JP2007165651A - 凹部形成方法及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、凹部の内壁にダメージを与えることなく、内壁が多段状の凹部を形成する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、第１の凹部（１３）を形成する第１工程と、第１の凹部の底部及び内壁と、固相（１０）表面とを覆うレジスト膜（１４）を形成する第２工程と、固相表面に形成されたレジスト膜（１４）に、第１の凹部の開口部を含む、より大きな開口を設けると共に、第１の凹部の内壁に形成されたレジスト膜（１４）を、固相表面から所定の深さまでを除去する第３工程と、エッチング法により、第１の凹部より水平断面が大きく、レジスト膜を除去した深さと等しい深さを有する第２の凹部（１５）を形成し、残りのレジスト膜を除去する第４工程と、を含む凹部形成方法を提供するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板等の固相表面に内壁が階段上になった凹部を形成する方法等に関する。

液滴吐出ヘッド等のマイクロデバイスは、配線や電極等の構成要素、凹部、貫通孔等が形成された複数の基板を貼り合わせることによって構成されているものも多い。

特開２００５−１５３３６９（特許文献１）等にも開示されている通り、基板に凹部を形成する際は、単に１つのマスクの開口にあわせて円筒状の凹部を設けるだけでなく、種々のキャビティ、位置決め用基準孔、基板同士を貼り合わせるときの接着剤逃げ等のため、内壁が多段状になっている凹部を形成することが必要な場合がある。内壁が多段状になっている凹部は、エッチング法によって、まず一番直径が小さく深い凹部を形成し、続いてその凹部の開口部より直径の大きいマスクを使用してより浅い凹部を形成することを繰り返すことによって得ることができる。

基板に凹部を設ける方法としては種々の微細加工技術が用いられるが、近年、より寸法精度よく加工するためにドライエッチング法が広く用いられるようになってきている。

ドライエッチング法による加工は、結晶面にかかわらず所望の方向に高精度な加工を行うことができるという利点がある一方で、結晶欠損や汚染などが起こりやすい傾向がある。従って、内壁が多段状の凹部を形成する場合のようにドライエッチングを複数回行わなければならない場合は、凹部の内壁にダメージが与えられ、寸法精度を維持するのが困難となる。

そこで、本発明は、凹部の内壁にダメージを与えることなく、内壁が多段状の凹部を形成する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る凹部形成方法は、内部が多段構造になっている凹部を形成する方法であって、固相表面に、第１の凹部を形成する第１工程と、前記第１の凹部の底部及び内壁と、前記固相表面とを覆うレジスト膜を形成する第２工程と、前記固相表面に形成された前記レジスト膜に、前記第１の凹部の開口部を含む、より大きな開口を設けるとともに、前記第１の凹部の内壁に形成された前記レジスト膜を、前記固相表面から所定の深さまでを除去する第３工程と、エッチング法により、前記第１の凹部より水平断面が大きく、前記レジスト膜を除去した深さと等しい深さを有する第２の凹部を形成し、残りのレジスト膜を除去する第４工程と、を含むことを特徴とする。

このような構成によれば、第２の凹部を形成する際、第１の凹部の底部及び内壁のうちそれ以上加工する必要のない部分にはレジスト膜が形成されていることになる。従って、第２の凹部を形成するためのエッチングによって第１の凹部の底部や内壁がダメージを受けて形状変化することがなく、寸法精度を確保することができる。また、固相表面に形成されたレジスト膜の除去は、適当なフォトマスクを用いた露光、及び現像によって容易に行うことができ、第１の凹部の内壁に形成されたレジスト膜も、露光の際、所望の深さまでレジスト膜が除去されるようにエネルギーを調節して同時に行うことができるので、工程も複雑とならない。

第２工程においては、レジスト膜をスプレー塗布法により形成することが望ましい。スプレー法によれば、固相表面、第１の凹部の底部及び内壁に、均一な薄いレジスト膜を形成することができるので、第３工程及び第４工程で、レジスト膜の除去が容易になる。

