JP2007160625A - シリコン基板のエッチング方法、インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓｉ基板の一方の面に機能素子を形成した後でもＳｉ基板をエッチングするに好適なエッチング方法、発熱体等をＳｉ基板の一方の面に設けその後エッチングによりインク供給口を設けるに好適なインクジェット記録ヘッドの製造方法、小型化・高密度化が容易なインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】ＥＣＲスパッタ法により成膜した金属酸化膜および金属窒化膜の少なくとも一方をマスクに用いてＳｉ基板をエッチングする方法。発熱体とインクを吐出するための吐出口が設けられたオリフィスプレートとが一方の主面側に設けられたＳｉ基板を用意する工程；及びＳｉ基板の他方の主面を前記方法によってエッチングしてＳｉ基板に貫通孔を設けることによりインク供給口を形成する工程を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法。この製造方法により製造されたインクジェット記録ヘッド。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン基板のエッチング方法に関し、またインクジェット記録ヘッドに関する。

近年、小型の可動機構を有する微小機械がマイクロメカニクス技術により検討されている。特に、半導体集積回路形成技術（半導体フォトリソグラフィプロセス）を用いて単結晶シリコン基板に形成するマイクロ構造体は、基板上に複数の小型で作製再現性の高い微小な機械部品を作製することが可能である。このため、アレイ化、低コスト化が比較的容易となり、かつ小型化により従来の機械式構造体に比べて高速応答性が期待できるものである。このようなマイクロメカニクス技術において、シリコンの＜１１１＞面と他の結晶面とのエッチング速度差が生じることを利用したシリコン結晶軸異方性エッチングを用いるバルクマイクロマシーニング（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ−Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）が知られている。バルクマイクロマシーニングは、薄膜カンチレバーやノズル等を形成するために用いるスルーホールを精度良く作製する上で重要な技術である。そしてシリコン基板の裏面のみから結晶軸異方性エッチングを行いスルーホールを作製する方法は、基板表面にカンチレバーやマイクロバルブ等のデバイスを作製することが可能な方法であることから、この方法を用い様々なデバイスの研究開発がなされている。具体的な作成方法としては、特許文献１などに開示されている。

ところで、通称、サイドシューター型のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出発生素子が形成された基板にインク供給口である貫通口を設け、基板裏面よりインクを供給する方式が採用されている。このようなインクジェット記録ヘッドの製造方法としては、特許文献２、特許文献３に記載の方法による製造方法が提案されている。つまり、インク吐出発生素子の形成された基板に、サンドブラスト加工、或いは超音波研削加工等の機械加工方法で貫通口を形成した後、インク流路となるノズルを形成する。次いで、吐出口を形成した電鋳プレートを前記基板のインク流路、インク吐出発生素子の相対する位置に接着する方法である。

しかし近年では、インクジェット記録ヘッドの小型化および高密度化に対処し、基板内に半導体製造技術を用いて、インク吐出発生素子を駆動するためのダイオードマトリックス回路やシフトレジスタ回路等の電気的制御回路を内蔵する方法が知られている。このような高機能なインクジェット記録ヘッドは、インク供給口の形成に、サンドブラスト、超音波研削加工のような機械加工法を用いた場合において、耐静電気および耐振動の点で非常に敏感である。よって機械加工がしばしば回路特性に影響を与える要因となることから、取り扱いに注意が必要である。

そこで、前記する問題を改善する手段として、Ｓｉ基板を用いた場合、インク供給口を基板裏面より化学的にエッチングして形成する方法が提案されている。この方法は、貫通口の形成を化学的にエッチング処理して形成する方法であることから、その形成工程をインクジェット記録ヘッドの製造工程中のどの時点で行うかは、任意に設定可能である。つまり、インクジェット記録ヘッドの主たる機能部分が形成された最終工程で実施することが可能である。
特開平１０−１８１０３２号 特開昭６２−２６４９５７号公報 米国特許４７８９４２５号公報

しかしながら、化学的にシリコンをエッチングする場合、そのエッチング液には、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ＫＯＨ、ＨＦ、ＨＮＯ₃など、非常に反応性の高い薬品を用いる。そのため、これらの薬品をエッチング液として使用する場合のエッチングマスクは、これらの薬品に侵されない、耐薬品性の高いものでなければならない。

ところが、このような耐薬品性を有する膜は、無機膜の場合においても有機膜の場合においても、一般的に３００℃程度以上の高温で成膜する必要がある。

このように高温で成膜する必要があるため、インクジェット記録ヘッド等のデバイスの製造プロセスの初期において膜形成し、その後の工程において機能素子をするのが一般的である。そのため、基板表側に機能素子を設け、これに基板裏面側からスルーホールを形成する場合、工程の流動によって、製造プロセスの初期において基板裏面に形成したシリコン基板のエッチングマスクが損傷し、スルーホールを形成できなくなってしまうことがある。

