(57)【要約】フォトレジスト層（１）の表面（４）にくぼみ（１５）を形成する方法が、フォトレジスト層の第１の部分（１２）を第１の照射量の放射エネルギー（７）に曝す段階（１００、１２０、１０１、１０２、１２２）を含む。また、層の第２の部分（１７）を第２の照射量の放射エネルギー（７）に曝す（１２０、１０１、１２２）。第２の照射量は第１の照射量よりも少ない。層はベークされる（１１０、１３０、１３１、１３２）。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトレジスト層（１）の表面（４）にくぼみ（１５、１５’、２４）を形成する方法であって、
前記フォトレジスト層（１）の第１の部分（１２）を、第１の照射量の放射エネルギー（７）で露光すること（１００、１２０、１０１、１０２、１２２）と、
前記フォトレジスト層（１）の第２の部分（１７）を、第１の照射量（１００、１２０）より少ない第２の照射量の放射エネルギー（７）で露光すること（１２０、１０１、１２２）と、
前記層（１）を高温でベークすること（１１０、１３０、１３１、１３２）とを含み、
放射エネルギー（７）の前記照射量および前記高温が、前記ベーク（１１０、１３０、１３１、１３２）によって前記層（１）の前記表面に前記くぼみ（１５、１５’、２４）が形成されるように、前記フォトレジストの材料に依存して選択される、方法。
【請求項２】
前記層（１）の前記ベーク（１３０、１３１、１３２）が、前記層（１）の前記第２の部分（１７）を前記第２の照射量の放射エネルギーで露光した（１２０、１０１、１２２）後に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記層（１）の前記ベーク（１１０）が、
前記層（１）を、第１のマスク（８）を介して前記層（１）を露光した（１００）後にかつ前記第２のマスク（８’）を介して前記層（１）を露光する（１２０）前にベークすること（１００）と、
続いて、前記第２のマスク（８’）を介して前記層（１）を露光した（１２０）後に前記層（１）をベークすること（１３０）とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記フォトレジスト層（１）の前記第１の部分（１２）を第１の照射量の放射で露光すること（１００、１２０、１０２、１２２）が、前記層（１）の前記第１の部分（１２）に対応する透過部分（８１）と、前記層（１）の前記第２の部分（１７）および第３の部分（１１’）に対応する非透過部分（８２）とを有する第１のマスク（８）を介して前記層（１）を露光すること（１００、１０２）と、
前記層（１）の前記第１の部分（１２）および第２の部分（１７）に対応する透過部分（８１’）と、前記層（１）の前記第３の部分（１１’）に対応する非透過部分（８２’）とを有する第２のマスク（８’）を介して前記層（１）を露光すること（１２０、１２２）とを含み、
前記フォトレジスト層（１）の前記第２の部分（１７）を前記第２の照射量で露光すること（１２０、１２２）が、前記第２のマスク（８’）を介して前記層（１）を露光することを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のマスク（８）を介して前記層（１）を露光すること（１００、１０２）が、前記層（１）を約７５〜３００ｍＪ／ｃｍ２の範囲の照射量で露光することを含む、請求項３または４に記載の方法、
【請求項６】
前記第２のマスク（８’）を介して前記層（１）を露光すること（１２０、１２２）が、前記層（１）を約６００〜２０００ｍＪ／ｃｍ２の範囲の照射量で露光することを含む、請求項３から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記層（１）の第３の部分（１１）に前記放射エネルギーを当てないままにすることをさらに含み、
前記層（１）の前記第１の部分（１２）を前記第１の照射量で露光すること（１０１）が、前記層（１）の前記第１の部分（１２）に対応する透過部分（８１）を有するマスク（８）を介して前記層（１）を露光することを含み、
前記層（１）の前記第２の部分（１７）を露光する前記段階（１０１）が、前記層（１）の前記第２の部分（１７）に対応する部分的透過部分（８３）も有する前記マスク（８）を介して前記層（１）に露光することを含み、
前記フォトレジスト層（１）の前記第３の部分（１１）を前記放射エネルギーに露光されないままにすることが、前記層（１）の前記第３の部分（１１）に対応する非透過部分（８２）も有するマスク（８）を介して前記層（１）を露光することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項８】