また、第２工程においては、レジスト膜をスピン塗布法、スキャン塗布法、またはスキージ塗布法により形成し、該レジスト膜の形成後、該レジスト膜を略均一な厚みとなるよう成形することも好ましい。これらの塗布法によると、第１の凹部の内部はレジスト膜で埋め尽くされるので、そのままでは第３工程及び第４工程において第１の凹部内のレジスト膜の除去が困難である。しかしながら、これらの方法で塗布を行った場合も、レジスト膜の形成後、該レジスト膜を略均一な厚みとなるよう成形しておけばそのような問題が生じない。尚、レジスト膜の除去は上述のとおり、適宜フォトマスクを用いて露光、現像することによって行うことができる。

本発明に係る凹部の形成方法で用いられるエッチング法は、ＩＣＰドライエッチング装置を使用したドライエッチングであることが好ましい。ＩＣＰドライエッチング装置によれば、エッチングの対象となる材料と、レジストとのエッチング速度の比（選択比）を大きく取ることができるので、第３工程や第４工程でレジスト膜を除去する際に固相表面や凹部の内壁まで加工されるのを防ぐことができる。

また、第２の凹部が形成された後、第２の凹部を前記第１の凹部として、前記第２工程から前記第４工程を行うことを必要な回数繰り返すことも好ましい。このような構成により、内壁が３段以上の段が形成されている凹部も簡易な工程の繰り返しにより形成することができる。

または、本発明は、本発明に係る凹部形成方法によって形成された凹部を有する固相表面を備える電子機器をも提供する。このような電子機器は、上記凹部形成方法により加工された基板等を備えるので高品質なものである。ここで、電子機器には、ビデオカメラ、テレビ、大型スクリーン、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯型情報機器（いわゆるＰＤＡ）、その他各種のものが含まれる。

以下に、図面を参照して、本発明に係る基板の加工方法を詳細に説明する。
（凹部形成方法）
図１は、本発明に係る凹部形成方法の一実施形態の概略を示す工程図である。

まず、基板（固相）１０の表面に、図１（Ａ）に示されるように、レジスト膜１２を形成し、第１の凹部を形成する領域に開口を設ける。このときの平面図を図２（Ａ）に示す。図示されるように、本実施形態において開口は円形状である。基板１０の材料は、エッチング法によって好適に加工可能なものであれば特に限定されないが、本実施形態ではシリコン基板であるものとする。

ここで、レジスト膜１２は、例えばフォトリソグラフィー法により得ることができる。具体的には、基板１０上にレジスト材料を塗布した後、上記開口の形状に対応したフォトマスクを介してこのレジスト材料をｉ線、紫外線、電子線等により露光・現像することによって形成することができる。レジスト材料は、ネガ型であってもポジ型であってもよく、ネガ型のレジスト材料としては、ロジン−重クロム酸塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）−重クロム酸塩、セラック−重クロム酸塩、カゼイン−重クロム酸塩、ＰＶＡ−ジアゾ、アクリル系フォトレジスト等のような水溶性フォトレジスト、ポリケイ皮酸ビニル、環化ゴム−アジド、ポリビニルシンナミリデンアセタート、ポリケイ皮酸β−ビニロキシエチルエステル等のような油溶性フォトレジスト等が挙げられ、ポジ型のレジスト材料としては、ｏ−ナフトキノンジアジド等のような油溶性フォトレジスト等が挙げられる。

レジスト材料は、無機溶媒、各種有機溶媒、またはこれらの混合溶媒を適宜選択し、これに溶解または分散させ、スピン塗布法、スキャン塗布法、スプレー塗布法、スキージ塗布法等、公知の方法基板１０表面に塗布することができる。

続いて、レジスト膜１２をマスクとしてエッチング法により第１の凹部１３ａおよび１３ｂを形成する。エッチング法は、精度の良い加工が可能なドライエッチングが好ましい。尚、本実施形態では、比較のため、第１の凹部１３ｂにのみ第２の凹部を形成する。