一方、＜１００＞方位のシリコン基板に結晶性異方性エッチングによってスルーホールを形成する場合、形成時間を短縮する目的で、チップサイズが大きくなることを防ぐ目的で、薄いウエハーを使用したいことがある。しかしながら薄いウエハーを流動した場合、ウエハーの反りが原因で露光に問題が生じ、微細パターンを形成することができなかったり、ウエハーの強度が下がり流動の途中で割れ・欠けなどの問題を生じることがある。それらの問題を回避するためには、製造プロセスの終盤までは通常の厚みのウエハーを流動し、最終段階でウエハーを薄く加工して、それにエッチングマスクを形成し、シリコン基板をエッチングしたい。ところが製造プロセスの終盤においては、すでに機能素子が形成されてしまっており、シリコン基板をエッチングする際のエッチングマスクを形成するために基板を高温にすると、これら機能素子がだめになってしまう。

すなわち、シリコン基板のエッチングマスクを低温で形成することができないため、製造プロセスの初期においてエッチングマスクとなる膜を形成しなければならなかった。そのため従来の技術では、製造プロセスの途中でエッチングマスクが損傷を受けることを防止することができなかった。また、製造プロセスのはじめから薄いウエハーを流動するには基板強度に問題があった。さらには、従来の方法では、エッチングマスクを形成する際に高温になり、ウエハーに形成済みの機能素子を壊してしまう。そのため、製造プロセスの終盤にウエハーを薄くした後で、エッチングマスクを形成した厚みの薄いシリコン基板をエッチングするということはできなかった。すなわち、機能素子を形成した後であっても、シリコンをエッチングするに好適な技術が求められていた。

本発明の目的は、シリコン基板の一方の面に機能素子を形成した後であっても、シリコン基板をエッチングするに好適なエッチング方法を提供することである。

本発明の別の目的は、発熱体等をシリコン基板の一方の面に設け、その後エッチングによりインク供給口を設けるに好適な、ヘッドの小型化・高密度化に効果的なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、小型化・高密度化が容易なインクジェット記録ヘッドを提供することである。

本発明により、ＥＣＲスパッタ法により成膜した金属酸化膜およびＥＣＲスパッタ法により成膜した金属窒化膜の少なくとも一方をエッチングマスクに用いてシリコン基板をエッチングするシリコン基板のエッチング方法が提供される。

本発明により、ａ）発熱体と、インクを吐出するための吐出口が設けられたオリフィスプレートとが一方の主面側に設けられたシリコン基板を用意する工程；および、
ｂ）該シリコン基板の他方の主面を請求項７〜９の何れか一項記載のエッチング方法によってエッチングして該シリコン基板に貫通孔を設けることによりインク供給口を形成する工程
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法が提供される。

本発明により、上記製造方法により製造されたインクジェット記録ヘッドが提供される。

本発明により、シリコン基板の一方の面に機能素子を形成した後であっても、シリコン基板をエッチングするに好適なエッチング方法が提供される。

また本発明により、発熱体等をシリコン基板の一方の面に設けた後に、エッチングによりシリコン基板にインク供給口を設けるに好適な、ヘッドの小型化・高密度化に効果的なインクジェット記録ヘッドの製造方法が提供される。

さらに本発明により、小型化・高密度化が容易なインクジェット記録ヘッドが提供される。

本発明では、シリコン基板をエッチングする際に、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ法によって形成した金属酸化膜または金属窒化膜をエッチングマスクに使用する。

ＥＣＲスパッタ法は、例えば、８７５ガウスの磁場と２．４５ＧＨｚのマイクロ波の相互作用で電子がサイクロトロン運動し、スパッタガスの電離確率が高くなり、１０^-5〜１０^-7Ｔｏｒｒの高真空下で安定したプラズマが得られる特徴を持つ。勾配磁場によりプラズマの中性を保ちながら引き出されたプラズマ流のイオンが、途中に配置した負にバイアスされたターゲットに加速され衝突しスパッタされる。スパッタされた中性粒子はプラズマ中でイオン化されプラズマ流とともに基板方向に加速され成膜される。すなわち、ケミカルベーパーであるＥＣＲプラズマ流を固体ターゲットに接触させ、フィジカルベーパーであるスパッタ粒子を発生させ、ケミカルベーパーとフィジカルベーパーを基板に堆積させ膜形成するものである。

ＥＣＲスパッタの特徴として、まず第一に、反応性スパッタに好適であることをあげることができる。ＣＶＤ法にみられるＳｉ−Ｈ結合及び中間生成物などの混入がなく、スパッタ法にみられる組成ズレや基板ダメージがほとんどない。そのため、化学的にシリコンをエッチングする際に使用するＴＭＡＨ、ＫＯＨ、ＨＦ、ＨＮＯ₃などに対して、耐性を有する膜を形成するのに非常に有利である。

第二の特徴としては、低温で成膜することが可能であることをあげることができる。これはすなわち、インクジェット記録ヘッド等の機能素子デバイス製造プロセスの終盤において、基板へ既に機能素子が形成されている状況においても、シリコンのエッチングマスクを良好に成膜することが可能であることを意味する。基板裏面（機能素子が形成されていない側の主面）へエッチングマスクを形成しなければならないような場合においても、機能素子が形成された後、製造プロセスの終盤においてマスクを形成すれば工程流動中にマスクが損傷を受けることが優れて防止される。

