JP2005035281A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ウェハから多数採りされた基板毎の犠牲層の形状を各基板で均一に維持しつつ、作業工程の短縮化を図ることができない。
【解決手段】 液体を吐出口１６から吐出させるための電気熱変換体１３と、この電気熱変換体１３とその駆動素子２１〜２３とを導通させる電極配線部２６と、貫通状態の液体供給口１２とを有する基板１１を具えた本発明による液体吐出ヘッドの製造方法は、電極配線部２６を形成する際に電極配線部２６と同じ材料を用いて液体供給口１２の形成位置に犠牲層を形成する工程と、犠牲層が被覆される耐エッチング層を形成する工程と、電気熱変換体１３が形成された面と反対側の面から基板１１をエッチングして犠牲層を除去し、液体供給口１２となる部分の耐エッチング層を露出させる工程と、この露出した耐エッチング層を除去して基板１１に液体供給口１２を形成する工程とを具える。
【選択図】 図９
【解決手段】 液体を吐出口１６から吐出させるための電気熱変換体１３と、この電気熱変換体１３とその駆動素子２１〜２３とを導通させる電極配線部２６と、貫通状態の液体供給口１２とを有する基板１１を具えた本発明による液体吐出ヘッドの製造方法は、電極配線部２６を形成する際に電極配線部２６と同じ材料を用いて液体供給口１２の形成位置に犠牲層を形成する工程と、犠牲層が被覆される耐エッチング層を形成する工程と、電気熱変換体１３が形成された面と反対側の面から基板１１をエッチングして犠牲層を除去し、液体供給口１２となる部分の耐エッチング層を露出させる工程と、この露出した耐エッチング層を除去して基板１１に液体供給口１２を形成する工程とを具える。
【選択図】 図９
Description
本発明は、製造工程を簡略化し得る信頼性に優れた液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
なお、本明細書において、「プリント」とは、文字、図形など有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像、模様、パターンなどを形成する、または媒体の加工を行う場合も言うものとする。また、「プリント媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチックフィルム、金属板など、ガラス、セラミックス、木材、皮革などのインクを受容可能な物も言うものとする。さらに、「インク」（「液体」と呼称する場合もある）とは、上記「プリント」の定義と同様広く解釈されるべきもので、プリント媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターンなどの形成またはプリント媒体の加工、あるいはインクの処理（例えばプリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化）に供され得る液体を言い、プリントに関して用いる全ての液体を含むものとする。
従来技術としての特許文献１に開示されたインクジェットプリント法は、液滴吐出の原動力を熱エネルギーを液体に作用させて得る点において、他のインクジェットプリント法とは異なる特徴を有している。すなわち、このインクジェットプリント法は、熱エネルギーの作用を受けた液体が加熱による気化に伴って気泡を発生し、この気泡の成長に伴う膨張カによりプリントヘッドの吐出口から液滴がプリント媒体に噴射され、文字やイメージなどの所定の画像情報がプリント媒体にプリントされる。このインクジェットプリント法に用いられるプリントヘッドは、液体を吐出するための吐出口と、この吐出口に連通して噴射するための液体が供給される液室と、この液室に配されて液滴を吐出口から噴射させるための熱エネルギーを発生する吐出エネルギー発生部と、この吐出エネルギー発生部を液体から保護する保護層と、吐出エネルギー発生部によって発生する熱エネルギーを蓄熱するための蓄熱層とを一般に備えている。
また、特許文献２には、上述したプリントヘッドの液室に連通してこの液室に液体を供給するための液体供給口を異方性エッチングにより形成する方法が開示されており、特許文献３には、さらに犠牲層を用いて液体供給口を高精度に形成する方法が開示されている。この特許文献３には、高精度なエッチングを行う際に犠牲層が果たす具体的な工程が、例えば図１〜図３およびその説明に係る第１実施形態に記載されている。
このような従来のプリントヘッドにおける液体供給口の製造手順の一例を特許文献３に開示された技術に基づき、図２７〜図３４を参照して説明すると、シリコン基板１の表面を熱酸化させてＳiＯ２層２を形成し、さらに、このＳiＯ２層２の上に減圧ＣＶＤ法によりＳi３Ｎ４層３を堆積させる（図２７参照）。次に、このＳi３Ｎ４層３が後述する犠牲層４の形成部分近傍にのみ残るようにパターニングする。この時、パターニングの際のエッチングによりシリコン基板１の裏面に体積していたＳi３Ｎ４層３はすべて除去される（図２８参照）。次に、このシリコン基板１をさらに熱酸化してＳiＯ２層２をさらに成長させる。この時、パターニングされたＳi３Ｎ４層３の直下に位置する部分は酸化されず、その両側に位置するＳiＯ２層２のみが選択的に酸化され、Ｓi３Ｎ４層３で覆われていない部分のＳiＯ２層２の厚みが増大することとなる。