JP2012076455A5 - - Google Patents

Description

液体吐出ヘッド用基板の製造方法

本発明は、インク液等の液体を吐出する液体吐出ヘッドに用いる液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関する。

近年、インクジェット記録ヘッドにおけるインク供給口の多穴化、狭ピッチ化が進む中で、供給口が設けられたインクジェット記録ヘッドの基板裏面とインクジェット記録ヘッドを支持する支持部材との接着面積を確実に確保し、接着強度を保つことが必要となっている。そのため、接着面積を保つためにインク供給口の形状のバラツキを低減することが望まれている。しかしながら、シリコン基板の傷や欠陥、エッチングマスクの傷等が原因で、インク供給口の開口精度が低下する場合があった。

そこで、特許文献１においては、流路形成部材等からなる機能部を形成した後であってインク供給口を形成する前に、基板裏面を研削又は研磨して傷を除去した後、低温スパッタ法により保護膜を形成してエッチングマスクとする手法が提案されている。

特開２００７−１６０６２５号公報

しかし、研削・研磨面により欠陥部を除去した基板においては、研削若しくは研磨した影響のため、基板の面方向へ進むエッチングレート（サイドエッチングレート）がバラつく。そのため、精度を向上することはできるが、エッチングマスク通りに開口を形成することは困難である。

したがって、本発明では、基板の傷等の欠陥による影響を抑制し、液体供給口の開口寸法の精度を向上することができる液体吐出ヘッド用基板の製造方法を提供することを目的としている。

そこで、本発明は、液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、シリコン基板の一方の面側に、液体供給口の形成位置を内側に囲むように、溝部を形成する工程と、前記シリコン基板の一方の面側であって、前記溝部内及び前記溝部の外側に、保護膜を形成する工程と、前記保護膜をマスクとして、前記シリコン基板に結晶異方性エッチング処理を施すことにより前記液体供給口を形成する工程と、を有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。

本発明の構成とすることにより、シリコン基板にある傷等の欠陥による影響を抑えて液体供給口を形成することができる。したがって、本発明により、開口寸法のバラツキを軽減し、精度良く液体供給口を形成することができる液体吐出ヘッド用基板の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 液体吐出ヘッドの概略斜視図である。 図１（ａ）における基板１の裏面側の平面模式図である。 図１（ｆ）における基板１の裏面側の平面模式図である。

本発明は、シリコン基板に液体供給口を形成する方法に関し、液体吐出ヘッドに用いられる液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関する。

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記録ヘッドを例に挙げて説明することもあるが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッド等にも適用できる。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。

まず、本発明では、シリコン基板の一方の面側に、液体供給口の形成位置を内側に囲むように、エッチングによって溝部を形成する。そして、前記シリコン基板の一方の面側であって、前記溝部内及び前記溝部の外側に、保護膜を形成する。さらに、前記保護膜をマスクとして、前記シリコン基板に結晶異方性エッチング処理を施すことにより前記液体供給口を形成する。

本発明においては、溝部の壁面である側壁及び底壁が結晶異方性エッチングにおける進行面となる。溝部の壁面は本工程においてエッチングにより形成するため、本工程前で発生した基板の傷等の発生を抑制することができる。したがって、本発明により、開口寸法のバラツキを軽減し、精度良く液体供給口を形成することができる。

また、液体供給口は、溝部の内側の側壁が液体供給口の開口端部となるように形成することが好ましい。

また、シリコン基板に先導孔を設けた後に結晶異方性エッチング処理を施すことにより液体供給口を形成することが好ましい。

また、結晶異方性エッチング処理の後、さらにドライエッチング処理を施すことにより液体供給口を形成することが好ましい。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図２は、本実施形態によるインクジェット記録ヘッドの一例を示す斜視図である。図２に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、基板１と、複数の吐出口１４を備え、基板１に固定された流路形成部材１３とを備えている。基板には、吐出口１４にインクを供給するインク供給口１１が形成されており、インク供給口内であって、基板の裏面（図の下側の面）から表面（図の上側の面）に向かって基板の面方向に垂直な方向へ掘り込まれた溝跡１０が形成されている。溝跡１０が前記溝部の側壁に相当する。

