JP4981491B2 - インクジェットヘッド製造方法及び貫通電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録方式に用いる記録液小滴を発生するためのインクジェットヘッドの製造方法に関する。また、本発明は、裏面実装方式による電気接続を行うための貫通電極の製造方法に関するものである。

インクジェット記録方式には、エネルギー発生素子として例えば発熱抵抗体が形成された基体に対して平行方向にインク滴を吐出する、いわゆるエッジシューター型ヘッドと、垂直方向にインク滴を吐出する、いわゆるサイドシューター型ヘッドがある。サイドシューター型ヘッドの代表的なものとして、特許文献１に溶解可能な樹脂層によりインク流路パターンを形成し、上から被覆樹脂を形成しインク吐出口を形成することが開示されている。

また、この種のインクジェットヘッドの形成においては、インクをインク流路に供給するインク供給口の形成にシリコンの結晶異方性エッチングを用いる方法が多数開示されている（例えば、特許文献２を参照）。

一般的に半導体素子基板に（１００）方位の基板が用いられることから、シリコンの結晶異方性エッチングを用いる方法では、四角錐形状のインク供給口が得られる。この方法では、このエッチング形状による制約から、チップ幅の縮小に限界があった。例えば、基板厚みが６２５μｍの場合、インク供給口開口幅は、最低でも約０．９ｍｍとなり、チップの接着しろや強度を勘案した場合、１．５〜２ｍｍ程度のチップ幅が必要となる。

チップ幅が広くなるほど、１ウェハあたりの配置可能チップ個数は少なくなってしまうため、ヘッドの製造コストの削減が難しい。

インク供給口の幅を狭める方法としては、（１１０）方位の基板を用いることで、エッチング形状を基板に垂直にできることが知られている。しかし、（１１０）方位シリコン基板は、流通量が少ないため、コストが高い上、エッチング形状が平行四辺形に限られるため、設計自由度が低くなってしまう。また、基板面方位の違いから、ヘッド駆動用のトランジスタ回路等の設計が変わってしまい、結果的に製造コストの削減は難しい。

ドライエッチング法を用いて基板をエッチングする方法も知られている。この方法を用いることで、任意のパターン形状に垂直なエッチング形状が得られる。ところが、この方法により形成されたエッチング面は、結晶異方性エッチングにより得られたエッチング面に比べ、アルカリ性の液体により溶解しやすい性質がある。結晶異方性エッチングにより形成されたエッチング面は、アルカリ性のエッチング液でエッチングが止まった結晶面を持っており、アルカリ性液体に対する溶解性は極少ない。

インクジェットプリンタのインクは、インクの吐出特性、安定性、印字品位等様々な理由からアルカリ性であることが多い。従って、ドライエッチングによるエッチング面は、インクにより若干の溶解が起こり、インクにシリコンが溶け込み、吐出特性を悪化させる原因となってしまう。このため、インク供給口の形成方法としてドライエッチング法を用いて基板をエッチングする場合、インク供給口内壁をインクから保護する保護膜を形成することが望ましい。また、従来から用いられている結晶異方性エッチングを用いた場合でも、保護膜を形成することにより、インクに対するシリコンの溶解をさらに減少させることができ、望ましい。

基板をエッチングし、その内壁にインク保護膜を形成する場合、インク供給口貫通部は保護膜が付着していてはならない。インク供給口は、インクを液流路に供給するためのものであるから、液流路に連通していなくてはならないためである。

この構造を形成するためには、一端インク供給口内壁全体に保護膜を形成し、保護膜の上から感光性レジストを塗布し、所望の部位のみを露光、現像することで選択的に除去する。続いて、残った感光性レジストをマスクとして、エッチングにより貫通部の保護膜を除去する、という工程が考えられる。ところが、インク供給口内部の貫通部のみを選択的に露光することは非常に困難である。ドライエッチングにより形成したような深い段差形状の底部に光を当てると、段差開口部により光のケラレが起こり、パターンがぼけてしまう上、そのケラレの光によって開口部分が感光してしまい、この部分も現像されてしまう。

