JP2005178019A - 微小溝を持つ構造体、その製造方法、及びこれを用いて形成されるインクジェット用記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】溝底部に曲面形状、漏斗形状などの深さの変化する形状を制御性良く形成できる溝ないし孔を有する構造体の製造方法である。
【解決手段】場所により深さが変化する溝ないし孔２０５が基板２０１に形成された構造体の製造方法は、基板２０１上にエッチングマスク層２０３を形成するマスク形成工程と、エッチングマスク層２０３を用いて基板２０１をエッチングして、側壁を挟んで隣接する複数の成分溝２０４を経過的に形成し、その後、更にエッチングを進めて複数の成分溝２０４のそれぞれを連結させ、複数の成分溝２０４の底面の包絡面が所望の溝ないし孔の底面にほぼ相当する様にして所望の溝ないし孔205を形成するエッチング工程とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的には、微小溝を持つ構造体、及びその製造方法に関するものであり、特には、例えば、液滴を吐出するノズル部と圧力を発生させる圧力発生室とを備えたインクジェット用記録ヘッド、及びその製造方法に関するものである。

インクジェット用記録ヘッドや、微小流路を用いるマイクロチップなどの微小構造体には、流体を流す為の微小構造体よりなる微小流路が形成される。微小流路の形成方法としては、例えば、（１００）Ｓｉ基板にアルカリ異方性エッチングを施して得られる、４つの（１１１）面に囲まれた逆ピラミッド型のノズルが知られている（非特許文献１参照）。

また、シリコン基板をドライエッチングし、垂直溝よりなるインクキャビティを形成する方法も提案されている（特許文献１参照）。また、シリコン基板の表面と裏面に対して、それぞれ、異方性エッチング及び或る程度の異方性を兼ね備えた等方性エッチングを行い、ノズルとインク入り口を形成する方法も提案されている（特許文献２参照）。さらには、シリコン基板のエッチングにおいて、エッチングマスク層に、ハーフエッチング、フルエッチングを行い、該エッチングマスク層（段差形状を有するエッチングマスク層）を用いてシリコン基板をエッチングし、段状断面のノズルを形成する方法も提案されている（特許文献３参照）。
Applied Physics Letters誌（第３１巻，２号，１９７７年 １３５〜１３７項） 特開平10-286960号公報 特開平9-57981号公報 特開平11-028820号公報

微小流路内に流体を流す場合、流路形状に、例えば段差形状や、急激に流路径が狭まる部分等があると、段差部分や、急激に流路径が狭まった部分に、流体に含まれるガス等が溜まってしまうことがある。こうしたガスが溜まってくると、流体の流れを阻害したり、場合によっては、流体の流れを止めてしまう。例えば、インクジェット用記録ヘッドなどでは、吐出口近傍にガスが溜まると、流体を吐出できなくなることがある。

上記課題に鑑み、本発明の構造体の製造方法は、場所により深さが変化する溝ないし孔が基板に形成された構造体の製造方法であって、基板上にエッチングマスク層を形成するマスク形成工程と、該エッチングマスク層を用いて基板をエッチングして、側壁を挟んで隣接する複数の成分溝を経過的に形成し、その後、更にエッチングを進めて複数の成分溝のそれぞれを連結させ、複数の成分溝の底面の包絡面が所望の溝ないし孔の底面にほぼ相当する様にして所望の溝ないし孔を形成するエッチング工程とを有することを特徴とする。この製造方法によれば、溝底部が曲面形状、漏斗形状になった溝ないし孔を有する構造体などの、場所により深さが変化する溝ないし孔が基板に形成された構造体を制御性良く形成できる。勿論、この製法は、その性質上、どの様な底面を有する構造体も作製できて、段差形状などの底面を持つ構造体も作製できる。

上記基本構成に基づいて、以下の様な製造態様が可能である。
前記エッチング工程が、前記基板をエッチングして前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝を形成する第一のエッチング工程と、前記第一のエッチング工程により形成された複数の成分溝のそれぞれを連結させるようにエッチングを行う第二のエッチング工程とからなるようにできる。ここにおいて、典型的には、前記第一のエッチング工程では異方性ドライエッチングを行ない、前記第二のエッチング工程では等方性エッチングを行なう（後記第１の実施例などを参照）。

