JP2006224590A - Method for manufacturing inkjet recording head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体に外部からエネルギーを加えることによって、所望の液体を吐出するインクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to an inkjet recording head that discharges a desired liquid by applying energy to the liquid from the outside, and a method for manufacturing the inkjet recording head.
熱等のエネルギーをインクに与えることで、気泡の発生を促し、この体積変化を利用して吐出口からインクを吐出し、これを記録媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法が知られている。インクジェット方式の中で、基板に対し垂直にインクを吐出するサイドシューター型（特開平９−０１１４７９）が提案されている。また、このヘッドの製法として、エッチング犠牲層を用いてインク供給口の形状を成型する方法（特開平１０−１８１０３２）が開示されている。 There is known an ink jet recording method in which the generation of bubbles is promoted by applying energy such as heat to the ink, the ink is ejected from the ejection port using this volume change, and this is deposited on the recording medium to form an image. It has been. Among ink jet systems, a side shooter type (Japanese Patent Laid-Open No. 9-011479) that ejects ink perpendicular to a substrate has been proposed. Further, as a method of manufacturing this head, a method (Japanese Patent Laid-Open No. 10-181032) for forming the shape of an ink supply port using an etching sacrificial layer is disclosed.
これは、シリコン基板上に酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を形成し、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜上にインク吐出圧発生素子を形成し、前記シリコン基板表面にエッチング液に侵されやすい材料で薄膜を堆積しインク供給口の形状にパターン（エッチング犠牲層）を形成し、さらに前記供給口の形状のパターン上にエッチングストップ層を形成し、前記シリコン基板表面にインク吐出口部を形成し、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜形成面の裏面に開口部を設け、異方性エッチングによりインク供給口となる部分のシリコンを除去し、インク供給口部に残ったエッチングストップ層の酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜またはその混合物を除去する工程によって形成されていた。
従来のサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドでは、特開平１０−１８１０３２に示されたように、エッチング犠牲層はポリシリコンやＡｌ合金を用いた単層構造になっていた。この場合、エッチング犠牲層と配線など他の層との構成が異なるため、エッチング犠牲層を形成する工程を特別に設けるなど工程数が増えてしまうという問題点があった。 In the conventional side shooter type ink jet recording head, as shown in JP-A-10-181032, the etching sacrificial layer has a single layer structure using polysilicon or Al alloy. In this case, since the structure of the etching sacrificial layer is different from that of other layers such as wiring, there is a problem that the number of processes increases, for example, a process for forming the etching sacrificial layer is specially provided.
上記のような問題点は、シリコン基板上に畜熱層として酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜などの絶縁膜を形成する工程、前記膜上にインク吐出圧発生素子を形成する工程、前記シリコン基板表面にエッチング液に侵されやすい材料で薄膜を堆積しインク供給口の形状にパターン（エッチング犠牲層）を形成する工程、前記供給口の形状のパターン上に酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜またはその混合物のエッチングストップ層を形成する工程、前記酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜が形成された裏面に開口部を設け、異方性エッチングによりインク供給口となる部分のシリコンを除去する工程、インク供給口部に残ったエッチングストップ層の酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜またはその混合物を除去する工程を少なくとも含むインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、前記基板表面の供給口の形状の薄膜パターン（エッチング犠牲層）が異種の材料の層を二層積層したものであ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によって解決される。 The above-mentioned problems include a step of forming an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film as a livestock heat layer on a silicon substrate, a step of forming an ink discharge pressure generating element on the film, a surface of the silicon substrate Forming a pattern (etching sacrificial layer) in the shape of the ink supply port, and forming a silicon oxide film, a silicon nitride film or a mixture thereof on the pattern in the shape of the supply port A step of forming an etching stop layer, a step of providing an opening on the back surface on which the silicon oxide film or the silicon nitride film is formed, and removing silicon in a portion serving as an ink supply port by anisotropic etching; The process for removing the remaining silicon oxide film, silicon nitride film or mixture of the etching stop layer is reduced. A method of manufacturing an ink jet recording head including at least a thin film pattern (etching sacrificial layer) in the form of a supply port on the substrate surface, wherein two layers of different materials are laminated. It is solved by the method of manufacturing the head.
