JP2007245638A - Manufacturing method of inkjet recording head - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an inkjet recording head that discharges a desired liquid by applying energy to the liquid from the outside, and a method for manufacturing the inkjet recording head.
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。また、このヘッドの製法として、犠牲層を用いてインク供給口の形状を成型する方法(特開平10−181032)が開示されている。 There is known an ink jet recording method in which the generation of bubbles is promoted by applying energy such as heat to the ink, the ink is ejected from the ejection port using this volume change, and this is deposited on the recording medium to form an image. It has been. Among ink jet systems, a side shooter type (Japanese Patent Laid-Open No. 9-011479) that ejects ink perpendicular to a substrate has been proposed. In addition, as a method of manufacturing this head, a method (Japanese Patent Laid-Open No. 10-181032) for forming a shape of an ink supply port using a sacrificial layer is disclosed.
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エッチング液に侵されやすい材料で薄膜を堆積しインク供給口の形状にパターン(エッチング犠牲層)を形成し、さらに前記供給口の形状のパターン上にエッチングストップ層を形成し、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除去する工程によって形成されていた。
従来のインクジェット記録ヘッドでは、異方性エッチングによりシリコン基板にインク供給用の貫通孔を開ける際に、一定の濃度、温度に管理されたアルカリ性エッチング液に浸漬してエッチングを行っていたので、エッチング速度は終始ほぼ一定であった。 In conventional ink jet recording heads, etching is performed by immersing in an alkaline etchant controlled at a constant concentration and temperature when opening a through-hole for supplying ink to a silicon substrate by anisotropic etching. The speed was almost constant from start to finish.
エッチングストップ層となるSiN膜は、僅かながらアルカリ性のエッチング液に侵食されるので、厚いシリコン基板を速い速度でエッチングしてきた強力なエッチング液にさらされると膜割れを起こし、図2のようにエッチングストップ層より上層にある有機樹脂製のノズル形成材にアルカリが浸透し形状が破壊されるという問題が生じることもあった。 Since the SiN film serving as an etching stop layer is slightly eroded by an alkaline etching solution, the film is cracked when exposed to a strong etching solution that has etched a thick silicon substrate at a high rate, and etching is performed as shown in FIG. There was a problem that alkali penetrates into the organic resin nozzle forming material above the stop layer and the shape is destroyed.
シリコン基板上に畜熱層として酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜などの絶縁膜を形成する工程、前記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エッチング液に侵されやすい材料で薄膜を堆積しインク供給口の形状にパターンを形成する工程、前記供給口の形状のパターン上に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のエッチングストップ層を形成する工程、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜が形成された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、異方性エッチングによるシリコン基板のエッチング速度をエッチング初期と貫通直前で変化させることによって、エッチングストップ層の膜割れが防止可能になる。 A step of forming an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film on the silicon substrate as a livestock heat layer, a step of forming an ink discharge pressure generating element on the film, and a material susceptible to etching liquid on the surface of the silicon substrate. Depositing a thin film and forming a pattern in the shape of the ink supply port, forming a silicon oxide film, a silicon nitride film or a mixture thereof on the supply port shape pattern, the silicon oxide film or A step of providing an opening on the back surface on which the silicon nitride film is formed, and removing silicon at a portion serving as an ink supply port by anisotropic etching, a silicon oxide film or a silicon nitride film of an etching stop layer remaining at the ink supply port Or manufacturing an ink jet recording head including at least a step of removing the mixture A method, by changing the etching rate of the silicon substrate by anisotropic etching with etching the initial and the through immediately before film cracking in the etching stop layer becomes possible prevention.
[作用]
Si基板を異方性エッチングで貫通する直前に、エッチング液の温度を下げたり、TMAHの濃度を高くすると、メンブレン膜が侵食されて膜割れを起こす確率が大幅に低下する。これは、以上のような操作でエッチング液のエッチング速度が低下するとともにメンブレン膜に対する腐食性も低下するので、メンブレン膜の中でも特に腐食されやすいステップ部が破壊される確率が低下するためである。
[Action]
Immediately before penetrating the Si substrate by anisotropic etching, if the temperature of the etching solution is lowered or the concentration of TMAH is increased, the probability of the membrane film being eroded and causing film cracking is greatly reduced. This is because the etching rate of the etching solution is lowered and the corrosiveness to the membrane film is also lowered by the operation as described above, and therefore, the probability that the step portion that is particularly corroded in the membrane film is destroyed is lowered.
