(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給口を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
シリコン基板の第一の面であって前記液体供給口が開口する部位に、前記シリコン基板に対して選択的にエッチングされるアルミニウムを含有する犠牲層を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記第一の面の裏面である第二の面に、前記犠牲層に対応した開口部を有するエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクをマスクとして、８質量％以上１５質量％未満のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む第一のエッチング液を用いて、前記シリコン基板をエッチングする第一のエッチング工程と、
第一のエッチング工程後に、１５質量％以上２２質量％以下のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む第二のエッチング液を用いて、前記犠牲層を除去する第二のエッチング工程と、
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。
【請求項２】
前記第一のエッチング液が第一のシリコン化合物を含有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項３】
前記第一のエッチング液が無機アルカリ金属を含有する請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項４】
前記第一のシリコン化合物の濃度が前記第一のエッチング液中０．５質量％以上８質量％以下である請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項５】
前記第二のエッチング液が第二のシリコン化合物を含む請求項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。
【請求項６】
前記第二のシリコン化合物の濃度が前記第二のエッチング液中１２質量％以下である請求項５に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項７】
前記無機アルカリ金属がＮａＯＨ、ＫＯＨ、又はＣｓＯＨである請求項３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項８】
前記第一のエッチング工程では、前記第一のエッチング液が前記犠牲層に到達するまで前記シリコン基板をエッチングする請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。好ましくは、インクジェット記録ヘッドに用いられるインクジェット用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットのインク供給口を精度良くエッチングし、ヒータとインク供給口の距離を一定に保ち、インクジェット記録ヘッドの性能を向上させることが望まれている。例えば、特許文献１に開示されているように、犠牲層をアルミニウムにしてアルカリエッチング液によりインク供給口を形成する方法がある。
【０００３】
また、生産性を向上させるため、シリコンのエッチング時間短縮が求められている。例えば、特許文献２に開示されているように、有機アルカリ化合物と無機アルカリ化合物であるアルカリ化合物と、シリコン又はシリコン化合物を含有させたエッチング液組成にすることで、シリコン異方性エッチング時間の短縮が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５-３５２８１号公報
【特許文献２】特開２００９-２０６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エッチング液の組成によっては、犠牲層のエッチングにバラツキが生じ、ウエハ面内でインク供給口の表面開口幅にバラツキが生じる場合があった。
【０００６】
また、特許文献２のエッチング液でエッチングを行うと、シリコンのエッチングに伴い、シリコンがエッチング液に溶出し、アルミニウムに対するエッチングレートが低下することがあった。さらにシリコンのエッチングが進行すると、ある領域からアルミニウムがエッチングされなくなり、犠牲層の残渣が生じる場合があった。犠牲層の残渣が生じると、インクジェット記録ヘッドの性能を低化させてしまう可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、シリコン基板を速やかにエッチングし、犠牲層を良好に除去可能な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する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、液体供給口を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、シリコン基板の第一の面であって前記液体供給口が開口する部位に、前記シリコン基板に対して選択的にエッチングされるアルミニウムを含有する犠牲層を形成する工程と、前記シリコン基板の前記第一の面の裏面である第二の面に、前記犠牲層に対応した開口部を有するエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクをマスクとして、８質量％以上１５質量％未満のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む第一のエッチング液を用いて、前記シリコン基板をエッチングする第一のエッチング工程と、第一のエッチング工程後に、１５質量％以上２２質量％以下のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む第二のエッチング液を用いて、前記犠牲層を除去する第二のエッチング工程と、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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シリコン基板を速やかにエッチングし、犠牲層を良好に除去可能な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。