JP4466022B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

近年、オフィスにおけるカラー文書の普及はめざましく、そのための様々な出力機器が提案されている。そのなかで、小型化が可能であり、低価格なインクジェット方式は有力な記録方式として様々な出力機器に使用されている。

このようなインクジェット方式で用いられる記録ヘッドの製造方法は、ＬＳＩなどの半導体製造方法と同様にシリコンウエハーからなるＳｉ基板の表面にエッチング処理を行なう工程が基本となっている。

例えば図６（ｅ）のようなインクジェット記録ヘッドの場合、図６（ａ）のようにＳｉ基板１００の裏面からインク供給のためのインク供給孔１４４を形成する必要があるが、このためには酸化膜あるいは窒化膜１１６のマスクパターン１０４を予め形成し、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）などの薬液で異方性エッチングを行ない、正確にインク供給孔１４４を形成する。

工程の順序としては、Ｓｉ基板１００にヒータ１２４、ノズル１４０を形成したのち、Ｓｉ基板１００の裏面側からインク供給孔１４４を開口し、インク供給路を形成する。破線部分の断面図を図６（ｅ）に示す。

しかし、このときインク供給孔１４４の開口工程よりも前に、図６（ｂ）のように開口予定部分のマスクパターン１０４に傷１０２があると、傷１０２の部分のエッチングは正常に行なわれず、インク供給孔１４４は図６（ｃ）に示すような傷１０８のある形状となり、正しくインク供給が行なわれなくなるので、インクジェット記録ヘッドとして正常に機能しなくなってしまう。

そこでマスクパターン１０４に傷１０２が付いた場合、傷１０２を補修するためにホウ素を拡散させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この方法ではホウ素を拡散させるためには高温の熱処理が必要であり、特許文献１の実施例では４５０°で４時間以上焼成している。しかし、表側に形成されたアルミニウム合金配線の耐熱性を考慮すれば実際には４００℃程度が限界であり、さらにノズルの形成に樹脂系材料を使用している場合、材料によっては３５０℃程度が処理温度の限界となり、ホウ素の拡散による補修効果は得難い。

また、熱処理温度を４００℃として補修した場合でも、表面にノズルを形成する工程を行なわねばならないが、既に貫通孔を設けてある状態でのノズル形成は極めて困難であり、事実上不可能である。さらに貫通孔開口のためのマスクパターンを設けた後にノズルを形成し、その後に貫通孔を形成するという順番で工程を行なった場合は、ノズル形成の際に再度傷が付く恐れがあるため、ホウ素の拡散による補修効果は低い。

あるいは、Ｓｉ基板の裏面を研磨して傷やゴミを取り除く方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしこの方法では、エッチングマスクを酸化膜や窒化膜で形成する場合、酸化膜なら熱酸化やスパッタリング、窒化膜ならプラズマＣＶＤ等の成膜方法を用いると、成膜時に例えば最低３００℃といった高温が必要とされるため、インク流路の型材やオリフィスプレート材として樹脂を用いることが耐熱的に困難であるという問題を抱えている。

そのため、裏面を研磨した後に有機系の材料によってインク供給口を形成するためのエッチングマスクパターンを形成することで熱の問題を回避しているが、実際には有機膜をＳｉ基板に着膜したのちにＫＯＨあるいはＴＭＡＨを使用して異方性エッチングにより貫通孔を開口するには、Ｓｉ基板と有機膜との密着性が弱いためエッチングパターンが広がるので貫通孔の形成は不能であり、あるいはＳｉ基板から有機膜が剥がれてしまうことが発明者らによって検証されている。
特開平１０−０７６７１３号公報 （図６、第３頁） 特開２００１−２７７５２８号公報（図９、第４頁）

本発明は上記事実を考慮し、インク供給のための貫通孔を正しく形成できるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、Ｓｉ基板の表面に発熱体、ノズルおよび発熱体を制御する論理回路を形成し、インク供給孔としての貫通孔を裏面から形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記Ｓｉ基板の裏面に素子間分離のためＭＯＳトランジスタに使用される酸化膜を着膜し成長させた後に前記発熱体、ノズルおよび発熱体を制御する論理回路の製造工程を開始し、
前記Ｓｉ基板の裏面の酸化膜を除去し、前記Ｓｉ基板の裏面を研磨し、再度前記Si基板の裏面に膜を着膜した後に前記インク供給孔を形成することを特徴とする。