また製造プロセスのはじめから薄いウエハーを流動させることは、ウエハーの割れ・欠けを防ぐために避けることが望まれる。ＥＣＲスパッタを用いれば、機能素子が形成された後、製造プロセスの終盤においてウエハーを薄く加工し、エッチングマスクを形成することが可能である。ゆえに、シリコン基板にスルーホールを形成するような場合、エッチング時間を短縮することが可能になる。

また結晶方位＜１００＞のシリコン基板に結晶性異方性エッチングでスルーホールを形成するような場合には、テーパー状に形成されるスルーホールによってチップサイズが大きくなってしまう。エッチングの前にウエハーを薄くすることによって、これを回避することができる。これによりウエハー当たりのチップ取り個数を多くし、コストダウンすることが可能になる。またこれは機能素子デバイスの小型化や高密度化に有利である。

前記エッチングがシリコンの等方性エッチングであることができる。

等方性エッチングの場合、前記エッチングにおいて、エッチング液に、バッファードフッ酸を用いるかあるいはＨＦおよびＨＮＯ₃を含む混合液を用いることが好ましい。このＨＦおよびＨＮＯ₃を含む混合液がＣＨ₃ＣＯＯＨを含むことができる。

本発明のエッチング方法は、シリコンウエハに貫通孔（スルーホール）を形成するに好適である。

また、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）成長Ｓｉ単結晶中には、９００〜１２００℃の温度領域での熱酸化処理により、しばしば酸化誘起積層欠陥（以下ＯＳＦという）が発生することが知られている。このＯＳＦがデバイス特性に悪影響を与え、歩留まりが悪化する場合がある。デバイス製造プロセスの終盤で研削等によってウェハを薄くすることで、ＯＳＦを取り除くことが可能となり、歩留まり向上が期待できる。

以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

〔実施例１〕
図１にインクジェット記録ヘッドを製造する過程を示す。図１（ａ）にはシリコン基板３００の一方の主面（図中、上側の面。以下、表側面という）に、液流路となる除去可能な液流路型材２００をフォトリソグラフィー技術により形成した様子を示している。シリコン基板としては＜１００＞面の結晶方位を持つＳｉ基板（厚さ６２５μｍ±２５μｍ）を用いた。なお、この段階で、半導体製造技術によってインク吐出発生素子（発熱体）と、この素子を駆動させるための駆動素子と、インク吐出発生素子から外部制御機器への電気的取り出し電極とが形成されている（いずれも不図示）。インク吐出発生素子、駆動素子、電極はインクジェット記録ヘッドの分野で公知の技術により形成することができる。

なお、ポジ型フォトレジストＰＭＥＲ−ＡＲ９００（東京応化工業（株）製、商品名）を用い所望の膜厚およびパターンに形成した。その後、液流路を形成するための液流路型材を被覆するように、吐出口１００を含むオリフィスプレート１５０をフォトリソグラフィー技術により形成したものである。

オリフィスプレート材（材料）の例としては、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリル樹脂等があげられる。ここで、オリフィスプレート材としては、インクジェット記録ヘッドとして、常にインクと接触するため、オリフィスプレート材としての選択には以下の点を考慮して、適宜選択することができる。
１）オリフィスプレート材がインクとの接液によって、オリフィスプレート材からの不純物がインク液に溶出しないこと。
２）オリフィスプレート材とＳｉ基板１との密着性が良く、経時的変化による剥がれが起らないこと。

これらの点から、オリフィスプレート材としては、光反応によるカチオン重合性化合物が好ましい。

また、オリフィスプレート材の選択は、使用するインク液によっても、大きく左右されることから、上記の材料以外の化合物も使用可能であり、目的にあった材料を選択することができる。本実施形態ではオリフィスプレートの材料としては脂環式エポキシ樹脂を用いている。

なお、図１（ａ）の段階では、シリコン基板の他方の主面（図中下側の面。以下裏面という）には、膜が形成されていない。工程後にこの基板裏面を観察したところ、流動中に搬送等によって生じたと思われる傷が生じていた。

図１（ｂ）には、上記シリコン基板３００の裏面に、ＥＣＲスパッタによって、ＳｉＯ₂膜４００を成膜した状態を示す。膜厚は７０００Åで、成膜条件は、アルゴン４０ｓｃｃｍ、酸素７ｓｃｃｍであり、成膜圧力は１．５１×１０^-0.1Ｐａ、マイクロ波のパワーは５００Ｗ、ターゲットに印可したパワーも５００Ｗ、磁場を形成するコイルには２６Ａ印可した。このとき成膜レートは約１００Å／ｍｉｎである。

なお、ＥＣＲスパッタの際に実験的に基板表側面へサーモラベルを貼り付け成膜中の基板温度を測定したところ、１５０℃以下であることが確認できた。基板表側面に形成したインクジェット記録ヘッドの機能素子は、工程途中において１５０℃以下であれば、液流路、ノズルなどを形成する樹脂などに影響がないことが確認されている。