また、前記エッチング工程では、異方性ドライエッチングのみを行なって所望の溝ないし孔を形成するようにもできる（後記第５の実施例を参照）。

前記マスク層は、次の様に形成し得る。
第１に、前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝が経過的に形成される様に、前記側壁を形成するための充分な厚みの境界側壁形成用マスク部を間に挟み且つ形状と寸法が適当に設定された複数の開口部を有する様にマスク層を形成する（図２、図１１等を参照）。第２に、前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝が経過的に形成される様に各部の厚みが適当に設定される様にマスク層を形成する（図５、図１１を参照）。第３に、複数の層により形成される部分を有し、前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝が経過的に形成される様に各部の積層構造が適当に設定される様にマスク層を形成する（図６、図１１を参照）。

上記マスク層形成において、典型的には、前記厚みが適当に設定された各部または前記積層構造が適当に設定された各部は、前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝が経過的に形成される様に、前記側壁を形成するための充分な厚みの境界側壁形成用マスク部を間に挟み且つ形状と寸法が適当に設定される（図５、図６、図１１を参照）。

更に、上記課題に鑑み、本発明の構造体の製造方法は、場所により深さが変化する溝ないし孔が基板に形成された構造体の製造方法であって、基板上にエッチングマスク層を形成するマスク形成工程と、該エッチングマスク層を用いて基板をエッチングして所望の溝ないし孔を形成するエッチング工程とを有し、前記マスク層は、形成されるべき溝ないし孔の前記変化する深さにほぼ対応して厚みまたは積層構造が変化する部分を有することを特徴とする（図１２を参照）。この製造方法によっても、溝底部が曲面形状，漏斗形状になった溝ないし孔を有する構造体などの、場所により深さが変化する溝ないし孔が基板に形成された構造体を制御性良く形成できる

更に、上記課題に鑑み、本発明の構造体は、基板に溝ないし孔が形成された構造体であって、前記溝ないし孔は１ミクロンから１０００ミクロン程度のサイズ部分を有し、その形状が、円柱形状を有する部分と半球形状を有する部分を含むことを特徴とする。ここにおいて、下限の１ミクロン程度は、上記製造方法が実施できる範囲の限界から来る値であり、上限の１０００ミクロン程度は上記課題が問題となる寸法の範囲から来る値である。この構造体において、前記半球形状を有する部分から、前記円柱形状を有する部分のある方向とは異なる方向に、前記基板を貫通するための流路となる部分を更に有する様にできる。この構造体は、インクにエネルギーを作用させて駆動させるための駆動手段を備えるインクジェット用記録ヘッドに好適に適用できる。

以上に説明した本発明の溝ないし孔を有する構造体の製造方法によれば、溝底部に曲面形状、漏斗形状などの深さの変化する形状を制御性良く形成することが可能である。こうして形成された溝ないし孔を流路として用いる場合、流路の一部を漏斗形状または曲面形状とすることで、流路の一部に気泡などが溜まるのを防止することが可能となる。

また、流路の形状を略垂直な溝と漏斗形状の組み合わせ、もしくは略垂直な溝と曲面形状の組み合わせとすることで、微小構造体、流路、及びこれを用いて形成されるインクジェット用記録ヘッドなどを高密度に配することが可能となる（図１参照）。さらに、例えば、該流路を用いるインクジェット用記録ヘッドでは、インク吐出後の吐出液の再補給がスムーズであり、また、気泡が流路内に残ることは無く、印字特性が低下しない。

また、インクジェット用記録ヘッドの作製において、本発明の製造方法を用いる場合、溝の一部を貫通させることが可能なので、ノズル部を一体形成することが可能である。また、圧力室、共通液室も同時に形成可能であり、経済的である。更には、全て一括加工可能なので加工精度が良くできる。圧力室，共通液室の形成においても、エッチ深さの制御性が良いことは言うまでもない

以下に、本発明が用いる現象の原理を説明しつつ、図を用いて幾つかの実施の形態を説明する。

（用いる現象の説明）
本発明では、本発明に特徴的なマスク層を形成した後に基板に異方性ドライエッチング（以下ADE）などのエッチングを行い、漏斗形状、曲面形状などの深さの変化する形状をエッチング底部に形成する。この場合、第１の態様では、深さの変化する複数の中間的な溝（最終的な溝の成分をなす意味で、本明細書では成分溝ともいう）が形成される過程を経て、その後、隣接溝間の側壁がエッチングされて（この際、複数の中間的な溝の底部も若干エッチングされるが、それはそれでよい）複数の中間的な溝が連通されてその底部の包絡面にほぼ相当する底面形状を持つ最終的な溝が形成される。各部のエッチング耐性が変化しているマスク層（典型的には、曲面的に厚みの変化するマスク層、成分マスク層の積層態様が変化するマスク層）を基板上に形成する第２の態様では、複数の中間的な成分溝が形成される過程を経ることなく、マスク層のエッチング耐性の変化にほぼ対応して深さの変化する底面形状を有する溝が形成される。