シリコン基板が早くエッチングされるため、生産能力が向上する。また、犠牲層が良好に除去されるため、液体供給口の開口幅が精度よく形成される。したがって、良好な吐出特性を示す液体吐出ヘッド用基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係わる液体吐出ヘッド用基板の製造方法を説明するための断面工程図である。
【図２】本実施形態によって製造される液体吐出ヘッド用基板を備える液体吐出ヘッドの構成例を示す模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
図２は、本実施形態の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一例を示す模式的斜視図である。図２に示されるように、インクジェットヘッド用基板は、吐出エネルギー発生素子３が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１を有している。シリコン基板１上には、インク流路（液体流路）１１及び吐出エネルギー発生素子３の上方に開口するインク吐出口（吐出口）９が流路形成部材８により形成されている。インク流路１１は、インク供給口１０とインク吐出口９に連通している。また、シリコンの異方性エッチングによって形成されたインク供給口１０がインク吐出エネルギー発生素子３の２つの列の間に開口されている。このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口１０を介してインク流路１１内に充填されたインク（液体）に、吐出エネルギー発生素子３が発生する圧力を加えることによって、インク吐出口９からインク液滴を吐出させて被記録媒体に付着させることにより記録を行う。
【００１４】
図１を用いて、本実施形態のインクジェットヘッド用基板の製造方法を説明する。
【００１５】
図１（Ａ）〜（Ｆ）は、図２の点線Ａ−Ａにおける断面図であり、本実施形態のインクジェットヘッド用基板の基本的な製造工程を説明するための断面工程図である。
【００１６】
図１（Ａ）に示されるシリコン基板１の表面（第一の面）であって液体供給口が開口する部位には、犠牲層１４が形成されている。また、シリコン基板１の表面側には発熱抵抗体等の吐出エネルギー発生素子３が複数個配置されている。また、シリコン基板１及び犠牲層１４の上には、保護膜４が形成されている。また、シリコン基板１の裏面（第一の面と反対側の第二の面）には、後工程でインク供給口を形成する際のエッチングマスク材に用いる酸化膜２が形成されている。
【００１７】
吐出エネルギー発生素子３の配線や吐出エネルギー発生素子を駆動するための半導体素子は不図示である。また、吐出エネルギー発生素子３や犠牲層１４、その他の素子や配線は保護膜４で覆われている。
【００１８】
また、シリコン基板の第一の面の裏面である第二面に、インク供給口の酸化膜２をエッチングするためのマスク材１５をパターニングで予め形成しておく。
【００１９】
犠牲層１４を形成しておくことによりインク供給口（液体供給口）の表面開口を精度よく形成することができる。犠牲層はアルミニウムを含有し、シリコン基板のエッチング液（アルカリ溶液）で選択的にエッチングが可能である。犠牲層の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）、アルミニウムシリコン銅（ＡｌＳｉＣｕ）などが挙げられる。これらのうち、アルミニウム又はアルミニウム銅が好ましい。ＡｌＳｉは、ＡｌとＳｉとからなる化合物であり、ＡｌＣｕは、ＡｌとＣｕとからなる化合物であり、ＡｌＳｉＣｕは、ＡｌとＳｉとＣｕとからなる化合物である。
【００２０】
保護膜４は、後工程で用いるエッチング液に対して耐エッチング性を有する。保護膜としては、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ）や窒化珪素（ＳｉＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等を用いることができる。
【００２１】
次に、図１（Ｂ）に示すように、図１（Ａ）で示された基板上に、インク流路の型材となる流路型材１６を形成し、該流路型材１６の上に被覆樹脂を用いて吐出口９を有する流路形成部材８を形成する。
【００２２】
流路型材１６は、例えば、ポジ型レジストを塗布し、露光及び現像を施すことにより形成することができる。被覆樹脂としては、感光性樹脂を用いることができる。吐出口９を有する流路形成部材８は、例えば、感光性樹脂をスピンコート等により塗布し、紫外線やＤｅｅｐＵＶ等による露光、現像を行って形成することができる。
【００２３】
次に、図１（Ｃ）に示すように、マスク材１５をマスクとして酸化膜２をエッチングし、後工程におけるインク供給口の形成に用いるエッチングマスク２’を形成する。エッチングマスク２’は前記犠牲層に対応した開口部を有する。
【００２４】
次に、図１（Ｄ）に示すように、エッチングマスク２’をマスクとし、第一のエッチング液を用いて、シリコン基板１をエッチングする第一のエッチング工程を行う。第一のエッチング工程ではエッチングをシリコン基板の途中で止めてもいいが、犠牲層に到達するまでエッチングを行うことが好ましい。