（作用）
インク吐出圧発生用のヒーター配線は、高抵抗層と低抵抗層の二層構造を持っており、低抵抗配線の一部をエッチングして高抵抗部層を露出させることによりヒーター部を形成している。そこで、エッチング犠牲層を同様な二層構造とすることによって、インク吐出圧発生用のヒーター配線と同時に形成することが可能になり、工程の簡略化が達成される。
(Function)
The heater wiring for generating ink discharge pressure has a two-layer structure consisting of a high resistance layer and a low resistance layer. The heater section is formed by etching a part of the low resistance wiring to expose the high resistance layer. ing. Therefore, by forming the etching sacrificial layer in a similar two-layer structure, it is possible to form the etching sacrificial layer simultaneously with the heater wiring for generating the ink discharge pressure, and the process can be simplified.
以上述べたように本発明によれば、エッチング犠牲層を薄いヒーター層と配線層の二層構成にすることにより、犠牲層と配線を同一プロセスで形成することが可能になり、プロセスの大幅な簡略化が達成された。 As described above, according to the present invention, the sacrificial layer and the wiring can be formed in the same process by making the etching sacrificial layer into a two-layer structure of the thin heater layer and the wiring layer, and the process can be greatly improved. Simplification was achieved.
［実験１］
以下に、本発明に関わる実験について述べる。図３は実験に用いたサンプルの断面構造を示したものである。５インチΦ、厚さ６２５μｍのＳｉ（１００）ウエハ１０１の表面にＴａＳｉＮ膜（Ｔａ：Ｓｉ：Ｎ＝４３：４２：１５）１０２を２００〜９００Å、ＡｌＣｕ膜（Ａｌ：Ｃｕ＝９９．５：０．５）１０３を２０００Åを積層して堆積し平面図６のようにパターニングして犠牲層とした。犠牲層の形状は長方形で、幅１５０μｍ、長さ１０ｍｍとした。その上にプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を８０００Å堆積してエッチングストップ層１０４とした。この時のＳｉＮ膜の成膜条件は、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝５００／１５００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５０ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ １７００Ｗであった。また基板の裏面には、熱酸化膜を平面図７のようにパターニングした異方性エッチング用パターンが形成してある。基板表面には耐アルカリ性のレジスト（ＯＢＣ 東京応化製）１０７が塗布してある。
[Experiment 1]
Hereinafter, experiments related to the present invention will be described. FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a sample used in the experiment. A TaSiN film (Ta: Si: N = 43: 42: 15) 102 is formed on the surface of a Si (100) wafer 101 having a diameter of 5 inches and a thickness of 625 μm in a range of 200 to 900 mm, and an AlCu film (Al: Cu = 99.5: 0). .5) A stack of 2000 Å was deposited and patterned as shown in the plan view 6 to form a sacrificial layer. The shape of the sacrificial layer was a rectangle with a width of 150 μm and a length of 10 mm. An etching stop layer 104 was formed by depositing 8000 mm of SiN film by plasma CVD thereon. The deposition conditions of the SiN film at this time were SiH 4 / NH 3 / N 2 = 500/1500/6300 sccm, pressure 150 mtorr, substrate temperature 380 ° C., and RF 1700 W. On the back surface of the substrate, an anisotropic etching pattern is formed by patterning a thermal oxide film as shown in the plan view of FIG. Alkali resistant resist (OBC Tokyo Ohka Kogyo) 107 is applied on the substrate surface.
犠牲層の下層のＴａＳｉＮ膜の膜厚を２００〜９００Åまで変化させた複数のサンプルを、テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド（ＴＭＡＨ）に浸漬して、裏面よりシリコンを異方性エッチングした。エッチング条件は、ＴＭＡＨ／Ｈ2Ｏ＝２１％、液温度８３℃、エッチング時間は１４時間であった。 A plurality of samples in which the thickness of the TaSiN film under the sacrificial layer was changed from 200 to 900 mm were immersed in tetramethylammonium hydride (TMAH), and silicon was anisotropically etched from the back surface. Etching conditions were TMAH / H 2 O = 21%, a liquid temperature of 83 ° C., and an etching time of 14 hours.
