(57)【要約】【課題】  半導体基板に貫通孔を形成する際、エッチング液及びエッチングガスの滲み込みを防止すること。【解決手段】記録素子が形成された基板と、該基板上に形成された該記録素子上を通って該吐出口に連通する流路と、該吐出口を形成するノズルプレートと、該基板の該記録素子の形成された第一面と第二面とを貫通して形成され、該流路に連通する液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、基板の第一面に犠牲層が形成され、前記基板の第二面から前記犠牲層に向かってアルカリを用いた異方性エッチングにより前記液体供給口が形成され、該液体供給口を形成する際に、前記基板の第一面に前記犠牲層を覆うエッチングストップ層が形成され、該エッチングストップ層が、アルカリ耐性を有する金属膜にて形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口から液体を吐出させるエネルギーを発生する記録素子が形成された基板と、
該基板上に形成された該記録素子上を通って該吐出口に連通する流路と、該吐出口を形成するノズルプレートと、
該基板の該記録素子の形成された第一面と前記第一面と対向する第二面とを貫通して形成され、該流路に連通する液体供給口と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記液体供給口を形成する基板の第一面に犠牲層が形成され、前記基板の第二面から前記犠牲層に向かってアルカリを用いた異方性エッチングにより前記液体供給口を形成する工程を有し、
前記液体供給口を形成する工程において、前記基板の第一面に前記犠牲層を覆うエッチングストップ層が形成されており、該エッチングストップ層が、アルカリ耐性を有する金属膜にて形成されてい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】
前記金属膜の厚さを０．０５μｍ〜２０μｍの膜厚で形成する請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記金属膜が、金拡散防止膜と金との積層である請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記金が液体吐出ヘッドのコンタクトパッドと同層に形成される請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記金属膜が、Ｔａである請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記Ｔａが前記記録素子上を覆う耐キャビテーション層と同層に形成される請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記エッチングストップ層を除去する工程をさらに有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記ノズルプレートは、前記エッチングストップ層に接触する柱状部を有するように形成され、該柱状部は前記エッチングストップ層を除去する工程により、前記第一面から離間した状態とされる請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記アルカリを用いた異方性エッチングはＴＭＡＨ水溶液によるエッチングである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記基板はＳｉ基板である請求項１乃至９のいずれか１項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、液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンウェーハ等の半導体基板に対し、等方性又は異方性エッチングにより貫通孔を形成し、液体吐出ヘッド等のデバイスに応用する研究が盛んになされている。
特許文献１にて製造歩留まりが高く印字速度が速い液体吐出ヘッドを提供する方法としてエッチングストップ層の上に保護層を形成し、吐出口形成部材と柱の下に配置する密着層を、保護層から離して形成する方法がある。
このような犠牲層を形成したシリコン基板に対する貫通孔の加工手順は特許文献１に示されている。
【０００３】
