JP2011056906A

JP2011056906A - Method of manufacturing liquid discharge head

Info

Publication number: JP2011056906A
Application number: JP2009211999A
Authority: JP
Inventors: Ken Yasuda; 建安田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2011-03-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a liquid discharge head capable of improving processing accuracy of a through hole without increasing the number of processes. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the liquid discharge head having a heating resistive element electrically connected to an electrode on the back face of a silicon substrate via the through hole includes: (1) a process of forming a heating resistive layer serving as the heating resistive element on the silicon substrate; and (2) a process of forming the through hole reaching the heating resistive layer from the back face of the silicon substrate by dry etching using plasma. In the process (2), by detecting emission spectra from the heating resistive layer by the dry etching, penetration of the through hole is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head that discharges liquid.

インクジェット記録方式は、インク吐出方式の違いからいくつかの方式に分類される。特に、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によってインク滴を加熱して、インク滴を吐出させる方式では、まず、熱エネルギーの作用を受けたインクが加熱されて気泡が生じる。この気泡発生に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端のオリフィスに液滴が形成され、その液滴が記録媒体に付着して情報の記録が行われる。すなわち、熱エネルギーをインクに作用させて、液滴吐出の原動力を得るという点において、他のインク吐出方式とは異なる特徴を有している。 Ink jet recording methods are classified into several methods based on differences in ink ejection methods. In particular, in a method in which ink droplets are heated by an electrothermal conversion element having a heating resistor and ink droplets are ejected, first, ink subjected to the action of thermal energy is heated to generate bubbles. Due to the acting force based on the bubble generation, a droplet is formed at the orifice at the tip of the recording head, and the droplet adheres to the recording medium to record information. That is, it has a feature different from other ink ejection methods in that thermal energy is applied to ink to obtain a driving force for droplet ejection.

また、インクジェット記録方式においては、記録画像の向上のために、液体流路、オリフィス、インク供給口等を高密度、高精度で形成する必要がある。このため、例えば、溶解可能な樹脂層を形成し、その上部に被覆層を形成し、被覆層にオリフィスを形成した後、樹脂層を溶解して液流路を形成する手法が開示されている。また、オリフィスを形成した後、インク供給口をエッチングで形成する方法なども開示されている。 Further, in the ink jet recording system, it is necessary to form liquid flow paths, orifices, ink supply ports, etc. with high density and high accuracy in order to improve the recorded image. For this reason, for example, a method is disclosed in which a soluble resin layer is formed, a coating layer is formed thereon, an orifice is formed in the coating layer, and then the resin layer is dissolved to form a liquid flow path. . Also disclosed is a method of forming an ink supply port by etching after forming an orifice.

近年、インクジェットの高速化や高機能化のために、インクを吐出するノズル数を増やす長尺化や高密度化が要求されており、高精度で高密度の素子基板の形成が必要となっている。そこで、ヘッドの実装領域低減やコンパクト化のため、基板の表面（発熱抵抗体が形成されている面）と、裏面（発熱抵抗体と反対側の面）とを貫通口によって電気的に接続する貫通電極を用いる方法が提案されている（特許文献１）。一般的に、貫通口をエッチングによって形成する場合、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などをエッチングストップ層として用い、その終点はエッチングレートの測定に基づいて時間を設定することにより決定されている。 In recent years, in order to increase the speed and functionality of inkjet, it has been required to increase the number of nozzles that eject ink and increase the density, and it is necessary to form a high-precision and high-density element substrate. Yes. Therefore, in order to reduce the mounting area of the head and make it more compact, the front surface of the substrate (the surface on which the heating resistor is formed) and the back surface (the surface opposite to the heating resistor) are electrically connected through a through-hole. A method using a through electrode has been proposed (Patent Document 1). Generally, when the through hole is formed by etching, silicon oxide (SiO ₂ ) or the like is used as an etching stop layer, and the end point is determined by setting the time based on the measurement of the etching rate.

特開２００６−０２７１０８号公報JP 2006-027108 A

上述したように、ヘッドの実装領域低減やコンパクト化の観点から、基板の表面と裏面を貫通口でつなげ、貫通電極を用いる構成をとった場合、電極は確実に導通を取れていなくてはならない。すなわち、貫通口を加工する際には、表面の導電層が露出するまで確実に加工しなければならない。しかしながら、従来の技術においては以下のような問題があった。 As described above, from the viewpoint of reducing the mounting area of the head and making it compact, the electrode must be surely conductive when the front and back surfaces of the substrate are connected by a through hole and a through electrode is used. . That is, when the through hole is processed, it must be surely processed until the surface conductive layer is exposed. However, the conventional techniques have the following problems.

