JP2016175232A - 膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜の開口の周縁にバリが発生しにくく、かつ簡易な、膜の製造方法を提供する。
【解決手段】膜の製造方法は、第１の層Ｌ１の一部の上に第１の犠牲層Ｓ１を形成することと、第１の層Ｌ１と第１の犠牲層Ｓ１を覆う第２の層Ｌ２であって、第１の犠牲層Ｓ１の周囲に位置する第１の表面１４と、第１の犠牲層Ｓ１を挟んで第１の層Ｌ１の反対側に位置し、第１の表面１４よりも第１の層Ｌ１から離れた第２の表面１５と、を有する第２の層Ｌ２を形成することと、第１の表面１４と第２の表面１５の間にある第１の犠牲層Ｓ１と第２の層Ｌ２を研磨によって除去することと、第１の層Ｌ１と第１の表面１４との間に残った第１の犠牲層Ｓ１を溶解によって除去することと、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は膜の製造方法に関し、特に液体吐出ヘッドのパッシベーション膜に開口を形成する方法に関する。

熱エネルギを利用して液体を発泡させ吐出させる液体吐出ヘッドの素子基板は、発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を保護する耐キャビテーション膜と、上記液体を供給する液体供給流路と、を有している。液体供給流路の形成後に、発熱抵抗素子に電力を供給する配線層や液体供給流路を保護するためのパッシベーション膜が形成されることがある。パッシベーション膜は耐キャビテーション膜の表面にも形成される。発熱抵抗素子の上方にパッシベーション膜が形成されると、発泡のために液体に伝えられる熱エネルギの伝熱効率が低下する。このため、パッシベーション膜が発熱抵抗素子の上方に存在しないように、パッシベーション膜にはあらかじめ開口が形成される。

エッチングによって開口を形成すると、パッシベーション膜の下にある耐キャビテーション膜の表面が荒れる可能性がある。耐キャビテーション膜への影響を抑える開口の形成方法として、リフトオフが知られている。特許文献１にはリフトオフによって膜に開口を形成する方法が開示されている。フォトレジストで形成された犠牲層の表面と、犠牲層の周囲とに膜が形成される。フォトレジストはフォトレジスト剥離液等の薬液に浸漬され、超音波を印加される。これによって、フォトレジストはその上に形成された膜と共に剥ぎ取られ、膜に開口が形成される。しかし、この方法は膜の開口の周縁にバリが発生しやすい。そのため、特許文献１には第１の犠牲層の上にこれより広い第２の犠牲層を設ける方法が記載されている。第２の犠牲層の上面に形成された膜と、第１の犠牲層の側方に形成された膜とが分離されるため、フォトレジストをリフトオフで除去する際に、膜にバリが発生しない。

特開平８−１３９００６号公報

特許文献１に記載された方法は２段構成の犠牲層を設けるため、製造プロセスが複雑化する。本発明は、膜の開口の周縁にバリが発生しにくく、かつ簡易な、膜の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の膜の製造方法は、第１の層の一部の上に第１の犠牲層を形成することと、第１の層と第１の犠牲層を覆う第２の層であって、第１の犠牲層の周囲に位置する第１の表面と、第１の犠牲層を挟んで第１の層の反対側に位置し、第１の表面よりも第１の層から離れた第２の表面と、を有する第２の層を形成することと、第１の表面と第２の表面の間にある第１の犠牲層と第２の層を研磨によって除去することと、第１の層と第１の表面との間に残った第１の犠牲層を溶解によって除去することと、を有する。

本発明によれば、膜の開口の周縁にバリが発生しにくく、かつ簡易な、膜の製造方法を提供することができる。

本発明を適用可能な液体吐出ヘッドとその素子基板の斜視図である。 図１に示す素子基板の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る膜の製造方法を示す概念図である。 図３に示す製造方法の一部をさらに詳細に示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る膜の製造方法を示す概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る膜の製造方法を示す概念図である。 従来技術に係る膜の製造方法を示す概念図である。