上記構成の発明では、Ｓｉ基板の裏面に強固な酸化膜を着膜した後に発熱体、ノズルおよび論理回路の製造工程を開始することで、発熱体、ノズルおよび論理回路の製造工程中にＳｉ基板の裏面が傷付くことを酸化膜によって防ぎ、且つＳｉ基板裏面の酸化膜を除去し、Ｓｉ基板裏面を研磨することで、それ以前の工程で酸化膜あるいはＳｉ基板に傷が付いても再度着膜することでインク供給孔を正しく形成できる。

請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記酸化膜が熱酸化膜であることを特徴とする。

上記構成の発明では、酸化膜に熱酸化膜を使用することで硬度に優れ、膜厚を成長させ易く、特殊な工程を設定する必要のない製造方法とすることができる。

請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、裏面に着膜する前記膜は、酸化膜あるいは窒化膜あるいは樹脂膜であることを特徴とする。

上記構成の発明では、一旦Ｓｉ基板の裏面に着膜した酸化膜を除去あるいは研磨して削除した後であれば、再度着膜する膜は工程条件やコストなどに応じて酸化膜、窒化膜、樹脂膜から最適なものを選択できる。

本発明は上記構成としたので、インク供給のための貫通孔を正しく形成できるインクジェット記録ヘッドの製造方法とすることができた。

図１には、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を表す製造工程が示されている。

ＬＯＧＩＣ回路作製プロセスの初期段階で、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）を形成する工程がある。この工程で生成される酸化膜は所謂Ｆｉｅｌｄ酸化膜、すなわち不純物拡散用マスクや保護膜として使用する厚い酸化膜である場合もある。

まず、図１（ａ）のようにＳｉ基板１２（結晶方位＜１００＞の基板、５５０μｍ厚）に薄い酸化膜（厚さ５０〜１０００Å程度）である熱酸化膜１４Ａ、１４Ｂを１０００℃程度で形成する。次に、ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition：低圧化学気相堆積）法により、１０００-２５００Å程度のＬＰ-ＳｉＮ膜（窒化膜１６Ａ，１６Ｂ）を形成する。

次に、図１（ｂ）のようにＳｉ基板１２の表面に保護膜であるレジスト１８を全面に塗布し、Ｓｉ基板１２裏面の窒化膜１６Ｂを、例えば芝浦製作所製ＣＤＥ−７−４等を用いて除去する。通常のＬＯＧＩＣ回路作製プロセスでは、工程におけるＳｉ基板１２の搬送性確保や、工数増加を抑えるために、前述のＳｉ基板１２裏面の窒化膜１６Ｂを除去するプロセスは存在せず、本願発明独自の要素である。ここでＳｉ基板１２裏面の窒化膜１６Ｂを除去することで、Ｓｉ基板１２裏面のシリコンを露出させ、後述の酸化膜形成を容易にする。

続いて図１（ｃ）のようにＦｉｅｌｄ酸化膜形成のためのレジストパターンをレジスト１８上に形成する。さらに、上記レジストパターンをマスクに窒化膜１６Ａを図１（ｄ）のようにエッチングし、その後、レジストパターンを除去する。

窒化膜１６Ａのエッチングは通常ＣＦ系ガスを使ったドライエッチングで行ない、レジスト１８の除去は、硫酸＋過酸化水素水によって行なう。

次に１０００〜１１００℃でＳｉ基板１２に熱処理を行い、図１（ｅ）のようにＦｉｅｌｄ酸化膜２０Ａ、２０Ｂを形成する。酸化膜の膜厚はＬＯＧＩＣ回路によって異なるが、通常５０００〜１００００Å程度の膜厚である。形成後の窒化膜１６Ａは不要となるので、燐酸またはＣＦ系ガスによる除去処理を行う。

続いて、ＬＯＧＩＣ回路形成に必要な処理を順次行ってゆく（図示せず）。

ＬＯＧＩＣ回路形成工程が終わったのち、図１（ｆ）のように抵抗体（ヒータ２４）の形成を行う。抵抗体は通常、ＴａＮ、ＨｆＢ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮなどで形成される。続いて、ヒータ２４をインクから保護する保護膜２６、２８（Ｔａ／Ｐ−ＳｉＮ）を形成する。

