JP5657034B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法及び基板の加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法及び基板の加工方法に関する。
インクジェットプリント方式を用いる液体吐出ヘッドにおいて、シリコン等の基板上に複数の発熱抵抗体を列状に配し、該発熱抵抗体に対して共通の蓄熱層や電気絶縁層を設けた基板が用いられている。
液体吐出ヘッドの構成としては、例えば、特許文献１に開示されるようなものが知られている。特許文献１の液体吐出ヘッドは、シリコン基板上に液滴を吐出するための微細な吐出口と、該吐出口に連通する流路と、該流路の一部に設けられる吐出エネルギー発生部と、を備えている。また、シリコン基板には前記流路と連通する液体供給口が形成されている。
このような液体供給口の形成方法として、特許文献２には、シリコン基板に対して２段階のエッチング処理を行う方法が挙げられている（特許文献２、図５及び６参照）。この方法では、結晶異方性エッチングにより第１のエッチングを行った後に、ドライエッチング（リアクティブイオンエッチング）により第２のエッチングを行うことで液体供給口を形成している。
液体吐出ヘッドの液体供給口の形成方法の一つにボッシュプロセスを用いたドライエッチングとしてリアクティブイオンエッチングがある。ボッシュプロセスを用いたドライエッチングは側壁を保護するためのデポジション膜（以下、デポ膜と呼ぶ）の形成、反応性イオンによる底面のデポ膜除去、ラジカルによるシリコンエッチングを繰り返し行うことでシリコンをエッチングする。しかし、共通液室を有する基板の共通液室底面をリアクティブイオンエッチングして液体供給口を形成する際に、プラズマのシースは共通液室の形状に沿って形成される。そのため、共通液室側面の近傍ではイオンが影響を受け、所望の位置より共通液室側面方向にずれた位置のデポ膜が除去されてしまう。このように共通液室の側面近傍ではデポ膜の除去位置がずれるため、ラジカルによるエッチングもずれて行われることになり、結果的に数度の角度を持ってエッチングが進行してしまうという現象が発生する。この現象のことを以下、チルトと呼ぶ。このように、基板の第一の面（表面）に繋がる液体供給口を形成する際に、共通液室の側面近傍に形成される液体供給口ではエッチング開始部と終了部とで開口位置が大きくずれるチルト現象が発生する。チルト現象は、近傍の配線部へのダメージの発生させる原因となる。また、チルト現象は、液体供給口自体が斜めに形成されるために開口部の大きさが異なる液体供給口が形成されてしまう原因ともなり、その結果、供給性能のバラツキや未開口の液体供給口が発生する場合がある。この問題を解決するために、液体供給口の形成領域に比べて、共通液室の開口領域を大きく確保することで共通液室側面近傍に供給口を配置しないようにすることも考えられる。しかし、この方法だと、実装領域が狭くなり、実装工程において、ヘッドのはがれや混色などが発生する場合がある。また、液体供給口を形成した後に共通液室を形成すると、液体供給口の型崩れ等が生じる場合がある。
そこで、本発明の目的は、基板の共通液室の底部を垂直にエッチングできるようにすることで、高い開口位置精度で液体供給口を形成することが可能となる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。また、上記課題は、液体吐出ヘッドに限られず、凹部の底面から基板をリアクティブイオンエッチングによりエッチングする際に起こりうる。従って、本発明は、凹部の底面から基板をリアクティブイオンエッチングによりエッチングした際に、高い精度で基板をエッチングすることができる基板の加工方法を提供することを目的とする。
本発明の一形態は、液体を吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を第一の面に有する基板を備え、前記基板は、前記第一の面と反対側の面である第二の面に形成された共通液室と、該共通液室の底部から前記第一の面まで達する液体供給口と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、（１）前記第二の面側に前記共通液室が形成された基板を用意する工程と、（２）前記共通液室内に埋め込み材料を配置する工程と、（４）前記埋め込み材料に前記液体供給口に対応するパターン開口を形成する工程と、（５）少なくとも前記埋め込み材料をマスクとして用いて、前記液体供給口をリアクティブイオンエッチングにより形成する工程と、をこの順で含む液体吐出ヘッドの製造方法である。
また、本発明の一形態は、第一の面及び該第一の面と反対側の面である第二の面とを有する基板の加工方法であって、前記第二の面側に凹部が形成された基板を用意する工程と、前記凹部に樹脂からなる埋め込み材料を配置する工程と、前記埋め込み材料を平坦化する工程と、前記埋め込み材料に開口を形成し、該開口を形成した埋め込み材料をマスクとして用いてリアクティブイオンエッチングを行うことで、前記凹部の底面から前記基板をエッチングする工程と、をこの順で含むことを特徴とする基板の加工方法である。