前記層（１）のベーク（１１０、１３０、１３１、１３２）を、８０〜１２０℃の範囲の温度で行う、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記層（１）の前記くぼみ（１５、１５’、２４）内にオリフィス（２）を形成することをさらに含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
マイクロエレクトロニクス素子の微細構造を作成するためにフォトレジストエッチングを用いることが多い。例えば、フォトレジストエッチングを用いて、インクジェット印字ヘッドなどの流体噴射器の障壁層に、インクマニホルドと発射チャンバとを含む微小流体チャンバを作成する。また、インクジェット印字ヘッドの障壁層の上に配置されたオリフィス層にノズルまたは流体輸送孔を形成するのにフォトレジストエッチングを用いる。
【０００２】
流体輸送孔またはノズルの出口に穴ぐり（counter-bore）を形成することにより、拭き取りによって生じるノズルの出口形状の損傷を少なくするか防止することができ、流体射出装置の有効寿命を長くすることができる。穴ぐりは、例えばノズル出口の波打ちを少なくするか防止し、パドリングと関連する流体の経路の問題を軽減または防止することができる。穴ぐりは、例えばレーザアブレーションによって形成されるが、この手法により生産コストは上昇しうる。
【０００３】
フォトレジストオリフィスプレートおよび／または障壁層にマニホルド、チャンバおよびその他の特徴形状を形成する例示的な方法は、米国特許第６，１６２，５８９号（Chenら）および第６，５２０，６２８号（McClellandら）に開示されている。レーザアブレーションによって形成されたノズル穴ぐりを備えたインクジェット印字ヘッドは、例えば本出願と同一出願人による米国特許第６，５２７，３７０Ｂ１（Courianら）に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本発明の特徴および利点は、添付図面において示されているような例示的な実施形態についての以下の詳細な説明から当業者に容易に理解されるであろう。
【０００５】
以下の詳細な説明および図面のいくつかにおいては、類似の要素は類似の参照番号で示すものとする。
【０００６】
図１に、フォトレジストエッチングプロセスの例示的な実施形態によって形成された空隙２を有する架橋フォトレジスト層１の例示的な実施形態を示す。フォトレジストフィルム層１は、ｘ−ｙ平面に水平に配列され、このｘ−ｙ平面の向きを矢印３で示す。空隙は、ｚ軸６の方向に沿って層の上面４から深さ５まで拡がっている。水平ｘ−ｙ平面での空隙２の上面開口２１の断面積は、ｘ−ｙ平面での空隙２の中間部分２２の断面積よりも大きい。例示的な実施形態では、空隙２の下部分２３の断面積は、中間部分２２の断面積以上であってよい。
【０００７】
例示的な実施形態では、フォトレジスト層は、Microchem CorporationからＳＵ８（エポキシドフォトレジスト）の名前で販売されているようなネガ型フォトレジスト、DuPontにより製造されているＩＪ５０００などのドライフィルムフォトレジスト、あるいは他の適切なフォトレジストフィルムからなっていてよい。フォトレジストは、例えばShin Etsuによって製造されたＳＩＮＲ−３１７０Ｍを含む、電磁放射の露光後に現像液に不溶となる多数の他のネガ型フォトレジスト材料の任意のものであってよい。
【０００８】
図１の例示的な実施形態では、空隙は、空隙２の上面に向かって大きくなりかつ中間部分２２に向かって狭くなる断面積を有する上部分２４を有することができる。表面から上部分の傾斜に沿った断面形状２５は、例えば概ね放物線の形（図１に図示）とすることができる。別態様として、断面形状２５は、他の形状、例えば概ね円錐形とすることもできる。断面形状の下部分は、底面または下面に向かって大きくなる断面積を有している。
【０００９】
図１の例示的な実施形態では、層１は、上面４および下面４１を有する。空隙２は、上面開口２１および下面開口４２を有する。空隙は、例えば流体放射機構のオリフィス層、オリフィスプレートまたはオリフィス構造に、オリフィス（またはノズル）を形成する。例示的な実施形態では、層１の下面４１によって、流体放射機構内の発射チャンバの上側境界を画定することができ、流体放射機構は、例えばインクジェット印字ヘッドである。上部分２１は、オリフィスの穴ぐりの役割をするくぼみまたは他の凹部を含むことができる。