インク供給口１１は、図１（ｈ）に示すように、基板１を貫通する形状に形成されている。図示するように、インク供給口１１の側壁（内壁）の方位面は、裏面側（図では上面側）の開口部から連続する（１１１）面と、表面側（図では下面側）の開口部から連続する（１１１）面とが、基板１の板厚方向の中間部で交差している。もしくは、インク供給口１１内の方位面は、裏面側から（１１１）面が形成され、表面側からは連続した（１１０）面が形成され、これらが基板１の基板厚方向の中間部で交差した形状でもよい。もしくは、裏面側から表面側まで連続する（１１１）面で形成されていてもよい。

（実施形態１）
図１を参照し、本実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法について説明する。なお、実施形態のヘッド完成状態を図２に示す。また、本実施形態においては、基板１上に形成されたエネルギー吐出素子としての発熱体１２、発熱体１２を駆動させるための配線、および吐出口１４までのインク流路は図示せず、発熱体１２および配線を形成する工程も説明を省略する。

図１は本実施形態の主要な工程を示す断面図である。また、図３は図１（ｂ）の工程における基板１の裏面側（図１において上側）の平面図である。また、図４は図１（ｆ）の工程における基板１の裏面側（図１において上側）の平面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１の裏面側に第一の保護膜４を形成し、第一の保護膜４の上に溝部に対応するパターンを有する第一のレジストマスク２を形成する。

より具体的には、ポジ型レジストを、基板の裏面（図において上側の面）にスピンコートにより塗布する。その後、露光、現像を行うことで、溝部に対応するパターンを有する第一のレジストマスク２を形成する。ポジ型レジストとしては、例えばＩＰ５７００（東京応化社製、商品名）を用いることができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、第一の保護膜４をエッチングし、溝部５を形成するための第一の開口３を形成する。第一の開口３の開口形状を図３に示す。

第一の保護膜４に用いる材料としては、耐アルカリ性であり除去可能な金属酸化膜や金属窒化物を用いることができる。第一の保護膜４に用いる材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はアルミ酸化物が挙げられ、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４等が挙げられる。例えば、第一の保護膜としてＳｉＯ_２を用いる場合、シリコン基板の熱酸化により熱酸化膜として形成することができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、第一のレジストマスク２をマスクとしたドライエッチングにより、第一の開口３をエッチング開始面として、基板１の面に対して垂直方向へ基板をエッチングし、基板の一方の面側に溝部５を形成する。

溝部の壁面は本工程でエッチングにより形成されるため、傷等の欠陥の発生を抑制できる。したがって、後の工程の結晶異方性エッチング処理において、エッチングレートのばらつきを抑えることができる。

溝部の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る。ドライエッチングとしては、特に限定されるものではないが、例えばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等のプラズマを用いたエッチング方式を用いることができる。

ドライエッチングに用いるガスは、特に制限されるものではなく、シリコン基板のエッチングガスとして公知のものを用いることができる。エッチングガスとしては、例えば炭素、塩素、硫黄、フッ素、酸素、水素、アルゴンのいずれかの原子、および、それらから構成される分子よりなる反応性ガスのいずれかを用いることができる。反応性ガスとしては、例えば、ＳＦ_６又はＣＦ_４を用いることができる。

溝部５は、シリコン基板の一方の面側（裏面側）に、液体供給口の形成位置を内側に囲むように形成する。なお、溝部５内は、内側（液体供給口が形成される側）の側壁と外側（液体供給口が形成される側と反対側）の側壁が形成される。

溝部５の幅は、インク供給口１１の形成に必要な処理時間により基板１の裏面と平行方向へエッチングされる量（サイドエッチング量）を考慮し決定することができる。溝部の幅や深さは、後工程の結晶異方性エッチングにおけるエッチングレート等の条件を考慮して選択することができる。

また、第一の開口３や溝部５は、ドライエッチングを用いたステップエッチングにより形成することもできる。この際、第一の保護膜４に熱酸化膜を用いた場合、エッチングガスとしては例えばフッ素系ガス及びアルゴンを含んで構成される反応性ガスを用いることができる。フッ素系ガスとしては、例えば、Ｃ_４Ｆ_６やＣ_４Ｆ_８を挙げることができる。