ここで、ＬＯＧＩＣ回路、ヒータ２４などの形成工程が終了すると、Ｓｉ基板１２の裏面は、傷、ゴミなどの異物が付着している。Ｓｉ基板１２の裏面に着膜された酸化膜２０Ｂは機械的強度が高いため、傷はつきにくいが、それでも作製プロセス上、傷、ゴミの影響は避けられない。しかし、傷の発生頻度自体はＳｉ基板１２にくらべて非常に少なく、その深さも浅い。

そこで、図２（ｇ）のようにＳｉ基板１２表面すなわちＬＯＧＩＣ回路、ヒータ２４などの形成されている面に保護膜となるレジスト３０（ＯＦＰＲ８００：東京応化製、２．５μｍ厚）を回転塗布し、この状態で裏面の酸化膜２０Ｂを研磨する。研磨はシリカベースのスラリー（研磨液）を使い、傷が無くなるまで研磨を行う。

研磨については、通常は酸化膜２０Ｂの方が、Ｓｉ基板１２より研磨精度が高い。Ｓｉ基板１２の場合、アルミナ系スラリーで研磨するが、傷が深く入りやすいため、傷を完全に無くすまでに多くの時間を必要とし、しかもその研磨精度は酸化膜２０Ｂにくらべて劣っている。ここでの研磨精度（厚さなど）の誤差は、インク供給孔４４の寸法精度に直接繋がるので高い研磨精度が必要となり、Ｓｉ基板１２よりも酸化膜２０Ｂを研磨する方が望ましい。

次に、レジスト３０を除去した後、図２（ｈ）のように溶解可能樹脂３８の上に樹脂膜３６をそれぞれ形成し、ノズル４０を形成する。

次いで、図２（ｉ）のようにＳｉ基板１２の裏面にインク供給孔４４のエッチングに必要なパターンを形成する。これは酸化膜２０Ｂの表面にレジスト膜を形成し、これをマスクとして酸化膜２０Ｂにエッチングを行なうものである。レジストはＯＦＰＲ８００（東京応化製）を使用し、酸化膜２０ＢのエッチングはＣＦ系ガスでドライエッチングを行なう。エッチング後はレジストを除去する。これによりＳｉ基板１２の裏面にインク供給孔４４のエッチングに必要なパターンが酸化膜２０Ｂによって形成される。

最後に、図２（ｊ）のようにＳｉ基板１２裏面のパターン（酸化膜２０Ｂ）をマスクに、ＴＭＡＨ液８０℃、１０〜１５時間でエッチング処理を行ない、インク供給孔４４を形成する。

図３には、本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を表す製造工程が示されている。

第１実施形態の図２（ｇ）までは第２実施形態も同様の処理を行なう。

図３（ａ）のようにＳｉ基板１２の表面を保護するためのレジスト３０を回転塗布した後に、Ｓｉ基板１２の裏面の傷３２、ゴミ３４を研磨によって除去する。

このとき図３（ｂ）のように、この研磨によって、もしくはもともと酸化膜２０Ｂの厚さが薄いために、貫通孔形成用のマスクとして必要な膜厚を確保できていない場合は、研磨工程の後にプラズマＣＶＤによって酸化膜４６を着膜する。酸化膜４６は５０００〜１００００Å程度の厚みとする。

本実施例では酸化膜４６を着膜しているが、酸化膜の代わりに窒化膜を使用しても全く問題はない。

このとき、貫通孔形成用のマスクとして必要な膜厚はエッチング液、エッチング時間によっても異なるが、ＴＭＡＨ液８０℃、１５時間エッチングする場合、熱酸化膜で２０００Å程度以上あれば良い。しかし貫通孔開口前に新たな傷が発生しないようにするためには、５０００Å程度あることが望ましい。このため、膜厚が不足する場合は、Ｐ−ＣＶＤによってマスクとなる膜を新たに着膜する。

但し、この着膜時点ではＳｉ基板１２の表面側にアルミニウム配線などが既に形成されており、それらは高熱に弱いため４００℃以下の温度で着膜を行なうことが望ましく、もっとも好適なのがＰ-ＣＶＤによる着膜である。