図１（ｃ）には、上記ＥＣＲスパッタ法により成膜したＳｉＯ₂膜４００上にレジストを塗布し、このレジストをパターニングしてマスクとしてＳｉＯ₂をエッチングし、パターン（ＥＣＲＳｉＯ₂パターン）１２００を形成した様子を示す。レジストには東京応化製ＯＦＰＲ８００（商品名）を厚み７μｍで使用し、ＳｉＯ₂膜のパターニングにはバッファード弗酸を使用した。なお、バッファード弗酸によるＳｉＯ₂のエッチングレートは約６００Å／ｍｉｎであった。これは熱酸化によって形成したＳｉＯ₂のエッチングレートと同等であった。

図１（ｄ）には、上記形成したＳｉＯ₂膜パターン１２００をマスクとして、シリコン基板を結晶性異方性エッチングし、シリコン基板に貫通口を設けて、インクジェット記録ヘッドのインク供給口５００を形成した様子を示す。シリコン基板の結晶性異方性エッチングに際しては、基板表側面を環化ゴム（東京応化製、商品名：ＯＢＣ）によって被覆した。基板表側面の機能素子を保護するために使用するには、環化ゴムに限らず、他の種類の樹脂であっても良い。

また、結晶性異方性エッチングのエッチング液としては、ＴＭＡＨを使用した。濃度は２２質量％、温度は８３℃であり、このときのシリコン基板のエッチングレートは約６８００Å／ｍｉｎであり、基板の厚みが６２５μｍ±２５μｍであったので、基板裏面から基板表側面までインク供給口を貫通させるために、およそ１６ｈｒを所用した。結晶性異方性エッチング終了後、環化ゴムをキシレンによって剥離した。ＳｉＯ₂被覆前の状態において基板裏面に傷が生じていたが、特に問題のない、良好な形状のインク供給口を得ることができた。最後に液流路の型材を溶解除去することにより、インクジェット記録ヘッドの主要な製造工程が完了する。この後、基板をダイシングソー等により切断分離、チップ化し、インク吐出発生素子（発熱体）や駆動素子に電源供給するための電気的接合を行う。そして、インク収納部に接続されたインク供給路に接続して、インクジェット記録ヘッドを得る。

このようにして製作したインクジェット記録ヘッドに、インクを供給し吐出させたところ、インクジェット記録ヘッドは何の問題もなく作動し、非常に良好な印字を得ることができた。

なお、本実施例においては、シリコンの結晶性異方性エッチングにＴＭＡＨを使用したが、ＴＭＡＨの代わりにＫＯＨなどを使用しても良い。

また、結晶方位＜１００＞のシリコン基板を使用したが、結晶方位＜１１０＞を使用することも可能である。＜１００＞の場合、基板面に対して５４．７°のテーパーを持った穴が形成されたが、＜１１０＞を使用した場合は、基板面に対して９０°の垂直な穴が空くことになる。

〔比較例１〕
シリコン基板としては実施例１と同様のものを用いた。

このシリコン基板上に熱酸化ＳｉＯ₂膜６００をインクジェット記録ヘッド製造工程の初期に形成した後に、工程流動を行った後、実施例１と同様にシリコン基板表側面にインクジェット記録ヘッドを構成する機能素子を形成した（図２（ａ））。熱酸化膜ＳｉＯ₂膜を形成した後の工程流動の途中において、熱酸化ＳｉＯ₂膜上に傷７００が生じてしまった。

この熱酸化ＳｉＯ₂膜を実施例１と同様にパターニングした（図２（ｂ））。

パターニングされた熱酸化ＳｉＯ₂膜をマスクとして、実施例１と同様に結晶性異方性エッチングによってインク供給口を形成した（図２（ｃ））。傷のある熱酸化ＳｉＯ₂膜をマスクとして、結晶性異方性エッチングを行ったため、傷のある部分でパターン欠陥８００が生じ、インク供給口形状が異常となり、不良チップとなってしまった。基板裏面から見た平面図を図２（ｄ）に示す。

〔実施例２〕
ＥＣＲスパッタ法により、ＳｉＯ₂膜に替えてＳｉＮ膜を形成した。ＳｉＮは次の条件で成膜した。膜厚は１５００Åで、成膜条件は、アルゴン３０ｓｃｃｍ、窒素７ｓｃｃｍであり、成膜圧力は１．２６×１０^-0.1Ｐａ，マイクロ波のパワーは５００Ｗ、ターゲットに印可したパワーも５００Ｗ、磁場を形成するコイルには２６Ａ印可した。このとき成膜レートは約５０Å／ｍｉｎである。

上記以外は実施例１と同様にして、インクジェット記録ヘッドを作成した。

実験的に基板表側面へサーモラベルを貼り付けＥＣＲスパッタによる成膜中の基板温度を測定したところ、１５０℃以下であることが確認できた。

ＳｉＮ成膜前の状態において、基板裏面には傷があったが、供給口は問題のない形に形成することができた。このようにして製作したインクジェット記録ヘッドのチップに、インク供給口からインクを供給し吐出させたところ、インクジェット記録ヘッドの記録素子は何の問題もなく作動し、非常に良好な印字を得ることができた。

なお、本実施例においては、シリコンの結晶性異方性エッチングにＴＭＡＨを使用したが、ＴＭＡＨの代わりにＫＯＨなどを使用しても良い。

また、結晶方位＜１００＞のシリコン基板を使用したが、結晶方位＜１１０＞を使用することも可能である。＜１００＞の場合、基板面に対して５４．７°のテーパーを持った穴が形成されたが、＜１１０＞を使用した場合は、基板面に対して９０°の垂直な穴が空くことになる。