一般に、貫通口はレーザー加工やエッチングによって形成される。エッチングで貫通口を形成する場合、貫通電極が機能するためには、上述したように導電層で確実にエッチングを止めなければならないと共に、確実に導電層に到達するまでエッチングを止めてはならない。その際、一般的に用いられているエッチングの終点を時間でコントロールする方法では、経時的な変化や装置差、あるいはパターニングによるエッチングレートの変動などによってエッチングの終点にばらつきが生じる可能性がある。つまり、導電層まで到達せずに歩留まりが低下する、あるいは貫通口が横方向に広がってしまう場合があるといった課題があった。そのため、エッチングの終点を精度よく検知することは、歩留まりを向上することにつながり、ヘッドの高精度化及び高密度化に貢献する。 Generally, the through hole is formed by laser processing or etching. When the through hole is formed by etching, in order for the through electrode to function, the etching must be reliably stopped by the conductive layer as described above, and the etching must not be stopped until the conductive layer is reliably reached. At that time, in the method of controlling the end point of etching that is generally used by time, there is a possibility that the end point of etching may vary due to a change over time, a difference in apparatus, or a variation in etching rate due to patterning. That is, there is a problem that the yield may be lowered without reaching the conductive layer, or the through hole may spread in the lateral direction. Therefore, accurately detecting the end point of etching leads to an improvement in yield and contributes to higher accuracy and higher density of the head.

また、ヘッドの実装領域低減やコンパクト化の観点から貫通電極を高密度化するには、貫通口の大きさは、導通さえ取れていれば小さいほどよい。一方、その際にインク供給口は、インクの吐出周波数を確保するためにある程度の大きさを確保していなければならないため、一般に貫通電極を形成する貫通口とインク供給口の開口面積は異なる。エッチングによって、貫通口とインク供給口を同時に加工する場合にはマイクロローディング効果の影響によって、開口面積の小さい貫通口はエッチングされにくくなり、エッチング時の高精度の終点検知が困難になる。そこで、開口しにくい部分に合わせて、１０〜２０％のオーバーエッチングを行う必要がある。従って、同時に開口面積の異なる開口を行う際には、効率悪化やコストアップの原因となる可能性があった。また、貫通口の縮小に伴ってマイクロローディング効果の影響は増加し、加工精度が悪くなる可能性をもっている。従って、貫通口の終点を精度よく検知することが必要となっている。 In order to increase the density of the through electrode from the viewpoint of reducing the mounting area of the head and making it compact, the size of the through hole is preferably as small as possible. On the other hand, since the ink supply port must have a certain size in order to ensure the ink ejection frequency at that time, the opening area of the through-hole forming the through-electrode and the ink supply port are generally different. When the through hole and the ink supply port are processed simultaneously by etching, the through hole having a small opening area is difficult to be etched due to the influence of the microloading effect, and it is difficult to accurately detect the end point during etching. Therefore, it is necessary to perform 10 to 20% over-etching in accordance with the portion that is difficult to open. Accordingly, when openings having different opening areas are performed at the same time, there is a possibility that efficiency may be deteriorated and costs may be increased. Further, as the through hole is reduced, the influence of the microloading effect is increased, and there is a possibility that the processing accuracy is deteriorated. Therefore, it is necessary to accurately detect the end point of the through hole.

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、ヘッドの加工の高精度化による歩留まりの向上を期待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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an ink jet recording head that can be expected to improve the yield by increasing the precision of head processing.

本発明は、シリコン基板の裏面の電極と貫通口を通して電気的に接続される発熱抵抗素子を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、（１）前記シリコン基板の上に、前記発熱抵抗素子となる発熱抵抗層を形成する工程と、（２）前記シリコン基板の裏面からプラズマを用いたドライエッチングにより前記発熱抵抗層に達するように前記貫通口を形成する工程と、を含み、前記工程（２）において、前記ドライエッチングによる前記発熱抵抗層からの発光スペクトルを検出することにより、前記貫通口の貫通を検知することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。 The present invention is a method of manufacturing a liquid discharge head having a heating resistor element electrically connected to an electrode on the back surface of a silicon substrate through a through-hole, and (1) the heating resistor element on the silicon substrate; And (2) forming the through hole so as to reach the heat generating resistance layer by dry etching using plasma from the back surface of the silicon substrate. ), The penetration of the through hole is detected by detecting a light emission spectrum from the heating resistor layer by the dry etching.

以上で説明した通り、本発明によれば、貫通口を工程数を増やすことなく高精度で形成することができる。そのため、ヘッドの実装領域低減や、コンパクト化が可能になる。 As described above, according to the present invention, the through hole can be formed with high accuracy without increasing the number of steps. Therefore, it is possible to reduce the mounting area of the head and to make it compact.