その後、Ｓi３Ｎ４層３をエッチングにて除去する（図２９参照）。次に、ポリシリコンによる犠牲層４を形成するため、Ｓi３Ｎ４層３が形成されていた膜厚の薄いＳiＯ２層２の部分をパターニングによって除去し、この除去部分にポリシリコンによる犠牲層４を形成する（図３０参照）。次に、この犠牲層４を囲むエッチングストップ層５を減圧ＣＶＤ法により応力を調整したＳi３Ｎ４にて形成し、この表面全面をホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）層６で被覆する（図３１参照）。さらにこのＰＳＧ層６の上にプラズマＣＶＤ法によって第２のＳiＯ２層７を形成し（図３２参照）、このＳiＯ２層７とＰＳＧ層６とをパターニングし、エッチングストップ層５に臨む第２のＳi３Ｎ４層８をプラズマＣＶＤ法によりその表面全面に形成する（図３３参照）。しかる後、シリコン基板１の裏面側から犠牲層４に達する液体供給口９を異方性エッチングにより形成する（図３４参照）。
特許文献４には、犠牲層をポリシリコンで形成し、さらにその犠牲層を駆動回路などのＭＯＳトランジスタのゲート電極の成膜工程やエッチング工程と同じ工程で行うと、犠牲層専用のマスクは不要であることが開示されている。
しかしながら、通常、ポリシリコンは比抵抗が高いため、トランジスタのゲート電極として用いる場合には不純物をドープするなどして、比抵抗を下げる必要がある。他方、ポリシリコンは、不純物をドープするとエッチング速度が低下する傾向があるので、エッチングしようとする材料よりも速いエッチング速度が必要な犠牲層材料としてポリシリコンを用いるには難がある。そのため、同じポリシリコンといっても、電極材料と犠牲層とを同一材料で形成しようとすると、工程は省けるかもしれないが、電極、犠牲層の一方若しくは両方の性能が低下してしまうことになり、単純にそのまま用いることはできない。
さらに、ゲート電極などの配線層上にＰＳＧ層を設けたときには、ＰＳＧ層がエッチング液によって溶けることがあるので、耐エッチング層としては適さない場合がある。例えば、液体供給口９により基板下方から供給された液体を基板上方へ供給するための工程の１つとして、図３２から図３３にかけてＰＳＧ層６の所定の部分をエッチングするが、この際、犠牲層４を覆うエッチングストップ層６を別途設けていないと、犠牲層４が直接エッチング液に晒されてしまうことになる。
従来は、このような問題を回避するためにＳi３Ｎ４にて形成したエッチングストップ層５を犠牲層４とＰＳＧ層６との間に設けていた。そのため、液体供給口周りの構造物に、配線電極の上にＰＳＧ層を設けた場合には、ＰＳＧ層を設ける前にあらかじめ窒化ケイ素からなるエッチングストップ層としての耐エッチング層を形成することにより、ポリシリコン犠牲層４にエッチングの影響を及ぼすことのないＰＳＧ層のエッチングを行うようにしている。
また、窒化ケイ素からなる耐エッチング層は、減圧ＣＶＤ法により形成される際に一定の温度に加熱する必要があるため、配線層と同一工程で形成される犠牲層としてはポリシリコンが使用されている。
従って、従来の構成では、ウェハから多数採りされた基板毎の犠牲層の形状を各基板で均一に維持しつつ、作業工程の短縮化を図れる製造方法は見出されていなかった。
(発明の目的)
本発明の目的は、基板の裏面側からエッチングを進めて絶縁層を貫通する液体供給口の形成工程に先立ち、液体供給口の形成位置に応じて基板の表面に基板よりも早くエッチングが進行する犠牲層と、この犠牲層の少なくとも上面に接してエッチングの進行を止めるエッチングストップ層とを予め形成する液体吐出ヘッドの製造方法において、その製造工程を簡略化しつつ高精度で信頼性の高い液体吐出ヘッドを得る方法を提供することにある。
本発明の目的は、基板の裏面側からエッチングを進めて絶縁層を貫通する液体供給口の形成工程に先立ち、液体供給口の形成位置に応じて基板の表面に基板よりも早くエッチングが進行する犠牲層と、この犠牲層の少なくとも上面に接してエッチングの進行を止めるエッチングストップ層とを予め形成する液体吐出ヘッドの製造方法において、その製造工程を簡略化しつつ高精度で信頼性の高い液体吐出ヘッドを得る方法を提供することにある。
この目的を達成し得る本発明による液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出口から吐出させるための吐出エネルギー発生部と、この吐出エネルギー発生部の下層に絶縁層を介して設けられ、当該吐出エネルギー発生部を駆動するための駆動素子と、この駆動素子と前記吐出エネルギー発生部とを導通させ、アルミニウムを主成分とする材料から構成される電極配線部と、前記吐出エネルギー発生部を覆うように前記絶縁層上に形成される保護層と、貫通状態の液体供給口とを有する基板を具えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記電極配線部を形成する際に前記電極配線部と同じ材料を用いて前記液体供給口の形成位置に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層を被覆し、エッチング液に対して耐性を有する耐エッチング層を形成する工程と、前記吐出エネルギー発生部が形成された面と反対側の面から前記犠牲層が露出するまで前記基板を前記エッチング液にてエッチングする工程と、さらにエッチングを進めて前記犠牲層を除去し、前記液体供給口となる部分の前記耐エッチング層を露出させる工程と、この露出した耐エッチング層を除去して前記基板に前記液体供給口を形成する工程とを具えたことを特徴とするものである。
