凹部４７の開口内に設けられている。この支持部５０は、凹部４７がエッチングにより形成される際に、中継基板３３の基材であるシリコンを柱状に残すことにより形成された部分である。本実施形態において、この支持部５０は、接続領域以外の領域には形成されていない。このため、接続領域において、基板配線部４６が延在する第１方向に交差する第２方向における凹部４７の開口の総幅が、接続領域以外の領域における凹部４７の開口の幅よりも狭くなっている。ここで、総幅とは、凹部４７の開口の第２の方向における寸法であって、当該開口内の支持部５０の範囲を除く意味である。すなわち、図５および図６に示すように、第２方向（図中左右方向）における接続領域の凹部４７の開口の総幅Ｗ１は、支持部５０の両側の開口の幅Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの合計であり、この支持部５０が設けられていることにより、その分だけ接続領域外の凹部４７の開口の総幅Ｗ２よりも狭くなっている。

このように、接続領域における凹部４７の開口の幅をより狭くすることにより、後述するように凹部４７内に導電部４８がめっき等により充填された後、研磨工程の際に導電部４８が中継基板３３の表面より落ち窪む所謂ディッシングを抑制することができる。このため、中継基板３３の表面（上面）と凹部４７の開口内の導電部４８との間の段差が抑制されるので、当該段差において導電膜４９が断線するリスクを低減することができる。これにより、当該断線に起因する抵抗の増加やマイグレーションの発生等を抑制することが可能となる。また、接続領域において、基板配線部４６の高さ（基板同士の積層方向における位置）のばらつきが生じにくくなるので、バンプ電極からなる入力端子４２が基板配線部４６に押し当てられて電気的に接続される際に、導通に必要な荷重を低減することができる。この基板配線部４６の高さのばらつきに関し、基板配線部４６同士の高さばらつきに限られず、基板配線部４６と中継基板３３上の他の配線部との高さばらつきも抑えられる。このため、基板同士を積層して両基板に対して相互に近接する方向に荷重を付与して両基板の配線同士をバンプ電極により接続する際に、過大な荷重によりバンプ電極の電極層が断線したり基板が割れたりする等の不具合を抑制することが可能となる。さらに、本実施形態においては、入力端子４２と基板配線部４６との接続の際に、中継基板３３の基材からなる支持部５０によって入力端子４２が支持されるので、上記の荷重を低減しつつより確実に導通を確保することが可能となる。そして、このような構成を採用することにより、より信頼性の高い記録ヘッド３（ＭＥＭＳデバイス）およびプリンター１を提供することが可能となる。

ところで、接続領域における凹部４７の開口の幅をより狭くする（開口面積を狭くする）ことにより、これに伴って電気的な抵抗成分が大きくなる。これを抑制するため、本実施形態においては、図６に示すように、第２方向において、接続領域に対応する凹部４７の開口の総幅Ｗ１（Ｗ１ａ＋Ｗ１ｂ）が、当該接続領域に対応する凹部４７の内部（中継基板３３の厚さ方向の途中）の総幅Ｗ３（Ｗ３ａ＋Ｗ３ｂ）よりも狭くなっている。換言すると、接続領域における凹部４７の内部の総幅Ｗ３は、接続領域に対応する凹部４７の開口の総幅Ｗ１よりも広い。同様に、図７に示すように、接続領域以外の領域に対応する凹部４７の内部の総幅Ｗ４は、当該領域における凹部４７の開口の総幅Ｗ２よりも広い。このように凹部４７の開口の幅よりも凹部４７の内部の幅を広くすることにより、基板表面における凹部４７の開口の幅を狭めつつも基板配線部４６の断面積を増やすことができるので、接続領域における凹部４７の開口の幅をより狭くすることによる電気的な抵抗の増加を抑制することが可能となる。

