JP3598397B2 - 貫通孔加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫通孔をドライエッチングで穿設する際の貫通孔の貫通時点を容易且つ正確に検出できる貫通孔加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばインクジェットヘッドのインクを吐出する吐出ノズルのような貫通孔を、ドライエッチングにより穿設する場合、吐出ノズルが貫通した時点つまりジャストエッチング時点の後も、吐出ノズル内のバリ取り等の仕上げを行うためにドライエッチングを所定時間継続するいわゆるオーバーエッチングの期間を設けている。
【０００３】
ところが、このオーバーエッチングを行う時間が必要以上に長くなると、吐出ノズルを穿設しようとする加工対象物の他の部位を損傷するという不具合が発生する。
【０００４】
特に、複数のヘッドチップを形成したシリコンウェハ上の多数の吐出ノズルを一括して穿設するインクジェットヘッドの製造方法における場合、全ての吐出ノズルを同時に穿設することが難しいため、もし全ての吐出ノズルが貫通したジャストエッチング時点の検出が遅れると、その分の過度なオーバーエッチングによって、先に貫通している吐出ノズルに対応する発熱抵抗体の削られかたが大きくなってしまう。そうなると各吐出ノズルに対応する各発熱抵抗体の抵抗率のバラツキが大きくなって、延いてはインクジェットヘッド自体の品質がバラツクという問題が発生する。
【０００５】
したがって、オーバーエッチングは、上記のジャストエッチング時点から正確に所定時間だけ実施されなければならない。そして、このようにオーバーエッチングを所定時間だけ正確に実施するためには、ジャストエッチング時点そのものを正確に検知する必要があった。
【０００６】
このジャストエッチング時点を検知する方法としては、従来より、発光分光分析法、反射光分析法、レーザー干渉法、ガス分析法、インピーダンス測定法、圧力測定法、エッチングレート測定法等、種々の方法が用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の発光分光分析法は、検出面積が狭いと検出不可能になる場合があることや測定器が例えば４００万円〜７００万円というように極めて高価であるという問題を有している。また、反射光分析法やレーザー干渉法は、検出できる材料が限定されるだけでなく、加工対象物の表面の凹凸の影響を受け易いため精度が落ちるという欠点を有している。また、ガス分析法は、装置が複雑であるばかりでなく、検出可能な材料の種類が少なく、また、検出感度が低いという問題を有している。
【０００８】
更に、インピーダンス測定法は、自動制御系により影響を受ける場合があるため、その調整に困難を伴うという問題を有している。また、圧力測定法は、自動圧力調整機構と共存させることができないことや、検出感度が低いという問題を有している。また、エッチングレート測定法は、エッチングレートを計算して、時間管理でエッチングの終点を決定する方法であるが、装置の状態や工作物の出来具合で変化してしまうため不正確であるという問題を有していた。
【０００９】
このように、ジャストエッチング時点を検出するには、種々の方法があるものの、それぞれ特有の短所があり、どのような工作物にも適用が可能な汎用性のあるものが、従来は無かったものである。
【００１０】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、貫通孔をドライエッチングで穿設する際の貫通孔の貫通時点、つまりジャストエッチング時点を容易且つ正確に検出できる貫通孔加工方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の貫通孔加工方法は、加工対象物の裏面を一定の圧力で流動させる冷却媒体ガスにより冷却しながら上記裏面から表側に貫通させる貫通孔の少なくとも表側の一部をドライエッチングにより加工する貫通孔加工方法であって、上記冷却媒体ガスの時間当たり流量の変化から上記ドライエッチングによる加工により上記貫通孔が貫通したジャストエッチング時点を検出するように構成される。
【００１２】
上記ドライエッチングは、例えば請求項２記載のように、へリコン波ドライエッチングであることが好ましい。
そして、例えば請求項３記載のように、上記加工対象物は、インクに圧力を加えて該インクを吐出ノズルより記録媒体に噴射させて記録を行うインクジェットプリンタヘッドであり、上記貫通孔は、少なくとも上記吐出ノズルを含む構成であってもよい。
【００１３】
その場合、例えば請求項４記載のように、上記吐出ノズルは複数個あり、該吐出ノズルの全ての加工が完了した時点をジャストエッチング時点とするように構成することが好ましい。
【００１４】
また、上記ジャストエッチング時点は、例えば請求項５記載のように、冷却媒体ガスの時間当たり流量が急激に増加した後一定のレベルで安定しはじめる時点とするのが好ましい。また、例えば請求項６記載のように、上記ジャストエッチング時点から所定時間後に該エッチングに係わるドライエッチングを終了するようにオーバーエッチングを設定すれば、オーバーエッチング時間を必要最小限に短く設定できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ） は、一実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方法を工程順に示す図であり、それぞれ一連の工程においてヘッドチップの基板上に形成されていく状態の概略の平面図と断面図を模式的に示している。尚、これらの図には、説明の便宜上、いずれもフルカラー用のインクジェットプリンタヘッドを構成するための１個の印字ヘッド（モノクロ用インクジェットヘッドの構成と同じ）のみを示しているが、実際には後述するように、このような印字ヘッドが複数個（通常は４個）連なった形状のものが、１個のヘッドチップに形成される。また、同図（ｃ） には３６個の吐出ノズルを示しているが、実際には、設計上の方針によって異なるが６４個、１２８個、２５６個等、多数の吐出ノズルが形成されるものである。
【００１６】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ） は、上段に図１（ａ），（ｂ），（ｃ） の平面図をそれぞれ一部を拡大して詳細に示しており、この図２（ａ），（ｂ），（ｃ） の中段には上段のＡ−Ａ′断面矢視図（同図（ａ） 参照）を示し、下段には上段のＢ−Ｂ′断面矢視図（同図（ａ） 参照）示している。また、同図（ａ），（ｂ），（ｃ） の中段に示す断面図は、それぞれ図１（ａ），（ｂ），（ｃ） の下に示す断面図と同一のものである。尚、図２（ａ），（ｂ），（ｃ） には、図示する上での便宜上、６４個、１２８個又は２５６個のインク吐出ノズルを、５個のインク吐出ノズルで代表させて示している。
【００１７】
最初に、基本的な製造方法について説明する。先ず、工程１として、４インチ以上のシリコン基板にＬＳＩ形成処理により駆動回路とその端子を形成すると共に、厚さ１〜２μｍの酸化膜（Ｓｉ Ｏ２ ）を形成し、次に、工程２として、薄膜形成技術を用いて、タンタル（Ｔａ）−シリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）からなる発熱抵抗体層と、Ｔｉ−Ｗ等の密着層を介在させてＡｕなどによる電極膜を順次積層形成する。そして、電極膜と発熱抵抗体層をフォトリソグラフィー技術によって夫々パターニングし、ストライプ状の発熱抵抗体層上の発熱部とする領域の両側に配線電極を形成する。この工程で発熱部の位置が決められる。
【００１８】
図１（ａ） 及び図２（ａ） は、上記の工程１及び工程２が終了した直後の状態を示している。すなわち、ヘッドチップ１の一方の側端部近傍に駆動回路２が形成され、その上に形成された酸化膜からなる絶縁層の上に、発熱抵抗体３が形成されている。発熱抵抗体３の一方の端部に共通電極４が接続され、他方の端部と駆動回路２との間に個別配線電極５が接続されている。
【００１９】
上記の発熱抵抗体３、共通電極４、及び個別配線電極５は１組となって条形状にパターン化されて、各条が発熱素子を形成し、所定の間隔で平行に並設されている。また、共通電極４には共通電極給電端子４−１が上端部に形成されており（図１（ａ） 参照）、これに並んで駆動回路端子２−１が形成されている（図１（ａ） 参照）。
【００２０】
