特許 7496710 サーマルプリントヘッドの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-30

(45)【発行日】2024-06-07

(54)【発明の名称】サーマルプリントヘッドの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 9/00 20060101AFI20240531BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20240531BHJP

   B41J 2/335 20060101ALI20240531BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240531BHJP

【ＦＩ】

G03F9/00 Z

G03F7/20 501

B41J2/335 101H

H01L21/302 105A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020079164

(22)【出願日】2020-04-28

(65)【公開番号】P2021173921

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100133514

【弁理士】

【氏名又は名称】寺山 啓進

(72)【発明者】

【氏名】竹田 裕史

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１４０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５９９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２８４７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１５８６４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１０７３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０９１９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２８１３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１６２１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０１５８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０１９８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０４６７５８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ ９／００

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｂ４１Ｊ ２／３３５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サーマルプリントヘッドの製造方法であって、
一方の面が所定の結晶方位を有する半導体基板を提供する工程と、
前記一方の面にハードマスクを形成し、前記ハードマスクは前記一方の面に形成する凸部と、第１アライメントマークと、サーマルプリントヘッドに相当する各凸部に形成する第２アライメントマークとを画定する工程と、
前記ハードマスクを形成した前記一方の面を異方性エッチングして前記凸部、前記第１アライメントマーク及び第２アライメントマークを形成し、前記凸部は前記一方の面を頂面として両側から第１傾斜面に挟まれて形成された工程と、
前記一方の面から前記ハードマスクを除去する工程と、
フォトリソグラフィーにより前記凸部に発熱体を形成する工程と、
前記半導体基板を個辺化することによって前記サーマルプリントヘッドに使用されるヘッド基板を作製する工程と、
前記ヘッド基板を使用してサーマルプリントヘッドを組立てる工程とを含み、
前記発熱体を形成する工程では、前記第１アライメントマークをフォトリソグラフィーの位置合わせに用い、前記ヘッド基板を作製する工程と、前記サーマルプリントヘッドを組立てる工程とにおいて前記第２アライメントマークを位置合わせに用い、前記第２アライメントマークのためのマスクパターンは、二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の径の開口を並べて形成された方法。

【請求項2】

前記ハードマスクを除去する工程の後であって前記発熱体を形成する工程の前に、前記一方の面をさらに異方性エッチングする第２異方性エッチングの工程をさらに含み、前記第２異方性エッチングによって前記頂面と前記第１傾斜面との間に第２傾斜面が形成され、前記発熱体を形成する工程では、フォトリソグラフィーにより前記頂面又は前記第２傾斜面に発熱体を形成する請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１アライメントマークのためのマスクパターンは、二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の径の開口を並べて形成された請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記所定の径の開口は、１５μｍ以下の径である請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記異方性エッチングの工程は、前記二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の径の窪みが並んだアライメントマークを形成する請求項３又は４に記載の方法。

【請求項6】

前記第２異方性エッチングは、前記二重丸の各円周に沿って並んだ窪みの径を拡大させて、前記二重丸の各円周に囲まれて形成された円周の径方向の幅を調整する請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記調整された前記二重丸の各円周に囲まれて形成された円周の径方向の幅は、１０から３０μｍである請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記二重丸の各円周を形成する窪みは、１０μｍ以下の深さを有する請求項６又は７に記載の方法。

【請求項9】

前記半導体基板は、シリコンで構成された請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記所定の結晶方位は、＜１００＞である請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、サーマルプリントヘッド及びその製造方法並びにサーマルプリンタに関し、詳しくは、半導体基板に異方性エッチングにより形成された凸部に発熱体が設けられてなるサーマルプリントヘッド及びその製造方法並びにサーマルプリンタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シリコンのような半導体による基板に異方性エッチングにより凸部が形成され、この凸部に発熱体が設けられたサーマルプリントヘッドが提供されている（引用文献１を参照）。このようなサーマルプリントヘッドにおいては、所定の結晶方位を有する基板の一方の面に凸部のパターンを画定するハードマスクが形成されて異方性エッチングが施されることにより、前記一方の面に平行な主面と、主面から盛り上がり、両側から傾斜面で挟まれて前記一方の面を頂面とする凸部とが形成されている。主面及び凸部の形成に続けて、フォトリソグラフィーによって主面及び凸部に発熱抵抗体層や配線層が形成される。

【0003】

フォトリソグラフィーの工程では、主面及び凸部にフォトレジストが塗布され、フォトマスクが基板に形成されたアライメントマークを用いて位置合わせされ、露光及び現像によりフォトマスクのパターンがフォトレジストに転写され、エッチングによりパターンが形成されるサイクルが繰り返される。

【0004】

一方、同一基板上に一体に形成された発熱抵抗体と駆動回路部の境界部に目印が設けられ、発熱抵抗体又は駆動回路部に不良があると境界部の目印で基板が切断されて不良品が取り除かれ、良品の発熱抵抗体又は駆動回路部と組み合わされて薄膜サーマルヘッドが作製される技術が開示されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１１４０５７号公報

【文献】実昭６２－１９４０４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

異方性エッチングにより主面及び凸部が形成された基板は、フォトリソグラフィーによって凸部に発熱体が形成されるが、フォトリソグラフィーを開始する際に、位置合わせのためのアライメントマークを形成する必要があった。

