(57)【要約】【課題】均一なエッチングか可能となり、特に長方形のインク供給口を作製する際に、そのインク供給口マスクの長辺に対してエッチング液の流れを規則正しい流れとすることにより、安定したインク供給口の形成が可能となり、歩留まりの向上を図ることができるウエットエッチング方法、該方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、およびウエットエッチング装置を提供する。【解決手段】エッチング処理室の外部から該エッチング処理室内にエッチング液を供給し、該エッチング液により該エッチング処理室内の被エッチング面をエッチング処理するウエットエッチングにおいて、前記エッチング処理に際して、前記エッチング液を前記被エッチング面に対して並行に流すように構成する。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング処理室の外部から該エッチング処理室内にエッチング液を供給し、該エッチング液により該エッチング処理室内の被エッチング面をエッチング処理するウエットエッチング方法において、
前記エッチング処理に際し、前記エッチング液を前記被エッチング面に対して並行に流すことを特徴とするウエットエッチング方法。
【請求項２】
前記ウエットエッチング方法が、シリコンの結晶方位を利用した異方性エッチングであることを特徴とする請求項１に記載のウエットエッチング方法。
【請求項３】
長方形のインク供給口をシリコンの結晶方位を利用した異方性エッチングで形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記異方性エッチングに請求項２に記載の異方性エッチングによるウエットエッチング方法を用い、前記エッチング液を前記長方形のインク供給口の長辺と平行に流す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４】
前記インク供給口を形成するシリコン基板の被エッチング処理面と相対する面にはエッチングを制御させるためのエッチング防止層を設けていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
液タンクを備えたエッチング液供給部と、該エッチング液供給部からのエッチング液により基板の被処理面をエッチングする密閉可能なエッチング処理室と、を有するウエットエッチング装置において、
前記エッチング処理室は、前記基板の被処理面と相対する面にエッチング液が付着しない状態で該基板を固定する支持構造を有すると共に、前記エッチング液供給部からのエッチング液が該エッチング処理室内を前記基板の被処理面と平行に流れる空間構造を有することを特徴とするウエットエッチング装置。
【請求項６】
前記エッチング処理室は、前記基板の被処理面と相対する面を緩衝材を介し支持する構造を有することを特徴する請求項５に記載のウエットエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエットエッチング方法、該方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、およびウエットエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウエットエッチングを行う場合、ウエハの被エッチング部分だけを露出したマスクを行い、多数のウエハをカセットに装備して、ウエハカセットごとエッチング槽に投入するバッチ式が一般的に用いられてきている。
また、このような従来のバッチ式に対して、特許文献１のように、１枚ずつウエハの被エッチング面の裏面を覆うジグを用い、このジグによって被エッチング面の裏面側が封止されたウエハをジグごとエッチング槽に浸し、マスクの代わりに被エッチング面以外にはエッチング液が付着しないようにするエッチング方法が提案されている。
また、図６に示すようなエッチング液槽とは別に設けられたエッチング室でエッチング処理を行う枚葉式ウエットエッチング装置も考案されている。この装置は上記したバッチ式や、特許文献１のエッチング方式と違い、エッチング液槽とは別にエッチング室を有するチャンバーを設け、このチャンバー内のエッチング室で被エッチング面に対して１枚ずつ処理を行うことにより、被エッチング面の裏面に保護膜を設けることなく、エッチングすることができる方式が採られている。具体的には、図６に示されているように、エッチャント１２が収容された液タンク１１の設けられたエッチング液供給部１とエッチング室５を有するチャンバー部１とで構成されている。エッチング処理するに際しては、ポンブ８により液タンク１１内のエッチャント１２を、図７に示されている液供給路２０を介して、チャンバー部１のエッチング室内の被エッチング基板であるシリコン基板３の表面に対して垂直方向から供給して、エッチング処理をするものである。
【０００３】