本発明の製造方法により、イオンの影響を抑制することができ、チルトを低減して液体供給口を形成することが可能となる。また、本発明の製造方法により、リアクティブイオンエッチングにより高い精度で凹部の底面から基板をエッチングすることができる基板の加工方法を提供することができる。
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の製造方法において作製される過程における液体吐出ヘッドの構成を示す模式的斜視図である。図１に示す形態の液体吐出ヘッドは、第一の面（表面とも称す）１１０及び第二の面（裏面とも称す）１１１を有するシリコン基板等の基板１０３と、該基板の第一の面上に形成されたノズルプレート１０６と、を備える。基板１０３の第一の面側には吐出エネルギー発生素子１０５が形成されている。基板の第一の面側には、吐出される液体が充填される液体流路１０８が形成されている。
基板の第二の面側には、共通液室が設けられ、該共通液室に埋め込み材料１１６が配置されている。埋め込み材料１１６にはマスクパターン（パターン開口とも称す）１１８が設けられている。本実施形態では、液体流路１０８へ液体を供給する液体供給口１０２が共通液室の底部から基板を貫通するように、埋め込み材料１１６のマスクパターン１１８を用いて形成される。
また、ノズルプレート１０６に、液体を吐出するためのノズル（吐出口とも称す）１０４が液体流路１０８と連通するように形成されている。ノズルプレート１０６は、例えば、複数の樹脂層が順次基板上に積層されることで形成されている。
次に、図２（Ａ）から（Ｅ）に、本実施形態の製造方法を示す工程断面図を示す。
図２（Ａ）に示すように、第一の面１１０及び該第一の面と反対側の面である第二の面１１１を有する基板１０３を用意する。該基板１０３の第一の面側には吐出エネルギー発生素子１０５が配置されている。また、基板１０３の第一の面の上には、液体流路の型となる型材（流路型材とも称す）１０９と、該型材１０９を覆うようにノズルプレート１０６と、が設けられている。また、ノズルプレート１０６には、ノズル１０４が形成されている。
また、基板１０３の第二の面側には、共通液室１０１が形成されている。１１２は、共通液室の開口位置を規定する第一のエッチングマスクである。共通液室は、例えば第二の面側からの結晶異方性エッチングによって形成されている。基板の加工方法では、共通液室が凹部となる。即ち、基板の第二の面側には、凹部が形成されている。
次に、図２（Ｂ）に示すように、第二の面上の第一のエッチングマスク１１２を除去した後、共通液室１０１に埋め込み材料１１６を配置する。
埋め込み材料として用いられるとしては、後述する平坦化やパターニングができるものであればよく、有機材料であっても無機材料であってもよい。特には、埋め込み材料は樹脂からなることが好ましい。樹脂としては、例えば、感光性樹脂を用いることができる。感光性樹脂としては、ポジ型レジストやネガ型感光性樹脂が挙げられるが、ポジ型感光性樹脂がより好ましく用いられる。無機材料としては、例えば、炭化ケイ素や窒化ケイ素等を挙げることができる。
埋め込み材料の配置方法は、特に制限されるものではないが、例えば、塗布やスプレー等により共通液室内に配置することができる。
次に、好ましくは、埋め込み材料１１６を平坦化する工程を行う。例えば、図２（Ｃ）に示すように、共通液室１０１に配置した埋め込み材料１１６と基板１０３の第二の面とが同じ面を構成するように平坦化する。この工程は必ず行う必要はない。即ち、共通液室（凹部）に埋め込み材料を配置することで、シースの影響は抑制できる。さらにシースの影響を抑制するには、埋め込み材料を平坦化することが好ましい。
例えば、埋め込み材料１１６と基板１０３の第二の面とが同じ面を構成するように、埋め込み材料及び第二の面（基板）の少なくとも一方をエッチングする。エッチング法としては、特に制限されるものではないが、例えば、科学的機械研磨（ＣＭＰ）等を用いることができ、研磨によるものが好ましい。他にも、埋め込み材料１１６を第二の面を覆う程度に配置し、埋め込み材料のみを研磨することによって、基板の第二の面を露出させずに埋め込み材料を平坦化することもできる。
なお、図２（Ｂ）の説明では、埋め込み材料１１６が共通液室内及び第二の面上に配置されているが、本発明はこの形態に限られるものではない。共通液室内の全範囲に埋め込み材料が充填されなくても、埋め込み材料の表面と第二の面との高さが同じになるまで基板をエッチングすればよい。この際、共通液室内の深さは適宜考慮されることが望ましい。本実施形態において、平坦化後の埋め込み材料の高さ（共通液室の深さに相当）は、例えば、５００〜６００μｍであることが好ましい。
その後、平坦化した第二の面上に第二のエッチングマスク１１３を形成した後、該第二のエッチングマスク１１３を用いて埋め込み材料１１６をパターニングする。これにより、埋め込み材料１１６に液体供給口に対応するパターン開口（マスクパターン）が形成される。パターニング後の埋め込み材料１１６は、液体供給口を形成するためのマスク（第三のエッチングマスクとも称す）として機能する。
埋め込み材料１１６のパターニングに用いるエッチング方法としては、例えば、ドライエッチングを用いることができ、該ドライエッチングとしては、リアクティブイオンエッチングであることが好ましい。また、埋め込み材料として感光性樹脂を用いる場合は、フォトリソグラフィプロセスを用いて形成することができる。
