(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力室を精度良く形成できる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】液体噴射ヘッドの製造方法は、第１の面１０ａと第２の面１０ｂとを有する基板１０を準備、第１の面１０ａの上方に振動板２０を形成、振動板２０の上方に圧電素子３０を形成、基板１０に圧力室１２を形成、圧力室１２と連通するノズル孔を有するノズル板を形成する、各工程を含み、圧力室１２を形成する工程は、第２の面１０ｂの上方にハードマスク層６０を形成、ハードマスク層６０をパターニング、ハードマスク層６０の側面に保護膜７０を形成、基板１０に異方性のウエットエッチングを行うことによって圧力室１２を形成する、各工程を有し、ハードマスク層６０のパターニングでは、基板１０とハードマスク層６０の界面が露出するように基板１０をオーバーエッチングし、保護膜７０の形成は、界面を覆うように形成する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と第２の面とを有する基板を準備する工程と、
前記第１の面の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に圧電素子を形成する工程と、
前記基板に圧力室を形成する工程と、
前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板を形成する工程と、を含み、
前記圧力室を形成する工程は、
前記第２の面の上方にハードマスク層を形成する工程と、
前記ハードマスク層をパターニングする工程と、
前記ハードマスク層の側面に保護膜を形成する工程と、
前記基板に異方性のウエットエッチングを行うことによって前記圧力室を形成する工程と、を有し、
前記ハードマスク層をパターニングする工程において、前記基板と前記ハードマスク層の界面が露出するように前記基板をオーバーエッチングし、
前記保護膜を形成する工程において、前記保護膜を少なくとも前記界面を覆うように形成する、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記保護膜を形成する工程は、
前記第２の面と前記ハードマスク層とを覆うように前記保護膜を形成する工程と、
異方性のドライエッチングを行うことによって、少なくとも前記界面の前記保護膜が残るように、前記保護膜を除去する工程と、を有する、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記基板は、（１１０）単結晶シリコン基板からなる、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記保護膜は、炭素とフッ素を含有するポリマーからなる、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記ウエットエッチングは、水酸化カリウムを含む溶液を用いて行われる、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記ハードマスク層は、酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる、液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液体噴射ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般的に、インク滴を吐出するためのノズル孔が形成されたノズル板と、ノズル孔に連通する圧力室（吐出室）を有する基板と、を備え、圧電素子により圧力室に圧力を加えることにより、インク滴をノズル孔から吐出する。このようなインクジェットヘッドの圧力室は、インク吐出特性のばらつきの抑制およびヘッドの小型化等のために、より精密で微細な加工が要求されている。
【０００３】
圧力室の作製方法としては、シリコン基板を水酸化カリウム等のアルカリ溶液を用いて異方性エッチングすることにより作製する技術が知られている。
【特許文献１】特開２００３−１８２０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、圧力室を精度良く形成できる液体噴射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】
【０００５】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、
第１の面と第２の面とを有する基板を準備する工程と、
前記第１の面の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に圧電素子を形成する工程と、
前記基板に圧力室を形成する工程と、
前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板を形成する工程と、を含み、
前記圧力室を形成する工程は、
前記第２の面の上方にハードマスク層を形成する工程と、
前記ハードマスク層をパターニングする工程と、
前記ハードマスク層の側面に保護膜を形成する工程と、
前記基板に異方性のウエットエッチングを行うことによって前記圧力室を形成する工程と、を有し、
前記ハードマスク層をパターニングする工程において、前記基板と前記ハードマスク層の界面が露出するように前記基板をオーバーエッチングし、
前記保護膜を形成する工程において、前記保護膜を少なくとも前記界面を覆うように形成する。
【０００６】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法では、基板とハードマスク層との界面に保護膜が形成されるため、界面からのエッチング液の侵入を防ぐことが可能となり、基板の横方向へのエッチングを低減でき、圧力室を精度良く加工することができる。
【０００７】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００８】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記保護膜を形成する工程は、
前記第２の面と前記ハードマスク層とを覆うように前記保護膜を形成する工程と、
異方性のドライエッチングを行うことによって、少なくとも前記界面の前記保護膜が残るように、前記保護膜を除去する工程と、を有する。
【０００９】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記基板は、（１１０）単結晶シリコン基板からなることができる。
【００１０】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記保護膜は、炭素とフッ素を含有するポリマーからなることができる。
【００１１】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記ウエットエッチングは、水酸化カリウムを含む溶液を用いて行われることができる。