【００１０】
図２Ａ〜図２Ｅに、フォトレジストフィルム層に表面くぼみを有する空隙を形成するためのフォトレジストエッチングプロセスの例示的な実施形態を示す。この層は、特定のフォトレジストのために望ましい場合には、処理前に「ソフトベーク」によって準備されてもよい。例えば、レジスト被覆層の塗布後にソフトベークを行って蒸発によってレジストから溶剤を除去することができる。ソフトベークを行った後、フォトレジストは、溶剤を含まない熱可塑性物質からなっている。例示的な実施形態では、その溶剤を含まない熱可塑性物質は、約５５℃のガラス転移温度を有するＳＵ８からなる。他のレジストは、様々なガラス転移温度を有することができる。ガラス転移温度は、高分子が固体から粘性の液体に変わる温度である。また、ガラス転移温度は、フォトレジスト材料の比容積と温度との関係のグラフにおいて比容積の勾配が大きくなる温度として定義されることもある。
【００１１】
次に図２Ａを参照すると、フォトレジスト層１のマスク８で覆われていない部分が、放射エネルギー７に曝される。この露光は、例えばSVG Micralign Model 760露光ツールを使用して行うことができる。例示的な実施形態では、放射エネルギー７は単色光である。他の実施形態では、放射エネルギーは、あるスペクトル範囲にわたるエネルギーを含んでいてよい。例示的な実施形態では、ＳＵ８は、３００〜３８０ｎｍの範囲にわたる光反応性を有する。他のフォトレジストは、他の波長範囲にわたる光反応性を有する。１つの例示的な実施形態では、マスク８は、放射エネルギー７を実質的に透過する透過部分８１と、放射エネルギー７を実質的に透過しない非透過部分８２とを有する。例示的な態様では、マスク８は、クロム反射部分８２を有するガラスマスクである。例示的な実施形態では、マスクは投影マスクであり、その場合、放射エネルギーはマスクを通過し、光学系を介してウェーハに導かれる。投影マスクを使用する場合、マスクは、ウェーハ上に投影されるマスクの像より大きくてもよい。投影マスクは、ウェーハ全体の露光パターンがマスク上に描かれているフルウェーハマスクでもよく、またはウェーハの一部分の露光パターンがマスク上に描かれていて、マスクを介して投影された像をウェーハ上で段階的に移動させて、ウェーハの異なる部分を別々に露光するステップアンドリピート式マスクでもよい。マスクとしては、所定の実施形態のために選択された特定のフォトレジストで処理可能な任意のタイプのものを使用することができる。
【００１２】
マスク８により、放射エネルギー７が透過部分を透過できるようになっており、それにより、層の一部分１２が露光され、非露光部分１１が残される。フォトレジスト層１の非露光部分１１の形状は、マスクの、放射エネルギーをフォトレジスト層に達しないように遮断している非透過部分８２の形状によって画定されている。図２Ａ〜図２Ｅに示す例示的な実施形態では、非透過部分８２は、約２０μｍ〜約４０μｍの範囲の直径の実質的に円形である。この実施形態では、ｘ−ｙ平面におけるマスク８の輪郭が、形成する空隙２の表面開口２１（図２Ｅ）のｘ−ｙ平面での形状を画定する。例えば、マスクによって円形でない特徴形状が画定される場合には、穴ぐりの形はその円形でない形状を有する。
【００１３】
例示的な実施形態において、露光部分１２は、ＳＵ８を使用する形態で、例えば約１００ｍＪ／ｃｍ２または約７５〜３００ｍＪ／ｃｍ２の範囲内の比較的低い照射量の放射エネルギー７を受けてもよい。層は、リソグラフィ露光ツールを使用して露光されてもよい。特定の用途または実施形態において、照射量は、ある程度、使用するツールおよび／または放射エネルギーの波長、使用するフォトレジスト、レジスト中の光活性要素の効率、形成する穴ぐりおよび孔の所望の形状、深さおよび他の特徴に依存する。望ましい条件およびパラメータは、上述のパラメータに基づいて経験的に決定することができる。例示的な実施形態において、望ましい条件およびパラメータは、後続のＰＥＢベークの温度を変化させるだけで深さの調整が可能な適切に形成された丸い穴ぐりができるよう選択される。例えば、約８〜３０μｍの範囲の厚みを有するＳＵ８層で約１００ｍＪ／ｃｍ２の露光を実施する場合には、約８５〜１２０℃のＰＥＢによって穴ぐりの深さが０．２μｍ〜３μｍになる。この例示的な実施形態において、光酸（photo-acid）が露光部分１２で生成され、非露光部分１１では形成されないと考えられる。生成された光酸の量は、照射量とほぼ比例する。この例示的な実施形態において、露光部分１２は界面１４で非露光部分１１と接している。
