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JP2019166658A - Method for production of base plate for liquid discharge head - Google Patents

Method for production of base plate for liquid discharge head Download PDF

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JP2019166658A
JP2019166658A JP2018054150A JP2018054150A JP2019166658A JP 2019166658 A JP2019166658 A JP 2019166658A JP 2018054150 A JP2018054150 A JP 2018054150A JP 2018054150 A JP2018054150 A JP 2018054150A JP 2019166658 A JP2019166658 A JP 2019166658A
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JP
Japan
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substrate
layer
manufacturing
liquid
discharge head
Prior art date
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Pending
Application number
JP2018054150A
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Japanese (ja)
Inventor
修平 大宅
Shuhei Otaku
修平 大宅
謙児 藤井
Kenji Fujii
謙児 藤井
智 伊部
Satoshi Ibe
智 伊部
雄介 橋本
Yusuke Hashimoto
雄介 橋本
洋久 藤田
Hirohisa Fujita
洋久 藤田
渡辺 誠
Makoto Watanabe
渡辺  誠
照夫 尾崎
Teruo Ozaki
照夫 尾崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

【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2An object of the present invention is to prevent seepage of an etching solution and an etching gas when forming a through hole in a semiconductor substrate. A substrate on which a recording element is formed, a flow path passing over the recording element formed on the substrate and communicating with the discharge port, a nozzle plate forming the discharge port, A liquid supply head formed through the first surface and the second surface on which the recording elements are formed, and having a liquid supply port communicating with the flow path, wherein the first surface of the substrate is provided. A sacrificial layer is formed, the liquid supply port is formed by anisotropic etching using alkali from the second surface of the substrate toward the sacrificial layer, and when the liquid supply port is formed, An etching stop layer covering the sacrificial layer is formed on the first surface, and the etching stop layer is formed of a metal film having alkali resistance. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head.

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。
2. Description of the Related Art In recent years, research has been actively conducted in which through holes are formed in a semiconductor substrate such as a silicon wafer by isotropic or anisotropic etching and applied to a device such as a liquid discharge head.
As a method for providing a liquid discharge head having a high production yield and a high printing speed in Patent Document 1, a protective layer is formed on an etching stop layer, and an adhesion layer disposed under the discharge port forming member and the column is provided as a protective layer. There is a method of forming it away from the substrate.
Patent Document 1 discloses a processing procedure of a through hole for a silicon substrate on which such a sacrificial layer is formed.

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。
A sacrificial layer made of polycrystalline silicon (hereinafter referred to as AL-Si) is formed at a through-hole forming position of the single crystal silicon substrate, and an etching stop layer is formed thereon. In this case, the through hole etched by the etching mask layer on the back surface of the single crystal silicon substrate is designed to be formed inside the sacrificial layer when it reaches the sacrificial layer.
When the through hole reaches the sacrificial layer, the sacrificial layer is immediately dissolved by the etching solution. Anisotropic etching on the surface side of the single crystal silicon substrate is started from the edge portion of the sacrificial layer, and finally a through hole with a constricted portion is formed.

特開2012−240208号公報JP2012-240208A

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。
In the method of forming a through-hole using a sacrificial layer, the opening shape and position of the through-hole can be set according to the position of the sacrificial layer, so that processing with higher accuracy is possible.
However, since the etching stop layer is formed on the sacrificial layer, the thickness of the etching stop layer may be reduced at the corner of the sacrificial layer. May occur.
When the film stress of the etching stop layer is high, cracks may not be prevented even if a protective layer is formed on the corner as in the conventional configuration.

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。
As an etching solution used for a single crystal silicon substrate, a strong alkaline solution such as an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (hereinafter referred to as TMAH) or a potassium hydroxide aqueous solution at a temperature of 80 ° C. or higher is used. Used.
Therefore, when a crack is generated in the etching stop layer, if the etching solution flows around the surface of the single crystal silicon substrate through the crack, the single crystal silicon substrate is seriously damaged.
Further, also in the step of removing the etching stop layer, the etching gas penetrates from the cracks and causes serious damage to the single crystal silicon substrate.
As a result, a defective substrate that cannot eject liquid is produced, and the manufacturing yield is greatly reduced.