図８から図１３は、中継基板３３に基板配線部４６を形成する工程を説明する工程図であり、接続領域に対応する位置における断面を示している。まず、図８に示すように、中継基板３３の材料であるシリコン単結晶基板の実装面（第１面）となる面に、第１マスク５４および第２マスク５５が形成される（マスク形成工程）。これらのマスクとしては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいは感光性樹脂からなるレジスト等、以下で説明するドライエッチング工程やウェットエッチング工程でマスクとして機能するものであればよい。第１マスク５４には、露光および現像を経てマスク開口部５７が形成される（図９参照）。このマスク開口部５７は、ウェットエッチング工程で使用される開口部である。同様に、第２マスク５５には、マスク開口部５８が形成され（図８参照）、当該マスク開口部５８は、ドライエッチング工程で使用される開口部である。本実施形態においては、接続領域に対応する部分に支持部５０が設けられるため、当該支持部５０に対応する部分がマスクされる。なお、マスク開口部５８の開口面積は、マスク開口部５７の開口面積よりも小さく設定されている。

次に、図９に示すように、第２マスク５５のマスク開口部５８を介してドライエッチング工程が行われて、凹部４７の形成予定位置に凹部４７を形成する際のきっかけとなる部分となる窪み６０が形成される。この窪み６０は、例えば、ボッシュ法等のエッチング法により、中継基板３３の基材の厚さ方向途中まで穿設される。すなわち、プラズマによるエッチング工程、および、穴の内周壁の保護膜形成工程が順次繰り返されながら、中継基板３３の厚さ方向に延在する窪み（縦穴）６０が形成される。この窪み６０は、接続領域における支持部５０の形成予定領域の両側にそれぞれ形成される。また、接続領域以外の凹部４７の形成予定領域においては、接続領域における窪み６０よりも幅の広く設定された窪み６０が形成される。ここで、中継基板３３の基材の上下面方向に平行な方向における窪み６０の断面積は、後に形成される凹部４７の断面積（完成時の断面積）よりも小さく、また、本実施形態においては、基材の上面における凹部４７の開口面積（完成時の開口面積）よりも小さく調整されている。また、これらの窪み６０の深さは、凹部４７として必要な深さに調整される。なお、窪み６０の形成方法としては、例示したものには限られず、レーザーを用いる方法等、種々の手法を採用することができるが、窪み６０の深さを任意に調整できるものが望ましい。窪み６０が形成された後、第２マスク５５が除去される。

窪み６０が形成されたならば、次に、第１マスク５４のマスク開口部５７を介して水酸化カリウム（ＫＯＨ）からなるエッチング溶液が導入されることによりウェットエッチング工程が行われる。ここで、本実施形態における中継基板３３の基材表面に平行な（１００）面に対して直交する（１１０）面に対するエッチングレートが、（１１１）面に対するエッチングレートよりも高い。このため、ウェットエッチング工程が進むに連れて、図１０に示すように、窪み６０が側方（中継基板３３の板厚方向に交差する方向）に拡大し、中継基板３３の基材表面に平行な（１００）面に対して約５５°に傾斜した（１１１）面からなる傾斜面６１と上記（１００）面に直交する（１１０）面からなる側面６２とが現れる。これにより、中継基板３３の基材表面における開口部分の総幅よりも内部の総幅が広い凹部４７が形成される。本実施形態においては、接続領域に対応する位置に所望の形状・大きさの支持部５０が形成された時点でウェットエッチング工程が終了される。また、本実施形態においてはウェットエッチング工程が終了した時点で側面６２が残るが、形成予定の凹部４７の形状や大きさによっては当該側面６２が消失するまでウェットエッチング工程が行われてもよい。凹部４７が形成された後、第１マスク５４が除去される。なお、本実施形態においては中継基板３３の上下面が（１００）面である構成を例示したが、例えば、中継基板３３の上下面が（１１０）面である場合においても、上記と同様な工程を経ることで、中継基板３３の基材表面における開口部分の総幅よりも内部の総幅が広い凹部を形成することができる。ただし、この場合、中継基板３３の基材表面に対する傾斜面の角度が異なる（６０°）。