続いて、工程３として、個々の発熱抵抗体３に対応するインク加圧室及びこれらのインク加圧室にインクを供給するインク流路を形成すべく感光性ポリイミドなどの有機材料からなる隔壁部材をコーティングにより高さ２０μｍ程度に形成し、これをフォトリソ技術によりパターン化した後に、３００℃〜４００℃の熱を３０分〜６０分加えるキュア（乾燥硬化、焼成）を行い、高さ１０μｍ程度の上記感光性ポリイミドによる隔壁をヘッドチップ上に形成・固着させる。更に、工程４として、ウェットエッチングまたはサンドブラスト法などにより上記ヘッチップの面に溝状のインク供給路を形成し、更にこのインク供給路に連通し基板下面に開口するインク給送孔を形成する。
【００２１】
この工程４では、発熱抵抗体、電極、隔壁などが形成されている表面側のインク供給路と、裏面側のインク給送孔では、形状が異なるため、表裏から別々に加工を行う。例えば表面側にインク供給路をヘッドチップの厚さ半分程度まで穿設し、裏面側からインク給送孔を穿設して表裏に貫通させる。
【００２２】
図１（ｂ） 及び図２（ｂ） は、上述の工程３及び工程４が終了した直後の状態を示している。すなわち、溝状のインク供給路６及びインク給送孔７が形成され、インク供給路６の左側に位置する共通電極４部分と、右方の個別配線電極５が配設されている部分、及び各発熱抵抗体３と発熱抵抗体３の間に、隔壁８（シール隔壁８−１、８−２、区画隔壁８−３）が形成されている。上記の隔壁８は、個別配線電極５上のシール隔壁８−２を櫛の胴とすれば、各発熱抵抗体３と発熱抵抗体３との間に伸び出す区画隔壁８−３は櫛の歯に相当する形状をなしている。これにより、この櫛の歯状の区画隔壁８−３を仕切り壁として、その歯と歯の間の付け根部分に発熱抵抗体３が位置する微細な区画部が、発熱抵抗体３の数だけ形成される。
【００２３】
この後、工程５として、ポリイミドからなる厚さ１０〜３０μｍのフィルムのオリフィス板で、その両面又は片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを極薄に例えば厚さ２〜５μｍにコーテングした状態のものを、上記積層構造の最上層つまり隔壁の上に載置し、真空中で２００〜２５０℃で加熱しながら、９．８×１０−４Ｐａの数倍の圧力で加圧し、これを数１０分続けて、そのオリフィス板を固着させる。続いて真空装置又はスパッタ装置でＮｉ、Ｃｕ又はＡｌなどの厚さ０．５〜１μｍ程度の金属膜をオリフィス板表面に蒸着する。
【００２４】
更に、工程６として、オリフィス板表面の上記金属膜をパターン化して、ポリイミドを選択的にエッチングするマスクを形成し、続いて、ヘリコン波によるドライエッチングにより上記の金属膜マスクに従って吐出ノズルとして２０μｍφ〜４０μｍφの多数の孔をオリフィス板に一括形成する。
【００２５】
図１（ｃ） 及び図２（ｃ） は、上述した工程５と工程６が終了した直後の状態を示している。すなわち、オリフィス板９が共通給電端子４−１及び駆動回路端子２−１の部分を除く全領域を覆っており、シール隔壁８−２及び区画隔壁８−３によって形成されている区画部も上を覆われて隔壁８の厚さ１０μｍに対応する高さの微細なインク加圧室１１を形成して、その開口をインク供給路６方向に向けている。そして、これらインク加圧室１１の開口とインク供給路６とを連通させる高さ１０μｍのインク流路１２が形成されている。
【００２６】
そして、オリフィス板９には、インク加圧室１１の発熱抵抗体３に対向する部分に吐出ノズル１３がドライエッチングによって形成されている。これにより、６４個、１２８個又は２５６個の吐出ノズル１３を１列に備えた多数のモノカラーインクジェットヘッド１４がシリコンウェハ上に完成する。
【００２７】
このようにオリフィス板９を張り付けて、その後で、下地のパターンつまり発熱抵抗体３の位置に合わせて吐出ノズル１３を加工することは、予め吐出ノズル１３を加工したオリフィス板９を張り合わせるよりも、遥かに生産性の高い実用性のある方法である。また、ドライエッチングによる場合は、マスクはＮｉ、Ｃｕ、又はＡｌなどの金属膜を使うことで樹脂と金属膜との選択比が概略１００程度得られる。したがって、２０〜４０μｍのポリイミドフィルムをエッチングするには１μｍ以下の金属膜でマスクを形成することで十分である。
【００２８】
ここまでが、シリコンウェハの状態で処理される。そして、最後に、工程７として、ダイシングソーなどを用いてシリコンウェハをスクライブラインに沿ってカッテングして、ヘッドチップ単位毎に個別に分割し、実装基板にダイスボンデングし端子接続して実用単位のモノカラーインクジェットヘッドが完成する。
【００２９】
上記のように１列の吐出ノズル１３を備えたモノカラーインクジェットヘッド１４はモノクロ用インクジェットヘッドの構成であるが、通常フルカラー印字においては、減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の３色に、文字や画像の黒部分に専用されるブラック（Ｂｋ）を加えて合計４色のインクを必要とする。したがって最低でも４列のノズル列が必要である。そして上述した製造方法によればモノカラーインクジェットヘッド１４をモノリシックに４列構成とすることは可能であり、各モノカラーインクジェットヘッド１４のノズル列の位置関係も今日の半導体の製造技術により正確に配置することが可能である。
【００３０】
図３（ａ） は、上述の図１及び図２に示したヘッドチップ１、駆動回路２、駆動回路端子２−１、発熱抵抗体３、共通電極４、共通電極給電端子４−１、個別配線電極５、インク供給路６、インク供給孔７、隔壁８、オリフィス板９、インク加圧室１１、インク流路１２、吐出ノズル１３の各部を１組としてなるヘッド素子つまりモノカラーインクジェットヘッド１４をやや大きく区画したヘッドチップ２０上に４列並べてフルカラーインクジェットヘッド１５を構成し、これにより１個のヘッドチップ２０に４列のノズル列１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）を形成した状態を示す図である。また、図３（ｂ） は、同図（ａ） のモノカラーインクジェットヘッド１５が４列並んだ構成を分かり易く示すため、図１（ａ） に示した工程１〜工程２まで終了した状態のものを示している。
【００３１】
この図３（ａ），（ｂ） に示すように、フルカラーインクジェットヘッド１５は、４個のモノカラーインクジェットヘッド１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）が並んで配置され、例えばインク供給路６ａからイエローインクがモノカラーインクジェットヘッド１４ａの個々のインク加圧室１１に供給され、ノズル列１６ａから吐出される。また、インク供給路６ｂからマゼンタインクがモノカラーインクジェットヘッド１４ｂの個々のインク加圧室１１に供給され、ノズル列１６ｂから吐出される。また、インク供給路６ｃからシアンインクがモノカラーインクジェットヘッド１４ｃの個々のインク加圧室１１に供給され、ノズル列１６ｃから吐出される。そして、インク供給路６ｄからはブラックインクがモノカラーインクジェットヘッド１４ｄの個々のノズル列１６ｄに供給され、ノズル列１６ｄから吐出される。
【００３２】
ところで、本発明においては上述した基本的な製造方法における工程６において、オリフィス板９に吐出ノズル１３を穿設するに際し、ジャストエッチング時点を検出するために特別の工夫が施されている。以下これについて説明する。
【００３３】
図４（ａ） は、ヘリコン波エッチング装置を模式的に示す図であり、同図（ｂ） はそのウェハ固定用ステージの平面図である。同図（ａ） に示すように、ヘリコン波エッチング装置は、プロセスチャンバー（処理室）１７を中心に、この処理室１７内に突設されるウェハ固定用ステージ１８を備えている。図３（ａ） に示したフルカラーインクジェットヘッド１５が上述した工程５までを終了した状態で多数形成されているシリコンウェハ１９は、図４（ａ） の矢印Ｃで示すように装置左方から搬入されて、上記のウェハ固定用ステージ１８上に載置される。
【００３４】
上記シリコンウェハ１９は、メカチャック法（機構的に行う固定方法）又は静電チャック法（静電的に行う固定方法）で固定される。ウェハ固定用ステージ１８は、支持台２１上に、支持台２１と一体に構成され、この支持台２１を介して、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）バイアスが接地側交流電源２２から印加される。また、このウェハ固定用ステージ１８には、低温サーキュレータ２３による不凍液が支持台２１を介して循環している。これにより、ウェハ固定用ステージ１８を循環不凍液で−１０℃〜−３０℃程度に冷却する。
【００３５】