【００１４】
図２Ｂにおいて、図２Ａの露光フォトレジスト層１が、露光後ベーク（ＰＥＢ）にかけられており、その際に露光部分１２に架橋が生じた。ＰＥＢは、例えばＳＶＧシリーズ８６ベークトラックを使用して行うことができる。ＰＥＢ中、架橋の開始後に遷移期間がある場合がある。遷移期間中、露光部分１２において架橋マトリクスが粘性液体からゲルに変わり、最終的には架橋の三次元分子網様構造を形成すると考えられる。例示的な実施形態では、ＰＥＢを約５分間持続させてよい。しかし、通常、最初の数秒間のベーク中に構造変化および架橋の大部分が開始すると考えられる。この遷移期間中、界面１４は、混合の熱力学的条件を満たす２つの異なる材料間の界面となる。混合の熱力学的条件は、領域１１と１２の材料が互いに溶け合うことができる場合に満たされる。一般に、この熱力学的条件は、材料の一方または両方が界面１４を横切って拡散できるほどＰＥＢ温度が十分に高い場合に満たされる。これは、ＰＥＢの温度と穴ぐり照射量とを平衡させる操作である。照射量が少なすぎる場合は、高分子に十分な光酸が生成されないことがある。その結果、露光領域での架橋がごくわずかになるかきわめて遅くなり、その結果、露光界面の濃度勾配が小さくなって、界面を横切る拡散がほとんどまたは全くなくなる。照射量が多すぎる（例えば、５００ｍＪ超える）と、９０℃のＰＥＢで架橋が過度に迅速に進み穴ぐりが形成されない場合がある。
【００１５】
例示的な実施形態において、ＰＥＢの際にフォトレジストの表面に凹部１５ができる。これは、非露光部分１１から露光部分１２に界面１４を横切る拡散１６によって少なくとも部分的に生じると考えられる。拡散によって、界面のその領域の層表面がわずかに膨らむこともある。
【００１６】
例示的な実施形態において、ＰＥＢ温度は、ＰＥＢの際に、比較的高い拡散係数が得られるように選択され、この拡散係数は、時間の経過と共に架橋密度が高まるにつれて減少する。この拡散係数が十分に高いＰＥＢ温度は、例えば約８０〜１２０℃の範囲のガラス転移温度より高くてもよい。架橋反応によって単量体が消費されると、露光界面１４（集合した単量体の比較的大きいグループと単量体の小さいグループまたは単一ユニットとの界面）に、拡散に必要な熱力学的条件を作り出す濃度勾配ができる。また、温度は、単量体が高分子マトリクス内で拡散するのに十分なエネルギーを有するよう選択することができる。
【００１７】
例示的な実施形態において、適切なＰＥＢ温度は、ガラス転移温度および／またはフォトレジスト樹脂の融点よりも高い。液状高分子は、比較的高い拡散係数を有する。フォトレジストが加熱されると、単量体は露光境界をどちらの方向にも自由に横切ることができる。ＰＥＢの際に時間が進むにつれて、架橋反応によって露光領域がゲル化し、露光領域から非露光領域への輸送が困難となる。非露光領域から露光領域への単量体の輸送により、架橋マトリクス内への単量体の正味の輸送が起こる。この単量体の不平衡の輸送によって非露光領域の体積が減少する。
【００１８】
例示的な実施形態において、ＳＵ８フォトレジスト層のＰＥＢは、約８０〜１２０℃の範囲内の温度で行われる。温度は、架橋遷移期間中に界面１４で十分な拡散係数が得られるように選択されなければならない。適切な温度範囲のうちの低い方の温度では、浅い断面形状を有するくぼみができ、適切な温度範囲のうちの高い方の温度では、深い断面形状を有する穴ぐりができることがある。例示的な実施形態では、約３ミクロンもの深さのくぼみを形成する。くぼみの深さは、照射量、マスクの形状およびベーク温度を制御または変更することによって調整することができる。ＰＥＢの際に時間が進むにつれて、露光領域の架橋密度は、単量体の輸送が立体障害によって制限されかつそれ以上形状変化が起こらない時点まで増大する。例示的な実施形態において、半径方向に対称的な露光境界により、ほぼ放物線または円錐形のくぼみ１５が作成されうる。１つの例示的な実施形態では、ＰＥＢ温度が高くなるほど、例えばＳＵ８で１００〜１２０℃であると、より円錐に近い形状の穴ぐりができる。別の例示的な実施形態では、ＰＥＢ温度が低くなるほど、例えばＳＵ８で８０〜１００℃であると、より放物線に近い形状の穴ぐりができる。照射量が約１００ｍＪ／ｃｍ２未満の例示的な実施形態では、ＳＵ８に形成された穴ぐり形がひずむことがある。低照射量で穴ぐりの形がひずむのは、界面を横切る架橋材料の濃度勾配が適切に規定されず、その結果として遷移の非架橋側から架橋側への物質の正味の拡散が少なくなるからだと考えられる。また、少ない照射量での光はオリフィス層内で消滅し、その結果としてオリフィスの深い方の端部で露光が不十分になるので歪みが起こると考えられる。