【００１２】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記ハードマスク層は、酸化シリコンまたは窒化シリコンからなることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
１．液体噴射ヘッド
図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を模式的に示した断面図である。図２は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の分解斜視図である。なお、図２は、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００１５】
液体噴射ヘッド１００は、図１に示すように、基板１０と、圧力室１２と、振動板２０と、圧電素子３０と、ノズル孔４２を有するノズル板４０と、を含む。圧電素子３０は、下部電極３２と、圧電体層３４と、上部電極３６と、を有する。なお、図２では、便宜上、圧電素子３０を簡略化している。
【００１６】
基板１０は、第１の面１０ａとその反対側の面にあたる第２の面１０ｂとを有する。基板１０としては、例えば、（１１０）単結晶シリコン基板を用いることができる。（１１０）単結晶シリコン基板は、基板表面の結晶面が（１１０）面である単結晶シリコン基板である。
【００１７】
ノズル板４０としては、例えば、（１００）単結晶シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いることができる。ノズル板４０は、基板１０の第２の面１０ｂに固定される。ノズル板４０は、ノズル孔４２を有する。ノズル孔４２は、圧力室１２と連通して形成される。
【００１８】
基板１０がノズル板４０と振動板２０との間の空間を区画することにより、図２に示すように、リザーバ１４、供給口１５および圧力室１２が設けられる。振動板２０には、厚さ方向に貫通した貫通孔１６が設けられる。リザーバ１４は、外部（例えばインクカートリッジ）から貫通孔１６を通じて供給されるインクを一時的に貯留する。供給口１５によって、リザーバ１４から圧力室１２へインクが供給される。
【００１９】
圧力室１２は、振動板２０の変形により容積可変になっている。圧力室１２の容積変化により、液体噴射ヘッド１００は、ノズル孔４２から液滴を吐出することができる。圧力室１２は、リザーバ１４に連通している。
【００２０】
振動板２０は、基板１０の第１の面１０ａの上に形成される。振動板２０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とをこの順に積層させた積層体からなることができる。振動板２０の厚さは、例えば、１μｍ〜２μｍであることができる。振動板２０は、圧電素子３０によって上下方向に振動することにより、圧力室１２の容積を変化させることができる。振動板２０は、後述するように、基板１０をエッチングして圧力室１２を形成する場合に、エッチングストッパ層として機能することができる。
【００２１】
圧電素子３０は、振動板２０の上に形成される。圧電素子３０は、下部電極３２と、圧電体層３４と、上部電極３６と、を有する。
【００２２】
下部電極３２は、振動板２０の上に形成される。下部電極３２は、圧電体層３４に電圧を印加するための一方で電極である。下部電極３２としては、例えば、白金、イリジウム、およびそれらの導電性酸化物を用いることができる。下部電極３２は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。下部電極３２の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００２３】
圧電体層３４は、下部電極３２の上に形成される。圧電体層３４には、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層３４は、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層３４としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。
【００２４】
上部電極３６は、圧電体層３４の上に形成される。上部電極３６は、圧電体層３４に電圧を印加するための他方の電極である。上部電極３６としては、下部電極３２の材質として例示した材料を用いることができる。上部電極３６の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００２５】
筐体１７は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。筐体１７は、ノズル板４０、基板１０および圧電素子３０を収納することができる。
【００２６】
２．液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３〜図８は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図４〜図８は、図１および図３と上下が逆である。
【００２７】
図３に示すように、基板１０の第１の面１０ａの上に振動板２０と、圧電素子３０とを形成する。
【００２８】
振動板２０は、例えば、酸化シリコンと酸化ジルコニウムとを、この順に積層することにより形成される。酸化シリコンは、例えば、スパッタ法、熱酸化法により形成される。酸化ジルコニウムは、例えば、スパッタ法により形成される。
【００２９】
圧電素子３０は、下部電極３２、圧電体層３４および上部電極３６を、この順に積層することにより形成される。
【００３０】
下部電極３２および上部電極３６は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により形成される。
【００３１】
圧電体層３４は、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法により形成される。圧電体層３４を形成するための焼成温度は、例えば、７００℃程度である。
【００３２】
基板１０の第１の面１０ａには、例えば、圧電素子３０を保護するバリア膜（図示せず）、配線（図示せず）および保護フィルム（図示せず）等を形成することができる。また、例えば、基板１０を第２の面１０ｂ側から研削し、基板１０の膜厚を薄くすることもできる。
【００３３】
次に、以下に示す工程により、基板１０に圧力室１２を形成する。
【００３４】
図４に示すように、基板１０の第２の面１０ｂの上にハードマスク層６０とレジストマスク層５０を形成する。
【００３５】
ハードマスク層６０としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いることができる。ハードマスク層６０は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法により形成される。ハードマスク層６０の厚さは、例えば、１．０μｍであることができる。
