JP2007144915A

JP2007144915A - 液滴吐出ヘッドの製造方法およびパターン形成方法

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Publication number: JP2007144915A
Application number: JP2005345275A
Authority: JP
Inventors: Osamu Fujimori; 修藤森
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】ドライエッチングにより２段以上の段差形状を形成する場合に、フェンス状の残渣の発生を防止する。
【解決手段】シリコン基板１０１上に、アルミニウム膜１０２と有機膜レジスト１０３の２層のマスクを形成し、露光、現像およびウェットエッチングを経てパターニングした後、１回目のドライエッチングを行い、１段の段差形状を含む凹部１０４を形成する。次に、凹部１０４の側壁に堆積されたデポ膜１０５をアッシングにより除去してから、２回目のドライエッチングを行い、２段の段差形状を含む構造体を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法およびパターン形成方法に関するものである。

インクジェット式プリンタのヘッド製造プロセスでは、従来のウェットエッチングに代わり、ドライエッチングも用いられるようになってきている。
ウェットエッチングおよびドライエッチングを利用したインクジェット式プリンタヘッドの製造方法は、例えば特許文献１に開示されている。

インクジェット式プリンタヘッドの製造をはじめ、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）や半導体分野などにおいて、所望の位置に２段以上の階段形状を有する構造体を形成する場合が多くある。このような場合、ドライエッチング、特にボッシュプロセスのような深堀エッチング技術を用いることにより、微細な加工を高精度に行うことができる。

特開２００５−６７２１６号公報

ドライエッチングにより２段以上の階段形状を形成する場合には、ドライエッチングを２回以上行う必要がある。しかし、１度ドライエッチングを行うと、形成した凹部の側壁にデポジションによる保護膜（デポ膜）が形成される。
この状態で２回目のドライエッチングを行うと、デポ膜が障壁となって、段差形成面にフェンス状の残渣が残ってしまう。

そこで、本発明の目的は、ドライエッチングにより２段以上の段差形状を形成する場合に、フェンス状の残渣の発生を防止することである。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、１回目のドライエッチングを行い、１段の段差形状を含む構造体を形成する第１の工程と、前記第１の工程で形成された構造体の側壁に堆積された保護膜を除去する第２の工程と、２回目のドライエッチングを行い、２段の段差形状を含む構造体を形成する第３の工程を含み、２段以上の段差形状を含む構造体を有する液滴吐出ヘッドを形成するものである。
これにより、２回目以降のドライエッチング時に、前回のドライエッチング時に形成された保護膜が障壁となって段差形成面にフェンス状の残渣が残ってしまうのを防止することができる。

また、前記第２の工程は、イオン衝撃を与えないアッシング処理によって前記保護膜を除去するのが望ましい。
これにより、エッチングマスクとして形成された金属膜などがスパッタされ、マイクロマスクとなって堆積するのを防ぐことができる。

前記ドライエッチングがボッシュプロセスによる場合、ボッシュプロセスではエッチングと保護膜の成膜が交互に行われるため保護膜が形成されやすいので、特に効果がある。

また、前記第１の工程と前記第２の工程の間にエッチングマスクの硬化処理を行うようにすれば、保護膜のみが除去されて、レジストは除去されないようにすることができる。

また、前記第１の工程に先立ち、金属膜と有機レジスト膜の２層のエッチングマスクを形成するようにしてもよい。これにより、レジスト塗布１回で２段以上の段差形状を形成することができる。

本発明のパターン形成方法は、基板上に、少なくとも２段以上の段差形状を含む構造体を形成するパターン形成方法であって、１回目のドライエッチングを行い、１段の段差形状を含む構造体を形成する第１の工程と、前記第１の工程で形成された構造体の側壁に堆積された保護膜を除去する第２の工程と、２回目のドライエッチングを行い、２段の段差形状を含む構造体を形成する第３の工程を有する。
これにより、２回目以降のドライエッチング時に、前回のドライエッチング時に形成された保護膜が障壁となって段差形成面にフェンス状の残渣が残ってしまうのを防止することができる。
本発明のパターン形成方法は、インクジェット式プリンタヘッドの製造をはじめ、ＭＥＭＳや半導体分野などにおいて、所望の位置に２段以上の階段形状を有する構造体を形成する場合に適用できる。

また、前記第２の工程では、イオン衝撃を与えないアッシング処理によって前記保護膜を除去することにより、エッチングマスクとして形成された金属膜などがスパッタされ、マイクロマスクとなって堆積するのを防ぐことができる。
また、前記ドライエッチングがボッシュプロセスによる場合、ボッシュプロセスではエッチングと保護膜の成膜が交互に行われるため保護膜が形成されやすいので、特に効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１および図２は、本発明の実施の形態１によるパターン形成方法を説明する図である。ここでは、シリコン基板上に、ドライエッチングを用いて２段以上の階段形状を有する構造を形成する。

