JP4433710B2 - 微小中空体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小中空体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録ヘッドの製造方法として、従来より基板上に溶解可能なレジストによってインク流路の雄型を形成し、樹脂で被覆したのちレジストを溶出させることで、切断加工を行なわずにインク流路を形成する技術が存在する（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
また、ここでは、フィルム状の溶解可能なレジストが用いられる方法についても開示されているが、液状の溶解可能なレジストをスピンコート法により形成する技術も知られている。
【０００３】
従来のインクジェット記録ヘッドの製造方法について図面を用いて具体的に説明する。図５及び図６は、従来のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す概略断面図である。
まず、液体吐出エネルギー発生素子１０２を有する基板１０１上に、フィルム状の可溶性樹脂をラミネートする、或いは、液状の可溶性樹脂をスピンコート法により塗布し、ベーキングすることでレジストを固化させて、可溶性樹脂層１０３を形成する（図５（ａ））。なお、この可溶性樹脂とは、固化した後においても適当な溶剤により溶解可能な性質を有するものである。
【０００４】
次に、可溶性樹脂層１０３上に、スピンコート層によりＳｉ含有レジスト１０４を塗布し、ベーキングすることで固化させ、露光現像を行うことで、Ｓｉ含有レジストによりインク室パターンを形成する（図５（ｂ））。
そして、Ｓｉ含有レジスト１０４をマスクとして、可溶性樹脂層１０３を選択エッチングし、可溶性樹脂層１０３にインク室パターンを形成した後、剥離液によりＳｉ含有レジスト１０４を除去する（図５（ｃ））。Ｓｉ含有レジスト１０４を除去するときは残渣が残らないようにするが、可溶性樹脂層１０３が剥れず、かつ、完全に除去するのは、非常に困難である。
【０００５】
その後、可溶性樹脂層１０３からなるインク室パターン上に、フィルム状の被覆樹脂をラミネートする、或いは、液状の被覆樹脂をスピンコート法により塗布し、ベーキングすることでレジストを固化させて、被覆樹脂層１０５を形成する（図５（ｄ））。
そして、被覆樹脂層１０５上に、スピンコート層によりＳｉ含有レジストを塗布し、ベーキングすることで固化させ、露光現像を行うことで、Ｓｉ含有レジスト１０６によりインク吐出口パターンを形成する（図５（ｅ））。
【０００６】
次に、酸素プラズマを用いて、Ｓｉ含有レジスト１０６をマスクとして、被覆樹脂層１０５を選択エッチングすることで、インク吐出口１０７を形成する（図６（ｆ））。
その後、基板１０１の裏面からエッチングすることにより、インク供給のためのインク供給口１０８を形成する。そして、図６（ｆ）の状態の部材を、除去液（有機リムーバー）に浸漬することで、可溶性樹脂層１０３のインク室パターンが除去され、インク供給口１０８からインク吐出口１０６までのインク室（インク流路）１０９が形成される（図６（ｇ））。
【０００７】
ここで、図６（ｆ）に示すように、酸素プラズマを使ったパターン形成（ドライエッチング）によりインク吐出口１０７を形成する際、つまり、酸素プラズマを使ったエッチングにより、被覆樹脂層１０５の所定の部分を除去しインク吐出口１０７を形成しようとする場合、オーバーエッチングにより可溶解性樹脂層１０３を削り込んでしまうことがある。この時、酸素プラズマのエッチングに晒された可溶解性樹脂層１０３は変質してしまい、除去液により溶解し難くなる部分ができてしまう。これにより、インク室（インク流路）１０９の内部には、可溶解性樹脂層１０３の残渣（エッチング残渣）が発生する。その結果、エッチング残渣の存在により、インクの流路が不均一となり、インクの吐出が不安定となる問題を有していた。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０５−３３００６６号公報
【特許文献２】
特開平０６−２８６１４９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、エッチング残渣の発生を防止する微小中空体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、
