(57)【要約】【課題】  ＣＲＢＴＪ製法の工程短縮。【解決手段】  犠牲層を、ヒーターと配線の二層構成にすることによって、配線形成と同一プロセスで作製する。この二層構成の犠牲層の、下層のヒーター層の膜厚を限定することによって、Ｓｉ（１００）基板に適用可能な犠牲層が提供できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記エッチング犠牲層は、下層が高抵抗層で上層が低抵抗層であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記エッチング犠牲層は、下層がヒーター材層で上層が配線材層であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記エッチング犠牲層は、下層がＴａ、Ｓｉ，Ｎの内、少なくとも二種を含む合金層で、上層がＡｌまたはＡｌを含む合金であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記エッチング犠牲層の上層は、ＡｌとＣｕを含む合金であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
下層の高抵抗層は、８００Å以下の厚さであることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記異方性エッチングに用いるエッチング液はテトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド（ＴＭＡＨ）であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開平９-１１４７９号公報
【特許文献２】特開平１０-１８１０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
（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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
［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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
［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。
【００１３】
［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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（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。
【００３１】
（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。
【００３２】
（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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【実施例１】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【実施例２】
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
【表１】
2006224590.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造工程途中の断面を示す概略図。
【図２】本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造工程途中の上面を示す概略図。
【図３】本発明に至る実験に用いた基板の断面概略図。
【図４】本発明に至る実験に用いた基板の実験経過を示す概略図。
【図５】本発明に至る実験に用いた基板の実験経過を示す概略図。
【図６】本発明によるインクジェット記録ヘッドのベース基板の上面を示す概略。
【図７】本発明によるインクジェット記録ヘッドのベース基板の裏面を示す概略。
【図８】本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造工程フローを示す図。
【図９】本発明に至る実験で、犠牲層残りの発生確率を示したもの。
【符号の説明】
【００５７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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