以上述べたように本発明によれば、異方性エッチング時のエッチング液温度またはエッチング液濃度の少なくとも一方を変化させて、エッチング最終段階のエッチング速度を遅くすることによって、異方性エッチングを使ったインク供給口形成時のエッチングストップ層の割れの確率が飛躍的に低下して歩留まりが向上し、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。 As described above, according to the present invention, anisotropic etching is used by changing the etchant temperature or the etchant concentration during anisotropic etching to slow the etching rate at the final stage of etching. In addition, the probability of cracking of the etching stop layer when the ink supply port is formed can be drastically reduced, yield can be improved, and an ink jet recording head capable of high-quality printing can be provided.
[実験1]
以下に、本発明に関わる実験について述べる。図3は実験に用いたサンプルの断面構造を示したものである。5インチΦ、厚さ625μmのSi(100)ウエハ101の表面にAlCu膜を3000Å堆積し平面図5のようにパターニングして犠牲層102とした。犠牲層の形状は長方形で、幅150μm、長さ10mmとした。その上にプラズマCVDによるSiN膜を8000Å堆積してエッチングストップ層103とした。この時のSiN膜の成膜条件は、SiH4/NH3/N2=500/1500/6300sccm、圧力150mtorr、基板温度380℃、RF1700Wであった。単体の膜で測った膜応力は1.5×10exp−9dyne/cmであった。また基板の裏面には、熱酸化膜を平面図6のようにパターニングした異方性エッチング用パターンが形成してある。基板表面には耐アルカリ性のレジスト(OBC 東京応化製)104が塗布してある。
[Experiment 1]
Hereinafter, experiments related to the present invention will be described. FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a sample used in the experiment. A
このサンプルを、テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド(TMAH)に浸せきして、裏面よりシリコンを異方性エッチングした。エッチング条件は、TMAH/H2O=21%、液温度を70〜90℃まで変化させた。すると、図4のようにシリコンに開いた穴は最後には犠牲層に到達し、犠牲層をエッチングしてエッチングストップ層で止まる。 This sample was immersed in tetramethylammonium hydride (TMAH), and silicon was anisotropically etched from the back surface. Etching conditions were TMAH / H 2 O = 21%, and the liquid temperature was changed from 70 to 90 ° C. Then, as shown in FIG. 4, the hole opened in the silicon finally reaches the sacrificial layer, etches the sacrificial layer, and stops at the etching stop layer.
図7は、エッチング液の温度と、エッチングストップ層の亀裂発生確率の関係を示したものである。液温度が80℃以下の時、亀裂の発生確率が急激に減少していくのが判る。 FIG. 7 shows the relationship between the temperature of the etching solution and the probability of occurrence of cracks in the etching stop layer. It can be seen that when the liquid temperature is 80 ° C. or lower, the probability of occurrence of cracks sharply decreases.
一方、図8は、エッチング液の温度とエッチング時間(基板貫通に要する時間)の関係を示したものである。液温度の低下に伴って、エッチング所用時間が長くなっているのが判る。また、液温度が86℃以上ではエッチング面が粗れるという現象が見られた。 On the other hand, FIG. 8 shows the relationship between the temperature of the etching solution and the etching time (time required for substrate penetration). It can be seen that the etching time becomes longer as the liquid temperature decreases. Moreover, the phenomenon that the etching surface becomes rough was observed when the liquid temperature was 86 ° C. or higher.
[実験2]
実験1と同様の基板を用いて、液温度を83℃に固定して、TMAH/H2O濃度を20〜26%まで変化させてエッチング実験を行った。
[Experiment 2]
Using the same substrate as in
図9は、エッチング液の濃度と、エッチングストップ層の亀裂発生確率の関係を示したものである。液濃度が濃くなるに従って、亀裂の発生確率が急激に減少していくのが判る。 FIG. 9 shows the relationship between the concentration of the etching solution and the probability of occurrence of cracks in the etching stop layer. It can be seen that the probability of cracking rapidly decreases as the liquid concentration increases.
一方、図10は、エッチング液の濃度とエッチング時間(基板貫通に要する時間)の関係を示したものである。TMAH濃度の上昇に伴って、エッチング所用時間が長くなっているのが判る。また、液濃度が18%以下ではエッチング面が粗れるという現象が見られた。 On the other hand, FIG. 10 shows the relationship between the concentration of the etchant and the etching time (time required for substrate penetration). It can be seen that as the TMAH concentration increases, the etching time increases. Moreover, the phenomenon that the etching surface becomes rough was observed when the liquid concentration was 18% or less.