＜１＞ 機能性素子及び第１の開口部を有する基板と、該機能性素子上に設けられ、第２の開口部を有する樹脂製中空部材と、を備えた微小中空体の製造方法であって、
前記基板上に、可溶性樹脂からなる第１の樹脂層、無機層、及び前記機能性素子上を覆うようにパターニングした第１のレジスト膜を、この順に形成する工程と、
該第１のレジスト膜をマスクとして前記無機層を部分的に除去する工程と、
前記無機層の残留部分をマスクとして前記第１の樹脂層を部分的に除去すると共に、前記第１のレジスト膜を除去する工程と、
前記無機層上に、第２の樹脂層及び前記第２の開口部をパターニングした第２のレジスト膜をこの順に形成する工程と、
該第２のレジスト膜をマスクとして前記第２の樹脂層を前記無機層が露出するまで除去し、前記第２の開口部を形成する工程と、
前記無機層の露出した部分を除去する工程と、
前記第１の樹脂層が形成された基板の反対面から第１の開口部を形成する工程と、
前記第１の開口部を用いて前記第１の樹脂層及び残留した前記無機層を溶解除去する工程と、
を順番に実施することを特徴とする微小中空体の製造方法である。
【００１１】
＜２＞ 前記無機層は、シリコン酸化膜からなることを特徴とする＜１＞に記載の微小中空体の製造方法である。
【００１２】
＜３＞ 前記第２の樹脂層と前記第２のレジスト膜との間に、第３のレジスト膜が形成されることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の微小中空体の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の微小中空体の製造方法は、機能性素子及び第１の開口部を有する基板と、該機能性素子上に設けられ、第２の開口部を有する樹脂製中空部材と、を備えた微小中空体の製造方法であって、
前記基板上に、可溶性樹脂からなる第１の樹脂層、無機層、及び前記機能性素子上を覆うようにパターニングした第１のレジスト膜を、この順に形成する工程と、
該第１のレジスト膜をマスクとして前記無機層を部分的に除去する工程と、
前記無機層の残留部分をマスクとして前記第１の樹脂層を部分的に除去すると共に、前記第１のレジスト膜を除去する工程と、
前記無機層上に、第２の樹脂層及び前記第２の開口部をパターニングした第２のレジスト膜をこの順に形成する工程と、
該第２のレジスト膜をマスクとして前記第２の樹脂層を前記無機層が露出するまで除去し、前記第２の開口部を形成する工程と、
前記無機層の露出した部分を除去する工程と、
前記第１の樹脂層が形成された基板の反対面から第１の開口部を形成する工程と、
前記第１の開口部を用いて前記第１の樹脂層及び残留した前記無機層を溶解除去する工程と、
を順番に実施することを特徴とする。
【００１６】
このような、本発明の微小中空体の製造方法によれば、可溶性樹脂からなる第１の樹脂層は、無機層により被覆された状態で、第２の開口部が形成されることになる。これにより、第２の開口部をパターニングする際に用いられるレジスト膜を除去しても、この無機層の存在により、可溶性樹脂層はエッチングに晒されず、変質しないことになる。つまり、エッチング残渣の発生を防止することができる。
【００１７】
本発明の微小中空体の製造方法において、無機層は、少なくとも、可溶性樹脂層のエッチング防止機能を有していれば如何なるものをも使用することができるが、具体的には、シリコン酸化膜、Ａｌ（アルミニウム）膜、Ａｌを主体とする金属膜からなることが好ましい。中でも、無機層としては、着膜が容易で、かつ除去性に優れ、微小中空体内壁に残ってもゴミなどの発生源になりにくい、シリコン酸化膜が好適である。
【００１８】
また、無機層の厚さは、０．０５〜２．０（μｍ）の範囲であることが好ましく、０．１〜１．０（μｍ）の範囲であることがより好ましく、０．５〜０．８（μｍ）の範囲であることが更に好ましい。無機層が薄すぎると、エッチング防止機能の発現が困難となる場合がある。対して、無機層が厚すぎると、その後の除去時間が長時間となり、十分除去しきれなかったり、除去操作による二次障害により可溶性樹脂層にダメージを与えてしまう場合がある。
【００１９】
更に、本発明の微小中空体の製造方法において、第２の樹脂層と第２のレジスト膜との間に、第３のレジスト膜が形成されることが好ましい態様となる。これは、第２のレジスト膜としてＳｉ含有レジスト膜が使用される場合、該Ｓｉ含有レジスト膜の物性上、非常に除去し難いという問題があったが、Ｓｉ含有レジスト膜より除去しやすい他のレジスト膜（第３のレジスト膜）を第２の樹脂層との間に設けることで、他のレジスト層が除去される際、Ｓｉ含有レジスト膜が一緒に除去され、この問題を解決することができるため、好ましい態様となる。