本発明による液体吐出ヘッドの製造方法において、犠牲層を電極配線部と同一材料、例えばアルミニウムを主成分とする材料にて形成することができる。
絶縁層を構成する材料として酸化ケイ素を用い、保護層を形成する材料として窒化ケイ素を用いることができる。
駆動素子がトランジスタであり、電極配線部はこのトランジスタのソースおよびドレインを含むことができる。
耐エッチング層を犠牲層の上面と側面とを囲むように形成することができ、さらに絶縁層または保護層と同じ材料を用いてこれらと同一工程にて形成することができる。この場合、プラズマＣＶＤ法によって３×１０８dyn/cm２以下の残留応力を有するように形成したり、あるいはプラズマＣＶＤ法によって引っ張り応力と圧縮応力とが２層構造で残留するように形成することができる。
吐出エネルギー発生部は、液体に膜沸騰を生じさせて吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギーを発生する電気熱変換体を有するものであって良い。
液体吐出ヘッドが、基板の絶縁層上に形成されてこの絶縁層との間に液室を画成すると共にこの液室に連通する吐出口が形成された上板部材をさらに具え、本発明による液体吐出ヘッドの製造方法が、液室に対応した形状の第１の樹脂層を保護層上に形成する工程と、第１の樹脂層上に上板部材に対応した形状の第２の樹脂層を形成する工程と、第２の樹脂層から吐出口に対応した部分を除去する工程と、上板部材の形成後に第１の樹脂層を除去する工程とをさらに具えることができる。
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によると、犠牲層を形成するための単独の工程が省略され、この犠牲層を形成するための工程が電極配線部を形成するための工程と同時に行われるとともに、高精度で信頼性の高い液体吐出ヘッドを得ることができる。
犠牲層を電極配線部と同一材料、例えばアルミニウムを主成分とする材料にて形成した場合、犠牲層の形状を各基板部分で均一に維持しつつ、作業工程の短縮化を図ることができる。
絶縁層を構成する材料として酸化ケイ素を用い、保護層を形成する材料として窒化ケイ素を用いた場合、耐エッチング層を膜状態に形成してもその信頼性が高く、異方性エッチング時の歩留まりをさらに向上させることもできる。
本発明の特徴は、アルミニウムを主成分とする材料を、犠牲層およびＰＳＧ層の上層であって、かつ発熱抵抗層の下層に設けられた配線に用いたことにある。
本発明においては、アルミニウムを犠牲層および配線層を構成する材料として用いることが可能であるのに対し、ポリシリコンを犠牲層および配線層を構成する材料として用いることが不可能である。その理由として、以下の４点を挙げることができる。すなわち、
１．通常、ポリシリコンは比抵抗が高いため、トランジスタのゲート電極として用いる場合には、配線抵抗層とするためには不純物をドープするなどして、比抵抗を下げる必要がある。
２．犠牲層に関し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を異方性エッチング液として用いる際、ＴＭＡＨがエッチングしようとする主目的の材料の異方性エッチング速度に対し、このＴＭＡＨによって等方性エッチングされる速度の方が速くなければならない。しかしながら、不純物をドープするとエッチング速度が低下する傾向がある。
３．上の１および２の理由から、ポリシリコンでは、配線層および犠牲層に求められるエッチング速度といった観点からは相反する要求のため、配線層および犠牲層として同一工程で成膜することが不可能である。
４．アルミニウムは比抵抗が低く、また、異方性エッチング液であるＴＭＡＨによるエッチング速度が速いので、配線層と犠牲層との材料として用いてもいずれも性能の低下は生じない。
１．通常、ポリシリコンは比抵抗が高いため、トランジスタのゲート電極として用いる場合には、配線抵抗層とするためには不純物をドープするなどして、比抵抗を下げる必要がある。
２．犠牲層に関し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を異方性エッチング液として用いる際、ＴＭＡＨがエッチングしようとする主目的の材料の異方性エッチング速度に対し、このＴＭＡＨによって等方性エッチングされる速度の方が速くなければならない。しかしながら、不純物をドープするとエッチング速度が低下する傾向がある。
３．上の１および２の理由から、ポリシリコンでは、配線層および犠牲層に求められるエッチング速度といった観点からは相反する要求のため、配線層および犠牲層として同一工程で成膜することが不可能である。
４．アルミニウムは比抵抗が低く、また、異方性エッチング液であるＴＭＡＨによるエッチング速度が速いので、配線層と犠牲層との材料として用いてもいずれも性能の低下は生じない。