次に、図２（Ｄ）に示すように、パターニングされた埋め込み材料１１６をマスクとして、リアクティブイオンエッチングにて液体供給口１０２を形成する。基板の加工方法においては、凹部の底面からリアクティブイオンエッチングを行い、基板をエッチングする。このとき、埋め込み材が配置されていることにより、プラズマシースの歪みの影響を低減することができる。埋め込み材が平坦化されていれば、プラズマシースの歪みの影響をさらに抑制することができる。
該リアクティブイオンエッチングとしては、ボッシュプロセスを用いることが好ましい。
次に、図２（Ｅ）に示すように、液体供給口１０２を形成した後、埋め込み材料１１６を除去する。そして、型材１０９を除去することで液体流路１０８を形成する。
また、型材１０９の材料と埋め込み材料１１６に同じ材料を用いることにより、これらを同時に除去することができる。例えば、型材１０９と埋め込み材料１１６に同じポジ型レジストを用いることにより、工程を簡略化することができる。
最後に、必要に応じてダイサーによりシリコンウェハから各々の単位のチップ形態に分離することで、液体吐出ヘッドを作製することができる。
（実施例１）
本実施形態の製造方法のプロセスフローの例を図３を用いて説明する。
本実施形態の製造方法のプロセスフローの例を図３を用いて説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、第一の面１１０上に吐出エネルギー発生素子１０５を備えたシリコン基板１０３を用意する。該シリコン基板１０３の上に密着向上層１１５を、フォトリソグラフィプロセスでパターンニングして形成した。第二の面１１１上にも、同じ樹脂材料を用いて第一のエッチングマスク１１２を形成した。そして、シリコン基板１０３の上に型材１０９を形成し、該型材１０９を覆うように、ノズル１０４を有するノズルプレート１０６を形成した。
次に、図３（Ｂ）に示すように、ノズルプレート等をアルカリ溶液から保護する為に保護膜１１７を塗布した。その後、シリコン基板を水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）２２ＷＴ％溶液に８３℃で１２時間浸漬させ、第二の面に共通液室１０１を形成した。このときシリコンの残し量（共通液室の底面から第一の面までの厚さ）としては、例えば１００〜２００μｍである。本実施例では１５０μｍとした。
次に、図３（Ｃ）に示すように、第二の面に形成した第一のエッチングマスク１１２と熱酸化膜層（不図示）を除去する。その後、共通液室１０１に埋め込む材料１１６を塗布する。
埋め込み材料としては、樹脂系の材料が好ましく、ポジ型レジストがより好ましい。ポジ型レジストとしては、例えば、（株）東京応化工業から製品名：ＯＤＵＲ―１０１０として市販されているものが挙げられる。
本実施例では、埋め込み材料としてポジ型レジストを用いて行った。
図３（Ｂ）において、埋め込み材料１１６は共通液室１０１内及び第二の面上に配置されている。
次に、図３（Ｄ）に示すように、化学的機械研磨（ＣＭＰ）により、埋め込み材料の上面から、第二の面が露出するまで研磨した。その後洗浄も実施した。
研磨で発生するスクラッチ（微小キズ）やディシング（凹凸）を防止または抑制する為、研磨条件の圧力、回転数、研磨液（アルミナ、シリカなど）のチューニングを行い、最適な条件で研磨を実施することが望ましい。
次に、図３（Ｅ）に示すように、第二の面１１１及び埋め込み材料１１６の上に埋め込み材料をパターンニングするための第二のエッチングマスク１１３を形成した。
第二のエッチングマスク１１３の材料としてはめっきなどの金属膜を用い、該金属膜をフォトリソグラフィプロセスでパターンニングすることにより第二のエッチングマスク１１３を形成した。
そして、第二のエッチングマスクをマスクとして用いて埋め込み材料のエッチングを行い、埋め込み材料１１６に液体供給口を形成するためのマスクパターン１１８を形成した。また、本実施例では、ボッシュプロセスでドライエッチングを行った。
次に、図３（Ｆ）に示すように、第二の面上の平坦性を維持したままマスクパターン１１８を形成した埋め込み材料（第三のエッチングマスクとも称す）１１４をマスクとして、ボッシュプロセスを用いたドライエッチングを行い、液体供給口１０２を形成した。エッチングガスとしてＳＦ6ガス、コーティングガスとしてＣ4Ｆ8ガスを用いてエッチングを行った。
次に、図３（Ｇ）に示すように、基板をキシレンに浸漬させて保護膜を除去した。その後、液体供給口の開口部等を介して型材と埋め込み材料を除去した。
その後、ダイサーによりシリコンウェハから各々の単位のチップ形態に分離することで、液体吐出ヘッドを作製した。
（実施例２）
本実施形態の製造方法のプロセスフローの例を図４を用いて説明する。
本実施形態の製造方法のプロセスフローの例を図４を用いて説明する。
実施例では、図４（Ｃ）に示す工程において、埋め込み材料として、Ｘ線リソグラフィーに用いる高感度レジストを用いる。Ｘ線リソグラフィーに用いる高感度レジストを用いれば、図４（Ｅ）に示す工程において、比較的厚く形成される埋め込み材料にも、Ｘ線を用いたリソグラフィー技術により垂直性の高いパターンを形成することができる。
１０１ 共通液室
１０２ 液体供給口
１０３ 基板