〔比較例２〕
ＥＣＲスパッタＳｉＮ膜の替わりにプラズマＳｉＮ膜を使用したこと以外は実施例２と同様にして、インク供給口を形成した。しかしながら、シリコンの結晶性異方性エッチングにおいて、サイドエッチング量が非常に多く、供給口の大きさが非常に大きくなってしまい、不良チップとなってしまった。

〔実施例３〕
ＥＣＲスパッタ法により形成したＳｉＯ₂膜に重ねて環化ゴムからなる層を形成した。具体的には、実施例１と同様に、基板表側面にインクジェット記録ヘッドの機能素子等を形成した（図３（ａ））。次に、基板裏面にＥＣＲスパッタＳｉＯ₂膜４００を形成した（図３（ｂ））。成膜条件は実施例１と同じであるが、膜厚は１０００Åである。続いて環化ゴム（東京応化製、商品名：ＯＢＣ）をスピンコートにより塗布し、１００℃にてベークして環化ゴム膜（厚さ ）９００を形成した（図３（ｃ））。この上にレジスト（東京応化製、商品名：ＯＦＰＲ８００）を塗布しパターニングした後、これをマスクとして環化ゴムを酸素プラズマによってパターニングし、レジストを剥離し、環化ゴムパターン１０００を形成した（図３（ｄ））。この環化ゴムのパターンをマスクとして、ＥＣＲスパッタＳｉＯ₂膜をウエットエッチングした（ウエットエッチングの要領は実施例１と同じ）。これ以外は実施例１と同様にしてインクジェット記録ヘッドのチップを作成した。

このようにＥＣＲスパッタＳｉＯ₂膜と環化ゴムの２層膜をエッチングマスクとしてシリコン基板を結晶性異方性エッチングしたところ、良好な形状のインク供給口を得ることができた。また、このようにして製作したインクジェット記録ヘッドのチップに、インク供給口からインクを供給し吐出させたところ、インクジェット記録ヘッドの記録素子は何の問題もなく作動し、非常に良好な印字を得ることができた。

ＥＣＲスパッタによって形成したＳｉＯ₂膜だけをエッチングマスクにする場合に比較して、樹脂層をかぶせた２層膜構成とすることによって、ＳｉＯ₂のＥＣＲスパッタ時間を短縮することが可能である。そればかりでなく、樹脂層を被覆することによって、ＳｉＯ₂膜のピンホールを被覆し、ピンホールによる結晶性異方性エッチングの不良を優れて防止することができる。

なお、ＳｉとＥＣＲスパッタによるＳｉＯ₂は反応するため、非常に密着力がよい。結晶性異方性エッチングによるマスクとして、例えば樹脂１層だけをエッチングマスクとした場合は、シリコン基板のＳｉ面と樹脂に十分な密着力がないため、サイドエッチングが非常に大きくなり、結晶性異方性エッチングの形状は非常に悪くなる場合がある。それに対して、先にも述べたように、シリコン基板のＳｉ面とＥＣＲスパッタによるＳｉＯ₂は基本的に反応しており密着力が良いため、サイドエッチング量は非常に小さい。本実施例に示すように、密着力の良いＥＣＲスパッタＳｉＯ₂の上に樹脂層をかぶせてこれを結晶性異方性エッチングのマスクとすれば、シリコン基板に対して非常に密着力がよく、しかも樹脂層によってＥＣＲスパッタＳｉＯ₂のピンホールを被覆することができる。そのため、ＥＣＲスパッタによるＳｉＯ₂膜を薄くすることが可能で、ＥＣＲスパッタ時間を短縮することができる。

なお、本実施例においては、シリコンの結晶性異方性エッチングにＴＭＡＨを使用したが、ＴＭＡＨの代わりにＫＯＨなどを使用しても良い。

また、結晶方位＜１００＞のシリコン基板を使用したが、結晶方位＜１１０＞を使用することも可能である。＜１００＞の場合、基板面に対して５４．７°のテーパーを持った穴が形成されたが、＜１１０＞を使用した場合は、基板面に対して９０°の垂直な穴が空くことになる。

なお、本実施例においては、ＥＣＲスパッタＳｉＯ₂上に設ける樹脂層として環化ゴムを使用したが、この樹脂は環化ゴムに限定されるわけではなく、例えばポリエーテルアミドのような樹脂であっても良いし、他の樹脂であっても良い。

またさらには、樹脂のかわりに、ＥＣＲスパッタＳｉＯ₂上へ、ＥＣＲスパッタＳｉＮを被覆しても良い、この場合、ＥＣＲスパッタ装置への一度の基板装着によってＳｉＯ₂とＳｉＮの２層膜を形成することが可能なので、非常に簡便な工程となる。

〔実施例４〕
実施例４においては、基板表側面にインクジェット記録ヘッドの記録ヘッドの機能素子を形成した後、基板裏面を研磨し、プラズマ処理によって破砕層を除去した後、プラズマ処理面にＥＣＲスパッタＳｉＯ₂をスパッタし、これをエッチングマスクとして、インク供給口を結晶性異方性エッチングによって形成している。