このような製造プロセスの諸作用は、電子デバイスチップの３次元実装に用いられる基板貫通電極の製造においても全く同様である。すなわち、基板をドライエッチングし、その内壁に絶縁膜を形成、電極の導通する貫通部分のみを感光性レジストを用いてパターニングし、メッキ等による電極形成を行うような貫通電極の製造方法においても、同様なことが生じている。
特開平８−３２３９８５号公報 特開平９−１１４７９号公報

本発明は上記に鑑みて成されたものである。即ちインク供給口の開口部をパターニングする際にインク供給口の段差による光のケラレの影響を無くし、インク供給口貫通部を高精度かつ確実にパターニングすることで、インク供給口内壁に保護膜を形成することを目的としている。さらには、インク供給口内壁が、吐出液体から確実に保護することにより、信頼性の高いインクジェットヘッド、及びその製造方法を提供することを目的としている。

また、貫通電極貫通部をパターニングする際に貫通口の段差による光のケラレの影響を無くし、貫通電極貫通部を高精度かつ確実にパターニングすることで、信頼性の高い貫通電極、及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、インクを吐出する吐出口と、前記吐出口へインクを供給するための供給口が形成された基板と、を有するインクジェットヘッドの製造方法において、インク供給口を形成するために、前記基板の一方の面側から前記基板をエッチングすることにより貫通口を形成する工程と、前記貫通口の内壁および貫通部分を被覆するように保護膜を形成する工程と、前記保護膜にレジストを積層し、前記基板の前記一方の面と対向する面側から光を照射して、前記レジストをパターニングする工程と、パターニングされた前記レジストをマスクとして前記貫通口の貫通部分の前記保護膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする。また、上記目的を達成するための、別の態様としての本発明は、インクを吐出する吐出口と、前記吐出口へインクを供給するための供給口が形成された基板と、を有するインクジェットヘッドの製造方法において、インク供給口を形成するために、前記基板の一方の面側から前記基板をエッチングすることにより貫通口を形成する工程と、前記貫通口の内壁および貫通部分を被覆するように保護膜を形成する工程と、前記保護膜にポジ型レジストを積層し、前記基板の前記一方の面と対向する面側から前記基板を介さずに光をプロジェクション方式で照射して、前記ポジ型レジストをパターニングする工程と、パターニングされた前記ポジ型レジストをマスクとして前記貫通口の貫通部分の前記保護膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする。

また、さらに本発明は、貫通電極の製造方法であって、基板を貫通する貫通電極を形成するために基板の一方の面側から基板をエッチングして貫通口を形成する工程と、前記貫通口の内壁および貫通部に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜にレジストを積層し、前記基板の一方の面と対向する面側から光を照射して、前記レジストをパターニングする工程と、パターニングされた前記レジストをマスクとして前記貫通口の貫通部分の前記絶縁膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする。また、上記目的を達成するための、別の態様としての本発明は、貫通電極の製造方法であって、基板を貫通する貫通電極を形成するために基板の一方の面側から基板をエッチングして貫通口を形成する工程と、前記貫通口の内壁および貫通部に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜にポジ型レジストを積層し、前記基板の一方の面と対向する面側から前記基板を介さずに光をプロジェクション方式で照射して、前記ポジ型レジストをパターニングする工程と、パターニングされた前記ポジ型レジストをマスクとして前記貫通口の貫通部分の前記絶縁膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、基板表側から光を照射することで、インク供給口内部の貫通部のみに選択的に光を照射しつつ、光のケラレによるパターンのぼけや、ケラレによる想定外の感光を防止することができる。

基板表側から光を照射する際、貫通部の感光性レジストが感光するのに十分な光を当てればよい。また、基板表側から光を照射する際にフォトマスクを用いることで、より高精度なパターン形成が可能になり有効である。