ウェットエッチング工程が完了すると、続いて、図１１に示すように、凹部４７の内部にめっき法により銅（Ｃｕ）等の導電材料が充填されて導電部４８が形成される。このとき、導電材料が凹部４７の開口より外側まで盛り上がった膨隆部４８′が形成される。このため、導電部４８が形成された後、余分な膨隆部４８′を除去するために研磨工程が行われる。すなわち、膨隆部４８′が形成された中継基板３３の上面がＣＭＰによって研磨される。これにより、図１２に示すように、中継基板３３の上面が概ね平坦化される。この際、接続領域における凹部４７の開口総幅が、当該接続領域以外における凹部４７の開口幅より狭くなるように形成されているので、少なくとも接続領域においては、中継基板３３の基材（シリコン）よりも柔らかい導電部４８が過剰に削れることにより導電部４８が中継基板３３の表面より落ち窪むディッシングが抑制される。また、接続領域以外においても凹部４７の開口の幅よりも凹部４７の内部の幅を広くすることにより、電気的な抵抗の増加を招くことなく当該領域における凹部４７の開口の幅をより狭くすることができるので、ディッシングを抑制することができる。

続いて、図１３に示すように、接続領域となる位置において凹部４７の開口内に露出した導電部４８および支持部５０の表面を覆うように導電膜４９が形成される。この工程では、密着層５１が成膜された後、当該密着層５１に積層する形で導電層５２が成膜される。本実施形態において、密着層５１は、例えばチタン−タングステン（ＴｉＷ）から作製され、導電層５２は、例えば金（Ａｕ）から作製される。成膜方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、あるいはめっき法等を採用することができる。そして、密着層５１および導電層５２がフォトリソグラフィー技術によりパターニングされて、導電膜４９が形成される。以上のような工程を経て、中継基板３３の実装面上基板配線部４６が形成される。

図１４および図１５は、本発明の第２の実施形態における基板配線部６４の構成を説明する図であり、図１４は平面図、図１５は図１４におけるＥ−Ｅ線断面図である。上記第１の実施形態における基板配線部４６は、凹部４７の開口内に島状の支持部５０が設けられた構成を例示したが、これには限られない。本実施形態における基板配線部６４においては、入力端子４２との接続領域における凹部６７の開口縁が、接続領域以外の領域における開口縁よりも第２方向において対向する開口縁側にそれぞれ突出することにより、突出部６８が形成されている点で上記第１の実施形態と異なっている。このように基板配線部６４の接続領域に対応する部分に突出部６８が設けられていることにより、当該接続領域において第２方向における凹部６７の開口の幅が、接続領域以外の領域における凹部６７の開口の幅よりも狭くなっている。すなわち、第２方向（図中左右方向）における接続領域の凹部６７の開口幅（開口の総幅）Ｗ１′は、両側に突出部６８が設けられていることにより、その分だけ接続領域外の凹部６７の開口幅Ｗ２よりも狭くなっている。このように、接続領域における凹部６７の開口幅を接続領域外における凹部６７の開口幅よりも狭くすることにより、上記第１の実施形態と同様に、凹部６７内に導電部６５がめっき等により充填された後の研磨工程の際に導電部６５が過剰に削られて中継基板３３の表面より落ち窪むディッシングを抑制することができる。また、突出部６８は、上記第１の実施形態における支持部５０と同様に、入力端子４２との接続の際に荷重を受け止めるので、より確実に導通を確保することが可能となる。

また、上記各実施形態においては、バンプ電極と配線の接続領域との電気的接続の例として、中継基板３３における配線の一種である基板配線部４６と、駆動回路の一種である駆動ＩＣ３４におけるバンプ電極の一種である入力端子４２との接続例（バンプ電極と配線の接続領域との電気的な接続が、駆動回路と基板との接続）を挙げて説明したが、これには限られない。例えば、駆動素子の一種である圧電素子３２のリード電極３７と、中継基板３３の下面側配線３９との接続においても本発明を適用することができる。この場合、リード電極３７にバンプ電極が設けられ、下面側配線３９が上記基板配線部４６と同様な構造を有する配線とすることができる。すなわち、当該構成は、バンプ電極と配線の接続領域との電気的な接続が、基板と駆動素子との接続である。この構成においても、下面側配線３９のディッシングが抑制され、これにより、リード電極３７と下面側配線３９とをより確実に導通させることができる。その結果、駆動回路と駆動素子とをより確実に電気的に接続することができるので、ＭＥＭＳデバイスの信頼性の向上が図られる。
さらに、中継基板３３を有しない構成においても本発明を適用することができる。すなわち、駆動素子が設けられた基板に駆動回路を積層する構成において駆動素子と駆動回路とを電気的に接続する部分に本発明を適用することが可能である。

