JP2006224593A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ＣＲ製法のヒーターボードプロセスの低温化、低コスト化。
【解決手段】 エッチングストップ層として、プラズマＣＶＤのＳｉＮおよびＳｉＯＮ膜を用いて、ヒーターボードプロセスの低温化を図る。本件では、このプラズマＣＶＤ膜の組成および応力等の規定を行っている。
【選択図】 図４
【解決手段】 エッチングストップ層として、プラズマＣＶＤのＳｉＮおよびＳｉＯＮ膜を用いて、ヒーターボードプロセスの低温化を図る。本件では、このプラズマＣＶＤ膜の組成および応力等の規定を行っている。
【選択図】 図４
Description
本発明は、液体に外部からエネルギーを加えることによって、所望の液体を吐出するインクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
熱等のエネルギーをインクに与えることで、気泡の発生を促し、この体積変化を利用して吐出口からインクを吐出し、これを記録媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法が知られている。インクジェット方式の中で、基板に対し垂直にインクを吐出するサイドシューター型（特開平９−０１１４７９）が提案されている。
これは、シリコン基板上に酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を形成し、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜上にインク吐出圧発生素子を形成し、前記シリコン基板表面にインク吐出口部を形成し、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜形成面の裏面に開口部を設け、異方性エッチングによりインク供給口となる部分のシリコンを除去し、インク供給口部に残ったメンプレンの酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を除去する工程によって形成されていた。
特開平９−１１４７９号公報
従来のサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドでは、エッチングストップ層およびメンプレンを高温工程である、ＬＰＣＶＤや熱酸化を使って作製していた。これは、耐アルカリ性や内部応力の点で優位性があったためである。しかし、高温工程を使うことにより、それ以前の工程で使用する材料やプロセス温度が制限されたり、装置コストが高くなるという問題もあった。
上記のような問題点は、シリコン基板上にエッチングストップ層として酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を形成する工程、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜上にインク吐出圧発生素子を形成する工程、前記シリコン基板表面にインク吐出口部を形成する工程、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜形成面の裏面に開口部を設け、異方性エッチングによりインク供給口となる部分のシリコンを除去する工程、インク供給口部に残ったメンプレンの酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を除去する工程を少なくとも含むインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、エッチングストップ層の酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜またはその混合物をプラズマＣＶＤによって形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法によって解決される。
前記プラズマＣＶＤによるエッチングストップ層には、Ｓｉが３０〜５０％、Ｏが１５〜６０％、Ｎが２〜４０％を含有する膜が含まれる構成で形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法によって解決される。
前記の組成のプラズマＣＶＤによるエッチングストップ膜は、エッチングストップ層全体の膜厚の２５％以上であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法によって解決される。
前記プラズマＣＶＤによるエッチングストップ層のトータルの膜応力は、２×１０ｅｘｐ−９dyne/cm2以下の引っ張り応力であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法によって解決される。
前記プラズマＣＶＤによるエッチングストップ層のトータルの膜厚は、２０００Å〜１μｍであることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法によって解決される。
