JP5921186B2 - インクジェットヘッド基板の加工方法 - Google Patents

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Description

本発明はインクジェットヘッド基板の加工方法に関する。
半導体素子等が形成されたシリコン基板に、レーザーにてインク供給のための貫通孔を形成する方法がある。しかし、レーザー加工により発生する異物(デブリ)が半導体素子に付着し、吐出性能、実装工程に影響を与える場合があった。特許文献1には半導体素子等が形成されたシリコン基板面に予め樹脂からなる保護膜を形成し、レーザー加工により発生した異物(デブリ)を保護膜で受け、保護膜を除去することで半導体素子に異物(デブリ)が付着するのを防止する方法が開示されている。
特開平5−330046号公報
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、レーザー加工前に保護膜としての樹脂を塗布する工程と、レーザー加工後に保護膜として塗布した樹脂を除去する工程が必要となる。該方法ではレーザー加工のための工程数が多く、レーザー加工工程を簡略化することが難しい。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、レーザー加工により生じる異物から基板表面を保護するための保護膜の形成工程及び該保護膜の除去工程を省略することができるインクジェットヘッド基板の加工方法を提供することを目的とする。
本発明に係るインクジェットヘッド基板の加工方法は、
(a1)基板上にバリア層を形成し、該バリア層上にシード層を形成する工程と、
(b1)前記シード層上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対しインクジェットヘッドと本体とを電気的に接合するパッド部に対応したパターニングを行う工程と、
(c1)前記パターニングされたレジスト膜の開口部にパッド部を形成する工程と、
(d1)前記レジスト膜を除去する工程と、
(e1)前記基板表面からレーザー加工を行う工程と、
(f1)前記基板を異方性エッチングし、インク供給口を形成する工程と、
(g1)前記バリア層及び前記シード層を除去する工程と、
をこの順序で含むインクジェットヘッド基板の加工方法であって、前記レーザー加工が前記基板を貫通する加工である。
また、本発明に係るインクジェットヘッド基板の加工方法は、
(a2)基板上にバリア層を形成し、該バリア層上にシード層を形成する工程と、
(b2)前記基板表面からレーザー加工を行う工程と、
(c2)前記シード層上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対しインクジェットヘッドと本体とを電気的に接合するパッド部に対応したパターニングを行う工程と、
(d2)前記パターニングされたレジスト膜の開口部にパッド部を形成する工程と、
(e2)前記レジスト膜を除去する工程と、
(f2)前記基板を異方性エッチングし、インク供給口を形成する工程と、
(g2)前記バリア層及び前記シード層を除去する工程と、
をこの順序で含むインクジェットヘッド基板の加工方法であって、前記レーザー加工が前記基板を貫通する加工である。
本発明によれば、レーザー加工により発生する異物から基板表面を保護するための保護膜の形成工程および該保護膜の除去工程を省略することができる。
本発明の第一の実施形態に係るインクジェットヘッド基板の加工方法を示す断面図及び上面図である。 本発明の第一の実施形態に係るインクジェットヘッド基板の加工方法を示す断面図及び上面図である。 本発明の第一の実施形態に係るインクジェットヘッド基板の加工方法を示す断面図及び上面図である。 本発明の第二の実施形態に係るインクジェットヘッド基板の加工方法を示す断面図及び上面図である。 本発明に係る方法を用いて製造されるインクジェットヘッドの一例を示す斜視図である。
