JP3957920B2 - Inkjet head manufacturing method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マイクロマシニングに用いられるエッチング方法としては、フォトリソグラフィー技術による化学的エッチング技術が主流となっている。ここで、使用される基板としては、<100>,<110>面の結晶方位を面に持つシリコン(Si)基板(ウェハー)が一般的である。上記する面方位を有するSi基板に対して、アルカリ系の化学的エッチングを行うことにより、エッチングの進行方向について、深さ(掘り込み)方向と幅(広がり)方向の選択性ができ、これによりエッチングの異方性が得られる。例えば、深さが深く、幅の狭い形状の穴を形成することが可能となる。また、<100>面の結晶方位を持つ基板を用いた場合、エッチングする幅により、深さ方向が幾何学的に決定されることから、深さ方向を制御することができる。例えば、エッチングを施す面から深さ方向に54.7°の傾斜で狭くなる穴を得ることができる。従って、基板の厚さとエッチングする幅を考慮することにより、基板を貫通することなく、基板の途中までの穴形成の制御が確実でかつ容易に行えることとなる(図4参照)。
そして、以上のようなエッチングの性質は、インクジェットヘッドの製造、圧力センサの製造等のマイクロマシニング技術に応用されていることは良く知られたところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アルカリ系のエッチング液による化学的エッチングは、概して強アルカリで長時間行い、さらにこの間に加熱処理を行うため、これら条件を考慮して耐エッチングマスク材として、SiO2、SiN膜等の誘電体膜を用いるのが一般的である。
しかし、これらの膜は、通常スパッタやCVDといった堆積膜として形成されるため、これらの膜を無欠陥で形成するのは困難であり、この欠陥部(ピンホール)に起因してヘッド等が不良となることがあった。また、年々、加工の微細化が進み、そのために微小な欠陥が無視できなくなるという事情もある。
以上のように、ヘッド製造等のマイクロマシニング技術においては、無欠陥のエッチングマスクの形成が大きな要請となりつつある。
【0004】
そこで、本発明は、上記した課題を解決し、耐アルカリ性を有するとともに、ピンホール等の欠陥の生じることのないマスク材を用いることができ、信頼性の高いエッチングを行うことが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【0006】
本発明は、上記課題を達成するために、インクジェットヘッドの製造方法をつぎのように構成したことを特徴とするものである。
すなわち、本発明は、インクを吐出するためのインクジェットヘッドの製造方法であって、
インクを吐出するための電気熱変換素子を備えたシリコン基板を用意する工程と、
該基板のエッチングを施す面に所望の開口パターンを有する耐エッチングマスクを設ける工程と、
該耐エッチングマスクを介して前記基板をアルカリ系の溶液を用いて異方性エッチングすることで基板を貫通するインク供給口を設ける工程と、を備え、
前記耐エッチングマスクを設ける工程は、
前記基板の面上にポリエーテルアミドを塗布することにより、ポリエーテルアミド樹脂層を形成する工程と、
前記ポリエーテルアミド樹脂層上に前記ポリエーテルアミド樹脂層をエッチングするためのマスクとなるレジストパターンをフォトリソグラフィー工程により形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして酸素及び四フッ化炭素の混合ガスを主たる成分とするエッチングガスを用いて前記ポリエーテルアミド樹脂層をドライエッチングすることにより、前記ポリエーテルアミド樹脂層に前記開口パターンを形成する工程と、
を有することを特徴としている。
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記基板には、インク流路形成用の部材が形成されることを特徴としている
た、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記ポリエーテルアミド樹脂層に前記開口パターンを形成した後、前記レジストパターンを除去することを特徴としている。
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記ポリエーテルアミド樹脂層のエッチングにおいて、溶剤としてN−メチルピロリドンを使用することを特徴としている。
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記レジストパターンはシリコン含有フォトレジストにより形成されることを特徴としている。
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記四フッ化炭素の添加量は、前記酸素の流量に対して、5%から15%以内であることを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
上記した本発明の構成によれば、本発明で用いるポリエーテルアミド樹脂は、高強度で可撓性があり外部からの応力に対する緩和性が高く、また、耐薬品性に優れ、酸、アルカリ、芳香族溶剤等に侵されず、さらに耐熱性、耐湿性に優れており、極性溶媒に溶解しワニスにすることができ、溶剤を飛ばすだけの比較的低温のもとで成膜することができる素材であるため、例えば、インクジェットヘッドを構成する基板をエッチング加工する際のマスクとしてポリエーテルアミド樹脂層を用いることにより、マスク形成時にそのマスク内に生じるピンホール等の欠陥を少なくできる。
また、本発明においては、上記マスクとして、誘電体層上にポリエーテルアミド樹脂層を形成した2層構造のものを用いることにより、上記欠陥を少なくできることと併せて、例えば異方性エッチングにおいて精度の良いエッチング加工を行うことができる。
【0009】
また、ポリエーテルアミド樹脂はそれ自身に感光性がないため、それをパターニングするのに、一般的には、ディスペンサーを用いたり、スクリーン印刷によることとなる。したがって、ポリエーテルアミド樹脂は、これまで微細なパターニングが要求されるようなことのない、例えば、電子部品などの防湿コー卜剤のような用途には使用可能であるが、微細なパターニングが要求されるマイクロマシニング技術等におけるエッチングマスクや、或は、インクジェット記録ヘッドの耐インク層としての保護膜等には用いることが困難であった。なぜならば、ポリエーテルアミド樹脂に微細なパターニングをおこなうために、ポリエーテルアミド樹脂をエッチングマスクで被覆して不要部を溶剤で溶解させる方法を採ろうとしても、ポリエーテルアミド樹脂を溶解させる溶剤に耐える適当なマスキング材料がなかったためである。しかしながら、本発明のポリエーテルアミド樹脂層のドライエッチング方法によれば、微細なパターニングが可能なため、このような微細なパターニングが要求されるインクジェット記録ヘッドの耐インク層としての保護膜等にも用いることが可能となる。
【0010】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
(a)〜(d)は、本発明の実施例1に係るインクジェットヘッドの構成を示す図であり、(b)は図1(a)のA−A´断面図、(c)はそのSi基板部の模式的平面図、(d)はそのSi基板部の模式的断面図である。
図1(a)および図1(b)において、インクジェットヘッドは電気熱変換素子5に対応する吐出口6を配した吐出口プレート5と、Si基板1の背面からインクを供給するためにSi基板1に開けられたインク供給口4を有する構成を備え、インクを基板面に対してほぼ垂直に吐出するサイドシュータ型のインクジェットヘッドの構成を備えている。
【0011】
図1(c)において、基板1の片側の基板面1Aには図1(a)および図1(b)に示されるインク吐出に利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子およびインク流路形成用の部材が形成される。また、基板1の中央には貫通する穴としてのインク供給口4が形成され、これにより基板1の裏面より表面1A側の上記インク流路にインクを供給することができる。なお、同図において、符号3は、以下で示す製造工程で形成されるマスクパターン用のポリエーテルアミド樹脂層を示す。