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。   An object of the present invention is to manufacture a liquid discharge head that can suppress the occurrence of cracks in an etching stop layer and the penetration of an etchant and an etching gas when a through hole is formed in a semiconductor substrate. It is to provide a method.

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。
The present invention includes a substrate on which a recording element that generates energy for discharging liquid from an ejection port is formed;
A flow path that communicates with the discharge port through the recording element formed on the substrate, a nozzle plate that forms the discharge port,
A liquid supply port formed through the first surface of the substrate on which the recording element is formed and a second surface facing the first surface, and communicated with the flow path;
A method of manufacturing a liquid discharge head having
Forming a sacrificial layer on the first surface of the substrate forming the liquid supply port, and forming the liquid supply port by anisotropic etching using alkali from the second surface of the substrate toward the sacrificial layer; Have
In the step of forming the liquid supply port, an etching stop layer covering the sacrificial layer is formed on the first surface of the substrate, and the etching stop layer is formed of a metal film having alkali resistance. The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head.

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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress the penetration | invasion of the etching liquid and etching gas resulting from the fracture | rupture of an etching stop layer, and can provide the manufacturing method of the liquid discharge head which improved the manufacture yield.

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。FIG. 3 is a perspective view of a liquid discharge head 6 according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a diagram illustrating a process of manufacturing the liquid ejection head 6 according to an embodiment of the present invention, and shows a cross section taken along line A-A ′ of FIG. 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。It is a schematic diagram which shows an example of the manufacturing method of the liquid discharge head of this invention. 液体吐出ヘッドの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a liquid discharge head.

<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。
<Liquid discharge head>
A perspective view of a liquid discharge head 6 according to the present invention is shown in FIG. A part of the nozzle plate 2 is omitted so that the internal structure can be seen. The liquid discharge head 6 according to the present invention includes a liquid discharge head substrate 1 having a recording element 7 for generating energy for discharging a liquid such as ink from the discharge port 3 on the first surface. Also, a nozzle plate 2 formed on the liquid discharge head substrate 1 and a chip plate 4 which is a flow path constituting member that forms a flow path that communicates with the discharge port through the recording element formed on the substrate, Are bonded by an adhesive 5. The nozzle plate 2 has a plurality of through holes provided so as to penetrate through a facing portion facing the surface of the liquid discharge head substrate 1 on which the recording elements 7 are provided. Such a nozzle plate 2 is made of a resin material, and the plurality of through holes are collectively provided using, for example, a photolithography technique or an etching technique. Here, the through-hole provided in the nozzle plate 2 is provided on the first opening that opens at a position facing the surface of the liquid discharge head substrate 1 on which the recording element 7 is provided, and on the liquid discharge side. The second opening is provided in communication with the second opening. The plurality of through holes are used as the ejection ports 3 that eject the liquid using the energy generated by the recording elements 7, and these are arranged in a line at a predetermined pitch to constitute the ejection port array.

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。
A recording element 7 is provided on the first surface of the liquid discharge head substrate 1. As the recording element 7, an electrothermal conversion element (heater), a piezoelectric element (piezo element), or the like can be used. A plurality of recording elements 7 are provided at a position facing the ejection port array, and an element array is formed by arranging a plurality of recording elements 7. A liquid supply port 8 for supplying a liquid to the recording element 7 is formed at a position between the element rows so as to penetrate the first surface of the liquid discharge head substrate 1 and the second surface opposite to the first surface. Is provided.
Further, when the nozzle plate 2 and the liquid discharge head substrate 1 are in contact with each other, the space between them becomes the ink flow path 9. The liquid discharge head substrate 1 has a contact pad 10 for supplying electricity to the recording element 7.
A chip plate 4 is adhered to the surface of the liquid discharge head substrate 1 facing the nozzle plate 2 by an adhesive 5 to make an electrical connection to the contact pad 10 of the recording element substrate 1, and electricity is supplied to the recording element 7. Then, the liquid discharge operation is performed.