さらに、本発明の特徴として、ウェハ固定用ステージ１８とシリコンウェハ１９との間に生じている微細な隙間に、熱伝導を促進するためのＨｅガスなどの冷媒ガスを、流量コントーローラ２４、ＡＰＣ（ａｕｔｏ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ ）２５及び支持台２１とウェハ固定用ステージ１８内に配設された冷媒送入路２６を介し、ウェハ固定用ステージ１８のウェハ支持面の中心と外周部近傍の合計７箇所に開口する冷媒吹き出し口２７から送入する。
【００３６】
これにより、低温サーキュレータ２３によるシリコンウェハ１９の冷却を促進させ、ヘリコン波ドライエッチングの際のシリコンウェハ１９の温度上昇を効果的に抑制する。また、これと共に、詳しくは後述するが、冷媒ガスの流量変化から、ジャストエッチング時点の検出を行っている。
【００３７】
上記の処理室１７の周囲には、酸素（Ｏ２ ）プラズマ２８を処理室１７内に閉じ込めるためのマグネット（磁石）２９が配設され、処理室１７の上部中央にはソースチャンバー（源流室）３１が配置される。源流室３１の周囲には上下二段にアンテナ３２が配設され、その外側には、プラズマを封じ込めるために、内外二重にインナーコイル（内コイル）３３とアウターコイル（外コイル）３４が配置されている。
【００３８】
この源流室３１の上部には、パイプライン３５が開口し、ここからプロセスガス（処理用酸素）が供給される。また、二段のアンテナ３２にはソースパワーサプライ（源流電源）３６から、例えば上記接地側交流電源２２のサイクルに対応する１３．５６ＭＨｚの電圧が印加される。
【００３９】
この構成により、源流室３１内においてパイプライン３５から供給される処理用酸素がアンテナ３２によってプラズマ化され、内コイル３３及び外コイル３４によって処理室１７に送り込まれる。この酸素プラズマ２８を、処理室１７内で、支持台２１及びウェハ固定用ステージ１８を介してシリコンウェハ１９に印加されているＲＦバイアス電圧で吸引・加速する。
【００４０】
処理室１７の周囲壁面に配設されている磁石２９が上記酸素プラズマ２８の電子が壁面で消滅するのを防止する。これにより、酸素プラズマ２８は、均一な分布となってシリコンウェハ１９に降り注ぎ、オリフィス板（図２（ｃ） のオリフィス板９参照）表面の金属膜マスクパターンで露出している部分に激突してエッチングする。処理後のプロセスガスは、図４（ａ） の矢印Ｄで示すように装置右方に排出される。
【００４１】
ヘリコン波エッチングは、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のように電極配置が平行平板型ではないが、それと同じように、酸素プラズマ２８に対してヘッドチップの電位が、酸素イオンを引き込む方向にある。これにより、工作物（シリコンウェハ１９）を酸素イオンスバッタするのと同時に、ラジカル原子を利用して化学エッチングもしている。
【００４２】
例えば、工作物がポリイミドの場合、その主成分は、炭素であるため、ＣｘＨｙ＋Ｏ→ＣＯ２ ↑＋Ｈ２ Ｏ↑の化学反応によるエッチングを行っている。よって、上記のヘリコン波エッチングは、スパッタ（物理的エッチング）＋ラジカル反応（化学的エッチング）を使って、孔空け加工のような異方性エッチングを高い選択比で行うことができる。
【００４３】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ） は、上記のヘリコン波エッチングで孔空け加工されるシリコンウェハ１９の状態を模式的に示す図である。同図（ａ），（ｂ），（ｃ） には、シリコンウェハ１９に２１個のヘッドチップ２０を示しているが、実際には例えば１５０ｍｍφ程度の大きさのシリコンウェハには９０個以上のヘッドチップが形成されている。
【００４４】
同図（ａ） は、エッチング開始前の状態であり、ヘッドチップ２０の表面（オリフィス板）には、まだ吐出ノズルが孔空けされていない状態を示している。同図（ｂ） は、エッチングが進行中の状態であり、シリコンウェハ１９の中央部に在る一団のヘッドチップ２０に、ノズル列１６の吐出ノズルが貫通している状態を示している。そして、同図（ｃ） は、シリコンウェハ１９上の全てのヘッドチップ２０の吐出ノズルが丁度貫通したジャストエッチング時点の状態を示している。
【００４５】
同図（ａ），（ｂ），（ｃ） のエッチング状態図に示すように、図４（ａ） に示した酸素プラズマ２８の分布は、均一とはいっても完全に均一なわけではなく、シリコンウェハ１９の中央部の分布がやや密である。したがって、同図（ｂ） に示すように、シリコンウェハ１９の中央部の一団のヘッドチップ２０の吐出ノズルが先に貫通し、その後に外周部のヘッドチップ２０の吐出ノズルが貫通する。本発明においては、この全てのヘッドチップ２０の吐出ノズルが丁度貫通したジャストエッチング時点を、正確に検出する。以下、これについて説明する。
【００４６】
図６（ａ） 〜（ｄ） は、ヘリコン波エッチングによるヘッドチップ２０の孔空け加工の各段階での状態を示す図である。このヘリコン波エッチング装置による孔空け加工は、実際にはシリコンウェハ１９の状態での処理、つまり、多数のフルカラーインクジェットヘッド１５のヘッドチップ２０に対する一括処理であるが、説明の便宜上、以下、１個の吐出ノズルを穿設する状態を拡大して示す。
【００４７】
同図（ａ） には孔空け加工直前つまりヘリコン波エッチング装置に搬入直前のヘッドチップ２０の側断面図を示し、同図（ｂ） 〜（ｄ） にはヘリコン波エッチング装置に搬入されたウェハ固定用ステージ１８上のヘッドチップ２０を示している。尚、同図（ａ） 〜（ｄ） には、図１〜図３に示した構成と同一の構成部分には図１〜図３と同一の番号を付して示している。また、本例では、オリフィス板９として、ポリイミドのフィルム９ａの両面に熱可塑性ポリイミド９ｂを塗布した形態のものを用いている。勿論、熱可塑性ポリイミド９ｂを下面にのみ塗布したものを用いても良い。
【００４８】
また、この図６（ａ） 〜（ｄ） には、図１〜図３では図示を省略した金属膜マスクパターン３７も示しており、この金属膜マスクパターン３７には発熱抵抗体３に対向する部分に吐出ノズル用の孔３７−１が形成され、ここにオリフィス板９の表面が露出している。
【００４９】
このヘッドチップ２０が、ヘリコン波エッチング装置に搬入されて、図６（ｂ） に示すように、ウェハ固定用ステージ１８上に固定され、ヘリコン波エッチングが開始されると、ヘッドチップ２０の上方に形成された酸素プラズマ２８が金属膜マスクパターン３７に吹き付けられ、ヘッドチップ２０の下面とウェハ固定用ステージ１８との間隙に冷媒ガス３８が送入される。
【００５０】
そして、図６（ｃ） に示すように、エッチングが進行し吐出ノズル１３の孔空けが進行する。この間、上記の冷媒ガス３８は、ウェハ固定用ステージ１８の冷媒吹き出し口２７より供給され、ヘッドチップ２０裏面との間隙を吹き抜けては外周より排出され、不図示のポンプに吸い込まれる。また、この間、冷媒ガス３８の圧力が一定になるように、その流量が、流量コントローラ２４及びＡＰＣ２５によって制御される。
【００５１】
図６（ｃ） に示す未だ吐出ノズル１３が貫通していないハーフエッチング時は、冷媒ガス３８はヘッドチップ２０の外周部から流出する分だけ補給されて、その流量は一定である。
【００５２】
やがて、図６（ｄ） に示すように、吐出ノズル１３が貫通し、図５（ｂ） に示したうようにシリコンウェハ１９の中央部の一団のヘッドチップ２０から図５（ｃ） に示した全ヘッドチップ２０の吐出ノズルが貫通するジャストエッチング時点まで、貫通した吐出ノズル１３を吹き抜けて流出する冷媒ガス３８の量が、貫通した吐出ノズル１３の数に応じて増加し、その圧力を一定に保つべく、より多くの冷媒ガス３８が供給される。
【００５３】
そして、ジャストエッチング時点からオーバーエッチング時は、冷媒ガス３８の流出経路に変化はなく、したがって、流量は増加したままの一定量に安定する。尚、オーバーエッチング時に冷媒ガス３８が吐出ノズル１３を通じて流出するが、冷媒ガス３８はＨｅ等の不活性ガスであるのでエッチングの仕上げに悪影響を及ぼすことはない。
【００５４】
図７（ａ） は、上記冷媒ガス３８の時間毎の流量を不図示の流量変化検出回路で実測した結果を示す図表であり、同図（ｂ） はその値を点描したグラフである。同図（ａ） 左欄に処理時間を秒（ｓｅｃ）単位で示し、右欄に冷媒ガス（Ｈｅガス）３８の時間当たり流量を示している。時間当り流量の単位は、標準つまりスタンダードの状態（２５℃、１気圧）で毎分当り立方センチメートルの流量（ｓｃｃｍ）で示している。また、同図（ｂ） は、横軸に上記の処理時間を示し、縦軸に上記の流量を示している。
【００５５】
図７（ａ），（ｂ） に示すように、時間が０ｓｅｃから５００ｓｅｃまでは、図５（ａ） に示した状態で、いずれの吐出ノズル１３も未貫通であり、流量は約９．４ｓｃｃｍで安定している。
【００５６】