【0012】
図2(a)〜(c)は、本実施例に係るインクジェットヘッドの製造工程の一部を示す模式図である。
まず、図2(a)に示すように、<100>面のSi基板1を用いて、エッチングを施す面1B側にポリエーテルアミド樹脂層3をスピンコーティングにより形成する。
本発明の一実施形態では、ポリエーテルアミド樹脂層3として熱可塑性ポリエーテルアミド(日立化成工業(株)製、商品名:HL−1200)を用いた。
上記の熱可塑性ポリエーテルアミドは溶剤に溶解した溶液として市販されており、これをスピンコーティングによって所望の膜厚に形成した後、加熱乾燥で溶剤成分を除去することにより、熱可塑性ポリエーテルアミド樹脂層3を形成することができる。ここで、塗布する膜厚の設定に関して、本発明の目的である無欠陥のエッチングマスクを得ることに鑑みると、膜厚と欠陥発生率には相関が見られるため、本発明者等の実験から、膜厚として2μm以上とすれば効果的であることが確認されている。
【0013】
次に、図2(b)に示すように、熱可塑性ポリエーテルアミド樹脂層3によるエッチング用マスクのパターンを形成するが、この形成は次のようにして行う。本実施例に用いた熱可塑性ポリエーテルアミドを樹脂膜3の材料として用いる場合は、この材料には感光成分が付与されていないため、まず、熱可塑性ポリエーテルアミドのパターンを形成するために、別途フォトレジストを用いフォトリソグラフィー技術によりレジストパターン(不図示)を形成する。
そして、このレジストパターンを用いて熱可塑性ポリエーテルアミドのエッチングを行い、図2(b)に示すエッチング用マスクを形成する。この場合、熱可塑性ポリエーテルアミドのエッチングはジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等の溶剤を用いて行うことが可能であるが、この溶解除去時のマスク材である上記フォトレジストは、耐溶剤性を必要とする。
このため、本実施例では、上記溶剤に対する耐溶剤性を鑑み、この溶剤を用いずに反応ガスによるドライエッチング法を用いる。この反応ガスとしては、O2ガスを用いRIE(リアクティブイオンエッチング)、あるいは、プラズマアッシングを用いることができる。
【0014】
この反応ガスを用いたドライエッチングにおいて、マスクに用いているフォトレジストと熱可塑性ポリエーテルアミドは、ほぼ同等の速度でエッチングされることから、フォトレジストの膜厚は熱可塑性ポリエーテルアミドの膜厚の2倍以上にすることで、問題は生じない。
熱可塑性ポリエーテルアミド3を所定パターンにエッチングした後はフォトレジストを剥離し、図2(b)に示す状態を得ることができる。
【0015】
次に、図2(c)に示すように、熱可塑性ポリエーテルアミド樹脂膜3をマスクに用いた異方性エッチングにより供給口4を形成する。
異方性エッチングでは、アルカリ系のエッチング液であるKOH、NaOH、TMAH等の溶液を用いることができるが、この溶液の濃度、処理温度とエッチング速度およびエッチング面の平滑性とに相関があるため、本実施形態では、TMAH22wt%を80℃の処理温度でエッチングを行った。この場合のエッチング速度は約30〜40μm/hとなる。
また、エッチングを行う間に基板1のエッチングを施す面と反対側の面にエッチング液が触れて問題が生じる場合には、その保護として、前述の熱可塑性ポリエーテルアミドを全面に塗布するか、治具等を用いてエッチング液が触れないような手段を講じることができる。
【0016】
異方性エッチングが完了した後のエッチングマスクに用いた樹脂膜3としての熱可塑性ポリエーテルアミドは、必要に応じて除去する。その除去手段としては、前述した熱可塑性ポリエーテルアミドのパターン形成に用いられた方法と同様に、溶剤もしくはドライエッチング法を用いることができる。
以上のように、熱可塑性ポリエーテルアミド樹脂膜3を異方性エッチングの耐エッチングマスクに用いることにより、インクジェットヘッドを、比較的低コストで、また、工程が容易に形成することができる。
なお、図2(a)〜(c)に示したインクジェットヘッドの製造工程の後の工程は公知のものを用いることができ、これにより、インクジェットヘッドを完成させることができるが、その説明は省略する。また、本実施例のヘッドは、基板1に対して垂直方向にインクを吐出する、いわゆるサイドシュータタイプのものである。
【0017】
[実施例2]
本発明における実施例2は、エッチングマスクの欠陥を少なくする上でより有効な構成を提供するものである。
すなわち、図3(a)〜(c)に示すように、誘電体層2とポリエーテルアミド樹脂層3の2層構造でエッチングマスクを形成する。
本来、異方性エッチングの耐エッチングマスクとしては、誘電体膜2は信頼性があり、一般的に用いられているが、前述したように誘電体2をSi基板1全面に渡って、欠陥なく形成するのは比較的困難なことである。このため、本実施例では、上述のように2層構造とするものである。
【0018】
図3(a)に示すように、誘電体膜2として、SiO2またはSiNをSi基板1の全面に成膜し、さらにその上に実施例1と同様にポリエーテルアミド樹脂層3を形成する。ポリエーテルアミド樹脂層3として熱可塑性ポリエーテルアミドを用い、実施例1と同様にして必要なパターンを形成する。そして、このパターンをマスクとして誘電体膜2をエッチングする。誘電体膜2のエッチング手段としては、公知の手段であるフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液による方法や、反応ガスを用いたドライエッチング方法を用いることができる。
【0019】
また、本実施例では熱可塑性ポリエーテルアミドのパターンを、誘電体膜のエッチングと異方性エッチングの両方のエッチングマスクとして機能させているが、工程によっては、誘電体層と熱可塑性ポリエーテルアミドのパターン形成を個別の工程に設定することも可能である。このような場合は、誘電体膜に用いるエッチング液により熱可塑性ポリエーテルアミドにダメージを与える懸念がある場合に有効である。
以上のように、Si基板の密着性、耐異方性エッチング液に有利な誘電体膜と誘電体膜の欠陥を補う有機樹脂の構成により、パターン精度と歩留りのよいエッチング方法を提供することができる。
【0020】
図5は、本実施例によって得られるインクジェットヘッドを用いることができるインクジェットプリント装置を示す概略斜視図である。
インクジェットプリント装置100において、キャリッジ101は、互いに平行に延在する2本のガイド軸104および105と摺動可能に係合する。これにより、キャリッジ101は、駆動用モータおよびその駆動力を伝達するベルト等の駆動力伝達機構(いずれも不図示)により、ガイド軸104および105に沿って移動することができる。キャリッジ101には、インクジェットヘッドと、このヘッドで用いられるインクを収納するインク容器としてのインクタンクとを有するインクジェットユニット103が搭載される。
【0021】
インクジェットユニット103は、インクを吐出するためのヘッドおよびこれに供給されるインクを収納する容器としてのタンクからなる。すなわち、ブラック(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)の4色の各インクをそれぞれ吐出する4個のヘッドおよびこれらのそれぞれに対応して設けられるタンクがインクジェットユニット103としてキャリッジ101上に搭載される。各ヘッドとタンクとは相互に着脱可能なものであり、タンク内のインクが無くなった場合等、必要に応じて個々のインク色毎にタンクのみを交換できるよう設けられている。また、ヘッドのみを必要に応じて交換できることは勿論である。なお、ヘッドおよびタンクの着脱の構成は、上記の例に限られず、ヘッドとタンクが一体に成形された構成としてもよいことは勿論である。
【0022】
プリント媒体としての用紙106は、装置の前端部に設けられる挿入口111から挿入され、最終的にその搬送方向が反転され、送りローラ109によって上記キャリッジ101の移動領域の下部に搬送される。これにより、キャリッジ101に搭載されたヘッドからその移動に伴ってプラテン108によって支持された用紙106上のプリント領域にプリントがなされる。
【0023】
以上のようにして、キャリッジ101の移動に伴うヘッドの吐出口配列の幅に対応した幅のプリントと用紙106の送りとを交互に繰り返しながら、用紙106全体にプリントがなされ、用紙106は装置前方に排出される。