図面を参照して本発明の膜の製造方法の様々な実施形態を説明する。以下の実施形態では液体吐出ヘッドの耐キャビテーション膜の上に形成されるパッシベーション膜に開口を形成する方法を説明するが、本発明はこれに限定されない。本発明は一般に、第１の層Ｌ１の上に開口を有する第２の層Ｌ２を形成する方法に適用できる。以下の実施形態において、第１の層Ｌ１は液体吐出ヘッドの発熱抵抗素子４を覆う耐キャビテーション膜６に対応し、第２の層Ｌ２はパッシベーション膜７に対応する。また、以下の実施形態はインクジェットヘッドを対象とするが、本発明はインクを含む様々な液体を吐出する液体吐出ヘッドに適用することができる。
以下の説明において、膜の「上面」は、基材３の第１の表面３ａと直交する方向Ｐに互いに対向する２つの面のうち、第１の表面３ａから遠い面を意味する。また、「上方」は基材３の第１の表面３ａと直交する方向Ｐに関し、基材３の第２の表面３ｂから第１の表面３ａを向く方向を意味する。

まず、図１，２を参照して本発明の対象となる液体吐出ヘッドの構成を説明する。
図１（ａ）は液体吐出ヘッドの斜視図を示している。本実施形態の液体吐出ヘッド１はインクの液滴を吐出するインクジェットヘッドである。液体吐出ヘッド１は素子基板２を有している。後述するように、素子基板２は、インクを加熱し発泡する発熱抵抗素子４と、インクが吐出する吐出口１０と、を備えている。液体吐出ヘッド１はインクタンク３１が一体化され、カートリッジの形態の液体吐出ユニットを構成している。液体吐出ヘッド１はキャリッジ（図示せず）に搭載され、記録媒体の搬送方向と直交する向きに移動することができる。液体吐出ヘッド１はキャリッジに取り外し可能に装着されている。液体吐出ヘッド１にはＴＡＢ（Tape Automated Bonding）テープなどの電気配線基板３２が貼り付けられている。電気配線基板３２の端子３３は液体吐出装置の本体部に接続されている。電気配線基板３２は端子３３を通して、液体吐出ヘッド１の発熱抵抗素子４に駆動のための電力を供給する。

図１（ｂ）は、液体吐出ヘッド１の素子基板２の部分破断斜視図を示している。素子基板２は、シリコンで形成された基材３と、樹脂からなる吐出口形成部材９と、を有している。吐出口形成部材９はインクが吐出する多数の吐出口１０を有している。これらの吐出口１０に共通して設けられたインク供給路８が基材３を貫通している。以下の説明では、基材３の吐出口形成部材９に面する面を第１の表面３ａ、その裏面を第２の表面３ｂという。

図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った素子基板２の断面図を示している。基材３の第１の表面３ａにＴａＳｉＮやＷＳｉＮからなる発熱抵抗素子４が形成されている。図示は省略するが、基材３上には発熱抵抗素子４を選択的に駆動するための駆動素子が形成されている。駆動素子は、スイッチングトランジスタ等の半導体素子から形成することができる。発熱抵抗素子４の上面には、ＳｉＮやＳｉＣＮなどのシリコン窒化膜からなる絶縁保護膜５が形成されている。絶縁保護膜５の上面にはＴａやＩｒからなる耐キャビテーション膜６が形成されている。図では省略しているが、耐キャビテーション膜６は発熱抵抗素子４の上方付近だけに設けられるように、所定のパターンに形成されている。

基材３には、基材３を第１の表面３ａから第２の表面３ｂまで貫通するインク供給路８が形成されている。インク供給路８の側壁と耐キャビテーション膜６の上面にはＴｉＯやＴａＯやＳｉＯＣからなるパッシベーション膜７が形成されている。パッシベーション膜７の膜厚は数ｎｍ〜数百ｎｍである。パッシベーション膜７は図示しない配線層や、シリコンが露出したインク供給路８の側壁を保護する。発熱抵抗素子４の上方にはパッシベーション膜７がなく、パッシベーション膜７の開口７ａが形成されている。

