JP2014177063A

JP2014177063A - 液体吐出ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2014177063A
Application number: JP2013053441A
Authority: JP
Inventors: Minao Ogata; 美尚尾形; Masaya Uyama; 剛矢宇山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-25

Abstract

【課題】本発明は、エネルギー発生素子に発熱抵抗体を利用した液体吐出ヘッドの製造方法であって、マスクレジストのカバレッジ性を向上可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。
【解決手段】本発明は、抵抗層及び該抵抗層の上に形成された導電層によって形成される発熱抵抗体と、液体を供給するための供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、（１）基板の第一の面の上に、前記抵抗層の材料と前記導電層の材料を配置してパターニングすることにより、前記抵抗層及び前記導電層とともに、前記供給口が形成される領域の上に土台を形成する工程と、（２）前記導電層、前記土台及び前記基板の上にレジストを配置し、該レジストをパターニングしてマスクを形成する工程と、（３）前記マスクを用いたエッチングにより前記導電層の一部を除去し、前記発熱抵抗体を形成する工程と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関し、好ましくはインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

エネルギー発生素子に発熱抵抗体を用いた液体吐出ヘッドは、特許文献１に開示されている。これによれば、シリコン基板上に抵抗層および導電層を積層し、更にマスク用フォトレジストを塗布し、導電層と抵抗層をエッチングする部分のマスク用フォトレジストを露光及び現像することにより除去してパターニングをする。そして、導電層および抵抗層をマスクレジストを介してドライエッチングにより一括でパター二ングし、その後レジストを除去する。そして、再びマスク用フォトレジストを塗布し、導電層のみをエッチングする部分のマスク用フォトレジストを露光及び現像することにより除去して開口部を形成する。その後、抵抗層は除去せず導電層のみを選択的に除去可能なウェットエッチングにより、マスク用フォトレジストの開口部より導電層を除去する。こうして、発熱抵抗体を形成する。

特開２００３−１２７３９８号公報

液体吐出ヘッドにおいては、エネルギー発生素子と液体供給用の供給口はシリコン基板の平面レイアウト上で異なる場所に形成される。

図４において、基板１上には第一の蓄熱層２ａ及び第二の蓄熱層２ｂが形成されており、蓄熱層及び基板１の上には絶縁層２０が形成されている。また、該絶縁層２０の上には、抵抗層３及び導電層４が形成されている。ここで、シリコン基板上に積層された抵抗層と導電層をドライエッチング等によってパターニングした後に、ウェットエッチング用のマスクレジスト６を形成する場合、抵抗層周辺は蓄熱層や配線層等が配されていることもあり上面の位置が高くなる傾向がある。そのため、抵抗層と供給口が形成される領域Ａとの段差等の基板上の三次元的な凹凸が障害となり、マスクレジスト６がコンフォーマルに形成されにくい。そのため、設計によっては、図４の矢印部分が示すように、マスクレジストのカバレッジ性が低下する場合がある。

そこで、本発明は、エネルギー発生素子に発熱抵抗体を利用した液体吐出ヘッドの製造方法であって、マスクレジストのカバレッジ性を向上可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。

そこで、本発明は、
抵抗層及び該抵抗層の上に形成された導電層によって形成される発熱抵抗体と、液体を供給するための供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）基板の第一の面の上に、前記抵抗層の材料と前記導電層の材料を配置してパターニングすることにより、前記抵抗層及び前記導電層とともに、前記供給口が形成される領域の上に土台を形成する工程と、
（２）前記導電層、前記土台及び前記基板の上にレジストを配置し、該レジストをパターニングしてマスクを形成する工程と、
（３）前記マスクを用いたエッチングにより前記導電層の一部を除去し、前記発熱抵抗体を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。

本発明の構成によれば、エネルギー発生素子に発熱抵抗体を利用した液体吐出ヘッドの製造方法であって、マスクレジストのカバレッジ性を向上可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。より具体的には、導電層上にマスクレジストを塗布する工程において、マスクレジストがカバレッジ性よく形成される液体吐出ヘッドの製造方法を提供することが可能である。

