JP5800534B2 - 液体吐出ヘッド用基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関するものである。
インクジェット記録方式は、記録時における騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという利点や、普通紙に特別な処理をせずに高速で記録が行なえるという利点がある。
また、インクジェット記録ヘッドの中で、吐出エネルギー発生素子が形成された基体に対して垂直方向にインク液滴が吐出するものを「サイドシュータ型記録ヘッド」と称する。このようなサイドシュータ型記録ヘッドにおいては、インク流路へのインク供給は、吐出エネルギー発生素子である電気熱変換体が形成された基体（素子基板とも呼ばれる。）に設けられた貫通口を通して行われる。
この種のインクジェット記録ヘッドの素子基板にインク供給口を形成する手段は、ドリル、レーザー、サンドブラストなどの手法や、結晶異方性エッチングによる方法が提案されている。
特許文献１には、基板のエッチングとエッチング側面のコーティングとを繰り返すことによって基板に貫通口を形成する、いわゆるボッシュプロセスと呼ばれる方法が開示されている。
ボッシュプロセスを利用してインク供給口を形成することにより、インク供給口をほぼ垂直に形成することができるため、結晶異方性エッチングによってインク供給口を形成する場合よりもチップサイズを小さくすることが可能となる。
また、特許文献２には、ボッシュプロセスによりインク供給口を形成する場合にエッチングストップ層を設ける手法が開示されている。
特許文献１及び２に記載される技術のようにインク供給口をほぼ垂直な形状で形成することにより、チップサイズを減少することができる。
特許文献１、２に示される様なエッチングストップ層とボッシュプロセスを用いてインク供給口を形成する場合、ドライエッチング終了後にエッチングストップ層を除去する工程が必要である。なお、エッチングストップ層は、通常、ドライエッチング終了後にウェットエッチングにより除去される。
また、エッチングのステップとデポジション（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のステップを繰り返すことによりボッシュプロセスが行われるが、最終的にはインク供給口の側壁にデポジションされた膜（以下、堆積膜とも称す）が残る。この堆積膜が側壁に付着した状態でインクジェット記録ヘッドを製造した場合、印字性能が低下する場合がある。
インク供給口の側壁に付着した堆積膜はＨＦＥ等に浸漬することにより除去することができるが、上述のエッチングストップ層の除去工程と同様に、更に工程を追加することとなる。
したがって、本発明の目的は、基板面に対してほぼ垂直に形成され、側壁から堆積膜が除去された液体供給口を有する液体吐出ヘッド用基板を効率良く生産することができる製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、
シリコン基板に液体供給口を形成することを含む液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
（ａ）前記シリコン基板の表面であって前記液体供給口を形成する部分にエッチングストップ層を形成する工程と、
（ｂ）前記シリコン基板の裏面に形成されたエッチングマスクを用いて、前記シリコン基板の裏面側からエッチングとデポジションによるボッシュプロセスを用いたドライエッチングを前記エッチングストップ層に到達するまで実施することにより、前記液体供給口を形成する工程と、
（ｃ）前記エッチングストップ層と前記デポジションにより前記液体供給口内に形成された堆積膜とを溶液にて一括して除去する工程と、を含み、
前記溶液はＴＭＡＨまたはＫＯＨであり、前記溶液が前記シリコン基板をエッチングすることで前記シリコン基板のエッチングされた部分に堆積する前記堆積膜が除去され、前記ドライエッチングで形成する液体供給口が前記エッチングストップ層の内側に到達するように、前記エッチングマスクを形成することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。
シリコン基板に液体供給口を形成することを含む液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
（ａ）前記シリコン基板の表面であって前記液体供給口を形成する部分にエッチングストップ層を形成する工程と、
（ｂ）前記シリコン基板の裏面に形成されたエッチングマスクを用いて、前記シリコン基板の裏面側からエッチングとデポジションによるボッシュプロセスを用いたドライエッチングを前記エッチングストップ層に到達するまで実施することにより、前記液体供給口を形成する工程と、
（ｃ）前記エッチングストップ層と前記デポジションにより前記液体供給口内に形成された堆積膜とを溶液にて一括して除去する工程と、を含み、