パッシベーション膜７の上には吐出口１０を備えた吐出口形成部材９が形成されている。発熱抵抗素子４、絶縁保護膜５、耐キャビテーション膜６、パッシベーション膜７等が形成された基材３と吐出口形成部材９との間には発泡室１１が形成されている。インクはインク供給路８から発泡室１１に供給され、発熱抵抗素子４によって発泡させられ、吐出口１０から吐出する。パッシベーション膜７の開口７ａは、基材３の第１の表面３ａと直交する方向Ｐに関し、吐出口１０と発熱抵抗素子４の間に位置している。このため、発熱抵抗素子４で生じる発熱が発泡室１１のインクに効率的に伝達される。

次に、以上説明した液体吐出ヘッド１の作成方法を説明する。
（第１の実施形態）
図３を参照して、液体吐出ヘッド１の作成方法の第１の実施形態を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、基材３の第１の表面３ａにＴａＳｉＮ（シート抵抗３００Ω／□）からなる発熱抵抗素子４を形成する。発熱抵抗素子４はスパッタリング法により形成される。次に、発熱抵抗素子４の上面に、ＳｉＮからなる膜厚３００ｎｍの絶縁保護膜５を形成する。絶縁保護膜５はプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。次に、絶縁保護膜５の上面に、Ｔａからなる膜厚２００ｎｍの耐キャビテーション膜６（第１の層Ｌ１）を形成する。耐キャビテーション膜６はスパッタリング法により形成される。その後、耐キャビテーション膜６はフォトリソグラフィとドライエッチングにより所定のパターンに形成される。

次に、図３（ｂ）に示すように、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより基材３に貫通孔をあけ、インク供給路８を形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト１２を１μｍの厚さで塗布する。
次に、図３（ｄ）に示すように、少なくとも発熱抵抗素子４の上方にフォトレジスト１２が残るように、フォトレジスト１２の一部を除去する。残存したフォトレジスト１２は耐キャビテーション膜６の上面の一部に形成された第１の犠牲層Ｓ１となる。

次に、図３（ｅ）に示すように、ＳｉＯＣからなる膜厚１００ｎｍのパッシベーション膜７（第２の層Ｌ２）を形成する。パッシベーション膜７は耐キャビテーション膜６と第１の犠牲層Ｓ１を覆う。パッシベーション膜７はＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により形成される。このため、耐キャビテーション膜６と第１の犠牲層Ｓ１とインク供給路８の側壁の全面に、均一な膜厚のパッシベーション膜７が形成される。
図４（ａ）は、図３（ｅ）のＡ部の部分拡大図を示している。パッシベーション膜７（第２の層Ｌ２）は第１の部分７ｂと、第２の部分７ｃと、第３の部分７ｄとからなる。第１の部分７ｂは、耐キャビテーション膜６（第１の層Ｌ１）の上面のうち、第１の犠牲層Ｓ１の周囲の部分に形成される。第２の部分７ｃは、犠牲層Ｓ１の側面１３のうち、第１の部分７ｂより上方の部分に形成される。第３の部分７ｄは、第１の犠牲層Ｓ１の上面と第２の部分７ｃの上面に形成される。パッシベーション膜７（第２の層Ｌ２）は第１の表面１４と、第２の表面１５と、を有している。第１の表面１４は、第１の犠牲層Ｓ１の周囲に位置している。第２の表面１５は、第１の犠牲層Ｓ１を挟んで耐キャビテーション膜６（第１の層Ｌ１）の反対側に位置し、第１の表面１４よりも耐キャビテーション膜６から離れている。