ADEの説明をすると、ADEでは、マスク層のパターン形状、開口部寸法等によって、エッチング速度が変化することが知られている。例えば、Sensors
and Actuators A 82(2000)234-238では、開口部の幅（最小の幅）を制御することで、エッチング深さを制御している。これは、RIE
lag［Reactive Ion Etch lag］（開口部寸法が異なると、エッチレートが異なること）や、ARDE［Aspect
Ratio-Dependent Etch rate］（例えば、エッチングにより形成される溝のアスペクト比［開口幅と溝の深さの比］が異なると、エッチレートが異なること）等の現象を利用したものである。

本発明では、これらの現象を用い、例えば、略垂直面形状１０１と曲面形状１０２とからなる連通溝１０６（図１（A））、もしくは略垂直面形状１０３と漏斗形状（傾斜面形状）１０４とからなる連通溝１０９（図１（B））よりなるインク入り口部分（流路の一部分）を有する微小構造体、及び流路、及びこれを用いて形成されるインクジェット用記録ヘッドを得る。図１において、１０５、１０８は基板であり、１０７、１１０は貫通部（ノズル）である。

RIE lagやARDEは、エッチング条件、マスク形状、開口部寸法、マスク層厚、マスク形成材料等で制御できる。図１１、図１２を用いて、これらRIE
lagやARDEを利用する上記第１の態様と第２の態様の一般的な原理を説明する。第１の態様を説明する図１１の平面図において、７３の部分は、上記隣接溝間の側壁を経過的に形成するために充分なエッチング耐性を持つマスク層の部分である。典型的には、部分７３はほぼ一様な充分な厚みを持つ境界側壁形成用マスク部（一種類の材料部分であったり、複数種類の材料の積層構造部分であったりする）である。７２の部分は、この下方の基板部分に中間的な溝が形成される部分である。部分７２は、異なる最小幅を持つ開口部であったり、厚みの異なるハーフエッチングされたマスク層部分であったり、一種類ないし複数種類の材料の積層構造部分であったりする。こうしたマスク層が形成された基板に対して、上記の現象を利用したエッチングを施していくと、各部分７３のほぼ垂直下方向には基板材料が残されて側壁が形成される一方、各部分７２のほぼ垂直下方向には深さの異なる中間的な溝が形成される。そして、こうした経過を経て上記側壁を完全にエッチングしていくと、複数の中間的な溝が繋がって、中間的な溝の底部の包絡面にほぼ相当する底面形状を持つ最終的な溝が形成される。図１１における部分７２の配列態様、サイズなどは例示的なものであって、達成する溝ないし孔に応じて、種々の寸法の正方形などの矩形開口部、円形開口部、ハーフエッチングマスク部、一ないし複数積層構造部を、マトリックス状等に配置し得る。

第２の態様を説明する図１２の断面図においては、８３は、垂直面８２ａと曲面的な底部８２ｂを持つ厚みの変化する部分８２が形成されたマスク層であり、８１は基板である。こうしたマスク層８３が形成された基板８１に対して、上記の現象を利用したエッチングを施していくと、部分８２のほぼ垂直下方向に、該部分８２の形態に応じた垂直面８５ａと曲面的な底部８５ｂを持つ溝８５が基板８１に形成される。マスク層８３は、破線８４で基板８１の表面を示すごとく、一部で基板８１が露出するように形成されてもよい。

次に、適当な図を用いて、本発明の微小構造体、流路、これを用いて形成されるインクジェット用記録ヘッド、これらの作製方法の実施の形態を説明する。

（プロセスの説明）
溝形成プロセスにおいて、まず、基板２０１、３０１、４０１等に、開口部２０２、３０２、４０１等を有するマスク層２０３、３０３、４０３等を形成する（図２（A）、図３（A）、図４（A）等参照）。マスク層２０３等は、図２などに示すように、例えば、マスク層材料と開口部２０２等が交互に並んだような構成を有する。各開口部の形状、寸法で基板のエッチング形状を制御できる。具体的には、開口部の形状、寸法が小さくなる程、単位時間あたりのエッチング速度は遅くなる（RIE
lag，ARDEによる）。よって、各開口部の開口形状、寸法を変化させることによって、深さの異なる複数の溝を一度のエッチングで形成できる。こうして、基板２０１、３０１、４０１等をADEすることにより、深さの異なる中間的な溝２０４、３０４、４０４等を隣接して形成できる（図２（B）、図３（B）、図４（B）等参照）。