図5に、本発明に係る方法を用いて製造されるインクジェットヘッドの一例を示す。図5に示すインクジェットヘッドは、シリコンからなる基板1上に、インク吐出エネルギー発生素子6が所定のピッチで2列並んで形成されている。基板1上には、流路12及びインク吐出エネルギー発生素子6の上方に開口するインク吐出口13が、流路形成部材14及び樹脂からなるインク吐出口形成部材16により形成されている。本発明では、流路12及びインク吐出口13を形成する流路形成部材14及びインク吐出口形成部材16をノズルとする。基板1上には、インクジェットヘッドと本体とを電気的に接合するパッド部9が形成されている。また、インク供給口11がインク吐出エネルギー発生素子6の2つの列の間に形成されている。インク供給口11は、流路12を介して各インク吐出口13に連通している。このインクジェットヘッドは、インク供給口11を介して流路12内に充填されたインクに、インク吐出エネルギー発生素子6が発生する圧力を加えることによって、インク吐出口13からインク液滴を吐出させ、被記録媒体に付着させることにより記録を行う。
(第一の実施形態)
本発明に係るインクジェットヘッド基板の加工方法の第一の実施形態は、以下の工程(a1)から(g1)をこの順序で含む。
(a1)基板上にバリア層を形成し、該バリア層上にシード層を形成する工程、
(b1)前記シード層上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対しインクジェットヘッドと本体とを電気的に接合するパッド部に対応したパターニングを行う工程、
(c1)前記パターニングされたレジスト膜の開口部にパッド部を形成する工程、
(d1)前記レジスト膜を除去する工程、
(e1)前記基板表面からレーザー加工を行う工程、
(f1)前記基板を異方性エッチングし、インク供給口を形成する工程、
(g1)前記バリア層及び前記シード層を除去する工程。
図1から図3を用いて、本発明に係るインクジェットヘッド基板の加工方法の第一の実施形態を説明する。図1(A)aは図5のa−a断面を、図1(A)bは図5のb−b断面をそれぞれ表している。図1(B)〜(D)、図2(A)、(B)、図3(C)、(D)に関しても同様である。図2(A)cは図2(A)の上面図を表している。図2(B)、図3(C)、(D)に関しても同様である。
図1(A)に示される基板1上には、犠牲層7、層間絶縁層2および複数の発熱抵抗体等のインク吐出エネルギー発生素子(ヒータ)6が配置されている。基板1には、シリコン基板を用いることができる。ヒータ6には、例えば発熱抵抗体としてTaSiNを用いることができる。犠牲層7は、例えばアルミニウム、アルミニウム化合物、アルミニウムとシリコンの化合物、アルミニウム銅等を含むことができる。これらは一種のみを含んでもよく、二種以上を含んでもよい。層間絶縁層2には、SiO、SiN等を用いることができる。ヒータ6に接続されている配線やそのヒータ6を駆動するための半導体素子は不図示とした。ヒータ6、犠牲層7およびその他の素子や配線を絶縁保護層3で覆う。絶縁保護層3には、SiO、SiN等を用いることができる。絶縁保護層3上にバリア層4を形成する。バリア層4は、後述するシード層5が絶縁保護層3に拡散するのを防止するとともに、シード層5の密着性を向上させる。バリア層4は、Ti、W、Ti及びWを含む化合物、並びにTiNからなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。バリア層4の厚さは170nm以上、300nm以下であることが好ましく、180nm以上、250nm以下であることがより好ましい。次に、バリア層4上に後述するパッド部9を形成するためのシード層5を形成する。シード層5は、後述するレーザー加工において発生する異物の保護膜としても機能する。シード層5は、後述する異方性エッチングにおいて用いるエッチング液に不溶な金属で形成されることが、シード層5をエッチング保護膜としても使用することができるため好ましい。具体的には、シード層5は、Au、Ag及びCuからなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。シード層5の厚さは10nm以上、500nm以下であることが好ましく、45nm以上、55nm以下であることがより好ましい。
次に、図1(B)に示すように、シード層5上にレジスト膜8を塗布により形成し、露光し、現像し、パターニングされたレジスト膜8を形成する。レジスト膜8の形成に用いる薬液としては、市販品では、例えばPMER P−LA300PM(商品名、東京応化工業(株)製)等を用いることができる。該薬液の塗布方法は特に限定されない。レジスト膜8の厚みは、10nm以上、500nm以下であることが好ましく、45nm以上、55nm以下であることがより好ましい。レジスト膜8の形成は、該薬液の塗布以外にも、レジスト膜8の貼り付け等により行われてもよい。レジスト膜8に対し露光、現像を行うことにより、インクジェットヘッドと本体とを電気的に接合する後述するパッド部9に対応したパターニングを行う。露光方法は、該パターニングを正確に行うことができれば特に限定されない。現像に用いる薬液としては、市販品では、例えばNMD−3(商品名、東京応化工業(株)製)等を用いることができる。