次に、図１（Ｃ）に示すようにレジスト膜１２を基板１０から除去する。本工程は任意であるが、一旦レジスト膜１２を除去した後で、第２の凹部を形成するためのレジスト膜を新たに形成することにより、当該レジスト膜を均一な厚さに形成しやすい。

レジスト膜１２を除去した後、同図（Ｄ）に示されるように第１の凹部１３ａおよび１３ｂの底部と内壁、ならびに基板１０表面を覆うレジスト膜１４を形成する。レジスト膜１４は、上述したとおり、液状のレジスト材料をスピン塗布法、スキャン塗布法、スプレー塗布法、スキージ塗布法等、公知の方法によって基板１０表面に塗布することによって形成することができる。中でもスプレー塗布法を用いれば、１回の塗布工程によって、基板１０表面と第１の凹部の底部および内壁に均一な厚さのレジスト膜１２を形成することができる。スピン塗布法、スキャン塗布法、スキージ塗布法等を用いる場合は、塗布工程後、図３に示すように凹部がレジスト膜１４’で埋め尽くされる。このような場合は、第１の凹部の上部に、第１の凹部の直径よりも小さな径の開口を有するマスクを設けて光を照射し、現像することによって、レジスト膜１４’を図１（Ｄ）に示されるように成形することができる。このようにレジスト膜１４を均一な厚さとしておくことにより、後でレジスト膜１４を剥離するのが容易となる。図１（Ｄ）に示される状態での概略平面図を図２（Ｂ）に示す。

続いて、図１（Ｅ）に示すように、レジスト膜１４に、適宜フォトマスクを介して露光、現像し、第１の凹部１３ｂの開口部を含むより大きな開口を設ける。この時の概略平面図を図２（Ｃ）に示す。ここで設けられる開口を介して第２の凹部が設けられるため、当該開口の形状が第２の凹部の水平断面の形状となる。また、図１（Ｅ）に示されるように、第１の凹部１３ｂの内壁に形成されたレジスト膜も、基板１０表面から所定の深さまで除去する。レジスト膜１４を除去する深さが、第２の凹部の深さとなる。レジスト膜１４の除去は、所望の深さまでレジスト膜１４が除去されるように、照射する光のエネルギー量を調節して行う。

次に図１（Ｆ）に示すように、レジスト膜１４を介して基板１０を加工し、第２の凹部１５を形成する。第２の凹部１５は、第１の凹部１３ｂよりも、その水平断面の直径が大きく、深さは浅い。このような第２の凹部１５を設けることによって、凹部の内部に段差構造を形成することができる。第２の凹部１５の形成はレジスト膜１４を介したエッチング法によって行うことができる。エッチング法としては、ドライエッチングが好ましく、シリコン基板１０とレジスト膜１４のエッチング速度の比（選択比）を大きく取れるＩＣＰドライエッチング装置を用いたエッチング法によって行うことが特に望ましい。

ドライエッチング法は、チャンバと、チャンバ内にプラズマ発生用ガスを導入するための第１の導入バルブと、基板１０を冷却する冷却媒体ガスを導入するための第２の導入バルブと、チャンバ内に対向するように設けられた一対の電極と、一方の電極側に設置された基板１０を冷却媒体ガスが通過可能な連通孔を通じて冷却する冷却板と、基板１０を固定するための設置台とを備えたドライエッチング装置を用いて行われる。まず、基板１０を設置台に固定し、チャンバ内を減圧する。そして第２の導入バルブから導入した冷却媒体ガスを基板１０の加工する側と反対側から吹き付けて冷却板および冷却媒体ガスの温度を伝えて冷却し、かつ、第１の導入バルブから導入したプラズマ発生用ガスを一対の電極間に供給した状態で、この電極間に高周波電圧を印加する。これにより、電極間の間でプラズマが発生し、生じたイオンや電子が形成されたレジスト膜１４の開口部を介して基板１０に衝突することにより、第２の凹部が形成される。