キャリッジ101の移動可能な領域の左端には、キャリッジ101上の各ヘッドとそれらの下部において対向可能な回復系ユニット110が設けられ、これにより非記録時等に各ヘッドの吐出口をキャップする動作や各ヘッドの吐出口からインクを吸引する等の動作を行うことができる。また、この左端部の所定位置はヘッドのホームポジションとして設定される。
一方、装置の右端部には、スイッチや表示素子を備えた操作部107が設けられる。ここにおけるスイッチは装置電源のオン/オフや各種プリントモードの設定時等に使用され、表示素子は装置の各種状態を表示する役割をする。
【0024】
[実施例3]
以下に、本発明のポリエーテルアミド樹脂のドライエッチング方法を適用した更に好ましい各実施例について説明する。
ポリエーテルアミド樹脂をインクジェットヘッドの耐インク層としての保護膜、例えば、図11に示されるように熱作用部を含むインクジェットヘッドの基板上に形成する保護層として用い、この熱作用部上の保護層にエッチングで開口部を形成する場合、この熱作用部を形成している耐キャビテーション層上にエッチングによる残渣が存在すると、それによって発泡が不安定となり、あるいは吐出量が変動して、インクジェット記録ヘッドの吐出性能に悪影響を受ける。とりわけ、微小液的の飛翔によって印字品位の向上を目指す最近におけるインクジェット記録ヘッドにおいては、従来には問題とされなかった微小な残渣すら無視できないものとなってきている。
【0025】
上述のドライエッチングによる方法では、エッチングレー卜が小さくスループットがさほど高くない。しかしながら、エッチングレー卜を大きくとるために基板温度を高くすると、基板温度が上昇した熱でレジストが変質し、一般的な剥離液ではレジストを除去することができないという点等に問題があった。特に、このようなドライエッチングによる場合には、エッチング面にエッチングあるいは除去液によっても除去することのできない膜状の薄い残渣が発生するため、加工の微細化が求められ、印字品位のさらなる向上が望まれているインクジェットヘッドの保護層におけるエッチング方法としては、そのまま採用することには適するものではなかった。
これに対して、本実施例のポリエーテルアミド樹脂のドライエッチング方法、すなわち酸素及び四フッ化炭素の混合ガスを主たる成分とするエッチングガスによってエッチングするドライエッチング方法によると、基板の温度上昇を抑え、エッチング残渣を発生させることなく、従来の酸素プラズマによる場合の1000Å/min前後という小さいエッチングレー卜を大幅に改善することができる。
【0026】
つぎに、このようなポリエーテルアミド樹脂をドライエッチング方法を適用した実施例3について詳細に説明する。
実施例3においては、まず、ポリエーテルアミドとして、HIMAL HL−1200(日立化成工業製)をスピンナーで塗布し、90℃で30分予備乾燥しさらに250℃で本乾燥したものをサンプルとし、ドライエッチングのエッチング速度を求めた。
膜厚の測定は、光学式の膜厚計で行った。
【0027】
エッチング速度の測定結果を、図6から図9に示す。
図6から図8は、RF周波数2.46GHzのエッチング装置を用いて行ったデータであり、図6はガス組成とエッチング速度の関係、図7は圧力とエッチング速度の関係、図8はRF出力とエッチング速度の関係を示したものである。
また、図9は、RF周波数13.56MHzでアノードカップリング方式のエッチング装置を用いた場合の、ガス組成とエッチング速度の関係を示したものである。
CF4を添加することにより、格段にエッチング速度が向上していることがわかる。
【0028】
ガス組成については、CF4の添加量は任意に変えられるが、レー卜、残渣の観点からO2流量に対し2%以上加えることが好ましい。CF4の添加量を増やす方向については、オーバーエッチングの時に下地をエッチングしてしまうことがあるため、(特に、下地がシリコン、シリコンの酸化膜、窒化膜等はやられやすい)下地を考慮してガス組成を選択する必要がある。
なお、CF4を過剰に添加すると、逆にエッチング速度が無添加よりも小さくなるため、酸素流量に対し30%以内にすることが好ましい。特に、5%から15%の範囲が好ましい。ガス圧については、装置の特性に合わせ安定する条件を選定する。一般的には、10Paから300Paの範囲で行う。
ガス流量、RFパワーについても、装置の特性に合わせ適正な条件を選定する。なお、エッチングガスとして、酸素、四フッ化炭素に、プラズマの安定化やエッチングレー卜の向上のため、窒素等の不活性ガス等を添加する事ができることは言うまでもない。
【0029】
次に、レジストをマスクとしてパターニングを行い、パターニング特性について評価を行った。
まず、シリコンウエハー(6インチ)にHIMAL HL−1200をスピンナーにより2μm塗布し前記条件で乾燥し、その上にレジストとしてOFPR−800(東京応化工業製)を用いレジストのパターニングを行った。
なお、レジストの膜厚は5μmとした。
エッチング条件としては、RF周波数2.46GHzのエッチング装置を用い、エッチングガスとしてO2 1000sccm、CF4 100sccmにより、圧力50Pa、RFパワー500Wで、エッチングを行った。
また、同様のサンプルを用い、RF周波数13.56MHz 0.8W/cm2のエッチング装置により、エッチングガスとしてO2 100sccm、CF4 10sccmにより、圧力 50Pa、ステージ温度 50℃で、エッチングを行った。
【0030】
その結果、ともにエッチングの残渣は発生せず、パターニングの切れもよく、レジストの剥離も問題なく行えた。この時の基板の最高到達温度は、90℃、80℃であった。
レジストの剥離は、剥離液1112A(シプレイ社製)を常温で超音波をかけながら行った。パターニングの精度については、レジストパターン幅に対し−2μmに仕上がり、バラツキも±10%程度と良好な結果が得られた。
【0031】
[実施例4]
従来、ドライエッチングのマスクとしては、ドライエッチング耐性、微細加工性の観点から、ノボラック系のポジ型フォトレジストが用いられてきたが、このノボラック系のポジレジストは、ポリアミド樹脂のエッチングマスクとしては、エッチングの選択比の点で十分ではないが(ポリアミド樹脂と同程度のエッチングレート)、従来のフォトリソラインがそのまま使えることから、膜厚を厚くするなどして上記の欠点に対処されている。例えば、2μmのポリアミドのエッチングを行う場合、5〜8μm程度の膜厚のノボラック系のポジレジストを用いていたが、そのため、フォトレジストの露光、現像時間が長く、生産性に問題がある。これに対して、実施例のシリコン含有フォトレジストのエッチングマスクによれば、サイドシュータ型あるいはエッジシュータ型いずれのタイプのものでも、高い生産性で高品位の微小液滴のインクジェット記録ヘッドを作成することが可能となる。
【0032】
また、本発明のポリエーテルアミド樹脂のドライエッチング方法において、シリコン含有フォトレジストをエッチングマスクとする手段を、バッチ式(複数枚処理)のマイクロ波放電によるプラズマ励起方式を用いたドライエッチング装置に適用することにより、従来のものに比して、パターニングの生産性を格段に向上させることが可能となる。
従来、上記したドライエッチング装置によって、複数枚の処理物を同一処理するに際して、処理枚数(処理面積)によりエッチングレートが変化するローディング効果があることは知られているが、ノボラック系のポジレジストを用いてポリエーテルアミド樹脂のパターニングを行う場合も、このようなローディングの影響によりエッチングレートのピークがずれ、エッチング面積が、5インチウエハ分以下からは、ローディングの影響がほとんどなくなる。
このような傾向は、酸素と四フッ化炭素の混合ガスで、ポリエーテルアミド樹脂をドライエッチングする場合においても、同様に見られる。
図10は、5インチウエハにポリエーテルアミド樹脂(日立化成工業製HIMAL HL−1200)を塗布ベークし、芝浦製作所製のバッチ式ドライエッチング装置CDE−7−4(マイクロ波電源)を用いてエッチングレートを測定した結果である。
エッチングは1分行い、光学方式により膜厚測定を行った。エッチング条件は、CF4とO2とのtotal流量は900sccmに固定し、CF4の添加量をふった。パワー、圧力は、700W、50Pa固定。ウエハのローディング(1バッチあたりの処理量)は、0.5W(ウエハ)、1W、3W、5Wと変えて行った。
