JP3808786B2 - 真空処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理方法に関し特に不動態皮膜の化学的蒸着による流路のあるインクジェットプリントヘッド構成部材の流路壁の選択的不動態化における構成部材の表面の真空処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空における化学的蒸着による不動態層（例えば窒化珪素）の蒸着によって表面を保護することは、例えばＪ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６６、Ｎｏ．６、２４７５−２４８０ページによって、当業者に周知である。その技術は、半導体装置の製造に広く使用され、それが必要とされる領域への皮膜の制限は、写真平板のマスキングの使用により達成される。図１に示されるように、マスキング材料１の層は、基材２の上の選択された位置に残り、以前の段階で紫外線照射に曝されていなかった領域（３により示される）の溶解を伴う。全基材は、次に４と指示される不動態皮膜に曝される。図２は、被覆工程を伴う基材２を示し、不動態層５は領域３上に被着され、一方マスキング材料上に被着した任意の不動態層は、マスキング材料それ自体の除去により取り去られる。前記のマスキング工程は、当業者に周知であり、そして平面上の珪素ウエハー上の装置の製造に良く使用される。
【０００３】
流路のあるインクジェットプリントヘッドの不動態化は、一般的に、ヨーロッパ特許Ａ第０３６４１３６号に論じられており、それは本明細書に参考として引用される。図３は、流路の縦軸に垂直にとられたこの文書に開示された種類のプリントヘッドを通る断面であり、これらの装置は、矢印１５により示されるその厚さの方向に向かいさらに好適には鉛ジルコニウムチタネート（ＰＺＴ）であるピエゾ電気物質のシート１４中に形成される流路１２の列からなる。各流路は、側壁１６、底表面１８及び頂部シート２０により画成され、各側壁の表面上に電極３４を形成する。
【０００４】
本明細書に参考として引用されるヨーロッパ特許Ａ第０２７７７０３号にも記載されているように、側壁１６の相対する表面上に形成される電極３４間の電場の適用は、側壁のピエゾ電気物質をして剪断モードで偏向させ、それにより流路と結合したノズルからインクの小滴の放出を生じさせる。
【０００５】
流路の縦軸に沿ってとられた断面図である図４に示されるように、このノズル２４は、各流路１２の前端に位置し、後者は次に接続トラックを形成するためにベース及び壁が十分にメッキされる、深さがより浅い後尾の部分３６からなる。流路の電極の前部は、前記の作動電場を適用するが、一方電極の後尾の接続トラック部分は、例えばワイヤ結合により、作動電圧供給手段（図示せず）に接続される。ニッケル、ニクロム（ニッケル及びクロムの合金）及びアルミニウムは、それらの高い伝導性及びワイヤ結合への適合性により、電極材料として特に好適であることが示されている。
【０００６】
このプリントヘッドの流路壁上の電極の次の不導態化は、プリントヘッドの操作中の流路に含まれるインクによる攻撃から電極を保護するのに必要である。アルミニウムは、もし電極がインクと直接接触するならば起こるであろう電解及び気泡形成又は腐食を阻止するための不動態化を特に要する。保護は、インクが水性又はさもなければ電気伝導性である場合に特に望ましい。
【０００７】
不動態層の組成は、電子及び／又はイオン及び／又はインクバリヤとして働くように選ばれ、そして好ましくは一つの流路の側壁を下降し、流路のベースを越え、他の流路の側壁を上り、さらにその壁の頂部を越えて隣接の流路に入り、それによりインクがさもなければしみ出るすべての端のない連続的な保護層を生成する。図２（ａ）及び（ｂ）に示される「深い」流路、即ち少なくとも３：１の縦横（高さ／幅）比を有する流路の不動態化に特に好適である化学的蒸着工程は、本明細書において参考として引用されるＷＯ９５／０７８２０号に開示されている。
【０００８】