【0007】

この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、半導体基板に異方性エッチングにより形成された凸部に発熱体が設けられたサーマルプリントヘッド及びその製造方法並びにサーマルプリンタであって、発熱体を形成するためのフォトリソグラフィーを開始する際に基板にアライメントマークを形成する必要がないようなサーマルプリントヘッド及び製造方法並びにサーマルプリンタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の課題を解決するために、この出願に係るサーマルプリントヘッドの製造方法は、一方の面が所定の結晶方位を有する半導体基板を提供する工程と、一方の面にハードマスクを形成し、ハードマスクは一方の面に形成する凸部及びアライメントマークを画定する工程と、ハードマスクを形成した一方の面を異方性エッチングして凸部及びアライメントマークを形成し、凸部は一方の面を頂面として両側から第１傾斜面に挟まれて形成された工程と、一方の面からハードマスクを除去する工程と、フォトリソグラフィーにより凸部に発熱体を形成する工程とを含み、発熱体を形成する工程では、アライメントマークをフォトリソグラフィーの位置合わせに用いるものである。

【0009】

また、この出願に係るサーマルプリントヘッドの製造方法は、一方の面が所定の結晶方位を有する半導体基板を提供する工程と、一方の面にハードマスクを形成し、ハードマスクは一方の面に形成する凸部及びアライメントマークを画定する工程と、ハードマスクを形成した一方の面を異方性エッチングして凸部及びアライメントマークを形成し、凸部は一方の面を頂面として両側から第１傾斜面に挟まれて形成された工程と、一方の面からハードマスクを除去する工程と、フォトリソグラフィーにより凸部に発熱体を形成する工程と、半導体基板を個辺化することによってサーマルプリントヘッドに使用されるヘッド基板を作製する工程と、ヘッド基板を使用してサーマルプリントヘッドを組立てる工程とを含み、ヘッド基板を作製する工程とサーマルプリントヘッドを組立てる工程との少なくとも一方においてアライメントマークを位置合わせに用いるものである。

【0010】

ハードマスクを除去する工程の後であって発熱体を形成する工程の前に、凸部及びアライメントマークが形成された一方の面をさらに異方性エッチングする工程をさらに含み、この第２異方性エッチングによって頂面と第１傾斜面との間に第２傾斜面が形成され、発熱体を形成する工程では、フォトリソグラフィーにより頂面又は第２傾斜面に発熱体を形成してもよい。

【0011】

アライメントマークのためのマスクパターンは、二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の径の開口を並べて形成されてもよい。所定の径の開口は、１５μｍ以下の径であってもよい。

【0012】

異方性エッチングの工程は、二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の径の窪みが並んだアライメントマークを形成してもよい。第２異方性エッチングは、二重丸の各円周に沿って並んだ窪みの径を拡大させて、二重丸の各円周に囲まれて形成された円周の径方向の幅を調整してもよい。

【0013】

調整された二重丸の各円周に囲まれて形成された円周の径方向の幅は、１０から３０μｍであってもよい。二重丸の各円周を形成する窪みは、１０μｍ以下の深さを有してもよい。

【0014】

半導体基板は、シリコンで構成されてもよい。所定の結晶方位は、＜１００＞であってもよい。

【0015】

この出願に係るサーマルプリントヘッドは、一方の面が所定の結晶方位を有する半導体からなり主面を有するヘッド基板と、主面において主面から突出して形成され、頂面と頂面を挟む１対の傾斜面とを有する凸部と、頂面と傾斜面とのうち少なくともいずれか一方に形成された複数の発熱体と、複数の発熱体にそれぞれ電流を流す配線と、主面と頂面との少なくとも一方において半導体がエッチングされたアライメントマークとを含むものである。

【0016】

この出願に係るサーマルプリンタは、複数の発熱体に対向して配置されたプラテンと、サーマルプリントヘッドとを含むものである。

【発明の効果】

【0017】

この発明によると、異方性エッチングにより凸部を形成する工程を終えた基板には、アライメントマークが形成されている。したがって、発熱体を形成するフォトリソグラフィーの工程を開始する際にアライメントマークを形成する必要はない。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施の形態のサーマルプリントヘッドを示す上面図である。

【図2】本実施の形態のサーマルプリントヘッドの一部分を示す部分断面図である。

【図3】本実施のサーマルプリントヘッドの製造方法のプロセスフローを示す部分断面図である。

【図4】本実施のサーマルプリントヘッドの製造方法のプロセスフローを示す部分断面図である。

【図5】凸部を形成するプロセスフローを示す上面図である。

【図6】凸部を形成するプロセスフローを示す上面図である。

【図7】凸部を形成するプロセスフローを示す断面図である。

【図8】アライメントマークのマスクパターンである。

【図9】凸部の顕微鏡写真である。

【図10】アライメントマークの顕微鏡写真である。

【図11】本実施のサーマルプリントヘッドの製造方法のプロセスフローを示す部分断面図である。

【図12】本実施のサーマルプリントヘッドの製造方法のプロセスフローを示す断面図である。

【図13】フォトレジストを塗布したアライメントマークを露光機カメラで撮影した画像である。

【図14】マスクパターンの他の例を示す図である。

【図15】マスクパターンの他の例を示す図である。

【図16】マスクパターンの他の例を示す図である。

【図17】マスクパターンの他の例を示す図である。

【図18】第１変形例のサーマルプリントヘッドの製造方法を示す図である。

【図19】第１変形例のサーマルプリントヘッドを示す上面図である。

【図20】第２変形例のサーマルプリントヘッドの製造方法のプロセスフローを示す部分断面図である。

【図21】第２変形例のサーマルプリントヘッドの一部分を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、サーマルプリントヘッド及びその製造方法並びにサーマルプリンタについて、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明で使用される図面は、いずれも模式的に描かれている。これらの図面は、理解を容易にするために適宜省略され、適宜誇張されて描かれている場合がある。図面におけるどちら側かについて説明する場合には、図面中の符号が正立するように図面を置いて図面を見るものとする。