[実施態様例]
図1(a)〜(c)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製造途中の異方性エッチング工程を示す模式図である。
[Example Embodiment]
FIGS. 1A to 1C are schematic views showing an anisotropic etching process in the process of manufacturing an ink jet recording head showing an embodiment according to the present invention.
基板としては(100)または(110)のSiウエハが用いられる。ウエハの表面にTMAHにエッチングされやすい膜を堆積しパターニングして犠牲層203とした。犠牲層の平面形状は、Si(100)基板の場合は図5のように長方形で、Si(110)基板の場合は図11のように、狭角が70.5度の平行四辺形とする。
As the substrate, a (100) or (110) Si wafer is used. A film easily etched by TMAH was deposited on the surface of the wafer and patterned to form a
その上にスパッター、蒸着やプラズマCVDによって薄膜を堆積してエッチングストップ層206とした。犠牲層に隣接して、ヒーター207や配線206等が配置されている。さらに、インク流路形成樹脂210やノズル形成樹脂208等が配置され、最上層にアルカリエッチングに対する保護膜211が塗布された状態になっている。
An
また基板の裏面には、耐アルカリ性の膜をパターニングしたエッチングパターン212が形成してあり、ここから異方性エッチングにより、表面の犠牲層へ向かって貫通口を開けインク供給口を形成する。
Further, an
TMAHを含むエッチング液に浸漬して異方性エッチングを行い、図1(b)のようにエッチングが犠牲層の近傍まで進んだところで、エッチング条件を変更してエッチング液温度を低下させるか、またはTMAH濃度を濃くしてエッチングレートを低下させて、エッチングストップ層に対するダメージを抑制する。この操作によって、エッチングストップ層の亀裂発生確率は顕著に低下する。 Anisotropic etching is performed by immersing in an etching solution containing TMAH, and when etching proceeds to the vicinity of the sacrificial layer as shown in FIG. 1 (b), the etching conditions are changed to lower the etching solution temperature, or The TMAH concentration is increased to lower the etching rate, thereby suppressing damage to the etching stop layer. By this operation, the crack generation probability of the etching stop layer is significantly reduced.
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12〜29を使って順を追って説明する。 Next, the process of the ink jet recording nozzle according to the present invention will be described step by step with reference to FIGS.
(1)基板面方位(110)のシリコン基板301に、例えば熱酸化やCVD法などで絶縁膜302を形成し、フォトリソ技術によってインク供給口を設けるための所望のパターン303を形成する。
(1) An
(2)AlやCu等の抵抗が低く、TMAH(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド)等の異方性エッチング用エッチャントに対するエッチング速度が大きな金属を堆積、パターニングして、下層配線304と犠牲層305を形成する。エッチング犠牲層は、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。この時の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11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。
(2) A metal having a low resistance such as Al or Cu and a high etching rate for an etchant for anisotropic etching such as TMAH (tetra-methyl-ammonium hydride) is deposited and patterned to form the
(3)基板表面上にエッチングストップ層306として、プラズマCVD法によって、SiNまたはSiON膜を堆積する。エッチングストップ層は、膜応力を調整するために2種以上の膜を積層しても良い。
(3) An SiN or SiON film is deposited as an
積層されたエッチングストップ膜のトータルの膜厚は、一般には2000Å〜2μm、好ましくは3000〜15000Å、最適には4000〜13000Å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、一般には2×10exp―9dyne/cm2以下、より好ましくは1.8×10exp−9dyne/cm2以下、最適には1.5×10exp−9dyne/cm2以下である。
The total thickness of the laminated etching stop film is generally 2000-2 μm, preferably 3000-15000 mm, and most preferably 4000-13000 mm. The total stress of the laminated etching stop film is generally 2 × 10 exp-9 dyne /
(4)プラズマCVD等を使って、SiNやSiON、SiO2等の膜を堆積して層間絶縁膜307とする。さらに、層間絶縁膜にコンタクトホール308を形成する。
(4) A film such as SiN, SiON, or
(5)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309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上層電極310としてAl、Mo、Ni,Cu等の金属膜を同様にして形成する。 (5) A heater unit 309 is formed as an ink discharge pressure generating element in accordance with the ink supply port. As the heater material, a metal film such as Ta, TaN, TaNSi or the like is deposited and patterned by sputtering, vacuum evaporation or the like. Further, a metal film of Al, Mo, Ni, Cu or the like is formed in the same manner as the upper layer electrode 310 for supplying power.