図10から明らかなように、ある組成のところにピークをもち、ピークより左側では四フッ化炭素が不足ぎみでレートが小さくなり、逆にピークより右側では四フッ化炭素の供給が過剰となりレートが下がる。すなわち、そのピーク位置が処理枚数で異なる。
したがって、バッチ式のエッチング装置を用いてポリエーテルアミド樹脂のエッチングを行う場合、処理物とほぼ同一形態のダミーを入れて処理枚数を合わせてエッチングしたり、処理枚数により、エッチングのガス組成、エッチング時間を変えて対処することが必要となる。
しかしながら、本発明のポリエーテルアミド樹脂のドライエッチング方法において、シリコン含有フォトレジストをエッチングマスクとする手段を、バッチ式(複数枚処理)のマイクロ波放電によるプラズマ励起方式を用いたドライエッチング装置に適用することにより、上記のような生産性を落すような手段を採ることなく、ポリエーテルアミド樹脂のパターニングを高スループットで実現することが可能となる。
【0033】
以下、実施例4について更に詳細に説明する。
実施例4においては、ポリエーテルアミドとして、HIMAL HL−1200(日立化成工業製)をスピンナーで2μm塗布し、90℃で30分予備乾燥しさらに250℃で本乾燥した。その上に、Si含有レジストとして例えば富士ハントエレクトロニクステクノロジー(株)製のFH−SP(商品名)を1μmスピンナーで塗布し、以下の条件でパターニングを行った。
▲1▼プリベーク オーブン90℃×20分
▲2▼露光 PLA−600F(キャノン製)400mj/cm2
▲3▼現像 東京応化製ポジレジスト現像液NMD−3
室温dip 25秒
▲4▼リンス 純水 1分
▲5▼乾燥 リンサードライヤー
Si含有レジストは、ポリマーとしてアルカリ可溶性シリコーンポリマーと感光物としてナフトキノンジアジド系からなり、ベースポリマーのSi含有率は、20%前後である。基本的に、Si含有フォトレジストは、通常のノボラック系ポジレジストラインでそのまま処理でき、新たな設備は必要としない。
【0034】
従来のノボラック系ポジレジストでは、ポリエーテルアミド樹脂と同程度のエッチングレートとなるため、膜厚は5〜8μm塗布していた。そのため、露光時間が長く、現像時間も長く生産性に難があった。Si含有レジストを用いることで、エッチング耐性が飛躍的に向上し、塗布膜厚も1μm程度にすみ、したがって、露光時間が1/4、現像時間が1/5となり、パターニングの生産性が格段と向上した。
【0035】
次に、(株)芝浦製作所製のマイクロ波を用いたドライエッチング装置CDE−7−4でエッチングを行った。エッチング条件は以下の通りである。
▲1▼ガス CF4/O2=85sccm/815sccm
▲2▼エッチング圧力50Pa
▲3▼パワー 700W(2.45GHz)
▲4▼時間 2分
(5インチウエハ5枚ローディング、エッチング面積は5インチウエハ×0.3) エッチング後の膜べりは0.1μm程度と問題ないレベルである。Si含有フォトレジストはほとんどエッチングされないため、レジスト部でのエッチング種の消費が少なく、その分ポリエーテルアミドのエッチングレートが向上する。従来のレジストを用いた場合の約1/3の時間で処理できた。エッチング後、レジストを剥離し、エッチング面をSEMにて観察したが、斑点状の微小な残渣の発生もなく、良好にエッチングされた。
【0036】
本実施例の様に、ポリエーテルアミド樹脂を保護層として用いる様な場合(エッチング面積が小さい場合)、ウエハ5枚処理/バッチと同一条件でウエハ1枚処理〜4枚処理/バッチでもエッチングを行うことができた。これは、シリコン含有レジストがほとんどエッチングされずまた、ノボラック系のポジレジストのようにエッチング特性に影響を与えないため、ウエハ1枚〜5枚処理まで同一条件でエッチングが可能となる。
なお、Si含有フォトレジストには前記のもの以外に、ネガ型のレジストもある。例えば、東ソー(株)製SNR(シリコン系ネガ型レジスト)等がある。
【0037】
[実施例5]
実施例5においては、上記した実施例4のドライエッチング方法をインクジェットヘッドに適用した。
本実施例においては、ポリエーテルアミド樹脂層による耐インク層としての保護膜を、基板上に配されたヒーター部と耐キャビテーション層によって形成された熱作用部を含むインクジェットヘッドの基板上に形成した。その際、ポリエーテルアミド樹脂として、例えば、HIMAL HL−1200(日立化成工業製)を2μm塗布し実施例4の方法によりパターニングを行い、上記熱作用部上の保護層にエッチングで開口部を形成した。該部をエッチング後にSEMで観察したところ、この熱作用部を形成している耐キャビテーション層上にエッチングによる残渣の発生はみられなかった。
次に、インクの吐出量が8plとなるインク吐出口及びインク供給口を形成し、ヒータの発泡状態及び吐出状態の観察及び印字のチェックを行ったが、特にヒータ上の残渣が起因すると思われる異常はみられなかった。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インクジェットヘッドを構成する基板をエッチング加工する際のマスクとしてポリエーテルアミド樹脂層を用いることにより、マスク形成時にそのマスク内に生じるピンホール等の欠陥を少なくできる
た、本発明によれば、ポリエーテルアミド樹脂層のパターニングを、高スループットで精度良く、しかも、エッチング残渣を発生させることなく、基板温度上昇を抑えて行うことができ
また、ポリエーテルアミド樹脂層をエッチングするためのマスクとなるレジストパターンをシリコン含有フォトレジストにより形成することにより、微細なエッチング残渣の発生をなくすことができるとともに、フォトリソ処理の生産性の改善を図ることができるという、
リエーテルアミド樹脂の特性を生かしつつ、しかも、微細なパターニングが要求されるインクジェットヘッドの耐インク層としての保護層、あるいは、サーマルプリントヘッドの保護膜や、半導体デバィスの保護膜として用いることが可能となり、これらデバイスの信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の実施例1に係るインクジェットヘッドの構成を示す図であり、(b)は(a)のA−A´断面図、(c)はSi基板部の模式的平面図、(d)はSi基板部の模式的断面図である。
【図2】(a)〜(c)は、本発明の実施例1に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す模式図である。
【図3】(a)〜(c)は、本発明の実施例2に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す模式図である。
【図4】基板を貫通しない異方性エッチングの例を示す模式的断面図である。
【図5】本発明の実施例2により製造されたインクジェットヘッドを用いることができるインクジェットプリント装置の一例を示す概略斜視図である。
【図6】本発明の実施例3に係るRF2.45GHzのエッチング装置を用いた場合の、ポリエーテルアミドのエッチング速度とガス組成の関係を示す図である。
【図7】本発明の実施例3に係るRF2.45GHzのエッチング装置を用いた場合の、ポリエーテルアミドのエッチング速度と圧力の関係を示す図である。
【図8】本発明の実施例3に係るRF2.45GHzのエッチング装置を用いた場合の、ポリエーテルアミドのエッチング速度とRF出力の関係を示す図である。
【図9】本発明の実施例3に係るRF13.56MHzのエッチング装置を用いた場合の、ポリエーテルアミドのエッチング速度とガス組成の関係を示す図。
【図10】5インチウエハにポリエーテルアミド樹脂(日立化成工業製HIMAL HL−12)を塗布ベークし、芝浦製作所製のバッチ式ドライエッチング装置CDE−7−4(マイクロ波電源)を用いてエッチングレートを測定した結果を示す図である。
【図11】本発明における耐インク層としての保護層の構成を説明するためのインクジェットヘッドの一部縦断面図である。
【符号の説明】
1:Si基板
2:誘電体膜
3:有機樹脂膜
4:異方性エッチングによる貫通口(インク供給口)
5:電気熱変換素子
6:吐出口
7:吐出口プレート
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionFor manufacturing method of inkjet headIt is related.