次に、各溝２０４、３０４、４０４等を連通し、連通溝２０５、３０５、４０５等を得る（図２（C）、図３（C）、図４（C）等参照）。この場合、ADEの条件を制御することで、図２（B）に示す様に、開口部２０２の垂直下方向にエッチングしながら、各溝２０４の側壁方向にもエッチングを進めることが可能である。こうして、所望の深さまで各溝２０４を形成すると共に、側壁方向にもエッチングして連通溝２０５が得られる（図２（C）参照）。この場合、一度のエッチングで、深さが変化する底面を持つ所望の連通溝２０５を得ることができる。

他方、図３（B）、図４（B）に示す様に、垂直にエッチングを行って深さの異なる中間的な溝３０４、４０４を隣接して形成したあと、別に、等方性エッチングを行って各溝３０４、４０４を連通し、深さが変化する底面３０６、４０６を持つ所望の連通溝３０５、４０５を形成することも可能である（図３（C）、図４（C）参照）。等方性エッチングには、ドライエッチング、ウェットエッチングの何れも用いられる。

（マスク層の説明）
基板２０１、３０１等をエッチングする際に用いるマスク層２０３、３０３等の材料としては、有機物、無機物の何れの材料も用いられる。基板がSi（シリコン）よりなる場合、Siを熱酸化して得られるSiO₂（二酸化シリコン）層をマスク層として用いられる。また、感光性樹脂（例えばフォトレジスト）をフォトリソグラフィー法でパターニングして開口部などを形成し、これをマスク層として用いることもできる。また、Ni，Fe，Au，Cu，Pt，Cr，Ti，Al，Ta，等の金属、及びこれらの化合物（酸化物や窒化物等）を、CVD、PVD、メッキ法等で形成し、これをパターニングして開口部などを形成し、これをマスク層として用いることもできる。

この場合、マスク層の材質、積層構造などによって、基板とマスク層のエッチレートが異なる（即ち、基板とマスク層の選択比が異なる）。マスク層のパターニングにおいては、以下の３種類の方法を用いることができる。

その１：ほぼ一様な厚みの一層のマスク層よりなり、パターニングでマスク層を全て貫通した複数の開口部を充分な厚みの側壁形成用マスク部を挟んで形成する（図２、図３、図４等を参照）。この場合、各開口部の形状、寸法に起因するRIE lag，ARDEの現象を利用して複数の中間的な溝の深さを制御し、最終的な連通溝の形状を制御することが可能である。

その２：一層のマスク層よりなり、充分な厚みの側壁形成用マスク部を挟んでマスク層５０１の各所望部をハーフエッチング（マスク層の所望部を、完全にはエッチング除去してしまわず、各部に応じた或る程度の厚みで残すことで、部分的に段差を形成）する（図５（A）参照）。この場合、マスク層の完全エッチング部分と、ハーフエッチング部分では、その部位の下方の基板がADEされはじめるタイミングが異なる。これにより、マスク層の各部の下方向に深さの異なる溝を形成することが可能である。更に、各開口部やハーフエッチング部の形状、寸法を変化させることで（これによりRIE
lag，ARDEの利用を併用する）、最終的な連通溝の形状をより精度良く制御することが可能となる。

尚、この場合、図１２に示す様に、側壁形成用マスク部を形成しないで、例えば、曲面的に厚みの変化する部分を持つマスク層８３とすることもできる。

その３：マスク層を複数層６０１、６０２、６０３重ねて形成する（図６（A）参照）。すなわち、各部に応じてマスク層の積層構造を変化させる。この場合、各マスク層を用いて順次基板に対してADEを行い、経過的に側壁で画された複数の深さの異なる溝を形成することが可能となる。この場合も、更に、各開口部や積層構造部の形状、寸法を変化させることで（これによりRIE
lag，ARDEの利用を併用する）、最終的な連通溝の形状をより精度良く制御することが可能となる。ここでも、マスク層に更にハーフエッチングを加えてもよい。また、経過的に側壁を形成するためのマスク層（側壁形成用マスク部）を形成しない方法を採ることもできる。

以上の各場合において、マスク層と基板のエッチング選択比、マスク層の厚みを制御することで、側壁形成用マスク部やマスク層の剥離工程を不要にできる。具体的には、基板のエッチング時にマスク層や側壁形成用マスク部がエッチング除去されてしまうような厚みで、マスク層や側壁形成用マスク部を形成する。