すると、ＴａＳｉＮ膜の膜厚によっては図４のようにシリコンに開いた穴は最後には犠牲層に到達し、犠牲層をエッチングしてエッチングストップ層で止まるものと、図５のように犠牲層がエッチングされずに残るものが発生した。 Then, depending on the film thickness of the TaSiN film, the hole opened in the silicon finally reaches the sacrificial layer as shown in FIG. 4, and the sacrificial layer is etched and stopped at the etching stop layer, as shown in FIG. Was left unetched.
図１０は、ＴａＳｉＮ膜の膜厚と、犠牲層のエッチング残りの発生確率を示したものである。膜厚が８００Å以上の時、発生確率が急激に増加していて、膜厚が１０００Å以上では発生確率は１００％になっていることが判った。 FIG. 10 shows the thickness of the TaSiN film and the probability of occurrence of etching residue in the sacrificial layer. It was found that when the film thickness was 800 mm or more, the occurrence probability increased rapidly, and when the film thickness was 1000 mm or more, the occurrence probability was 100%.
［実験２］
実験１と同様の構成で、犠牲層のＴａＳｉＮ膜の膜厚を５００Åに固定して、上層のＡｌＣｕの膜厚を２００〜８０００Åまで変化させたサンプルを作成して、同様に異方性エッチングした。ＡｌＣｕの膜厚が５００Å以上では犠牲層が全てエッチングされたが、それ以下では一部でエッチングされない犠牲層が残った。また、犠牲層が７０００Å以上では、一部のサンプルにエッチング後にエッチングストップ層に亀裂が観察された。
[Experiment 2]
Samples with the same structure as in Experiment 1 with the thickness of the sacrificial TaSiN film fixed to 500 mm and the thickness of the upper AlCu film varied from 200 to 8000 mm were similarly etched anisotropically. . When the AlCu film thickness was 500 mm or more, the entire sacrificial layer was etched, but when it was less than that, a sacrificial layer that was not etched partially remained. Moreover, when the sacrificial layer was 7000 mm or more, cracks were observed in the etching stop layer after etching in some samples.
［実施態様例］
図１は本発明による実施態様例を示すインクジェット記録ヘッドの製造工程途中のヒーターボード基板の模式図である。基板としては（１００）のＳｉウエハが用いられる。ウエハの表面にヒーター層と配線層を積層して堆積しパターニングして犠牲層２０５とした。犠牲層の平面形状は、長方形で、また、犠牲層のヒーター層の膜厚は一般には８００Å以下、好ましくは７００Å、最適には６００Å以下である。一方、犠牲層の配線層の膜厚は一般には３００〜７０００、好ましくは４００〜６０００Å、最適には５００〜５０００Åである。
[Example Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view of a heater board substrate in the process of manufacturing an ink jet recording head showing an embodiment according to the present invention. A (100) Si wafer is used as the substrate. A heater layer and a wiring layer were stacked and deposited on the surface of the wafer and patterned to form a sacrificial layer 205. The planar shape of the sacrificial layer is rectangular, and the thickness of the heater layer of the sacrificial layer is generally 800 mm or less, preferably 700 mm, and optimally 600 mm or less. On the other hand, the thickness of the sacrificial wiring layer is generally 300 to 7000, preferably 400 to 6000 mm, and most preferably 500 to 5000 mm.
その上にスパッター、蒸着やプラズマＣＶＤによって薄膜を堆積してエッチングストップ層２０６とした。このエッチンッグストップ層の膜厚は、一般には１０００〜２００００Å、好ましくは２０００〜１６０００Å、最適には３０００〜１３０００Åである。 An etching stop layer 206 was formed by depositing a thin film thereon by sputtering, vapor deposition, or plasma CVD. The thickness of the etching stop layer is generally 1000 to 20000 mm, preferably 2000 to 16000 mm, and most preferably 3000 to 13000 mm.
犠牲層に隣接して、ヒーター層２０３と配線層２０４が積層されたパターンが配置されている。 A pattern in which the heater layer 203 and the wiring layer 204 are laminated is disposed adjacent to the sacrificial layer.
また基板の裏面には、耐アルカリ性の膜をパターニングしたエッチングパターン２０７が形成してあり、ここから異方性エッチングにより、表面の犠牲層へ向かって貫通口を開けインク供給口を形成する。 An etching pattern 207 obtained by patterning an alkali-resistant film is formed on the back surface of the substrate, and an ink supply port is formed by opening a through hole toward the sacrificial layer on the surface by anisotropic etching.