【0020】

図１は、本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０の上面図である。図２は、図１の切断線ＩＩ－ＩＩに示す切断線に沿った本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０の部分断面図である。本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、後述する一連のプロセスフローによって作製されたものである。サーマルプリントヘッド１０の長手方向が、印字幅に対応する方向で、ヘッド基板１１が有する複数の発熱部１６（後述）が沿って並ぶ方向である。この長手方向は主走査方向とよばれる。サーマルプリントヘッド１０の短手方向が、印字媒体１０２（例えば感熱紙など）が供給される方向（送り方向：図２に示された矢印を参照）に相当する。この短手方向は副走査方向とよばれる。印字媒体１０２の供給元の側（図１では下側、図２では左側）を「上流側」とよぶ。印字媒体１０２の排出側（図１では上側、図２では右側）を「下流側」とよぶ。

【0021】

サーマルプリントヘッド１０は放熱板５１を有する。放熱板５１はヘッド基板１１が取り付けられる固定部材である。放熱板５１は金属板（例えば、アルミニウム板、鋼板まど）によって構成される。放熱板５１には、位置合わせ穴５２、ねじ穴（図示なし）が形成される。

【0022】

サーマルプリントヘッド１０は、サーマルプリンタ１１０に含まれる取付部材（図示なし）に、ねじ穴を使用するねじ止めなどによって固定される。サーマルプリンタ１１０は、ローラ状のプラテン１０１を有する。プラテン１０１は、サーマルプリントヘッド１０の主走査方向に沿って延び、複数の発熱部１６（後述）に対向して配置される。サーマルプリンタ１１０が使用される際には、プラテン１０１と複数の発熱部１６との間に印字媒体１０２が配置され、印字媒体１０２が複数の発熱部１６に接するようにして移動する。印字媒体１０２は上流側から下流側に移動する。ローラ状のプラテン１０１に代えて、平坦なプラテン（大きな曲率半径の曲面を有するプラテンを含む）を使用してもよい。

【0023】

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０に使用されるヘッド基板１１は、シリコンのような半導体による基板３１（後述）を原材料として形成されている。言い換えれば、基板３１はシリコンウェハーである。基板３１には、適切な不純物がドープされていてもよい。ヘッド基板１１は基板３１を加工して得られ、ヘッド基板１１の平坦な主面１１ａには、異方性エッチングによって凸部１１ｂが形成されている。凸部１１ｂは、主面１１ａから盛り上がった凸部１１ｂを両側から挟む第１傾斜面１１ｃと、第１傾斜面１１ｃの上縁に連なる第１傾斜面１１ｃより傾斜が緩やかな第２傾斜面１１ｄと、第２傾斜面１１ｄの上縁によって両側から挟まれて画定される主面１１ａに平行な頂面１１ｅとから形成されている。主面１１ａは、凸部１１ｂによって、一方の側の第１領域１１ｆと、第１領域１１ｆより狭い他方の側の第２領域１１ｇとに区分されている。

【0024】

主面１１ａ及び凸部１１ｂは、酸化シリコンなどの絶縁体によって構成された絶縁層１２によって覆われている。絶縁層１２上には、窒化タンタルなどによって構成された抵抗体層１３が凸部１１ｂを横切るように形成されている。抵抗体層１３は、凸部１１ｂの頂面１１ｅに形成された複数の発熱部１６において抵抗体層１３が露出するように、銅やチタンなどの金属によって構成された配線層１４によって覆われている。複数の発熱部１６は、それぞれ独立した抵抗体層１３が発熱体となり、凸部１１ｂの頂面１１ｅにおいて主走査方向に並んで形成される。複数の発熱部１６は、それぞれ独立した配線層１４からなる配線に接続される。絶縁層１２、抵抗体層１３及び配線層１４は、窒化ケイ素のような絶縁体で構成された保護層１５によって覆われている。

【0025】

配線層１４は、複数の発熱部１６のそれぞれに対して、上流側（図２の左側）において１本、下流側（図２の右側）において１本、それぞれ接続される。下流側における配線層１４は、互いに接続されて共通配線（図示なし）を形成する。共通配線は、主走査方向（図１における左右方向）に沿って延び、ヘッド基板１１の左右両端において副走査方向の上流側（図１における下方向）に向かって延び、コネクタが有する外部端子（いずれも図示なし）のうちの電源端子に接続される。下流側（図１の上側、図２の右側）における配線層１４には、電源端子から所定の正電圧が印加される。