また、インク供給口部の製造のほか、貫通電極の製造方法でドライエッチングを用いて基板をエッチングし、その内壁に絶縁膜を形成、電極の導通する貫通部分のみを感光性レジストを用いてパターニングする工程に適用が可能である。

以下、本発明に係る実施態様例を詳細に説明する。

はじめに、インクを吐出するために用いられるエネルギーを発生するエネルギー発生素子および素子駆動用回路が複数個、一方の面に配置された基板上に、後に溶解可能な樹脂層として感光性材料を用いてインク流路型材となるパターンを形成する。感光性材料は、レジストのスピンコートやドライフィルムのラミネートなどの手法により形成し、ＵＶ光、ＤＥＥＰＵＶ光などをフォトマスクを通して照射することで、パターンを形成する。以降は、基板において、エネルギー発生素子が形成された側の面を表面として説明を行う。基板表面とはエネルギー発生素子のほかにインク吐出口または電気配線・回路が形成された面を示し、後に説明する断面図では表面側として示している。基板裏面とは、基板表面と対向する、反対側の面を示し、同様に断面図では裏面側として示している。

次いで、インク流路型材となるパターン上にネガ型感光性樹脂をスピンコート、露光、現像し、インク吐出口を形成する。

ここまで説明したインク吐出口およびインク流路型材の形成は、後に説明するインク供給口およびインク保護膜の形成の後でもよい。

次いで、形成したインク吐出口を保護する。保護材としては、後に加熱される工程があることから、耐熱性を持った保護テープやレジスト材、また、ガラス基板などの保護基板を貼り合わせてもよい。

次いで、基板裏面にフォトレジストを用いて、インク供給口パターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、基板をエッチングすることで、インク供給口となる貫通口を形成する。この際には、基板を裏面側からエッチングする。

インク供給口のエッチングには、様々な手法が利用可能だが、エッチングと保護膜のデポを繰り返すことで、垂直なエッチング断面を得ることができる通称ボッシュプロセスを用いたドライエッチングが一般的である。

酸素プラズマまたは、有機溶剤を用いて、マスクとして用いたレジストパターンを除去した後、インク供給口内壁および基板裏面に耐インク保護膜を形成する。保護膜は貫通口内壁をインクや吐出液体による腐食から保護するためのものとして被覆するように形成するとよい。様々な耐薬品性の材料を様々な手法で形成することが可能である。たとえば、ポリエーテルアミド樹脂やベンゾシクロブテン樹脂などを、スプレー装置を用いてコーティングしたり、パリレン樹脂や酸化シリコン、窒化シリコンなどをＣＶＤ法を用いてコーティングしたりするなどの方法が利用可能である。この際には、供給口の内壁とともに供給口の貫通部分を被覆するように保護膜が形成される。

次いで、保護膜にレジストを積層するため、ポジ型レジストをスプレー装置でコーティングする。このレジストをパターニングし、レジストをマスクとして、インク供給口開口部に着いたインク保護膜を除去するが、レジストのパターニングは基板表側から光を照射することで行う。インク流路型材やインク吐出口形成部材及びエッチングストップ層として設けられている酸化シリコンは、パターニングしたいレジストの感光波長域の光をある程度は透過しなくてはならない。

次いで、前記レジストをパターニングするために、光の照射を基板の表面側から行う。一般的なコンタクトアライナー、プロキシミティアライナー、プロジェクションアライナーとフォトマスクを用いることができる。適度な光の照射量であれば、フォトマスクを用いなくとも開口部のみのレジストを感光することが可能であるが、より高精度なパターン形成を行うには、フォトマスク３０１を用いる方が望ましい（図１（ａ））。また、図１（ｂ）に示すように、あらかじめ基板上に電気配線用に用いられるアルミや電気熱変換素子として用いられるタンタルなどの膜を用いて所望のパターンの遮光膜３０２を形成することができる。それによりフォトマスクを用いなくとも高精度なパターン形成が可能である（図１（ｂ））。以上の過程では、貫通部内以外の部分はシリコンにより光がさえぎられ、基板裏面においての露光は回避できる。