[0002]
[Prior art]
  As an etching method used for micromachining, a chemical etching technique based on a photolithography technique is mainly used. Here, as a substrate to be used, a silicon (Si) substrate (wafer) having crystal orientations of <100> and <110> planes is generally used. By performing alkaline chemical etching on the Si substrate having the above-described plane orientation, the depth (digging) direction and the width (spreading) direction can be selected with respect to the etching progress direction. Anisotropy of etching is obtained. For example, a hole having a deep and narrow shape can be formed. Further, when a substrate having a crystal orientation of <100> plane is used, the depth direction can be controlled because the depth direction is geometrically determined by the etching width. For example, etchingApplyIt is possible to obtain a hole that becomes narrower with an inclination of 54.7 ° in the depth direction from the surface. Therefore, by considering the thickness of the substrate and the etching width, the formation of holes up to the middle of the substrate can be reliably and easily controlled without penetrating the substrate (see FIG. 4).
It is well known that the etching properties described above are applied to micromachining techniques such as the manufacture of inkjet heads and pressure sensors.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, chemical etching with an alkaline etching solution is generally performed with a strong alkali for a long time, and further, during this time, heat treatment is performed.2In general, a dielectric film such as a SiN film is used.
However, since these films are usually formed as deposited films such as sputtering and CVD, it is difficult to form these films without defects, and the head or the like is defective due to this defective portion (pinhole). There was sometimes. In addition, the miniaturization of processing advances year by year, so that there are circumstances in which minute defects cannot be ignored.
As described above, in micromachining technology such as head manufacturing, the formation of a defect-free etching mask is becoming a great demand.
[0004]
  Therefore, the present invention solves the above-described problems, can use a mask material that has alkali resistance and does not cause defects such as pinholes, and can perform highly reliable etching.NaNJJTojeIt is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a lid.
[0006]
  In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that an ink jet head manufacturing method is configured as follows.
That is, the present invention is a method of manufacturing an inkjet head for discharging ink,
  Preparing a silicon substrate provided with an electrothermal conversion element for discharging ink;
  Etching the substrateApplyProviding an etching resistant mask having a desired opening pattern on the surface;
  Providing an ink supply port penetrating the substrate by anisotropically etching the substrate through the etching-resistant mask using an alkaline solution, and
  The step of providing the etching resistant mask includes:
  Applying a polyetheramide on the surface of the substrate to form a polyetheramide resin layer;
  Forming a resist pattern as a mask for etching the polyetheramide resin layer on the polyetheramide resin layer by a photolithography process;
  The opening pattern is formed in the polyetheramide resin layer by dry-etching the polyetheramide resin layer using an etching gas mainly composed of a mixed gas of oxygen and carbon tetrafluoride with the resist pattern as a mask. And a process of
  It is characterized by having.
In addition, the ink jet head manufacturing method of the present invention is characterized in that a member for forming an ink flow path is formed on the substrate..
MaIn addition, the ink jet head manufacturing method of the present invention is characterized in that the resist pattern is removed after the opening pattern is formed in the polyetheramide resin layer.
The method for producing an inkjet head of the present invention is characterized in that N-methylpyrrolidone is used as a solvent in the etching of the polyetheramide resin layer.
In addition, the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention is characterized in that the resist pattern is formed of a silicon-containing photoresist.
In the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention, the amount of carbon tetrafluoride added is 5% to 15% with respect to the flow rate of oxygen.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the configuration of the present invention described above, the polyetheramide resin used in the present invention has high strength and flexibility, high relaxation against external stress, excellent chemical resistance, acid, alkali, It is not attacked by aromatic solvents, etc., and has excellent heat resistance and moisture resistance, can be dissolved in a polar solvent to form a varnish, and can be formed at a relatively low temperature by simply blowing off the solvent. Since it is a material, for example, by using a polyetheramide resin layer as a mask when etching a substrate constituting an ink jet head, defects such as pinholes generated in the mask during mask formation can be reduced.
In addition, in the present invention, by using a two-layer structure in which a polyetheramide resin layer is formed on a dielectric layer as the mask, it is possible to reduce the above-mentioned defects and, for example, accuracy in anisotropic etching. Etching can be performed with good quality.
[0009]
In addition, since the polyetheramide resin itself has no photosensitivity, in general, a dispenser or screen printing is used to pattern the polyetheramide resin. Therefore, polyether amide resin can be used for applications such as moisture-proof coatings for electronic parts, etc., where fine patterning has never been required, but requires fine patterning. It has been difficult to use as an etching mask in a micromachining technique or the like, or as a protective film as an ink resistant layer of an ink jet recording head. This is because, in order to perform fine patterning on the polyetheramide resin, even if an attempt is made to cover the polyetheramide resin with an etching mask and dissolve the unnecessary portion with a solvent, the polyetheramide resin can be dissolved in a solvent. This is because there was no suitable masking material to withstand. However, according to the dry etching method of the polyetheramide resin layer of the present invention, since fine patterning is possible, it can be applied to a protective film as an ink-resistant layer of an ink jet recording head that requires such fine patterning. It can be used.
[0010]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example 1]
(A)-(d) is a figure which shows the structure of the inkjet head which concerns on Example 1 of this invention, (b) is AA 'sectional drawing of Fig.1 (a), (c) is the Si. A schematic plan view of the substrate portion, (d) is a schematic cross-sectional view of the Si substrate portion.
In FIG. 1A and FIG. 1B, the inkjet head includes a discharge port plate 5 provided with a discharge port 6 corresponding to the electrothermal conversion element 5, and a Si substrate for supplying ink from the back surface of the Si substrate 1. 1 includes a side shooter type ink jet head that has an ink supply port 4 opened at 1 and ejects ink substantially perpendicularly to the substrate surface.
[0011]
In FIG. 1C, an electrothermal conversion element and an ink flow path for generating thermal energy used for ink ejection shown in FIGS. 1A and 1B are provided on a substrate surface 1A on one side of the substrate 1. A forming member is formed. In addition, an ink supply port 4 as a through hole is formed in the center of the substrate 1, whereby ink can be supplied to the ink flow path on the surface 1 </ b> A side from the back surface of the substrate 1. In addition, in the same figure, the code | symbol 3 shows the polyetheramide resin layer for mask patterns formed in the manufacturing process shown below.
[0012]
  2A to 2C are schematic views showing a part of the manufacturing process of the ink jet head according to the present embodiment.
First, as shown in FIG. 2A, etching is performed using a <100> -plane Si substrate 1.ApplyA polyetheramide resin layer 3 is formed on the surface 1B side by spin coating.
In one embodiment of the present invention, a thermoplastic polyether amide (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name: HL-1200) was used as the polyether amide resin layer 3.
The above-mentioned thermoplastic polyether amide is commercially available as a solution dissolved in a solvent, and after forming this to a desired film thickness by spin coating, the solvent component is removed by heating and drying to obtain a thermoplastic polyether amide resin. Layer 3 can be formed. Here, regarding the setting of the film thickness to be applied, in view of obtaining a defect-free etching mask that is the object of the present invention, since a correlation is seen between the film thickness and the defect occurrence rate, It has been confirmed that if the film thickness is 2 μm or more, it is effective.
[0013]
Next, as shown in FIG. 2 (b), an etching mask pattern is formed by the thermoplastic polyetheramide resin layer 3. This formation is performed as follows. When the thermoplastic polyether amide used in this example is used as a material for the resin film 3, since this material is not provided with a photosensitive component, first, in order to form a pattern of the thermoplastic polyether amide, A resist pattern (not shown) is formed by photolithography using a separate photoresist.