また、精度を落とすことなく、貫通口とインク供給口とを同時に加工をすることが可能になり、高精度な配置も可能になる。そのため、得られる液体吐出ヘッドの吐出性能を向上することができる。 In addition, it is possible to process the through-hole and the ink supply port at the same time without reducing accuracy, and a highly accurate arrangement is also possible. Therefore, the discharge performance of the obtained liquid discharge head can be improved.

さらに、貫通口やインク供給口の加工時間を短縮することができるため製造効率の向上や加工コストの削減も可能になる。 Furthermore, since the processing time of the through-hole and the ink supply port can be shortened, the manufacturing efficiency can be improved and the processing cost can be reduced.

インクジェット記録ヘッドの断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。It is sectional drawing (a) and top view (b) of an inkjet recording head. 本発明の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説明するための断面工程図である。It is sectional process drawing for demonstrating the manufacturing method of the inkjet recording head which concerns on embodiment of this invention. 図２（ｄ）に続き、本発明の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説明するための断面工程図である。FIG. 3D is a sectional process diagram for explaining the manufacturing method of the ink jet recording head according to the embodiment of the invention, following FIG. 図３（ｃ）に続き、本発明の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説明するための断面工程図である。FIG. 4C is a sectional process diagram for explaining the manufacturing method of the ink jet recording head according to the embodiment of the invention following FIG. 図４（ｃ）に続き、本発明の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説明するための断面工程図である。FIG. 5C is a sectional process diagram for explaining the manufacturing method of the ink jet recording head according to the embodiment of the invention, following FIG.

本発明は、シリコン基板の裏面の電極と貫通口を通して電気的に接続される発熱抵抗素子を有する液体吐出ヘッドの製造方法である。また、本発明では、貫通口を形成する際に、プラズマを用いたドライエッチングによる発熱抵抗層からの発光スペクトルを検出することにより、貫通口の貫通を検知することを特徴とする。 The present invention is a method for manufacturing a liquid discharge head having a heating resistance element electrically connected to an electrode on the back surface of a silicon substrate through a through-hole. In the present invention, when the through hole is formed, penetration of the through hole is detected by detecting an emission spectrum from the heat generation resistance layer by dry etching using plasma.

本発明において、発熱抵抗層は、発熱抵抗層として公知の材料を用いて形成することでき、特に限定されるものではない。例えば、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＴａＮ又はＣｒＳｉＮが好ましい用いることができる。Ｔａはプラズマによって励起し、波長３３０ｎｍの波長光を発する。Ｔａ、Ｗ、Ｃｒなどの金属はプラズマにより励起されて基底状態に戻るときに発光する性質を有する。本発明においてはその発光スペクトルを検出する。 In the present invention, the heating resistor layer can be formed using a known material as the heating resistor layer, and is not particularly limited. For example, TaSiN, WSiN, TaN or CrSiN can be preferably used. Ta is excited by plasma and emits light having a wavelength of 330 nm. Metals such as Ta, W, and Cr have the property of emitting light when excited by plasma and return to the ground state. In the present invention, the emission spectrum is detected.

本発明ではプラズマを用いたドライエッチングにより貫通口を形成する。 In the present invention, the through hole is formed by dry etching using plasma.

本発明におけるプラズマを用いたドライエッチングとしては、反応性イオンエッチングやケミカルドライエッチング等が挙げられる。ドライエッチングのなかでも、反応性イオンエッチングが好ましい。反応性イオンエッチングは、アスペクト比が高いことから高アスペクト比エッチングとも言われる。 Examples of dry etching using plasma in the present invention include reactive ion etching and chemical dry etching. Of dry etching, reactive ion etching is preferable. Reactive ion etching is also called high aspect ratio etching because of its high aspect ratio.

反応性イオンエッチングを用いて貫通口を形成する場合は、一般的に、高密度プラズマを使い、ボッシュプロセスと呼ばれるエッチング技術を用いる方法がある。ボッシュプロセスは、エッチング側面の保護とエッチングを繰り返し行うエッチング方法である。 When forming the through-holes using reactive ion etching, there is generally a method using an etching technique called a Bosch process using high-density plasma. The Bosch process is an etching method in which etching side surfaces are protected and etched repeatedly.

高密度プラズマを発生する方法は主に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ＲＩＥが用いられる。ＥＣＲ−ＲＩＥ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ−ＲＩＥ）と呼ばれるマイクロ波を用いた方法もある。 As a method for generating high-density plasma, inductively coupled plasma (ICP) RIE is mainly used. There is also a method using a microwave called ECR-RIE (Electron Cyclotron Resonance-RIE).