【0026】

主面１１ａの第１領域１１ｆには発熱部１６への電流の供給を制御して発熱部１６を駆動するドライバＩＣ２０が搭載されている。ドライバＩＣ２０は、底部の端子１９によって保護層１５上に形成されたパッド１８に接続している。パッド１８は、保護層１５を貫いて配線層１４まで達するビア１７に接続している。

【0027】

以下、ある１個の発熱部１６が発熱する過程を説明する。ドライバＩＣ２０の出力側（図２の右側）に存在する配線層１４に含まれる複数の端子１９（複数の発熱部１６のそれぞれに対応する）が０Ｖまたは上述した所定の正電圧になるように、ドライバＩＣ２０がスイッチング動作を行う。ドライバＩＣ２０の出力側に位置する１個の端子１９が０Ｖになった場合に、その端子１９に対応する１個の発熱部１６に、共通配線（図示なし）を経由して電流が流れる。その電流は、０Ｖになった１個の端子１９に流れる。これらによって、その１個の発熱部１６が発熱して、印字媒体１０２の上に１つの点（１ｄｏｔ）が印字される。

【0028】

主面１１ａに搭載されたドライバＩＣ２０を覆うように、主面１１ａの第１領域１１ｆにはエポキシ樹脂などの樹脂による樹脂層２１が形成されている。樹脂層２１は、ドライバＩＣ２０と、パッド１８および端子１９を含む電気的接続部とを保護する。

【0029】

図３及び図４は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの製造方法のプロセスフローを示す部分断面図である。最初に、図３に示すように、一方の面１１ｋを＜１００＞面とする基板３１が提供される。次に、図４に示すように、基板３１の一方の面１１ｋに異方性エッチングが施され、一方の面１１ｋが所定の深さまで掘り下げられ、一方の面１１ｋに平行な主面１１ａが形成される。同時に、一方の面１１ｋが残され、主面１１ａから一方の面１１ｋの高さまで盛り上がった凸部１１ｂが形成される。凸部１１ｂは、主面１１ａから盛り上がった凸部１１ｂを両側から挟む第１傾斜面１１ｃと、第１傾斜面１１ｃの上縁に連なる第１傾斜面１１ｃより傾斜が緩やかな第２傾斜面１１ｄと、第２傾斜面１１ｄの上縁によって両側から挟まれて画定される主面１１ａに平行な頂面１１ｅとから形成されている。異方性エッチングには、水酸化カリウム又は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の水溶液などを使用してもよい。

【0030】

図５及び図６は、凸部を形成するプロセスフローを示す上面図である。図７は、凸部を形成するプロセスフローを示す断面図である。図５から図７は、凸部１１ｂを形成するプロセスフローを説明するため、基板３１を構成するウェハーの全体を示している。

【0031】

最初に、図５（ａ）の上面図及び図７（ａ）の断面図に示すように、基板３１を提供する。図５（ａ）の上面図には、円板状の基板３１において、＜１００＞面である一方の面３１ａと、結晶軸の方向を示すノッチ３１ｂとが示されている。図７（ａ）の断面図は、図５（ａ）の上面図における切断線ＶＩＩ（ａ）－ＶＩＩ（ａ）に沿う断面に相当している。基板３１は、図２に示したヘッド基板１１に相当する領域を複数個含む。図５（ａ）において仮想線（２点鎖線）によって区切られた４個の横長の長方形、及び図７（ａ）において仮想線によって区切られた部分のそれぞれが、１個のヘッド基板１１に相当する単位領域３７である。

【0032】

１個の単位領域３７に相当する１個のヘッド基板１１（図２参照）の大きさは特に限定されない。例えば、ヘッド基板１１の厚さは、６２５μｍ、７２５μｍまたは７７５μｍである。主走査方向の寸法は、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。副走査方向の寸法は、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。

【0033】

図５（ｂ）の上面図及び図７（ｂ）の断面図は、提供された基板３１にハードマスク３２を形成したものである。ハードマスク３２は、例えばスピンコーターを使用して塗布された感光性レジストを対象にして、フォトリソグラフィーによって形成される。基板３１をエッチングする部分には、ハードマスク３２に開口３２ａが形成されている。なお、図７（ｂ）の断面図は、図５（ｂ）の上面図における切断線ＶＩＩ（ｂ）－ＶＩＩ（ｂ）に沿う断面に相当している。

【0034】

また、ハードマスク３２には、アライメントマークのマスクパターン３５が形成されている。アライメントマークのマスクパターン３５は、円板状の基板３１の一方の面３１ａ内でノッチ３１ｂを通る直径と直交する直径上にあって、この直径が一方の面３１ａの周と交わる２点の近く（図５（ｂ）では左右方向の直径における両端の近く）に設けられている。

【0035】

図５（ｂ）及び図６においては、１個のヘッド基板１１（図２参照）に対応する１個の単位領域３７に、上方向または下方向に沿って隣接する１個の単位領域３７をまたいで１個の開口３２ａが配置される。４個の単位領域３７が図の上下方向に沿って隣接して配置される。５個の開口３２ａのうち隣り合う２個の開口３２ａによって挟まれて延びるハードマスク３２が形成された部分が、１個の単位領域３７に含まれる。このハードマスク３２が形成された部分が、各ヘッド基板１１の凸部１１ｂ（図２参照）に対応する（図７（ｂ）～（ｅ）参照）。