前記プラズマＣＶＤによるエッチングストップ層は、フッ素系ガスを用いたＣＤＥ（ケミカル・ドライ・エッチング）でエッチング除去できることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法によって解決される。
（作用）
プラズマＣＶＤによる窒化酸化シリコン膜は、成膜パラメータによって、異方性エッチング液（ＴＭＡＨ−テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド）にもつ耐アルカリ性と、メンプレン膜に必要な低応力を両立させることが可能である。特にＳｉ、Ｏ、Ｎの組成制御が両特性を実現させるもっとも重要なパラメーターである。これを、いかに示す実験の結果を反映して適切な値に制御してやると、耐アルカリ性を持ったメンプレン膜を得ることができる。
プラズマＣＶＤによる窒化酸化シリコン膜は、成膜パラメータによって、異方性エッチング液（ＴＭＡＨ−テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド）にもつ耐アルカリ性と、メンプレン膜に必要な低応力を両立させることが可能である。特にＳｉ、Ｏ、Ｎの組成制御が両特性を実現させるもっとも重要なパラメーターである。これを、いかに示す実験の結果を反映して適切な値に制御してやると、耐アルカリ性を持ったメンプレン膜を得ることができる。
以上述べたように本発明によれば、エッチングストップ層としてのメンプレン膜にプラズマＣＶＤ法に、ＳｉＯＮやＳｉＮｘ膜を用いることにより、低温で安価なプロセスを使って高品位な印字が可能なインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
［実験１］
以下に、本発明に係わる実験について述べる。組成を変化させた時のプラズマＣＶＤによるＳｉＮまたはＳｉＯＮ膜の応力について調べた。
以下に、本発明に係わる実験について述べる。組成を変化させた時のプラズマＣＶＤによるＳｉＮまたはＳｉＯＮ膜の応力について調べた。
５インチΦ、厚さ６２５μｍのシリコンウエハに、５０００Åで組成をそれぞれ変化させた膜を形成し、ＺＹＧＯの干渉変位計を用いて膜変形を測り、応力を算出した。
表１は組成と応力の関係を示したものである。Ｏの濃度が増加していくと引っ張り応力が減少し、Ｏ濃度が５５％以上では圧縮応力に転換することが判る。
［実験２］
図４は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造工程の途中の部分の素子断面略図である。図５は、さらにＳｉ基板に異方性エッチで基板下部から穴加工を施したものである。エッチングは犠牲層２１１までを除去する。異方性エッチのエッチャントはエッチングストップ層２０４で阻止され、上部の樹脂でできたノズル部２０６や流路形成材２１２はエッチャントから保護されている。このエッチングストップ層に要求されるのは、耐エッチャント性とメンプレンとしての強度である。そこで、上記の実験１で作製した膜をエッチングストップ層として取り入れたサンプルを作製し、Ｓｉ基板の異方性エッチング後に、上部の樹脂層２０６，２１２などがエッチャントの浸入によってダメージを受けていないかどうか、顕微鏡によって観察した。この時、エッチングストップ層の膜厚は６０００Åとした。
図４は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造工程の途中の部分の素子断面略図である。図５は、さらにＳｉ基板に異方性エッチで基板下部から穴加工を施したものである。エッチングは犠牲層２１１までを除去する。異方性エッチのエッチャントはエッチングストップ層２０４で阻止され、上部の樹脂でできたノズル部２０６や流路形成材２１２はエッチャントから保護されている。このエッチングストップ層に要求されるのは、耐エッチャント性とメンプレンとしての強度である。そこで、上記の実験１で作製した膜をエッチングストップ層として取り入れたサンプルを作製し、Ｓｉ基板の異方性エッチング後に、上部の樹脂層２０６，２１２などがエッチャントの浸入によってダメージを受けていないかどうか、顕微鏡によって観察した。この時、エッチングストップ層の膜厚は６０００Åとした。
その結果、膜引っ張り応力が３×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2以上の時、エッチングストップ層に破れが生じる場合があることが判った。
［実験３］
上記の実験から表１の＃２〜６を使って、膜厚だけを１０００Å〜１μｍまで変化させて、実験２と同様の評価を行った。その結果、膜厚が２０００Å〜１μｍの時、エッチング層の膜破れが発生しないことが判った。
上記の実験から表１の＃２〜６を使って、膜厚だけを１０００Å〜１μｍまで変化させて、実験２と同様の評価を行った。その結果、膜厚が２０００Å〜１μｍの時、エッチング層の膜破れが発生しないことが判った。
［実験４］
実験２の＃２〜６の膜を使って、膜厚を１０００〜８０００Åまで変化させ、その上に表１の＃７の膜を９０００〜２０００Å堆積してトータル膜厚を１μｍとしたエッチングストップ層を形成して、実験２と同様の評価を行ったところ、＃２〜６の膜厚が２５％以下のものでは、膜破れが発生した。
実験２の＃２〜６の膜を使って、膜厚を１０００〜８０００Åまで変化させ、その上に表１の＃７の膜を９０００〜２０００Å堆積してトータル膜厚を１μｍとしたエッチングストップ層を形成して、実験２と同様の評価を行ったところ、＃２〜６の膜厚が２５％以下のものでは、膜破れが発生した。