本発明においては、プラズマが発熱抵抗層に含まれる金属を励起するため、貫通口が発熱抵抗層に達すると、金属特有の発光スペクトルが検出されるようになる。したがって、貫通口を形成する際に、金属特有の発光スペクトルを検知することで貫通口が発熱抵抗層に達したことを検知することができる。例えば、発熱抵抗層に含まれる金属がＴａの場合、Ｔａ特有の発光スペクトルは波長３３０ｎｍである。 In the present invention, since the plasma excites the metal contained in the heating resistance layer, when the through-hole reaches the heating resistance layer, the emission spectrum peculiar to the metal is detected. Therefore, when the through hole is formed, it is possible to detect that the through hole has reached the heating resistance layer by detecting an emission spectrum peculiar to metal. For example, when the metal contained in the heating resistance layer is Ta, the emission spectrum peculiar to Ta has a wavelength of 330 nm.

発光スペクトルは、特に制限されるものではなく、公知の検出器で検出可能である。 The emission spectrum is not particularly limited and can be detected by a known detector.

以下、本発明の記録ヘッドの構成及び製法を図面を参照して説明する。また、以下の説明では、本発明の適用例として、主にインクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、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に用いることのできる基板にも適用できる。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。 Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the recording head of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, as an application example of the present invention, an inkjet recording head will be mainly described as an example. However, the scope of the present invention is not limited to this, and biochip manufacturing and electronic circuit printing are used. The present invention can also be applied to a substrate that can be used for a liquid discharge head. As the liquid discharge head, in addition to the ink jet recording head, for example, a head for producing a color filter can be cited.

図１（ａ）は本発明によって製造されるインクジェット記録ヘッドの構成例を模式的に示す断面図である。図１（ｂ）には、インクジェット記録ヘッドの模式的平面図を示す。 FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of an ink jet recording head manufactured according to the present invention. FIG. 1B is a schematic plan view of the ink jet recording head.

図１において、基板１の表面にはパターニングされた絶縁膜２と発熱抵抗層３と配線層４と保護層５とが形成されている。保護層５上には、インク流路８と液体（液滴）の吐出手段であるインク吐出口９とを構成するオリフィスプレート１１が形成されている。この際、絶縁膜２は、一般的な半導体工程で形成される発熱駆動素子中の、素子分離層あるいは層間絶縁膜あるいは蓄熱層の少なくとも１つ以上の機能を有する膜からなる。さらに、基板１の裏面（上記の表面と反対の面）から、発熱抵抗層３または配線層４に至るまで、基板表面と裏面とを電気的に接続するための貫通口６が形成されている。また、基板１裏面からインク流路８に至るまで、インク供給手段であるインク供給口（液体供給口）７が形成されている。貫通口６の内側には貫通配線層１５が形成され、貫通配線層１５は基板１の表面と裏面を電気的に接続する機能を有する。 In FIG. 1, a patterned insulating film 2, a heating resistance layer 3, a wiring layer 4, and a protective layer 5 are formed on the surface of a substrate 1. On the protective layer 5, an orifice plate 11 is formed that constitutes an ink flow path 8 and an ink discharge port 9 that is a liquid (droplet) discharge means. At this time, the insulating film 2 is formed of a film having at least one function of an element isolation layer, an interlayer insulating film, or a heat storage layer in a heat generating drive element formed by a general semiconductor process. Further, a through-hole 6 for electrically connecting the substrate surface and the back surface is formed from the back surface (the surface opposite to the above surface) of the substrate 1 to the heating resistance layer 3 or the wiring layer 4. . An ink supply port (liquid supply port) 7 serving as an ink supply unit is formed from the back surface of the substrate 1 to the ink flow path 8. A through wiring layer 15 is formed inside the through hole 6, and the through wiring layer 15 has a function of electrically connecting the front surface and the back surface of the substrate 1.

基板１にはスリット状のインク供給口７が延び、インク供給口７から各吐出口９に向けてインク流路８が分岐している。インク供給口７は１本のスリットでも複数個のスリットに分割されていても構わない。インク流路８は基板１とオリフィスプレート１１との空間部として形成されている。配線層が設けられていない発熱抵抗層部分と対向する位置のオリフィスプレート１１には吐出口９が設けられている。 A slit-shaped ink supply port 7 extends in the substrate 1, and an ink flow path 8 branches from the ink supply port 7 toward each discharge port 9. The ink supply port 7 may be divided into one slit or a plurality of slits. The ink flow path 8 is formed as a space between the substrate 1 and the orifice plate 11. A discharge port 9 is provided in the orifice plate 11 at a position facing the heat generating resistance layer portion where no wiring layer is provided.

インクタンクを出たインクは、インク供給口７を通ってインク流路８内及びその先の吐出口９に充填される。オリフィスプレート１１は、製造方法にもよるが、レーザーでノズルおよび吐出口が形成された樹脂フィルムまたは露光、現像されたエポキシ膜である。 The ink that has exited the ink tank passes through the ink supply port 7 and fills the ink flow path 8 and the discharge port 9 ahead of the ink flow path 8. The orifice plate 11 is a resin film in which a nozzle and a discharge port are formed by a laser, or an exposed and developed epoxy film, depending on the manufacturing method.