単結晶シリコン基板の貫通孔形成位置に多結晶シリコン（以下、ＡＬ―Ｓｉと記述する）による犠牲層を形成し、その上にエッチングストップ層を形成する。この場合、単結晶シリコン基板の裏面のエッチングマスク層によりエッチングされる貫通孔は、これが犠牲層に到達した場合に、この犠牲層の内側に形成されるように設計される。
この貫通孔が犠牲層に到達した時点で、犠牲層はエッチング液により直ちに溶解する。この犠牲層のエッジ部分から単結晶シリコン基板の表面側の異方性エッチングが開始され、最終的に途中がくびれた貫通孔が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４０２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
犠牲層を用いて貫通孔を形成する方法においては、貫通孔の開口形状や位置を犠牲層の位置に応じて設定することが可能なため、より精度の高い加工が可能となる。
しかしながら、エッチングストップ層は犠牲層の上に形成されるため、犠牲層コーナー部はエッチングストップ層の膜厚が薄くなることが有り、貫通孔形成の際に、このコーナー部でエッチングストップ層にクラックが発生する場合がある。
またエッチングストップ層の膜応力が高い場合では、従来構成のようにコーナー部上に保護層を形成してもクラックが防げない場合がある。
【０００６】
単結晶シリコン基板に対して用いられるエッチング液としては、８０℃又はそれ以上の温度のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（以下、これをＴＭＡＨと記述する）水溶液や、水酸化カリウム水溶液等の強アルカリ性溶液が用いられる。
そのため、エッチングストップ層にクラックが発生すると、このクラックを介してエッチング液が単結晶シリコン基板の表面側に回り込むと、単結晶シリコン基板に深刻なダメージを与えてしまう。
さらにエッチングストップ層を除去する工程においても、エッチングガスがこのクラックを起点に侵入し、単結晶シリコン基板に深刻なダメージを与える。
その結果、液体吐出ができない不良基板となり、製造歩留まりを大幅に低下させることになる。
【０００７】
本発明の目的は、半導体基板に貫通孔を形成する際、エッチングストップ層にクラックが発生し、エッチング液及びエッチングガスの滲み込みが発生することを抑制することが可能となる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、吐出口から液体を吐出させるエネルギーを発生する記録素子が形成された基板と、
該基板上に形成された該記録素子上を通って該吐出口に連通する流路と、該吐出口を形成するノズルプレートと、
該基板の該記録素子の形成された第一面と前記第一面と対向する第二面とを貫通して形成され、該流路に連通する液体供給口と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記液体供給口を形成する基板の第一面に犠牲層が形成され、前記基板の第二面から前記犠牲層に向かってアルカリを用いた異方性エッチングにより前記液体供給口を形成する工程を有し、
前記液体供給口を形成する工程において、前記基板の第一面に前記犠牲層を覆うエッチングストップ層が形成されており、該エッチングストップ層が、アルカリ耐性を有する金属膜にて形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エッチングストップ層の破断を起因としたエッチング液及びエッチングガスの侵入を抑制することが可能となり、製造歩留りを向上させた液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における液体吐出ヘッド６の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態における液体吐出ヘッド６の製造過程の一工程を示す図であり、図１のＡ−Ａ’断面を示す。
【図３】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式図である。
【図４】液体吐出ヘッドの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜液体吐出ヘッド＞