［実施態様例］
図１は本発明による実施態様例を示すインクジェット記録ヘッドのベース基板の模式図である。基板としては（１００）または（１１０）のＳｉウエハが用いられる。基板の中心部にインクを裏面から供給するための貫通穴１１０があけられている。
図１は本発明による実施態様例を示すインクジェット記録ヘッドのベース基板の模式図である。基板としては（１００）または（１１０）のＳｉウエハが用いられる。基板の中心部にインクを裏面から供給するための貫通穴１１０があけられている。
図２は本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造方法で、ベース基板上にインク加熱用のヒーター１０６と配線電極１０３，１０５を形成し、エッチングストップ層１０４として酸化シリコン、窒化シリコンまたは両者の混合物を積層したものの断面の模式図である。図３はさらに、ベース基板上に樹脂等でインクジェット記録ノズルを形成し、Ｓｉ基板にノズルと逆側から異方性エッチングでエッチングストップ層まで貫通口１１０を形成したものの断面図である。
次に、本発明によるインクジェット記録ノズルのプロセスを図６〜１８を使って順を追って説明する。
（１）基板面方位（１１０）または（１００）のシリコン基板３０１（この断面図では（１１０）基板を使って説明する）の片面に例えばプラズマＣＶＤで図６のようにポリシリコン、アモルファスシリコンやアルミなどの薄膜を堆積してフォトリソ技術によってインク供給口として所望のパターン３０３を形成する。この平面形状は、（１００）基板を用いるときは、パターンは図１９のように長方形に配置する。また（１１０）基板を用いるときは、パターンは基板に対して垂直にエッチング穴があくように、図２０のように狭角が７０．５度をなす平行四辺形とし、平行四辺形の長辺および短辺は（１１１）と等価の面に平行になるように配置する。これはエッチング犠牲層と呼ばれ、裏面からエッチングが進行してエッチャントが犠牲層に到達するとＳｉウエハよりエッチングレートが格段に速いので短時間にエッチングされ、犠牲層パターンに対応した開口部を開けることができるものである。
（２）基板表面上にエッチングストップ層３０４として、プラズマＣＶＤ法によって、Ｓｉが３０〜５０％、Ｏが１５〜６０％、Ｎが２〜４０％を含有するＳｉＯＮ膜を堆積する。この膜厚は、望ましくは５００〜１００００Å、より好ましくは１０００〜８０００Å、最適には２０００〜６０００Åである。また、この膜の応力は、好ましくは−３×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2〜＋３×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2で、より好ましくは−２．５×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2〜２．５×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2で、最適には−２×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2〜２×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2である。
さらに、プラズマＣＶＤ法で積層してＯの含有量が１０％以下のＳｉＯＮ膜を堆積する。この膜厚は、望ましくは５００〜１００００Å、より好ましくは１０００〜８０００Å、最適には２０００〜６０００Åである。また、この膜の応力は、好ましくは−３×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2〜＋３×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2で、より好ましくは−２．５×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2〜２．５×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2で、最適には−２×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2〜２×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2である。
積層されたエッチングストップ膜のトータルの膜厚は、好ましくは２０００Å〜１μｍ、さらに好ましくは３０００〜９０００Å、最適には４０００〜８０００Åである。また積層されたエッチングストップ膜のトータルの応力は、好ましくは２×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2以下の引っ張り応力、より好ましくは１．８×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2以下の引っ張り応力、最適には１．５×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2以下の引っ張り応力である。