【００２０】
以下、本発明の微小中空体の製造方法についてより詳細に説明するが、ここでは、微小中空体の用途として好適である、インクジェット記録ヘッドの製造方法を例として説明する。
まず、図４には、本発明の微小中空体の製造方法により製造されたインクジェット記録ヘッドが示されている。
図４に示されるインクジェット記録ヘッドは、ヒータ（機能性素子）２及びボンディングパッド３が設けられ、インク供給口（第１の開口部）１２を有する基板１と、インク吐出口（第２の開口部）１０を有する第２の樹脂層７からなる樹脂製中空部材と、を備え、インク供給口１２とインク吐出口１０との間にインク室（中空部位）１３が形成されている。
このようなインクジェット記録ヘッドの製造方法の具体例について、詳細に説明する。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
図１及び図２は、本発明の微小中空体の製造方法の第１の実施形態を示す概略断面図である。
図１（ａ）に示すように、ヒータ２及びボンディングパッド３が設けられた基板１上に、回転塗布、若しくは、ラミネートにより可溶性樹脂（ＰＭＧＩレジスト、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製）からなる第１の樹脂層４を形成する。
続けて、図１（ｂ）に示すように、ＳＯＧ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ、有機ＳＯＧ、東京応化工業製）を回転塗布し、厚さ０．５（μｍ）無機層５を形成し、更に、フォトレジスト（東京応化製、ＯＦＰＲ−８００）を回転塗布し第１のレジスト膜６を形成した後、露光現像を行い、第１のレジスト膜６にインク室パターン及びボンディングパッド保護パターンを形成する。
【００２２】
そして、図１（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜６をマスクとして、無機層５をＣＦ系ガスでドライエッチングする。
続けて、図１（ｄ）に示すように、無機層５をマスクとして、酸素プラズマで第１の樹脂層４を選択エッチングして、第１の樹脂層４及び無機層５からなるインク室パターン４１、５１及びボンディングパッド保護パターン４２、５２を形成する。
この時、酸素プラズマにより、第１の樹脂層４の選択エッチングとともに、無機層５をパターニングするために形成した第１のレジスト膜６も同時に除去されるため、除去工程は不要となる。
また、図１（ｃ）及び図１（ｄ）の工程におけるエッチングは、同一のエッチング装置によりガスの切り替えのみで連続的に行われるため、工数の増大とはならない。
【００２３】
その後、図１（ｅ）に示すように、形成されたインク室パターン４１、５１及びボンディングパッド保護パターン４２、５２上に、被覆樹脂（ＳＵ−８、ＭｉｃｏｒＣｈｅｍ社製）を回転塗布し、第２の樹脂層７を形成する。なお、第２の樹脂層７を形成する際には、被覆樹脂を回転塗布だけでなく、ドライフィルムのラミネートにより行なわれても問題ない。
そして、図１（ｆ）に示すように、第２の樹脂層７上に、フォトレジスト（東京応化製、ＯＦＰＲ−８００）を回転塗布し第３のレジスト膜８を形成し、続けて、Ｓｉ含有レジスト（富士フイルムアーチ製）を回転塗布し第２のレジスト膜９を形成した。そして、第２のレジスト膜９を、露光現像し、インク吐出口パターン（第２の開口部）及びボンディングパッド開口パターンを形成する。
【００２４】
その後、図２（ｇ）に示すように、第２のレジスト膜９をマスクとして、第２の樹脂層７を無機層５が露出するまで酸素プラズマによりドライエッチングすることにより、インク吐出口１０及びボンディングパッド開口１１を形成する。
なお、この際、無機層５がエッチングのストッパーとなるため、オーバーエッチング時の第１の樹脂層４の削り込み防止となり、残渣が無い状態でエッチングを終了できる。
続いて、図２（ｈ）に示すように、第２のレジスト膜９をマスクとして、無機層５を、ＣＦ系ガスによるドライエッチング、または、フッ酸処理にてエッチング除去する。
【００２５】