【００２５】
本発明では、第一のエッチング液としては、シリコンのエッチングレートが早い溶液を使用する。
【００２６】
即ち、第一のエッチング液は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を８質量％以上１５質量％未満の範囲で含有する。
【００２７】
ＴＭＡＨの濃度を８質量％以上とすることで、エッチングが安定し、シリコン基板の面荒れの発生を抑制できる。ＴＭＡＨの濃度を１５質量％未満とすることで、エッチングのレートを向上させることができる。ＴＭＡＨの濃度は、好ましくは、１０質量％以上である、また、好ましくは１３質量％以下である。
【００２８】
第一のエッチング液は、シリコン化合物を含有していることが好ましい。このシリコン化合物を、第一のシリコン化合物とする。第一のシリコン化合物は、シリコンを含んで構成される化合物である。シリコン化合物としては、無機含珪素化合物又は有機含珪素化合物がある。無機含珪素化合物としては、例えば、金属珪素、ヒュームド・シリカ、コロイダル・シリカ、シリカゲル、シリカゾル、珪藻土、酸性白土、活性白土等が挙げられる。有機含珪素化合物としては、例えば、珪酸アルキル若しくはアルキル珪酸等が挙げられる。これらは単独で又は複数混合して用いることができる。
【００２９】
第一のシリコン化合物の濃度は、第一のエッチング液中０．５質量％以上８質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以上であることがより好ましい。第一のシリコン化合物の濃度が０．５質量％以上である場合、シリコンのエッチングレートの不安定な領域を避けることができる。特に第一のエッチング液が後述する無機アルカリ金属を含有している場合、第一のシリコン化合物の含有量が多いと、シリコンのエッチングレートが低下することがある。よって、第一のシリコン化合物の濃度を８質量％以下とすることで、エッチングのレートを向上させることができる。
【００３０】
シリコンのエッチングレートは、ＴＭＡＨとシリコン化合物の組成を調整することで、例えば２２質量％のＴＭＡＨのみの場合と比較し１．２〜１．５倍にすることができる。 
【００３１】
また、前記第一のエッチング液は、さらに無機アルカリ金属を含有することが好ましい。無機アルカリ金属としては、例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、又はＣｓＯＨ等が挙げられる。無機アルカリ金属を２質量％含有する第一のエッチング液は、エッチングレートがさらに１．５倍から２倍程度向上する。無機アルカリ金属の濃度は、第一のエッチング液中１質量％以上１０質量％以下とすることができる。
【００３２】
第一のエッチング液の温度は、特に制限されるものではないが、例えば８０℃とすることができる。
【００３３】
第一のエッチング工程後に、図１（Ｅ）に示すように、第二のエッチング液を用いて、犠牲層１４を除去する。第二のエッチング液により、犠牲層が速やかに除去される。この際に、シリコンがエッチングされてもよい。
【００３４】
第二のエッチング液は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を１５質量％以上２５質量％以下含有する。
【００３５】
ＴＭＡＨの濃度が１５質量％以上の場合、エッチング面の均一性を高めることができる。ＴＭＡＨの濃度が２５質量％以下の場合、エッチングのレートを向上させることができる。好ましくは１８質量％以上である。また好ましくは２２質量％以下である。
【００３６】
また、第二のエッチング液は第二のシリコン化合物を含むことが好ましい。第二のシリコン化合物としては、上述の第一のシリコン化合物と同じものを用いることができる。なお、第一のシリコン化合物と第二のシリコン化合物としてはそれぞれ異なるものを用いることができる。
【００３７】
第二のシリコン化合物の濃度は、第二のエッチング液中０質量％以上１２質量％以下の範囲であることが好ましい。１２質量％以下とすることで、エッチングの阻害による面荒れの発生を抑制できる。また、０．１質量％以上８質量％以下であることがより好ましく、０．１質量％以上６質量％以下であることがさらに好ましい。第二のシリコン化合物の濃度は、第二のエッチング液０．１質量％以上８質量％以下の範囲にすることによって、シリコンのエッチングレートを遅くし、犠牲層を速やかに除去することができる。そのため、インク供給口の開口幅を一定とすることができる。
【００３８】
第二のエッチング液の温度は、特に制限されるものではないが、例えば８０℃とすることができる。
【００３９】
また、第二のエッチング液のＴＭＡＨの濃度は、第一のエッチング液のＴＭＡＨの濃度よりも、２質量％以上高いことが好ましく、４質量％以上高いことがより好ましく、６質量％以上高いことがさらに好ましい。
【００４０】
次に、図１（Ｆ）に示すように、保護膜４の一部を除去する。そして、流路型材１６を除去する。また、流路形成部材８を熱硬化させることもできる。
【００４１】
以上の工程により、インク供給口１０が形成されたインクジェットヘッド用基板１を製造することができる。
【００４２】
（実施例）
図１を用いて、インクジェット記録ヘッドに用いられるシリコン基板のエッチング方法の実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４３】
＜実施例１＞
まず、図１（Ａ）に示されるシリコン基板１を用意した。シリコン基板１の上には、アルミニウムを用いて犠牲層１４が形成されている。また、シリコン基板１の上には発熱抵抗体からなる吐出エネルギー発生素子３が複数個配置されている。発熱抵抗体の材料はＴａＳｉＮを用いた。また、シリコン基板１の裏面にはインク供給口を形成するためのエッチングマスクに用いる酸化膜２を形成した。吐出エネルギー発生素子３や犠牲層１４、その他の素子や配線は、保護膜４で覆われている。基板裏面には、酸化膜２をエッチングするためのマスク材１５をパターニングで予め形成しておいた。保護膜としては、ＳｉＮを用いた。マスク材１５は、ポリイミドをパターニングして形成した。