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。
FIG. 2 is a cross-sectional view in the process of manufacturing the liquid discharge head according to the present invention.
A first heat storage layer 11, a second heat storage layer 12, and a recording element 7 are stacked on the liquid discharge head substrate 1, and electrode layers 13 for supplying power from both ends thereof are disposed. As an upper layer, an electrically insulating layer 14 having ink resistance and insulating properties, and an anti-cavitation layer 15 for preventing destruction due to cavitation are disposed. A sacrificial layer 16 is provided between the first heat storage layer 11 and the second heat storage layer 12 for controlling the opening when the liquid supply port 8 is formed. An etching stop layer 17 is provided on the upper layer (upper part). In the present invention, a metal film having alkali resistance is used as the etching stop layer 17. The reason for this is that the metal film having alkali resistance not only has resistance to an alkali liquid as an etching liquid, but also has sufficient spreadability against the stress applied to the opening when the liquid supply port is opened. . For example, Au, Pt, Ag, Fe, Ti, W, Ta, or the like can be used as the metal constituting the metal film having alkali resistance. In the present invention, as the metal film, a metal film used when the element on the substrate 1 or the contact pad 10 is manufactured, for example, Au, Ta, or the like can be used as the etching stop layer. That is, Au and Ta used as contact pads can be formed in the same layer together with the etching stop layer. This can suppress the occurrence of film breakage without increasing the number of steps. Note that the metal film of the etching stop layer 17 may be a laminate of a gold diffusion prevention film and Au (gold).
Moreover, it is preferable that the metal film which is the etching stop layer 17 is formed with a film thickness of 0.05 μm to 20 μm. If the thickness of the metal film is 0.05 μm or more, it is possible to prevent breakage against stress at the time of opening the liquid supply port. Moreover, it is preferable from a viewpoint of the discharge performance determined by the structure of the nozzle plate 2 that the film thickness of the metal film is 20 μm or less.
In other words, the liquid ejection head according to the present invention having the above-described configuration prevents the occurrence of film breakage due to stress when the alkali-resistant metal film as the etching stop layer 17 is opened at the liquid supply port, thereby improving the manufacturing yield. It can be greatly improved.

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SiO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CF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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described including a specific manufacturing method.
Example 1
An example of a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3A, a SiO 2 film having a thickness of 0.6 μm was formed as a first heat storage layer 11 on the Si substrate 1 having a Si crystal orientation of <100> plane by thermal oxidation. An SiO film is formed as the second heat storage layer 12 to a thickness of 0.5 μm by CVD, a resist (not shown) is used as an etching mask by photolithography, and then reactive ion etching is performed using CF 4. Thus, an opening for exposing the surface of the substrate 1 was formed.
Subsequently, AL-Si is deposited on the first surface of the substrate 1 with a thickness of 0.4 μm by the CVD method as a layer that becomes the sacrificial layer 16 when the liquid supply port 8 is opened, and the recording element is formed by the sputtering method. As a layer (not shown) 7, TaSiN was formed to a thickness of 0.01 μm.

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、BCl、Cl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、O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O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。 Next, Al was formed to a thickness of 0.6 μm as a layer to be the electrode layer 13. The obtained Al film was etched into a predetermined shape by reactive ion etching in which BCl 3 and Cl 2 gases were mixed, using the resist as an etching mask by a photoresist method. Thereafter, the resist was removed by O 2 plasma ashing and stripping solution. An etching mask was formed again by photolithography, Al on TaSiN was removed by wet etching, and the resist was removed again by O 2 plasma ashing and a stripping solution, whereby the recording element 7 and the electrode layer 13 were formed. Next, SiN is formed to a thickness of 0.3 μm by a CVD method as a layer to be an electrical insulating layer 14, and Ta is formed to a thickness of 0.2 μm by a sputtering method as a layer to be an anti-cavitation layer 15. did.