そして、図２（ｉ）に示すように、有機リムーバ（剥離液）により、第２の樹脂層７上に残留している第２のレジスト膜９及び第３のレジスト膜８を除去する。Ｓｉ含有レジストからなる第２のレジスト膜９は、下地となる第３のレジスト膜８から除去されるため残渣もなく除去される。
【００２６】
次いで、図２（ｊ）に示すように、基板１の裏面から、ＫＯＨ或いはＴＭＡＨ（水酸化アンモニウム）からなるエッチング液によりエッチングして、インク供給のための、インク供給口１２を形成する。
そして、図２（ｊ）の状態の部材を、レジスト除去液に浸漬することにより、第１の樹脂層４からなるインク室パターン４１を除去し、インク供給口１２からインク吐出口１０までのインク室を形成すると共に、ボンディングパッド３を露出させることによって、図４に示されるようなインクジェット記録ヘッドが作製される。
なお、第１の樹脂層４からなるインク室パターン４１を除去する際、残留した無機層５も除去される。
【００２７】
〔参考の実施形態〕
図３は、本発明の微小中空体の製造方法の参考の実施形態を示す概略断面図である。なお、微小中空体の製造方法の第２の実施形態においては、無機層５は、厚さ０．２（μｍ）のＡｌ（アルミニウム）からなる層であり、スパッタ法により形成した。また、微小中空体の製造方法の第２の実施形態においては、第２のレジスト膜９をマスクとして、第２の樹脂層７を無機層５が露出するまで酸素プラズマによりドライエッチングすることにより、インク吐出口１０及びボンディングパッド開口１１を形成する（図１（ａ）〜図２（ｇ））までは、第１の実施形態と同じである。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、第２のレジスト膜９をマスクとして、第２の樹脂層７を無機層５が露出するまで酸素プラズマによりドライエッチングすることにより、インク吐出口１０及びボンディングパッド開口１１を形成する。
なお、この際、Ａｌ（アルミニウム）からなる無機層５が、エッチングのストッパーとなるため、オーバーエッチング時の第１の樹脂層４の削り込み防止となり、残渣が無い状態でエッチングを終了できる。
【００２９】
続いて、図３（ｂ）に示すように、有機リムーバ（剥離液）により、第２の樹脂層７上に残留している第２のレジスト膜９及び第３のレジスト膜８を除去する。Ｓｉ含有レジストからなる第２のレジスト膜９は、下地となる第３のレジスト膜８から除去されるため残渣もなく除去される。
そして、Ａｌ（アルミニウム）からなる無機層５をリン酸混合液（リン酸、硝酸、酢酸の混合液）を用いて、５０〜６０℃の条件で除去する。
【００３０】
次いで、図３（ｃ）に示すように、基板１の裏面から、ＫＯＨ或いはＴＭＡＨ（水酸化アンモニウム）からなるエッチング液によりエッチングして、インク供給のための、インク供給口１２を形成する。
そして、図３（ｃ）の状態の部材を、レジスト除去液に浸漬することにより、第１の樹脂層４からなるインク室パターン４１を除去し、インク供給口１２からインク吐出口１０までのインク室を形成すると共に、ボンディングパッド３を露出させることによって、図４に示されるようなインクジェット記録ヘッドが作製される。
【００３１】
第１及び参考の実施形態では、可溶性樹脂からなる第１の樹脂層４上の全面に無機層５が形成されている状態で、インク室パターンを形成するための酸素プラズマによるドライエッチングが行なわれる。ここで、無機層５は、かかるドライエッチングの際のエッチングストッパーとして機能することから、第１の樹脂層４が酸素プラズマによるに晒されることがなく、第１の樹脂層４の変性を防止することができる。その結果、第１の樹脂層４からなるインク室パターン４１及びボンディングパッド保護パターン４２は、容易にかつ正常に除去され、エッチング残渣は発生しないこととなる。
【００３２】
なお、第１及び第２の実施形態において、第１の樹脂層４によるインク室パターン４１の形成をドライエッチングによって行なったが、感光性のレジスト層を用いることにより、フォトリソグラフィーによって形成することも可能である。
【００３３】
このように、本発明の微小中空体の製造方法により製造された微小中空体（本発明の微小中空体）は、上述のように、無機層の存在により、可溶性樹脂からなる第１の樹脂層が容易かつ正常に除去されることから、エッチング残渣は発生しないことになる。その結果、第１の樹脂層４が除去されてなる中空内部には、不均一な凹凸が形成されることはない。
なお、本発明の微小中空体は、後述するインクジェット記録ヘッドとして好適であるが、樹脂材料をつかった中空体構造をとるマイクロマシン分野、例えば、静電マイクロモータ、マイクロギアなどの作製技術としても好ましく用いることができる。