プラズマ発生用ガスとしては、例えば、フッ素系ガス、塩素および臭素のうちの少なくとも１種を含有するハロゲン系ガス等が挙げられるが、本実施形態のように基板１０がシリコン単結晶で構成される場合には、ＳＦ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＢｒＦ₃、ＣＦ₄／Ｏ₂、Ｃｌ₂、ＳＦ₆／Ｎ₂／Ａｒ、ＢＣｌ₂／Ｃｌ₂／Ａｒガスを用いるのが好ましく、特に、ＳＦ₆およびＣ₄Ｆ₈ガスのうちのいずれかを単独で、またはこれらの混合ガスを用いるのが好ましく、これにより効率よく加工を行うことができる。

冷却媒体ガスとしては、冷却効率に優れ、プラズマの発生に影響を与えないようなものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガス等が挙げられ、これらの中でも、ヘリウムを主成分とするのが好ましい。ヘリウムは、特に冷却効果に優れるものであることから冷却媒体ガスとして好適に用いられる。

また、冷却板の温度すなわち冷却媒体ガスの温度は、−２０〜６０℃程度であるのが好ましく、−１０〜１０℃程度であるのがより好ましい。これにより、基板１０を冷却して適切な温度を維持することができるようになる。

最後に図１（Ｇ）に示すように、レジスト膜１４を除去することにより、１段の段差を内部に有する凹部が得られる。レジスト膜１４の剥離は、例えば大気圧または減圧下において酸素プラズマやオゾン蒸気に晒すこと、または、レジスト膜１４を溶解し得るアセトン、アルキルベンゼンスルホン酸のようなレジスト剥離液に浸漬することにより、レジスト膜１４を液状化して行うことができる。

本発明に係る方法によれば、上述のように第１の凹部１３ａおよび１３ｂの内部にもレジスト膜１４を形成し、第２の凹部の形成のために必要な領域のみこのレジスト膜１４を除去するので、ドライエッチング工程においても周囲はレジスト膜１４によって保護される。従って、ドライエッチングを繰り返し行って多段構造を形成しても寸法精度を確保することが可能となる。

また、ドライエッチング法を用いると、一般に、プラズマにさらされたレジスト膜１４が硬化して、凹部内のレジスト膜１４の除去が困難になるという問題もある。しかしながら、本実施形態に係る方法によれば、上述のように、レジスト膜１４を一様に薄く成形しておくため、レジスト膜１４の除去が容易になる。

次に、図４に、図１（Ｇ）の後、再び本発明に係る凹部形成方法を行って第３の凹部を設け、凹部の内部に２段の段差を形成する方法の概略工程図を示す。まず、図４（Ｂ）に示すように、第１の凹部１３ａ、１３ｂおよび第２の凹部１５の底部と内壁、並びに基板１０の表面を覆うレジスト膜１６を形成する。上述のように、レジスト膜１６の塗布法によっては、第１の凹部１３ａ、１３ｂおよび第２の凹部１５を埋め尽くすようにレジスト膜１６が形成されるが、その場合は、適宜マスクを介して光を照射、現像して、レジスト膜１６が一様な厚さとなるように成形しておく。

続いて、同図（Ｃ）に示すように、第２の凹部１５の開口部を含む、より大きな開口をレジスト膜１６に設けるとともに、第２の凹部１５の内壁に形成されたレジスト膜１６を、基板１０表面から所定の深さまで除去する。当該開口の形状が、第３の凹部の水平断面の形状となり、当該深さが第３の凹部の深さとなる。

次に、同図（Ｄ）に示されるように、レジスト膜１６を介してエッチング法により基板１０を加工し、第３の凹部１７を形成する。第３の凹部１７は、第２の凹部１５よりも直径が大きく深さが浅い円筒形である。

最後に、レジスト膜１６を除去すると、内部に２段の段差構造を形成されている凹部を得ることができる。
（電子機器）
次に、本発明に係る凹部形成方法によって凹部が設けられた基板を備える電子機器の一例として、インクジェット式プリンタのインクジェットヘッドを例に挙げて説明する。