そして、時間が５００ｓｅｃから６００ｓｅｃまでは、図５（ｂ） に示した吐出ノズル１３が一部貫通し始めた状態であり、流量は９．４〜９．７ｓｃｃｍまで急激に変化し、時間が６００ｓｅｃ以降は、図５（ｃ） に示した全吐出ノズル１３が貫通した状態であり、流量は約９．７ｓｃｃｍで安定している。
【００５７】
本発明は、上記のヘリコン波エッチングにおいて、冷媒ガス３８の増量変化した後の流量の安定した状態（図７（ａ），（ｂ） に示す例では時間６００ｓｅｃ以降）を検出する。この流量の安定した状態を検出している期間は実はオーバーエッチング期間である。本発明は、上記の流量安定状態の検出に基づき、その流量安定状態の始まりの時点（図７（ａ），（ｂ） に示す例では時間６００ｓｅｃの時点）を、ジャストエッチング時点とする。
【００５８】
そして、このジャストエッチング時点から所定の期間をオーバーエッチング期間として、このオーバーエッチングにより、吐出ノズル１３内に発生したエッチング残渣を除去して、適正な吐出ノズル１３を形成する。
【００５９】
このオーバーエッチングにおいては、上記のように、シリコンウェハ１９の中心部のヘッドチップ２０は、外周部のヘッドチップ２０よりも１００ｓｅｃ程度早く貫通しているため、早く貫通した吐出ノズル１３直下の発熱抵抗体３は、早く貫通した分だけ、過剰にオーバーエッチングされることになる。
【００６０】
このように、オーバーエッチングでは、シリコンウェハ１９の中心部と外周部でエッチングレートが異なるため、シリコンウェハ１９上のヘッドチップ２０には、中心部と外周部とで発熱抵抗体３の抵抗率にバラツキが発生する。
【００６１】
この発熱抵抗体３の抵抗率のバラツキの程度は、発熱抵抗体３の構成を４元系のＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎとし、オリフィス板９のシート抵抗を１２０Ω／□とし、酸素プラズマによるへリコン波エッチングレートを１５ｎｍ／ｍｉｎとしたとき、中心部のヘッドチップ２０の発熱抵抗体３の膜厚は４７５ｎｍ、外周部のヘッドチップ２０の発熱抵抗体３の膜厚は５００ｎｍであった。すなわち、中心部のヘッドチップ２０の発熱抵抗体３の方が、外周部のヘッドチップ２０の発熱抵抗体３よりも時間で１００ｓｅｃ、厚さで２５ｎｍだけ過剰にオーバーエッチングされたことになる。
【００６２】
上記の膜厚４７５ｎｍの発熱抵抗体３の抵抗率は５．７ｍΩ・ｃｍ、膜厚５００ｎｍの発熱抵抗体３の抵抗率は６．０ｍΩ・ｃｍである。このバラツキの程度は、測定された上記抵抗率の最大値をＭＡＸ、最小値をＭＩＮとして、式「｛（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）｝×１００」により計算すると２．５６％であり、品質上問題がないと判断される範囲である。
【００６３】
尚、上記のインクジェットヘッドの製造工程では、ヘッドチップに、電極、発熱抵抗体、隔壁、インク供給路、インク供給孔等から成るヘッド部と駆動回路とを一体で構成する例を示したが、インクジェットヘッドの部分だけをシリコン基板またはガラス基板などの基板に形成しても良く、この場合も、上記と全く同様に処理してジャストエッチング時点を容易に検出することができる。
【００６４】
また、本発明の貫通孔加工法は、吐出ノズルに限定されるものではなく、例えばインク供給路又はインク供給孔等の穿設・貫通加工は勿論、インクジェットヘッド以外の工作物のドライエッチングによる孔空け等にも広く適用できる。
【００６５】
更に、本発明は、上述した実施形態のように貫通孔の一部をドライエッチングにより穿設する場合に限らず、貫通孔をその全長に亙りドライエッチングにより穿設する場合にも、好適に適用できることは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ドライエッチングによる貫通孔加工において、工作物を冷却するための冷媒ガスの流量の変化を読み取ることにより、孔が貫通したジャストエッチング時点を容易且つ正確に把握できるので、これにより、過度なオーバーエッチングによる工作物の損傷を防止することができると共に、オーバーエッチングの時間を必要最小限に短縮することが可能となる。
【００６７】
また、冷媒ガスの流量の変化を読み取ってジャストエッチング時点を検出するので、流量コントーローラ２４とＡＰＣ２５及び流量変化検出回路を付加するだけでよく、装置が極めて簡便で安価である。
【００６８】
また、不活性の冷媒ガスを用いることにより、エッチング系を乱すことがなく、したがって、貫通孔加工の加工対象物としての材料には限定されることがなく、精度の良い且つ使い勝手のよい貫通孔加工方法を提供することが可能となる。
【００６９】
また、冷媒ガスの流量変化を読み取ることによるジャストエッチング時点の検出であるので、貫通孔加工対象物の表面の凹凸等からの影響を受けることがなく、したがって、制約の少ない貫通孔加工方法を提供することが可能となる。
【００７０】
また、冷媒ガス流量の変化を短時間毎に読み取って、流量の急変から安定化の状態になるジャストエッチング時点を検出することにより、検出の感度が極めて高く、ジャストエッチング時点検出の精度の良い貫通孔加工方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ） は一実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方法を工程順に示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ） の上段は図１（ａ），（ｂ），（ｃ） の平面図の一部拡大図、中段は上段のＡ−Ａ′断面矢視図、下段は上段のＢ−Ｂ′断面矢視図である。
【図３】（ａ） は一実施の形態におけるフルカラーインクジェットヘッドの平面図、（ｂ） はその製造工程２まで終了した状態のものを示す図である。
【図４】（ａ） は一実施の形態におけるヘリコン波エッチング装置を模式的に示す図、（ｂ） はそのウェハ固定用ステージの平面図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ） はのヘリコン波エッチングで孔空け加工されるシリコンウェハの状態を模式的に示す図である。
【図６】（ａ） 〜（ｄ） はヘリコン波エッチングによるヘッドチップの孔空け加工の状態を示す図である。
【図７】（ａ） は冷媒ガスの流量の実測結果を示す図表、（ｂ） はその値を点描したグラフである。
【符号の説明】
１ ヘッドチップ
２ 駆動回路
２−１ 駆動回路端子
３ 発熱抵抗体
４ 共通電極
４−１ 共通電極給電端子
５ 個別配線電極
６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ） インク供給路
７ インク給送孔
８ 隔壁
８−１、８−２ シール隔壁
８−３ 区画隔壁
９ オリフィス板
１１ インク加圧室
１２ インク流路
１３ 吐出ノズル
１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ） モノカラーインクジェットヘッド
１５ フルカラーインクジェットヘッド
１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ） ノズル列
１７ プロセスチャンバー（処理室）
１８ ウェハ固定用ステージ
１９ シリコンウェハ
２０ ヘッドチップ
２１ 支持台
２２ 接地側交流電源
２３ 低温サーキュレータ
２４ 流量コントーローラ
２５ ＡＰＣ（ａｕｔｏ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）
２６ 冷媒送入路
２７ 冷媒吹き出し口
２８ 酸素（Ｏ２ ）プラズマ
２９ マグネット（磁石）
３１ ソースチャンバー（源流室）
３２ アンテナ
３３ インナーコイル（内コイル）
３４ アウターコイル（外コイル）
３５ パイプライン
３６ ソースパワーサプライ（源流電源）
３７ 金属膜マスクパターン
３７−１ 孔
３８ 冷媒ガス
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫通孔をドライエッチングで穿設する際の貫通孔の貫通時点を容易且つ正確に検出できる貫通孔加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばインクジェットヘッドのインクを吐出する吐出ノズルのような貫通孔を、ドライエッチングにより穿設する場合、吐出ノズルが貫通した時点つまりジャストエッチング時点の後も、吐出ノズル内のバリ取り等の仕上げを行うためにドライエッチングを所定時間継続するいわゆるオーバーエッチングの期間を設けている。
【０００３】