本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の工程例を説明するための模式的断面図である。本実施形態により製造される液体吐出ヘッドの構成例を示す模式的斜視図である。本実施形態により製造される液体吐出ヘッドの構成例を示す模式的平面図である。導電層及び抵抗層付近で生じるマスクレジストのカバレッジ性が低下する現象を説明するための模式的断面図である。

以下、図面を参照して、本実施形態を説明しつつ、本発明について詳細に説明する。但し、後述する実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明をこの技術分野における通常の知識を有する者に十分に説明するために提供されるものである。

図２は、本実施形態により製造される液体吐出ヘッド模式的の斜視図であり、図３は図２の流路形成部材を取り除いたときの模式的上面図である（図３において蓄熱層及びパッシベーション層は不図示）。図１は、図３のＡ−Ａ’線における基板の断面図であり、液体吐出ヘッドの製造方法の工程例を示した模式的な工程図である。

基板１は第一の面（表面とも称す）上に発熱抵抗体を有し、該発熱抵抗体は抵抗層及び該抵抗層の上に形成された導電層によって形成されている。該発熱抵抗体は、例えば、抵抗層及び導電層を順次積層して得られた積層体について、前記導電層の一部を除去して前記抵抗層を露出させることで形成することができる。発熱抵抗体の上及び基板の上にはパッシベーション層８が形成されている。また、基板１上には、インク等の液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を形成する流路形成部材９が設けられている。図２において、吐出口は発熱抵抗体に対応して発熱抵抗体の上方に設けられている。また、基板１は、第一の面と該第一の面と反対側の面である第二の面（裏面とも称す）とに開口する供給口１０を有する。供給口１０は基板裏面から送られてきたインク等の液体を液体流路に供給する機能を有する。

以下、図１を用いて、本実施形態の製造方法の好ましい形態について工程を追って説明する。

まず、図１（ａ）に示すような基板１を用意する。基板１の上には、蓄熱層２が形成されている。蓄熱層２及び供給口が形成される領域（供給口形成領域）Ａを含む基板の上に抵抗層の材料３ａが配置され、また、抵抗層の材料３ａの上に導電層の材料４ａが配置されている。

基板１は、駆動回路や配線を作りこみやすいシリコン単結晶基板であることが好ましい。また、基板１には、駆動回路や配線が形成されていてもよい。

本実施形態において、蓄熱層を基板上に配置し、該蓄熱層の上に発熱抵抗体を形成することが好ましい。基板上に蓄熱層を有し、該蓄熱層の上に発熱抵抗体を形成する形態の場合は、導電層及び抵抗層からなる積層体の上面位置が高くなるため、本願発明の技術的意義がより見出されるためである。蓄熱層は複数の層から構成することもでき、蓄熱層の厚さは、例えば、１．０〜５．０μｍである。なお、蓄熱層と抵抗層の間に絶縁層を設けることもできる。

蓄熱層２には、例えば、Ｆｉｅｌｄ−Ｏｘ、ＢＰＳＧ又はＰ−ＳｉＯ等を用いることができる。

抵抗層材料３ａには、例えば、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＣｒＳｉＮ、ＴａＮ等を用いることができる。また、抵抗層材料３ａの厚さは、例えば、０．０１〜２．０μｍである。

導電層材料４ａには、例えば、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｌ-Ｓｉ等を用いることができる。また、抵抗層材料４ａの厚さは、例えば、０．１〜２．０μｍである。