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、CF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、O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、CF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、O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。 Next, as shown in FIG. 3B, the sacrificial layer 16 is exposed. First, an etching mask is formed by photolithography, the Ta film and the SiN film are etched into a predetermined shape by reactive ion etching using CF 4 , the resist is removed by O 2 plasma ashing and a stripping solution, and electrical insulation is performed. Layer 14 was formed. Further, an etching mask is formed by photolithography, etched into a predetermined shape by reactive ion etching using CF 4 , and the resist is removed by O 2 plasma ashing and a stripping solution. Thereby, the electrical insulating layer 14 and the anti-cavitation layer 15 were formed. At this time, the sacrificial layer 16 serving as the opening of the liquid supply port 8 and the electrical insulating layer 14 and the anti-cavitation layer 15 between the heat storage layer 11 were formed to be removed.

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H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。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, as a diffusion preventing film 18 of the gold plating layer formed as the etching stop layer 17, titanium tungsten, which is a refractory metal material, is formed with a thickness of 0.2 μm by a vacuum film forming apparatus. Filmed. At this time, considering that titanium tungsten will be removed later by wet etching, a target of 10 mass% Ti and 90 mass% Ti was used. Note that the metal film of the etching stop layer 17 may be a laminate of a gold diffusion prevention film and gold.
Thereafter, Au (gold) having a role of a cathode electrode for receiving an electric current in an electrolytic plating process and a role of a plating seed layer (not shown) serving as a nucleus of plating growth was formed on the entire surface with a thickness of 0.05 μm.
Next, the photoresist was removed by photolithography so as to expose the plating seed layer where the etching stop layer 17 was to be formed, and a resist mask was formed. Next, by electrolytic plating, a predetermined current is passed through the plating seed layer in the gold sulfite electrolytic bath to deposit gold in a predetermined area not covered with the resist mask to a thickness of 5.0 μm. Thus, an etching stop layer 17 was formed. Next, the resist is removed with a stripping solution to expose the plating seed layer. Next, the plating seed layer that became unnecessary was immersed and removed in a gold etching solution containing a nitrogen-based organic compound and potassium iodide for a predetermined time, thereby exposing the entire surface of the gold diffusion preventing film 18. Thereafter, the gold diffusion preventing film 18 was removed by being immersed in an H 2 O 2 -based etching solution for a predetermined time. Next, an annealing treatment was performed at about 250 ° C. for 30 to 120 minutes so that the gold plating layer as the etching stop layer 17 became soft gold having a gold hardness of 70 Hv or less.

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。   Next, as shown in FIG. 3D, a positive photosensitive resin layer is formed on the formed substrate, and the positive photosensitive resin layer is patterned by a photolithography process to form a pattern 19 of the liquid flow path 9. Form. Next, a negative photosensitive resin layer 20 serving as a member of the nozzle plate 2 was formed in a thickness of 70 μm on the upper layer on which the pattern 19 was formed, and the pattern 21 of the discharge port 3 was formed by patterning. Here, the negative photosensitive resin 20 serving as a member of the nozzle plate 2 is formed so as to have a columnar portion in contact with the etching stop layer.

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。   Next, as shown in FIG. 3E, a liquid supply port 8 is formed from the back surface opening on the second surface of the Si substrate 1 to the sacrificial layer 16 on the first surface (step of forming a liquid supply port). . The liquid supply port was formed by immersing the Si substrate 1 in a 83 ° C. TMAH aqueous solution (concentration 22 wt%) for a predetermined time and performing anisotropic etching. In the anisotropic etching, a mask layer (not shown) that defines the opening on the back surface of the substrate is formed, and the resin resist (not shown) The first surface side of the substrate 1 was protected by the illustration.

さらに、図3(f)に示すように、基板1の第二面(裏面)側より、H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。 Further, as shown in FIG. 3 (f), from the second surface (back surface) side of the substrate 1, it is immersed in an H 2 O 2 -based etching solution for a predetermined time, and the gold diffusion prevention film 18 under the etching stop layer is formed. Was removed. Next, the etching stop layer 17 was removed by immersing and removing in a gold etching solution containing a nitrogen-based organic compound and potassium iodide. By removing the etching stop layer, the columnar portion is separated from the first surface of the substrate 1. Thereafter, the positive photosensitive resin layer forming the pattern 19 of the ink flow path 9 is removed, and the pattern 21 of the discharge port 3 is removed, whereby the ink flow path 9 and the discharge port 3 are formed in the nozzle plate 2. Formed.