ところが、このオーバーエッチングを行う時間が必要以上に長くなると、吐出ノズルを穿設しようとする加工対象物の他の部位を損傷するという不具合が発生する。
【０００４】
特に、複数のヘッドチップを形成したシリコンウェハ上の多数の吐出ノズルを一括して穿設するインクジェットヘッドの製造方法における場合、全ての吐出ノズルを同時に穿設することが難しいため、もし全ての吐出ノズルが貫通したジャストエッチング時点の検出が遅れると、その分の過度なオーバーエッチングによって、先に貫通している吐出ノズルに対応する発熱抵抗体の削られかたが大きくなってしまう。そうなると各吐出ノズルに対応する各発熱抵抗体の抵抗率のバラツキが大きくなって、延いてはインクジェットヘッド自体の品質がバラツクという問題が発生する。
【０００５】
したがって、オーバーエッチングは、上記のジャストエッチング時点から正確に所定時間だけ実施されなければならない。そして、このようにオーバーエッチングを所定時間だけ正確に実施するためには、ジャストエッチング時点そのものを正確に検知する必要があった。
【０００６】
このジャストエッチング時点を検知する方法としては、従来より、発光分光分析法、反射光分析法、レーザー干渉法、ガス分析法、インピーダンス測定法、圧力測定法、エッチングレート測定法等、種々の方法が用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の発光分光分析法は、検出面積が狭いと検出不可能になる場合があることや測定器が例えば４００万円〜７００万円というように極めて高価であるという問題を有している。また、反射光分析法やレーザー干渉法は、検出できる材料が限定されるだけでなく、加工対象物の表面の凹凸の影響を受け易いため精度が落ちるという欠点を有している。また、ガス分析法は、装置が複雑であるばかりでなく、検出可能な材料の種類が少なく、また、検出感度が低いという問題を有している。
【０００８】
更に、インピーダンス測定法は、自動制御系により影響を受ける場合があるため、その調整に困難を伴うという問題を有している。また、圧力測定法は、自動圧力調整機構と共存させることができないことや、検出感度が低いという問題を有している。また、エッチングレート測定法は、エッチングレートを計算して、時間管理でエッチングの終点を決定する方法であるが、装置の状態や工作物の出来具合で変化してしまうため不正確であるという問題を有していた。
【０００９】
このように、ジャストエッチング時点を検出するには、種々の方法があるものの、それぞれ特有の短所があり、どのような工作物にも適用が可能な汎用性のあるものが、従来は無かったものである。
【００１０】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、貫通孔をドライエッチングで穿設する際の貫通孔の貫通時点、つまりジャストエッチング時点を容易且つ正確に検出できる貫通孔加工方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の貫通孔加工方法は、加工対象物の裏面を一定の圧力で流動させる冷却媒体ガスにより冷却しながら上記裏面から表側に貫通させる貫通孔の少なくとも表側の一部をドライエッチングにより加工する貫通孔加工方法であって、上記冷却媒体ガスの時間当たり流量の変化から上記ドライエッチングによる加工により上記貫通孔が貫通したジャストエッチング時点を検出するように構成される。
【００１２】
上記ドライエッチングは、例えば請求項２記載のように、へリコン波ドライエッチングであることが好ましい。
そして、例えば請求項３記載のように、上記加工対象物は、インクに圧力を加えて該インクを吐出ノズルより記録媒体に噴射させて記録を行うインクジェットプリンタヘッドであり、上記貫通孔は、少なくとも上記吐出ノズルを含む構成であってもよい。
【００１３】
その場合、例えば請求項４記載のように、上記吐出ノズルは複数個あり、該吐出ノズルの全ての加工が完了した時点をジャストエッチング時点とするように構成することが好ましい。
【００１４】
また、上記ジャストエッチング時点は、例えば請求項５記載のように、冷却媒体ガスの時間当たり流量が急激に増加した後一定のレベルで安定しはじめる時点とするのが好ましい。また、例えば請求項６記載のように、上記ジャストエッチング時点から所定時間後に該エッチングに係わるドライエッチングを終了するようにオーバーエッチングを設定すれば、オーバーエッチング時間を必要最小限に短く設定できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ） は、一実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方法を工程順に示す図であり、それぞれ一連の工程においてヘッドチップの基板上に形成されていく状態の概略の平面図と断面図を模式的に示している。尚、これらの図には、説明の便宜上、いずれもフルカラー用のインクジェットプリンタヘッドを構成するための１個の印字ヘッド（モノクロ用インクジェットヘッドの構成と同じ）のみを示しているが、実際には後述するように、このような印字ヘッドが複数個（通常は４個）連なった形状のものが、１個のヘッドチップに形成される。また、同図（ｃ） には３６個の吐出ノズルを示しているが、実際には、設計上の方針によって異なるが６４個、１２８個、２５６個等、多数の吐出ノズルが形成されるものである。
【００１６】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ） は、上段に図１（ａ），（ｂ），（ｃ） の平面図をそれぞれ一部を拡大して詳細に示しており、この図２（ａ），（ｂ），（ｃ） の中段には上段のＡ−Ａ′断面矢視図（同図（ａ） 参照）を示し、下段には上段のＢ−Ｂ′断面矢視図（同図（ａ） 参照）示している。また、同図（ａ），（ｂ），（ｃ） の中段に示す断面図は、それぞれ図１（ａ），（ｂ），（ｃ） の下に示す断面図と同一のものである。尚、図２（ａ），（ｂ），（ｃ） には、図示する上での便宜上、６４個、１２８個又は２５６個のインク吐出ノズルを、５個のインク吐出ノズルで代表させて示している。
【００１７】
最初に、基本的な製造方法について説明する。先ず、工程１として、４インチ以上のシリコン基板にＬＳＩ形成処理により駆動回路とその端子を形成すると共に、厚さ１〜２μｍの酸化膜（Ｓｉ Ｏ２ ）を形成し、次に、工程２として、薄膜形成技術を用いて、タンタル（Ｔａ）−シリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）からなる発熱抵抗体層と、Ｔｉ−Ｗ等の密着層を介在させてＡｕなどによる電極膜を順次積層形成する。そして、電極膜と発熱抵抗体層をフォトリソグラフィー技術によって夫々パターニングし、ストライプ状の発熱抵抗体層上の発熱部とする領域の両側に配線電極を形成する。この工程で発熱部の位置が決められる。
【００１８】
図１（ａ） 及び図２（ａ） は、上記の工程１及び工程２が終了した直後の状態を示している。すなわち、ヘッドチップ１の一方の側端部近傍に駆動回路２が形成され、その上に形成された酸化膜からなる絶縁層の上に、発熱抵抗体３が形成されている。発熱抵抗体３の一方の端部に共通電極４が接続され、他方の端部と駆動回路２との間に個別配線電極５が接続されている。
【００１９】
上記の発熱抵抗体３、共通電極４、及び個別配線電極５は１組となって条形状にパターン化されて、各条が発熱素子を形成し、所定の間隔で平行に並設されている。また、共通電極４には共通電極給電端子４−１が上端部に形成されており（図１（ａ） 参照）、これに並んで駆動回路端子２−１が形成されている（図１（ａ） 参照）。
【００２０】
続いて、工程３として、個々の発熱抵抗体３に対応するインク加圧室及びこれらのインク加圧室にインクを供給するインク流路を形成すべく感光性ポリイミドなどの有機材料からなる隔壁部材をコーティングにより高さ２０μｍ程度に形成し、これをフォトリソ技術によりパターン化した後に、３００℃〜４００℃の熱を３０分〜６０分加えるキュア（乾燥硬化、焼成）を行い、高さ１０μｍ程度の上記感光性ポリイミドによる隔壁をヘッドチップ上に形成・固着させる。更に、工程４として、ウェットエッチングまたはサンドブラスト法などにより上記ヘッチップの面に溝状のインク供給路を形成し、更にこのインク供給路に連通し基板下面に開口するインク給送孔を形成する。
【００２１】
この工程４では、発熱抵抗体、電極、隔壁などが形成されている表面側のインク供給路と、裏面側のインク給送孔では、形状が異なるため、表裏から別々に加工を行う。例えば表面側にインク供給路をヘッドチップの厚さ半分程度まで穿設し、裏面側からインク給送孔を穿設して表裏に貫通させる。