次に、図1(C)に示すように、パターニングされたレジスト膜8をめっきマスクとしてめっきをすることで、パターニングされたレジスト膜8の開口部にパッド部9を形成する。パッド部9の材料には、Au、Ag、Cu等を用いることができるが、シード層5と同じ材料を用いることが好ましい。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。めっきの方法は、パターニングされたレジスト膜8の開口部を十分にパッド部9の材料で満たし、パッド部9を形成できる方法であれば、特に限定されない。また、パターニングされたレジスト膜8の開口部を十分にパッド部9の材料で満たし、パッド部9を形成できる方法であれば、めっき以外の方法によりパッド部9を形成してもよい。
次に、図1(D)に示すように、めっきマスクとして使用したパターニングされたレジスト膜8を、剥離液を用いて除去する。剥離液としては、レジスト膜8の材料にもよるが、市販品では、例えばマイクロポジットリムーバー1112A(商品名、ローム・アンド・ハース電子材料(株)製)等を用いることができる。
次に、図2(A)に示すように、パッド部9が形成された基板1の表面から犠牲層7に相当する部分に対しレーザーにて加工を行う。これにより、レーザー貫通孔15を形成する。レーザー加工深さは、シード層5、バリア層4、絶縁保護層3、層間絶縁層2および基板1を同時に加工できる深さであれば特に限定されず、基板1を貫通しても、貫通しなくてもよいが、基板1を貫通することが好ましい。レーザースポット径は、レーザーが犠牲層7の枠内に収まる径とすることができ、例えば10μm以上、200μm以下が好ましく、20μm以上、30μm以下がより好ましい。レーザー加工パターンとしては、犠牲層7の枠内であれば、連続した加工でつながった線状のパターンでも、点を組み合わせたパターンでもよく、その後の異方性エッチングによってインク供給口11が開口するパターンであれば特に限定されない。また、レーザー種に関しては、シード層5、バリア層4、絶縁保護層3、層間絶縁層2および基板1を加工できるものであれば特に限定されない。レーザー種としては、例えばYAGレーザー等を用いることができる。なお、レーザー加工により溶融して発生した異物(デブリ)10がレーザー貫通孔15の周囲(基板1の両面)に付着する。本発明では、該レーザー加工を行う工程の前に、レーザー加工により発生する異物(デブリ)10から基板1表面を保護するための保護膜の形成工程を含まないことができる。
次に、図2(B)に示すように、基板1に異方性エッチングにてインク供給口11を形成する。エッチング液としては、例えばTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)、水および任意でシリコンを含む液を用いることができる。TMAHの濃度としては、水溶媒に対しTMAHが8〜25質量%であることが好ましい。シリコンの含有量は、TMAH水溶液に対しシリコンが0〜8質量%であることが好ましい。異方性エッチングする際のエッチング液の温度は、80℃以上、90℃以下であることが好ましい。エッチング液には、前記エッチング液以外にも、シード層5およびパッド部9を溶かさないエッチング液であれば他の液を用いてもよい。また、シード層5及びパッド部9上にエッチング液の保護膜を形成してからエッチングを行ってもよい。エッチング液の保護膜には、例えばOBC(商品名、東京応化工業(株)製)を用いることができる。しかしながら、工程の簡略化の観点からエッチング液の保護膜を別途設けず、シード層5をエッチング液の保護膜として用いることが好ましい。基板1の表面は、エッチング液に不溶なシード層5およびパッド部9、または該保護膜で覆われているためエッチングされない。一方、基板1の裏面は、エッチング液に耐える膜で覆われていないため、基板1の裏面から基板1の表面側へ向かってエッチングが進む。それと同時に、レーザー加工時に発生し基板1の裏面に付着した異物(デブリ)10がリフトオフされるため、エッチング後の基板1の裏面には、異物(デブリ)10は残らない。エッチング液の保護膜を形成した場合には、エッチング後に該保護膜を除去する。