ここで、抵抗層材料３ａは、後工程でパッシベーション層とより効率的に一括で除去できる観点から、ＴａＳｉＮを用いることが好ましい。

次に、図１（ｂ）に示すように、抵抗層材料３ａと導電層材料４ａをパターニングすることにより、抵抗層３及び導電層４とともに、供給口形成領域Ａの上に土台５を形成する。

抵抗層材料３ａと導電層材料４ａは、例えば、ドライエッチングによりパターニングできる。より具体的には、所望の形状にパターニングしたレジストを介してドライエッチングなどのエッチングにより抵抗層材料３ａと導電層材料４ａをパターニングできる。

供給口形成領域Ａの上に形成される土台５は、後工程においてマスクを形成するために用いるレジストのカバレッジ性を高める役割を有し、三次元的な段差を緩和するための層となる。土台は抵抗層材料３ａ及び導電層材料４ａで構成される。

土台５は、後工程において容易に除去するため、供給口形成領域Ａと同等かそれよりも内側に形成することが好ましく、供給口の第一の面側の開口位置と同じかそれよりも内側に形成されることが好ましい。

次に、図１（ｃ）に示すように、導電層４、土台５及び基板１の上に、レジスト６を配置する。この際、土台が形成されているため、カバレッジ性良く導電層４を含む凹凸構造を被覆することができる。

マスクに用いるレジストとしては、例えば、フォトレジストを用いることができる。フォトレジストとしては、液状で塗布可能なものであれば良く、例えばノボラック樹脂を主成分とするポジ型レジストを用いることができる。レジストの配置方法としては、スピンコートなどの一般的な塗布技術を用いることが可能である。

次に、図１（ｄ）に示すように、レジストをパターニングしてマスク６’を形成する。

本実施形態では、マスク６’は、発熱抵抗体を形成する部分の導電層の一部が露出する第一の開口パターン１１及び土台５が露出する第二の開口パターン１２を有する。

レジストのパターニング方法としては、例えば、光学マスクを用いて露光した後に現像することで所望の形状に形成することができる。

次に、図１（ｅ）に示すように、マスク６’を用いたエッチングにより導電層の一部を除去し、発熱抵抗体を形成する。

本実施形態では、導電層の一部を除去して開口部７を形成して発熱抵抗体を形成すると同時に、土台５のうちの導電層材料を除去する。

次に、図１（ｆ）に示すように、マスク６’を除去した後、少なくとも発熱抵抗体及び供給口形成領域Ａの上にパッシベーション層８を形成する。

パッシベーション層８の材料には、例えば、ＳｉＮやＳｉＯ、特にはＰ−ＳｉＮ、又はＰ-ＳｉＯ等を用いることができる。パッシベーション層の形成方法としては、化学気相成長（例えば、ｐｌａｓｍａＣＶＤ，ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が適用可能である。また、パッシベーション層は、後工程で抵抗層材料とより効率的に一括に除去するため、Ｐ−ＳｉＮが好ましい。

パッシベーション層８を形成した後、基板の第一の面上に流路形成部材９を形成してもよい。例えば、基板の上に液体流路の型材となる流路型パターンを形成する。該流路型パターンの上に流路形成部材を形成する。流路形成部材は、フォトレジストや無機材料を用いて形成することができる。例えば、流路形成部材の材料としてネガ型レジストを用い、該ネガ型レジストを流路型パターン及び基板上に配置し、吐出口をフォトリソグラフィー技術によって形成することができる。

基板上にパッシベーション層８を形成した後、基板裏面側（第二の面側）から基板をエッチングし、供給口を形成する（図１（ｆ）参照）。

供給口１０は流路形成部材９を形成した後に形成してもよく、流路形成部材９を形成する前又は途中であってもよい。

供給口を形成するエッチングは、特に制限されるものではないが、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）を用いることができる。また、反応性イオンエッチングは、ボッシュプロセスを用いることが好ましく、特に基板１に対して垂直に５０μｍ以上の深さの穴を形成する場合には、エッチングとデポジションを繰り返すボッシュプロセスを用いることが好ましい。