次に、本発明によるインクジェット記録ノズルのプロセスを図８を使って順を追って説明する。 Next, the process of the ink jet recording nozzle according to the present invention will be described step by step with reference to FIG.
（１）基板面方位（１００）のシリコン基板３０１に、例えば熱酸化やＣＶＤ法などで絶縁膜３０２を形成し、フォトリソ技術によって図１０のようにインク供給口を設けるための所望のパターン３０３を形成する。 (1) An insulating film 302 is formed on a silicon substrate 301 having a substrate surface orientation (100) by, for example, thermal oxidation or CVD, and a desired pattern 303 for providing an ink supply port as shown in FIG. 10 is formed by photolithography. Form.
（２）ヒーター材に適したＴａを合金などの抵抗の高い金属と、配線材に適したＡｌやＣｕ等の抵抗が低く、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド）等の異方性エッチング用エッチャントに対するエッチング速度が大きな金属を積層して堆積し、パターニングして、配線３０４と犠牲層３０５を形成する。エッチング犠牲層は、裏面からエッチングが進行してエッチャントが犠牲層に到達するとＳｉウエハよりエッチングレートが格段に速いので短時間にエッチングされ、犠牲層パターンに対応した開口部を開けることができるものである。この時、犠牲層の下層になるヒーター層は、本来は異方性エッチングのエッチング液には溶けないが、薄く形成すれば異方性エッチングの際に、ピンホール等からエッチング液が上層の容易に溶ける配線層に進入し犠牲層として機能する。 (2) Ta suitable for heater materials, such as alloys with high resistance such as alloys, and low resistance such as Al and Cu suitable for wiring materials, for anisotropic etching such as TMAH (tetra-methyl-ammonium hydride) A metal having a high etching rate with respect to the etchant is stacked and deposited, and patterned to form the wiring 304 and the sacrificial layer 305. The etching sacrificial layer is etched in a short time because the etching rate is much faster than the Si wafer when etching proceeds from the back surface and the etchant reaches the sacrificial layer, and an opening corresponding to the sacrificial layer pattern can be opened. is there. At this time, the heater layer, which is the lower layer of the sacrificial layer, is not originally soluble in the etching solution for anisotropic etching, but if it is formed thin, the etching solution can be easily removed from the pinhole or the like during anisotropic etching. It enters the wiring layer that melts into the layer and functions as a sacrificial layer.
ヒーター層としては、主にＴａを含む合金が用いられ、その厚さは、一般には２００〜９００Å、好ましくは３０００〜６００Åである。 As the heater layer, an alloy mainly containing Ta is used, and its thickness is generally 200 to 900 mm, preferably 3000 to 600 mm.
（３）インク供給口に合わせて、上層の配線材を一部エッチングして取り除きヒーター部３０６形成する。 (3) In accordance with the ink supply port, the upper layer wiring material is partially etched away to form the heater portion 306.
（４）基板表面上にエッチングストップ層３０７として、プラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＮまたはＳｉＯＮ膜を堆積する。エッチングストップ層は、膜応力を調整するために２種以上の膜を積層しても良い。 (4) An SiN or SiON film is deposited as an etching stop layer 307 on the substrate surface by plasma CVD. As the etching stop layer, two or more kinds of films may be laminated in order to adjust the film stress.
積層されたエッチングストップ膜のトータルの膜厚は、一般には２０００Å〜２μｍ、好ましくは３０００〜１５０００Å、最適には４０００〜１３０００Åである。また積層されたエッチングストップ膜のトータルの応力は、一般には２×１０ｅｘｐ−９dyne/cm2以下、より好ましくは１．８×１０ｅｘｐ−９dyne/cm2以下、最適には１．５×１０ｅｘｐ−９dyne/cm2以下である。 The total thickness of the laminated etching stop film is generally 2000-2 μm, preferably 3000-15000 mm, and most preferably 4000-13000 mm. The total stress of the laminated etching stop film is generally 2 × 10 exp-9 dyne / cm 2 or less, more preferably 1.8 × 10 exp-9 dyne / cm 2 or less, and most preferably 1.5 × 10 exp-9 dyne / cm 2. / cm 2 or less.