(6)ヒーターには耐久性の向上を目的としてプラズマCVDでSiN膜311を堆積し保護膜とする。
(6) A
(7)この上に、耐キャビテーション膜312としてスパッター法等でTaを堆積しパターニングする。
(7) On this, Ta is deposited and patterned as a cavitation
また、配線とヒーターの形成の順番等に特に制限がないのは言うまでもない。 Needless to say, there is no particular limitation on the order of forming the wiring and the heater.
(8)樹脂製のノズルの密着性を上げるためと、裏面をアルカリ性エッチャントから保護するために、耐食性の高い樹脂膜313を形成する。そして、ヒーター部とインク供給口部をパターニングする。
(8) A
(9)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315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。
(9) In order to secure the ink flow path, the
(10)インク流路のパターンの上に、被覆樹脂層316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。
(10) A
(11)次に流路の被覆樹脂層をパターニングして、ヒーター部に対応したインク吐出口317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。
(11) Next, the coating resin layer of the flow path is patterned to form the
(12)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318を形成する。
(12) A
(13)裏面のSiNまたはSiO2などを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319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。
(13) Using the photolithographic technique, the back surface of the ink supply
(14)次に裏面の平行四辺形の狭角の近傍部分(裏面の平面図45)に、エッチング先導孔320をあける。一般的には、レーザー加工などが用いられるが、放電加工、ブラスト等でも良い。
(14) Next, an
この先導孔は、エッチングストップ層に限りなく近くまであける。先導孔の深さは、一般には基板厚さの60%以上、好ましくは70%以上、最適には80%以上である。また、基板を貫通してはならない。この先導孔によって、平行四辺形の狭角から発生する斜めの(111)面が抑制される。 This lead hole can be as close as possible to the etching stop layer. The depth of the leading hole is generally 60% or more of the substrate thickness, preferably 70% or more, and optimally 80% or more. Also, it must not penetrate the substrate. By this leading hole, the oblique (111) plane generated from the narrow angle of the parallelogram is suppressed.
(15)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。この時、図25のようにエッチングが犠牲層の近傍まで進行したところで、エッチング層を移してエッチング条件を変更しエッチング液温度を低下させるか、またはTMAH濃度を濃くしてエッチングレートを低下させる。 (15) The substrate is immersed in an alkaline etchant (KOH, TMAH, hydrazine, etc.) and anisotropically etched so that the (111) plane appears. At this time, as shown in FIG. 25, when the etching proceeds to the vicinity of the sacrificial layer, the etching layer is moved and the etching conditions are changed to lower the etching solution temperature, or the TMAH concentration is increased to lower the etching rate.
この時のエッチング条件の変更は、2ステップで行うのが基本であるが、それ以上の多段階に分けて行っても良い。もちろん連続的に行っても良い。 At this time, the etching condition is basically changed in two steps, but it may be divided into more stages. Of course, it may be performed continuously.
(16)図26のように、低いエッチングレートで犠牲層までエッチングする。 (16) As shown in FIG. 26, the sacrificial layer is etched at a low etching rate.
(17)さらに、エッチングストップ層306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を開口する。最後にインク流路形成材315を除去し、インクの流路324を確保する。
(17) Further, the SiN film or the like of the
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。 In the above process, the substrate processing procedure is not particularly limited, and can be arbitrarily selected.
本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法について、図30〜44を使って順を追って説明する。 The manufacturing method of the ink jet recording head of the present invention will be described step by step with reference to FIGS.