ところで、インクジェットヘッドのインク供給口の形成方法に、従来においてはインクジェットヘッドのインク供給口形成には、基板であるシリコン基板の裏面からインク吐出口のある表面にかけてサンドブラスト、レーザー加工、異方性、等方性エッチングなどの手法が用いられてきたが、最近ではウエットエッチング方法が多く用いられるようになってきている。それは最近では、微小なインクの吐出量で写真画質を実現ができることから、インクジェットヘッドのインク吐出口密度は急速に上昇しノズル数は５１２／色以上になってきており、それに伴って精密なインク供給口の形成が可能なウエットエッチング方法のうちの異方性エッチングを用いた加工方法が多く用いられるようになってきたことによる。
【特許文献１】特開平７−１１１２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来技術のウエットエッチングを、インクジェットヘッドのインク供給口の形成方法に適用した場合には、以下のような種々の問題が生じる。
まず、上記した従来のバッチ式のウエットエッチングによって、図８に示すようなインク吐出口２６の形成された流路壁２９と、発熱抵抗体２７が設けられたシリコン基板３にインク供給口２５が形成されたインクジェット記録ヘッドを製造する場合の問題点について説明する。
図８に示すようなシリコン基板３にインク供給口２５を形成するために、例えば、図９に示すようなエッチング処理前にシリコン基板３の表面にインク吐出口があり、シリコン基板３の裏面にはエッチングによりインク供給口が形成される予定の被エッチング面を有するインクジェット記録ヘッドが準備される。
しかしながら、従来のバッチ式のウエットエッチングでこのようなインクジェット記録ヘッドを製造する場合には、つぎのような問題が生じる。
すなわち、従来のバッチ式のウエットエッチングのように、カセットに多数のウエハを入れ、全体をエッチング液に浸す方法においては、シリコンのエッチングに用いられるＫＯＨ溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ水溶液）を、８０から９０度に加熱した液に長時間浸すために、被エッチング部以外がエッチングされないようにマスクする必要がある。また、そのマスク材料には、強アルカリ、高温に耐え得る材料を用いる必要があり、通常の半導体プロセスにおいては、酸化シリコンなどが用いられている。
【０００５】
ところで、上記したインクジェット記録ヘッドの製造におけるシリコンエッチングでは、シリコン基板３の裏面からインク供給口を形成するに際して、エッチング液から保護するシリコン基板３の表面にはインク吐出口があるが、上記した従来の半導体プロセスにおける熱酸化やプラズマプロセスに対する酸化シリコンなどの保護膜を、このようなインク吐出口上に形成することはできないため、ゴム系のレジストが使用される。しかしながら、このゴム系レジストは、エッチング液等の液相に関しては保護層として機能しているが、水蒸気等の気相に関しては完全に遮断していないため、マスク材のゴム系レジストを剥離した後と処理前では、インク撥水性に差が生じるという問題がある。
また、エッチング中には、水素ガスが大量に発生するために、エッチング糟は密閉することができず、常に蒸発する水分を補い、エッチング液の濃度が一定になるように監視する必要がある。しかしながら、蒸発した水を補う方法は、エッチング液の濃度を監視し規定以上ずれたら、水を補給することによるため、濃度が一定にならず、エッチング液の濃度は、シリコンのエッチング速度に影響を及ぼすため、糟内の分布がないよう設計する必要があり、その設計は難しいという点、等にも問題がある。
【０００６】
また、特許文献１のように、１枚ずつウエハの被エッチング面の裏面を覆うジグを用い、ジグごとエッチング槽に浸し、マスクの代わりに被エッチング面以外にはエッチング液が付着しないようにする方法では、ジグを装着する手間やエッチング液が付着したジグを毎回洗浄しなければならない、等の手間がかかる。
また、上記した従来の枚葉式エッチング装置では、前述したように、図７に示されている液供給路２０を介して、チャンバー部１のエッチング室内の被エッチング基板であるシリコン基板３の表面に対して垂直方向から供給するものであるため、インクジェット記録ヘッドの縦横比の大きいインク供給口形成においては、ウエハ内の横ならび時のエッチング分布が安定せず、歩留まりが低下するという問題点を有している。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、均一なエッチングか可能となり、特に長方形のインク供給口を作製する際に、そのインク供給口マスクの長辺に対してエッチング液の流れを規則正しい流れとすることにより、安定したインク供給口の形成が可能となり、歩留まりの向上を図ることができるウエットエッチング方法、該方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、およびウエットエッチング装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のように構成したウエットエッチング方法、該方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、およびウエットエッチング装置を提供するものである。
すなわち、本発明のウエットエッチング方法は、エッチング処理室の外部から該エッチング処理室内にエッチング液を供給し、該エッチング液により該エッチング処理室内の被エッチング面をエッチング処理するウエットエッチング方法において、前記エッチング処理に際して、前記エッチング液を前記被エッチング面に対して並行に流すことを特徴としている。