【００３４】
次に、本発明の微小中空体を用いたインクジェット記録ヘッド（本発明のインクジェット記録ヘッド）について説明する。
本発明のインクジェット記録ヘッドは、発熱抵抗体を有する基板と、該発熱抵抗体上に設けられ、インク吐出口を有する樹脂製ノズル体と、を備える中空部材からなるインクジェット記録ヘッドであって、
該中空部材が、上述の本発明の微小中空体であることを特徴とする。
【００３５】
このような本発明のインクジェット記録ヘッドは、本発明の微小中空体を用いることから、インク室内部においてエッチング残渣に起因する不均一な凹凸がなく、インク供給口からインク室を経由してインク吐出口までのインクの流路抵抗を均一にすることができる。その結果、インクの吐出を安定に行うことができるという効果を有する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチング残渣の発生を防止する微小中空体の製造方法、及び該製造方法により製造される微小中空体を提供することができる。
また、エッチング残渣がなく、インクの流路が均一でインク吐出が安定して行えるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す概略断面図である。
【図２】 第１の本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す概略断面図である。
【図３】 参考の本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す概略断面図である。
【図４】 本発明の微小中空体の製造方法により製造されたインクジェット記録ヘッドを示す概略断面図である。
【図５】 従来のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す概略断面図である。
【図６】 従来のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ヒータ（機能性素子）
３ ボンディングパッド
４ 可溶性樹脂からなる第１の樹脂層
５ 無機層
６ 第１のレジスト膜
７ 被覆樹脂からなる第２の樹脂層
８ 第３のレジスト膜
９ 第２のレジスト膜
１０ インク吐出口（第２の開口部）
１１ ボンディングパッド開口
１２ インク供給口（第１の開口部）
１３ インク室
１０１ 基板
１０２ 液体吐出エネルギー発生素子
１０３ 可溶性樹脂層
１０４ Ｓｉ含有レジスト
１０５ 被覆樹脂層
１０６ Ｓｉ含有レジスト１０６
１０７ インク吐出口
１０８ インク供給口
１０９ インク室

Claims (3)

1. 機能性素子及び第１の開口部を有する基板と、該機能性素子上に設けられ、第２の開口部を有する樹脂製中空部材と、を備えた微小中空体の製造方法であって、
   前記基板上に、可溶性樹脂からなる第１の樹脂層、無機層、及び前記機能性素子上を覆うようにパターニングした第１のレジスト膜を、この順に形成する工程と、
   該第１のレジスト膜をマスクとして前記無機層を部分的に除去する工程と、
   前記無機層の残留部分をマスクとして前記第１の樹脂層を部分的に除去すると共に、前記第１のレジスト膜を除去する工程と、
   前記無機層上に、第２の樹脂層及び前記第２の開口部をパターニングした第２のレジスト膜をこの順に形成する工程と、
   該第２のレジスト膜をマスクとして前記第２の樹脂層を前記無機層が露出するまで除去し、前記第２の開口部を形成する工程と、
   前記無機層の露出した部分を除去する工程と、
   前記第１の樹脂層が形成された基板の反対面から第１の開口部を形成する工程と、
   前記第１の開口部を用いて前記第１の樹脂層及び残留した前記無機層を溶解除去する工程と、
   を順番に実施することを特徴とする微小中空体の製造方法。
2. 前記無機層は、シリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項１に記載の微小中空体の製造方法。
3. 前記第２の樹脂層と前記第２のレジスト膜との間に、第３のレジスト膜が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の微小中空体の製造方法。

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