図30のように、厚さ630μmで5インチΦの(100)面のSiウエハ401を熱酸化して、SiO2層402を10000Å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AlCu膜を3000Å堆積した。フォトリソ技術によって図31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。
As shown in FIG. 30, a (100) -
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32のようにプラズマCVDでSiN膜406を6000Å堆積した。成膜条件は、SiH4/NH3/N2= 160/400/2000sccm、圧力1600mtorr、基板温度300℃、RF1400Wであった。さらに、条件を変えてプラズマCVDでSiN膜407を3000Å堆積した。成膜条件は、SiH4/NH3/N2= 100/500/3500sccm、圧力1300mtorr、基板温度300℃、RF1100Wであった。
As a film that doubles as an etching stop layer and an interlayer insulating film, a
フォトリソ技術を使い、図33のように層間絶縁膜にコンタクトホール408を形成した。
Using a photolithography technique, a
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、上層配線電極409とヒーター410を形成する。
Further, the
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35のようにインク流路型材411を形成した。さらに表1に示した感光性樹脂層412を12μm塗布しパタ−ニングして、図37のようにインク吐出口413を形成した。
As a photosensitive resin, polymethylisopropenyl ketone (Tokyo Ohka ODUR-1010) was applied by 20 μm and patterned to form an ink flow path mold 411 as shown in FIG. Further, a
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。第一段階のエッチングは、エッチャント温度は83℃、エッチング時間は15時間30分とした。これは基板の厚み630μmをジャストエッチする時間に対して95%の時間とした。エッチングは図40のように犠牲層の手前で止まった。
This substrate was immersed in 20% TMAH aqueous solution and anisotropically etched. In the first stage etching, the etchant temperature was 83 ° C. and the etching time was 15
ここで、エッチング槽を変えてエッチング液濃度を25%のTMAH水溶液として、さらに1時間30分エッチングした。エッチングは図41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。
Here, the etching tank was changed to make a TMAH aqueous solution having an etching solution concentration of 25%, and etching was further performed for 1
次に、図42のようにエッチングストップ層の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。
Next, as shown in FIG. 42, SiN in the etching stop layer was removed by the CDE method. Etching conditions were
図43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44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完成した。
As shown in FIG. 43, ultrasonic waves were applied in methyl lactate to remove the
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数15KHz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。 Using this ink jet recording head, a printing test was performed at an ejection frequency of 15 KHz. A high-quality printed matter free from printing blur, density unevenness, and non-ejection of ink was obtained over the entire 15 mm width.
[比較例1]
以下に、本発明の比較例を説明する。
[Comparative Example 1]
Below, the comparative example of this invention is demonstrated.
ヒーター、電極、ノズル等の構成や形成方法は実施例1と同様にして、異方性エッチングをTMAH20%のエッチング液のみを用いてエッチング時間を16時間とした。 The configuration and formation method of the heater, electrode, nozzle and the like were the same as in Example 1, and the anisotropic etching was performed using only an etching solution of TMAH 20% and the etching time was 16 hours.
これ以降の工程は全て、実施例1と同様にした。 All subsequent steps were the same as in Example 1.
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数15KHz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。 Using this ink jet recording head, a print test was performed at an ejection frequency of 15 KHz, but there were white spots where ink was not ejected. When the head was observed, a part of the resin nozzle was found after alkali erosion, which seems to be caused by cracks in the etching stop layer.
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、図12〜29を使って順を追って説明する。 Hereinafter, another method of manufacturing the ink jet recording head according to the present invention will be described step by step with reference to FIGS.
図12のように、厚さ630μmで5インチΦの(110)面のSiウエハ301を熱酸化して、SiO2層302を10000Å形成した。次に、SiO2をパターニングして供給口開口部303を形成した。スパッターでAlCu膜を3000Å堆積した。フォトリソ技術によって図13のようにパターニングして犠牲層305と下層電極配線304を形成した。犠牲層の幅は120μm、長辺方向は15mmとした。
As shown in FIG. 12, a (110) -
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14のようにプラズマCVDでSiN膜306を6000Å堆積した。成膜条件は、SiH4/NH3/N2= 160/400/2000sccm、圧力1600mtorr、基板温度300℃、RF1400Wであった。
As a film that doubles as an etching stop layer and an interlayer insulating film, a
さらに、条件を変えてプラズマCVDでSiN膜307を7000Å堆積した。成膜条件は、SiH4/NH3/N2= 100/500/3500sccm、圧力1300mtorr、基板温度300℃、RF1100Wであった。
Further, 7000 mm of
フォトリソ技術を使い、図15のように層間絶縁膜にコンタクトホール308を形成した。
Using a photolithographic technique, a
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、上層配線電極310とヒーター309を形成する。 Further, the upper layer wiring electrode 310 and the heater 309 are formed by sputtering and patterning by continuously forming 500 N of TaN and 3000 N of Al.