また回転塗布によるＳＯＧ（Spin on Glass）でも酸化膜を形成できるが、熱処理が必要であり、またＴＭＡＨに対するエッチング耐性も低いので膜厚を厚くするなどの対応を行なう必要がある。

図４には、本発明の第３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表すフローが示されている。

まずステップ５０でＳｉ基板１２の裏面に酸化膜２０Ｂを形成する。次いでステップ５２でＳｉ基板１２の表面にＬＯＧＩＣ回路を、ステップ５４でヒータ２４を形成する。

次にステップ５６でＳｉ基板１２の裏面に傷がある場合、その傷が酸化膜２０Ｂで止まっている（Ｓｉ基板１２の裏面まで達していない）かどうか判断し、止まっている（達していない）場合はステップ５８で一旦Ｓｉ基板１２の裏面の酸化膜２０Ｂを剥離してしまう。これは酸化膜２０Ｂの膜厚が不充分な場合は除去した方が工数削減となる場合があるからである。

傷が酸化膜２０Ｂで止まっていない（Ｓｉ基板１２の裏面まで達している）場合はステップ６０で研磨を行ない、傷を消す。ステップ６２で傷が消えたかの判断を行ない、消えるまで研磨を繰り返す。

Ｓｉ基板１２の裏面の酸化膜２０Ｂを剥離後、または傷が消えるまで研磨した後、ステップ６４で新たに着膜を行ない、酸化膜４６を形成する。

この後、ステップ６６でＳｉ基板１２の表面に溶解可能樹脂３８、樹脂膜３６を用いてノズルを形成する。

さらにステップ６８で酸化膜４６の上に貫通孔形成のためのパターン４２を形成し、ステップ７０で貫通孔を形成する。

図５には、本発明の第３実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を表す製造工程が示されている。

第１実施形態の図２（ｇ）までは第３実施形態も同様の処理を行なう。

ＬＯＧＩＣ回路、ヒータ２４などを形成する工程が進むと、Ｓｉ基板１２の裏面は傷３２、ゴミ３４などの異物が付着し始める。Ｓｉ基板１２の裏面に着膜された酸化膜２０Ｂは機械的強度がＳｉ基板１２よりも高いため傷３２はつきにくいが、それでも作製プロセス上、傷３２、ゴミ３４は避けられない。

このとき、もともとのＦｉｅｌｄ酸化膜（＝酸化膜２０Ｂ）が薄い場合には除去してしまった方が工数低減となる場合もある。この場合、Ｓｉ基板１２の裏面の酸化膜２０Ｂをフッ酸で除去する。

酸化膜２０Ｂを除去してもＳｉ基板１２の裏面に傷３２が残っている場合は研磨を行い、その後Ｓｉ基板１２の裏面にＰ−ＳｉＯ₂膜４８を再度着膜する。このＰ−ＳｉＯ₂膜４８にインク供給孔４４のマスクをパターニングし、ＴＭＡＨなどによるエッチングを行なうことでインク供給孔４４を形成する。

なお、前記第１〜第３実施例においては、Ｓｉ基板１２は結晶方位＜１００＞としたが、インク供給孔４４のサイズ、形状によっては結晶方位＜１１０＞でもよい。

本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の第３形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示すフロー図である。 本発明の第３形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す平面図及び断面図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録ヘッド
１２ Ｓｉ基板
１４ 酸化膜
１６ 窒化膜
２０ 酸化膜
３２ 傷
３４ ゴミ
４０ ノズル
４４ インク供給孔

Claims (3)

1. Ｓｉ基板の表面に発熱体、ノズルおよび発熱体を制御する論理回路を形成し、インク供給孔としての貫通孔を裏面から形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   前記Ｓｉ基板の裏面に素子間分離のためＭＯＳトランジスタに使用される酸化膜を着膜し成長させた後に前記発熱体、ノズルおよび発熱体を制御する論理回路の製造工程を開始し、
   前記Ｓｉ基板の裏面の酸化膜を除去し、前記Ｓｉ基板の裏面を研磨し、再度前記Si基板の裏面に膜を着膜した後に前記インク供給孔を形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法 。
2. 前記酸化膜が熱酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
3. 裏面に着膜する前記膜は、酸化膜あるいは窒化膜あるいは樹脂膜であ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記録ヘッドの製造方法。

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