【0036】

図５（ｂ）及び図６に示された複数個の単位領域３７の配置に限らず、複数個の単位領域３７が図の上下方向に沿って隣接して配置され、かつ、複数個の単位領域３７が図の左右方向に沿って隣接して配置されてもよい。これらの配置により、複数個の単位領域３７が離間して図の上下方向に沿ってまたは図の左右方向に沿って離間して配置される場合に比較して、ヘッド基板１１の取れ数を増やすことができる。この構成によれば、１枚の基板３１において、複数個の単位領域３７が格子状に配置される範囲が生じる。

【0037】

図８は、アライメントマークのマスクパターン３５を示す上面図である。アライメントマークのマスクパターン３５は、二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の間隔で配置された所定の径の円形の開口で形成されている。このマスクパターン３５は、例えば５０μｍから３５０μｍの径を有していてもよい。また、開口の径は、１５μｍ以下であってもよい。

【0038】

図７（ｃ）の断面図は、図５（ｂ）の上面図及び図７（ｂ）の断面図に示した基板３１に一回目の第１異方性エッチングを施したものである。第１異方性エッチングにより、ハードマスク３２の開口３２ａには溝３３が形成される。溝３３の底部には、一方の面３１ａに平行な主面４１が形成される。隣接する溝３３の間には、第１傾斜面４２によって両側から挟まれた凸部４４が形成される。

【0039】

図６（ａ）の上面図及び図7（ｄ）の断面図は、第１異方性エッチングを施した基板３１からハードマスク３２を取り除いたものである。凸部４４には、凸部４４を両側から挟む第１傾斜面４２の上縁によって画定される頂面４８が形成され、第１傾斜面４２と頂面４８とはエッジを形成している。なお、図７（ｄ）の断面図は、図６（ａ）の上面図における切断線ＶＩＩ（ｄ）－ＶＩＩ（ｄ）に沿う断面に相当している。

【0040】

また、基板３１の一方の面３１ａであってハードマスク３２に形成されていたアライメントマークのマスクパターン３５の直下には、アライメントマーク４５が形成されている。アライメントマーク４５は、二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の間隔で配置された所定の径の周が円形の窪みによって形成されている。

【0041】

図６（ｂ）の上面図及び図７（ｅ）の断面図は、二回目の第２異方性エッチングを施した基板３１を示すものである。第２異方性エッチングにより、基板３１の凸部４４において第１傾斜面４２と頂面４８とが形成していたエッジが削られ、第１傾斜面４２と頂面４８との間に第１傾斜面４２よりも緩やかな傾斜を有する第２傾斜面４３が形成される。凸部４４の頂面４８は、両側から挟んでいる第２傾斜面４３の上縁によって画定されている。なお、図７（ｅ）の断面図は、図６（ｂ）の上面図における切断線ＶＩＩ（ｅ）－ＶＩＩ（ｅ）に沿う断面に相当している。

【0042】

また、基板３１の一方の面３１ａに形成されたアライメントマーク４５の窪みも、第２異方性エッチングにより拡大する。それぞれの窪みは、基板３１の一方の面３１ａの結晶方位に従って異方的にエッチングされ、略正方形の周を有するようになる。

【0043】

図９は、基板３１の一方の面３１ａに形成された凸部４４の断面を示す顕微鏡写真である。この顕微鏡写真では、凸部４４が、一方の面３１ａに形成された主面４１から盛り上がった凸部４４を両側から挟む第１傾斜面４２と、第１傾斜面４２の上縁に連なる第１傾斜面４２より傾斜が緩やかな第２傾斜面４３と、第２傾斜面４３の上縁によって両側から挟まれて画定される主面４１に平行な頂面４８とから形成されていることが見られる。凸部４４の高さ、すなわち、主面４１から凸部４４の頂面４８までの高さｈは、１５０μｍから２００μｍまでの範囲にあってもよい。図２に示された凸部１１ｂ及び図７（ｅ）に示された凸部４４の底面における幅寸法（図２の左右方向の寸法）は、例えば３８０μｍ以上５００μｍ以下である。凸部４４の頂面４８における幅寸法（図２の左右方向の寸法）は、例えば５０μｍ以上１５０μｍ以下である。

【0044】

図１０は、第２異方性エッチング後に基板３１の一方の面３１ａに形成されたアライメントマーク４５の顕微鏡写真である。図１０（ａ）はアライメントマーク４５の真上から撮影した顕微鏡写真であり、図１０（ｂ）はアライメントマーク４５の斜め上から撮影した顕微鏡写真である。これらの顕微鏡写真は、レーザー顕微鏡によって撮影したものである。

【0045】

アライメントマーク４５においては、二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の間隔で略正方形の周を有する窪みが連なって溝を形成していることが見られる。溝は二重丸の同心円状の各円周に沿って二重に形成され、二重の溝に挟まれた円周状の頂部が形成される。アライメントマーク４５においては、この頂部によって形成される円周がマークパターンを形成している。ここで、頂部によって形成される円周の径方向の幅は１０μｍから３０μｍの範囲にあるのに対し、溝の底部から頂部までの段差は１０μｍ以下と浅い。頂部の径方向の幅は、二重の溝を形成する略正方形の周を有する窪みの寸法を第２異方性エッチングによって制御することによって調整することができる。