次に、図１（ｇ）に示すように、供給口１０の第一の面側の開口を覆う抵抗層材料とパッシベーション層８を一括に除去する。

抵抗層材料及びパッシベーション層８を一括に除去する方法としては、エッチングを用いることができ、例えばケミカルドライエッチングを適用できる。ケミカルドライエッチングは、抵抗層材料とパッシベーション層をより効率的に一括に除去できるという観点から、Ｏ_２とＣＦ_４を含むエッチングガスを用いることが好ましい。より好ましくは、抵抗層材料がＴａＳｉＮであって、パッシベーション層がＰ-ＳｉＮである場合、ＴａＳｉＮとＰ-ＳｉＮの両方ともフッ素ラジカルと反応してフッ化物となりエッチングされるため、Ｏ_２/ＣＦ_４の流量比が０．５〜２のエッチングガスを用いたケミカルドライエッチングにより、より効率的に一括除去できる。

その後、場合に応じて、供給口１０から流路型パターンを溶解除去できる。

以上の実施形態に示される液体吐出ヘッドの製造方法では、シリコン基板上の三次元的な凹凸に起因するレジストのカバレッジ性の低下を抑制し、導電層材料をパターニングするマスク用のレジストをカバレッジ性よく基板上に配置することができる。

さらに、本実施形態の好ましい形態に示されるように、土台の抵抗層材料をパッシベーション層と一括に除去することにより、新たな工程を設けることなく液体吐出ヘッドを製造可能である。すなわち、好ましい本実施形態では、供給口が形成される領域に、抵抗層材料及び導電層材料を土台として残すことでレジストのカバレッジ性を向上することができる。さらに、ウェットエッチングにて、発熱抵抗体が形成される部分の導電層の一部と同時に土台の上部分を構成する導電層材料を除去する。この際、土台の下部分を構成する抵抗層材料が残存するが、残存した抵抗層材料は後工程でパッシベーション層と同時に一括に除去する。これにより、わざわざ別の工程を設けずにレジストのカバレッジ性を向上することができ、製造コストの増加を抑制することができる。

（実施例）
以下、本発明の実施例を、図１（ａ）〜（ｇ）に示す工程図に則して説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、基板厚さ３００μｍでインゴットの引き出し方位が＜１００＞のシリコン単結晶基板のシリコン基板１を用意した。続いて、蓄熱層２を基板上に形成し、該蓄電層２及び基板１の上に抵抗層材料３ａと導電層材料４ａを順次成膜して積層膜を形成した。蓄熱層２の材料にはＰ−ＳｉＯを用い、抵抗層材料３ａにはＴａＳｉＮを用い、導電層材料４ａにはＡｌＣｕを用いた。

次に、図１（ｂ）に示すように、導電層材料及び抵抗層材料をパターニングして、配線としての導電層４及び抵抗層３を形成すると同時に、供給口形成領域Ａの上に土台を形成した。導電層材料及び抵抗層材料は、所望の形状にパターニングしたレジストを介してドライエッチングによりパターニングした。ドライエッチングとしては、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）を用いた。導電層は配線パターンを有する。土台５は、供給口形成領域Ａよりも内側に形成した。

次に、図１（ｃ）に示すように、基板上にフォトレジスト６を塗布した。フォトレジストには、ノボラック樹脂を主成分とするポジ型レジストを用い、スピンコートでウエハ全面に塗布した。この時、供給口形成領域Ａの上に土台５があることで三次元的な段差が緩和され、レジストがコンフォーマルに塗布されてカバレッジ性よく形成された。

次に、図１（ｄ）に示すように、レジストをパターニングして、発熱抵抗体を形成する部分の導電層の一部が露出する第一の開口パターン１１及び土台５が露出する第二の開口パターン１２を有するマスク６’を形成した。

次に、図１（ｅ）に示すように、導電層の一部を除去して開口部７を形成すると同時に土台５の上部分を構成する導電層材料を除去した。

マスク用のフォトレジストは、光学マスクを用いて露光した後に現像することで所望の形状に形成し、マスク６’とした。その後、マスク６’を介してウェットエッチングを行い、開口部７を形成すると同時に、土台５の導電層材料を除去した。