それぞれの積層膜の堆積には、原料ガスとしてＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2、Ｎ2Ｏを用い、堆積温度は、好ましくは２００〜５００℃、より好ましくは２５０〜４８０℃、最適には３００〜４５０℃である。
一方、裏面にはＳｉＮまたはＳｉＯ2などを堆積し、同じくフォトリソ技術を使って裏面のインク供給口のパターン部分３０５を除去しウエハ面を露出させる。このパターンの形状は、犠牲層とは鏡像関係になるように形成する。裏面のエッチングマスク膜の製法は、プラズマＣＶＤに限定されるものではなく、ＬＰＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ、熱酸化法などでも良い。また、裏面のエッチングストップ膜は、犠牲層形成より以前に形成しておいても良い。
（３）インク供給口に合わせて、インク吐出圧力発生素子としてヒーター部３０６形成する。ヒーター材料としては、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＮＳｉ等などの金属膜をスパッターや真空蒸着等によって堆積しパターニングする。さらに電力供給用の電極３０７としてＡｌ、Ｍｏ、Ｎｉ等の金属膜を同様にして形成する。なお特に図示してはいないが、ヒーターには耐久性の向上を目的として保護膜を付けても良い。
（４）インク流路確保のために、強アルカリや有機溶剤等で溶解可能な樹脂でパターン３０８を形成する。このパターンは、印刷法や感光性樹脂によるパターニング等で形成する。
（５）インク流路のパターンの上に、被覆樹脂層３０９を形成する。この被覆樹脂層は微細パターンを形成するので感光性レジストが望ましく、さらに流路を形成した樹脂層３０８を除去する際のアルカリや溶剤等によって変形変質しない性質が必要である。
（６）次に流路の被覆樹脂層３０９をパターニングして、ヒーター部３０６に対応したインク吐出口３１０と電極の外部接続部を形成する。この後、被覆樹脂層を光や熱等によって硬化する。
（７）この基板のノズル形成面側を保護するためレジストで保護膜３１１を形成する。
（８）この基板をアルカリ系エッチャント（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒドラジン等）に浸け、（１１１）面が出るように異方性エッチングすると、平面形状が平行四辺形（（１００）基板の場合長方形）の貫通穴が形成される。
（９）エッチングストップ層３０４のＳｉＮ等の膜をフッ酸等の薬液または、ドライエッチ等で部分的に除去してインク供給口３１２を開口する。最後にインク流路形成材３０８を除去し、インクの流路３１３を確保する。
上記プロセスにおいて、基板の加工手順は特に限定されるものではなく、任意に選ぶことができる。
以下に、本発明によるインクジェット記録ヘッドの作製方法について、順を追って説明する。
図２１のように、厚さ６２５μｍで５インチΦの（１００）面のＳｉウエハ４０１の上を熱酸化して、ＳｉＯ2層４０２を１４０００Å形成した。次に、ＳｉＯ2をパターニングして供給口開口部４０３を形成した。スパッターでＡｌ膜を３０００Å堆積した。フォトリソ技術によって図２２のようにパターニングして犠牲層４０４と下層電極配線４０５を形成した。犠牲層の幅は１２０μｍ、長辺方向は１５ｍｍとした。
エッチングストップ層と層間絶縁膜を兼用した膜として、図２３のようにプラズマＣＶＤでＳｉＯＮ膜４０６を３０００Å堆積した。さらに、プラズマＣＶＤでＳｉＮ膜４０７を３０００Å堆積した。
この時のそれぞれの膜の成膜条件は、ＳｉＯＮが、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2Ｏ／Ｎ2＝５００／１０００／１５００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｏ／Ｎ＝４０／３７／２３、ＳｉＮが、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝５００／１５００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｎ＝５４／４６であった。
フォトリソ技術を使い、図２４のように層間絶縁膜にコンタクトホール４０８を形成した。
さらに、スパッターにより、ＴａＮを５００ÅとＡｌを３０００Å連続成膜しパターニングして、上層配線４０９とヒーター４１０を形成する。
感光性樹脂としてポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化ＯＤＵＲ−１０１０）を２０μｍ塗布してパターニングして、図２６のようにインク流路型材４１１を形成した。さらに表２に示した感光性樹脂層４１２を１０μｍ塗布しパタ−ニングして、図２８のようにインク吐出口４１３を形成した。
ノズル形成面側を保護するために、ゴム系レジスト（東京応化製 ＯＢＣ）で保護膜４１４を形成した。ノズルの裏面側のＳｉＯ2をパターニングして、裏面インク供給口４１５を形成した。
この基板を２０％のＴＭＡＨ水溶液に浸漬して異方性エッチングした。エッチャント温度は８３℃、エッチング時間は１２時間とした。これは基板の厚み６２５μｍをジャストエッチする時間に対して１０％のオーバーエッチ時間とした