まず、図１（Ａ）に示すように、シリコン基板１０１上にアルミニウム膜１０２をスパッタ法等により成膜する。
次に、図１（Ｂ）に示すように、アルミニウム膜１０２上にフォトレジストを塗布し、有機膜レジスト１０３を形成する。

次に、露光、現像を行い、図１（Ｃ）に示すように、有機膜レジスト１０３を所望のパターンにパターニングする。
次に、パターニングした有機膜レジスト１０３をエッチングマスクとしてウェットエッチングを行い、図１（Ｄ）に示すようにアルミニウム膜１０２をパターニングする。

次に、再度、露光、現像を行い、図１（Ｅ）に示すように、有機膜レジスト１０３を一部剥離する。
次に、１回目のドライエッチングを行い、図２（Ａ）に示すような形状を形成する。ドライエッチングはここではボッシュプロセスにより行う。図２（Ａ）に示すように、ドライエッチングにより形成した凹部１０４の側壁にデポ膜（保護膜）１０５が形成される。特に、ボッシュプロセスでは、エッチングと保護膜の成膜が交互に行われるためデポ膜が形成されやすい。

ドライエッチングのより具体的な条件としては、例えば、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｉｎｇＰｌａｓｍａ）を利用したドライエッチングで、高周波電力を５００〜３０００Ｗ、ステージ高周波電力を１〜２００Ｗとし、処理時間を５分〜１時間とする。
なお、ドライエッチングの条件は上記のものに限られず、例えば、平行平板型のＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置を用いても良い。

次に、ウェットエッチングを行う。その結果、図２（Ｂ）に示すように、図１（Ｅ）で有機膜レジスト１０３を剥離した部分のアルミニウム膜１０２が除去される。

次に、図２（Ｃ）に示すように、１回目のドライエッチングで形成されたデポ膜１０５を除去するため、アッシングを行う。なお、アッシングを行うに先立ち、有機膜レジスト１０３の硬化処理を行っておくことにより、デポ膜１０５のみが除去されて、有機膜レジスト１０３は除去されないようにすることができる。

レジスト硬化処理の具体的な条件としては、例えば以下の３つをあげることができる。
１．焼成
９０℃〜１５０℃（望ましくは１１０℃〜１３０℃）のホットプレートの中で、１〜２０分焼成する。
２．紫外線照射
波長２５４〜４３６ｎｍ、照度２００〜８００ｍＷ／ｃｍ²、照射時間０．５〜１２０分（望ましくは１〜１０分）の条件で紫外線照射を行う。次に、９０℃〜１５０℃（望ましくは１１０℃〜１３０℃）のホットプレートの中で、１〜２０分焼成する。
３．真空雰囲気中で、基板を加熱しながら紫外線照射
真空度１〜１００Ｐａ（望ましくは５〜２０Ｐａ）の真空雰囲気中で、基板の温度を４０℃〜２００℃（望ましくは８０℃〜１２０℃）に加熱しながら、波長２５４〜４３６ｎｍ、照度２００〜８００ｍＷ／ｃｍ²、照射時間０．５〜１２０分（望ましくは１〜１０分）の条件で紫外線照射を行う。

アッシングはイオン衝撃のないバレル型やダウンフロー型のプラズマアッシング装置を用いて行うのが望ましい。これは、イオン衝撃によりアルミニウム膜１０２がマイクロマスクとなってエッチング面に堆積するのを防ぐためである。

より具体的なアッシング条件の例としては、Ｏ₂ガスを用いた酸化性アッシングの場合には、ガス流量を１００〜１０００ｓｃｃｍ（望ましくは５００ｓｃｃｍ）、プラズマ発生のために印加する高周波電力を２００〜８００Ｗ（望ましくは５００Ｗ）とし、処理時間を１５分〜２時間とする。
また、還元性アッシングの場合には、Ｈ₂ガスを使用し、ガス流量を１．０ｓｌｍ、プラズマ発生のために印加する高周波電力を３０００Ｗとし、処理時間を１〜２０分とする。
また、その他にも反応ガスとして、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、エタノール、Ｈ₂Ｏ、ＣＨＦ₃などの水素を含有する物質を用いて同条件でアッシング処理を行うことができる。