本発明に係る液体吐出ヘッド６の斜視図を図１に示す。なお、内部構造がわかるように、ノズルプレート２の一部分を省略している。本発明に係る液体吐出ヘッド６は、吐出口３からインク等の液体を吐出させるエネルギーを発生する記録素子７を第一面に備えた液体吐出ヘッド用基板１を有する。また、液体吐出ヘッド用基板１上に形成されたノズルプレート２と、基板上に形成された記録素子上を通って吐出口に連通する流路を形成する流路構成部材であるチッププレート４とを接着剤５により接着することにより構成される。ノズルプレート２は、記録素子７が設けられた液体吐出ヘッド用基板１の面と対向する対向部を貫通して設けられた複数の貫通孔を有している。このようなノズルプレート２は樹脂材料で構成されており、複数の貫通孔は、例えばフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いて一括して設けられている。ここで、ノズルプレート２に設けられた貫通孔は、記録素子７が設けられた液体吐出ヘッド用基板１の面と対向する位置に開口する第１の開口部と、液体を吐出する側に設けられた第２の開口部と、を連通することで設けられている。複数の貫通孔は記録素子７により発生されるエネルギーを利用して液体を吐出する吐出口３として用いられ、これらが所定のピッチで一列に配列し、吐出口列を構成している。
【００１２】
液体吐出ヘッド用基板１の第一面には、記録素子７が設けられている。記録素子７としては、電気熱変換素子（ヒーター）又は圧電素子（ピエゾ素子）等を用いることができる。吐出口列に対向する位置には、複数の記録素子７が設けられており、複数配列することで素子列となっている。素子列の間の位置には、液体吐出ヘッド用基板１の第一面と第一面に対向する第二面とを貫通して形成された、記録素子７に液体を供給する液体供給口８が設けられている。
さらにノズルプレート２と液体吐出ヘッド用基板１とが接することで、その間の空間はインク流路９となる。液体吐出ヘッド用基板１には、記録素子７に電気を供給する為のコンタクトパッド１０が存在している。
液体吐出ヘッド用基板１のノズルプレート２と対向する面にはチッププレート４が接着剤５により接着され、記録素子基板１のコンタクトパッド１０へ電気的な接続を行い、記録素子７に電気が供給されて液体吐出の動作を行う。
【００１３】
図２は本発明における液体吐出ヘッドの製造過程における断面図である。
液体吐出ヘッド用基板１上に第１の蓄熱層１１及び第２の蓄熱層１２、記録素子７を積層し、その両端部から電力を供給するための電極層１３が配置されている。その上層には、耐インク性、絶縁性を持つ電気絶縁層１４、キャビテーションによる破壊を防ぐための耐キャビテーション層１５が配されている。第１の蓄熱層１１及び第２の蓄熱層１２間には液体供給口８を形成する際に開口を制御するための犠牲層１６が設けられている。その上層（上部）には、エッチングストップ層１７が設けられている。本発明では、このエッチングストップ層１７として、アルカリ耐性を有する金属膜を用いる。その理由は、アルカリ耐性を有する金属膜は、エッチング液であるアルカリ液に耐性を有するだけでなく、液体供給口開口の際に開口部にかかる応力に対し、十分な展延性を有するからである。かかるアルカリ耐性を有する金属膜を構成する金属としては、例えば、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ等を使用することができる。本発明では、金属膜として、基板１上の素子あるいはコンタクトパッド１０を作製する際の金属膜、例えばＡｕ、Ｔａ等をエッチングストップ層とすることができる。即ち、コンタクトパッドとして用いるＡｕやＴａを、エッチングストップ層と一括して、同層に形成することができる。このことにより、工程を増加することなく、膜破断の発生を抑制できる。尚、エッチングストップ層１７の金属膜は、金拡散防止膜とＡｕ（金）との積層としてもよい。
また、エッチングストップ層１７である金属膜は、０．０５μｍ〜２０μｍの膜厚で形成されていることが好ましい。金属膜の膜厚が０．０５μｍ以上であれば、液体供給口開口の際の応力に対し破断を防止することができる。また金属膜の膜厚が２０μｍ以下であると、ノズルプレート２の構造により決定される吐出性能の観点から好ましい。
つまり、上記構成により本発明に係る液体吐出ヘッドは、前記エッチングストップ層１７であるアルカリ耐性を有する金属膜が液体供給口開口の際の応力による膜破断の発生を防止することにより、製造歩留りを大幅に向上させることができる。
【００１４】
以下に、本発明の実施形態例について具体的な製造方法を含めて説明する。
（実施例１）
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を図３（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