前記溶液はＴＭＡＨまたはＫＯＨであり、前記溶液が前記シリコン基板をエッチングすることで前記シリコン基板のエッチングされた部分に堆積する前記堆積膜が除去され、前記ドライエッチングで形成する液体供給口が前記エッチングストップ層の内側に到達するように、前記エッチングマスクを形成することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。
本発明により、基板面に対してほぼ垂直に形成され、側壁から堆積膜が除去された液体供給口を有する液体吐出ヘッド用基板を効率良く生産することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、本発明の適用例として、インクジェットヘッド用基板を例に挙げて説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。また、インクジェットヘッド用基板の他、バイオッチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッド用基板の製造方法にも適用できる。液体吐出ヘッドとしては、インクジェット記録ヘッドの他にも、例えばカラーフィルター製造用ヘッド等も挙げられる。
（実施形態１）
本実施形態に係る製造方法によって製造されるインクジェットヘッド用基板の構造について、予め説明する。図３は、本例の製造方法によって製造されたインクジェットヘッド用基板を備えるインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図である。
本実施形態に係る製造方法によって製造されるインクジェットヘッド用基板の構造について、予め説明する。図３は、本例の製造方法によって製造されたインクジェットヘッド用基板を備えるインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図である。
液体吐出ヘッド用基板としてのインクジェットヘッド用基板は、主にシリコン基板２７から構成され、表面側に複数の吐出エネルギー発生素子（例えばヒーター）３０を有する。インクジェットヘッド用基板の上には、インク流路（液体流路）３２及びインク吐出口（吐出口）２５が設けられている。インクジェットヘッド用基板には、シリコン基板２７を貫通し、シリコン基板の表面及び裏面において開口するインク供給口（液体供給口）２９が基板の面方向に対してほぼ垂直に形成されている。
次に、図３に示すインクジェットヘッド用基板の製造方法を説明する。
図１（ａ）には、吐出エネルギー発生素子としてのヒーター１０２が表面側に配置されたシリコン基板１０１が示されている。また、シリコン基板１０１の表面には、エッチングストップ層１０３が形成されている。また、ヒーター１０２、エッチングストップ層１０３、及びシリコン基板１０１の上に絶縁層１０４が形成されている。
エッチングストップ層１０３は、インク供給口を形成する部分に形成されており、後工程におけるドライエッチングのストップ層として機能する。また、エッチングストップ層は、後工程のドライエッチングで形成されるインク供給口の上部開口が該エッチングストップ層の内側に到達するように形成されることが好ましい。
エッチングストップ層１０３の材料としては、例えば、アルミニウム、及びアルミニウムを主体とする合金（例えば、アルミニウム-銅合金）等を用いることができる。
エッチングストップ層１０３として、例えば、５００ｎｍのアルミニウムをスパッタリングにより形成することができる。
また、絶縁層１０４として、例えば、７００ｎｍの酸化膜をプラズマＣＶＤにより形成することができる。
また、シリコン基板１０１の厚さは、例えば２００μｍである。
また、絶縁層１０４の上には、ポリエーテルアミド樹脂層からなる密着層（不図示）、インク流路の型となる流路型材１０５が形成されている。また流路型材１０５を覆うように被覆樹脂層１０６が形成されている。
被覆樹脂層１０６は、インク流路１１２及びインク吐出口１１１等を構成する部材であり、例えば感光性樹脂を用いて形成されることができる。
流路型材１０５の材料としては、例えば、ポジ型レジストを用いることができる。
次に、図１（ｂ）に示すように、表面を保護するための保護レジスト１０７を形成する。
保護レジスト１０７としては、例えば、東京応化社製のＯＢＣ（商品名）を用いることができる。また、保護レジスト１０７としては、その他、一般に市販されているポジ型フォトレジストも使用可能である。
次に、図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面に、後工程の異方性を有するドライエッチングによりインク供給口を形成するためのエッチングマスク１０８を形成する。
より具体的には、例えば、東京応化社製のフォトレジストＯＦＰＲ（商品名）を塗布して露光及び現像を実施することにより、開口部１１３を有するエッチングマスク１０８を形成することができる。