プリントヘッドの後尾の部分３８の接続トラックが、トラックから駆動回路への接続（一般にワイヤ結合）ができるために、不動態化がないようにしなければならないことは、理解されるだろう。しかし、前記の写真平板マスキング技術は、化学的蒸着により不動態層を被着することが、特に各流路（概して６０−９０μｍの幅及び２０−２５μｍの深さを有する）の後尾の部分の壁及び底表面上のマスキング材料の適用及び除去が複雑であり困難であることが分かっている状況で使用することが難しいことが証明されているとき、従来使用されてきた。ＰＣＴ／ＧＢ９７／０１０８３号に開示されるプリントヘッドの構成に提案されているように、後尾の部分３８ばかりでなく流路の深い前部の部分３６（典型的には６０−９０μｍの幅、典型的には３００−４００μｍの深さ）の部分もマスクすることが望ましいとき、これらの問題がさらに難しくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的の一つは、従来の技術の不利を有することなく、しかもインクジェットプリントヘッド流路の不動態化皮膜の正確な構成を保証する深い流路インクジェットプリントヘッド流路の壁の選択的不動態化に適する真空処理方法に関する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、構成部材支持体を収容する真空チェンバー中で、第一の表面及び第一の表面と反対側の第二の表面をもつ構成部材を、該構成部材の第一の表面が構成部材支持体と接するように配置する工程、該構成部材の第二の表面を保護するように流体不透過性膜を構成部材支持体に付着させて該構成部材を支持する工程、及び該構成部材の第一の表面を真空処理する工程をもつことを特徴とする真空処理方法に関する。
【００１１】
本発明は、流体不透過性膜が真空チェンバーの構成部材の第一の表面と相対する構成部材の第二の表面を加熱／冷却流体から分離し、熱伝達が膜をはさんで構成部材と流体との間で生ずる、構成部材支持体を収容する真空チェンバーの構成部材の第一の表面を真空処理する方法において、方法が構成部材の第一の表面が支持体と隣接するように構成部材を支持体中に置く工程、支持体中に構成部材を保持するように膜を支持体に結合する工程、及び支持体に位置した構成部材の第一の表面を真空処理する工程からなる方法からなる。
【００１２】
処理されるべき構成部材の側面に隣接しそして支持体中に構成部材を保持するために膜が付着している支持体の構成は、構成部材が多孔性であるか又は多孔性になる（例えばクラッキング）場合に、流体が真空チェンバー中に全くもれない（それは処理に必要な真空を損なう）ことを確実にしつつ、流体により構成部材の未処理の側面を冷却（又は加熱すら）する。さらに、膜によって支持体中に構成部材を保持することにより、構成部材単独又は支持体中に緩く置かれている構成部材よりさらに容易に取り扱うことのできるアセンブリが生成する。
上記の構成は、構成部材がウエハーの一部を形成するとき特に有利である。これらのウエハー、とりわけピエゾ電気活性材料特に鉛ジルコニウムチタネート（ＰＺＴ）のウエハーを取り扱うのが難しい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図５〜７は本発明を説明するために本発明外の態様を示すものである。
図５に関し、厚さの方向に分極された（ｐｏｌｅｄ）ＰＺＴのウエハー１００が画かれている。ウエハーの上表面１８０は、なお多数の個々のプリントヘッドを以下に論じられる段階で流路についてウエハーをさいの目に切ることにより形成するために、ＷＯ９５／１８７１７号（本明細書に参考として引用される）に従って平行な流路の二三のセット２１０、２２０により形成される。電極（図示せず）は、上記したように流路の壁上に形成される。
【００１４】
構成部材（ウエハー）１００は、当業者に周知なように、銀付加シリコーンからなる熱伝導性パッド１２０上に設けられ、そしてさらに二つの間に挟まれたヒートシンク化合物（図示せず）の薄い層により熱伝導性（例えば炭素又は金属例えばアルミニウム）板１３０上に設けられる。板１３０の大きさは、それが従来の真空処理装置（環状の締着リング及びシーリング「Ｏ」リングは、それぞれ１４０及び１５０と指示される）に締着され、そして冷却流体（一般にチェンバー１６５に含まれるヘリウム）が１６０で示されるように板の裏を通るようなものである。
【００１５】
マスク１７０は、ウエハーの上表面１８０に隣接し、そしてマスクと板との間の正確な位置合わせ従ってウエハー上に不動態層の正確な配置を確実に行う手段により、板１３０に結合する。示されている例では、その手段は、板１３０から突き出しそしてマスク１７０中のボア及びスロット（図示せず）により配置されている第一及び第二のだぼ１７５からなる。ボアの直径は、対応するだぼのそれと一致してマスクと板との間の正確な位置合わせを確実にし、一方第二のだぼが配置されているスロットは不動態化工程中のマスクの熱膨張のためである。
【００１６】
シリコーンパッド１２０は、ウエハーの下表面１９０をたわみやすく支持し、ウエハーの厚さの変化を相殺し、そして不均一な締着力によるウエハーの歪みを避ける。