図３（ａ）に示すようにＳｉ結晶方位が〈１００〉面のＳｉ基板１上に第一の蓄熱層１１として熱酸化によりＳｉＯ２膜を０．６μｍの厚さで形成した。第二の蓄熱層１２としてＳｉＯ膜をＣＶＤ法によって０．５μｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィ法によりレジスト（不図示）をエッチングマスクとし、その後ＣＦ４を用いて反応性イオンエッチングを行うことで基板１面を露出する開口部を形成した。
続いて、液体供給口８が開口する際の犠牲層１６となる層としてＡＬ―ＳｉをＣＶＤ法により０．４μｍの厚さで基板１の第一面に成膜し、スパッタリング法により、記録素子７となる層（不図示）としてＴａＳｉＮを０．０１μｍの厚さで成膜した。
【００１５】
次に電極層１３となる層としてＡｌを０．６μｍの厚さで成膜した。得られたＡｌ膜をフォトレジスト法によりレジストをエッチングマスクとし、ＢＣｌ３、Ｃｌ２ガスを混合した反応性イオンエッチングにより所定の形状にエッチングした。その後、Ｏ２プラズマアッシング及び剥離液によりレジストを除去した。再びフォトリソグラフィ法によりエッチングマスクを形成し、ＴａＳｉＮ上のＡｌをウェットエッチングにより除去、再びＯ２プラズマアッシング及び剥離液によりレジストを除去し、記録素子７及び電極層１３を形成した。次に、電気絶縁層１４となる層としてＳｉＮをＣＶＤ法によって０．３μｍの厚さで成膜し、耐キャビテーション層１５となる層としてＴａをスパッタリング法にて０．２μｍの厚さで成膜した。
【００１６】
次に図３（ｂ）に示すように、犠牲層１６を露出させる。まず、フォトリソグラフィ法によりエッチングマスクを形成し、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングによってＴａ膜およびＳｉＮ膜を所定の形状にエッチングし、Ｏ２プラズマアッシング及び剥離液によりレジストを除去し、電気絶縁層１４を形成した。さらにフォトリソグラフィ法によりエッチングマスクを形成し、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングによって所定の形状にエッチングし、Ｏ２プラズマアッシング及び剥離液によりレジストを除去する。これにより、電気絶縁層１４及び耐キャビテーション層１５を形成した。この際、液体供給口８の開口部となる犠牲層１６と蓄熱層１１間の電気絶縁層１４及び耐キャビテーション層１５は除去されるよう形成した。
【００１７】
続いて図３（ｃ）に示すように、エッチングストップ層１７として形成する金めっき層の拡散防止膜１８として、高融点金属材料のチタンタングステンを真空成膜装置により、０．２μｍの厚みで成膜した。この時チタンタングステンは後にウェットエッチングで除去することを考慮して、その組成としてＴｉ１０質量％  Ｗ９０質量％のターゲットを用いた。尚、エッチングストップ層１７の金属膜は、金拡散防止膜と金との積層としてもよい。
その後、電解めっきプロセスで電流を受けるカソード電極の役割と、めっき成長の核となるめっきシード層（不図示）の役割を持つＡｕ（金）を０．０５μｍの厚みで全面成膜した。
次に、フォトリソグラフィ法にて、エッチングストップ層１７を形成する部位のめっき用シード層を露出するようにフォトレジストを除去し、レジストマスクの形成を行った。次に、電解めっき法により、亜硫酸金塩の電解浴中でめっき用シード層に所定の電流を流し、レジストマスクで覆われていない所定の領域に金を５．０μｍの厚さで析出させることにより、エッチングストップ層１７を形成した。次に、剥離液によりレジストを除去し、めっき用シード層を全面露出させる。次に、不要となっためっき用シード層を窒素系有機化合物とヨウ素ヨウ化カリウムを含む金エッチング液に所定の時間浸漬させ除去することで、金拡散防止膜１８を全面露出させた。その後、金拡散防止膜１８をＨ２Ｏ２系のエッチング液に所定の時間浸漬させ除去した。次にエッチングストップ層１７である金めっき層が金硬度７０Ｈｖ以下の軟質金になるように、２５０℃程度で３０分から１２０分アニール処理を行った。
【００１８】