（５）ヒーターには耐久性の向上を目的としてプラズマＣＶＤでＳｉＮ膜３０８を堆積し保護膜とする。 (5) A SiN film 308 is deposited on the heater by plasma CVD for the purpose of improving durability, and used as a protective film.
（６）この上に、耐キャビテーション膜３０９としてスパッター等でＴａを堆積しパターニングする。この膜の膜厚は、好ましくは１０００〜５０００Å、さらに好ましくは２０００〜４０００Å、最適には２５００〜３５００Åである。 (6) On this, Ta is deposited and patterned as a cavitation resistant film 309 by sputtering or the like. The thickness of this film is preferably 1000 to 5000 mm, more preferably 2000 to 4000 mm, and most preferably 2500 to 3500 mm.
（７）樹脂製のノズルの密着性を上げるためと、裏面をアルカリ性エッチャントから保護するために、耐食性の高い樹脂膜３１０を形成する。そして、ヒーター部とインク供給口部をパターニングする。 (7) A resin film 310 having high corrosion resistance is formed in order to increase the adhesion of the resin nozzle and to protect the back surface from the alkaline etchant. Then, the heater part and the ink supply port part are patterned.
（８）インク流路確保のために、強アルカリや有機溶剤等で溶解可能な樹脂でパターン３１１を形成する。このパターンは、印刷法や感光性樹脂によるパターニング等で形成する。 (8) In order to secure the ink flow path, the pattern 311 is formed of a resin that can be dissolved in a strong alkali or an organic solvent. This pattern is formed by a printing method or patterning with a photosensitive resin.
（９）インク流路のパターンの上に、被覆樹脂層３１２を形成する。この被覆樹脂層は微細パターンを形成するので感光性レジストが望ましく、さらに流路を形成した樹脂層を除去する際のアルカリや溶剤等によって変形変質しない性質が必要である。 (9) A coating resin layer 312 is formed on the ink flow path pattern. Since this coating resin layer forms a fine pattern, a photosensitive resist is desirable, and further, the coating resin layer must have a property of not being deformed and altered by an alkali, a solvent, or the like when the resin layer having the flow path is removed.
（１０）次に流路の被覆樹脂層をパターニングして、ヒーター部３０６に対応したインク吐出口３１３と電極の外部接続部を形成する。この後、被覆樹脂層を光や熱等によって硬化する。 (10) Next, the coating resin layer of the flow path is patterned to form the ink discharge port 313 corresponding to the heater portion 306 and the external connection portion of the electrode. Thereafter, the coating resin layer is cured by light or heat.
（１１）この基板のノズル形成面側を保護するためレジストで保護膜３１４を形成する。 (11) A protective film 314 is formed with a resist to protect the nozzle forming surface side of the substrate.
（１２）裏面のＳｉＮまたはＳｉＯ2と耐アルカリ膜などをフォトリソ技術を使って、裏面のインク供給口のパターン部分３１５を除去しウエハ面を露出させる。裏面のエッチングマスク膜の製法は、プラズマＣＶＤに限定されるものではなく、ＬＰＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ、熱酸化法などでも良い。 (12) Using a photolithographic technique, the back side SiN or SiO 2 and the alkali-resistant film are removed to remove the pattern portion 315 of the back side ink supply port and expose the wafer surface. The manufacturing method of the etching mask film on the back surface is not limited to plasma CVD, but may be LPCVD, atmospheric pressure CVD, thermal oxidation, or the like.
（１３）この基板をアルカリ系エッチャント（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒドラジン等）に浸け、（１１１）面が出るように異方性エッチングすると、台形の断面形状をした貫通穴が形成される。 (13) When this substrate is immersed in an alkaline etchant (KOH, TMAH, hydrazine, etc.) and anisotropic etching is performed so that the (111) plane appears, a through-hole having a trapezoidal cross-sectional shape is formed.
（１４）エッチングストップ層３０７のＳｉＮ等の膜をフッ酸等の薬液または、ドライエッチ等で部分的に除去してインク供給口を開口する。最後にインク流路形成材３１１を除去し、インクの流路３１６を確保する。 (14) A film such as SiN of the etching stop layer 307 is partially removed by a chemical solution such as hydrofluoric acid or dry etching to open an ink supply port. Finally, the ink flow path forming material 311 is removed to secure the ink flow path 316.