次いで、パターニングされたレジストをマスクとしてインク保護膜をエッチングする。保護膜の種類によって様々なエッチング方法を用いることができる。続いて、エッチングストップ層である酸化シリコンをエッチングする。酸素とＣＦ４ガスを用いたドライエッチングやフッ化水素酸水溶液や緩衝フッ酸水溶液を用いたエッチングでもよい。こうして保護膜の貫通部分が除去されることになる。

次いで、残ったポジレジストを酸素プラズマまたは有機溶剤で剥離する。

次いで、インク流路型材にＵＶ光、ＤＥＥＰＵＶ光を照射した後、有機溶剤に漬浸しながら、超音波を照射することで、型材を除去する。

以上の工程によりノズル部が形成された基板を、ダイシングソーなどにより分離切断、チップ化し、そしてエネルギー発生素子を駆動するための電気的接合（図示せず）を行った後、インク供給のためのタンク部材を接続して、インクジェットヘッドが完成する。

上記説明した工程によればインク供給口開口部をパターニングする際にインク供給口の段差による光のケラレの影響を無くし、インク供給口貫通部を高精度かつ確実にパターニングすることで、インク供給口内壁に保護膜を形成する。さらに、インク供給口内壁が、吐出液体から確実に保護することにより、安価かつ信頼性の高いインクジェットヘッド、及びその製造方法を提供することができる。

貫通電極基板の場合も同様であり、図２（ａ）または図２（ｂ）に示したように形成することが出来る。

以下に２つの実施例を挙げ、本発明を更に具体的に説明する。

（実施例１）
本実施例１では、前述の手順でインクジェットヘッドを作製した。
はじめに、図３（ａ）エネルギー発生素子１０２及び素子駆動用回路（図示せず）が複数個配置された基板１０１上に、後に溶解可能な樹脂層としてインク流路型材１０３となるパターンを形成する。ここでは、東京応化工業社製ＯＤＵＲ−１０１０をＵＳＨＩＯ社製ＵＸ−３０００を用いてＤＥＥＰＵＶ光で約２００００ｍＪ／ｃｍ²の照射を行いパターニングした。次いで、インク流路型材となるパターン上に下記表１の組成からなるネガ型感光性樹脂をスピンコートした。次いで、この樹脂層をキヤノン社製ミラープロジェクションアライナー（ＭＰＡ−６００Ｓｕｐｅｒ）のＵＶ光にて露光、現像し、インク吐出口１０４を形成した（以上図３（ｂ））。

次いで、形成したインク吐出口を保護するために保護テープを貼り付けた（図示せず）。ここでは、耐熱性の古河電工社製ＳＰ６００２Ｔ−１１５を用いた。

次いで、基板裏面にフォトレジスト（東京応化社製ＯＦＰＲ−８００）を用いて、インク供給口パターン１０５を形成した（図３（ｃ））。このレジストパターンをマスクとして、アルカテル社製ＩＣＰプラズマドライエッチング装置：ＡＭＳ−２００を用いて、基板をエッチングすることで、インク供給口１０６を形成した（図３（ｄ））。有機溶剤を用いてマスクとして用いたレジストパターンを除去した後、インク供給口内壁および基板裏面に耐インク保護膜１０７を形成する。ここでは、日立化成工業社製ＨＩＭＡＬ１２１０をジグライムによって約２０ＣＰｓの粘度に薄めたものをノードソン（株）社製マイクロスプレー装置を用いてコーティングした（図３（ｅ））。ここで、先にインク吐出口保護用として貼り付けた保護テープははがした。今回用いた保護テープは耐熱性の高いものであるが、次いで行う長時間の加熱工程で、粘着剤が変質してしまい、剥離が困難になるためである。なお、以下詳細には記載しないが、必要に応じて、保護テープの貼り付け、剥離を行うことで、インク吐出口への機械的、化学的ダメージを防ぐことが必要である。１５０℃で１時間の加熱を行いＨＩＭＡＬを硬化させた後、同様に、ポジ型レジスト１０８としてクラリアント社製ＡＺＰ４６２０をＰＥＧＭＥＡ溶剤にて約１０ＣＰｓの粘度に薄めたものをマイクロスプレー装置で、コーティングした（図３（ｆ））。