１０４ ノズル（吐出口）
１０５ 吐出エネルギー発生素子
１０６ ノズルプレート
１０８ 液体流路
１０９ 型材
１１０ 第一の面（表面）
１１１ 第二の面（裏面）
１１２ 第一のエッチングマスク
１１３ 第二のエッチングマスク
１１４ 第三のエッチングマスク
１１５ 密着向上層
１１６ 埋め込み材料
１１７ 保護膜
１１８ マスクパターン
１０２ 液体供給口
１０３ 基板
１０４ ノズル（吐出口）
１０５ 吐出エネルギー発生素子
１０６ ノズルプレート
１０８ 液体流路
１０９ 型材
１１０ 第一の面（表面）
１１１ 第二の面（裏面）
１１２ 第一のエッチングマスク
１１３ 第二のエッチングマスク
１１４ 第三のエッチングマスク
１１５ 密着向上層
１１６ 埋め込み材料
１１７ 保護膜
１１８ マスクパターン
Claims (15)
- 液体を吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を第一の面に有する基板を備え、前記基板は、前記第一の面と反対側の面である第二の面に形成された共通液室と、該共通液室の底部から前記第一の面まで達する液体供給口と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記第二の面側に前記共通液室が形成された基板を用意する工程と、（２）前記共通液室内に埋め込み材料を配置する工程と、（４）前記埋め込み材料に前記液体供給口に対応するパターン開口を形成する工程と、（５）少なくとも前記埋め込み材料をマスクとして用いて、前記液体供給口をリアクティブイオンエッチングにより形成する工程と、
をこの順で含む液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記埋め込み材料は樹脂からなる請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記（２）の工程と前記（４）の工程の間に、（３）前記埋め込み材料を平坦化する工程を有する請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記埋め込み材料を平坦化する工程により、前記埋め込み材料と前記基板の第二の面とで平坦な面を形成する請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記埋め込み材料が感光性樹脂からなる請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記感光性樹脂がポジ型レジストである請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記工程（４）において、前記パターン開口をフォトリソグラフィプロセスにて形成する請求項５又は６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記工程（４）において、前記パターン開口をドライエッチングにて形成する請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記工程（４）において、前記埋め込み材料をエッチングするマスクとして金属膜を用いる請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記工程（５）において、前記リアクティブイオンエッチングがボッシュプロセスにより行われる請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記工程（５）の後に、前記埋め込み材料を除去する工程を含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記液体吐出ヘッドは、さらに、前記液体を吐出する吐出口と該吐出口に連通する液体流路とを構成するノズルプレートを前記基板の前記第一の面側に有し、
前記液体流路の型となる流路型材を前記第一の面の上に形成する工程を含み、
前記埋め込み材料と前記流路型材の材料に同じ材料を用いることで、前記工程（５）の後に、前記埋め込み材料と前記流路型材とを同時に除去する請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 第一の面及び該第一の面と反対側の面である第二の面とを有する基板の加工方法であって、
前記第二の面側に凹部が形成された基板を用意する工程と、
前記凹部に樹脂からなる埋め込み材料を配置する工程と、
前記埋め込み材料を平坦化する工程と、
前記埋め込み材料に開口を形成し、該開口を形成した埋め込み材料をマスクとして用いてリアクティブイオンエッチングを行うことで、前記凹部の底面から前記基板をエッチングする工程と、
をこの順で含むことを特徴とする基板の加工方法。 - 前記埋め込み材料を平坦化する工程により、前記埋め込み材料と前記基板の第二の面とで平坦な面を形成する請求項１３に記載の基板の加工方法。
- 前記埋め込み材料の開口は、前記埋め込み材料上に金属で形成したマスクを形成し、該マスクを用いて前記埋め込み材料をエッチングすることで形成する請求項１３又は１４に記載の基板の加工方法。
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