上記プロセスにおいて、基板の加工手順は特に限定されるものではなく、任意に選ぶことができる。 In the above process, the substrate processing procedure is not particularly limited, and can be arbitrarily selected.
以下に、本発明によるインクジェット記録ヘッドの基板の実施例について説明する。 Examples of the substrate of the ink jet recording head according to the present invention will be described below.
図１は本発明による実施態様例を示すインクジェット記録ヘッドの製造工程途中のヒーターボード基板の模式図である。基板として５インチΦＳｉ（１００）ウエハを用いた。 FIG. 1 is a schematic view of a heater board substrate in the process of manufacturing an ink jet recording head showing an embodiment according to the present invention. A 5-inch ΦSi (100) wafer was used as the substrate.
下層にＴａＳｉＮ膜（Ｔａ：Ｓｉ：Ｎ＝（））２０３を５００Å、上層にＡｌＣｕ膜（Ａｌ：Ｃｕ＝９９．５：０．５）２０４を２０００Åを積層して堆積しパターニングして犠牲層２０５と配線層を形成した。犠牲層の平面形状は、図２のように長方形とした。犠牲層の幅は１００μｍ、長さは１０ｍｍとした。配線層の上層のＡｌＣｕを一部エッチングしてヒーター部２０８を形成した。 A sacrificial layer 205 is formed by depositing and patterning a TaSiN film (Ta: Si: N = ()) 203 as a lower layer and a AlCu film (Al: Cu = 99.5: 0.5) 204 as a upper layer and depositing a 2000 layer. And a wiring layer was formed. The planar shape of the sacrificial layer was a rectangle as shown in FIG. The sacrificial layer had a width of 100 μm and a length of 10 mm. A heater portion 208 was formed by partially etching AlCu in the upper layer of the wiring layer.
犠牲層の上にＳｉＮ膜を６０００Å堆積してエッチングストップ層２０６とした。 An etching stop layer 206 was formed by depositing 6000 mm of SiN film on the sacrificial layer.
また基板の裏面には、プラズマＳｉＮ膜を６０００Å堆積し、平面図７のようにパターニングしたエッチングパターンを形成した。このパターンは、異方性エッチングによってウエハ断面にテーパーが付くことを考慮して、幅６００μｍ、長さ１１ｍｍの長方形とした。 On the back surface of the substrate, an etching pattern was formed by depositing 6000 mm of plasma SiN film and patterning it as shown in the plan view of FIG. This pattern was a rectangle having a width of 600 μm and a length of 11 mm in consideration of tapering of the wafer cross section by anisotropic etching.
ここから異方性エッチングにより、表面の犠牲層へ向かって貫通口を開けインク供給口を形成する。 From here, through holes are opened toward the sacrificial layer on the surface by anisotropic etching to form ink supply ports.
本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法について、図８を使って順を追って説明する。 A method for manufacturing the ink jet recording head of the present invention will be described step by step with reference to FIG.
図８（１）のように、厚さ６３０μｍで５インチΦの（１００）面のＳｉウエハ３０１を熱酸化して、ＳｉＯ２層６０２を１２０００Å形成した。次に、ＳｉＯ2をパターニングして供給口開口部３０３を形成した。スパッターで下層にＴａＳｉＮ膜（Ｔａ：Ｓｉ：Ｎ＝４３：４２：１５）を４００Å、上層にＡｌＣｕ膜（Ａｌ：Ｃｕ＝９９．５：０．５）を１５００Å堆積した。フォトリソ技術によって図８（２）のようにパターニングして犠牲層３０５と電極配線３０４を形成した。犠牲層の幅は１２０μｍ、長辺方向は１５ｍｍとした。
As shown in FIG. 8A, a (100) -plane Si wafer 301 having a thickness of 630 μm and a thickness of 5 inches was thermally oxidized to form a 12,000-
次に、インク供給口に合わせて、上層の配線材を一部エッチングして取り除き下層のＴａＳｉＮを露出させヒーター部３０６形成する。（平面図２参照）ヒーター部の大きさは２４Ｘ２４μｍとした。配線は図２のように平面上で折り返し、個別信号供給線と下流のグラウンド電源部を同一配線で形成した。 Next, according to the ink supply port, a part of the upper layer wiring material is removed by etching to expose the lower layer TaSiN to form the heater portion 306. (Refer to the plan view 2) The size of the heater portion was 24 × 24 μm. The wiring was folded on a plane as shown in FIG. 2, and the individual signal supply line and the downstream ground power supply unit were formed by the same wiring.