レジストのパターニングは、基板表側から光を照射することで行う。インク流路型材やインク吐出口形成部材は、感光波長域のＤＥＥＰＵＶ域〜ｉ線領域の紫外線は吸収するが、ＡＺＰ４６２０の感光波長域であるｇ線に対してはほとんど吸収を持たない。また、エッチングストップ層１０９としてもうけられている酸化シリコンも同様に紫外線を透過するため、基板表側から照射した光はインク供給口内のレジストを感光することができる。ここでは、ＵＳＨＩＯ社製プロジェクションアライナーＵＸ−４０３１とフォトマスク３０１を用いて、露光した（図１（ａ））。

次いで、パターニングされたレジストをマスクとして、インク保護膜であるＨＩＭＡＬを酸素プラズマによるケミカルドライエッチングによりエッチングした。続いて、エッチングストップ層である酸化シリコンを緩衝フッ酸水溶液（ダイキン工業社製ＢＨＦ−１１０Ｕ）を用いたエッチングで除去した（以上図３（ｇ））。

次いで、残ったポジレジストをマイクロポジットリムーバー１１１２Ａで剥離した。

次いで、インク流路型材にＤＥＥＰＵＶ光を照射した後、乳酸メチルに漬浸しながら、超音波を照射することで、型材を除去した。

最後に、２００℃１時間の加熱処理を行い、インク吐出口を形成している樹脂を完全に硬化させ、インクジェットヘッド基板が完成した（以上図３（ｈ））。

（実施例２）
本実施例２では、基板を貫通する貫通電極を作製した。
はじめに、図４（ａ）に示したようなアルミの配線パターン２０２が形成された基板２０１上に、透明電極２０３としてＩＴＯ（酸化インジウム薄膜）を形成した（図４（ｂ））。これは、貫通部に光透過性を持たせるためのものであるので、最低限、貫通部分とその近傍のみにパターンを形成すればよい。

次いで、基板裏面にフォトレジスト（東京応化社製ＯＦＰＲ−８００）を用いて、貫通電極パターン２０５を形成した（図４（ｃ））。このレジストパターンをマスクとして、アルカテル社製ＩＣＰプラズマドライエッチング装置：ＡＭＳ−２００を用いて、基板をエッチングすることで、貫通口２０６を形成した（図４（ｄ））。有機溶剤を用いてマスクとして用いたレジストパターンを除去した後、貫通口内壁および基板裏面に絶縁膜２０７を形成する。ここでは、プラズマＣＶＤを用いて酸化シリコンを形成した（図４（ｅ））。

次いで、ポジ型レジスト２０８としてクラリアント社製ＡＺＰ４６２０をＰＧＭＥＡ溶剤にて約１０ＣＰｓの粘度に薄めたものをノードソン（株）社製マイクロスプレー装置を用いてコーティングした。

レジストのパターニングは、基板表側から光を照射することで行う。先に述べたとおり、ＩＴＯ膜は紫外線を透過する性質を持っており、基板表側から照射した光は貫通口内のレジストを感光することができる。ここでは、ＵＳＨＩＯ社製プロジェクションアライナーＵＸ−４０３１とフォトマスク３０１を用いて、露光した（図２（ａ））。

なお、基板の表面側から光を照射する際は、フォトマスクを用いたり、先のインクジェットヘッドの製造例と同様に、あらかじめ遮光膜パターンを基板上に形成したりしておくことができ、有効である。上記プロセスにより貫通部を形成し、その後、基板の表面側から電気配線パターンをパターニングすればよい。さらに、貫通電極の基板の表面側の電気配線パターンの少なくとも一部に導電性透明膜を用いることで、配線パターンをあらかじめ形成しても、光が透過するため、プロセスが簡易になりさらに効果的である。