また、支持部５０や突出部６８の形状や大きさは上記各実施形態で例示したものには限られない。例えば、支持部５０に関し、基板配線部４６の延在方向（第１方向）に沿って長尺な島状であってもよい。また、突出部６８に関しても、図１４に示したように、平面視で略台形状のものには限られず、基板配線部４６における凹部４７の開口幅を狭窄するような形状であればよい。

さらに、本発明は、複数の基板の電極端子同士が電気的に接続されたＭＥＭＳデバイスであれば適用することが可能である。例えば、可動領域の圧力変化、振動、あるいは変位等を検出するセンサー等のＭＥＭＳデバイスにも本発明を適用することができる。

そして、上記実施形態においては、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、複数の基板の電極端子同士が電気的に接続された他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液体の一種として液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。

１...プリンター，２...記録媒体，３...記録ヘッド，４...キャリッジ，５...キャリッジ移動機構，６...搬送機構，７...インクカートリッジ，８...タイミングベルト，９...パルスモーター，１０...ガイドロッド，１５...流路ユニット，１６...ヘッドケース，１７...収容空間，１８...液体導入路，１９...配線挿通口，２１...ノズルプレート，２２...ノズル，２４...連通基板，２５...共通液室，２６...個別連通口，２７...ノズル連通路，２９...圧力室形成基板，３０...圧力室，３１...振動板，３２...圧電素子，３３...中継基板，３４...駆動ＩＣ，３６...配線電極端子，３７...リード電極，３８...上面側配線，３９...下面側配線，４０...接続端子，４１...出力端子，４１ａ...弾性体，４１ｂ...導電層，４２...入力端子，４２ａ...弾性体，４２ｂ...導電層，４３...接合樹脂，４５...貫通配線，４６...基板配線部，４７...凹部，４８...導電部，４９...導電膜，５０...支持部，５１...密着層，５２...導電層，５４...第１のマスク，５５...第２のマスク，５７...マスク開口部，５８...マスク開口部，６０...窪み，６１...傾斜面，６２...側面，６４...基板配線部，６５...導電部，６６...導電膜，６７...凹部，６８...突出部

Claims (9)

1. 基板の第１面に開口した凹部に導電部が埋め込まれてなる配線と、
   前記配線と電気的に接続されるバンプ電極と、
   前記第１面における前記配線が延在する第１方向に交差する第２方向において、前記配線と前記バンプ電極とが電気的に接続された接続領域での前記凹部の開口の総幅が、前記接続領域以外の領域での前記凹部の開口の幅よりも狭いことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 前記配線は、前記接続領域における前記凹部の開口内に前記バンプ電極を支持する支持部を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
3. 前記接続領域における前記凹部の開口縁が、前記接続領域以外の領域における開口縁よりも前記第２方向において対向する開口縁側に突出したことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記第２方向において、前記接続領域に対応する前記凹部の開口の総幅が、当該接続領域に対応する前記凹部の内部の総幅よりも狭いことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
5. 前記バンプ電極は、樹脂からなる弾性体の表面に導電層が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
6. 前記基板は、駆動回路と当該駆動回路からの出力信号により駆動される駆動素子とを前記配線を介して電気的に接続するものであり、
   前記バンプ電極と前記接続領域との電気的な接続が、前記駆動回路と前記基板との接続、または、前記基板と前記駆動素子との接続であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの一種である液体噴射ヘッド。
8. 請求項７に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
9. シリコン製の基板の第１面に開口した凹部に導電部が埋め込まれてなる配線を有し、前記配線にバンプ電極が電気的に接続されるＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
   前記基板における前記凹部の形成予定位置に前記第１面側から前記基板の板厚方向に沿って窪みを形成する工程と、
   前記窪みを異方性エッチングにより前記板厚方向に交差する方向に拡大して前記凹部を形成する工程と、
   前記凹部内に導電部を充填する工程と、
   前記凹部の開口より外側の余剰な導電部を研磨により除去する工程と、
   を経ることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。

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