次に、図3(C)に示すように、バリア層4およびシード層5を除去する。シード層5を除去する際に用いる薬液としては、シード層5の種類にもよるが、よう素、よう化カリウム等を含む薬液を用いることができる。バリア層4を除去する際に用いる薬液としては、バリア層4の種類にもよるが、過酸化水素水等を含む薬液を用いることができる。この工程により、レーザー加工時に発生し基板1の表面に付着した異物(デブリ)10もリフトオフされる。
次に、図3(D)に示すように、流路12を形成するため、絶縁保護層3上に流路形成部材14を形成する。流路形成部材14を形成する方法は特に限定されず、例えば感光性ドライフィルムの貼り付けにより形成することができる。流路形成部材14に対し、流路12の流路壁となる領域を露光する。その後、インク吐出口13を形成するため、流路形成部材14上にインク吐出口形成部材16を形成する。インク吐出口形成部材16の形成方法は特に限定されず、例えば感光性ドライフィルムの貼り付けまたは感光性樹脂の塗布により行うことができる。インク吐出口形成部材16の表面に撥水材を塗布してもよい。インク吐出口形成部材16に対し、インク吐出口13に相当する部分以外の領域を露光する。その後、流路形成部材14およびインク吐出口形成部材16の未露光部の現像を行うことで、流路12とインク吐出口13を形成する。以上の工程により、図5に示すインクジェットヘッドが完成する。
以上のように、本実施形態に係る方法によれば、パッド部9を形成する際に使用したシード層5を、そのままレーザー加工の際に生じる異物(デブリ)10の保護膜として使用することができる。このため、レーザー加工により発生する(デブリ)10から基板1の表面を保護するための保護膜の形成工程および該保護膜の除去工程を省略することができる。また、シード層5の材料として異方性エッチングの際に用いるエッチング液に不溶な金属を用いた場合には、シード層5を異方性エッチングの保護膜としても使用することができる。
(第二の実施形態)
本発明に係るインクジェットヘッド基板の加工方法の第二の実施形態は、以下の工程(a2)から(g2)をこの順序で含む。
(a2)基板上にバリア層を形成し、該バリア層上にシード層を形成する工程、
(b2)前記基板表面からレーザー加工を行う工程、
(c2)前記シード層上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対しインクジェットヘッドと本体とを電気的に接合するパッド部に対応したパターニングを行う工程、
(d2)前記パターニングされたレジスト膜の開口部にパッド部を形成する工程、
(e2)前記レジスト膜を除去する工程、
(f2)前記基板を異方性エッチングし、インク供給口を形成する工程、
(g2)前記バリア層及び前記シード層を除去する工程。
本実施形態は、レーザー加工を行う工程が、バリア層4およびシード層5を形成する工程の直後に行われる点のみが第一の実施形態と異なる。
図4を用いて、本発明に係るインクジェットヘッド基板の加工方法の第二の実施形態を説明する。図4(A)から図4(D)に示す工程以外は第一の実施形態と同様であるため説明を省略する。本実施形態では、図4(A)に示す工程の前に図1(A)に示す工程を行い、図4(D)に示す工程の後に図2(B)に示す工程以降の工程を行う。
図4(A)に示すように、シード層5が形成された基板1の表面から犠牲層7に相当する部分に対しレーザーにて加工を行う。レーザー加工深さ、レーザースポット径、レーザー加工パターン及びレーザー種は、第一の実施形態と同様とすることができる。
次に、図4(B)に示すように、レーザー貫通孔15の形成されたシード層5上にレジスト膜8を形成し、露光し、現像し、パターニングされたレジスト膜8を形成する。レジスト膜8の形成は、レジスト膜8を貼り付けて形成することができる。レジスト膜の材料、レジスト膜の厚み、露光方法および現像に用いる薬液は、第一の実施形態と同様とすることができる。
次に、図4(C)に示すように、パターニングされたレジスト膜8をめっきマスクとしてめっきをすることで、パターニングされたレジスト膜8の開口部にパッド部9を形成する。パッド部9の材料およびパッド部9の形成方法は第一の実施形態と同様とすることができる。