【００２２】
図１（ｂ） 及び図２（ｂ） は、上述の工程３及び工程４が終了した直後の状態を示している。すなわち、溝状のインク供給路６及びインク給送孔７が形成され、インク供給路６の左側に位置する共通電極４部分と、右方の個別配線電極５が配設されている部分、及び各発熱抵抗体３と発熱抵抗体３の間に、隔壁８（シール隔壁８−１、８−２、区画隔壁８−３）が形成されている。上記の隔壁８は、個別配線電極５上のシール隔壁８−２を櫛の胴とすれば、各発熱抵抗体３と発熱抵抗体３との間に伸び出す区画隔壁８−３は櫛の歯に相当する形状をなしている。これにより、この櫛の歯状の区画隔壁８−３を仕切り壁として、その歯と歯の間の付け根部分に発熱抵抗体３が位置する微細な区画部が、発熱抵抗体３の数だけ形成される。
【００２３】
この後、工程５として、ポリイミドからなる厚さ１０〜３０μｍのフィルムのオリフィス板で、その両面又は片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを極薄に例えば厚さ２〜５μｍにコーテングした状態のものを、上記積層構造の最上層つまり隔壁の上に載置し、真空中で２００〜２５０℃で加熱しながら、９．８×１０−４Ｐａの数倍の圧力で加圧し、これを数１０分続けて、そのオリフィス板を固着させる。続いて真空装置又はスパッタ装置でＮｉ、Ｃｕ又はＡｌなどの厚さ０．５〜１μｍ程度の金属膜をオリフィス板表面に蒸着する。
【００２４】
更に、工程６として、オリフィス板表面の上記金属膜をパターン化して、ポリイミドを選択的にエッチングするマスクを形成し、続いて、ヘリコン波によるドライエッチングにより上記の金属膜マスクに従って吐出ノズルとして２０μｍφ〜４０μｍφの多数の孔をオリフィス板に一括形成する。
【００２５】
図１（ｃ） 及び図２（ｃ） は、上述した工程５と工程６が終了した直後の状態を示している。すなわち、オリフィス板９が共通給電端子４−１及び駆動回路端子２−１の部分を除く全領域を覆っており、シール隔壁８−２及び区画隔壁８−３によって形成されている区画部も上を覆われて隔壁８の厚さ１０μｍに対応する高さの微細なインク加圧室１１を形成して、その開口をインク供給路６方向に向けている。そして、これらインク加圧室１１の開口とインク供給路６とを連通させる高さ１０μｍのインク流路１２が形成されている。
【００２６】
そして、オリフィス板９には、インク加圧室１１の発熱抵抗体３に対向する部分に吐出ノズル１３がドライエッチングによって形成されている。これにより、６４個、１２８個又は２５６個の吐出ノズル１３を１列に備えた多数のモノカラーインクジェットヘッド１４がシリコンウェハ上に完成する。
【００２７】
このようにオリフィス板９を張り付けて、その後で、下地のパターンつまり発熱抵抗体３の位置に合わせて吐出ノズル１３を加工することは、予め吐出ノズル１３を加工したオリフィス板９を張り合わせるよりも、遥かに生産性の高い実用性のある方法である。また、ドライエッチングによる場合は、マスクはＮｉ、Ｃｕ、又はＡｌなどの金属膜を使うことで樹脂と金属膜との選択比が概略１００程度得られる。したがって、２０〜４０μｍのポリイミドフィルムをエッチングするには１μｍ以下の金属膜でマスクを形成することで十分である。
【００２８】
ここまでが、シリコンウェハの状態で処理される。そして、最後に、工程７として、ダイシングソーなどを用いてシリコンウェハをスクライブラインに沿ってカッテングして、ヘッドチップ単位毎に個別に分割し、実装基板にダイスボンデングし端子接続して実用単位のモノカラーインクジェットヘッドが完成する。
【００２９】
上記のように１列の吐出ノズル１３を備えたモノカラーインクジェットヘッド１４はモノクロ用インクジェットヘッドの構成であるが、通常フルカラー印字においては、減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の３色に、文字や画像の黒部分に専用されるブラック（Ｂｋ）を加えて合計４色のインクを必要とする。したがって最低でも４列のノズル列が必要である。そして上述した製造方法によればモノカラーインクジェットヘッド１４をモノリシックに４列構成とすることは可能であり、各モノカラーインクジェットヘッド１４のノズル列の位置関係も今日の半導体の製造技術により正確に配置することが可能である。
【００３０】
図３（ａ） は、上述の図１及び図２に示したヘッドチップ１、駆動回路２、駆動回路端子２−１、発熱抵抗体３、共通電極４、共通電極給電端子４−１、個別配線電極５、インク供給路６、インク供給孔７、隔壁８、オリフィス板９、インク加圧室１１、インク流路１２、吐出ノズル１３の各部を１組としてなるヘッド素子つまりモノカラーインクジェットヘッド１４をやや大きく区画したヘッドチップ２０上に４列並べてフルカラーインクジェットヘッド１５を構成し、これにより１個のヘッドチップ２０に４列のノズル列１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）を形成した状態を示す図である。また、図３（ｂ） は、同図（ａ） のモノカラーインクジェットヘッド１５が４列並んだ構成を分かり易く示すため、図１（ａ） に示した工程１〜工程２まで終了した状態のものを示している。
【００３１】
この図３（ａ），（ｂ） に示すように、フルカラーインクジェットヘッド１５は、４個のモノカラーインクジェットヘッド１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）が並んで配置され、例えばインク供給路６ａからイエローインクがモノカラーインクジェットヘッド１４ａの個々のインク加圧室１１に供給され、ノズル列１６ａから吐出される。また、インク供給路６ｂからマゼンタインクがモノカラーインクジェットヘッド１４ｂの個々のインク加圧室１１に供給され、ノズル列１６ｂから吐出される。また、インク供給路６ｃからシアンインクがモノカラーインクジェットヘッド１４ｃの個々のインク加圧室１１に供給され、ノズル列１６ｃから吐出される。そして、インク供給路６ｄからはブラックインクがモノカラーインクジェットヘッド１４ｄの個々のノズル列１６ｄに供給され、ノズル列１６ｄから吐出される。
【００３２】
ところで、本発明においては上述した基本的な製造方法における工程６において、オリフィス板９に吐出ノズル１３を穿設するに際し、ジャストエッチング時点を検出するために特別の工夫が施されている。以下これについて説明する。
【００３３】
図４（ａ） は、ヘリコン波エッチング装置を模式的に示す図であり、同図（ｂ） はそのウェハ固定用ステージの平面図である。同図（ａ） に示すように、ヘリコン波エッチング装置は、プロセスチャンバー（処理室）１７を中心に、この処理室１７内に突設されるウェハ固定用ステージ１８を備えている。図３（ａ） に示したフルカラーインクジェットヘッド１５が上述した工程５までを終了した状態で多数形成されているシリコンウェハ１９は、図４（ａ） の矢印Ｃで示すように装置左方から搬入されて、上記のウェハ固定用ステージ１８上に載置される。
【００３４】
上記シリコンウェハ１９は、メカチャック法（機構的に行う固定方法）又は静電チャック法（静電的に行う固定方法）で固定される。ウェハ固定用ステージ１８は、支持台２１上に、支持台２１と一体に構成され、この支持台２１を介して、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）バイアスが接地側交流電源２２から印加される。また、このウェハ固定用ステージ１８には、低温サーキュレータ２３による不凍液が支持台２１を介して循環している。これにより、ウェハ固定用ステージ１８を循環不凍液で−１０℃〜−３０℃程度に冷却する。
【００３５】
さらに、本発明の特徴として、ウェハ固定用ステージ１８とシリコンウェハ１９との間に生じている微細な隙間に、熱伝導を促進するためのＨｅガスなどの冷媒ガスを、流量コントーローラ２４、ＡＰＣ（ａｕｔｏ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ ）２５及び支持台２１とウェハ固定用ステージ１８内に配設された冷媒送入路２６を介し、ウェハ固定用ステージ１８のウェハ支持面の中心と外周部近傍の合計７箇所に開口する冷媒吹き出し口２７から送入する。
【００３６】
これにより、低温サーキュレータ２３によるシリコンウェハ１９の冷却を促進させ、ヘリコン波ドライエッチングの際のシリコンウェハ１９の温度上昇を効果的に抑制する。また、これと共に、詳しくは後述するが、冷媒ガスの流量変化から、ジャストエッチング時点の検出を行っている。
【００３７】