本発明では、犠牲層として、ＰＳＧ層の上層であって、かつ発熱抵抗層の下層に設けられた配線材料と同じ材料を用いるが、その理由としては、以下の２点を挙げることができる。すなわち、
１．ゲート電極となる配線層の上には、ＰＳＧ層があり、この層は耐エッチングマスクとしては好ましくないため、ポリシリコン犠牲層をエッチングすることなくＰＳＧ層のエッチングを行うには、厳しい作業条件のもとの管理が必要となる。特に、１枚のウェハから多数の基板を切り出すような作業を行なう場合には、各基板における犠牲層を均一な形状で残すことが非常に困難になる。
２．発熱抵抗層の材料は、耐エッチング層として機能してしまうため、犠牲層の下層に残らないようなパターニング工程が新たに必要となってしまう。
１．ゲート電極となる配線層の上には、ＰＳＧ層があり、この層は耐エッチングマスクとしては好ましくないため、ポリシリコン犠牲層をエッチングすることなくＰＳＧ層のエッチングを行うには、厳しい作業条件のもとの管理が必要となる。特に、１枚のウェハから多数の基板を切り出すような作業を行なう場合には、各基板における犠牲層を均一な形状で残すことが非常に困難になる。
２．発熱抵抗層の材料は、耐エッチング層として機能してしまうため、犠牲層の下層に残らないようなパターニング工程が新たに必要となってしまう。
なお、本発明において、アルミニウムを主成分とする配線材料とは、アルミニウムの純度１００％のものを含むほか、アルミニウムにシリコンを１％〜５％含有させた、いわゆるＡl−Ｓi合金やアルミニウムに銅を含有させたＡl−Ｃu合金などが包含される。
以下、本発明による液体吐出ヘッドの製造方法に係る実施形態を図１〜図２６を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
第１の実施形態におけるプリントヘッドのプリント素子基板１０の破断構造を図１に示す。プリント素子基板１０は厚さが０.５mm〜１mmのシリコン基板１１の上に成膜技術を用いて吐出エネルギー発生部、液室、吐出口などを形成したものである。
シリコン基板１１には、これを貫通する長孔状の液体供給口１２が形成されている。この液体供給口１２の両側には、液体供給口１２の長手方向に沿って所定間隔で配列する複数の電気熱変換体１３が相互に半ピッチずらした状態で形成され、吐出エネルギー発生部を構成している。シリコン基板１１には、これら電気熱変換体１３の他、電気熱変換体１３とプリンタ本体側との電気的接続を行うための電極端子１４およびアルミニウムなどで形成される図示しない電気配線などが成膜技術によって形成されており、これら電極端子１４を介して図示しない駆動ＩＣから電気熱変換体１３に対する駆動信号が与えられ、同時に駆動電力がこの電気熱変換体１３に供給される。
シリコン基板１１上には、液体供給口１２に連通する液室１５を介して電気熱変換体１３とそれぞれ正対する複数の吐出口１６を有する上板部材１７が形成される。すなわち、この上板部材１７とシリコン基板１１との間には液体供給口１２と個々の液室１５とに連通する液流路１８が形成され、これらは吐出口１６と同様にフォトリソグラフィ技術により上板部材１７と共に形成される。
液体供給口１２から各液室１５内に供給される液体は、対応する液室１５内の電気熱変換体１３に駆動信号が与えられることにより、電気熱変換体１３の発熱に伴って沸騰し、これにより発生する気泡の圧力によって吐出口１６から吐出される。
このようなプリント素子基板１０の製造過程を図２〜図９を参照して説明すると、まず、結晶面方位が＜１００＞で厚さが６２５μmのＰ型シリコン基板１１を用意し、その表面を熱酸化して０.０１μm〜０.０５μmの膜厚のＳiＯ２層１９（図２７中の符号２に対応する）を形成する。さらに、その上に減圧ＣＶＤ法により０.１μm〜０.３μmの膜厚のＳi３Ｎ４層（図２７中の符号３に対応する）を堆積させ、このＳi３Ｎ４層３を後述する犠牲層２０が形成される部分にのみ残るようにパターニングする（図２８参照）。このパターニングの際のエッチングにより、シリコン基板１１の裏面に形成されていたＳi３Ｎ４層３はすべて除去される。この状態から、シリコン基板１１を再度熱酸化することにより、ＳiＯ２層１９を再成長させて０.６μmから１.１μmの膜厚にする。この時、パターニングされたＳi３Ｎ４層３で覆われているＳiＯ２層１９の直下のシリコン基板１１の部分は、熱酸化をそれほど受けないので、Ｓi３Ｎ４層３が介在していないシリコン基板１１の領域が選択的に酸化を受け、Ｓi３Ｎ４層３で覆われた部分よりもその膜厚が増大する。その後、パターニングされたＳi３Ｎ４層３をエッチングにて除去する（図２参照）。
次に、電気熱変換体１３に駆動電力を供給する駆動トランジスタのソース２１，ドレイン２２，ゲート電極２３をポリシリコンにて形成する。この場合、ソース２１およびドレイン２２は、イオン注入法によって例えば砒素イオンをこれがＳiＯ２層１９を貫通するように加速してシリコン基板１１内の所定位置に打ち込んだ後、熱処理してシリコン基板１１内で拡散させることによりＳiＯ２層１９の下側に形成され、ゲート電極２３はＳiＯ２層１９の上にパターニングにより形成される（図２参照）。