すなわち実施例１と同様にしてシリコン基板表側面にインクジェット記録ヘッドの機能素子等を設けたものを用意した（図４（ａ））。

次に、シリコン基板の裏面をグラインダーによって研削した（図４（ｂ））。研削には、一般的なＳｉ基板の研削技術を用いることができる。また、図は省略しているが、研削工程を実施するに当たり、インクジェット記録ヘッドの機能素子が形成された面の保護を予め行った。保護には、研削終了後には保護した部材が容易に除去可能なもので、インクジェット記録ヘッドの機能素子を犯さない材料であれば、どのようなものを用いても構わない。例えば、高分子化合物、さらに言えば、環化ゴム系の樹脂をスピンコートして塗布する。或いは、一般的なＳｉ基板の保護テープと称されるマイラーフィルムやポリオレフィンフィルムに接着剤が塗布されたものが市販されており、使用が可能である。この実施例では、研削後の除去容易性の点で紫外線照射により粘着性が低下するエレップフォルダーＵＥシリーズ（商品名。日東電工（株）製）を用いた。なお、研削量は約２５０μｍである。研削前の基板厚さは約６２５μｍであり、最終的には３７５μｍの厚みのシリコン基板になった。

また、研削前の段階において、機能素子形成の過程で発生したと思われるキズが基板裏面に存在していた。裏面を研削しない場合、このキズはインク供給口を形成する結晶性異方性エッチングにおいて、エッチング形状に異常を引き起こす原因になる場合があるが、研削によってこのキズは削りとられ、消滅した。

基板裏面を研削後、研削面１３００に形成された破砕層（加工歪み）１４００をドライエッチングによって２〜３μｍ取り除いた（図４（ｃ））。これによってシリコン基板の裏面はプラズマ処理面１５００となる。エッチングガスとしてはＳＦ₆を使用したが、これに限られるものではない。破砕層を取り除くことによって、結晶性異方性エッチングにおいて良好な形状でエッチングできるばかりでなく、基板の抗折強度が増し、後工程における割れ・欠けを優れて防ぐことができるようになる。なお、破砕層を取り除く手段としては、本実施例において用いたドライエッチングばかりでなく、弗硝酸などの薬液を用いるウエットエッチングや、研磨（ポリッシュ）によって取り除く方法があり、これらの方法を本実施例に用いることも可能である。

プラズマ処理した基板裏面へ、ＥＣＲスパッタによってＳｉＯ₂を成膜した（図４（ｄ））。成膜条件等は実施例１と同じであるが、実施例１に比較して、基板厚みが６２５μｍから３７５μｍに薄くなっているため、インク供給口を形成する結晶性異方性エッチングの時間も短くてよい。従って、エッチングマスクとして使用するＥＣＲスパッタＳｉＯ₂とシリコンのＴＭＡＨに対する選択比を考慮した場合、ＥＣＲスパッタＳｉＯ₂の膜厚も薄くて良い。シリコン基板の厚みが６２５μｍから３７５μｍへ薄くなったため、その比に従って、ＥＣＲスパッタＳｉＯ₂膜４００の膜厚も実施例１の７０００Åから４２００Åへと薄くした。

次いで、実施例１と同様に、形成したＥＣＲスパッタＳｉＯ₂膜をパターニングした（図４（ｅ））。このときウエハー（シリコン基板）の厚みは薄くなっており、結晶性異方性エッチングのパターンを露光する際において若干の反りがあったが、本実施例における結晶性異方性エッチングの粗いパターンにおいては、影響はなかった。

そして、実施例１と同様に、上記ＳｉＯ₂パターン１２００をマスクとして、シリコン基板を結晶性異方性エッチングし、インクジェット記録ヘッドのインク供給口５００を形成した（図４（ｆ））。結晶性異方性エッチングに要した時間は、基板の厚みに比例し、実施例１においては１６ｈｒであったが、本実施例においては９．６ｈｒであった。それ以後の工程は実施例１と同じ要領にて行った。ウエハーの厚みは薄くなっているが、ウエハーを薄くした後の工程数が短くトラブルの発生する機会が少なかったこともあり、ウエハーの割れ・欠けなどは、全く発生しなかった。

このようにして製作したインクジェット記録ヘッドのチップに、インク供給口からインクを供給し吐出させたところ、インクジェット記録ヘッドの記録素子は何の問題もなく作動し、非常に良好な印字を得ることができた。

なお、本実施例においては、シリコンの結晶性異方性エッチングにＴＭＡＨを使用したが、ＴＭＡＨの代わりにＫＯＨなどを使用しても良い。

また、結晶方位＜１００＞のシリコン基板を使用したが、結晶方位＜１１０＞を使用することも可能である。

なお、図１〜図４においては、わかりやすくするために基板の厚み、機能素子の厚み、結晶性異方性エッチングマスクの厚みの比を実際とは異なる比で描いているが、実際の寸法に合わせて描くと、ほぼ図５のようになる。図５には、インクジェット記録ヘッド・機能素子領域１６００と、厚み６２５μｍの結晶方位＜１００＞のシリコン基板３００と、結晶性異方性エッチングによって形成したインク供給口５００、及びチップ１７０１〜１７０３を示してある。図５に示しているように、点線で囲まれた１チップの大きさを律速しているのは、インクジェット記録素子領域ではなく、インク供給口の大きさであることがわかる。図６には、それに対してウエハーを薄くした場合の状態を示す。