マスクは、例えば炭素、ステンレス鋼及びアルミニウムを含む任意の真空と適合可能な熱伝導性物質から作ることができる。図８の例のマスクは、それがウエハーをカバーするとき、厚さ約２ｍｍのアルミニウムからなる。
【００１７】
図６では、参照番号２５０は、板１３０上に設けられた基準構成（示されている例では金属ダウエル）を示し、それによりウエハーは整合する。前記のＷＯ９５／１８７１７号に説明されているように、ウエハー上のこれらの基準構成及び対応する位置ぎめ（図示せず）は、ウエハーに流路を切り込むためのそれ以前の製造工程で使用され、そしてウエハーに形成されら流路を次の製造工程で正しく位置させる。図６に示された２個の基準ダウエル２５０は、ウエハーの２個の対応する位置ぎめと位置合わせし、それにより構成部材を二つの相互に垂直な方向に支持体（従ってマスク）に関して正確に位置させることを理解するだろう。
【００１８】
図６では、例えば、流路２１０、２２０の二つのセットは、ウエハーに形成されている。次の製造工程で、これらの流路のセットは、それぞれ線２１１及び２２１に沿って切断されて、それぞれが図６に示されている種類のプリントヘッドの４個の列を形成するだろう。プリントヘッドのそれぞれの列が、電極メッキへの電気的接続を行うように不動態化されていないその後尾の部分４２を有するために、その端２３０のみならず中間２４０でもウエハーを正確にマスクする必要がある。
【００１９】
流路に対するマスクの正確な位置ぎめが、一方ではマスク１７０と板１３０との間の位置合わせ手段２５０により助けられ、そして他方では板１３０と流路により形成されるウエハー１３０との間の位置合わせ手段２５０により助けられることは理解されるだろう。
【００２０】
図７は、図５でＡで示されるマスクと流路との詳細を示し、既に述べたように、深い流路インクジェットプリントヘッドの流路の壁の不動態化は、好ましくはＷＯ９５／０７８２０号に記述された方法を使用して行われ、その特徴は、その源からウエハーの表面への不動態分子の路は線状ではなく複数の分散したものを含むことである。
【００２１】
この結果、マスクの端は、２０３で示される基体に対して直角ではない角度で接近する分子の路を妨げるように、１７１で示されるように有利には角度がつけられる（典型的には６０°）。２０５で示されるマスクの下を進む不動態化剤（相対する路２０４上にあるであろう）の量を最低にするために、マスク開口チェンバー１７１の尖端がウエハーの表面に近い又はそれと接触して位置することが、また有利である。この後者の問題は、もし必要ならば、典型的には流路の深さに等しい量で、不動態層が終わるようにデザインされた流路の点２０２を越えて尖端１７３を延在させることによって、さらに相殺できる。
【００２２】
上記に加えて又はその代わりに、流路壁の部分は、前記のＰＣＴ／ＧＢ９７／０１０８３号に従って電極の適用前に選択的に不動態化できる。図８に画かれているように、このプリントヘッドは、一つの側面でインク供給窓２７に開かれている（そしてそれゆえ流路の「活性」長さＬの一部ではない）深い流路の部分（Ｎ）を有し、それは、流路の側壁のピエゾ電気物質のそれより低い比誘電率を有する不動態化物質の層４０が電極３４と流路壁１６のピエゾ電気物質との間にはさまれている点で、図４の従来の構造とは異なる。
【００２３】
図９は流路壁部分の断面図であるが、二つの不動態層（静電容量Ｃ２）間に直列ではさまれたピエゾ電気物質（静電容量Ｃ１）の得られる合計の静電容量は、一次近似で合計の静電容量は１／Ｃ合計＝１／Ｃ２＋２／Ｃ１により与えられるため、壁単独のピエゾ電気物質のそれより小さいだろう。その結果、プリントヘッドの合計の容量性負荷は低下する。
【００２４】
図８から分かるように、この技術は、また、流出領域Ｒにおけると同様に、接続トラックの領域Ｃに適用できる。有効であるために、予備不動態層４０は電極及びインク入口に関して流路に正確に配置されねばならないことは理解されるだろう。
【００２５】
図１０は、本発明の態様を示すものであり、それは同じ参照番号を有する図５〜７に関して既に論じられた特徴を有する。その上表面１８０中の流路２１０、２２０のセットにより形成されたウエハー（構成部材）１００は、マスキング端２３０の少なくとも或るものにおいて、構造物３００に隣接するその上表面１８０を有するマスク／支持体が一体化した構造物内のポケット３１０に存在する。気体不透過性膜３２０は、ウエハー１００及び構造物３００の後部に延在し、それによりポケット３１０にウエハーを保持し、次に構造物の端に延在して従来の真空処理装置（環状締着リング１４０からなる）の「Ｏ」リング１５０によりシールし、それにより冷却気体から全支持体を隔離する。