エッチングストップ層として、図８（３）のようにプラズマＣＶＤでＳｉＮ膜３０７を８０００Å堆積した。この時のＳｉＮ膜の成膜条件は、ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝５００／１５００／６３００ｓｃｃｍ、圧力１５０ｍｔｏｒｒ、基板温度３８０℃、ＲＦ １７００Ｗであった。 As an etching stop layer, 8000 mm of SiN film 307 was deposited by plasma CVD as shown in FIG. The deposition conditions for the SiN film at this time were SiH 4 / NH 3 / N 2 = 500/1500/6300 sccm, pressure 150 mtorr, substrate temperature 380 ° C., and RF 1700 W.
ヒーターには耐久性の向上を目的としてプラズマＣＶＤでＳｉＮ膜３０８を堆積し保護膜とする。この時のＳｉＮ膜の成膜条件は、ＳｉＨ4／ＮＨ3＝５００／２０００ｓｃｃｍ、圧力１５０ｍｔｏｒｒ、基板温度３６０℃、ＲＦ １７００Ｗであった。 For the purpose of improving durability, a SiN film 308 is deposited on the heater by plasma CVD to form a protective film. The deposition conditions for the SiN film at this time were SiH 4 / NH 3 = 500/2000 sccm, pressure 150 mtorr, substrate temperature 360 ° C., and RF 1700 W.
この上に、耐キャビテーション膜３０９としてスパッターでＴａを２３００Å堆積しパターニングした。 On top of this, 2300 m of Ta was deposited by sputtering as an anti-cavitation film 309 and patterned.
樹脂製のノズルの密着性を上げるためと、裏面をアルカリ性エッチャントから保護するために、耐アルカリ性の膜（HIMAL日立化成製）３１０を形成する。そして、ヒーター部パターニングする。 An alkali-resistant film (manufactured by HIMAL Hitachi Chemical Co., Ltd.) 310 is formed in order to increase the adhesion of the resin nozzle and to protect the back surface from the alkaline etchant. Then, the heater part is patterned.
感光性樹脂としてポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化ＯＤＵＲ−１０１０）を２０μｍ塗布してパターニングして、図８（７）のようにインク流路型材３１１を形成した。さらに表１に示した感光性樹脂層３１２を１２μｍ塗布しパタ−ニングして、図８（９）のようにインク吐出口３１３を形成した。 Polymethylisopropenyl ketone (Tokyo Ohka ODUR-1010) as a photosensitive resin was applied by 20 μm and patterned to form an ink flow path mold 311 as shown in FIG. 8 (7). Further, 12 μm of the photosensitive resin layer 312 shown in Table 1 was applied and patterned to form ink discharge ports 313 as shown in FIG.
ノズル形成面側を保護するために、ゴム系レジスト（東京応化製 ＯＢＣ）で保護膜３１４を形成した。ノズルの裏面側のHIMAL膜とＳｉＯ2をパターニングして、裏面インク供給口３１５を形成した。このパターンは、幅６２０μｍ長さ１６ｍｍの長方形とした。 In order to protect the nozzle forming surface side, a protective film 314 was formed with a rubber resist (OBC manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). The back surface ink supply port 315 was formed by patterning the HIMAL film and SiO 2 on the back side of the nozzle. This pattern was a rectangle having a width of 620 μm and a length of 16 mm.
この基板を２１％のＴＭＡＨ水溶液に浸漬して異方性エッチングした。エッチャント温度は８３℃、エッチング時間は１５時間とした。これは基板の厚み６３０μｍをジャストエッチする時間に対して１０％のオーバーエッチ時間とした。 This substrate was immersed in a 21% TMAH aqueous solution and anisotropically etched. The etchant temperature was 83 ° C. and the etching time was 15 hours. This was an overetching time of 10% with respect to the time for just etching the thickness of the substrate of 630 μm.