次に、上述したインクジェット記録ヘッドの製造方法について図２を用いて具体的に説明する。 Next, a method for manufacturing the above-described ink jet recording head will be specifically described with reference to FIG.

まず、図２（ａ）に示すように、例えば厚さ５０μｍから８００μｍのシリコン基板１を用意する。 First, as shown in FIG. 2A, for example, a silicon substrate 1 having a thickness of 50 μm to 800 μm is prepared.

次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面上に一般的な半導体素子形成工程によって絶縁膜２を形成する。 Next, as shown in FIG. 2B, an insulating film 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by a general semiconductor element forming step.

次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて貫通口６とインク供給口７に相当する絶縁膜２部分をドライエッチングにより除去する。 Next, as shown in FIG. 2C, portions of the insulating film 2 corresponding to the through holes 6 and the ink supply ports 7 are removed by dry etching using a photolithography technique.

次に、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１及び絶縁膜２の上に発熱抵抗層３（例えば厚さ１０ｎｍから５０ｎｍ）を形成する。発熱抵抗層３としては、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＴａＮ又はＣｒＳｉＮなどの金属を含む膜を用いることができる。また、発熱抵抗層３の上に、配線層４（例えば厚さ１００ｎｍから３００ｎｍ）を形成する。配線層としては金属膜を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 2D, a heating resistance layer 3 (for example, a thickness of 10 nm to 50 nm) is formed on the silicon substrate 1 and the insulating film 2. As the heating resistance layer 3, a film containing a metal such as TaSiN, WSiN, TaN, or CrSiN can be used. In addition, the wiring layer 4 (for example, a thickness of 100 nm to 300 nm) is formed on the heating resistor layer 3. A metal film can be used as the wiring layer.

次に、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いてインク供給口７に相当する発熱抵抗層及び配線層部分をエッチングする。 Next, as shown in FIG. 3A, the heating resistance layer and the wiring layer portion corresponding to the ink supply port 7 are etched using a photolithography technique.

次に、図３（ｂ）に示すように、配線層４となる金属膜をフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることで発熱抵抗層３及び配線層４を形成する。 Next, as shown in FIG. 3B, the heat generation resistance layer 3 and the wiring layer 4 are formed by patterning a metal film to be the wiring layer 4 using a photolithography technique.

次に、図３（ｃ）に示すように、保護層５（例えば厚さ１００ｎｍから４００ｎｍ）を形成する。保護層５としては、例えば窒化膜を成膜することができる。続いて、図４（ａ）に示すように、保護層５をパターニングする。このとき、保護層５上の吐出口９と対向する位置に耐キャビテーション層（図示せず）を形成しても良い。 Next, as shown in FIG. 3C, a protective layer 5 (for example, a thickness of 100 nm to 400 nm) is formed. As the protective layer 5, for example, a nitride film can be formed. Subsequently, as shown in FIG. 4A, the protective layer 5 is patterned. At this time, an anti-cavitation layer (not shown) may be formed at a position on the protective layer 5 facing the discharge port 9.

次に、図４（ｂ）に示すように、保護層５上に型材１２（例えば厚さ５μｍから１５μｍ）を塗布する。続いて、図４（ｃ）に示すように、型材２をパターニングする。続いて、図５（ａ）に示すように、型材２の上にカチオン重合型エポキシ樹脂１４（例えば厚さ１５μｍから２５μｍ）を塗布する。続いて、図５（ｂ）に示すように、パターニングによって吐出口９を形成する。 Next, as shown in FIG. 4B, a mold material 12 (for example, a thickness of 5 μm to 15 μm) is applied on the protective layer 5. Subsequently, as shown in FIG. 4C, the mold material 2 is patterned. Subsequently, as shown in FIG. 5A, a cationic polymerization type epoxy resin 14 (for example, a thickness of 15 μm to 25 μm) is applied on the mold material 2. Subsequently, as shown in FIG. 5B, the discharge ports 9 are formed by patterning.

次に、図５（ｃ）に示すように、プラズマを用いたドライエッチングにより基板裏面から貫通口６及びインク供給口７を形成する。例えばドライエッチングとしてはボッシュプロセスを適用することができ、例えば開口面積１００μｍ²〜１０００μｍ²の貫通口６と幅５０μｍ〜１５０μｍのスリット状のインク供給口７を形成することができる。 Next, as shown in FIG. 5C, the through hole 6 and the ink supply port 7 are formed from the back surface of the substrate by dry etching using plasma. For example, as a dry etching can be applied to the Bosch process, can be formed, for example, the opening area 100μm ^² ~1000μm ² of the through hole 6 and the width slit-like ink supply port 7 of the 50Myuemu～150myuemu.