（ADEの説明）
ADEについて説明する。基板がSiの場合、例えばSF，CF系のガスでエッチングできる。基板がSiO₂の場合、例えばCF，CHF，CFCl系のガスでエッチングできる。Siのエッチングにおいては、SF系ガスによるエッチング、CF系ガスによるパッシベイション層（エッチング保護膜：溝の側壁がエッチングされるのを防止する）の形成を交互に行なうことで、Siを垂直方向に且つ高速にエッチングできる。

また、図２（B）に示すように、溝の側壁方向にもエッチングを進めて、若干横方向に膨らんだビア樽形状の溝２０４を得ることもできる。エッチング形状は、エッチングパワー、エッチングガス流量、チャンバー内の圧力、チャンバー及び基板の温度等で制御できる。図２（B）に示す様なビア樽形状の溝を形成した場合、隣接する溝間の距離（側壁の厚み）を狭めることができる。更には、比較的早い段階で、隣接する溝同士を連通できる。これにより、経過的に形成される隣接する溝同士を連通させるためのエッチング時間を短くできる。又は、隣接する溝同士を連通させるためのエッチングが不要となる。

エッチング過程において、基板をエッチングしていくに従い、マスク層（側壁形成用マスク部）自体もサイドエッチングされていき、寸法（幅）が細くなっていく。これにより、隣接する溝の間の側壁（基板材料）は、次第に薄くなっていく。よって、上述した様に、マスク層（側壁形成用マスク部）の幅が、基板が所望の深さまでエッチングされた時点で、無くなるような設計として、隣接する溝の間の基板材料及びマスク層（側壁形成用マスク部）をADEの際に除去してしまうことができる。

（連通溝形成（等方エッチング）の説明）
隣接する溝間の側壁が残る場合には、例えば、図３（B）に示す様に、隣接する溝同士を連通し、曲面形状３０６を有する連通溝３０５を得る（図３（C）参照）。このために、側壁方向へのエッチングが進行するエッチングを行う。この場合、ドライエッチング、ウェットエッチングの何れの手法を用いてもよい。Siを等方的にドライエッチングするには、例えば、SF系のガスや、XeF₂ガス等が用いられる。Siを等方的にウェットエッチングするには、例えば、硝酸とフッ酸の混合液等を用いることができる。SiO₂を等方的にドライエッチングするには、例えば、CF系のガス等を用いることができる。SiO₂を等方的にウェットエッチングするには、例えば、フッ酸等が用いられる。

（ノズル形成方法の説明）
上記微小構造体の作製方法において、マスク層の一部の開口部寸法を大きくすること等の手法で、一部の溝を他の溝と比較して、際立って深く掘ることができる（図９（C）参照）。更には、基板を貫通する溝を形成できる（図９（D）参照）。これにより、曲面形状９０６、貫通部９０７を有する連通溝９０５を得ることができる。この場合、連通溝９０５の底部の形状は、前述の如く制御可能なので、図９（E）の如く滑らかに連続する曲面形状９０８にすることが可能である。

この際、貫通部は、連通溝を形成する際に一括して形成することが可能であるが、必要に応じて、基板のもう一方の面（裏面）に別途マスク層と開口部を設け、該開口部より基板をエッチングして貫通部を形成することも可能である。

（インクジェットヘッドの作製方法の説明）
上記微小構造体の作製方法を応用して、インクジェット用記録ヘッドを形成する方法を図１０に示す。ノズル部、圧力室、共通液室となる部分の基板貫通の有無、エッチング深さの程度に応じて、基板１００１上に、開口部１００２を有するマスク層１００３を形成する（図１０（A）、（B））。該基板１００１を異方性エッチングし、深さの異なる複数の溝１００４を形成する（図１０（C））。続いて、等方エッチングにより側壁をもエッチングして、隣接する溝１００４同士を連通し、ノズル部１００６、圧力室１００７，共通液室１００８を有する連通溝１００５を形成する（図１０（D））。最後に、マスク層１００３を除去し、振動板１００９、圧電素子１０１０を形成することで、インクジェット用記録ヘッドを得る（図１０（E））。この場合、必要に応じて圧力室１００７、共通液室１００８の一部に曲面形状を設けることが可能である。また、勿論、圧力室、共通液室の加工深さなどは制御可能である。