【００１９】
図２Ｃにおいて、フォトレジスト層は、第２のマスク８’を介して放射エネルギーを受ける。この例示的な実施形態において、非透過部分８２’は、第１のマスク８（図２Ａ）の非透過部分８２よりも小さい。例示的な実施形態において、マスク８’は、層のうち前のステップで露光されなかった部分を露光しかつ前のステップでの露光で露光されなかった他の部分も非露光のままになるように配置される。層の第１の露光の際に露光されずかつ第２の露光の際に露光される部分は、部分的露光部分１７を構成する。前の露光の際に露光されずかつこの露光の際でも非露光のままとなる部分は、非露光部分１１’を構成する。ｘ−ｙ平面におけるマスク８’の断面形状は、空隙の中間部分の最も幅狭の部分の形状を画定する。例示的な実施形態において、中間部分の直径は、約１５μｍであってよい。この例示的な実施形態において、第２のマスク８’は、ｘ−ｙ平面において、非露光部分１１’が部分的露光部分１７によって取り囲まれているかまたは含まれるように配置される。
【００２０】
例示的な実施形態において、露光は、部分的露光部分１７に前の露光で露光部分１２が受けた照射量よりも多い照射量をあてることができる。例示的な実施形態において、部分的露光部分は、約６００〜２０００ｍＪ／ｃｍ２の範囲（例えば約１０００ｍＪ／ｃｍ２）の照射量を受ける。例示的な実施形態では、後続のＰＥＢの際に単量体が非露光部分１１’から部分的露光部分１７に遷移部１４’を横切って拡散するのを制限するために、非露光部分１１’を画定するために使用される照射量は、部分１２の第１の露光の露光エネルギーよりもやや多い。これは、部分的露光部分内の架橋の速度を高め、その結果、非露光部分から部分的露光部分に界面１４’を横切る拡散を少なくすることによって、くぼみの歪みを小さくするためと考えられる。両方の露光で露光部分１２が受ける総照射量は、部分的露光部分１７が受ける総照射量よりも多い。
【００２１】
図２Ｄにおいて、露光したフォトレジスト層をＰＥＢにかけた。例示的な実施形態にでは、ＰＥＢの温度は、約８０〜１２０℃の範囲（例えば約９０℃）である。使用する温度が低すぎると、最終生成物のばらつきが大きくなることがある。使用する温度が高すぎると、フォトレジスト中に望ましくない応力が生じることがある。しかしながら、特定の実施形態において使用される特定の温度は、使用する材料、形成する構造、および生成物を使用する用途に依存させることができる。架橋は、ＰＥＢの際に部分的露光部分１７内で起こる。また、拡散１６’は、非露光部分１１の上面にくぼみ１５’を形成する遷移部１４’を横切って起こると考えられる。例示的な実施形態において、遷移部１４’に沿った部分的露光部分１７の架橋材料が、形成すべき空隙の下部分の内壁を画定する。
【００２２】
図２Ｅで、層１を、例えば溶剤を使用して現像する。例示的な実施形態において、溶剤は、乳酸エチル、ジアセトンアルコールまたはｎ−メチル−２−ピロリドン、あるいは使用される特定のフォトレジストに適した他の溶剤のうちの少なくとも１つからなる。溶剤は、非露光部分１１’（図２Ｃに示す）を除去し、フォトレジスト層１内には空隙２が残る。空隙２は、下部分２３、中間部分２２、および上部分２４からなる。本明細書の図２Ｅと他の図では、単なる例として下部分を平行な面で示している。例示的な実施形態において、下部分は底面または下面に向かって幅広になっていてもよいことを理解されたい。例示的な実施形態において、層１は、処理の際に別の材料層の上に配置される。例示的な実施形態では、その別の材料の層は、流体放射機構の障壁層のスペース内に配置され、例えば材料９４が、流体放射機構の発射チャンバを形成するスペースを満たす（図６Ａ）。材料９４は、溶剤に溶けることができ、現像中に除去することができる（図６Ｂ）。
【００２３】
当業者は、上記のおよびその他の実施形態において、フォトレジストの一部分に吸収される照射量が、有効照射量、すなわち本明細書で示す構造を形成する条件を作り出すのに十分な光酸を生成するのに十分な放射エネルギーであることを理解するであろう。この有効照射量は、放射エネルギーの強さに基づいたフォトレジストに入射するエネルギーの総照射量でなくてもよい。例えば、フォトレジストが特定の波長範囲の光に対して反応性が高く、別の波長範囲の光に対して反応性が低い場合は、光酸を生成する波長範囲全体にわたり放射線の強さを分布させることによって有効照射量を決定することができる。所定量の放射エネルギーの場合、より多量の光酸を生成する波長のエネルギーによって大きく重み付けされた分布は、光酸を生成する波長によってあまり大きく重み付けされていない分布よりも多い有効照射量を提供する。所望量の光酸を生成する任意の波長分布によって、所望の空隙形成条件を作り出するのに十分な光酸を生成するのに足る照射量または有効照射量を提供することができる。このような分布のどれにおいても、照射量を増やすことにより、光酸を生成する波長の強度を高めることができる。特定の波長分布は、特定の放射源を波長フィルタリングするか、光源の出力を調整するか、異なる光源を選択することによって得ることができる。