【００２６】
次に、従来のやり方で締着した支持体の下にチェンバー１６５中の冷却（又は加熱）気体１６０を循環することができ、図８、９の装置のヒートシンク化合物、シリコーンパッド及びアルミニウム板によって可能なのよりウエハー１００と冷却気体１６０との間の顕著に大きな熱伝達が、膜３２０を経て可能である。
【００２７】
本発明は、前記のＷＯ９５／０７８２０号に従って無機不動態層によりピエゾ電気物質中に形成される流路の壁を被覆するのに特に適している。この方法は、物質の３０％以下の減極が生じしかも２００℃以下で流路を有するウエハーのバルク温度を維持し、そして不動態化される流路のある壁の表面を被覆物質の均一な蒸気に曝すことを含み、蒸気は、その源から流路のある構成部材の表面への移動中多くの分散を行う。
【００２８】
本発明の装置は、被着が生ずるウエハーの表面を遙かに低い温度（典型的には１４０℃よりむしろ４０℃）に保持し、次により高い温度ではポールされない（ｄｅｐｏｌｅｄ）ピエゾ電気物質のさらに活性な種類特にＰＺＴの種類の使用が可能になる。別に、装置は、存在する温度のレベルを、より高温度の不動態化技術、例えばより高いマイクロ波電力又はウエハーのＲＦバイアスの使用により維持させる。
【００２９】
さらに、この装置は、マスクによる被着をさえぎる部分と被着に完全に曝される部分との間のウエハーの温度の変化を低下させるのを助け、冷却なしに、６０℃のオーダーの温度差は、３０秒の程度でウエハーの隣接する部分間に形成され、生ずる膨張差は、ウエハーのクラッキングを導く。
【００３０】
膜３２０は、また、ウエハーのクラッキング又はウエハー物質が気体浸透性である場合には、冷却気体が処理チェンバー中に逃れないことを確実にする。有利には、膜は、一体化構造物３００の後部に離脱可能に結合し、それによりたとえ一体化構造物が真空処理装置から取り出されるときでも一体化構造物中のウエハーを維持する。これは、特に脆いウエハーの取り扱いを助け、そして不動態化又は化学的蒸着ばかりでなくすべての真空処理に適用可能な装置である。ポリマー例えばポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミドから製造されそして５０−１００μｍの厚さを有する膜は、特に、十分な強さ及び有利な熱伝達の特徴を有することが証明されている。
【００３１】
膜３２０の代わりとして、真空に適合ししかも気体不透過性の物質例えばポリイミドから製造される自己接着性テープを使用して、ウエハー１００の周辺とポケット３１０の端との間の隙間をシールする（図１０において点線４００により示される）。この装置は、膜より熱伝達に対するやや低い抵抗をもたらし、そして冷却気体の流れからウエハーの下表面を絶縁するようにさもなければ働く空気のポケットを捕捉することがなさそうであり、ホットスポットを生じさせる。テープは、また、とくにクラッキングをうけやすい領域でウエハーの下表面上に置くことができる。
【００３２】
図５〜７に示した態様におけるように、一つの側面上のウエハー１００の接合は、不均一なウエハーの厚さに起因する不均一な締着力による、ウエハーの歪みを避ける。図１０のマスク１７０の中心の部分２４０は、また冷却流体１６０により下表面１９０に働く圧力に対してウエハー１００の中心で或る程度の支持をもたらす。
【００３３】
図１０によるマスク及び支持体の一体化した構造物は、さらに、マスクの表面から支持体のベースへそして冷却気体への熱伝達を助ける。前の態様と同様に、基準点は、それに対してウエハーが配置される構造物（示されている例ではこれらはポケット３１０の端に設けられているだぼである）に設けられ、それによりウエハーと重なるマスクとの間の正確な配置を確実にする。
【００３４】
本発明は、例によってのみ記述されてきており、そして広範囲の変化が本発明の範囲を離れることなくなされることを理解すべきである。
流路電極の高さは、例えば、最低の操作電圧よりむしろ最低の電力消費（静電容量及び操作電圧の平方の積にほぼ比例する）に最適にされる。これは、前記のヨーロッパ特許Ａ第０３６４１３６号に関する半分より、流路壁を三分の一下方に延在する電極をもたらす。
【００３５】