上記の処理室１７の周囲には、酸素（Ｏ２ ）プラズマ２８を処理室１７内に閉じ込めるためのマグネット（磁石）２９が配設され、処理室１７の上部中央にはソースチャンバー（源流室）３１が配置される。源流室３１の周囲には上下二段にアンテナ３２が配設され、その外側には、プラズマを封じ込めるために、内外二重にインナーコイル（内コイル）３３とアウターコイル（外コイル）３４が配置されている。
【００３８】
この源流室３１の上部には、パイプライン３５が開口し、ここからプロセスガス（処理用酸素）が供給される。また、二段のアンテナ３２にはソースパワーサプライ（源流電源）３６から、例えば上記接地側交流電源２２のサイクルに対応する１３．５６ＭＨｚの電圧が印加される。
【００３９】
この構成により、源流室３１内においてパイプライン３５から供給される処理用酸素がアンテナ３２によってプラズマ化され、内コイル３３及び外コイル３４によって処理室１７に送り込まれる。この酸素プラズマ２８を、処理室１７内で、支持台２１及びウェハ固定用ステージ１８を介してシリコンウェハ１９に印加されているＲＦバイアス電圧で吸引・加速する。
【００４０】
処理室１７の周囲壁面に配設されている磁石２９が上記酸素プラズマ２８の電子が壁面で消滅するのを防止する。これにより、酸素プラズマ２８は、均一な分布となってシリコンウェハ１９に降り注ぎ、オリフィス板（図２（ｃ） のオリフィス板９参照）表面の金属膜マスクパターンで露出している部分に激突してエッチングする。処理後のプロセスガスは、図４（ａ） の矢印Ｄで示すように装置右方に排出される。
【００４１】
ヘリコン波エッチングは、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のように電極配置が平行平板型ではないが、それと同じように、酸素プラズマ２８に対してヘッドチップの電位が、酸素イオンを引き込む方向にある。これにより、工作物（シリコンウェハ１９）を酸素イオンスバッタするのと同時に、ラジカル原子を利用して化学エッチングもしている。
【００４２】
例えば、工作物がポリイミドの場合、その主成分は、炭素であるため、ＣｘＨｙ＋Ｏ→ＣＯ２ ↑＋Ｈ２ Ｏ↑の化学反応によるエッチングを行っている。よって、上記のヘリコン波エッチングは、スパッタ（物理的エッチング）＋ラジカル反応（化学的エッチング）を使って、孔空け加工のような異方性エッチングを高い選択比で行うことができる。
【００４３】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ） は、上記のヘリコン波エッチングで孔空け加工されるシリコンウェハ１９の状態を模式的に示す図である。同図（ａ），（ｂ），（ｃ） には、シリコンウェハ１９に２１個のヘッドチップ２０を示しているが、実際には例えば１５０ｍｍφ程度の大きさのシリコンウェハには９０個以上のヘッドチップが形成されている。
【００４４】
同図（ａ） は、エッチング開始前の状態であり、ヘッドチップ２０の表面（オリフィス板）には、まだ吐出ノズルが孔空けされていない状態を示している。同図（ｂ） は、エッチングが進行中の状態であり、シリコンウェハ１９の中央部に在る一団のヘッドチップ２０に、ノズル列１６の吐出ノズルが貫通している状態を示している。そして、同図（ｃ） は、シリコンウェハ１９上の全てのヘッドチップ２０の吐出ノズルが丁度貫通したジャストエッチング時点の状態を示している。
【００４５】
同図（ａ），（ｂ），（ｃ） のエッチング状態図に示すように、図４（ａ） に示した酸素プラズマ２８の分布は、均一とはいっても完全に均一なわけではなく、シリコンウェハ１９の中央部の分布がやや密である。したがって、同図（ｂ） に示すように、シリコンウェハ１９の中央部の一団のヘッドチップ２０の吐出ノズルが先に貫通し、その後に外周部のヘッドチップ２０の吐出ノズルが貫通する。本発明においては、この全てのヘッドチップ２０の吐出ノズルが丁度貫通したジャストエッチング時点を、正確に検出する。以下、これについて説明する。
【００４６】
図６（ａ） 〜（ｄ） は、ヘリコン波エッチングによるヘッドチップ２０の孔空け加工の各段階での状態を示す図である。このヘリコン波エッチング装置による孔空け加工は、実際にはシリコンウェハ１９の状態での処理、つまり、多数のフルカラーインクジェットヘッド１５のヘッドチップ２０に対する一括処理であるが、説明の便宜上、以下、１個の吐出ノズルを穿設する状態を拡大して示す。
【００４７】
同図（ａ） には孔空け加工直前つまりヘリコン波エッチング装置に搬入直前のヘッドチップ２０の側断面図を示し、同図（ｂ） 〜（ｄ） にはヘリコン波エッチング装置に搬入されたウェハ固定用ステージ１８上のヘッドチップ２０を示している。尚、同図（ａ） 〜（ｄ） には、図１〜図３に示した構成と同一の構成部分には図１〜図３と同一の番号を付して示している。また、本例では、オリフィス板９として、ポリイミドのフィルム９ａの両面に熱可塑性ポリイミド９ｂを塗布した形態のものを用いている。勿論、熱可塑性ポリイミド９ｂを下面にのみ塗布したものを用いても良い。
【００４８】
また、この図６（ａ） 〜（ｄ） には、図１〜図３では図示を省略した金属膜マスクパターン３７も示しており、この金属膜マスクパターン３７には発熱抵抗体３に対向する部分に吐出ノズル用の孔３７−１が形成され、ここにオリフィス板９の表面が露出している。
【００４９】
このヘッドチップ２０が、ヘリコン波エッチング装置に搬入されて、図６（ｂ） に示すように、ウェハ固定用ステージ１８上に固定され、ヘリコン波エッチングが開始されると、ヘッドチップ２０の上方に形成された酸素プラズマ２８が金属膜マスクパターン３７に吹き付けられ、ヘッドチップ２０の下面とウェハ固定用ステージ１８との間隙に冷媒ガス３８が送入される。
【００５０】
そして、図６（ｃ） に示すように、エッチングが進行し吐出ノズル１３の孔空けが進行する。この間、上記の冷媒ガス３８は、ウェハ固定用ステージ１８の冷媒吹き出し口２７より供給され、ヘッドチップ２０裏面との間隙を吹き抜けては外周より排出され、不図示のポンプに吸い込まれる。また、この間、冷媒ガス３８の圧力が一定になるように、その流量が、流量コントローラ２４及びＡＰＣ２５によって制御される。
【００５１】
図６（ｃ） に示す未だ吐出ノズル１３が貫通していないハーフエッチング時は、冷媒ガス３８はヘッドチップ２０の外周部から流出する分だけ補給されて、その流量は一定である。
【００５２】
やがて、図６（ｄ） に示すように、吐出ノズル１３が貫通し、図５（ｂ） に示したうようにシリコンウェハ１９の中央部の一団のヘッドチップ２０から図５（ｃ） に示した全ヘッドチップ２０の吐出ノズルが貫通するジャストエッチング時点まで、貫通した吐出ノズル１３を吹き抜けて流出する冷媒ガス３８の量が、貫通した吐出ノズル１３の数に応じて増加し、その圧力を一定に保つべく、より多くの冷媒ガス３８が供給される。
【００５３】
そして、ジャストエッチング時点からオーバーエッチング時は、冷媒ガス３８の流出経路に変化はなく、したがって、流量は増加したままの一定量に安定する。尚、オーバーエッチング時に冷媒ガス３８が吐出ノズル１３を通じて流出するが、冷媒ガス３８はＨｅ等の不活性ガスであるのでエッチングの仕上げに悪影響を及ぼすことはない。
【００５４】
図７（ａ） は、上記冷媒ガス３８の時間毎の流量を不図示の流量変化検出回路で実測した結果を示す図表であり、同図（ｂ） はその値を点描したグラフである。同図（ａ） 左欄に処理時間を秒（ｓｅｃ）単位で示し、右欄に冷媒ガス（Ｈｅガス）３８の時間当たり流量を示している。時間当り流量の単位は、標準つまりスタンダードの状態（２５℃、１気圧）で毎分当り立方センチメートルの流量（ｓｃｃｍ）で示している。また、同図（ｂ） は、横軸に上記の処理時間を示し、縦軸に上記の流量を示している。
【００５５】
図７（ａ），（ｂ） に示すように、時間が０ｓｅｃから５００ｓｅｃまでは、図５（ａ） に示した状態で、いずれの吐出ノズル１３も未貫通であり、流量は約９．４ｓｃｃｍで安定している。
【００５６】
そして、時間が５００ｓｅｃから６００ｓｅｃまでは、図５（ｂ） に示した吐出ノズル１３が一部貫通し始めた状態であり、流量は９．４〜９．７ｓｃｃｍまで急激に変化し、時間が６００ｓｅｃ以降は、図５（ｃ） に示した全吐出ノズル１３が貫通した状態であり、流量は約９．７ｓｃｃｍで安定している。
【００５７】
本発明は、上記のヘリコン波エッチングにおいて、冷媒ガス３８の増量変化した後の流量の安定した状態（図７（ａ），（ｂ） に示す例では時間６００ｓｅｃ以降）を検出する。この流量の安定した状態を検出している期間は実はオーバーエッチング期間である。本発明は、上記の流量安定状態の検出に基づき、その流量安定状態の始まりの時点（図７（ａ），（ｂ） に示す例では時間６００ｓｅｃの時点）を、ジャストエッチング時点とする。