【0046】

図１１及び図１２は、本実施のサーマルプリントヘッドの製造方法のプロセスフローを示す断面図である。このプロセスフローは、図４に示したプロセスフローに続くものであり、図４に示したような凸部１１ｂが形成された基板３１にフォトリソグラフィーによって抵抗体層１３や配線層１４を形成するものである。基板３１の凸部１１ｂは、図５から図７に示したような一連のプロセスフローによって形成されたものである。

【0047】

図１１に示すように、基板３１の主面１１ａを覆うように酸化シリコンのような絶縁体により絶縁層１２が形成される。絶縁層１２上には、凸部１１ｂを横切るように窒化タンタルなどによる抵抗体層１３が形成される。抵抗体層１３上には、凸部１１ｂの頂面１１ｅにおける発熱部１６において露出する抵抗体層１３を両側から挟むように、銅やタンタルなどの金属によって構成される配線層１４が形成される。抵抗体層１３及び配線層１４を覆うように、絶縁層１２上に窒化ケイ素などの絶縁体による保護層１５が形成される。保護層１５を貫いて配線層１４に達するビア１７及びビア１７に接続する保護層１５上のパッド１８が形成される。配線層１４及び抵抗体層１３は、図示しない外部端子から発熱部１６に電流が供給されるように、適切なパターンに形成されている。複数個の抵抗体層１３にそれぞれ含まれる複数の発熱部１６が形成される。ヘッド基板１１（図１２参照）の厚さ方向に沿って視て（平面視して）、複数個の発熱部１６は矩形状の形状を有する。複数個の発熱部１６は、凸部１１ｂの頂面１１ｅにおける主走査方向に沿って並ぶ。

【0048】

以下に、図２および図１１に示されたように断面視した場合に複数個の発熱部１６が配置される態様を説明する。第１に、複数個の発熱部１６は、凸部１１ｂの頂面１１ｅに配置される。第２に、複数個の発熱部１６は、凸部１１ｂの頂面１１ｅと、下流側（図１１における右側。以下同じ。）の第２傾斜面１１ｄとに跨って配置される。第３に、複数個の発熱部１６は、凸部１１ｂの頂面１１ｅと、下流側の第２傾斜面１１ｄと、下流側の第１傾斜面１１ｃとに跨って配置される。第４に、複数個の発熱部１６は、下流側の第２傾斜面１１ｄと、下流側の第１傾斜面１１ｃとに跨って配置される。まとめると、複数個の発熱部１６は、凸部１１ｂの頂面１１ｅと下流側の傾斜面とのうち少なくともいずれか一方に配置される。

【0049】

図１１に示した抵抗体層１３や配線層１４は、フォトリソグラフィーによって形成される。本実施の形態では、図６（ｂ）の上面図に示した凸部４４と同時に形成されたアライメントマーク４５をフォトリソグラフィーの位置合わせに使用している。アライメントマーク４５は、凸部４４と同一のハードマスクで形成されているため、凸部４４に対して高い精度で位置合わせされている。したがって、アライメントマーク４５を使用することにより、凸部４４に対する例えば複数の発熱部１６の位置合わせの精度を確保することができる。また、アライメントマーク４５は凸部４４を形成する工程で作成されているため、フォトリソグラフィーの工程を開始する際に改めて形成する必要はない。

【0050】

図１３は、フォトレジストを塗布したアライメントマーク４５を露光機カメラで撮影した画像である。図１３（ａ）はフォトレジストを塗布したアライメントマーク４５を直上から撮影した露光機カメラによる画像であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の画像を露光機カメラで認識した画像である。フォトリソグラフィーの工程では、位置合わせのために、露光機カメラが塗布されたフォトレジストを介してアライメントマーク４５を認識することが必要になる。図１３（ｂ）に示すように、露光機カメラは、アライメントマーク４５の画像において二重の溝に挟まれた円周状の頂部で形成される円周をマークパターンとして認識している。このように、本実施の形態のアライメントマーク４５は、塗布されたフォトレジストを介して露光機カメラによって認識ができることが明らかになった。

【0051】

ここまでの工程が終了した１枚の基板３１（図６（ｂ）、１１参照）が、図６（ｂ）における仮想線（２点鎖線）に沿って個辺化される。これにより、１枚の基板３１から４個のヘッド基板１１が作製される。基板３１を個辺化する工程は、例えば、回転刃を使用するダイシングによる切断工程である。

【0052】

図１２に示すように、ヘッド基板１１の主面１１ａの第１領域１１ｆには、ドライバＩＣ２０が搭載される。ドライバＩＣ２０の底部の端子１９は保護層１５上に形成されたパッド１８に接続している。ドライバＩＣ２０は、サーマルプリントヘッド１０に供給された所定の正電圧に基づく電流が複数の発熱部１６に流れるか否かを、各発熱部１６につながるスイッチング回路をオン／オフすることによって制御する。ドライバＩＣ２０と電気的接続部とを覆うように、ヘッド基板１１の主面１１ａの第１領域１１ｆに樹脂層２１が形成される。

【0053】

なお、本実施の形態においては、図８に示したように、アライメントマークのマスクパターン３５は、二重丸の同心円状の各円周に沿って所定の間隔で配置された所定の径の円形の開口で形成されていたが、アライメントマークのマスクパターン３５はこのような形状に限らない。アライメントマークのマスクパターン３５は、図１４から図１７に示すような他の形状であってもよい。