エッチングは図３１のようにＡｌの犠牲層まで進み、エッチングストップ層４０６の前で止まっている。この時、エッチングストップ層に亀裂はなく、流路形成樹脂層４１１やノズル部４１２へのエッチング液の浸入は見られなかった。
エッチングは図３１のようにＡｌの犠牲層まで進み、エッチングストップ層４０６の前で止まっている。この時、エッチングストップ層に亀裂はなく、流路形成樹脂層４１１やノズル部４１２へのエッチング液の浸入は見られなかった。
次に、図３２のようにエッチングストップ層のＳｉＯＮとＳｉＮをＣＤＥ法によって除去した。エッチング条件は、ＣＦ4／Ｏ2／Ｎ2＝３００／２５０／５ｓｃｃｍ、ＲＦ８００Ｗ、圧力２５０ｍｔｏｒｒであった。
図３３のように、乳酸メチル中で超音波を掛け樹脂４１１を除去して、インク流路４１６を形成した。最後に、図３４のようにメチルイソブチルケトンに浸漬後、キシレン中で超音波を掛け保護膜４１４を除去してインクジェット記録ヘッドができた。
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数１０ＫＨｚで印字テストを行ったが、１５ｍｍ幅全域にわたって、印字のカスレ、濃度ムラ、インクの不吐出のない高品位な印字物が得られた。
［比較例１］
以下に、本発明の比較例を説明する。
以下に、本発明の比較例を説明する。
ヒーター、電極、ノズル等の構成や形成方法は実施例１と同じ構造で、エッチングストップ層と層間絶縁膜を兼用した膜を、プラズマＣＶＤで単層のＳｉＮ膜を５０００Å堆積した。この時の成膜条件は、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝１００／５００／１５００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｎ＝５６／４４であった。エッチングストップ層の膜応力は、３．５×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2の圧縮応力であった。
これ以降の工程は全て、実施例１と同様にした。
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数１０ＫＨｚで印字テストを行ったが、インク吐出されない白抜けの部分があった。ヘッドを観察してみると、樹脂製のノズルの一部に、エッチングストップ層の亀裂が原因と思われるアルカリによる浸蝕の後が見つかった。
以下に、本発明の他の実施例を説明する。
ヒーター、電極、ノズル等の構成や形成方法は実施例１と同じ構造で、エッチングストップ層と層間絶縁膜を兼用した膜の作製条件を変更し、以下の条件とした。
まず、プラズマＣＶＤでＳｉＯＮ膜を２０００Å堆積した。条件を段階的に変更したＳｉＯＮのミキシング層を２０００Å、さらに、プラズマＣＶＤでＳｉＮ膜を２０００Å堆積した。
この時のそれぞれの膜の成膜条件は、ＳｉＯＮが、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2Ｏ／Ｎ2＝５００／１０００／１５００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｏ／Ｎ＝４０／３７／２３であった。ＳｉＯＮのミキシング層は、ＳｉＨ4＝５００、ＮＨ3＝１０００→１５００、Ｎ2Ｏ＝１０００→０、Ｎ2＝６３００ｓｃｃｍのように、ＮＨ3とＮ2Ｏの流量を徐々に変更しながら、ＳｉＯＮ層とＳｉＮ層を連続的に変化した組成でつなぐようにパラメータ制御した。さらに、ＳｉＮの条件は、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝５００／１５００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｎ＝５４／４６であった。エッチングストップ層の膜応力は、１．５×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2の引っ張り応力であった。
これ以降の工程は全て、実施例１と同様にした。
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数１０ＫＨｚで印字テストを行ったが、１５ｍｍ幅全域にわたって、印字のカスレ、濃度ムラ、インクの不吐出のない高品位な印字物が得られた。
以下に、本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の製造方法について、順を追って説明する。
図３５のように、厚さ６２５μｍ、５インチΦの（１１０）面のＳｉウエハ５０１の上を熱酸化して、ＳｉＯ2層５０２を８０００Å形成した。次に、ＳｉＯ2をパターニングして供給口開口部５０３を形成した。スパッターでＡｌ膜を３０００Å堆積した。フォトリソ技術によって図３６のように（犠牲層の平面形状は図５０のように平行四辺形にパターニングして）犠牲層５０４と下層電極配線５０５を形成した。犠牲層の幅は１２０μｍ、長辺方向は３ｍｍで、隣接した犠牲層間のハリに相当する部分の幅は、１００μｍとした。犠牲層は、ハリを挟んで１５本直列に並べた。