【００４４】
次に、図１（Ｂ）に示すように、基板上にポジレジストを用いて流路型材１６を形成し、流路型材の上に流路形成部材８を形成した。
【００４５】
流路型材の材料としては、ポジ型の感光性樹脂であるＯＤＵＲ（商品名：東京応化製）を用いた。
【００４６】
流路形成部材の材料としては、エポキシ樹脂および光カチオン重合開始剤、溶媒であるキシレンを含む材料でネガ型の感光性樹脂を用いた。ネガ型レジストとしては、エポキシ樹脂ＥＨＰＥ３１５０（商品名、ダイセル化学工業製）１００質量パーセントと光カチオン重合触媒ＳＰ−１７２（商品名、旭電化工業製）を６質量％の材料を使用した。その感光性樹脂をスピンコート等により塗布、紫外線やＤｅｅｐＵＶ等による露光、現像を行うことにより、吐出口９を有する流路形成部材を形成した。
【００４７】
次に、図１（Ｃ）に示すように、マスク材１５をマスクとして酸化膜２をＢＨＦによりエッチングし、エッチングマスク２’を形成した。
【００４８】
次に、図１（Ｄ）に示すように、第一のエッチング液として、ＴＭＡＨ１０質量％、ＣｓＯＨ１質量％、残りを純水で合計１００質量％としたものを用い、シリコン基板のエッチングを行った（第一のエッチング工程）。
【００４９】
次に、図１（Ｅ）に示すように、第二のエッチング液として、ＴＭＡＨ２２質量％、残りを純水で合計１００質量％としたものを用いて、犠牲層１４を除去した。第二のエッチング液により、犠牲層が速やかに除去された。この際に、シリコン基板も一部エッチングされた。
【００５０】
次に、図１（Ｆ）に示すように、保護膜４の一部をエッチングした後、流路型材１６を除去した。
実施例１の製造方法によれば、シリコン基板を速やかにエッチングし、犠牲層を良好に除去することができた。
【００５１】
＜実施例２＞
第一のエッチング液の組成を、ＴＭＡＨ８質量％、ＣｓＯＨ１質量％、残りを純水で合計１００質量％とした以外は、実施例１と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例１と同様、シリコン基板を速やかにエッチングし、犠牲層を良好に除去することができた。
【００５２】
＜実施例３＞
第一のエッチング液の組成を、ＴＭＡＨ１４質量％、ＣｓＯＨ１質量％、残りを純水で合計１００質量％とした以外は、実施例１と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例１よりもシリコン基板を速やかにエッチングすることができた。また、犠牲層を良好に除去することができた。
【００５３】
＜実施例４＞
第一のエッチング液の組成を、ＴＭＡＨ８質量％、コロイダルシリカ１質量％、残りを純水で合計１００質量％とした以外は、実施例１と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例１と同様、シリコン基板を速やかにエッチングし、犠牲層を良好に除去することができた。
【００５４】
＜実施例５＞
第一のエッチング液の組成を、ＴＭＡＨ８質量％、ＣｓＯＨ１質量％、コロイダルシリカ１質量％、残りを純水で合計１００質量％とした以外は、実施例１と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例１と同様、シリコン基板を速やかにエッチングし、犠牲層を良好に除去することができた。また、実施例１よりもエッチングレートがさらに安定した。
【００５５】
＜実施例６＞
第二のエッチング液の組成を、ＴＭＡＨ１５質量％、残りを純水で合計１００質量％とした以外は、実施例１と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例１と同様、シリコン基板を速やかにエッチングし、犠牲層を良好に除去することができた。
【００５６】
＜実施例７＞
第二のエッチング液の組成を、ＴＭＡＨ２５質量％、残りを純水で合計１００質量％とした以外は、実施例１と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例１と同様、シリコン基板を速やかにエッチングし、犠牲層を良好に除去することができた。
【００５７】
＜比較例１＞
第一のエッチング液の組成を、ＴＭＡＨ７質量％、ＣｓＯＨ１質量％、残りを純水で合計１００質量％とした以外は、実施例１と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例１と比較して、シリコン基板の液体供給口に面荒れが発生した。
【００５８】
＜比較例２＞
第一のエッチング液の組成を、ＴＭＡＨ１６質量％、ＣｓＯＨ１質量％、残りを純水で合計１００質量％とした以外は、実施例１と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例１と比較して、シリコン基板のエッチングにさらに時間を要した。
【００５９】
＜比較例３＞
第二のエッチング液の組成を、第一のエッチング液の組成と同様にした以外は、実施例５と同様にして液体吐出ヘッド用基板を製造した。実施例５と比較して、犠牲層を良好にエッチングすることができず、インク供給口の開口幅がばらついた。
【符号の説明】
【００６０】
１    シリコン基板
２    酸化膜
２’    エッチングマスク
３    吐出エネルギー発生素子
４    保護膜
８    流路形成部材
９    インク吐出口（吐出口）
１０    インク供給口（液体供給口）
１１    インク流路（液体流路）
１４    犠牲層（アルミニウム化合物）
１５    マスク材
１６    流路型材
【図１】
0005420010.tif 000002
【図２】
0005420010.tif 000003