次に、図4(D)に示すように、めっきマスクとして使用したレジスト膜8を、剥離液を用いて除去する。剥離液は第一の実施形態と同様のものを用いることができる。
以下、本発明の実施例を示すが、これらは本発明を何ら限定するものではない。
(実施例1)
図1から図3を用いて、本実施例に係るインクジェットヘッド基板の加工方法を説明する。
図1(A)に示される基板1上には、犠牲層7、層間絶縁層2および複数の発熱抵抗体であるインク吐出エネルギー発生素子(ヒータ)6が配置されている。基板1にはシリコン基板を用いた。ヒータ6にはTaSiNからなる発熱抵抗体を用いた。犠牲層7にはアルミニウムを用いた。ヒータ6に接続されている配線やそのヒータ6を駆動するための半導体素子は不図示とした。ヒータ6、犠牲層7およびその他の素子や配線を絶縁保護層3で覆った。絶縁保護層3上にバリア層4を形成した。バリア層4の材料にはTiWを用いた。バリア層4の厚さは200nmであった。次に、バリア層4上に、後述するパッド部9を形成するためのシード層5を形成した。シード層5の材料にはAuを用いた。シード層5の厚さは50nmであった。
次に、図1(B)に示すように、シード層5上にレジスト膜8を塗布により形成し、露光し、現像してレジスト膜8をパターニングすることでめっきマスクを形成した。レジスト膜8の形成には、PMER P−LA300PM(商品名、東京応化工業(株)製)を主成分とした薬液を使用した。現像には、NMD−3(商品名、東京応化工業(株)製)を使用した。
次に、図1(C)に示すように、パターニングされたレジスト膜8であるめっきマスクを使用し、めっきをすることでパッド部9を形成した。パッド部9の材料にはシード層5の材料と同じくAuを用いた。
次に、図1(D)に示すように、パターニングされたレジスト膜8であるめっきマスクを剥離液にて除去した。剥離液には、マイクロポジットリムーバー1112A(商品名、ローム・アンド・ハース電子材料(株)製)を使用した。
次に、図2(A)に示すように、パッド部9が形成された基板1の表面から犠牲層7に相当する部分に対しレーザーにて加工を行った。加工深さについては、基板1の反対側の面まで貫通させた。これにより、レーザー貫通孔15を形成した。レーザースポット径は30μmに調整した。レーザーの加工パターンは、犠牲層7の枠内に直線状に点を並べたパターンで加工した。またレーザー種としては、YAGレーザーを用いた。
次に、図2(B)に示すように、基板1に異方性エッチングにてインク供給口11を形成した。エッチング液には、水溶媒に対しTMAHが22質量%含まれる水溶液を使用した。エッチングの際のエッチング液の液温は83℃であった。
次に、図3(C)に示すように、シード層5およびバリア層4を除去した。シード層5を除去する際には、よう素、よう化カリウムを主成分とする薬液を使用した。また、バリア層4を除去する際には、過酸化水素水を使用した。
次に、図3(D)に示すように、流路12を形成するため、絶縁保護層3上に感光性ドライフィルムを貼り付けて流路形成部材14を形成した。流路形成部材14に対し、流路壁に相当する領域を露光した。また、インク吐出口13を形成するため、流路形成部材14上に感光性樹脂の塗布により、インク吐出口形成部材16を形成した。インク吐出口形成部材16に対し、インク吐出口13に相当する部分以外の領域を露光した。その後、現像を行うことで、流路12とインク吐出口13とを形成した。これにより、インクジェットヘッドを製造した。
(実施例2)
図4を用いて、本実施例に係るインクジェットヘッド基板の加工方法を説明する。本実施例は、レーザー貫通孔15を形成する工程が、シード層5を形成する工程の直後に行われる点のみが実施例1と異なる。
図1(A)に示すように、実施例1と同様にして基板1上に絶縁保護層3、バリア層4及びシード層5を形成した。
図4(A)に示すように、シード層5が形成された基板1の表面から犠牲層7に相当する部分に対しレーザーにて加工を行った。レーザー加工深さ、レーザースポット径、レーザー加工パターン及びレーザー種は実施例1と同様とした。
次に、図4(B)に示すように、レーザー貫通孔15の形成されたシード層5上にレジスト膜8を貼り付けて形成し、露光し、現像してパターニングされたレジスト膜8であるめっきマスクを形成した。レジスト膜8の形成には、PMER P−LA300PM(商品名、東京応化工業(株)製)を主成分としたドライフィルムを使用した。現像には、NMD−3(商品名、東京応化工業(株)製)を使用した。