【００５８】
そして、このジャストエッチング時点から所定の期間をオーバーエッチング期間として、このオーバーエッチングにより、吐出ノズル１３内に発生したエッチング残渣を除去して、適正な吐出ノズル１３を形成する。
【００５９】
このオーバーエッチングにおいては、上記のように、シリコンウェハ１９の中心部のヘッドチップ２０は、外周部のヘッドチップ２０よりも１００ｓｅｃ程度早く貫通しているため、早く貫通した吐出ノズル１３直下の発熱抵抗体３は、早く貫通した分だけ、過剰にオーバーエッチングされることになる。
【００６０】
このように、オーバーエッチングでは、シリコンウェハ１９の中心部と外周部でエッチングレートが異なるため、シリコンウェハ１９上のヘッドチップ２０には、中心部と外周部とで発熱抵抗体３の抵抗率にバラツキが発生する。
【００６１】
この発熱抵抗体３の抵抗率のバラツキの程度は、発熱抵抗体３の構成を４元系のＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎとし、オリフィス板９のシート抵抗を１２０Ω／□とし、酸素プラズマによるへリコン波エッチングレートを１５ｎｍ／ｍｉｎとしたとき、中心部のヘッドチップ２０の発熱抵抗体３の膜厚は４７５ｎｍ、外周部のヘッドチップ２０の発熱抵抗体３の膜厚は５００ｎｍであった。すなわち、中心部のヘッドチップ２０の発熱抵抗体３の方が、外周部のヘッドチップ２０の発熱抵抗体３よりも時間で１００ｓｅｃ、厚さで２５ｎｍだけ過剰にオーバーエッチングされたことになる。
【００６２】
上記の膜厚４７５ｎｍの発熱抵抗体３の抵抗率は５．７ｍΩ・ｃｍ、膜厚５００ｎｍの発熱抵抗体３の抵抗率は６．０ｍΩ・ｃｍである。このバラツキの程度は、測定された上記抵抗率の最大値をＭＡＸ、最小値をＭＩＮとして、式「｛（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）｝×１００」により計算すると２．５６％であり、品質上問題がないと判断される範囲である。
【００６３】
尚、上記のインクジェットヘッドの製造工程では、ヘッドチップに、電極、発熱抵抗体、隔壁、インク供給路、インク供給孔等から成るヘッド部と駆動回路とを一体で構成する例を示したが、インクジェットヘッドの部分だけをシリコン基板またはガラス基板などの基板に形成しても良く、この場合も、上記と全く同様に処理してジャストエッチング時点を容易に検出することができる。
【００６４】
また、本発明の貫通孔加工法は、吐出ノズルに限定されるものではなく、例えばインク供給路又はインク供給孔等の穿設・貫通加工は勿論、インクジェットヘッド以外の工作物のドライエッチングによる孔空け等にも広く適用できる。
【００６５】
更に、本発明は、上述した実施形態のように貫通孔の一部をドライエッチングにより穿設する場合に限らず、貫通孔をその全長に亙りドライエッチングにより穿設する場合にも、好適に適用できることは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ドライエッチングによる貫通孔加工において、工作物を冷却するための冷媒ガスの流量の変化を読み取ることにより、孔が貫通したジャストエッチング時点を容易且つ正確に把握できるので、これにより、過度なオーバーエッチングによる工作物の損傷を防止することができると共に、オーバーエッチングの時間を必要最小限に短縮することが可能となる。
【００６７】
また、冷媒ガスの流量の変化を読み取ってジャストエッチング時点を検出するので、流量コントーローラ２４とＡＰＣ２５及び流量変化検出回路を付加するだけでよく、装置が極めて簡便で安価である。
【００６８】
また、不活性の冷媒ガスを用いることにより、エッチング系を乱すことがなく、したがって、貫通孔加工の加工対象物としての材料には限定されることがなく、精度の良い且つ使い勝手のよい貫通孔加工方法を提供することが可能となる。
【００６９】
また、冷媒ガスの流量変化を読み取ることによるジャストエッチング時点の検出であるので、貫通孔加工対象物の表面の凹凸等からの影響を受けることがなく、したがって、制約の少ない貫通孔加工方法を提供することが可能となる。
【００７０】
また、冷媒ガス流量の変化を短時間毎に読み取って、流量の急変から安定化の状態になるジャストエッチング時点を検出することにより、検出の感度が極めて高く、ジャストエッチング時点検出の精度の良い貫通孔加工方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ） は一実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方法を工程順に示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ） の上段は図１（ａ），（ｂ），（ｃ） の平面図の一部拡大図、中段は上段のＡ−Ａ′断面矢視図、下段は上段のＢ−Ｂ′断面矢視図である。
【図３】（ａ） は一実施の形態におけるフルカラーインクジェットヘッドの平面図、（ｂ） はその製造工程２まで終了した状態のものを示す図である。
【図４】（ａ） は一実施の形態におけるヘリコン波エッチング装置を模式的に示す図、（ｂ） はそのウェハ固定用ステージの平面図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ） はのヘリコン波エッチングで孔空け加工されるシリコンウェハの状態を模式的に示す図である。
【図６】（ａ） 〜（ｄ） はヘリコン波エッチングによるヘッドチップの孔空け加工の状態を示す図である。
【図７】（ａ） は冷媒ガスの流量の実測結果を示す図表、（ｂ） はその値を点描したグラフである。
【符号の説明】
１ ヘッドチップ
２ 駆動回路
２−１ 駆動回路端子
３ 発熱抵抗体
４ 共通電極
４−１ 共通電極給電端子
５ 個別配線電極
６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ） インク供給路
７ インク給送孔
８ 隔壁
８−１、８−２ シール隔壁
８−３ 区画隔壁
９ オリフィス板
１１ インク加圧室
１２ インク流路
１３ 吐出ノズル
１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ） モノカラーインクジェットヘッド
１５ フルカラーインクジェットヘッド
１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ） ノズル列
１７ プロセスチャンバー（処理室）
１８ ウェハ固定用ステージ
１９ シリコンウェハ
２０ ヘッドチップ
２１ 支持台
２２ 接地側交流電源
２３ 低温サーキュレータ
２４ 流量コントーローラ
２５ ＡＰＣ（ａｕｔｏ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）
２６ 冷媒送入路
２７ 冷媒吹き出し口
２８ 酸素（Ｏ２ ）プラズマ
２９ マグネット（磁石）
３１ ソースチャンバー（源流室）
３２ アンテナ
３３ インナーコイル（内コイル）
３４ アウターコイル（外コイル）
３５ パイプライン
３６ ソースパワーサプライ（源流電源）
３７ 金属膜マスクパターン
３７−１ 孔
３８ 冷媒ガス
Claims (6)
- 加工対象物の裏面を一定の圧力で流動させる冷却媒体ガスにより冷却しながら前記裏面から表側に貫通させる貫通孔の少なくとも表側の一部をドライエッチングにより加工する貫通孔加工方法であって、
前記冷却媒体ガスの時間当たり流量の変化から、前記ドライエッチングによる加工により前記貫通孔が貫通したジャストエッチング時点を検出することを特徴とする貫通孔加工方法。 - 前記ドライエッチングは、へリコン波ドライエッチングであることを特徴とする請求項１記載の貫通孔加工方法。
- 前記加工対象物は、インクに圧力を加えて該インクを吐出ノズルより記録媒体に噴射させて記録を行うインクジェットプリンタヘッドであり、前記貫通孔は、少なくとも前記吐出ノズルを含むことを特徴とする請求項１記載の貫通孔加工方法。
- 前記吐出ノズルは複数個あり、該吐出ノズルの全ての加工が完了した時点をジャストエッチング時点とすることを特徴とする請求項３記載の貫通孔加工方法。
- 前記ジャストエッチング時点は、冷却媒体ガスの時間当たり流量が急激に増加した後一定のレベルで安定しはじめる時点であることを特徴とする請求項４記載の貫通孔加工方法。
- 前記ジャストエッチング時点から所定時間後に該エッチングに係わるドライエッチングを終了することを特徴とする請求項４又は５記載の貫通孔加工方法。
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