この場合チップ１８０１〜１８０３の大きさを律速しているのは、インク供給口ではなく、インクジェット記録ヘッド・機能素子領域１６００であることがわかる。

一方、結晶方位＜１１０＞のシリコン基板を使用した場合は、結晶性異方性エッチングによって基板表側面・裏面に対して垂直にインク供給口を形成することが可能である。しかしながら、ウエハーの特性上ＩＣが大きくなり、ウエハーを薄くしない場合においてはインク供給口の大きさによってチップの大きさは律速され、ウエハーを薄くした場合においてチップの大きさは機能素子領域によって律速され、結果として、方位＜１００＞のシリコン基板を使用した場合に比較して、チップは大きくなってしまう。

〔実施例５〕
図７（ａ）に示すように、基板表側面にインクジェット記録ヘッドの機能素子を形成した＜１００＞面の結晶方位を持つＳｉ基板（厚さ６２５μｍ）４０を用意した。この基板の表側には、半導体製造技術によりインク吐出圧力発生素子（発熱体）３０を駆動させるための駆動素子が形成されており、インク吐出圧力発生素子から外部制御機器への電気的取り出し電極が形成されている。さらに基板の表側には液流路となる除去可能な液流路型材２０がフォトリソグラフィー技術により形成されている。また、吐出口を有するオリフィスプレート１０も形成されている。基板表側面に形成されるこれらの物はインクジェット記録ヘッドの分野で公知の技術により形成することができる。また基板の裏面には熱酸化ＳｉＯ₂膜５０が形成されている。熱酸化ＳｉＯ₂膜は半導体製造分野で公知の方法によって形成できる。

この基板の裏面をバックグラインドで研磨した（図７（ｂ））。さらに抗折強度を増すために、研磨により形成された破砕層７０をスピンエッチングにより除去した（図７（ｃ））。破砕層の除去のために、スピンエッチング等の化学的処理もしくはドライポリッシュまたはＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の機械的研磨を行うことができる。

次に、基板裏面にＥＣＲスパッタによってＳｉＯ₂膜８０を形成し（図７（ｄ））、さらにＥＣＲスパッタによってＳｉＮ膜９０を形成した（図７（ｅ））。なおＳｉＯ₂およびＳｉＮは以下の条件で成膜した。ＳｉＯ₂に関しては、膜厚１０００Åでアルゴン４０ｓｃｃｍ、酸素７ｓｃｃｍであり、成膜圧力は１．５１×１０―^0.1Ｐａ、マイクロ波のパワーは５００Ｗ、磁場を形成するコイルには２６Ａ印加した。この時の成膜レートは約１００Å／ｍｉｎである。またＳｉＮに関しては、膜厚５００Åで、成膜条件は、アルゴン３０ｓｃｃｍ、窒素７ｓｃｃｍであり、成膜圧力は１．２６×１０^-0.1Ｐａ、マイクロ波のパワーは５００Ｗ、ターゲットに印加したパワーも５００Ｗ、磁場を形成するコイルには２６Ａ印加した。この時成膜レートは約５０Å／ｍｉｎである。

なお、基板表側面にサーモラベルを貼り付け、ＥＣＲスパッタによるＳｉＯ₂膜およびＳｉＮ膜の成膜中の基板温度を測定したところ、いずれの成膜においても約１００℃程度であることが確認できた。また基板表側面に形成したインクジェット記録ヘッドの機能素子は、工程途中において１５０℃以下であれば、液流路、ノズル等を形成する樹脂などに影響が無いことが確認されている。

その後ピンホール防止のため、ポリエーテルアミド膜６０を成膜した（図７（ｆ））。ポリエーテルアミドとしては、ＨＩＭＡＬ ＨＬ−１２００（商品名。日立化成工業社製。以下、ＨＩＭＡＬという。）を用いた。ＨＩＭＡＬはスピンコートした後ベークした。その成膜ベーク条件としては１００℃３分予備ベーク後、１２０℃２時間とし、膜厚は２μｍである。

得られたインクジェット記録ヘッドにおいて結晶異方性エッチングの形状、すなわちインク供給口（シリコン基板に貫通した孔）の形状は非常に良好なものになった。

本例のように、シリコン基板をエッチングする際に、ＥＣＲスパッタ法によって成膜した金属酸化膜と金属窒化膜の二層構造をエッチングマスク使用することが好ましい。特に、基板側から金属酸化膜、金属窒化膜の順に二層とすることがより好ましい。

なぜなら、ＳｉとＥＣＲスパッタによるＳｉＯ₂は反応するため、非常に密着力が良い。またＳｉＯ₂とＳｉＮの密着力も非常に良好である。また、それぞれのバッファードフッ酸によるエッチングレートはＳｉＯ₂よりＳｉＮの方が小さい（ＳｉＯ₂が２８００Å／ｍｉｎ程度、ＳｉＮが３００Å／ｍｉｎ程度）。そのため、ＳｉＮがバッファードフッ酸によるダメージを受けにくく、サイドエッチング量が増加しないからである。またＳｉＯ₂およびＳｉＮを成膜する際においても、ターゲットを変えることなくＥＣＲプラズマをＯ₂からＮ₂に変えるだけで、成膜できることも有利な点である。