次に図３（ｄ）に示すように、形成した基板上にポジ型感光性樹脂層を形成し、フォトリソグラフィ工程により、ポジ型感光性樹脂層をパターニングして液体流路９のパターン１９を形成する。次に前記パターン１９が形成された上層にノズルプレート２の部材となるネガ型感光性樹脂層２０を７０μｍの厚さで成膜し、パターニングすることで吐出口３のパターン２１を形成した。ここで、ノズルプレート２の部材となるネガ型感光性樹脂２０は、エッチングストップ層に接触する柱状部を有するように形成される。
【００１９】
次に図３（ｅ）に示すように、Ｓｉ基板１の第二面の裏面開口部から、第一面の犠牲層１６に至る液体供給口８を形成した（液体供給口を形成する工程）。液体供給口の形成には、Ｓｉ基板１を８３℃のＴＭＡＨ水溶液（濃度２２ｗｔ％）中に所定の時間浸漬して異方性エッチングを施すことで行った。なお異方性エッチングの際、基板の裏面開口部を規定するマスク層（不図示）を形成し、基板１の第一面（表面）側にはＴＭＡＨ水溶液が回り込まないように、樹脂レジスト（不図示）により基板１の第一面側を保護した。
【００２０】
さらに、図３（ｆ）に示すように、基板１の第二面（裏面）側より、Ｈ２Ｏ２系のエッチング液に所定の時間浸漬させ、エッチングストップ層の下層の金拡散防止膜１８を除去した。次に窒素系有機化合物とヨウ素ヨウ化カリウムを含む金エッチング液に所定の時間浸漬させ除去することでエッチングストップ層１７を除去した。エッチングストップ層を除去することで、柱状部は基板１の第一面から離間した状態となる。その後、インク流路９のパターン１９を形成していたポジ型感光性樹脂層を除去し、吐出口３のパターン２１を除去することで、前記ノズルプレート２にインク流路９と吐出口３を形成した。
【００２１】
以上の工程は基板１としてＳｉウエハ上で多数個のチップを形成するように製造される。このようにして形成された基板はダイシングによりチップ単位に切り出された後、各チップはインクなどの液体供給のためのチッププレート４に接続され、液体吐出ヘッドとして使用される。上記、液体吐出ヘッドの製造方法により、本発明の液体吐出ヘッドが完成する。
【００２２】
（実施例２）
本発明に係る液体吐出ヘッドの第２の実施形態の製造過程における断面図を図４に示す。実施例１においては電気絶縁層１４としてＳｉＮを、耐キャビテーション層１５としてＴａをそれぞれ成膜した後、インク供給口８の開口部となる蓄熱層１１間が除去されるよう形成した。本実施例においては電気絶縁層１４となる層としてＳｉＮを成膜、パターニングした後、耐キャビテーション層１５となる層としてＴａを成膜した。次にインク供給口８の開口部となる蓄熱層１１間に耐キャビテーション層１５が残るようにパターニングすることで、耐キャビテーション層であるＴａ層がエッチングストップ層を兼ねる構成とした。即ち、金属膜のＴａが耐キャビテーション層と同層に形成される構成とした。Ｔａはアルカリ耐性を有し、展延製を有する金属膜であるため、上記構成においてもインク供給口開口の際の応力による膜破断の発生を抑制することとなり、製造歩留りを大幅に向上させることができた。
【００２３】
＜比較例＞
実施例１、２に記載した構成に対して、エッチングストップ層１７としてアルカリ耐性を有さず、展延性に乏しい無機膜であるＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２をそれぞれ別の比較例として使用した。その結果、いずれの無機膜においても、下層の犠牲層１６角部においてカバレッジ性が低く、膜が薄い部分からインク供給口８形成の際に、エッチングストップ層に膜破断が発生した。
また、エッチングストップ層１７としてアルカリ耐性を有さない両性金属であるＡｌ、Ｚｎ、Ｐｂを使用したところ、インク供給口８開口の際のエッチング液が基板１上に廻り込むことが確認された。
【符号の説明】
【００２４】
１      基板
２      ノズルプレート
３      吐出口
４      チッププレート
５      接着剤
６      液体吐出ヘッド
７      記録素子
８      液体供給口
９      液体流路
１０    コンタクトパッド
１１    第１の蓄熱層
１２    第２の蓄熱層
１３    電極層
１４    電気絶縁層
１５    耐キャビテーション層
１６    犠牲層
１７    エッチングストップ層
１８    金拡散防止膜
１９    液体流路９のパターン
２０    ネガ型感光性樹脂組成物層
２１    吐出口３のパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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