次にヒーター保護膜311として、プラズマCVDのSiNを3000Å堆積、パターニングした。成膜条件は、SiH4/NH3/N2= 180/480/2000sccm、圧力1500mtorr、基板温度320℃、RF1700Wであった。
Next, 3000 nm of plasma CVD SiN was deposited and patterned as the
さらに、インクの発泡によるキャビテーションからヒーターを保護するため、Taを2300Åをスパッターで堆積パターニングして、耐キャビテーション膜312を形成した。
Further, in order to protect the heater from cavitation due to ink bubbling, 2300 liters of Ta was deposited and patterned by sputtering to form a cavitation
樹脂製のノズルの密着性を上げるためと、裏面をアルカリエッチャントから保護するために、耐食性の高いポリエーテルアミド系樹脂膜(日立化成製 HIMAL)313を2μm塗布焼成して形成し、図19のようにヒーター部とインク供給口部をパターニングで露出させた。 In order to increase the adhesion of the resin nozzle and to protect the back surface from the alkali etchant, a polyetheramide resin film (HIMAL manufactured by Hitachi Chemical Co.) 313 having high corrosion resistance was applied and baked to form 2 μm. Thus, the heater part and the ink supply port part were exposed by patterning.
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20のようにインク流路型材315を形成した。さらに表1に示した感光性樹脂層316を12μm塗布しパタ−ニングして、図21のようにインク吐出口317を形成した。
20 μm of polymethyl isopropenyl ketone (Tokyo Ohka ODUR-1010) was applied as a photosensitive resin and patterned to form an ink flow path mold 315 as shown in FIG. Further, a
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318を形成した。ノズルの裏面側のHIMALとSiO2をパターニングして、裏面インク供給口319を形成した。このパターンは、幅620μm長さ16mmの長方形とした。
In order to protect the nozzle forming surface side, a
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に隣接した部分に、図45のようにYAGレーザーで非貫通のエッチング先導孔320を開けた。この時の穴の径は30〜35μm、深さは480〜560μmであった。
Next, a non-penetrating
この基板を21%のTMAH水溶液に浸漬して異方性エッチングした。第一段階のエッチングは、エッチャント温度は83℃、エッチング時間は6時間30分とした。これは基板の厚み630μmをジャストエッチする時間に対して95%の時間とした。エッチングは図25のように犠牲層の手前で止まった。
This substrate was immersed in a 21% TMAH aqueous solution and anisotropically etched. In the first stage etching, the etchant temperature was 83 ° C. and the etching time was 6
ここで、槽を変えてエッチング液温度を80℃として、さらに1時間20分エッチングした。エッチングは図26のようにAlの犠牲層まで進み、エッチングストップ層306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315やノズル部316へのエッチング液の浸入は見られなかった。
Here, the bath was changed to an etching solution temperature of 80 ° C., and etching was further performed for 1 hour and 20 minutes. The etching proceeds to the Al sacrificial layer as shown in FIG. 26 and stops in front of the
次に、図27のようにエッチングストップ層の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。
Next, as shown in FIG. 27, SiN in the etching stop layer was removed by the CDE method. Etching conditions were
図28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、乳酸メチル中で超音波を掛け樹脂315を除去して、インク流路324を形成しインクジェット記録ヘッドができた。
As shown in FIG. 28, after immersion in methyl isobutyl ketone, the protective film is removed by applying ultrasonic waves in xylene, and the
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数15KHz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。 Using this ink jet recording head, a printing test was performed at an ejection frequency of 15 KHz. A high-quality printed matter free from printing blur, density unevenness, and non-ejection of ink was obtained over the entire 15 mm width.
以下に、本発明の他の実施例を説明する。 In the following, another embodiment of the present invention will be described.
ヒーター、電極、ノズル等の構成や形成方法は実施例2と同様にして、異方性エッチングを二段階に分けてエッチングした。第一段階のエッチングは、エッチング液濃度をTMAH22%、エッチャント温度は83℃、エッチング時間は6時間40分とした。エッチングは犠牲層の手前で止まった。 The structure and formation method of the heater, electrode, nozzle, and the like were the same as in Example 2, and anisotropic etching was performed in two stages. In the first stage etching, the concentration of the etchant was TMAH 22%, the etchant temperature was 83 ° C., and the etching time was 6 hours and 40 minutes. Etching stopped before the sacrificial layer.