次に、駆動トランジスタのソース電極２１およびドレイン電極２２に対するコンタクト開口部２４をＳiＯ２層１９のパターニングおよびエッチングにより形成すると同時に、犠牲層２０が形成される部分のＳiＯ２層１９の部分にも同じようにして開口部２５を形成する（図３参照）。この開口部２５には、シリコン基板１１の表面が露出した状態となる。
次に、アルミニウムを主成分とする導電材料、例えばＡl−Ｓiにて電極配線層２６をコンタクト開口部２４に導通するようにパターニングにより形成して電気熱変換体１３を駆動するための駆動トランジスタを完成する。これと同時に、開口部２５に電極配線層２６と同一材料を用いた犠牲層２０を形成する。この犠牲層２０は、電極配線層２６と同一材料を用いているため、この電極配線層２６の形成工程と同一工程にて同時に形成され、これを形成するための独立した工程を省略することができる。
次に、これらの上にプラズマＣＶＤ法により膜厚が１.０μmから１.８μmのＳiＯ２による絶縁層２７を堆積させる。この絶縁層２７は、電極配線層２６の層間膜となる。
次に、この絶縁層２７の表面から第１スルーホール２８のパターニングおよびエッチングを行う。この第１スルーホール２８の深さは、電極配線層２６および犠牲層２０に到達しないような深さに設定される。この第１スルーホール２８のうち、駆動トランジスタのドレイン電極２２に導通する電極配線層２６および犠牲層２０と対向して形成された第１スルーホール２８に対し、第２スルーホール２９のパターニングおよびエッチングを行い、ドレイン電極２２に導通する電極配線層２６および犠牲層２０を露出させる。
次に、第１スルーホール２８および第２スルーホール２９の内壁ならびに第２スルーホール２９によって露出する電極配線層２６および犠牲層２０の表面に埋め込み配線層３０の下地処理層３１およびエッチングストップ層３２を電気熱変換体１３と同じ材料、すなわちＴaＮ，ＴaＳi３Ｎ４などを用いてスパッタリングにより形成する。この下地処理層３１およびエッチングストップ層３２は、絶縁層２７との密着性を向上させるためのものであるが、例えば銅を用いて埋め込み配線層３０および埋め込み層３３を電解めっき法により形成する場合には、その電極として機能させることができる。あるいは、アルミニウムなどを用いて埋め込み配線層３０および埋め込み層３３をスパッタリングにより形成することも可能である。
このようにエッチングストップ層３２を下地処理層３１と同一材料を使用することができるため、エッチングストップ層３２を下地処理層３１の形成工程と同一工程にて同時に形成することか可能となり、エッチングストップ層３２を形成するための独立した工程を省略することができる。
下地処理層３１およびエッチングストップ層３２を形成した第１スルーホール２８および第２スルーホール２９内に埋め込み配線層３０および埋め込み層３３を同時に形成した後、表面全体をＣＭＰ法にて研磨して平坦面３４を形成する（図５参照）。
次に、電気熱変換体１３となるＴaＮまたはＴaＳi３Ｎ４を０.０２μmから０.１μmの膜厚で埋め込み層３３を跨ぐようにパターニングにより形成し、さらにプラズマＣＶＤ法により第１保護層３５をＳi３Ｎ４にて形成し、さらにこの第１保護層３５を介して電気熱変換体１３を覆うように第２保護層３６をパターニングにより形成する（図６参照）。
しかる後、シリコン基板１１に液体供給口１２を形成するため、異方性エッチング用マスクとなる樹脂（図示せず）をシリコン基板１１の裏面に塗布し、フォトリソグラフィによって所望のパターンに形成する。
これに続き、上板部材１７の形成に移行して液流路１８および液室１５を形成するための中子３７となるレジストを表面に塗布し、所定の形状にパターニングする。
次に、上板部材１７となる感光性エポキシ樹脂を中子３７の上に塗布し、フォトリソグラフィにより所定形状にパターニングして吐出口１６を形成する。
次に、ＴＭＡＨを異方性エッチング液として用い、シリコン基板１１の裏面からエッチングを行って犠牲層２０に至る液体供給口１２を形成する。このエッチングは、シリコン基板１１の裏面から５５度の角度で進み、ＳiＯ２層１９とエッチングストップ層３２とで囲まれた犠牲層２０に至る。犠牲層２０は、このエッチング液によって等方エッチングされるため、液体供給口１２は、図７に示すように、その上端が犠牲層２０の形状に対応し、シリコン基板１１の裏面に向けてテーパ状に拡がった状態となる。
次に、エッチングストップ層３２と埋め込み層３３とをエッチングにて除去した後、液体供給口１２に臨む第１保護層３５の部分をドライエッチングにより除去し（図８参照）、さらに中子３７をエッチングにより除去することにより、プリント素子基板１０が製造される（図９参照）。
このように、プリント素子基板１０を製造するに際し、犠牲層２０およびエッチングストップ層３２を形成するために新たに追加される工程が全く不要であり、製造工程を簡略化して製造コストの上昇を抑制することができる上、タクトタイムを短縮化すると同時に高精度な液体供給口１２を形成することができる。
上述した実施形態では、液体供給口１２を形成するために犠牲層２０をエッチングする際、この犠牲層２０に臨む絶縁層２７の部分がエッチング液によってエッチングされ、液体供給口１２を所期の寸法に維持することが困難となる可能性がある。そこで、このような不具合を防止するため、犠牲層２０をエッチングストップ層３２で覆うようにしてもよい。