【0054】

図１４から図１７に示すパターンをマスクにして異方性エッチングを行うと、図１４（ｂ）などに示された黒い部分が抜きの四角パターンになるとともに、比較的深く掘られたパターンになる。これらのパターンの上からフォトレジストを塗布すると、フォトレジストの厚みバラツキに起因する色ムラが発生することがある。この場合には、露光機のカメラによってパターンを撮像すると正しくパターンを認識できないおそれがある。しかし、この場合においても、カメラの選択、調整、画像処理などによってパターンを認識することができる。図１４から図１７に示すパターンをマスクにして異方性エッチングを行うことにより得られたアライメントマークは、基板３１およびヘッド基板１１の上にフォトレジストが存在しない工程（後述）においても使用される。

【0055】

図１４（ａ）は直交する等長のスリットが十字を形成するようなマスクパターンであり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）によって形成されたアライメントマークである。このアライメントマークは、第１異方性エッチング及び第２異方性エッチングを施したことにより、略正方形の周を有する窪みに形成されている。

【0056】

図１５（ａ）は各頂角が略等しいひし形を周とする開口のマスクパターンであり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）によって形成されたアライメントマークである。このアライメントマークも、第１異方性エッチング及び第２異方性エッチングを施したことにより、略正方形の周を有する窪みに形成されている。

【0057】

図１６（ａ）は各頂角が略等しいひし形の周に沿ったスリットで形成されたマスクパターンであり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）によって形成されたアライメントマークである。このアライメントマークも、第１異方性エッチング及び第２異方性エッチングを施したことにより、略正方形の周を有する窪みに形成されている。

【0058】

図１７（ａ）は、二重丸の同心円状の各円周に沿ったスリットで形成されたマスクパターンであり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）によって形成されたアライメントマークである。アライメントマーク４５は、第１異方性エッチング及び第２異方性エッチングを施したことにより、略正方形の周に沿って延びる所定の幅を有する溝に形成されている。

【0059】

（第１変形例）
図１８は、第１変形例のサーマルプリントヘッドの製造方法を示す図である。図１８は、図５（ｂ）に示した本実施の形態のハードマスク３２が形成された基板３１に対応しているが、本実施の形態のアライメントマークのマスクパターン３５に加えて、各サーマルプリントヘッドの凸部の一端（図１８では左端）に相当する位置にもアライメントマークのマスクパターン３６が形成されている点が相違している。他の構成は、本実施の形態と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付して対応関係を明らかにするものとする。

【0060】

図１９は、第１変形例のサーマルプリントヘッドを示す上面図である。第１変形例では、図１８に示したようなハードマスク３２を使用することにより、サーマルプリントヘッド１０の凸部１１ｂの一端にアライメントマーク４６が形成される。凸部１１ｂの両端にアライメントマーク４６を形成してもよい。

【0061】

第１変形例では、各ヘッド基板１１および各サーマルプリントヘッド１０において複数の発熱部１６が形成される凸部１１ｂの頂面１１ｅの一端にアライメントマーク４６が形成されている。言い換えると、１個のヘッド基板１１に対応する１個の単位領域３７であって、かつ、完成したサーマルプリントヘッド１０におけるヘッド基板１１の主面１１ａに垂直な方向から視認できる範囲に、アライメントマーク４６が含まれる。このため、基板３１およびヘッド基板１１の上にフォトレジストが存在しない工程において、アライメントマーク４６を次のように使用することができる。第１に、図２に示された凸部１１ｂの頂面１１ｅの上に形成されたアライメントマーク４６を使用して、同じ頂面に形成された複数の発熱部１６に対してドライバＩＣ２０などを高い精度で容易に位置合わせすることができる。

【0062】

第２に、アライメントマーク４６を使用して、図２に示された放熱板５１が有する位置合わせ穴５２に対して複数の発熱部１６を高い精度で容易に位置合わせすることができる。放熱板５１が有する取付用のねじ穴（図示なし）と位置合わせ穴５２とは高い寸法精度で形成されている。したがって、ヘッド基板１１を放熱板５１に固定する場合（例えば、接着剤などによって固定する場合）に、放熱板５１のねじ穴に対してヘッド基板１１を高い精度で容易に位置合わせして固定することができる。上述した２つの位置合わせは、サーマルプリントヘッド１０を組み立てる工程における位置合わせである。

【0063】

第３に、アライメントマーク４６を使用して、サーマルプリンタ１１０に含まれる取付部材に対して、サーマルプリントヘッド１０を高い精度で容易に位置合わせして固定することができる。この位置合わせは、サーマルプリンタ１１０を組み立てる工程における位置合わせである。

【0064】

第４に、アライメントマーク４６を使用して、１枚の基板３１から複数個のヘッド基板１１を作製する際の位置合わせを行うことができる。具体的には、回転刃などの切断手段と図５（ｂ）における仮想線（２点鎖線）とを、高い精度で容易に位置合わせすることができる。