次に、第一のレジストマスク２を除去した後、図１（ｄ）に示すように、溝部５内と、溝部の外側である第一の保護膜４上に第二の保護膜６を形成する。

第二の保護膜６は、結晶異方性エッチングに耐性を有する材料であれば特に制限されるものではない。第二の保護膜の材料は、基板１と第二の保護膜６間へのエッチング液の染み込み量が安定した状態で行える密着力を有するものが好ましい。そのような材料としては、第一の保護膜４と同様の材料を用いることができ、例えば、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はアルミ酸化物が挙げられ、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４等が挙げられる。

第二の保護膜の成膜方法としては、例えばプラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等が挙げられる。

第二の保護膜の膜厚は、結晶異方性エッチングに用いられる強アルカリ溶液等のエッチング溶液に耐えられる厚みが選択される。

また、第二保護膜として、ポリシラザンなどのレジストを塗布することにより形成することもできる。

また、後工程における第２の開口８を形成する際に製造工程を簡略化するため、第一の保護膜４と第二の保護膜６は同一材料からなることが望ましい。以上の工程により、第二の保護膜６は、溝部内及び溝部の外側に形成される。

次に、図１（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィー技術により、ポジ型レジストをパターニングすることにより、第二のレジストマスク７を形成する。

次に、図１（ｆ）に示すように、第二のレジストマスク７を用いて、第二の保護膜６のうち溝部の内側の領域をエッチングすることにより、底部にエッチング開始面を露出する第二の開口８を形成する。第二の開口８のパターンを図４に示す。第二の保護膜６のうち溝部の内側の領域とは、面方向において溝部の内周側の側壁よりも内側に存在する第二の保護膜部分を指す。溝部の外側とは、この内側の領域の反対側を指す。

例えば、熱酸化膜により第二の保護膜６を形成した場合、第一の保護膜４と第二の保護膜６をバッファードフッ酸により一括除去可能である。

次に、第二のレジストマスク７を除去した後、インク供給口１１を形成する。インク供給口を形成する際、図１（ｇ）に示すように、例えばレーザー等を用いて、先導孔９を形成することが好ましい。

次に、図１（ｈ）に示すように、結晶異方性エッチングを施すことにより、インク供給口１１を形成する。

結晶異方性エッチングは、溝部５の内側の側壁がインク供給口の開口端部となるように形成することが好ましい。これは結晶異方性エッチングの条件や溝部の幅や深さなどの形状等によって適宜調整することができる。

結晶異方性エッチングには、アルカリ水溶液からなるエッチング液を用いることができる。エッチング液には、例えばＴＭＡＨを用いることができ、他にも、例えばＫＯＨ、ＥＤＰ、ヒドラジン等を用いることができる。これらは結晶面におけるエッチング速度差を生じさせることができる。

インク供給口１１を形成した後、第一の保護膜４と第二の保護膜６を除去する。しかし、第一の保護膜４と第二の保護膜６は必要に応じて除去すればよく、除去しなくてもよい。尚、第一の保護膜４を除去した場合には、溝部５の外側の側壁がインク供給口の開口端部となる。

本実施形態によりインクジェット記録ヘッドを製造することにより、溝部５により裏面開口幅を制御することで開口のうねりが抑制されて形状が安定し、チッププレートとチップの接着面積を確保することが可能となる。

また、インク供給口内に基板底面と直交する垂直な面を形成することで、基板裏面部の剛性が増し、品質が向上する。

（実施例１）
図１を参照し、実施形態１におけるインクジェット記録ヘッド用基板の製造例について説明する。なお、実施形態のヘッド完成状態を図２に示す。

図１（ａ）に示すように、シリコン基板１の裏面（図では上面）に第一の保護膜４を形成し、第一の保護膜４の上に溝部に対応するパターンを有する第一のレジストマスク２を形成した。

第一の保護膜４は、シリコン基板を熱酸化することにより形成した。

第一のレジストマスク２は、ポジ型レジストをシリコン基板１の裏面にスピンコートにより塗布した後、露光及び現像処理を行うことで形成した。ポジ型レジストとしては、ＩＰ５７００（東京応化社製、商品名）を用いた。

次に、図１（ｂ）に示すように、第一の保護膜４をエッチングし、溝部５を形成するための第一の開口３を形成した。第一の開口３の開口形状を図３に示す。

次に、図１（ｃ）に示すように、第一のレジストマスク２をマスクとしたドライエッチングにより、第一の開口３をエッチング開始面として、基板１の面に対して垂直方向へ基板をエッチングし、溝部５を形成した。