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｃに、露光ステップを使用してフォトレジスト層１に空隙２を形成する別の例示的な実施形態を示す。図３Ａにおいて、フォトレジスト層１は、マスク８を介して放射エネルギー７を受ける。マスクは、透過部分８１、部分的透過部分８３、および非透過部分８２を有する。透過部分８１により、放射エネルギー７がフォトレジスト１の露光部分１２を露光することが可能となる。部分的透過部分８３は、放射エネルギーを部分的に透過させる、つまり、一部の放射エネルギーを通過させ一部の放射エネルギーを遮断することを可能にする。部分的透過部分８３は、一部の放射エネルギーがフォトレジスト１の部分的露光部分１７を部分的に露光することを可能にする。部分的露光部分１７は、透過部分８１を介して露光部分１２が受けた照射量よりも少ない照射量を受ける。非透過部分８２は放射エネルギーを遮り、フォトレジスト１の非露光部分１１を残す。ＳＵ８を使用する例示的な実施形態では、部分的透過部分８３の透過率は５％〜５０％の範囲である。例示的な実施形態において、透過部分８１は、特定の波長または波長範囲の放射エネルギーを通す。フォトレジストは、第１の部分のフォトレジストが、本明細書に記載の空隙を形成するのに十分な光酸を生成できるだけの照射量を受けるように選択することができる。部分的透過部分は、異なる特定の波長または波長範囲の放射エネルギーを通す。フォトレジストは、第２の部分のフォトレジストが、本明細書に示した空隙を形成する十分な光酸を生成するだけの照射量を受けるように選択することができる。
【００２５】
図３Ｂでは、図３Ａの露光フォトレジストがＰＥＢにかけられている。ＳＵ８フォトレジストを使用する例示的な実施形態では、ＰＥＢを、８０〜１２０℃の範囲で行い、最大約５分間続ける。ＰＥＢの際に、部分的露光部分１７と完全露光部分１２の界面を横切って拡散１６が起こると考えられ、部分的露光部分１７と非露光部分１１の界面１４’を横切って拡散１６’が起こると考えられる。拡散により、部分的露光部分１７にくぼみ１５が形成され、非露光部分にくぼみ１５’が形成されると考えられる。例示的な実施形態において、拡散１６’の量を最少にしかつ拡散１６の量を最大にするようにプロセスパラメータを選択することができる。
【００２６】
図３Ｃの例示的な実施形態において、フォトレジスト層１を現像し、それにより非露光部分からそれ以外の材料を除去した。得られた空隙２は、下部分２３、中間部分２２、および上部分２４を有する。空隙２は、上面４の上面開口２１から下面４１の下面開口４２まで拡がっている。例示的な実施形態において、層１の厚みは約８〜３０μｍの範囲内にある。厚みは、これよりも薄くても厚くてもよい。
【００２７】
図４Ａ〜図４Ｄに示したさらに別の例示的な実施形態において、表面くぼみを有する空隙を、最初の露光後にＰＥＢを実行せずにフォトレジスト層に形成する。図４Ａにおいて、フォトレジスト層が、マスク８を介して放射エネルギーを受ける。マスクは、非透過部分８２と透過部分８１を有する。透過部分は、放射エネルギーを通し、それにより露光部分が放射エネルギー７を受ける。非透過部分は、エネルギーが通るのを妨げ、それにより非露光部分１１が残る。
【００２８】
図４Ｂにおいて、フォトレジストは、透過部分８１’と非透過部分８２’とを有するマスク８’を介して放射エネルギー７を受ける。透過部分８１’は、放射エネルギーを通し、それにより露光部分が追加の放射エネルギーを受け、部分的露光部分が放射エネルギーを受ける。非透過部分８２’は放射エネルギーを遮り、それにより非露光部分１１’が残る。例示的な実施形態において、照射量は約１００〜２０００ｍＪ／ｃｍ２の範囲にある。最初の露光後にはフォトレジストをＰＥＢにかけない。露光間にＰＥＢを行わない例示的な実施形態においては、マスク手順を逆にしてもよい。
【００２９】