Then, the thermoplastic polyether amide is etched using this resist pattern to form an etching mask shown in FIG. In this case, the etching of the thermoplastic polyether amide can be performed using a solvent such as dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, etc. Requires solvent.
For this reason, in this embodiment, in view of the solvent resistance to the solvent, a dry etching method using a reactive gas is used without using the solvent. As this reactive gas, O2RIE (reactive ion etching) using a gas or plasma ashing can be used.
[0014]
In dry etching using this reactive gas, the photoresist used for the mask and the thermoplastic polyetheramide are etched at approximately the same rate, so the photoresist film thickness is that of the thermoplastic polyetheramide. By making it more than twice, no problem arises.
After the thermoplastic polyether amide 3 is etched into a predetermined pattern, the photoresist is peeled off to obtain the state shown in FIG.
[0015]
  Next, as shown in FIG. 2C, the supply port 4 is formed by anisotropic etching using the thermoplastic polyetheramide resin film 3 as a mask.
In anisotropic etching, an alkaline etching solution such as KOH, NaOH, or TMAH can be used. However, the concentration of the solution, the processing temperature, the etching rate, and the smoothness of the etched surface are correlated. In this embodiment, TMAH 22 wt% was etched at a processing temperature of 80 ° C. In this case, the etching rate is about 30 to 40 μm / h.
Also, the substrate 1 is etched during the etching.ApplyIf the etching solution touches the surface opposite to the surface and causes a problem, as a protection, apply the above-mentioned thermoplastic polyether amide over the entire surface or do not touch the etching solution using a jig or the like. Measures can be taken.
[0016]
The thermoplastic polyether amide as the resin film 3 used for the etching mask after the completion of the anisotropic etching is removed as necessary. As the removing means, a solvent or a dry etching method can be used similarly to the method used for the pattern formation of the thermoplastic polyether amide described above.
As described above, by using the thermoplastic polyetheramide resin film 3 as an etching resistant mask for anisotropic etching, an ink jet head can be formed at a relatively low cost and with a simple process.
In addition, a well-known thing can be used for the process after the manufacturing process of the inkjet head shown to Fig.2 (a)-(c), Thereby, an inkjet head can be completed, The description is abbreviate | omitted. To do. The head of this embodiment is a so-called side shooter type that ejects ink in a direction perpendicular to the substrate 1.
[0017]
[Example 2]
The second embodiment of the present invention provides a more effective configuration for reducing the number of defects in the etching mask.
That is, as shown in FIGS. 3A to 3C, an etching mask is formed with a two-layer structure of the dielectric layer 2 and the polyetheramide resin layer 3.
Originally, the dielectric film 2 is reliable and generally used as an anti-etching mask for anisotropic etching. However, as described above, the dielectric film 2 is formed over the entire surface of the Si substrate 1 without defects. It is relatively difficult to form. For this reason, in this embodiment, the two-layer structure is used as described above.
[0018]
As shown in FIG. 3A, the dielectric film 2 is made of SiO.2Alternatively, SiN is formed on the entire surface of the Si substrate 1, and a polyetheramide resin layer 3 is formed thereon as in the first embodiment. A thermoplastic polyether amide is used as the polyether amide resin layer 3 and a necessary pattern is formed in the same manner as in Example 1. Then, the dielectric film 2 is etched using this pattern as a mask. As the etching means for the dielectric film 2, a known method using a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride or a dry etching method using a reactive gas can be used.
[0019]
In this embodiment, the pattern of the thermoplastic polyether amide functions as an etching mask for both dielectric film etching and anisotropic etching. However, depending on the process, the dielectric layer and the thermoplastic polyether amide may be used. It is also possible to set the pattern formation in an individual process. Such a case is effective when there is a concern of damaging the thermoplastic polyether amide by the etching solution used for the dielectric film.
As described above, it is possible to provide an etching method with good pattern accuracy and yield by using the structure of the organic resin that compensates for defects in the dielectric film and the dielectric film, which is advantageous for the adhesion of the Si substrate and the anisotropic etching solution. it can.
[0020]
FIG. 5 is a schematic perspective view showing an ink jet printing apparatus that can use the ink jet head obtained by this embodiment.
In the inkjet printing apparatus 100, the carriage 101 is slidably engaged with two guide shafts 104 and 105 extending in parallel with each other. Thereby, the carriage 101 can be moved along the guide shafts 104 and 105 by a driving force transmission mechanism (not shown) such as a driving motor and a belt for transmitting the driving force. An ink jet unit 103 having an ink jet head and an ink tank as an ink container for storing ink used in the head is mounted on the carriage 101.
[0021]
The ink jet unit 103 includes a head for discharging ink and a tank as a container for storing ink supplied to the head. That is, the inkjet unit 103 includes four heads that respectively eject four colors of ink of black (Bk), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y), and tanks that are provided corresponding to the four heads. Is mounted on the carriage 101. Each head and tank are detachable from each other, and are provided so that only the tank can be exchanged for each individual ink color as necessary when the ink in the tank runs out. Of course, only the head can be replaced as needed. It should be noted that the configuration of attaching and detaching the head and tank is not limited to the above example, and it is needless to say that the head and the tank may be integrally formed.
[0022]
A paper 106 as a print medium is inserted from an insertion port 111 provided at the front end of the apparatus, and finally its conveyance direction is reversed, and is conveyed to the lower part of the moving area of the carriage 101 by the feed roller 109. As a result, printing is performed from the head mounted on the carriage 101 to the print area on the paper 106 supported by the platen 108 as the head moves.
[0023]
As described above, printing is performed on the entire sheet 106 while alternately repeating printing with a width corresponding to the width of the ejection opening array of the head accompanying the movement of the carriage 101 and feeding of the sheet 106. To be discharged.
At the left end of the movable area of the carriage 101, there is provided a recovery system unit 110 that can be opposed to each head on the carriage 101 at the lower part thereof. In addition, it is possible to perform an operation such as sucking ink from the ejection port of each head. The predetermined position at the left end is set as the home position of the head.
On the other hand, an operation unit 107 including a switch and a display element is provided at the right end of the apparatus. The switches here are used when the apparatus power is turned on / off or various print modes are set, and the display element serves to display various states of the apparatus.
[0024]
[Example 3]
In the following, further preferred embodiments to which the method for dry etching of the polyetheramide resin of the present invention is applied will be described.
The polyether amide resin is used as a protective film as an ink resistant layer of the ink jet head, for example, as a protective layer formed on the substrate of the ink jet head including the heat acting portion as shown in FIG. When an opening is formed in a layer by etching, if a residue due to etching exists on the anti-cavitation layer forming the heat acting portion, the foaming becomes unstable or the discharge amount fluctuates, and ink jet recording is performed. The ejection performance of the head is adversely affected. In particular, in recent ink jet recording heads aiming to improve printing quality by flying in the form of minute liquids, even minute residues that have not been considered a problem in the past have become ignorable.
[0025]
In the dry etching method described above, the etching rate is small and the throughput is not so high. However, when the substrate temperature is increased in order to increase the etching rate, there is a problem in that the resist is denatured by the heat at which the substrate temperature has increased, and the resist cannot be removed with a general stripping solution. In particular, in the case of such dry etching, a thin film-like residue that cannot be removed by etching or a removing solution is generated on the etched surface, so that finer processing is required and further improvement in printing quality is required. As a desired etching method for the protective layer of an ink jet head, it is not suitable for use as it is.
On the other hand, according to the dry etching method of the polyether amide resin of this example, that is, the dry etching method in which etching is performed with an etching gas mainly composed of a mixed gas of oxygen and carbon tetrafluoride, the temperature rise of the substrate is suppressed. The etching rate as small as about 1000 Å / min in the case of using conventional oxygen plasma can be greatly improved without generating an etching residue.
[0026]
Next, Example 3 in which such a polyetheramide resin is applied to a dry etching method will be described in detail.