その際、貫通口６からの発光スペクトルをモニタリングしながらエッチングを行う。発熱抵抗層３に含まれる金属の発光スペクトル（例えば１００ｎｍから５００ｎｍの波長）を検知する。また、発光スペクトルを検知した段階から検知が終了した段階の間でエッチングを止めることが好ましい。 At that time, etching is performed while monitoring the emission spectrum from the through-hole 6. An emission spectrum (for example, a wavelength of 100 nm to 500 nm) of a metal contained in the heat generation resistive layer 3 is detected. Moreover, it is preferable to stop etching between the stage where the emission spectrum is detected and the stage where the detection is completed.

なお、このときマイクロローディング効果の影響で、インク供給口７は貫通口６よりも早くエッチングされる。そのため、上述のタイミングでエッチングを止めてもインク供給口７は既に形成されている。また、貫通口６とインク供給口７を形成する前に基板１を薄化する工程があってもよい。 At this time, the ink supply port 7 is etched faster than the through-hole 6 due to the influence of the microloading effect. Therefore, the ink supply port 7 is already formed even if the etching is stopped at the above timing. There may also be a step of thinning the substrate 1 before forming the through-hole 6 and the ink supply port 7.

また、インク供給口７と吐出口９から型材を溶出除去し、インク流路８を形成する。 Further, the mold material is eluted and removed from the ink supply port 7 and the discharge port 9 to form the ink flow path 8.

最後に、貫通口６にめっき（例えば厚さ０．１μｍから１０μｍ）を施して貫通配線層１５を形成し、貫通電極を形成する（図１参照）。また、貫通口６の側面及び基板１裏面には必要に応じて絶縁膜（図示せず）を形成してもよく、貫通口６とインク供給口７を形成する前に基板１を薄化する工程があってもよい。 Finally, plating (for example, thickness of 0.1 μm to 10 μm) is applied to the through-hole 6 to form the through-wiring layer 15 to form a through-electrode (see FIG. 1). Further, an insulating film (not shown) may be formed on the side surface of the through hole 6 and the back surface of the substrate 1 as necessary, and the substrate 1 is thinned before the through hole 6 and the ink supply port 7 are formed. There may be a process.

以上によりインクジェット記録ヘッドが完成する。 The ink jet recording head is thus completed.

本発明に係る製造方法によって完成したインクジェット記録ヘッドは、工程数を増やすことなく基板１の貫通口６を高精度で加工できるので、低コスト化かつ歩留まりの向上を達成できる。また、チップ面積を小さくするために貫通口６の内径を小さくする場合にも、上述した方法を用いることで精度を保ったまま貫通口６を形成することが可能となる。 The ink jet recording head completed by the manufacturing method according to the present invention can process the through-hole 6 of the substrate 1 with high accuracy without increasing the number of steps, so that the cost can be reduced and the yield can be improved. Further, when the inner diameter of the through hole 6 is reduced in order to reduce the chip area, the through hole 6 can be formed while maintaining accuracy by using the above-described method.

以下に実施例を示して本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

（実施例１）
まず、厚さ６２５μｍのシリコン基板１の表面上に熱酸化法によって、ＭＯＳ（金属酸化物半導体（不図示））の素子分離として機能する酸化シリコン層を形成した。また、その上にＢＰＳＧを成膜及びパターニングし、さらにその上にプラズマＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜を重ねてパターニングすることで絶縁層２のエッチングを行った。次に、フォトリソグラフィー技術を用いて、貫通口６とインク供給口７に相当する絶縁層部分をＣＦ₄を用いたドライエッチングによってエッチングした。次に、その上に発熱抵抗層３となる、厚さ１５ｎｍのＴａＳｉＮ膜及び配線層４となる２００ｎｍのＡｌＣｕ膜をスパッタ法を用いて成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングし、インク供給口７に相当する部分をＣｌ₂を用いてドライエッチングした。続いて、配線層４となるＡｌＣｕ膜をフォトリソグラフィー技術でパターニングし、その後、硝酸、酢酸及びリン酸の混酸を用いてウェットエッチングすることで、発熱抵抗層３及び配線層４を形成した。 Example 1
First, a silicon oxide layer functioning as element isolation of MOS (metal oxide semiconductor (not shown)) was formed on the surface of a silicon substrate 1 having a thickness of 625 μm by thermal oxidation. Moreover, the insulating layer 2 was etched by forming and patterning BPSG thereon and then patterning the silicon oxide film thereon by using a plasma CVD method. Next, the insulating layer portions corresponding to the through hole 6 and the ink supply port 7 were etched by dry etching using CF ₄ by using a photolithography technique. Next, a TaSiN film having a thickness of 15 nm and a 200 nm AlCu film serving as a wiring layer 4 to be the heating resistance layer 3 are formed thereon by sputtering, patterned using a photolithography technique, and supplied with ink. The portion corresponding to the mouth 7 was dry etched using Cl ₂ . Subsequently, the AlCu film to be the wiring layer 4 was patterned by a photolithography technique, and then wet etching was performed using a mixed acid of nitric acid, acetic acid, and phosphoric acid to form the heating resistance layer 3 and the wiring layer 4.