【００３６】
レジストマスク層５０は、ハードマスク層６０の上に形成される。レジストマスク層５０の厚さは、例えば、１．０μｍとすることができる。レジストマスク層５０は公知の方法で形成され、所望の形状にパターニングされる。
【００３７】
図５に示すように、ハードマスク層６０を所望の形状にパターニングする。パターニングは、例えば、ドライエッチングにより行うことができる。ドライエッチングは、基板１０とハードマスク層６０の界面が完全に露出するように基板１０がオーバーエッチングされるまで行う。オーバーエッチング量は、例えば、５０ｎｍ程度とすることができる。また、基板１０の表面とハードマスク層６０とがなすテーパー角（図５に示す角度α）は、７５度以上９０度以下であることが望ましく、より望ましくは９０度である。テーパー角が小さいと、後述するように、保護膜７０を除去する際の異方性のドライエッチングにより、ハードマスク層６０の側面の保護膜７０が除去されやすくなるためである。パターニングは、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン（Ｈｅｌｉｃｏｎ  Ｗａｖｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）等の高密度プラズマを用いたエッチング装置を用いることができる。エッチングガスとしては、例えば、ＣＦ４等のフロン系のガスとアルゴンガスとの混合ガスを、２．０Ｐａ以下の圧力で用いることができる。これにより、ハードマスク層６０は、望ましいテーパー角を得ることができる。
【００３８】
図６に示すように、レジストマスク層５０を除去し、保護膜７０を形成する。
【００３９】
レジストマスク層５０は、公知の方法で除去することができる。例えば、基板１０を２００℃程度に加熱し、酸素プラズマ雰囲気にさらす、いわゆるアッシングプロセスで除去することができる。また、例えば、レジストマスク層５０は、後述する保護膜７０を除去する工程で、保護膜７０と一括して除去されることもできる。
【００４０】
保護膜７０は、基板１０の第２の面１０ｂとハードマスク層６０を覆うように形成される。保護膜７０は、少なくとも基板１０とハードマスク層６０の界面を覆うように形成される。保護膜７０は、炭素とフッ素を含有するポリマーからなることができる。保護膜７０は、例えば、ＣＦ系ポリマーからなることができる。保護膜７０の厚さは、例えば、１０ｎｍ程度であることができる。保護膜７０は、ＣＦ４またはＣ４Ｆ８等の炭素とフッ素を含むガスを原料としたプラズマ雰囲気に基板１０をさらすことで形成される。例えば、保護膜７０は、ＩＣＰ、ＥＣＲ、ヘリコン等の高密度プラズマを用いた装置を用いて、１０Ｐａ程度の圧力で形成されることができる。処理時間は、例えば、６０秒程度である。また、基板１０がエッチングされない程度にバイアスを印加してもよい。
【００４１】
図７に示すように、ハードマスク層６０の側面に保護膜７０が残るように、保護膜７０を除去する。保護膜７０は、少なくとも基板１０とハードマスク層６０の界面に残るように、除去される。保護膜７０は、異方性のドライエッチングにより除去される。具体的には、ドライエッチングは、例えば、ＩＣＰ、ＥＣＲ、ヘリコン等の高密度プラズマを用いた装置で、１．０Ｐａ程度の圧力の酸素雰囲気で行うことができる。ドライエッチングは、直進性が得られる程度に高いバイアスで行われることができる。ハードマスク層６０は、テーパー角が９０度に近い角度で形成されているため、直進性を持った異方性のドライエッチングを行うことで、ハードマスク層６０の側面の保護膜７０が残りやすくなる。
【００４２】
図８に示すように、基板１０を異方性のウエットエッチングを行うことで、圧力室１２を形成する。エッチング液としては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ溶液を用いることができる。異方性のエッチングは、基板１０の（１１１）面のエッチングレートが（１１０）面のエッチングレートと比較して非常に小さいため、（１１１）面がほとんどエッチングされないという性質を利用して行われる。具体的には、圧力室１２は、基板１０をエッチング液に浸すことにより、基板１０の厚み方向に（１１０）面のエッチングが進み、基板１０の表面に対して垂直な（１１１）面が出現することで形成される。基板１０の厚さ方向のエッチングは、振動板２０がエッチングストッパ層となることにより制御される。これにより、基板１０の表面に対して垂直な（１１１）面を側面とする圧力室１２が形成される。基板１０とハードマスク層６０の界面に形成されている保護膜７０は、エッチング液が界面に侵入し、基板１０の横方向へエッチングされる領域が拡大することを防ぐことができる。したがって、圧力室１２は、精度よく加工されることができる。
【００４３】
以上の工程により、圧力室１２を形成することができる。
【００４４】
図２に示すように、基板１０をパターニングしてリザーバ１４、供給口１５を形成する。リザーバ１４および供給口１５は、上述した圧力室１２の形成工程と同様の異方性エッチングにより形成されることができる。例えば、圧力室１２と同一工程で形成されることができる。
【００４５】
次に、基板１０と、ノズル孔４２を有するノズル板４０とを接合させる。ノズル孔４２は、ノズル板４０をパターニングして形成される。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。接合は、例えば、公知の接着材または溶着などにより行われる。次に、基板１０を筐体１７に取り付ける。
【００４６】
以上の工程により、液体噴射ヘッド１００を製造することができる。
【００４７】
液体噴射ヘッド１００の製造方法では、基板１０とハードマスク層６０との界面に保護膜７０が形成されるため、界面からのエッチング液の侵入を防ぐことが可能となり、基板１０の横方向へのエッチングを低減でき、圧力室１２を精度良く加工することができる。
【００４８】
なお、上述した例では、液体噴射ヘッド１００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００４９】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１０  基板、１０ａ  第１の面、１０ｂ  第２の面、１２  圧力室、１４  リザーバ、１５  供給口、１６  貫通孔、１７  筐体、２０  振動板、３０  圧電素子、３２  下部電極、３４  圧電体層、３６  上部電極、４０  ノズル板、４２  ノズル孔、５０  レジストマスク層、６０  ハードマスク層、７０  保護膜、１００  液体噴射ヘッド
【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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