このような本発明の第２の実施形態を図１０〜図１３を参照して説明するが、先の実施形態と同一機能の部分には、これと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、先の実施形態がエッチングストップ層３２が犠牲層２０の上端面にのみ当接していたのに対し、本実施形態ではエッチングストップ層３２が犠牲層２０を覆うように、ＳiＯ２層１９まで延在していることである（図１０参照）。これにより、絶縁層２７を犠牲層２０に対して完全に仕切ることができる。
従って、図１０に示す状態において、シリコン基板１１の裏面から異方性エッチングを行って犠牲層２０に至る液体供給口１２を形成する場合、絶縁層２７はＳiＯ２層１９およびエッチングストップ層３２によって犠牲層２０から分けられているため、絶縁層２７へのエッチング液の浸入を完全に防止することができる（図１１参照）。
しかる後、エッチングストップ層３２と埋め込み層３３とをエッチングにて除去した後、液体供給口１２に臨む第１保護層３５の部分をドライエッチングにより除去し（図１２参照）、さらに中子３７をエッチングにより除去することにより、プリント素子基板１０が製造される（図１３参照）。
上述した実施形態では、下地処理層３１の成膜工程の際にこれと同時に同一材料を用いてエッチングストップ層３２を形成したが、下地処理層３１を形成する必要がない場合には、埋め込み配線層３０の形成工程の際にこれと同時に埋め込み配線層３０と同一材料にてエッチングストップ層を形成することも可能である。
次に、本発明の第３の実施形態を図１４〜図１８を参照して説明するが、冗長化を避けるために液体供給口１２の部分についてのみ説明する。また、これらの図において先の実施形態と同一機能の部分には、これと同一符号を記してある。すなわち、シリコン基板１１上にＳiＯ２層１９を形成し、さらにこの上に常温ＣＶＤ法によりＰＳＧ層３８を形成した後、液体吐出口１２を形成すべき部分のＳiＯ２層１９およびＰＳＧ層３８をエッチングにより同時に除去して開口部３９を形成し、この開口部３９を介してシリコン基板１１を露出させる（図１４参照）。
次に、アルミニウム−銅合金などを用いて電極配線層２６（図４参照）をＰＳＧ層３８上に形成して所定のパターニングを行う。この段階で、上述した駆動トランジスタなどの駆動素子が完成する。
次に、ＳiＯ２を用いてプラズマＣＶＤ法により膜厚が１.０μm〜１.８μmの絶縁層２７を堆積させ、所定のパターニングを行う（図１５参照）。
次に、ＴaＮを用いて膜厚が０.０２μm〜０.１μmの電気熱変換体１３（図６参照）と、アルミニウム−銅合金などを用いて膜厚が０.１μm〜０.８μmの図示しない電極層とをスパッタリング法により絶縁層２７上に連続して堆積させ、所定のパターニングを行う。これと同時に、同材質の材料を用いて電気熱変換体１３および電極層４０からなる２層構造の犠牲層２０を開口部３９に形成する（図１６参照）。
次に、プラズマＣＶＤ法による保護層３５（図６参照）をＳi３Ｎ４を用いて形成する。この保護層３５は、エッチングストップ層３２の機能を有することから、その残留応力を例えば３ｘ１０８dyn/cm２以下になるように低減する。
このようにして形成された保護層３５が膜質やステップカバレージ性の点で電気熱変換体１３の保護層として不適当な場合、引っ張り応力と圧縮応力とを持つ２層構成とすることにより、保護層３５としての機能を確保しつつエッチングストップ層３２としての性能を確保することができる。具体的には、プラズマＣＶＤ法によって０.４μmの膜厚のエッチングストップ層３２を形成する場合、まず最初に引っ張り応力を有する第１層を０.２μmの膜厚で形成し、次いで圧縮応力を有する第２層を０.２μmの膜厚で形成する（図１７参照）。
このエッチングストップ層３２の堆積条件は、プラズマＣＶＤ装置の性能によって異なるが、例えばシリコン基板１１に印加する電力を調整することにより、内部残留応力を引っ張り応力から圧縮応力へと変化させることが可能である。つまり、プラズマＣＶＤ装置内にシリコン基板１１を入れたまま堆積条件の変更のみでエッチングストップ層３２が有する内部残留応力の調整を行うことができるので、新たな工程を追加する必要がない。
しかる後、液体供給口１２を形成するため、異方性エッチングのマスクとなる樹脂をシリコン基板１１の裏面に塗布し、フォトリソグラフィ技術によって所望のパターンに形成する。
一方、上板部材１７の成形を先の実施形態と同様に開始する（図７参照）。
次に、ＴＭＡＨを用いてシリコン基板１１の裏面から異方性エッチングを開始し、犠牲層２０に至る液体供給口１２を形成する（図１８参照）。この場合、エッチングストップ後のエッチングストップ層３２にふくれや割れなどの発生は見られなかった。
最後に、エッチングストップ層３２をドライエッチで除去し、さらに中子３７（図７参照）を除去する。
このように、犠牲層２０およびエッチングストップ層３２を形成するために独立した工程を必要とせず、プリント素子基板１０の製造コストを上昇させずに良好な寸法精度の液体供給口１２を形成することができる。
上述した実施形態では、犠牲層２０として電気熱変換体１３および電極層４０を採用したが、第１の実施形態と同様に電極配線層２６を犠牲層２０として利用することも可能である。
