(57)【要約】【課題】本発明は貫通口の加工精度を工程数を増やさずに向上できる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】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。【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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０２７１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ−ＲＩＥ）と呼ばれるマイクロ波を用いた方法もある。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
以上によりインクジェット記録ヘッドが完成する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
（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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
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
【図１】
2011056906.tif 000003
【図２】
2011056906.tif 000004
【図３】
2011056906.tif 000005
【図４】
2011056906.tif 000006
【図５】
2011056906.tif 000007