図４Ｃでは、フォトレジストがＰＥＢにかけられている。ＰＥＢの際に、部分的露光部分１７と完全露光部分１２の間の界面１４を横切って拡散１６が起こり、部分的露光部分１７と非露光部分１１の間の界面１４’を横切って拡散１６’が起こる。拡散により、部分的露光部分１７にくぼみ１５が形成され、非露光部分にくぼみ１５’が形成される。例示的な実施形態において、拡散１６’の量を最小にし、かつ拡散１６の量を最大にするようにプロセスパラメータを選択することができる。
【００３０】
図４Ｄでは、層を現像し、それにより非露光部分から残りの材料が除去されている。得られた空隙２は、下部分２３、中間部分２２および上部２４を有する。空隙２は、上面４の上面開口２１から下面４１の下面開口４２まで広がっている。
【００３１】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃはそれぞれ、図２Ａ〜図２Ｅ、図３Ａ〜図３Ｃ、および図４Ａ〜図４Ｄに示したプロセスの例示的な実施形態を示す工程図である。図５Ａの例示的な実施形態では、層を第１のマスクを介して第１の露光１００にかけ、第１のＰＥＢ１１０にかけ、第２のマスクを介して第２の露光１２０にかけ、第２のＰＥＢ１３０にかけ、現像１４０する。図５Ｂの例示的な実施形態では、フォトレジスト層を非透過部分と部分的透過部分とを有するマスクを介して露光１０１にかけ、ＰＥＢ１３１にかけ、現像１４１する。図５Ｃの例示的な実施形態では、フォトレジスト層を第１のマスクを介して第１の露光１０２にかけ、第２のマスクを介して第２の露光１２２にかけ、ＰＥＢ１３２にかけ、現像１４２する。
【００３２】
マスクが、フォトレジスト層に形成された複数の空隙およびくぼみに対応する複数の非透過部分および／または部分的透過部分を含みうることを理解されたい。例示的な実施形態では、複数の空隙およびくぼみは、インクジェット印字ヘッドなどの流体放射機構における、穴ぐりを有する複数および／またはアレイ状の穿孔（またはノズル）に対応することができる。
【００３３】
図６Ａに、空隙を形成する前の、基礎層９の表面９１に配置されているフォトレジスト層の例示的な実施形態を示す。フォトレジスト層は、インクジェット印字ヘッドなどの流体放射機構のオリフィスプレートまたはオリフィス層１からなっていてよい。基礎層９は、流体放射機構の障壁層（またはチャンバ層）９からなっていてよい。障壁層９は、チャンバ９３を画定する架橋したフォトレジスト９２からなっている。チャンバ９３またはチャンバは、例えば、発射チャンバや流体チャネルなどからなっていてよい。チャンバ９３には、充填剤９４を充填することができる。例示的な実施形態では、充填剤９４は可溶性であり、フォトレジスト層（またはオリフィス層）１の現像の際に溶解する。例示的な実施形態において、充填剤は、フォトレジストまたはフォトレジスト樹脂からなることができる。例示的な実施形態において、充填剤は、Microchem Corporationによって製造されたＰＭＧＩ（ポリメチルグルタルイミド）からなる。障壁層９は、基板１００の表面に配置される。例示的な印字ヘッドでは、流体放射機構用の電気回路および抵抗発熱体を構成する薄膜層（図示せず）を基板１００の表面１０１上に配置することができる。これらの特徴は、説明を分かりやすくするためにここでは省略する。
【００３４】
図６Ｂに、フォトエッチングによって層１に空隙２を形成した後の図６Ａの例示的な実施形態を示す。例示的な実施形態において、チャンバ９３は、インクジェット印字ヘッドなどの流体放射機構の発射チャンバからなることができる。
【００３５】
図７Ａに、層１に空隙を形成する前のフォトレジスト層１の例示的な実施形態を示す。層１は、基板１００の表面１０１に配置されたフォトレジスト材料の厚い層２０のうちの表面部分である。層１は、露光１００、１０１、１０２、１２０、１２２（図５Ａ〜図５Ｃ）の際に厚い層２０が露光される深さにより画定される。層１の下には、露光後も、サブ表面部分２０１が露光されないまま残る。厚い層２０を予備処理（露光１００、１０１、１０２、１２０、１２２（図５Ａ〜図５Ｃ）の前）にかけて架橋部分２０２を形成してもよい。架橋部分の縁部２０３は、現像の際に形成されるチャンバの壁を画定することができる。
【００３６】
図７Ｂに、層１内の空隙２をフォトエッチングした後の図７Ａの例示的な実施形態を示す。現像の際に、露光されていないサブ表面部分２０１を除去した場所にチャンバが残る。
【００３７】
層１は、基板５上に積層またはスピンコートすることができる。例示的な実施形態では、層をソフトベークによりあらかじめ処理することもできる。例示的な実施形態において、ソフトベークは、約１５分間、８０〜１２０℃の範囲で行うことができる。