次に、図１（ｄ）及び（ｅ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面側（図において下側）からエッチングストップ層１０３に到達するまでドライエッチングを行うことにより、シリコン基板１０１にインク供給口１１０を形成する。ドライエッチングとしては、ボッシュプロセスを用いる。
ボッシュプロセスを用いたドライエッチングは、例えば、アルカテル社製ＩＣＰエッチング装置：型式番号６０１Ｅを使用し、ＳＦ６を用いたエッチングとＣ４Ｆ８を用いたデポジションのプロセスを交互に繰り返すことにより実施することができる。
ボッシュプロセスを用いたドライエッチングの結果、インク供給口１１０の側壁、つまり液体供給口内にはスカロップと呼ばれる波形の凹凸が形成され、これに沿って堆積膜１０９が形成される。
次に、図１（ｆ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面に形成したエッチングマスク１０８を除去する。
エッチングマスク１０８の除去には、例えば剥離液を用いることができる。剥離液としては、例えば、シプレイファーイースト社の１１１２Ａ（商品名）が挙げられる。
次に、図１（ｇ）に示すように、エッチングストップ層１０３と、インク供給口の側壁に付着している堆積膜１０９とを同時に除去する。
エッチングストップ層１０３と堆積膜１０９とを同時に除去する方法としては、除去溶液に浸漬させる方法が挙げられる。除去溶液は、エッチングストップ層を溶解し、シリコン基板をエッチングできる溶液が好ましく挙げられる。
除去溶液としては、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）、ＫＯＨが挙げられる。
本実施形態においては、例えばＴＭＡＨ２２ｗｔ％溶液に３０分間浸漬させることにより、エッチングストップ層１０３と堆積膜１０９とを同時に除去することができる。
ここで、図１（ｇ）に示す工程中のエッチングストップ層１０３及びその近傍の形状変化を模式的に図２に示す。
図２（ａ）において、スカロップの深さＡは、例えば、約０．１〜２μｍ程度であり、エッチングステップにおけるサイドエッチング量に相当する。また、隣接するスカロップの距離Ｂは、例えば、約１〜１０μｍであり、エッチングステップ中のエッチング量に相当する。Ａ，Ｂはいずれもパターンの開口率、サイズ、エッチング条件などにより影響を受ける。本実施形態におけるスカロップの深さ及び距離は、例えば、それぞれ約０．５μｍ及び約１．５μｍである。
図２（ａ）に示すように、ＴＭＡＨへの浸漬中には、まず、アルミニウムを用いて形成したエッチングストップ層１０３の除去が進行する（図２（ａ））。
次に、エッチングストップ層１０３が除去された事により、表面側からＴＭＡＨによるシリコン基板１０１のエッチングが進行する。このようなシリコン基板の表面側からのエッチングが進行させ易くするためにも、ドライエッチングにより形成されるインク供給口１１０がエッチングストップ層１０３の内側領域に到達するように、エッチングマスク１０８及びエッチングストップ層１０３を形成することが望ましい。
また、インク供給口１１０の側壁からもシリコン基板１０１のエッチングが進行し、いわゆるリフトオフの様に堆積膜１０９が除去される。これは、インク供給口１１０の側壁に対する堆積膜１０９の被覆性が十分でないために、インク供給口１１０の側壁からもＴＭＡＨ溶液によるエッチングが進行することを示している（図２（ｂ））。
その後、図２（ｃ）、（ｄ）に示すようにシリコン基板１０１のエッチングが進行し、堆積膜１０９が除去される。
次に、図１（ｈ）に示すように、絶縁膜１０４を除去する。本実施形態においては、例えば、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）によりＰ−ＳｉＯを除去することができる。
次に、図１（ｉ）に示すように、保護レジスト１０７，及び流路型材１０５を除去する。
ここで、以上の説明では、図１（ｆ）において、シリコン基板１０１の裏面にシリコンが露出した状態でＴＭＡＨ溶液に浸漬させており、シリコン基板１０１の厚みが１０〜３０μｍ程度減少する可能性がある。シリコン基板１０１の厚みの減少を発生させないようにするためには、シリコン基板の裏面に酸化膜を形成すればよい。
また、ＴＭＡＨ溶液に対するシリコン基板１０１の異方性により、堆積膜が除去された後のインク供給口の形状は図１（ｇ）の様になる。この時、インク供給口１１０の寸法が若干広がる事になるが、この広がりを考慮して、初期のインク供給口の寸法を設定すればよい。また、インク供給口の寸法の広がりを最小限にするために、図１（ｇ）において、ＴＭＡＨ１０ｗｔ％溶液を用いる事も可能である。ＴＭＡＨ１０ｗｔ％溶液は、２２ｗｔ％に比べて（１１０）方向のエッチングレートが遅い事が知られている。そのため、エッチングストップ層１０３及び堆積膜１０９を除去した後のインク供給口１１０の寸法の変化を少なくする事ができる。