本実施形態で製造されるインクジェットヘッド１は、図５に示されるインクジェット式プリンタ２のインクジェットヘッド１であり、図６及び図７に示されるように、ノズルプレート３２０と、流路形成基板１００と、弾性膜５０と弾性膜５０上に設けられた圧電素子３００と、リザーバ形成基板３０と、リザーバ形成基板３０上に設けられた圧電素子３００と、リザーバ形成基板３０と、リザーバ形成基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１２０とを備えている。このインクジェットヘッド１は、ピエゾジェット式ヘッドを構成する。

このようなインクジェットヘッド１は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、流路形成基板１００となるシリコン基板１００’を熱酸化処理などをすることによって、二酸化シリコン膜からなる弾性膜５０を形成し、続いて弾性膜５０上に絶縁体膜５５及び下電極膜６０を形成する。次に、下電極膜６０上に圧電素子３００、リード電極９０を形成した後、貫通孔１１０を完成する。そして、シリコン基板１００’の圧電素子３００が設けられている側の面とリザーバ形成基板３０とを接着剤層３５により接着する。この段階の断面図を図８（Ａ）に示す。このように、この段階では、シリコン基板１００’の一面側に、弾性膜５０、絶縁体膜５５、及びリザーバ形成基板３０が設けられている。

この後、シリコン基板１００’にインク室１０２と、インク供給路１０４、連通部１０３及び位置決め基準孔１０５により構成される凹部とを形成して流路形成基板１００を得た後、流路形成基板１００にノズルプレート３２０を貼り合わせる。そのため、流路形成基板１００の凹部の内部には、ノズルプレート３２０を貼り合わせるための接着剤逃げのための段差構造を設ける必要があり、ここに、本発明に係る凹部形成方法が用いられる。

まず図８（Ｂ）に示されるように、シリコン基板１００’のリザーバ形成基板３０が貼り合わせられている側に、接着樹脂４００を介して保護基板４２０を貼り合わせる。保護基板４２０は、加工によって部分的に強度が不足した場合にも、シリコン基板１００’の加工を安定して継続するためのものである。

次に、図８（Ｃ）に示されるように、シリコン基板１００’表面上に、レジスト膜４２２を設ける。レジスト膜４２２の材料、塗布方法は上述のとおりである。

続いて、同図（Ｄ）に示されるように、ドライエッチング法を用いてシリコン基板１００’にインク室１０２と位置決め基準孔１０５となる第１の凹部を形成する。ドライエッチング法は、基板１００’の図中下側から冷却した不活性ガスを吹き付ける等の方法で冷却しながら行う。そして、レジスト膜４２２を上述の方法で除去することにより、同図（Ｅ）に示されるように、インク室１０２及び位置決め基準孔１０５が設けられた流路形成基板１００が形成される。

次に、図９（Ａ）に示されるように、第１の凹部であるインク室１０２、位置決め基準孔１０５の底部及び内壁、並びに流路形成基板１００表面を覆うレジスト膜４２４を形成する。レジスト膜４２４は、上述したようにレジスト材料をスプレー塗布法により塗布して、図示されるように一様な厚さで形成する。スピン塗布法、スキャン塗布法、スキージ塗布法等で塗布し、インク室１０２及び位置決め基準孔１０５内を埋めるようにレジスト膜４２４が形成される場合は、フォトマスクを介して露光・現像することにより不要なレジスト膜を除去してインク室１０２及び位置決め基準孔１０５内のレジスト膜４２４も一様な厚さとしておくことが望ましい。

次に、図９（Ｂ）に示されるように、レジスト膜４２４に、第１の凹部であるインク室１０２及び位置決め基準孔１０５の開口部を含む、より大きな開口を設ける。また、インク室１０２及び位置決め基準孔１０５の内壁に形成されたレジスト膜４２４も所定の深さまで除去する。レジスト膜４２４の除去は、上述したとおり、所定の形状のフォトマスクを介して露光、現像することによって行うことができ、インク室１０２及び位置決め基準孔１０５の内壁に形成されたレジスト膜４２４は、露光する際の光のエネルギーを調整することによって所望の深さまで除去することができる。