エッチングストップ層と層間絶縁膜を兼用した膜として、図３７のようにプラズマＣＶＤでＳｉＯＮ膜５０６を３０００Å堆積した。さらに、プラズマＣＶＤでＳｉＮ膜５０７を３０００Å堆積した。
この時のそれぞれの膜の成膜条件は、ＳｉＯＮが、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2Ｏ／Ｎ2＝５００／５００／２０００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｏ／Ｎ＝３７／６０／３、ＳｉＮが、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝１６０／５００／２０００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｎ＝５１／４９であった。
フォトリソ技術を使い、図３８のように層間絶縁膜にコンタクトホール５０８を形成した。さらに、スパッターにより、ＴａＮを５００ÅとＡｌを３０００Å連続成膜しパターニングして、上層配線５０９とヒーター５１０を形成する。
感光性樹脂としてポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化ＯＤＵＲ−１０１０）を２０μｍ塗布してパターニングして、図４０のようにインク流路形成材５１１を形成した。さらに表１に示した感光性樹脂層５１２を１０μｍ塗布しパタ−ニングして、図４２のようにインク吐出口５１３を形成した。
ノズル形成面側を保護するために、ゴム系レジスト（東京応化製ＯＢＣ）で保護膜５１４を形成した。ノズル形成された裏面のＳｉＯ2をパターニングして、インク供給口５１５を形成した。この時のパターンは、図５１のように表面の犠牲層とは鏡像関係になるような平行四辺形にした。そして、表面と同様に、ハリに相当する部分の幅を１２０μｍ設けた。
次に裏面のインク供給口パターン部の平行四辺形の窓の狭角の部分に、図５２のようにＹＡＧレーザーで非貫通のエッチング先導孔５１６を開けた。この時の穴の径は３０〜３５μｍ、深さは５５０〜６００μｍであった。
この基板を２０％のＴＭＡＨ水溶液に浸漬して異方性エッチングした。エッチャント温度は８３℃、エッチング時間は８時間とした。これは基板の厚み６２５μｍのジャストエッチする時間に対して１０％のオーバーエッチ時間とした。
エッチングは図４６のようにＡｌの犠牲層まで進み、エッチングストップ層５０６の前で止まっている。この時、エッチングストップ層に亀裂はなく、流路形成樹脂層５１１やノズル部５１２へのエッチング液の浸入は見られなかった。
次に、図４７のようにエッチングストップ層のＳｉＯＮとＳｉＮをＣＤＥ法によって除去した。エッチング条件は、ＣＦ4／Ｏ2／Ｎ2＝３００／２５０／５ｓｃｃｍ、ＲＦ８００Ｗ、圧力２５０ｍｔｏｒｒであった。
図４８のように、乳酸メチル中で超音波を掛け樹脂５１１を除去して、インク流路５１７を形成した。最後に、図４９のようにメチルイソブチルケトンに浸漬後、キシレン中で超音波を掛け保護膜を除去してインクジェット記録ヘッドができた。
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数１０ＫＨｚで印字テストを行ったが、４５ｍｍ幅全域にわたって、印字のカスレ、濃度ムラ、インクの不吐出のない高品位な印字物が得られた。
以下に、本発明の他の実施例を説明する。
ヒーター、電極、ノズル等の構成や形成方法は実施例２と同じ構造で、エッチングストップ層と層間絶縁膜を兼用した膜を、プラズマＣＶＤでＳｉＯＮ膜を単層で８０００Å堆積した。
この時のそれぞれの膜の成膜条件は、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2Ｏ／Ｎ2＝５００／１３００／１３００／６０００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度４２０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｏ／Ｎ＝４２／３１／２７であった。
エッチングストップ層の膜応力は、１．９×１０ｅｘｐ―９dyne/cm2の引っ張り応力であった。
これ以降の工程は全て、実施例１と同様にした。
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数１０ＫＨｚで印字テストを行ったが、４５ｍｍ幅全域にわたって、印字のカスレ、濃度ムラ、インクの不吐出のない高品位な印字物が得られた。
以下に、本発明による他の実施例について説明する。
図５３のように、厚さ６２５μｍで５インチΦの（１００）面のＳｉウエハ６０１の上を熱酸化して、ＳｉＯ2層６０２を１４０００Å形成した。次に、ＳｉＯ2をパターニングして供給口開口部を形成した。スパッターでＡｌ膜を３０００Å堆積した。フォトリソ技術によって図５４のようにパターニングして犠牲層６０３と下層電極配線６０４を形成した。犠牲層の幅は１６０μｍ、長辺方向は２０ｍｍとした。
次に、エッチングストップ層として、図５５のようにプラズマＣＶＤでＳｉＯＮ膜６０５を３０００Å堆積した。さらに、プラズマＣＶＤでＳｉＮ膜６０６を３０００Å堆積した。