また、シリコン基板をエッチングする際に、ＥＣＲスパッタ法によって成膜した金属酸化膜と金属窒化膜に加えてポリエーテルアミド膜の三層構造をエッチングマスク使用することができる。特に、基板側から金属酸化膜、金属窒化膜、ポリエーテルアミド膜の順に三層とすることが好ましい。

なぜなら、上記二層構造の利点に加えて、ＳｉＮとポリエーテルアミドの密着力が良好であるので、優れてピンホールを被覆することが可能となるからである。なお、

本発明のエッチング方法は、インクジェット記録ヘッド製造においてインク供給口を設けるために利用できる。また、マイクロマシンなどや半導体集積回路などの分野においても利用可能である。

本発明により得られるインクジェット記録ヘッドは、プリンター等の画像記録分野において利用できる。

実施例１におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 比較例１におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 実施例３におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 実施例４におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 インクジェット記録ヘッドのチップの例を示す断面図である。 インクジェット記録ヘッドのチップの別の例を示す断面図である。 実施例５におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。

符号の説明

１０ オリフィスプレート
２０ 液流路型材
３０ インク吐出圧力発生素子
４０ シリコン基板
５０ 熱酸化ＳｉＯ₂膜
６０ ポリエーテルアミド膜
６１ スルーホール（インク供給口）
７０ 破砕層
８０ ＥＣＲスパッタＳｉＯ₂膜
９０ ＥＣＲスパッタＳｉＮ膜
１００ インク吐出口
１５０ オリフィスプレート
２００ 液流路型材
３００ シリコン基板
４００ ＥＣＲスパッタＳｉＯ₂膜
５００ インク供給口
６００ 熱酸化ＳｉＯ₂膜
７００ 傷
８００ パターン欠陥
９００ 環化ゴム膜
１０００ 環化ゴムパターン
１２００ ＥＣＲＳｉＯ₂パターン
１３００ 研削面
１４００ 破砕層
１５００ プラズマ処理面
１６００ インクジェット記録ヘッド・機能素子領域
１７０１〜１７０３ チップ
１８０１〜１８０３ チップ

Claims (17)

1. ＥＣＲスパッタ法により成膜した金属酸化膜およびＥＣＲスパッタ法により成膜した金属窒化膜の少なくとも一方をエッチングマスクに用いてシリコン基板をエッチングするシリコン基板のエッチング方法。
2. 前記金属酸化膜および前記金属窒化膜をエッチングマスクに用いる請求項１記載のエッチング方法。
3. 前記金属酸化膜が酸化シリコン膜である請求項１または２記載のエッチング方法。
4. 前記金属窒化膜が窒化シリコン膜である請求項１〜３の何れか一項記載のエッチング方法。
5. さらに有機化合物からなる膜をエッチングマスクに用いる請求項１〜４の何れか一項記載のエッチング方法。
6. 前記有機化合物が環化ゴムまたはポリエーテルアミドである請求項５記載のエッチング方法。
7. 前記エッチングがシリコンの結晶軸異方性エッチングである請求項１〜６の何れか一項記載のエッチング方法。
8. 前記エッチングにおいて、エッチング液に、水酸化テトラメチルアンモニウムまたはＫＯＨを用いる請求項７記載の方法。
9. 前記シリコン基板の結晶方位面が＜１００＞または＜１１０＞である請求項７または８記載のエッチング方法。
10. 前記エッチングがシリコンの等方性エッチングである請求項１〜６の何れか一項記載のエッチング方法。
11. 前記エッチングにおいて、エッチング液に、バッファードフッ酸を用いるかあるいはＨＦおよびＨＮＯ₃を含む混合液を用いる請求項１０記載の方法。
12. 前記シリコン基板が、一方の主面に機能素子が形成されたシリコン基板であり、
    他方の主面をエッチングする請求項７〜９の何れか一項記載のエッチング方法。
13. 前記エッチングの前に、前記他方の主面を研削する請求項１２記載のエッチング方法。
14. 前記シリコン基板が、前記エッチングの前、かつ前記他方の主面を研削した後に、さらに該他方の主面を研磨、ウエットエッチングもしくはドライエッチングしたシリコン基板である請求項１３記載のエッチング方法。
15. ａ）発熱体と、インクを吐出するための吐出口が設けられたオリフィスプレートとが一方の主面側に設けられたシリコン基板を用意する工程；および、
    ｂ）該シリコン基板の他方の主面を請求項７〜９の何れか一項記載のエッチング方法によってエッチングして該シリコン基板に貫通孔を設けることによりインク供給口を形成する工程
    を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法。
16. さらに、前記工程ａの後かつ工程ｂの前に、
    ｃ）前記シリコン基板の他方の主面を研削する工程
    を有する請求項１５記載の方法。
17. 請求項１５または１６記載の方法により製造されたインクジェット記録ヘッド。

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