次に、図4(C)に示すように、パターニングされたレジスト膜8であるめっきマスクを使用し、めっきをすることでパッド部9を形成した。パッド部の材料には、シード層5の材料と同じくAuを用いた。
次に、図4(D)に示すように、レジスト膜8によって形成されためっきマスクを、剥離液にて除去した。剥離液には、マイクロポジットリムーバー1112A(商品名:ローム・アンド・ハース電子材料(株)製)を使用した。
以下、図2(B)に示す工程以降の工程を実施例1と同様にして行い、インクジェットヘッドを製造した。
1 基板
2 層間絶縁層
3 絶縁保護層
4 バリア層
5 シード膜
6 インク吐出エネルギー発生素子(ヒータ)
7 犠牲層
8 レジスト膜
9 パッド部
10 異物(デブリ)
11 インク供給口
12 流路
13 インク吐出口
14 流路形成部材
15 レーザー貫通孔
16 インク吐出口形成部材

Claims (8)

  1. (a1)基板上にバリア層を形成し、該バリア層上にシード層を形成する工程と、
    (b1)前記シード層上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対しインクジェットヘッドと本体とを電気的に接合するパッド部に対応したパターニングを行う工程と、
    (c1)前記パターニングされたレジスト膜の開口部にパッド部を形成する工程と、
    (d1)前記レジスト膜を除去する工程と、
    (e1)前記基板表面からレーザー加工を行う工程と、
    (f1)前記基板を異方性エッチングし、インク供給口を形成する工程と、
    (g1)前記バリア層及び前記シード層を除去する工程と、
    をこの順序で含むインクジェットヘッド基板の加工方法であって、
    前記レーザー加工が前記基板を貫通する加工であるインクジェットヘッド基板の加工方法。
  2. (a2)基板上にバリア層を形成し、該バリア層上にシード層を形成する工程と、
    (b2)前記基板表面からレーザー加工を行う工程と、
    (c2)前記シード層上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対しインクジェットヘッドと本体とを電気的に接合するパッド部に対応したパターニングを行う工程と、
    (d2)前記パターニングされたレジスト膜の開口部にパッド部を形成する工程と、
    (e2)前記レジスト膜を除去する工程と、
    (f2)前記基板を異方性エッチングし、インク供給口を形成する工程と、
    (g2)前記バリア層及び前記シード層を除去する工程と、
    をこの順序で含むインクジェットヘッド基板の加工方法であって、
    前記レーザー加工が前記基板を貫通する加工であるインクジェットヘッド基板の加工方法。
  3. 前記レーザー加工を行う工程の前に、レーザー加工により発生する異物から基板表面を保護するための保護膜の形成工程を含まない請求項1又は2に記載のインクジェットヘッド基板の加工方法。
  4. 前記シード層が、Au、Ag及びCuからなる群から選択される少なくとも一種を含む請求項1から3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド基板の加工方法。
  5. 前記シード層の厚さが10nm以上、500nm以下である請求項1から4のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド基板の加工方法。
  6. 前記バリア層が、Ti、W、Ti及びWを含む化合物、並びにTiNからなる群から選択される少なくとも一種を含む請求項1から5のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド基板の加工方法。
  7. 前記バリア層の厚さが170nm以上、300nm以下である請求項1から6のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド基板の加工方法。
  8. 前記レーザー加工がさらに前記バリア層と前記シード層とを貫通する加工である請求項1から7のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド基板の加工方法。
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