頂部が開いた流路を閉じるトップシートは、概して、熱の整合を確実にするように流路が形成されるシートのそれに類似のピエゾ電気物質から製造されるだろう。ヨーロッパ特許Ａ第０３６４１３６号は、シートが漂遊電場による歪みを避けるためにポールされないことを示唆しているが、ポールされた物質の使用は、実際のプリントヘッドの性能に顕著な作用を有することが見いだされておらず、そして単一のタイプの（ポールされた）ピエゾ電気物質へのインベントリーを低下させる利点を有する。
【００３６】
トップシートの組立後、個々の流路は、壁のそれぞれの側面上に位置する二つの電極間の静電容量を測定することによりテストできる。別に、壁の共鳴の挙動は、ヨーロッパ特許Ａ第０３７６６０６号に従って測定できる。両方の技術は、壁を隔てている二つの電極の接続トラック上に接触し、測定を行い次に次の流路に沿って割り出すプローブを有する装置により自動的に行うことができる。
【００３７】
流路ノズルが形成されるノズル板は、遊離には、次のノズル形成法がうまく行かなかったときノズル板を取り出すことができるように、ホットメルト接着剤を使用して、ＷＯ９５／１１１３１号に従ってプリントヘッドに付着できる。好適な接着剤は、使用されるインクのタイプに依存し、そしてＰａｒａｇｏｎ ＨＭ２４０／１２，ＨＭ２６０／１２及びＨＭ３１／１２；Ｂｏｒｄｅｎ ＨＭ６１７；３Ｍ ３７４８Ｑ及び３７６４Ｑ；Ｐｒｏｄａｇ ８７３、６９７、９８４及びＢｏｓｔｉｋ ＨＭ５６４９を含むことができる。
【００３８】
ノズル板は、また、厚さが流路の列の中心で４０−５０μｍから流路の列の端で１−２０μｍに変化するように、付着前に例えばアブレーションにより成形できる。これは、より厚い接着剤の層を流路の列の端で形成させ、ノズル板を特に流路の列の方向に、剪断及びはがれ応力にさらに抵抗させる。
ノズルの形成は、有利には、ＷＯ９３／１５９１１号に記載された技術を使用してノズル板の付着後に実施される。ＷＯ９６／０８３７５号により、保護テープは、感圧接着剤例えばＤａｔａｃ Ｐ７０８５、Ｓｗｉｆｔ Ｋ９２５０及びＤＰＡＣ ４４２７を使用してノズル板の非湿潤被覆に適用できる。
【００３９】
本明細書（請求の範囲を含む）に開示された及び／又は図に示されたそれぞれの特徴は、他の開示された及び／又は画かれた特徴とは無関係に本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の半導体装置の製造例を示す断面図。
【図２】従来技術の半導体装置の製造例を示す断面図。
【図３】従来技術のインクジェットプリントヘッドの製造例を示す断面図。
【図４】従来技術のインクジェットプリントヘッドの製造例を示す断面図。
【図５】本発明に近似する態様による装置の断面図。
【図６】図５に相当する平面図。
【図７】図５のＡにおける拡大図。
【図８】本発明により製造されたプリントヘッドの流路に沿った断面図。
【図９】図８の線Ｃ−Ｃに沿ってとられたプリントヘッドの流路壁の断面図。
【図１０】本発明の態様の断面図。
【符号の説明】
１００ 構成部材
１６０ 熱移動流体
３００ 構造物
３２０ 流体不透過性膜

Claims (12)

1. インクジェットプリントヘッド構成部材を支持する支持体を収容する真空チェンバー中で、第一の表面及び第一の表面と反対側の第二の表面をもつインクジェットプリントヘッド構成部材を、該構成部材の第一の表面を真空処理するに際し、該構成部材の第一の表面の端部が支持体と接するように配置し、該構成部材の第二の表面の少なくとも周辺領域を熱伝達流体から分離する気体不透過性膜を支持体に付着させて該構成部材を支持し、そして該構成部材の第二の表面側に熱伝達流体を循環させながら第一の表面を真空処理することを特徴とする真空処理方法。
2. 気体不透過性膜が構成部材の第二の表面全体を覆う請求項１の方法。
3. 気体不透過性膜が構成部材の周辺と支持体との間をシールするテープからなる請求項１の方法。
4. 構成部材がウエハーの形をとる請求項１の方法。
5. 複数の構成部材が、ウエハーに含まれ、そのそれぞれの表面が同時に真空処理される請求項４の方法。
6. 気体不透過性膜が支持体を流体から分離している請求項２の方法。
7. 構成部材が流路つきインクジェットプリントヘッド構成部材であり、第一の表面が該構成部材の流路つき表面である請求項１の方法。
8. 流路が６０−９０μｍの幅をもつ請求項７の方法。
9. 流路が２０μｍ以上の深さをもつ請求項８の方法。
10. 流路が３００μｍ以上の深さをもつ請求項９の方法。
11. 気体不透過性膜が支持体に離脱可能に結合している請求項１の方法。
12. 支持体が真空チェンバーに締着される請求項１の方法。

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