また、図１（ｅ）において、堆積膜１０９をエッチングするステップを追加する事により、図１（ｇ）におけるインク供給口１０９の側壁からのエッチングをより進行しやすくする事が可能である。この際は、ボッシュプロセスによりインク供給口１０９をエッチングストップ層１０３に到達させ、エッチングの完了を終点検知等で確認した後、Ｏ２を主体としたプラズマを用いたドライエッチングステップを同一装置内で実施する事により、堆積膜１０９の膜厚を減少させる。これにより、スカロップに対する被覆性が低下し、ＴＭＡＨによるエッチングが進行しやすくなる。ドライエッチングにより堆積膜を完全に除去する為には、高温でエッチングする必要があるが、本実施例の様にインク流路壁やインク吐出口を形成した後にインク供給口を形成する場合、高温でのドライエッチングは困難である。しかし、スカロップに対する被覆性を低下させる程度で十分であるため、インク流路壁やインク吐出口に影響の無い低温でのドライエッチングにより堆積膜１０９の膜厚を減少させる事でＴＭＡＨのエッチングの進行を促進できる。
（実施形態２）
以下、本実施形態について、図４を用いて説明する。実施形態１では、比較的薄いシリコン基板（例えば２００μｍ程度）にボッシュプロセスを用いて、インク供給口を形成する方法について説明した。シリコン基板が薄い（例えば３００μｍ以下程度）場合、シリコン基板の反り等に対して、生産上の対策が必要となる場合がある。これに対して、本実施形態では、シリコン基板全体の厚みを確保しながら、必要な領域だけボッシュプロセスで対応可能な厚みにする事により、生産上の課題を防止する事ができる。
以下、本実施形態について、図４を用いて説明する。実施形態１では、比較的薄いシリコン基板（例えば２００μｍ程度）にボッシュプロセスを用いて、インク供給口を形成する方法について説明した。シリコン基板が薄い（例えば３００μｍ以下程度）場合、シリコン基板の反り等に対して、生産上の対策が必要となる場合がある。これに対して、本実施形態では、シリコン基板全体の厚みを確保しながら、必要な領域だけボッシュプロセスで対応可能な厚みにする事により、生産上の課題を防止する事ができる。
図４（ａ）において、シリコン基板２０１の表面には、ヒーター２０２及びエッチングストップ層２０３が形成されている。また、シリコン基板２０１、ヒーター２０２及びエッチングストップ層２０３上には絶縁層２０４が形成されている。
エッチングストップ層２０３としては、例えば、５００ｎｍのアルミニウムをスパッタリングにより形成できる。絶縁層２０４としては、例えば、７００ｎｍの酸化膜をプラズマＣＶＤにより形成できる。シリコン基板２０１の厚さは例えば６２５μｍである。
また、シリコン基板の裏面には裏面酸化膜２０８が形成されている。裏面酸化膜２０８の厚さは例えば６００ｎｍである。裏面酸化膜２０８は例えばシリコン基板の熱酸化により形成することができる。
また、シリコン基板２０１の表面側には、ポリエーテルアミド樹脂層からなる密着層（不図示）、インク流路の型となる流路型材２０５、流路壁及びインク吐出口等を形成する被覆樹脂層２０６が形成されている。
また、シリコン基板２０１の裏面側には、ポリエーテルアミド樹脂層からなる共通インク供給口用マスク（共通液体供給口用マスク）２０７が形成されている。
次に、図４（ｂ）に示すように、表面をアルカリ溶液から保護するための保護レジスト２０９を形成する。
保護レジスト２０９として、例えば、東京応化社製のＯＢＣ（商品名）を用いることができるが、その他一般に市販されているポジ型フォトレジストや他の材料も使用可能である。
次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板の裏面側から結晶異方性エッチングを行い、共通インク供給口（共通液体供給口）２１０を形成する。
より具体的には、例えば、シリコン基板をＴＭＡＨ２２ｗｔ％溶液，８３℃に１２時間浸漬し、共通インク供給口２１０を形成する。この時、シリコン基板の裏面から共通インク供給口２１０の底部の平坦面までの距離は例えば５００μｍである。
次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板の裏面に形成した共通インク供給口用マスク２０７を除去する。
次に、図４（ｅ）に示すように、インク供給口を形成するためのエッチングマスク２１１を共通インク供給口を含むシリコン基板の裏面に形成する。
より具体的には、例えば、感光性材料をスプレー装置を使って均一に塗布した後、裏面露光機を用いてインク供給口に対応した開口部を有するパターンを形成することにより、エッチングマスク２１１を形成する。感光性材料としては、例えば、ＡＺＰ４６２０（商品名、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）が挙げられる。また、スプレー装置としては、例えば、ＥＶＧ１５０（商品名、ＥＶＧ社製）が挙げられる。