次に、図３（ｆ）に示すように、第１の犠牲層Ｓ１を、その上に付着したパッシベーション膜７とともに、研磨によって削り取る。図４（ｂ）に、図３（ｆ）のＢ部の部分拡大図を示す。第１の犠牲層Ｓ１の第１の部分７ｂに対して突き出した部分１６と、第２の層Ｌ２の第２の部分７ｃ及び第３の部分７ｄが研磨によって除去される。換言すれば、第１の表面１４と第２の表面１５との間にある第１の犠牲層Ｓ１と、同じく第１の表面１４と第２の表面１５との間にある第２の層Ｌ２と、が研磨によって除去される。研磨には化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が用いられる。研磨が第１の表面１４に達すると研磨面積が変わるため、研磨機のトルクが増加する。このトルクの増加を検出することで、研磨を終了させることができる。研磨が終了したとき、パッシベーション膜７の開口７ａの内側には第１の犠牲層Ｓ１の一部の部分１７が残存している。

次に、図３（ｇ）に示すように、パッシベーション膜７の開口７ａの内側に残った第１の犠牲層Ｓ１の部分１７をレジスト剥離液によって溶解させ、剥離させる。すなわち、第１の層Ｌ１と第１の表面１４との間にある第１の犠牲層Ｓ１が溶解によって除去される。
その後、図示は省略するが、パッシベーション膜７の上にラミネート法によって吐出口形成部材９を形成する。

図７は、従来技術による液体吐出ヘッド１の作成方法を示している。従来技術においても、図３（ａ）〜（ｅ）に示す工程は第１の実施形態と同様に実施される。このため、これらの工程の説明は省略する。
図７（ａ）は図３（ｅ）と同じ工程を示している。その後、図７（ｂ）に示すようにリフトオフを用いて第１の犠牲層Ｓ１を、その上に付着したパッシベーション膜７とともに除去する。これによって、図７（ｃ）に示すように、パッシベーション膜７に開口７ａが形成される。しかし、第１の犠牲層Ｓ１の側面に付着したパッシベーション膜７は所望の位置で破断されず、側面の一部が残存することがある。これは、パッシベーション膜７が第１の犠牲層Ｓ１の側面にも、耐キャビテーション膜６の上面と同じ膜厚で形成されること、パッシベーション膜７の延性のためにリフトオフの際にパッシベーション膜７が引張られることが原因である。これによってパッシベーション膜７の開口７ａの周縁部にバリ７ｅが発生する。バリは液体吐出ヘッド１の液体吐出性能の信頼性低下の一因となる。

本実施形態では、パッシベーション膜７の第２の部分７ｃ、すなわちパッシベーション膜７の第１の表面１４から突き出た部分が研磨によって除去され、パッシベーション膜７の平坦な面が形成される。このため、パッシベーション膜７のバリが発生しにくい。第１の犠牲層Ｓ１は溶解によって除去されるため、パッシベーション膜７の開口７ａから露出する耐キャビテーション膜６の表面が荒れることもない。その結果、液体吐出ヘッド１の液体吐出性能の低下を防止することができる。

（第２の実施形態）
図５を参照して、液体吐出ヘッド１の作成方法の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態においても図３（ａ）〜（ｅ）に示す工程は第１の実施形態と同様に実施される。このため、これらの工程の説明は省略する。
図３（ｅ）に示す工程が終了した後、図５（ａ）に示すように、パッシベーション膜７の上にフォトレジストを２μｍの厚さで塗布する。これによって第２の犠牲層Ｓ２が形成される。第２の犠牲層Ｓ２の表面は平滑化される。
次に、図５（ｂ）に示すように、ＣＭＰで第２の犠牲層Ｓ２とパッシベーション膜７と第１の犠牲層Ｓ１を研磨によって除去する。第２の犠牲層Ｓ２とパッシベーション膜７と第１の犠牲層Ｓ１は第１の実施形態と同様にして研磨される。その後、図５（ｃ）に示すように、パッシベーション膜７の開口７ａの内部に残存した第１の犠牲層Ｓ１をレジスト剥離液によって剥離する。

第１の実施形態では、最終的に液体吐出ヘッド１の一部となるパッシベーション膜７の第１の部分７ｂが、研磨の際に露出している。このため、研磨に使用される研磨剤が、研磨の際に常にパッシベーション膜７に付着する。パッシベーション膜７に付着した研磨剤はパッシベーション膜７に化学反応を生じさせ、パッシベーション膜７の表面を荒らす可能性がある。本実施形態ではパッシベーション膜７の第１の部分７ｂが第２の犠牲層Ｓ２で覆われ保護されるため、研磨の際にパッシベーション膜７の第１の部分７ｂに外乱を与えずに加工することができる。