なお、デポ膜１０５の除去は、水酸化カリウム、ＩＰＡ、ＨＦ、アミン系剥離溶液、ＡＰＭ、ＳＰＭ、ＨＰＭ、アセトン等の溶液を用いて行っても良いが、この方法を用いると、シリコン基板１０１上のデバイス等にダメージが入る場合がある。
なお、アッシングによるデポ膜１０５の除去と、ウェットエッチングによるアルミニウム膜１０２の除去の順番は逆になってもよい。この場合にもアッシングに先立って有機膜レジスト１０３の硬化処理を行っておくとよい。

次に、２回目のドライエッチングを行い、図２（Ｄ）に示すような形状を形成する。図に示すように、アルミニウム膜１０２が除去されている部分のみがエッチングされ、２段の階段形状が形成される。

ここで、デポ膜１０５を除去せずに２回目のドライエッチングを行うと、図３に示すように、デポ膜１０５と基板材料のシリコンのフェンス状の残渣１０６が形成されてしまう。

このように、１回のドライエッチングで形成されたデポ膜１０５を、次回のドライエッチングの前に除去することにより、残渣１０６の形成を防ぎ、所望の２段以上の階段形状を形成することができる。

このような２段以上の段差形状の形成は、インクジェット式プリンタヘッド（液滴吐出ヘッド）の製造などにおいて行われる。
図４は、インクジェット式プリンタヘッドの分解斜視図である。図中、インク室５０３、インク供給口５０４、インクリザーバー５０５等が形成された基板５０１と、ノズル孔５０７が形成された基板５０２は接着剤を介して接合される。接着剤は、エポキシ系あるいは、アクリル系などの樹脂であり、接着剤厚さは数μｍレベルである。基板５０１上のインク室５０３、インク供給口５０４、インクリザーバー５０５の近傍には、接着剤収容部５０６を構成する凹部が複数形成されており、残余の接着剤はこの接着剤収容部５０６に収容される。このため、接着剤がインク流路内に流れ込むのを防ぐことができる。
本発明のパターン形成方法（液滴吐出ヘッドの製造方法）は、例えば基板５０１に接着剤収容部５０６を形成する場合に利用することができる。

他にも、所望の位置に２段以上の段差形状を形成する例として、液滴吐出ヘッドのオリフィス部分の形成など、ＭＥＭＳ分野において多くの場面への適用が考えられる。

また、実施の形態１では、シリコン基板１０１上に２段の段差形状を形成するために、アルミニウム膜１０２と有機膜レジスト１０３の２層のエッチングマスクをあらかじめ形成する方法を用い、レジスト塗布１回で２段以上の段差形状を形成したが、エッチングマスクを有機膜レジスト１０３の１層とした場合にも、本発明のパターン形成方法を同様に適用することができる。

図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の実施の形態１によるパターン形成方法を説明する図である。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施の形態１によるパターン形成方法を説明する図である。図３は、デポ膜を除去せずに２回目のドライエッチングを行った場合に形成されるフェンス状の残渣を示す図である。図４は、インクジェット式プリンタヘッドの分解斜視図である。

符号の説明

１０１シリコン基板、１０２アルミニウム膜、１０３有機膜レジスト、１０４凹部、１０５デポ膜、１０６残渣、５０１，５０２基板、５０３インク室、５０４インク供給口、５０５インクリザーバー、５０６接着剤収容部、５０７ノズル孔

Claims

２段以上の段差形状を含む構造体を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
１回目のドライエッチングを行い、１段の段差形状を含む構造体を形成する第１の工程と、
前記第１の工程で形成された構造体の側壁に堆積された保護膜を除去する第２の工程と、
２回目のドライエッチングを行い、２段の段差形状を含む構造体を形成する第３の工程を有する液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記第２の工程は、イオン衝撃を与えないアッシング処理によって前記保護膜を除去することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記ドライエッチングは、ボッシュプロセスによることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記第１の工程と前記第２の工程の間にエッチングマスクの硬化処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記第１の工程に先立ち、金属膜と有機レジスト膜の２層のエッチングマスクを形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
基板上に、少なくとも２段以上の段差形状を含む構造体を形成するパターン形成方法であって、
１回目のドライエッチングを行い、１段の段差形状を含む構造体を形成する第１の工程と、
前記第１の工程で形成された構造体の側壁に堆積された保護膜を除去する第２の工程と、
２回目のドライエッチングを行い、２段の段差形状を含む構造体を形成する第３の工程を有するパターン形成方法。
前記第２の工程は、イオン衝撃を与えないアッシング処理によって前記保護膜を除去することを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。
前記ドライエッチングは、ボッシュプロセスによることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のパターン形成方法。
前記第１の工程と前記第２の工程の間にエッチングマスクの硬化処理を行うことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載のパターン形成方法。
前記第１の工程に先立ち、金属膜と有機レジスト膜の２層のエッチングマスクを形成することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載のパターン形成方法。