次に、図４（ｆ）に示すように、エッチングマスク２１１を用いて、異方性を有するドライエッチングを実施することにより、シリコン基板２０１にインク供給口２１２を形成する。
次に、図４（ｇ）に示すように、シリコン基板２０１の裏面に形成したエッチングマスク２１１を除去する。
独立供給口形成マスク２１１の除去には、例えば、シプレイファーイースト社の１１１２Ａ剥離液（商品名）を使用することができる。
次に、図４（ｈ）に示すように、エッチングストップ層２０３であるアルミニウムと、インク供給口２１２の側壁に付着している堆積膜を同時に除去した。
エッチングストップ層２０３と堆積膜とを同時に除去する方法としては、除去溶液に浸漬させる方法が挙げられ、除去溶液としては、エッチングストップ層を溶解し、シリコン基板をエッチングできる溶液が好ましく挙げられる。
より具体的には、例えば、ＴＭＡＨ２２ｗｔ％溶液に３０分間浸漬させることにより、エッチングストップ層２０３と堆積膜とを同時に除去することができる。
本実施形態においては、シリコン基板２０１の裏面側には裏面酸化膜２０８が形成されているため、シリコン基板２０１の厚み減少は発生しない。
次に、図４（ｉ）に示すように、絶縁膜２０４及び裏面酸化膜２０８を除去する。裏面酸化膜２０８は、例えばＢＨＦにより除去できる。
次に、図４（ｊ）に示すように、保護レジスト２０７，流路型材２０５を除去する。
２５ 吐出口
２７ シリコン基板
２９ インク供給口（液体供給口）
３０ 吐出エネルギー発生素子
３２ インク流路（液体流路）
１０１、２０１ シリコン基板
１０２、２０２ ヒーター
１０３、２０３ エッチングストップ層
１０４、２０４ 絶縁層
１０５、２０５ 流路型材
１０６、２０６ 被覆樹脂層
１０７、２０９ 保護レジスト
１０８ エッチングマスク
１０９ 堆積膜
１１０ インク供給口
２０７ 共通インク供給口用マスク（共通液体供給口用マスク）
２０８ 裏面酸化膜
２１０ 共通インク供給口（共通液体供給口）
２１１ エッチングマスク
２１２ インク供給口（液体供給口）
２７ シリコン基板
２９ インク供給口（液体供給口）
３０ 吐出エネルギー発生素子
３２ インク流路（液体流路）
１０１、２０１ シリコン基板
１０２、２０２ ヒーター
１０３、２０３ エッチングストップ層
１０４、２０４ 絶縁層
１０５、２０５ 流路型材
１０６、２０６ 被覆樹脂層
１０７、２０９ 保護レジスト
１０８ エッチングマスク
１０９ 堆積膜
１１０ インク供給口
２０７ 共通インク供給口用マスク（共通液体供給口用マスク）
２０８ 裏面酸化膜
２１０ 共通インク供給口（共通液体供給口）
２１１ エッチングマスク
２１２ インク供給口（液体供給口）
Claims (4)
- シリコン基板に液体供給口を形成することを含む液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
（ａ）前記シリコン基板の表面であって前記液体供給口を形成する部分にエッチングストップ層を形成する工程と、
（ｂ）前記シリコン基板の裏面に形成されたエッチングマスクを用いて、前記シリコン基板の裏面側からエッチングとデポジションによるボッシュプロセスを用いたドライエッチングを前記エッチングストップ層に到達するまで実施することにより、前記液体供給口を形成する工程と、
（ｃ）前記エッチングストップ層と前記デポジションにより前記液体供給口内に形成された堆積膜とを溶液にて一括して除去する工程と、を含み、
前記溶液はＴＭＡＨまたはＫＯＨであり、前記溶液が前記シリコン基板をエッチングすることで前記シリコン基板のエッチングされた部分に堆積する前記堆積膜が除去され、前記ドライエッチングで形成する液体供給口が前記エッチングストップ層の内側に到達するように、前記エッチングマスクを形成することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 前記エッチングストップ層をアルミニウムで形成する請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 前記（ｂ）工程を実施する前に、
前記シリコン基板の裏面に共通液体供給口用マスクを形成する工程と、
該共通液体供給口用マスクを用いて結晶異方性エッチングを実施することにより共通液体供給口を形成する工程と、
前記シリコン基板の裏面側であって該共通液体供給口の底部に、開口を有する前記エッチングマスクを形成する工程と、
を有する請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 前記（ｂ）工程の後であって前記（ｃ）工程の前に、前記液体供給口内の前記堆積膜をエッチングすることにより減少させる工程を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
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