次いで、パターニングされたレジストをマスクとして、インク保護膜である酸化シリコンをＣＦ４ガスによる反応性イオンエッチングによりエッチングした。同時にエッチングストップ層２０９である酸化シリコンを除去した（図４（ｇ））。

次いで、残ったポジレジストを有機溶剤で剥離した（図４（ｈ））。

次いで、貫通口内に電極の導電層を形成する。まず、スパッタでメッキのシード層２１０となるＡｕを形成、その後、ドライフィルムレジスト（東京応化工業社製オーディル）によりパターンを形成し（図４（ｉ））、導電層２１１となる銅を電解メッキにより形成した（図４（ｊ））。

次いで、ドライフィルムをアルカリ性剥離溶剤で除去し（図４（ｊ））、さらに余分な領域のシード層をエッチングし除去する（図４（ｋ））。

以上で、貫通電極が完成した。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。 本発明の貫通電極の製造方法を示す断面図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の貫通電極の製造方法を示す断面図である。 本発明の貫通電極の製造方法を示す断面図である。 本発明の貫通電極の製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１０１ 基板
１０２ 吐出圧力発生素子
１０３ インク流路型材
１０４ インク吐出口
１０５ インク供給口パターン
１０６ インク供給口
１０７ 耐インク保護膜
１０８ ポジ型レジスト
１０９ エッチングストップ層
２０１ 基板
２０２ アルミ配線パターン
２０３ 透明電極
２０５ 貫通電極パターン
２０６ 貫通口
２０７ 絶縁膜
２０８ ポジ型レジスト
２０９ エッチングストップ層
２１０ シード層
２１１ 導電層
３０１ フォトマスク
３０２ 遮光膜のパターン

Claims (8)

1. インクを吐出する吐出口と、前記吐出口へインクを供給するための供給口が形成された基板と、を有するインクジェットヘッドの製造方法において、
   インク供給口を形成するために、前記基板の一方の面側から前記基板をエッチングすることにより貫通口を形成する工程と、
   前記貫通口の内壁および貫通部分を被覆するように保護膜を形成する工程と、
   前記保護膜にポジ型レジストを積層し、前記基板の前記一方の面と対向する面側から前記基板を介さずに光をプロジェクション方式で照射して、前記ポジ型レジストをパターニングする工程と、
   パターニングされた前記ポジ型レジストをマスクとして前記貫通口の貫通部分の前記保護膜をエッチングする工程と、
   を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 光を照射する際にフォトマスクを用いることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 光を照射する際にマスクとなる遮光膜をあらかじめ前記基板の一方の面に形成することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 基板を貫通する貫通電極を形成するために基板の一方の面側から基板をエッチングして貫通口を形成する工程と、
   前記貫通口の内壁および貫通部に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜にポジ型レジストを積層し、前記基板の一方の面と対向する面側から前記基板を介さずに光をプロジェクション方式で照射して、前記ポジ型レジストをパターニングする工程と、
   パターニングされた前記ポジ型レジストをマスクとして前記貫通口の貫通部分の前記絶縁膜をエッチングする工程と、
   を有することを特徴とする貫通電極の製造方法。
   
5. 光を照射する際にフォトマスクを用いることを特徴とする請求項４に記載の貫通電極の製造方法。
6. 光を照射する際に、マスクとなる遮光膜をあらかじめ前記基板の前記一方の面側に形成しておくことを特徴とする請求項４に記載の貫通電極の製造方法。
7. 前記基板の一方の面側に形成される電気配線パターンの少なくとも一部に導電性透明膜を用いていることを特徴とする請求項４に記載の貫通電極の製造方法。
8. 前記導電性透明膜がＩＴＯ（酸化インジウム薄膜）であることを特徴とする請求項７に記載の貫通電極の製造方法。

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