In Example 3, first, HIMAL HL-1200 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was applied as a polyether amide with a spinner, pre-dried at 90 ° C. for 30 minutes, and further dried at 250 ° C. as a sample. The etching rate of etching was determined.
The film thickness was measured with an optical film thickness meter.
[0027]
The measurement results of the etching rate are shown in FIGS.
6 to 8 are data performed using an etching apparatus having an RF frequency of 2.46 GHz. FIG. 6 shows the relationship between the gas composition and the etching rate, FIG. 7 shows the relationship between the pressure and the etching rate, and FIG. 8 shows the RF output. And the etching rate.
FIG. 9 shows the relationship between the gas composition and the etching rate when an anode coupling etching apparatus is used at an RF frequency of 13.56 MHz.
CFFourIt can be seen that the etching rate is remarkably improved by adding.
[0028]
For gas composition, CFFourAlthough the addition amount of O can be arbitrarily changed, it is O from the viewpoint of a rice cake and a residue.2It is preferable to add 2% or more with respect to the flow rate. CFFourRegarding the direction of increasing the amount of addition, the base composition may be etched at the time of overetching, so the gas composition takes into account the base (especially, the base is easily treated with silicon, silicon oxide film, nitride film, etc.). It is necessary to select.
CFFourIf excessively added, the etching rate becomes lower than that when no additive is added. Therefore, it is preferable to set the oxygen flow rate within 30%. A range of 5% to 15% is particularly preferable. As for the gas pressure, select stable conditions according to the characteristics of the equipment. Generally, it is performed in the range of 10 Pa to 300 Pa.
Appropriate conditions are selected for the gas flow rate and RF power according to the characteristics of the apparatus. Needless to say, an inert gas such as nitrogen can be added to oxygen or carbon tetrafluoride as an etching gas in order to stabilize the plasma or improve the etching rate.
[0029]
Next, patterning was performed using a resist as a mask, and the patterning characteristics were evaluated.
First, HIMAL HL-1200 was applied to a silicon wafer (6 inches) by 2 μm with a spinner and dried under the above conditions, and resist was patterned using OFPR-800 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) as a resist.
The resist film thickness was 5 μm.
As an etching condition, an etching apparatus having an RF frequency of 2.46 GHz is used, and O 2 is used as an etching gas.2  1000sccm, CFFour  Etching was performed at a pressure of 50 Pa and an RF power of 500 W at 100 sccm.
Also, using the same sample, RF frequency 13.56MHz 0.8W / cm2As an etching gas, O2  100 sccm, CFFour  Etching was performed at a pressure of 50 Pa and a stage temperature of 50 ° C. with 10 sccm.
[0030]
As a result, no etching residue was generated, the patterning was good, and the resist could be removed without any problem. At this time, the maximum temperature reached by the substrate was 90 ° C. and 80 ° C.
The resist was peeled off by applying a stripping solution 1112A (manufactured by Shipley Co., Ltd.) at room temperature with ultrasonic waves. As for the patterning accuracy, it finished to −2 μm with respect to the resist pattern width, and the variation was as good as about ± 10%.
[0031]
[Example 4]
Conventionally, as a mask for dry etching, a novolak positive photoresist has been used from the viewpoint of dry etching resistance and fine workability. This novolac positive photoresist is used as an etching mask for polyamide resin. Although not sufficient in terms of etching selectivity (etching rate similar to that of polyamide resin), the conventional photolitholine can be used as it is, and the above-mentioned drawbacks are addressed by increasing the film thickness. For example, when etching 2 [mu] m of polyamide, a novolac positive resist having a thickness of about 5 to 8 [mu] m was used. Therefore, the exposure and development time of the photoresist is long, and there is a problem in productivity. On the other hand, according to the etching mask of the silicon-containing photoresist of the embodiment, a high-quality micro droplet inkjet recording head can be produced with high productivity regardless of whether it is a side shooter type or an edge shooter type. It becomes possible.
[0032]
Further, in the method for dry etching of polyetheramide resin of the present invention, means using a silicon-containing photoresist as an etching mask is applied to a dry etching apparatus using a plasma excitation method by batch-type (multi-sheet processing) microwave discharge. By doing so, it becomes possible to remarkably improve the productivity of patterning as compared with the conventional one.
Conventionally, it has been known that when a plurality of processed objects are processed in the same manner by the above-described dry etching apparatus, there is a loading effect in which the etching rate changes depending on the number of processed sheets (processing area). Even when the polyetheramide resin is used for patterning, the peak of the etching rate shifts due to the influence of such loading, and the influence of the loading is almost eliminated when the etching area is 5 inches or less.
Such a tendency is similarly observed when the polyetheramide resin is dry-etched with a mixed gas of oxygen and carbon tetrafluoride.
In FIG. 10, polyether amide resin (HIMAL HL-1200, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) is applied and baked on a 5-inch wafer, and etching is performed using a batch type dry etching apparatus CDE-7-4 (microwave power source) manufactured by Shibaura Seisakusho. It is the result of measuring the rate.
Etching was performed for 1 minute, and the film thickness was measured by an optical method. Etching conditions are CFFourAnd O2And the total flow rate is fixed at 900 sccm, CFFourThe addition amount of was covered. Power and pressure are fixed at 700W and 50Pa. Wafer loading (processing amount per batch) was changed to 0.5 W (wafer), 1 W, 3 W, and 5 W.
As is apparent from FIG. 10, the composition has a peak at a certain composition, and the carbon tetrafluoride is insufficient at the left side of the peak and the rate is reduced, and conversely, the supply of carbon tetrafluoride is excessive at the right side from the peak. Go down. That is, the peak position differs depending on the number of processed sheets.
Therefore, when performing polyetheramide resin etching using a batch-type etching apparatus, a dummy having almost the same form as the processing object is put in and etching is performed in accordance with the number of processed sheets, or the etching gas composition and etching are determined depending on the number of processed sheets. It is necessary to deal with the situation at different times.
However, in the dry etching method of the polyetheramide resin of the present invention, the means using a silicon-containing photoresist as an etching mask is applied to a dry etching apparatus using a plasma excitation method by batch type (multiple processing) microwave discharge. By doing so, it is possible to realize the patterning of the polyetheramide resin at a high throughput without taking the above-described means for reducing the productivity.
[0033]
Hereinafter, Example 4 will be described in more detail.
In Example 4, 2 μm of HIMAL HL-1200 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was applied as a polyether amide with a spinner, pre-dried at 90 ° C. for 30 minutes, and further dried at 250 ° C. Further, for example, FH-SP (trade name) manufactured by Fuji Hunt Electronics Technology Co., Ltd. was applied as a Si-containing resist with a 1 μm spinner, and patterning was performed under the following conditions.
▲ 1 ▼ Pre-baking oven 90 ℃ × 20 minutes
(2) Exposure PLA-600F (Canon) 400mj / cm2
(3) Development Positive resist developer NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka
Room temperature dip 25 seconds
▲ 4 ▼ Rinse pure water 1 minute
▲ 5 ▼ Drying Rincer dryer
The Si-containing resist is composed of an alkali-soluble silicone polymer as a polymer and a naphthoquinone diazide type as a photosensitive material, and the Si content of the base polymer is about 20%. Basically, the Si-containing photoresist can be processed as it is with a normal novolac positive resist line, and no new equipment is required.
[0034]
Since the conventional novolac positive resist has an etching rate comparable to that of the polyetheramide resin, the film thickness is 5 to 8 μm. Therefore, the exposure time is long, the development time is long, and the productivity is difficult. By using a Si-containing resist, the etching resistance is drastically improved and the coating film thickness is only about 1 μm. Therefore, the exposure time is 1/4 and the development time is 1/5, and the productivity of patterning is remarkably increased. Improved.