この時のそれぞれの膜の成膜条件は、ＳｉＯＮが、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2Ｏ／Ｎ2＝５００／１０００／１５００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｏ／Ｎ＝４０／３７／２３、ＳｉＮが、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝５００／１５００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｎ＝５４／４６であった。
フォトリソ技術を使い、図５５のように犠牲層６０３の周囲を覆うようにパターニングした後、層間絶縁膜６０７としてＳｉＯＮを１５０００Å成膜した。この時の成膜パラメーターは、ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ／Ｎ2＝２５０／１２００／４０００ｓｃｃｍ、圧力１５００ｍｔｏｒｒ、基板温度４００℃、ＲＦ１７００Ｗ、組成比Ｓｉ／Ｏ／Ｎ＝３７／６１／２であった。
この後は、図５６のように層間絶縁膜にコンタクトホール６０８を形成し、ＴａＳｉＮ（組成比４４／４３／１３）を５００ÅとＡｌを３０００Å連続成膜してパターニングして、図５７のようにヒーター６０９と上部配線６１０を形成した。以後は実施例１と同様の工程を流した。
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数１０ＫＨｚで印字テストを行ったが、２０ｍｍ幅全域にわたって、印字のカスレ、濃度ムラ、インクの不吐出のない高品位な印字物が得られた。
以下に、本発明による他の実施例について説明する。
実施例５のエッチングストップ層の膜を、組成はそのままで膜厚をＳｉＯＮは２５００Å、ＳｉＮは７５００Åとした。それ以外は、実施例５と同様の工程でインクジェット記録ヘッドを形成したところ、途中工程でエッチングストップ層の膜に破れは発生しなかった。
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数１０ＫＨｚで印字テストを行ったが、２０ｍｍ幅全域にわたって、印字のカスレ、濃度ムラ、インクの不吐出のない高品位な印字物が得られた。
１０１ Ｓｉ基板
１０２ 絶縁膜
１０３ 下層電極
１０４ 層間絶縁膜
１０５ 上層電極
１０６ ヒーター
１０７ ノズル形成樹脂
１０８ インク吐出口
１０９ 絶縁膜
１１０ インク流路
１１１ エッチング犠牲層
２０１ Ｓｉ基板
２０２ ＳｉＯ2
２０３ Ａｌ配線電極
２０４ エッチングストップ層
２０５ ヒーター
２０６ ノズル形成樹脂
２０７ インク吐出口
２０８ エッチング保護膜
２０９ ＳｉＯ2
２１０ 裏面Ｓｉ開口部
２１１ 犠牲層
２１２ 流路形成樹脂
３０１ シリコンウエハ基板
３０２ 犠牲層膜
３０３ 犠牲層
３０４ エッチングストップ層
３０５ インク供給口パターン
３０６ ヒーター
３０７ 電極
３０８ インク流路形成部材
３０９ ノズル形成樹脂
３１０ 吐出口
３１１ エッチング保護膜
３１２ インク供給口
３１３ インク流路
４０１ Ｓｉ基板
４０２ ＳｉＯ2
４０３ 供給口開口部
４０４ 犠牲層
４０５ 下層配線電極
４０６ ＳｉＯＮ膜
４０７ ＳｉＮ膜
４０８ コンタクトホール
４０９ 上層配線
４１０ ヒーター
４１１ インク流路形成材
４１２ ノズル形成材
４１３ 吐出口
４１４ 保護膜
４１５ 裏面供給口
４１６ インク流路
５０１ Ｓｉ基板
５０２ ＳｉＯ2
５０３ 供給口開口部
５０４ 犠牲層
５０５ 下層配線電極
５０６ ＳｉＯＮ膜
５０７ ＳｉＮ膜
５０８ コンタクトホール
５０９ 上層配線
５１０ ヒーター
５１１ インク流路形成材
５１２ ノズル形成材
５１３ 吐出口
５１４ 保護膜
５１５ 裏面供給口
５１６ エッチング先導孔
５１７ インク流路
６０１ Ｓｉ基板
６０２ ＳｉＯ2
６０３ 犠牲層
６０４ 下層配線電極
６０５ ＳｉＯＮ膜
６０６ ＳｉＮ膜
６０７ 層間絶縁膜
６０８ コンタクトホール
６０９ ヒーター
６１０ 上層配線
１０２ 絶縁膜
１０３ 下層電極
１０４ 層間絶縁膜
１０５ 上層電極
１０６ ヒーター
１０７ ノズル形成樹脂
１０８ インク吐出口
１０９ 絶縁膜
１１０ インク流路
１１１ エッチング犠牲層
２０１ Ｓｉ基板
２０２ ＳｉＯ2
２０３ Ａｌ配線電極
２０４ エッチングストップ層
２０５ ヒーター
２０６ ノズル形成樹脂
２０７ インク吐出口
２０８ エッチング保護膜
２０９ ＳｉＯ2
２１０ 裏面Ｓｉ開口部
２１１ 犠牲層
２１２ 流路形成樹脂
３０１ シリコンウエハ基板
３０２ 犠牲層膜
３０３ 犠牲層
３０４ エッチングストップ層
３０５ インク供給口パターン
３０６ ヒーター
３０７ 電極
３０８ インク流路形成部材
３０９ ノズル形成樹脂
３１０ 吐出口
３１１ エッチング保護膜
３１２ インク供給口
３１３ インク流路
４０１ Ｓｉ基板
４０２ ＳｉＯ2
４０３ 供給口開口部
４０４ 犠牲層
４０５ 下層配線電極
４０６ ＳｉＯＮ膜
４０７ ＳｉＮ膜
４０８ コンタクトホール
４０９ 上層配線
４１０ ヒーター
４１１ インク流路形成材
４１２ ノズル形成材
４１３ 吐出口
４１４ 保護膜
４１５ 裏面供給口
４１６ インク流路
５０１ Ｓｉ基板
５０２ ＳｉＯ2