続いて、図９（Ｃ）に示されるように、ドライエッチング法により、流路形成基板１００を加工して、第２の凹部２４６を形成し、同図（Ｄ）に示されるように、残りのレジスト膜４２４、接着樹脂４００、及び保護基板４２０を流路形成基板１００から取り外す。こうして、インク室１０２として、その内壁に段差構造を有する凹部が形成される。

次に、流路形成基板１００にノズルプレート３２０を貼り合わせてから駆動ＩＣ１２０を実装し、コンプライアンス基板４０を接合する。さらに、駆動ＩＣ１２０と下電極膜６０及びリード電極９０の接続部６０ａ、９０ａとの間をワイヤボンディングすることにより接続配線を形成し、インクジェットヘッド１が完成する。

このような構成とすることにより、流路形成基板１００にノズルプレート３２０を貼り合わせる際、この第２の凹部２４６を接着剤逃げとして機能させることができる。

以上、本発明に係る凹部形成方法を、インクジェットヘッドの製造方法を例に挙げて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々のマイクロデバイスの製造工程に用いることができる。また、本発明に係る凹部形成方法は、基板状の物質だけでなく、あらゆる固相表面に応用することが可能である。本発明に係る凹部形成方法を応用して製造される電子機器は、インクジェット式プリンタに限られない。また、本発明の凹部形成方法には、任意の目的の工程が１または２以上追加されていてもよい。

本発明に係る凹部形成方法の工程を説明する概略断面図である。 本発明に係る凹部形成方法の工程を説明する概略平面図である。 本発明に係る凹部形成方法の一工程を説明する概略断面図である。 本発明に係る凹部形成方法の工程を説明する概略断面図である。 本発明に係る電子機器の一例であるインクジェットプリンタの概略斜視図である。 インクジェット記録式ヘッドの製造方法を説明するための図である。 インクジェット記録式ヘッドの製造方法を説明するための図である。 インクジェット記録式ヘッドの製造方法を説明するための図である。 インクジェット記録式ヘッドの製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１０…基板、１２、１４、１６、４２２、４２４…レジスト膜、１３…第１の凹部、１５…第２の凹部、１７…第３の凹部、１００…流路形成基板、１０２…インク室（第１の凹部）、１０５…位置決め基準孔（第１の凹部）、４２６…第２の凹部

Claims (6)

1. 内部が多段構造になっている凹部を形成する方法であって、
   固相表面に、第１の凹部を形成する第１工程と、
   前記第１の凹部の底部及び内壁と、前記固相表面とを覆うレジスト膜を形成する第２工程と、
   前記固相表面に形成された前記レジスト膜に、前記第１の凹部の開口部を含む、より大きな開口を設けると共に、前記第１の凹部の内壁に形成された前記レジスト膜を、前記固相表面から所定の深さまでを除去する第３工程と、
   エッチング法により、前記第１の凹部より水平断面が大きく、前記レジスト膜を除去した深さと等しい深さを有する第２の凹部を形成し、残りのレジスト膜を除去する第４工程と、を含む凹部形成方法。
2. 前記第２工程において、前記レジスト膜をスプレー塗布法により形成する、請求項１に記載の凹部形成方法。
3. 前記第２工程において、前記レジスト膜をスピン塗布法、スキャン塗布法、またはスキージ塗布法により形成し、該レジスト膜の形成後、該レジスト膜を略均一な厚みとなるよう成形する、請求項１に記載の凹部形成方法。
4. 前記エッチング法を、ＩＣＰドライエッチング装置を使用して行う、請求項１から３のいずれか１項に記載の凹部形成方法。
5. 前記第２の凹部を前記第１の凹部として、前記第２工程から前記第４工程を行うことを必要な回数繰り返す、請求項１から４のいずれか１項に記載の凹部形成方法。
6. 前記請求項１から４に記載の凹部形成方法によって形成された凹部を有する固相表面を備える電子機器。
   
   

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