[0035]
Next, etching was performed with a dry etching apparatus CDE-7-4 using a microwave manufactured by Shibaura Seisakusho. Etching conditions are as follows.
(1) Gas CFFour/ O2= 85sccm / 815sccm
(2) Etching pressure 50Pa
(3) Power 700W (2.45GHz)
▲ 4 ▼ Time 2 minutes
(Loading 5 inch wafers, etching area is 5 inch wafer × 0.3) The film slip after etching is about 0.1 μm, which is a satisfactory level. Since the Si-containing photoresist is hardly etched, consumption of etching species in the resist portion is small, and the etching rate of the polyether amide is improved accordingly. It was possible to process in about 1/3 of the time when using a conventional resist. After etching, the resist was peeled off, and the etched surface was observed with an SEM, but it was satisfactorily etched without generation of speckled minute residues.
[0036]
As in this example, when polyether amide resin is used as a protective layer (when the etching area is small), etching is performed in one wafer processing to four wafer processing / batch under the same conditions as five wafer processing / batch. Could be done. This is because the silicon-containing resist is hardly etched and does not affect the etching characteristics unlike a novolac-based positive resist, so that etching can be performed under the same conditions for processing one to five wafers.
In addition to the above, the Si-containing photoresist includes a negative resist. For example, there is SNR (silicon negative resist) manufactured by Tosoh Corporation.
[0037]
[Example 5]
In Example 5, the dry etching method of Example 4 described above was applied to an inkjet head.
In this example, a protective film as an ink-resistant layer made of a polyetheramide resin layer was formed on a substrate of an inkjet head including a heater portion disposed on the substrate and a heat acting portion formed by a cavitation-resistant layer. . At that time, for example, 2 μm of HIMAL HL-1200 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) is applied as a polyetheramide resin, patterning is performed by the method of Example 4, and an opening is formed by etching in the protective layer on the heat acting part. did. When this portion was observed with an SEM after etching, no residue was found due to etching on the anti-cavitation layer forming the heat acting portion.
Next, an ink discharge port and an ink supply port with an ink discharge amount of 8 pl were formed, and the foaming state and discharge state of the heater were observed and the printing was checked. There was no abnormality.
[0039]
【The invention's effect】
  As explained above, according to the present invention,,IBy using a polyetheramide resin layer as a mask when etching the substrate constituting the ink jet head, defects such as pinholes generated in the mask can be reduced during mask formation..
MaThe main departureClearlyAccording to this, the patterning of the polyetheramide resin layer can be performed with high throughput and high accuracy, and without causing an etching residue and suppressing an increase in the substrate temperature.,
  Also,A resist pattern that serves as a mask for etching the polyetheramide resin layer is formed using a silicon-containing photoresist.As a result, the generation of fine etching residues can be eliminated, and the productivity of photolithographic processing can be improved.The
  PoWhile making use of the properties of the polyetheramide resin, fine patterning is required.RuNJJTojeIt can be used as a protective layer as an ink-resistant layer of a head, a protective film of a thermal print head, or a protective film of a semiconductor device, and the reliability of these devices can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are diagrams showing a configuration of an inkjet head according to a first embodiment of the invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1A, and FIG. A schematic plan view of the Si substrate portion, (d) is a schematic cross-sectional view of the Si substrate portion.
FIGS. 2A to 2C are schematic views illustrating the manufacturing process of the ink jet head according to the first embodiment of the invention. FIGS.
FIGS. 3A to 3C are schematic views illustrating manufacturing steps of the ink jet head according to the second embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of anisotropic etching that does not penetrate the substrate.
FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating an example of an ink jet printing apparatus that can use the ink jet head manufactured according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the etching rate of polyetheramide and the gas composition when using an RF 2.45 GHz etching apparatus according to Example 3 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the etching rate of polyetheramide and the pressure when an RF 2.45 GHz etching apparatus according to Example 3 of the present invention is used.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the etching rate of polyetheramide and the RF output when the RF 2.45 GHz etching apparatus according to Example 3 of the present invention is used.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the etching rate of polyetheramide and the gas composition when using an RF 13.56 MHz etching apparatus according to Example 3 of the present invention.
FIG. 10: Polyamide amide resin (HIMAL HL-12 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) is applied and baked on a 5-inch wafer, and etching is performed using a batch type dry etching apparatus CDE-7-4 (microwave power source) manufactured by Shibaura Seisakusho. It is a figure which shows the result of having measured the rate.
FIG. 11 is a partial longitudinal sectional view of an ink jet head for explaining a configuration of a protective layer as an ink resistant layer in the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Si substrate
2: Dielectric film
3: Organic resin film
4: Through hole (ink supply port) by anisotropic etching
5: Electrothermal conversion element
6: Discharge port
7: Discharge port plate

Claims (6)

インクを吐出するためのインクジェットヘッドの製造方法であって、
インクを吐出するための電気熱変換素子を備えたシリコン基板を用意する工程と、
該基板のエッチングを施す面に所望の開口パターンを有する耐エッチングマスクを設ける工程と、
該耐エッチングマスクを介して前記基板をアルカリ系の溶液を用いて異方性エッチングすることで前記基板を貫通するインク供給口を設ける工程と、を備え、
前記耐エッチングマスクを設ける工程は、
前記基板の面上にポリエーテルアミドを塗布することにより、ポリエーテルアミド樹脂層を形成する工程と、
前記ポリエーテルアミド樹脂層上に前記ポリエーテルアミド樹脂層をエッチングするためのマスクとなるレジストパターンをフォトリソグラフィー工程により形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして酸素及び四フッ化炭素の混合ガスを主たる成分とするエッチングガスを用いて前記ポリエーテルアミド樹脂層をドライエッチングすることにより、前記ポリエーテルアミド樹脂層に前記開口パターンを形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
A method of manufacturing an inkjet head for discharging ink,
Preparing a silicon substrate provided with an electrothermal conversion element for discharging ink;
A step of the surface to be etched of the substrate providing the etching-resistant mask having a desired opening pattern,
Providing an ink supply port penetrating the substrate by anisotropically etching the substrate through the etching resistant mask using an alkaline solution, and
The step of providing the etching resistant mask includes:
Applying a polyetheramide on the surface of the substrate to form a polyetheramide resin layer;
Forming a resist pattern as a mask for etching the polyetheramide resin layer on the polyetheramide resin layer by a photolithography process;
The opening pattern is formed in the polyetheramide resin layer by dry-etching the polyetheramide resin layer using an etching gas mainly composed of a mixed gas of oxygen and carbon tetrafluoride with the resist pattern as a mask. And a process of
A method of manufacturing an ink jet head, comprising:
前記基板には、インク流路形成用の部材が形成されることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッドの製造方法。  2. The ink jet head manufacturing method according to claim 1, wherein a member for forming an ink flow path is formed on the substrate. 前記エッチングマスクとなる前記ポリエーテルアミド樹脂層に前記開口パターンを形成した後、前記レジストパターンを除去することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェットヘッドの製造方法。After forming the opening pattern on the polyether amide resin layer serving as the etching mask, ink jet head manufacturing method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the resist pattern is removed. 前記ポリエーテルアミド樹脂層のエッチングにおいて、溶剤としてN−メチルピロリドンを使用することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。Wherein in the etching of the polyether amide resin layer, ink jet head manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, characterized by the use of N- methylpyrrolidone as a solvent. 前記レジストパターンはシリコン含有フォトレジストにより形成されることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。The resist pattern manufacturing method for an inkjet head according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is formed of silicon-containing photoresist. 前記四フッ化炭素の添加量は、前記酸素の流量に対して、5%から15%以内であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。The amount of carbon tetrafluoride, relative flow rate of the oxygen process for manufacturing an ink jet head according to any one of claims 1 to 5, characterized in that from 5% or within 15%.
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