次に、図１（ｆ）に示すように、パッシベーション層８を形成し、続いて流路形成部材９を形成し、さらに供給口１０を形成した。パッシベーション層８としては、Ｐ−ＳｉＮを化学気相成長（ｐｌａｓｍａＣＶＤ，ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて成膜した。

流路形成部材９は、樹脂材料を回路基板上に設けて、フォトリソグラフィー技術によりパターニングして形成した。

供給口１０は流路形成部材９を形成した後、基板１を裏面側からドライエッチング（ボッシュプロセス）することにより形成した。

次に、図１（ｇ）に示すように、供給口１０の開口に位置する抵抗層とパッシベーション層を一括に除去した。抵抗層とパッシベーション層は、ケミカルドライエッチングを用いて一括に除去した。エッチングの条件は、Ｏ_２流量が３５０ｓｃｃｍ、ＣＦ_４流量が３５０ｓｃｃｍ、基板温度が７０℃、圧力が４０Ｐａ、投入電力が７００Ｗとした。

以上のように作成された液体吐出ヘッドは、シリコン基板上の三次元的な凹凸を軽減し、導電層形成用のマスクレジスト塗布の際、レジストがコンフォーマルに塗布され、カバレッジ性よく形成された。そして、後に供給口となる領域の導電層の直下に積層されていた抵抗層の除去工程を、新たに設けることなく製造可能であった。

本実施形態は、例えば、インクジェットプリンタの記録ヘッドへ適用が可能である。

Ａ供給口形成領域
１基板
２蓄熱層
３ａ抵抗層の材料
３抵抗層
４ａ導電層の材料
４導電層
５土台（導電層材料と抵抗層材料の積層体）
６レジスト
６’ マスク
７開口部
８パッシベーション層
９流路形成部材
１０供給口
１１第一の開口パターン
１２第二の開口パターン

Claims

抵抗層及び該抵抗層の上に形成された導電層によって形成される発熱抵抗体と、液体を供給するための供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）基板の第一の面の上に、前記抵抗層の材料と前記導電層の材料を配置してパターニングすることにより、前記抵抗層及び前記導電層とともに、前記供給口が形成される領域の上に土台を形成する工程と、
（２）前記導電層、前記土台及び前記基板の上にレジストを配置し、該レジストをパターニングしてマスクを形成する工程と、
（３）前記マスクを用いたエッチングにより前記導電層の一部を除去し、前記発熱抵抗体を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
前記マスクは、前記発熱抵抗体が形成される部分の前記導電層の一部が露出する第一の開口パターン及び前記土台が露出する第二の開口パターンを有し、
前記工程（３）は、前記マスクを用いたウェットエッチングにより前記導電層の一部を除去して前記発熱抵抗体を形成するとともに、前記土台のうちの前記導電層材料を除去する工程である、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記工程（３）の後に、
（４）前記マスクを除去した後、少なくとも前記発熱抵抗体及び前記供給口が形成される領域の上にパッシベーション層を形成する工程と、
（５）前記第一の面の反対側の面である第二の面側から前記基板をエッチングし、前記供給口を形成する工程と、
（６）前記供給口に露出する前記土台のうちの前記抵抗層材料及び前記パッシベーション層を一括に除去する工程と、
を有する請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記工程（６）において、前記抵抗層材料と前記パッシベーション層は、ケミカルドライエッチングで一括に除去される請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記抵抗層材料がＴａＳｉＮであり、前記パッシベーション層はＰ−ＳｉＮである請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記ケミカルドライエッチングは、Ｏ_２とＣＦ_４を含むエッチングガスを用いる請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記発熱抵抗体は蓄熱層の上に形成される請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記土台は、前記供給口の前記第一の面側の開口位置と同じかそれよりも内側に形成される請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。