続いて、保護層５となる厚さ２００ｎｍのＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法で成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングし、ＣＨＦ₃及び酸素を用いたドライエッチングによって保護層５を形成した。 Subsequently, a 200 nm thick SiN film to be the protective layer 5 was formed by a plasma CVD method, patterned using a photolithography technique, and the protective layer 5 was formed by dry etching using CHF ₃ and oxygen.

次に、保護層５上に型材１２を塗布し、フォトリソグラフィー技術によってパターニングし、さらにその上にカチオン重合型エポキシ樹脂１４を塗布及びパターニングし、吐出口９とオリフィスプレート１１を形成した。 Next, a mold material 12 was applied on the protective layer 5 and patterned by photolithography, and a cationic polymerization type epoxy resin 14 was applied and patterned thereon to form the discharge port 9 and the orifice plate 11.

次に、基板裏面から貫通口６とインク供給口７となる部分をボッシュプロセスによりエッチングし、開口面積４００μｍ²の貫通口６と幅１００μｍでスリット状のインク供給口７を形成した。その際、貫通口６の開口部分の発光スペクトルをＣＣＤでモニタリングしながらエッチングを行い、前述のＴａＳｉＮの成分であるＴａの発光スペクトル（波長３３０ｎｍ）を検知し終わった段階でエッチングを止めた。 Next, the portion that becomes the through-hole 6 and the ink supply port 7 from the back surface of the substrate was etched by a Bosch process to form the through-hole 6 with an opening area of 400 μm ² and a slit-shaped ink supply port 7 with a width of 100 μm. At that time, etching was performed while monitoring the emission spectrum of the opening portion of the through-hole 6 with a CCD, and the etching was stopped when the emission spectrum of Ta (wavelength: 330 nm), which is the aforementioned TaSiN component, was detected.

次に、基板１を溶剤に浸漬することでインク供給口７と吐出口９から型材を溶出除去し、インク流路８を形成した。 Next, the substrate 1 was immersed in a solvent to elute and remove the mold material from the ink supply port 7 and the discharge port 9 to form the ink flow path 8.

最後に、貫通配線層１５を電解めっきによって成膜し、貫通口６に厚さ２μｍの金めっきを充填して貫通電極を形成した。以上の工程により、本発明のインクジェット記録ヘッドを製作した。 Finally, the through wiring layer 15 was formed by electrolytic plating, and the through hole 6 was filled with gold plating with a thickness of 2 μm to form a through electrode. The ink jet recording head of the present invention was manufactured through the above steps.

（実施例２）
実施例１において、発熱抵抗層３として用いたＴａＳｉＮに変えて、ＷＳｉＮを用いた。ここで、発熱抵抗層３を形成するＷＳｉＮの厚さを２０ｎｍとした。そのため、貫通口を形成する際は、ＷＳｉＮの成分であるＷの発光スペクトル（波長４００ｎｍ）を検知した。その他の工程に関しては、実施例１と同様に行い、インクジェット記録ヘッドを作製した。 (Example 2)
In Example 1, WSiN was used instead of TaSiN used as the heating resistor layer 3. Here, the thickness of WSiN for forming the heating resistor layer 3 was set to 20 nm. Therefore, when forming the through hole, an emission spectrum (wavelength 400 nm) of W which is a component of WSiN was detected. Other steps were performed in the same manner as in Example 1 to produce an ink jet recording head.

（実施例３）
吐出口９とオリフィスプレート１１を形成する工程までは実施例１と同様に行った。続いて、貫通口６をシリコン酸化膜によってマスクした後、ボッシュプロセスを用いたエッチングによって形成した。その際、エッチング終点は実施例１と同様に検知した。次に、同様にしてインク供給口７を形成した。ただし、インク供給口７のエッチングにおいては、基板１の貫通が保証されればよいので、発光を用いた終点検知は行わず、時間を設定する一般的な方法を用いた。その後、実施例１と同様に、インク流路８、貫通電極を形成し、インクジェット記録ヘッドを作製した。実施例１のように貫通口６とインク供給口７を同時に加工できるし、また本実施例のように個別に加工することもできる。 (Example 3)
The processes up to the step of forming the discharge port 9 and the orifice plate 11 were performed in the same manner as in Example 1. Subsequently, after the through-hole 6 was masked with a silicon oxide film, it was formed by etching using a Bosch process. At that time, the etching end point was detected in the same manner as in Example 1. Next, an ink supply port 7 was formed in the same manner. However, in the etching of the ink supply port 7, it is only necessary to ensure the penetration of the substrate 1. Therefore, the end point detection using light emission is not performed, and a general method of setting time is used. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the ink flow path 8 and the through electrode were formed to produce an ink jet recording head. The through-hole 6 and the ink supply port 7 can be processed simultaneously as in the first embodiment, or can be processed individually as in the present embodiment.