エッチングはドライエッチングのステップエッチングにより行った。

溝部５は、シリコン基板の裏面に液体供給口の形成位置を内側に囲むように形成した。

次に、第一のレジストマスク２を除去した後、図１（ｄ）に示すように、溝部５内及び第一の保護膜４上に第二の保護膜６を形成した。

次に、図１（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィー技術により、ポジ型レジストをパターニングすることにより、第二のレジストマスク７を形成した。

次に、図１（ｆ）に示すように、第二のレジストマスク７を用いて、第二の保護膜６をエッチングすることにより、底部にエッチング開始面を露出する第二の開口８を形成した。第二の開口８のパターンを図４に示す。

次に、第二のレジストマスク７を除去した後、図１（ｇ）に示すように、レーザーを用いて、先導孔９を形成した。

次に、図１（ｈ）に示すように、インク供給口１１を結晶異方性エッチングにより形成した。結晶異方性エッチングは、溝部５の内側の側壁がインク供給口の開口端部となるように形成した。

インク供給口１１を形成した後、第一の保護膜４と第二の保護膜６を除去した。

溝部５と、第二の保護膜６の１例として、裏面を２０μｍドライエッチングし、ＥＣＲスパッタリングによりＳｉＯ_２を成膜したシリコン基板を、８３℃のＴＭＡＨ２２ｗｔ％水溶液を使用し結晶異方性エッチングを行うことで形成した。その際、溝部５の底部におけるサイドエッチングレートは０．０２μｍ／ｍｉｎ程度であった。ドライエッチングを行わずＳｉＯ_２を成膜した酸化誘起積層欠陥（以下ＯＳＦという）が発生している基板のサイドエッチングレートは０．２μｍ／ｍｉｎであった。即ち、ＯＳＦの影響によるサイドエッチング量を抑えることができた。また、同条件のエッチング液を使用した場合、ＳｉＯ_２のエッチング速度は０．５６×１０^−４μｍ／ｍｉｎ程度であった。例えば、１０００分で結晶異方性エッチングを行うことを前提とした場合、第二の保護膜６の厚さは５６０×１０×１０^−４μｍ以上とすることで、掘り込まれた溝部５を保護することが可能であった。

Claims (11)

1. 液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
   シリコン基板の一方の面側に、液体供給口の形成位置を内側に囲むように、溝部を形成する工程と、
   前記シリコン基板の一方の面側であって、前記溝部内及び前記溝部の外側に、保護膜を形成する工程と、
   前記保護膜をマスクとして、前記シリコン基板に結晶異方性エッチング処理を施すことにより前記液体供給口を形成する工程と、
   を有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。
2. 前記溝部の内側の側壁が前記液体供給口の開口端部となるように前記液体供給口を形成する請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
3. 前記シリコン基板に先導孔を設けた後に前記結晶異方性エッチング処理を施す請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
4. 前記先導孔をレーザーにより形成する請求項３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
5. 前記結晶異方性エッチング処理の後、さらにドライエッチング処理を施すことにより前記液体供給口を形成する請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
6. 前記溝部はエッチングによって形成する請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
7. 前記保護膜は、第一の保護膜及び第二の保護膜を有し、
   （１）前記シリコン基板の前記一方の面側に前記第一の保護膜を形成し、前記第一の保護膜に前記溝部のエッチング開始面を露出する第一の開口を形成し、前記第一の開口から前記シリコン基板をエッチングして前記溝部を形成する工程と、
   （２）前記第一の保護膜の上及び前記溝部内に前記第二の保護膜を形成し、前記第一の保護膜及び前記第二の保護膜のうち前記溝部の内側の領域をエッチングして前記シリコン基板を露出することにより、第二の開口を形成する工程と、
   （３）前記第二の開口から前記結晶異方性エッチング処理を施すことにより、前記液体供給口を形成する工程と、
   を有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
8. 前記第二の保護膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びアルミ酸化物のいずれかである請求項７に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
9. 前記溝部をドライエッチングにより形成する請求項１乃至８のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
10. 前記ドライエッチングはステップエッチングである請求項９に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
11. 前記溝部の側壁は前記シリコン基板の面方向に対して垂直に形成される請求項１乃至１０のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。