ここでは図３、図４に対応するエッチング方法を用いたが、図２、図５、図６に対応するエッチング方法を用いてインクジェット用記録ヘッドを形成することもできる。

以下に、本発明を具体的な実施例に基づき説明する。
（第１実施例）
微小構造体、流路、これを用いて形成されるインクジェット用記録ヘッド、及びこれらの作製方法の第１の実施例を図８に沿って説明する。基板８０１としては、シリコン基板を用い、該基板８０１に、ADEを行なうためのマスク層８０３を形成する。マスク層８０３にはフォトレジストを用いる。基板８０１の被エッチング面にフォトレジストを約３μｍコートし、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングして適当な形状、寸法の開口部８０２を形成する。開口部８０２間には、境界側壁形成用マスク部８０３ａを形成する。

パターンは、図８（A）に示す如く、同心円状のラインアンドスペース状のパターンである。このラインアンドスペースのマスク層部（境界側壁形成用マスク部）８０３ａの幅は、一様に２μｍである。開口部８０２の幅は、最外周が２μｍであり、内側の開口部に向かって４μｍづつ開口部幅が増大する構成である。このドーナツ状の開口パターンの数は３つである（開口部幅：２，６，１０μｍ）。中心部の円形開口の直径は１４μｍである。開口部８０２は、その下方に形成されるエッチング溝の深さに影響を与えない限り、図８（B）に示す如く、細い部分８０２ａで繋がっていてもよい。

本実施例では、基板８０１の異方性エッチングには、ALCATEL社製シリコンディープエッチャーを用いる。また、中心部の開口部パターンの下方が約８０μｍエッチングされるとき、最外周の開口部パターンの下方は６２μｍエッチングされる様に、マスク層８０３、開口部８０２等が設定されている。このときのエッチング条件は以下の様なものである。

エッチング条件
［使用ガス：ＳＦ_６（エッチング用ガス）／Ｃ_４Ｆ_８（パッシベイション層形成用ガス）］
［ガス流量：３００ｓｃｃｍ（エッチング用ガス流量）／１５０ｓｃｃｍ（パッシベイション層形成用ガス流量）］
［ガスサイクル：７ｓｅｃ（エッチング用ガス）／２ｓｅｃ（パッシベイション層形成用ガス）］
［基板温度：２０℃］
［ＩＣＰソースパワー：１８００ Ｗ］
［Ｂｉａｓパワー：３０Ｗ］
［エッチレート：６μｍ／ｍｉｎ］

そして、境界側壁形成用マスク部８０３ａの下方に経過的に形成される隣接溝８０４間のシリコン（側壁）は、XeF₂を用いるシリコン等方エッチャーを用いてエッチングし、連通溝８０５を得る。こうして、図８（E）に示す如き略垂直形状壁と曲面形状８０６の底部とからなる溝８０５を有する微小構造体（流路構造）が得られる。

（第２実施例）
本発明の第２の実施例を図７に沿って説明する。第２実施例においては、開口部パターン形状を図７（A）に示す如き並行するラインアンドスペースとする。このラインアンドスベースのマスク層部７０３ａの幅は、一様に２μｍである。開口部７０２は、平行方向の長さは全て１００μｍであり、ラインアンドスペース方向の幅は、端から順番に、２，６，１０，１４，１０，６，２μｍである。ここでも、開口部７０２は、その下方に形成されるエッチング溝の深さに影響を与えない限り、図７（B）に示す如く、細い部分７０２ａで繋がっていてもよい。

本実施例でも、基板７０１の異方性エッチング（ADE）には、ALCATEL社製シリコンディープエッチャーを用いる。また、中心部の開口部パターンの下方が約８０μｍエッチングされるとき、最外端の開口部パターンの下方は６２μｍエッチングされる様に、エッチング条件、マスク層７０３、開口部７０２が設定されている。

ここでも、境界側壁形成用マスク部７０３ａの下方に経過的に形成される隣接溝７０４間のシリコンは、XeF₂を用いるシリコン等方エッチャーを用いてエッチングし、連通溝７０５を得る。残ったマスク層７０３は、有機溶剤で除去する。こうして、図７（E）に示す如き略垂直形状壁と曲面形状７０６の底部とからなる溝７０５を有する微小構造体（流路構造）が得られる。

（第３実施例）
本発明の第３の実施例を図９に沿って説明する。第３実施例においては、開口部パターン形状は、図９（A）に示す如き、同心円状のラインアンドスペース状のパターンである。このラインアンドスペースのマスク層部９０３ａの幅は、一様に２μｍである。開口部９０２の幅は、最外周が２μｍであり、内側の開口部に向うに従って、４μｍづつ開口部幅が増大する構成である。このドーナツ状の開口パターン数は３つである（開口部幅：２，６，１０μｍ）。中心部の円形開口の直径は４０μｍである。