【0065】

ヘッド基板１１において、複数の発熱部１６が生成した熱を効率よく印字媒体１０２に伝えるために、凸部１１ｂの頂面１１ｅに蓄熱層を形成する場合がある。この場合には、まず、ディスペンサーを使用して頂面１１ｅにガラスペーストを供給する。次に、そのガラスペーストを焼成することによって、ガラスからなる蓄熱層を形成する。頂面１１ｅにガラスペーストを供給する工程において、アライメントマーク４６を使用して、ディスペンサーの吐出口と頂面１１ｅとを位置合わせすることができる。上述した２つの位置合わせは、ヘッド基板１１を作製する工程における位置合わせである。

【0066】

アライメントマーク４６を、凸部１１ｂ以外の部分（図４における主面１１ａに相当する部分）に形成してもよい。アライメントマーク４６と主面１１ａとは同じ工程で形成されるので、上述した５つの位置合わせにアライメントマーク４６を有効に使用することができる。

【0067】

（第２変形例）
図２０は、第２変形例のサーマルプリントヘッドの製造方法のプロセスフローを示す部分断面図である。第２変形例のサーマルプリントヘッドは、図２に示した本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０における第２傾斜面１１ｄが存在せず、凸部１１ｂは、主面１１ａから盛り上がる凸部１１ｂを両側から挟む第１傾斜面１１ｃと、主面１１ａに平行な頂面１１ｅとによって形成され、頂面１１ｅは両側から挟む第１傾斜面１１ｃの上縁によって画定されている点において相違している。他の構成は、本実施の形態と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付して対応関係を明らかにするものとする。

【0068】

第２変形例のサーマルプリントヘッド１０においても、ヘッド基板１１はシリコンのような半導体による基板３１（図５（ａ）参照）を原材料として形成されている。基板３１には、適切な不純物がドープされていてもよい。ヘッド基板１１は基板３１を加工して得られ、ヘッド基板１１の平坦な主面１１ａには、異方性エッチングによって凸部１１ｂが形成されている。凸部１１ｂは、主面１１ａから盛り上がった凸部を両側から挟む第１傾斜面１１ｃと、主面１１ａに平行な頂面１１ｅとによって形成され、頂面１１ｅは両側から挟む第１傾斜面１１ｃの上縁によって画定されている。凸部１１ｂの頂面１１ｅには、発熱部１６が形成されている。主面１１ａは、凸部１１ｂによって、一方の側の第１領域１１ｆと、第１領域１１ｆより狭い他方の側の第２領域１１ｇに区分されている。

【0069】

図２１は、第２変形例のサーマルプリントヘッドを示す部分断面図である。第２変形例においてヘッド基板１１の凸部１１ｂを除く構造は、本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０と同様であり、図３、図１１及び図１２に示したようなプロセスフローに従い作製されたものである。

【0070】

主面１１ａ及び凸部１１ｂは、酸化シリコンなどの絶縁体によって構成された絶縁層１２によって覆われている。絶縁体１２層上には、窒化タンタルなどによって構成された抵抗体層１３が凸部１１ｂを横切るように形成されている。抵抗体層１３は、凸部１１ｂの頂面１１ｅに形成された発熱部１６において抵抗体層１３が露出するように、発熱部１６を両側から挟むように、銅やチタンなどの金属によって構成された配線層１４によって覆われている。絶縁層１２、抵抗体層１３及び配線層１４は、窒化ケイ素のような絶縁体で構成された保護層１５によって覆われている。これらの抵抗体層１３や配線層１４は、フォトリソグラフィーによって形成される。

【0071】

主面１１ａの第１領域１１ｆには発熱部１６への電流の供給を制御して発熱部１６を駆動するドライバＩＣ２０が搭載されている。ドライバＩＣ２０は、底部の端子１９によって保護層１５上に形成されたパッド１８に接続している。パッド１８は、保護層１５を貫く配線層１４まで達するビア１７に接続している。ドライバＩＣ２０は、サーマルプリントヘッド１０に供給された所定の正電圧に基づく電流が複数の発熱部１６に流れるか否かを、各発熱部１６につながるスイッチング回路をオン／オフすることによって制御する。主面１１ａに搭載されたドライバＩＣ２０と電気的接続部とを覆うように、主面１１ａの第１領域１１ｆにはエポキシ樹脂などの樹脂による樹脂層２１が形成されている。

【0072】

第２変形例においても、図６（ａ）に示したような本実施の形態と同様に、凸部４４と同時に形成されたアライメントマーク４５をフォトリソグラフィーの位置合わせに使用している。アライメントマーク４５は、凸部４４と同一のハードマスクで形成されているため、凸部４４に対して位置合わせされている。したがって、アライメントマーク４５によると、凸部４４に対して位置合わせの精度を確保することができる。また、アライメントマーク４５は凸部を形成する工程で作製されているため、フォトリソグラフィーの工程を開始する際に改めて形成する必要はない。

【産業上の利用可能性】

【0073】

この発明は、サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタの製造に利用することができる。

【符号の説明】

【0074】

１０ サーマルプリントヘッド
１１ ヘッド基板
１１ａ 主面
１１ｂ 凸部
１１ｃ 第１傾斜面
１１ｄ 第２傾斜面
１１ｅ 頂面
１２ 絶縁層
１３ 抵抗体層
１４ 配線層
１５ 保護層
２０ ドライバＩＣ
３１ 基板
３５ マスクパターン
４４ 凸部
４５、４６ アライメントマーク
１１０ サーマルプリンタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】