また、本発明のウエットエッチング方法は、シリコンの結晶方位を利用した異方性エッチングに適用することができる。
また、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、長方形のインク供給口をシリコンの結晶方位を利用した異方性エッチングで形成するに際して、上記した本発明のウエットエッチング方法における異方性エッチングを用い、そのエッチング液を該長方形のインク供給口の長辺と平行に流すことにより、エッチング処理することを特徴としている。
また、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記インク供給口を形成するシリコン基板の被エッチング処理面と相対する面にはエッチングを制御させるためのエッチング防止層を設ける構成を採ることができる。
また、本発明のウエットエッチング装置は、液タンクを備えたエッチング液供給部と、該エッチング液供給部からのエッチング液により基板の被処理面をエッチングする密閉可能なエッチング処理室と、を有するウエットエッチング装置において、前記エッチング処理室は、前記基板の被処理面と相対する面にエッチング液が付着しない状態で該基板を固定する支持構造を有すると共に、前記エッチング液供給部からのエッチング液が該エッチング処理室内を前記基板の被処理面と平行に流れる空間構造を有することを特徴としている。その際、前記基板の被処理面と相対する面を緩衝材を介し支持するように構成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、均一なエッチングか可能となり、特に長方形のインク供給口を作製する際に、そのインク供給口マスクの長辺に対してエッチング液の流れを規則正しい流れとすることにより、安定したインク供給口の形成が可能となり、歩留まりの向上を図ることができるウエットエッチング方法、該方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、およびウエットエッチング装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例においてはエッチング液供給部と、これとは別のエッチング処理室を有するチャンバー部とからなるウエットエッチング装置を構成したものである。そのエッチング液供給部の基本的構成は、従来例の図６に示された枚葉式ウエットエッチング装置と基本的に同様のものが用いられており、チャンバー部におけるエッチング処理室内のエッチング液の流れが、従来例の図６のものと相違し、後述するようにシリコン基板に対して並行にエッチング液を流すように構成されている。
【００１２】
つぎに、図１〜図５を用いて、本実施例のウエットエッチング装置について説明する。
図１は、本発明の実施例のウエットエッチング装置におけるエッチング処理中のウエハ内のエッチング液の流れを示した図である。図１において、３はシリコン基板、２０は液の流れる方向、２５はインクジェット記録ヘッドのインク供給口を示している。
また、図２は図１のインクジェット記録ヘッドのインク供給口の拡大部分の概略図であり、ノズル数が多くなればなるほど供給口の縦横比の大きい長方形で構成されている。
また、図３は本発明の実施例におけるウエットエッチング装置のエッチング処理室内におけるエッチング処理中の液の流れを示す図であり、図４は本発明の実施例におけるエッチング装置のエッチング処理室の概略図である。
また、図５は本発明の実施例におけるエッチング装置のチャンバーにエッチング液を送り出すエッチング液供給部の概略図である。
【００１３】
つぎに、図８に示すようなインク吐出口２６の形成された流路壁２９と、発熱抵抗体２７が設けられたシリコン基板３にインク供給口２５が形成されたインクジェット記録ヘッドの製造方法をについて、図８を用いて説明する。
まず、発熱抵抗体２７を有するシリコン基板３の裏面に、耐エッチング液に優れたポリイミド樹脂３１を塗布し、インク供給口形成のためのマスクパターンをフォトリソグラフィーによって形成し、ポリイミド樹脂３１をドライエッチングでエッチングする。その後、シリコン基板３の表面上にポジ型の感光性を持つ型材となる溶解可能な樹脂２８を１３μｍの厚さに塗布し、インク流路パターンを形成する。
次に、溶解可能な樹脂層２８の上にノズル材となる感光性エポキシ樹脂２９をスピンコートで流路壁２５μｍ（オリフィスプレート厚は１２μｍ）の厚さに塗布し、その上にフッ素系エポキシ樹脂である撥水材３０をラミネートする。その後、ＭＰＡ６００の露光機を用いて精度良くインク吐出口２６を形成する。
【００１４】
本実施例では、バッチ式と違い保護膜は不必要である。しかしながら、シリコンウエハの加工時の傷などで、裏面にある保護膜が欠落していると、本来のインク供給口だけでなく、全く関係ない部分まで基板に貫通口があいてしまうことから、エッチング途中で貫通口があいた場合には、支持部の中に当然貫通口からエッチング液が漏れだし、電気配線等を腐食してしまう恐れが有るため、保護膜を形成しておく方が、より高い歩留まりが期待できる。そのため、従来のバッチ式ではゴム系レジストを用いていたが、本実施例では比較的剥離が容易かつノズルに影響のない半導体レジストを使用した。