本実施例でも、基板９０１の異方性エッチング（ADE）には、ALCATEL社製シリコンディープエッチャーを用いる。また、中心部の開口部パターンの下方が貫通エッチングされるとき、最外周の開口部パターンの下方は基板９０１の厚みの約７割エッチングされる様に、エッチング条件、マスク層９０３、開口部９０２が設定されている。

そのエッチング条件は以下の通りである。
［使用ガス：ＳＦ_６（エッチング用ガス）／Ｃ_４Ｆ_８（パッシベイション層形成用ガス）］
［ガス流量：３００ｓｃｃｍ（エッチング用ガス流量）／１５０ｓｃｃｍ（パッシベイション層形成用ガス流量）］
［ガスサイクル：７ｓｅｃ（エッチング用ガス）／２ｓｅｃ（パッシベイション層形成用ガス）］
［基板温度：２０℃］
［ＩＣＰソースパワー：１８００ Ｗ］
［Ｂｉａｓパワー：３０Ｗ］
［エッチレート：６μｍ／ｍｉｎ］

ここでも、境界側壁形成用マスク部９０３ａの下方に経過的に形成される隣接溝９０４間のシリコンは、XeF₂を用いるシリコン等方エッチャーを用いてエッチングし、貫通部９０７を有する連通溝９０５を得る。こうして、図９（D）に示す如き略垂直形状壁と曲面形状９０６の底部とからなる溝９０５と貫通部９０７を有する微小構造体（流路構造）が得られる。

（第４実施例）
微小構造体、及び流路、これを用いて形成されるインクジェット用記録ヘッド、及びこれらの作製方法の第４の実施例を図１０に沿って説明する。第４実施例においては、パターニング時に、更に圧力室１００７となる部分、共通液室１００８となる部分の開口１００２を形成する。圧力室を形成するための開口部１００２ａとしては、最小寸法（狭い方の幅の寸法）２μｍの開口パターンを用いる。共通液室を形成するための開口部１００２ｂとしては、最小寸法４０μｍの開口パターンを用いる。

ここでも、ADEには、ALCATEL社製シリコンディープエッチャーを用いる。本実施例では、同心円状のラインアンドスペース状のパターン中心部の開口部の下方の基板１００１、及び共通液室を形成するための開口部１００２ｂの下方の基板１００１が貫通エッチングされるとき、同心円状のラインアンドスペース状のパターン最外周の開口部の下方、及び圧力室を形成するための開口部１００２ａの下方の基板１００１は基板１００１の厚みの約７割エッチングされる様に、エッチング条件、マスク層１００３、開口部１００２が設定されている。

そのエッチング条件は以下の通りである。
［使用ガス：ＳＦ_６（エッチング用ガス）／Ｃ_４Ｆ_８（パッシベイション層形成用ガス）］
［ガス流量：３００ｓｃｃｍ（エッチング用ガス流量）／１５０ｓｃｃｍ（パッシベイション層形成用ガス流量）］
［ガスサイクル：７ｓｅｃ（エッチング用ガス）／２ｓｅｃ（パッシベイション層形成用ガス）］
［基板温度：２０℃］
［ＩＣＰソースパワー：１８００ Ｗ］
［Ｂｉａｓパワー：３０Ｗ］
［エッチレート：６μｍ／ｍｉｎ］

ここでも、境界側壁形成用マスク部の下方に経過的に形成される隣接溝１００４間のシリコンは、XeF₂を用いるシリコン等方エッチャーを用いてエッチングし、貫通部１００６を有する連通溝１００５、及び圧力室１００７、共通液室１００８を得る。残ったマスク層１００３は、有機溶剤で除去する。これに、ガラスを主成分とする振動板１００９と、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）を主成分とする圧電素子１０１０を形成することで、図１０（E）に示す如き微小構造体（インクジェット用記録ヘッド）を得る。

（第５実施例）
本発明の第５の実施例を説明する。第５の実施例は第１の実施例とほぼ同じである。異なる点はエッチング条件のガスサイクルで次の様になっている。
［ガスサイクル：１０ｓｅｃ（エッチング用ガス）／２ｓｅｃ（パッシベイション層形成用ガス）］

これにより、境界側壁形成用マスク部の下方に経過的に形成される隣接溝８０４間のシリコンを等方エッチングするための特別な工程を行なう必要なく、図８（E）に示す如き略垂直形状壁部と曲面形状底部８０６とからなる溝８０５を有する微小構造体（流路構造）を得ることができる。