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。   The above steps are manufactured so that a large number of chips are formed on the Si wafer as the substrate 1. After the substrate thus formed is cut into chips by dicing, each chip is connected to a chip plate 4 for supplying liquid such as ink and used as a liquid discharge head. The liquid discharge head of the present invention is completed by the above-described liquid discharge head manufacturing method.

(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。
(Example 2)
FIG. 4 shows a cross-sectional view in the manufacturing process of the second embodiment of the liquid ejection head according to the present invention. In Example 1, after forming SiN as the electrical insulating layer 14 and Ta as the anti-cavitation layer 15, the space between the heat storage layers 11 serving as the openings of the ink supply ports 8 was removed. In this example, after forming and patterning SiN as a layer to be the electrical insulating layer 14, Ta was formed as a layer to be the anti-cavitation layer 15. Next, by patterning so that the cavitation-resistant layer 15 remains between the heat storage layers 11 serving as openings of the ink supply ports 8, the Ta layer that is the cavitation-resistant layer also serves as an etching stop layer. In other words, the metal film Ta is formed in the same layer as the anti-cavitation layer. Since Ta is a metal film that has alkali resistance and has a spread product, even in the above configuration, the occurrence of film breakage due to stress at the opening of the ink supply port is suppressed, and the manufacturing yield is greatly improved. I was able to.

<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SiO、SiN、Al、TiO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。
<Comparative example>
In contrast to the configurations described in Examples 1 and 2 , SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , and TiO 2, which are inorganic films having no alkali resistance and poor spreadability, are used as the etching stop layer 17. Used as an example. As a result, in any inorganic film, the coverage property was low at the 16 corners of the underlying sacrificial layer, and film breakage occurred in the etching stop layer when the ink supply port 8 was formed from the thin film part.
In addition, when Al, Zn, and Pb, which are amphoteric metals having no alkali resistance, were used as the etching stop layer 17, it was confirmed that the etching solution at the opening of the ink supply port 8 wraps around the substrate 1.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Nozzle plate 3 Discharge port 4 Chip plate 5 Adhesive 6 Liquid discharge head 7 Recording element 8 Liquid supply port 9 Liquid flow path 10 Contact pad 11 First heat storage layer 12 Second heat storage layer 13 Electrode layer 14 Electrical insulation Layer 15 Anti-cavitation layer 16 Sacrificial layer 17 Etching stop layer 18 Gold diffusion prevention film 19 Pattern 20 of liquid flow path 9 Negative photosensitive resin composition layer 21 Pattern of discharge port 3

Claims (10)

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。
A substrate on which a recording element that generates energy for discharging liquid from the discharge port is formed;
A flow path that communicates with the discharge port through the recording element formed on the substrate, a nozzle plate that forms the discharge port,
A liquid supply port formed through the first surface of the substrate on which the recording element is formed and a second surface facing the first surface, and communicated with the flow path;
A method of manufacturing a liquid discharge head having
Forming a sacrificial layer on the first surface of the substrate forming the liquid supply port, and forming the liquid supply port by anisotropic etching using alkali from the second surface of the substrate toward the sacrificial layer; Have
In the step of forming the liquid supply port, an etching stop layer covering the sacrificial layer is formed on the first surface of the substrate, and the etching stop layer is formed of a metal film having alkali resistance. A method for manufacturing a liquid discharge head.
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。   The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein the metal film is formed to a thickness of 0.05 μm to 20 μm. 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。   The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein the metal film is a laminate of a gold diffusion prevention film and gold. 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。   The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 3, wherein the gold is formed in the same layer as a contact pad of the liquid discharge head. 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。   The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein the metal film is Ta. 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。   6. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 5, wherein the Ta is formed in the same layer as the anti-cavitation layer covering the recording element. 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。   The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, further comprising a step of removing the etching stop layer. 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。   The nozzle plate is formed to have a columnar portion in contact with the etching stop layer, and the columnar portion is separated from the first surface by the step of removing the etching stop layer. A method for manufacturing the liquid discharge head described above. 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。   The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein the anisotropic etching using the alkali is etching with a TMAH aqueous solution. 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。   The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein the substrate is a Si substrate.
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