５０３ 供給口開口部
５０４ 犠牲層
５０５ 下層配線電極
５０６ ＳｉＯＮ膜
５０７ ＳｉＮ膜
５０８ コンタクトホール
５０９ 上層配線
５１０ ヒーター
５１１ インク流路形成材
５１２ ノズル形成材
５１３ 吐出口
５１４ 保護膜
５１５ 裏面供給口
５１６ エッチング先導孔
５１７ インク流路
６０１ Ｓｉ基板
６０２ ＳｉＯ2
６０３ 犠牲層
６０４ 下層配線電極
６０５ ＳｉＯＮ膜
６０６ ＳｉＮ膜
６０７ 層間絶縁膜
６０８ コンタクトホール
６０９ ヒーター
６１０ 上層配線
Claims (6)
- シリコン基板上にエッチングストップ層として酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を形成する工程、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜上にインク吐出圧発生素子を形成する工程、前記シリコン基板表面にインク吐出口部を形成する工程、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜形成面の裏面に開口部を設け、異方性エッチングによりインク供給口となる部分のシリコンを除去する工程、インク供給口部に残ったメンプレンの酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を除去する工程を少なくとも含むインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、エッチングストップ層の酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜またはその混合物をプラズマＣＶＤによって形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記プラズマＣＶＤによるエッチングストップ層には、Ｓｉが３０〜５０％、Ｏが１５〜６０％、Ｎが２〜４０％を含有する膜が含まれる構成で形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記の組成のプラズマＣＶＤによるエッチングストップ膜は、エッチングストップ層全体の膜厚の２５％以上であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記プラズマＣＶＤによるエッチングストップ層のトータルの膜応力は、３×１０ｅｘｐ−９dyne/cm2以下の引っ張り応力であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記プラズマＣＶＤによるエッチングストップ層のトータルの膜厚は、２０００Å〜１μｍであることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記プラズマＣＶＤによるエッチングストップ層は、フッ素系ガスを用いたＣＤＥ（ケミカル・ドライ・エッチング）でエッチング除去できることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005043918A JP2006224593A (ja) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | インクジェット記録ヘッドの製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006224593A true JP2006224593A (ja) | 2006-08-31 |
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| JP2005043918A Withdrawn JP2006224593A (ja) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | インクジェット記録ヘッドの製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2006224593A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020013921A (ja) * | 2018-07-19 | 2020-01-23 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 磁気トンネル接合素子、それを用いた磁気メモリおよび磁気トンネル接合素子の製造方法 |
-
2005
- 2005-02-21 JP JP2005043918A patent/JP2006224593A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| JP2020013921A (ja) * | 2018-07-19 | 2020-01-23 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 磁気トンネル接合素子、それを用いた磁気メモリおよび磁気トンネル接合素子の製造方法 |
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