ここで、槽を変えてエッチング液濃度をTMAH25%、エッチング液温度を80℃として、さらに1時間40分エッチングした。エッチングはAlの犠牲層まで進み、エッチングストップ層の前で止まった。この時、エッチングストップ層に亀裂はなく、流路形成樹脂層やノズル部へのエッチング液の浸入は見られなかった。 Here, the bath was changed, the etching solution concentration was TMAH 25%, the etching solution temperature was 80 ° C., and etching was further performed for 1 hour and 40 minutes. The etching proceeded to the Al sacrificial layer and stopped in front of the etching stop layer. At this time, there was no crack in the etching stop layer, and no penetration of the etching solution into the flow path forming resin layer or the nozzle portion was observed.
これ以降の工程は全て、実施例2と同様にした。 All subsequent steps were the same as in Example 2.
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数15KHz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。 Using this ink jet recording head, a printing test was performed at an ejection frequency of 15 KHz. A high-quality printed matter free from printing blur, density unevenness, and non-ejection of ink was obtained over the entire 15 mm width.
以下に、本発明の他の実施例を説明する。 In the following, another embodiment of the present invention will be described.
ヒーター、電極、ノズル等の構成や形成方法は実施例2と同様にして、異方性エッチング条件を連続的に変化させた。初期のエッチングは、エッチング液濃度をTMAH22%、エッチャント温度は83℃、エッチング時間は6時間40分とした。 The configuration and formation method of the heater, electrode, nozzle, and the like were the same as in Example 2, and the anisotropic etching conditions were continuously changed. In the initial etching, the concentration of the etching solution was TMAH 22%, the etchant temperature was 83 ° C., and the etching time was 6 hours and 40 minutes.
この後エッチング液温度を20分で1度ずつ降下させて80℃として、さらに1時間10分エッチングした。エッチングはAlの犠牲層まで進み、エッチングストップ層の前で止まった。この時、エッチングストップ層に亀裂はなく、流路形成樹脂層やノズル部へのエッチング液の浸入は見られなかった。 Thereafter, the etching solution temperature was lowered once every 20 minutes to 80 ° C., and etching was further performed for 1 hour and 10 minutes. The etching proceeded to the Al sacrificial layer and stopped in front of the etching stop layer. At this time, there was no crack in the etching stop layer, and no penetration of the etching solution into the flow path forming resin layer or the nozzle portion was observed.
これ以降の工程は全て、実施例2と同様にした。 All subsequent steps were the same as in Example 2.
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数15KHz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。 Using this ink jet recording head, a printing test was performed at an ejection frequency of 15 KHz. A high-quality printed matter free from printing blur, density unevenness, and non-ejection of ink was obtained over the entire 15 mm width.
101 Si基板
102 犠牲層
103 エッチングストップ層
103 インク流路形成型材
104 裏面保護膜
105 エッチング保護膜
106 裏面インク供給口パターン
201 シリコンウエハ基板
202 絶縁膜
203 犠牲層
204 下層電極
205 エッチングストップ層
206 上層電極
207 ヒーター
208 ノズル形成樹脂
209 インク吐出口
210 インク流路形成樹脂
211 エッチング保護膜
212 裏面インク供給口パターン
301 シリコンウエハ基板
302 絶縁膜
303 インク供給口パターン
304 下層配線
305 犠牲層
306 エッチングストップ層
307 層間絶縁膜
308 コンタクトホール
309 ヒーター
310 上層電極
311 ヒーター保護膜
312 耐キャビテーション膜
313 耐アルカリ性樹脂膜
314 耐アルカリ性樹脂膜
315 インク流路形成材
316 ノズル形成材
317 吐出口
318 異方性エッチング用保護膜
319 裏面供給口
320 レーザー加工エッチング先導孔
321 Siウエハのエッチング残り
322 供給口開口部
323 供給口開口部
324 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 エッチングストップ層&層間絶縁膜
407 エッチングストップ層&層間絶縁膜
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 異方性エッチング用保護膜
415 裏面供給口
416 インク流路
DESCRIPTION OF
403
Claims (6)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006074887A JP2007245638A (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Manufacturing method of inkjet recording head |
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JP2006074887A JP2007245638A (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Manufacturing method of inkjet recording head |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012232571A (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-29 | Canon Inc | Method of producing substrate for liquid ejection head |
JP2014200939A (en) * | 2013-04-02 | 2014-10-27 | キヤノン株式会社 | Ink jet recording head, and manufacturing method of the same |
-
2006
- 2006-03-17 JP JP2006074887A patent/JP2007245638A/en not_active Withdrawn
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