（比較例）
ここで、本発明の実施例と比較を行った比較例を挙げる。吐出口９及びオリフィスプレート１１を形成する工程までを、実施例１と同様に行った。そこで、貫通口６とインク供給口７を形成する際に、エッチングレートに基づいてエッチング終点（時間）を決定し、ボッシュプロセスを用いてエッチングを行った。その後の工程は実施例１と同様に行った。 (Comparative example)
Here, the comparative example which compared with the Example of this invention is given. The steps up to forming the discharge port 9 and the orifice plate 11 were performed in the same manner as in Example 1. Therefore, when the through-hole 6 and the ink supply port 7 are formed, the etching end point (time) is determined based on the etching rate, and etching is performed using the Bosch process. Subsequent steps were performed in the same manner as in Example 1.

貫通口６とインク供給口７となる部分のエッチングを行った際に、オーバーエッチングを１０％に設定したところ、貫通口６底部の開口不良を確認した。ここで、２０％のオーバーエッチを行うと、低部の残渣はなかったが、実施例１において作製されたものと比べて、開口径の形状不良があった。よって、本発明は従来の方法に比べ、高精度の加工が可能であると考えられる。 When etching was performed on the portions serving as the through-hole 6 and the ink supply port 7, overetching was set to 10%, and an opening defect at the bottom of the through-hole 6 was confirmed. Here, when 20% overetching was performed, there was no residue in the lower part, but there was a poor shape of the opening diameter as compared with that produced in Example 1. Therefore, it is considered that the present invention can be processed with higher accuracy than the conventional method.

１基板
２絶縁層
３発熱抵抗層
４配線層
５保護層
６貫通口
７インク供給口
８インク流路
９吐出口
１１オリフィスプレート
１２型材
１４カチオン重合型エポキシ樹脂
１５貫通配線層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Insulation layer 3 Heat generation resistance layer 4 Wiring layer 5 Protective layer 6 Through port 7 Ink supply port 8 Ink flow path 9 Discharge port 11 Orifice plate 12 Mold material 14 Cationic polymerization type epoxy resin 15 Through wiring layer

Claims

シリコン基板の裏面の電極と貫通口を通して電気的に接続される発熱抵抗素子を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記シリコン基板の上に、前記発熱抵抗素子となる発熱抵抗層を形成する工程と、
（２）前記シリコン基板の裏面からプラズマを用いたドライエッチングにより前記発熱抵抗層に達するように前記貫通口を形成する工程と、
を含み、
前記工程（２）において、前記ドライエッチングによる前記発熱抵抗層からの発光スペクトルを検出することにより、前記貫通口の貫通を検知することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A method of manufacturing a liquid ejection head having a heating resistor electrically connected through an electrode on the back surface of a silicon substrate and a through-hole,
(1) forming a heating resistance layer to be the heating resistance element on the silicon substrate;
(2) forming the through hole so as to reach the heating resistance layer by dry etching using plasma from the back surface of the silicon substrate;
Including
In the step (2), a method of manufacturing a liquid ejection head, wherein penetration of the through-hole is detected by detecting an emission spectrum from the heating resistor layer by the dry etching.

前記ドライエッチングは反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein the dry etching is reactive ion etching.

前記発熱抵抗層は、金属を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein the heat generating resistance layer includes a metal.

前記金属は、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＣｒＳｉＮ又はＴａＮであることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 3, wherein the metal is TaSiN, WSiN, CrSiN, or TaN.

前記工程（１）の後であって前記工程（２）の前に、前記発熱抵抗層の上に配線層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項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。 5. The method according to claim 1, further comprising a step of forming a wiring layer on the heating resistor layer after the step (1) and before the step (2). Manufacturing method of liquid discharge head.

前記工程（２）において、前記シリコン基板に液体供給口を前記貫通口と同時に形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 6. The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein in the step (2), a liquid supply port is formed simultaneously with the through-hole in the silicon substrate.

前記貫通口の開口面積は、前記液体供給口の開口面積より小さいことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 6, wherein an opening area of the through hole is smaller than an opening area of the liquid supply port.