（第３の実施形態）
図６を参照して、液体吐出ヘッド１の作成方法の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態においても図３（ａ）〜（ｅ）に示す工程は第１の実施形態と同様に実施される。このため、これらの工程の説明は省略する。
第３の実施形態は、第２の犠牲層Ｓ２がＳｉＯで形成される点を除き、第２の実施形態と同じである。すなわち、図３（ｅ）に示す工程が終了した後、図６（ａ）に示すように、パッシベーション膜７の上に無機ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）を塗布する。無機ＳＯＧはスピンコート法で塗布される。これによって、厚さ２μｍのＳｉＯ膜からなる第２の犠牲層Ｓ２が形成される。第２の犠牲層Ｓ２の表面は平滑化される。
次に、図６（ｂ）に示すように、ＣＭＰで第２の犠牲層Ｓ２とパッシベーション膜７と第１の犠牲層Ｓ１を研磨によって除去する。第２の犠牲層Ｓ２とパッシベーション膜７と第１の犠牲層Ｓ１は第１の実施形態と同様にして研磨される。その後、図６（ｃ）に示すように、パッシベーション膜７の開口７ａの内部に残存した第１の犠牲層Ｓ１をレジスト剥離液によって剥離する。

第２及び第３の実施形態では、まず第２の犠牲層Ｓ２が研磨によって均一に削り取られていく。次に、パッシベーション膜７の第３の部分７ｄと第２の犠牲層Ｓ２が同時に研磨で除去される。第２の実施形態では無機膜であるパッシベーション膜７（第２の層Ｌ２）と樹脂（フォトレジスト）からなる第２の犠牲層Ｓ２で研磨レートが大きく異なり、これらを均一に研磨することが難しい。本実施形態では第２の層Ｌ２と第２の犠牲層Ｓ２の研磨レートが大きく異ならないため、これらを均一に研磨することが容易である。

６ 耐キャビテーション膜
７ パッシベーション膜
１４ 第１の表面
１５ 第２の表面
Ｌ１ 第１の層
Ｌ２ 第２の層
Ｓ１ 第１の犠牲層
Ｓ２ 第２の犠牲層

Claims (7)

1. 第１の層の一部の上に第１の犠牲層を形成することと、
   前記第１の層と前記第１の犠牲層を覆う第２の層であって、前記第１の犠牲層の周囲に位置する第１の表面と、前記第１の犠牲層を挟んで前記第１の層の反対側に位置し、前記第１の表面よりも前記第１の層から離れた第２の表面と、を有する第２の層を形成することと、
   前記第１の表面と前記第２の表面の間にある前記第１の犠牲層と前記第２の層を研磨によって除去することと、
   前記第１の層と前記第１の表面との間に残った前記第１の犠牲層を溶解によって除去することと、を有する、膜の製造方法。
2. 前記第２の層の上に第２の犠牲層を形成することを有し、前記第２の犠牲層は前記研磨によって除去される、請求項１に記載の膜の製造方法。
3. 前記第２の層と前記第２の犠牲層は共に無機膜である、請求項２に記載の膜の製造方法。
4. 前記第２の層はＳｉＯＣからなり、前記第２の犠牲層はＳｉＯからなる、請求項３に記載の膜の製造方法。
5. 前記研磨は化学機械研磨である、請求項１から４のいずれか１項に記載の膜の製造方法。
6. 前記第１の犠牲層はフォトレジストである、請求項１から５のいずれか１項に記載の膜の製造方法。
7. 前記第１の層は液体吐出ヘッドの発熱抵抗素子を覆う耐キャビテーション膜であり、前記第２の層はパッシベーション膜である、請求項１から６のいずれか１項に記載の膜の製造方法。

Images