次に、本発明による液体吐出ヘッドの製造方法の第４の実施形態を図１９〜図２６を参照して説明するが、これらの図において先の実施形態と同一機能の部分には、これと同一符号を記してある。
ここで述べる実施形態は、２０と同じ工程で同時に形成する電極配線層２６をＰＳＧ層３８の上層（成膜後）であって、かつ電気熱変換体１３（発熱抵抗層４１）の下層（成膜前）に設ける構造のプリント基板の製造手順であり、上述のようなＰＳＧ層をパターニングした後に犠牲層と同一工程で配線層を形成することができるものである。
第１の実施形態における図１〜図４までと同じ工程でプリント素子基板１０を製造後、この絶縁層２７の表面からパターニングによって第１スルーホール２８を形成する（図１９参照）。
次に、発熱抵抗層４１をＴaＮスパッタリングにより形成し、その上部に発熱抵抗に導通する電極層４２を形成する（図２０参照）。電極配線層２６は、導電性を有する発熱抵抗層４１を介して電極層４２と電気的に導通している。そして、電極層４２および発熱抵抗層４１をパターニングによって所定のパターンに整えて発熱抵抗部４３を形成する（図２１参照）。
プラズマＣＶＤ法によりエッチングストップ層としての機能を有する第１保護層３５をＳi３Ｎ４にて形成し（図２２参照）、さらにこの第１保護層３５を介して発熱抵抗部４３を覆うように第２保護層３６をパターニングにより形成する（図２３参照）。
しかる後、シリコン基板１１に液体供給口１２を形成するため、異方性エッチング用マスクとなる樹脂（図示せず）をシリコン基板１１の裏面に塗布し、フォトリソグラフィによって所望のパターンに形成する。
これに続き、上板部材１７の形成に移行して液流路１８および液室１５を形成するための中子３７となるレジストを表面に塗布し、所定の形状にパターニングする。
次に、上板部材１７となる感光性エポキシ樹脂を中子３７の上に塗布し、フォトリソグラフィにより所定形状にパターニングして吐出口１６を形成する（図２４参照）。
次に、ＴＭＡＨを異方性エッチング液として用い、シリコン基板１１の裏面からエッチングを行って犠牲層２０に至る液体供給口１２を形成する。このエッチングは、シリコン基板１１の裏面から５５.７度の角度で進み、ＳiＯ２層１９に囲まれた犠牲層２０に至る。犠牲層２０は、このエッチング液によって等方エッチングされるため、液体供給口１２は、その上端が犠牲層２０の形状に対応し、シリコン基板１１の裏面に向けてテーパ状に拡がった状態となる（図２５参照）。
次に、ＳiＯ２層１９と第１保護層３５とをエッチングにて除去した後、さらに中子３７をエッチングにより除去することにより、プリント素子基板１０が製造される（図２６参照）。
このような実施形態によると、基板の裏面側からエッチングを進めて絶縁層を貫通する液体供給口の形成工程に先立ち、液体供給口の形成位置に応じて基板の表面に基板よりも早くエッチングが進行する犠牲層と、この犠牲層の少なくとも上面に接してエッチングの進行を止めるエッチングストップ層とを予め形成するに際し、犠牲層を形成する工程を電極配線部を形成する工程と同時に行うようにしたので、犠牲層を形成するための独立した工程を無くして製造工程を簡略化することができる。特に、犠牲層を電極配線部と同一材料、例えばアルミニウムを主成分とする材料にて形成した場合には、犠牲層を形成するための独立した工程を完全に無くすことができる。
エッチングストップ層を絶縁層および保護層と同一材料、同一工程にて形成した場合には、エッチングストップ層を形成するための独立した工程を完全に無くすことができる上、このエッチングストップ層の保護層を形成する必要が無くなり、さらに製造工程を簡略化することができる。
エッチングストップ層をプラズマＣＶＤ法により３×１０８dyn/cm２以下の残留応力にて形成した場合や、エッチングストップ層をプラズマＣＶＤ法により引っ張り応力と圧縮応力とが２層構造で残留するように形成した場合には、犠牲層を等方エッチングが可能なアルミニウムを主体とする材料で形成可能であり、犠牲層を形成する工程を電極配線部を形成する工程と同時に行うことができる。
１０ プリント素子基板
１１ シリコン基板
１２ 液体供給口
１３ 電気熱変換体
１４ 電極端子
１５ 液室
１６ 吐出口
１７ 上板部材
１８ 液流路
１９ ＳiＯ２層
２０ 犠牲層
２１ ソース
２２ ドレイン
２３ ゲート電極
２４ コンタクト開口部
２５ 開口部
２６ 電極配線層
２７ 絶縁層
２８ 第１スルーホール
２９ 第２スルーホール
３０ 埋め込み配線層
３１ 下地処理層
３２ エッチングストップ層
３３ 埋め込み層
３４ 平坦面
３５ 第１保護層
３６ 第２保護層
３７ 中子
３８ ＰＳＧ層
３９ 開口部
４０ 電極層
４１ 発熱抵抗層
１０ プリント素子基板
１１ シリコン基板
１２ 液体供給口
１３ 電気熱変換体
１４ 電極端子
１５ 液室
１６ 吐出口
１７ 上板部材
１８ 液流路
１９ ＳiＯ２層
２０ 犠牲層
２１ ソース
２２ ドレイン
２３ ゲート電極
２４ コンタクト開口部
２５ 開口部
２６ 電極配線層
２７ 絶縁層
２８ 第１スルーホール
２９ 第２スルーホール
３０ 埋め込み配線層
３１ 下地処理層
３２ エッチングストップ層