また、レジストを保護膜として塗布せずに、インクジェットヘッドの吐出口２６が直接支持部に接触して傷がつかないように、図３に示すように装置側の支持部４に緩衝剤１９をコーティングしている。
【００１５】
その後、図９のようにシリコン基板裏面、つまり被エッチング面を上にし、図４に示すように、Ｏリング１８でウエハを押さえつけるように、支持部４であるウエハプレートをチャンバー上部１と密閉させる。Ｏリング１８には、耐アルカリ性を考えたカルレッツ（デュポン製）のＯリングを使用した。このとき、押さえつける圧力を一定に保つために、エアシリンダーなどで圧力調整している。
本実施例では、図５の液タンク槽内のエッチャント１２は濃度２２％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ水溶液）であり、８０〜９０℃範囲内で一定の温度に保たれており、常にエッチャントの濃度をモニタリングし制御できるように純水滴下機能を設けており、なおかつエッチング室とは別に循環経路を有していて常に循環されるように構成されている。この液タンク槽からポンプ８により図４のように密閉されたチャンバー内の液供給部を通じて、エッチング室にシリコン基板に対して並行に流し込まれる。エッチング液はシリコン基板３の被エッチング領域の部分をエッチングした後、液タンク槽へ戻る。
【００１６】
本実施例においては、約１６時間のエッチングにより、厚さ６２５μｍのシリコン基板を貫通させることができた。貫通時にノズル側への液流れを防ぐため、図３に示しているようにオーバーエッチング防止層を設けている。
この貫通口を、インクジェットプリンタのインク供給口として使用する。また、エッチング処理終了後、チャンバー内は窒素ガス等を流してエッチング室から出し、純水に置換させウエハの洗浄も行う。
その後、エッチング室２と支持部４の接合を解き、シリコン基板３を取り出して、インク流路部になる型材レジスト２８を除去するとともに、保護レジストを除去して、ダイシングにてチップに切断し、電機実装等を行うことで、図８のようなインクジェット記録ヘッドができ上がる。
【００１７】
本実施例では、図３及び図４に示されるようにシリコン基板に対して並行にエッチング液を流すことで、エッチング処理中のエッチング液の流れはシリコン基板に対して層流状態になり、シリコン結晶方位（１１１）のインク供給口３２の形成ができる。
従来のバッチ式であるエッチング糟にウエハを入れる方法では、このエッチング中に発生する水素が、エッチング部に泡となって残り、エッチングの進行を妨げることになり、また、インクジェット記録ヘッドの縦横比の大きいインク供給口形成においては、ウエハ内の横ならび時のエッチング分布が安定しないという問題等があったが、本実施例では液の流れが層流になっているので、泡が流れとともに押し出されて、常にエッチング液がかかる状態なので、均一なエッチングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例のウエットエッチング装置におけるエッチング処理中のウエハ内のエッチング液の流れを示した図。
【図２】図１のインクジェット記録ヘッドのインク供給口の拡大部分の概略図。
【図３】本発明の実施例におけるウエットエッチング装置のエッチング処理室内におけるエッチング処理中の液の流れを示す図。
【図４】本発明の実施例におけるエッチング装置のエッチング処理室の概略図。
【図５】本発明の実施例におけるエッチング装置のチャンバーにエッチング液を送り出すエッチング液供給部の概略図。
【図６】従来の枚葉式ウエットエッチング装置の概略図。
【図７】従来の枚葉式ウエットエッチング装置の処理チャンバーの構成図。
【図８】インクジェット記録ヘッドの断面図。
【図９】エッチング処理前におけるインクジェット記録ヘッドの断面図。
【符号の説明】
【００１９】
１：処理チャンバー
２：エッチング室
３：シリコン基板
４：支持部
５：液供給部
６：液濃度管理システム
７：ヒーター
８：ポンプ
９：流量計
１０：エアバルブ弁
１１：液タンク槽
１２：エッチャント
１３：新液タンク
１４：エアシリンダーアーム
１５：シーケンス制御部
１６：排水口
１７：純水供給口
１８：Ｏリング（シール材）
１９：緩衝剤
２０：エッチング液の流れる方向（液供給路）
２１：液供給ノズル
２２：チャンバーへの液供給
２３：チャンバーからの液戻り
２４：オーバーエッチング防止層
２５：インクジェット記録ヘッドのインク供給口
２６：吐出口
２７：発熱抵抗体
２８：型材
２９：流路壁（ノズル材）
３０：撥水剤
３１：エッチングマスク層
３２：シリコン結晶方位（１１１）のインク供給口
３３：液供給路
【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】
2005138497.tif 000009
【図８】
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【図９】
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