【００３８】
例示的な実施形態において、穴ぐりのない穿孔を作成する既存のプロセスを、穿孔に穴ぐりを設けるように修正してもよい。ノズル形成プロセスに追加されるステップの数は、使用する特定の実施形態に依存する。この技術は、様々な既存のプロセスに移行可能である。
【００３９】
例示的な実施形態において、フォトエッチング表面くぼみのない空隙を形成するプロセスは、パターン形成露光、ＰＥＢおよび現像からなる。この実施形態は、追加の露光（図５Ｃ）あるいは追加の露光および追加のＰＥＢ（図５Ａ）を加えるか、または露光（図５Ｂ）で使用するマスクを変更することによって変更が可能である。
【００４０】
本明細書で述べたプロセスおよび方法の例示的な実施形態により、深さ−０．１μｍから少なくとも３．５μｍの範囲の深さの穴ぐりを形成することができる。負の深さを有する（すなわち表面から上に突出する）穴ぐりは、例えば約２０μｍの直径を有する比較的小さい穴ぐりを有する例示的な実施形態で形成される場合があり、この場合、穴ぐり領域に受ける照射量は比較的少なく、例えば、約１００〜３００ｍＪ／ｃｍ２の範囲にあり、レジストのバルク部分に受ける照射量が比較的多い、例えば、約１０００ｍＪ／ｃｍ２の範囲にある。穴ぐりの深さの制御は、穴ぐりの直径またはベーク温度あるいはこの両方を調整することによって達成することができる。穴ぐりの深さは、主に、穴ぐり照射量（露光１００、１０１、１０２（図５Ａ〜図５Ｃ））とその後の穴ぐりＰＥＢ（ＰＥＢ１１０、１３１、１３２（図５Ａ〜図５Ｃ））によって制御される。
【００４１】
以上説明した実施形態が、本発明の原理を表しうる特定の実施形態の単なる例示に過ぎないことを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することがなければ、当業者はこれらの原理に従って他の構成を容易に考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】フォトレジスト層内の空隙の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ａ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ｃ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ｄ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ｅ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図３Ａ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図３Ｂ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図３Ｃ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図４Ａ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図４Ｂ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図４Ｃ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図４Ｄ】層に空隙を形成する例示的なプロセスにおけるフォトレジスト層の例示的な実施形態の断面図である。
【図５Ａ】フォトレジスト層に空隙を形成するプロセスの例示的な実施形態の例示的なプロセスフローを示す図である。
【図５Ｂ】フォトレジスト層に空隙を形成するプロセスの例示的な実施形態の例示的なプロセスフローを示す図である。
【図５Ｃ】フォトレジスト層に空隙を形成するプロセスの例示的な実施形態の例示的なプロセスフローを示す図である。
【図６Ａ】基板上に配置されたフォトレジスト層の例示的な実施形態の図である。
【図６Ｂ】空隙を有するフォトレジスト層の例示的な実施形態の図である。
【図７Ａ】基板上に配置されたフォトレジスト層の例示的な実施形態の図である。
【図７Ｂ】空隙を有するフォトレジスト層の例示的な実施形態の図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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