３３ 埋め込み層
３４ 平坦面
３５ 第１保護層
３６ 第２保護層
３７ 中子
３８ ＰＳＧ層
３９ 開口部
４０ 電極層
４１ 発熱抵抗層
４２ 電極層
４３ 発熱抵抗部
１１ シリコン基板
１２ 液体供給口
１３ 電気熱変換体
１４ 電極端子
１５ 液室
１６ 吐出口
１７ 上板部材
１８ 液流路
１９ ＳiＯ２層
２０ 犠牲層
２１ ソース
２２ ドレイン
２３ ゲート電極
２４ コンタクト開口部
２５ 開口部
２６ 電極配線層
２７ 絶縁層
２８ 第１スルーホール
２９ 第２スルーホール
３０ 埋め込み配線層
３１ 下地処理層
３２ エッチングストップ層
３３ 埋め込み層
３４ 平坦面
３５ 第１保護層
３６ 第２保護層
３７ 中子
３８ ＰＳＧ層
３９ 開口部
４０ 電極層
４１ 発熱抵抗層
１０ プリント素子基板
１１ シリコン基板
１２ 液体供給口
１３ 電気熱変換体
１４ 電極端子
１５ 液室
１６ 吐出口
１７ 上板部材
１８ 液流路
１９ ＳiＯ２層
２０ 犠牲層
２１ ソース
２２ ドレイン
２３ ゲート電極
２４ コンタクト開口部
２５ 開口部
２６ 電極配線層
２７ 絶縁層
２８ 第１スルーホール
２９ 第２スルーホール
３０ 埋め込み配線層
３１ 下地処理層
３２ エッチングストップ層
３３ 埋め込み層
３４ 平坦面
３５ 第１保護層
３６ 第２保護層
３７ 中子
３８ ＰＳＧ層
３９ 開口部
４０ 電極層
４１ 発熱抵抗層
４２ 電極層
４３ 発熱抵抗部
Claims (9)
- 液体を吐出口から吐出させるための吐出エネルギー発生部と、この吐出エネルギー発生部の下層に絶縁層を介して設けられ、当該吐出エネルギー発生部を駆動するための駆動素子と、この駆動素子と前記吐出エネルギー発生部とを導通させ、アルミニウムを主成分とする材料から構成される電極配線部と、前記吐出エネルギー発生部を覆うように前記絶縁層上に形成される保護層と、貫通状態の液体供給口とを有する基板を具えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記電極配線部を形成する際に前記電極配線部と同じ材料を用いて前記液体供給口の形成位置に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆し、エッチング液に対して耐性を有する耐エッチング層を形成する工程と、
前記吐出エネルギー発生部が形成された面と反対側の面から前記犠牲層が露出するまで前記基板を前記エッチング液にてエッチングする工程と、
さらにエッチングを進めて前記犠牲層を除去し、前記液体供給口となる部分の前記耐エッチング層を露出させる工程と、
この露出した耐エッチング層を除去して前記基板に前記液体供給口を形成する工程と
を具えたことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記耐エッチング層は、前記絶縁層または前記保護層と同じ材料を用いてこれらと同一工程にて形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記絶縁層を構成する材料が酸化ケイ素であり、前記保護層を形成する材料が窒化ケイ素であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記駆動素子がトランジスタであり、前記電極配線部はこのトランジスタのソースおよびドレインを含むことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記耐エッチング層はプラズマＣＶＤ法により形成され、３×１０８dyn/cm２以下の残留応力を有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記耐エッチング層はプラズマＣＶＤ法により形成され、引っ張り応力と圧縮応力とが２層構造で残留していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記耐エッチング層は、前記犠牲層の上面と側面とを囲むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記吐出エネルギー発生部は、液体に膜沸騰を生じさせて前記吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギーを発生する電気熱変換体を有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記液体吐出ヘッドは、前記基板の前記絶縁層上に形成されてこの絶縁層との間に液室を画成すると共にこの液室に連通する前記吐出口が形成された上板部材をさらに具え、
前記液室に対応した形状の第１の樹脂層を前記保護層上に形成する工程と、
前記第１の樹脂層上に前記上板部材に対応した形状の第２の樹脂層を形成する工程と、
前記第２の樹脂層から前記吐出口に対応した部分を除去する工程と、
前記上板部材の形成後に前記第１の樹脂層を除去する工程と
をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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