エッチングは図８（１２）のようにＡｌＣｕの犠牲層まで進み、エッチングストップ層の前で止まっている。この時、エッチングストップ層に亀裂はなく、流路形成樹脂層やノズル部へのエッチング液の浸入は見られなかった。 Etching proceeds to the AlCu sacrificial layer as shown in FIG. 8 (12), and stops before the etching stop layer. At this time, there was no crack in the etching stop layer, and no penetration of the etching solution into the flow path forming resin layer or the nozzle portion was observed.
次に、図８（１３）のようにエッチングストップ層のＳｉＮをＣＤＥ法によって除去した。エッチング条件は、ＣＦ4／Ｏ2＝３００／２５０ｓｃｃｍ、ＲＦ８００Ｗ、圧力２５０ｍｔｏｒｒであった。 Next, as shown in FIG. 8 (13), SiN in the etching stop layer was removed by the CDE method. Etching conditions were CF 4 / O 2 = 300/250 sccm, RF 800 W, and pressure 250 mtorr.
図８（１４）のように、乳酸メチル中で超音波を掛け樹脂３１１を除去して、インク流路３１６を形成した。最後に、図８（１５）のようにメチルイソブチルケトンに浸漬後、キシレン中で超音波を掛け保護膜を除去してインクジェット記録ヘッドが完成した。 As shown in FIG. 8 (14), an ultrasonic wave was applied in methyl lactate to remove the resin 311 to form an ink flow path 316. Finally, as shown in FIG. 8 (15), after being immersed in methyl isobutyl ketone, the protective film was removed by applying ultrasonic waves in xylene to complete the ink jet recording head.
このインクジェット記録ヘッドを使って、吐出周波数１５ＫＨｚで印字テストを行ったが、１５ｍｍ幅全域にわたって、印字のカスレ、濃度ムラ、インクの不吐出のない高品位な印字物が得られた。 Using this ink jet recording head, a printing test was performed at an ejection frequency of 15 KHz. A high-quality printed matter free from printing blur, density unevenness, and non-ejection of ink was obtained over the entire 15 mm width.
１０１ Ｓｉ基板
１０２ ＴａＳｉＮ膜
１０３ ＡｌＣｕ膜
１０４ エッチングストップ層
１０５ インク供給口開口部
１０６ エッチングマスク材
１０７ 耐アルカリ性レジスト
２０１ Ｓｉ基板
２０２ 絶縁層層
２０３ ヒーター層
２０４ 配線層
２０５ 犠牲層
２０６ エッチングストップ層
２０７ インク供給口開口部
２０８ ヒーター部
３０１ シリコンウエハ基板
３０２ 絶縁膜
３０３ インク供給口開口部
３０４ 配線
３０５ 犠牲層
３０６ ヒーター部
３０７ エッチングストップ層
３０８ ヒーター保護膜
３０９ 耐キャビテーション膜
３１０ 耐アルカリ性樹脂膜
３１１ インク流路形成材
３１２ ノズル形成材
３１３ インク吐出口
３１４ 保護レジスト
３１５ インク供給口パターン
３１６ インク流路
101 Si substrate 102 TaSiN film 103 AlCu film 104 Etching stop layer 105 Ink supply port opening 106 Etching mask material 107 Alkali resistant resist 201 Si substrate 202 Insulating layer 203 Heater layer 204 Wiring layer 205 Sacrificial layer 206 Etching stop layer 207 Ink supply Port opening 208 Heater 301 Silicon wafer substrate 302 Insulating film 303 Ink supply port opening 304 Wiring 305 Sacrificial layer 306 Heater 307 Etching stop layer 308 Heater protective film 309 Cavitation resistant film 310 Alkali resistant resin film 311 Ink flow path forming material 312 Nozzle forming material 313 Ink discharge port 314 Protective resist 315 Ink supply port pattern 316 Ink flow path
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005043915A JP2006224590A (en) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | Method for manufacturing inkjet recording head |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100955963B1 (en) | 2006-10-12 | 2010-05-04 | 캐논 가부시끼가이샤 | Ink jet print head and method of manufacturing ink jet print head |
| JP2011016350A (en) * | 2009-06-11 | 2011-01-27 | Canon Inc | Manufacturing method of substrate for liquid discharge head |
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2005
- 2005-02-21 JP JP2005043915A patent/JP2006224590A/en not_active Withdrawn
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