本発明の微小構造体の例を示す断面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例を示す断面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例を示す断面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例を示す断面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例を示す断面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例を示す断面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例を示す断面図、及び平面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例を示す断面図、及び平面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例を示す断面図、及び平面図。 本発明のインクジェット用記録ヘッドの製造方法の一例を示す断面図、及び平面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例で用いるマスク層パターンを示す平面図。 本発明の微小構造体の製造方法の一例で用いるマスク層の断面を示す断面図。

符号の説明

７２，２０２，３０２，４０２，７０２，８０２，９０２，１００２ 開口部（ハーフエッチングされたマスク層部、一種類ないし複数種類の材料の積層構造部）
７３，７０３ａ，８０３ａ，９０３ａ，１００３ａ 側壁形成用マスク層部
８１，１０５，１０８，２０１，３０１，４０１，７０１，８０１，９０１，１００１ 基板
８２ 垂直面８２ａと曲面的底部８２ｂを持つ厚みの変化するマスク層部
８３，２０３，３０３，４０３，５０１，６０１，６０２，６０３，７０３，８０３，９０３，１００３ マスク層
８４ 基板表面
８５ 垂直面８５ａと曲面的な底部８５ｂを持つ溝
１０１，１０３ 略垂直形状壁部
１０２，３０６，７０６，８０６，９０６ 曲面形状底部
１０４，４０６ 漏斗形状（傾斜面形状）底部
１０６，１０９，２０５，３０５，４０５，７０５，８０５．９０５，１００５ 連通溝
１０７，１１０，９０７，１００６ 貫通部（ノズル）
２０４，３０４，４０４，７０４，８０４，９０４，１００４ 溝
７０２ａ，８０２ａ 開口部の細い連絡部分
９０８ 連続する曲面形状底部
１００２ａ 圧力室を形成するための開口部
１００２ｂ 共通液室を形成するための開口部
１００７ 圧力室
１００８ 共通液室
１００９ 振動板
１０１０ 圧電素子

Claims (9)

1. 場所により深さが変化する溝ないし孔が基板に形成された構造体の製造方法であって、基板上にエッチングマスク層を形成するマスク形成工程と、該エッチングマスク層を用いて基板をエッチングして、側壁を挟んで隣接する複数の成分溝を経過的に形成し、その後、更にエッチングを進めて複数の成分溝のそれぞれを連結させ、複数の成分溝の底面の包絡面が所望の溝ないし孔の底面にほぼ相当する様にして所望の溝ないし孔を形成するエッチング工程とを有することを特徴とする構造体の製造方法。
2. 前記エッチング工程は、前記基板をエッチングして前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝を形成する第一のエッチング工程と、前記第一のエッチング工程により形成された複数の成分溝のそれぞれを連結させるようにエッチングを行う第二のエッチング工程とからなる請求項１記載の製造方法。
3. 前記マスク層は、前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝が経過的に形成される様に、前記側壁を形成するための充分な厚みの境界側壁形成用マスク部を間に挟み且つ形状と寸法が適当に設定された複数の開口部を有する請求項１または２記載の製造方法。
4. 前記マスク層は、前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝が経過的に形成される様に各部の厚みが適当に設定される請求項１または２記載の製造方法。
5. 前記マスク層は、複数の層により形成される部分を有し、前記側壁を挟んで隣接する複数の成分溝が経過的に形成される様に各部の積層構造が適当に設定される請求項１または２記載の製造方法。
6. 場所により深さが変化する溝ないし孔が基板に形成された構造体の製造方法であって、基板上にエッチングマスク層を形成するマスク形成工程と、該エッチングマスク層を用いて基板をエッチングして所望の溝ないし孔を形成するエッチング工程とを有し、前記マスク層は、形成されるべき溝ないし孔の前記変化する深さにほぼ対応して厚みまたは積層構造が変化する部分を有することを特徴とする構造体の製造方法。
7. 基板に溝ないし孔が形成された構造体であって、前記溝ないし孔は１ミクロンから１０００ミクロン程度のサイズ部分を有し、その形状が、円柱形状を有する部分と半球形状を有する部分を含むことを特徴とする構造体。
8. 前記半球形状を有する部分から、前記円柱形状を有する部分のある方向とは異なる方向に、前記基板を貫通するための流路となる部分を更に有する請求項８記載の構造体。
9. インクジェット用記録ヘッドであって、請求項８記載の構造体と、インクにエネルギーを作用させて駆動させるための駆動手段とを備えていることを特徴とするインクジェット用記録ヘッド。

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