JP2007230100A - シリコン基板の加工方法及びノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の凹部を高精度に形成することができるシリコン基板の加工方法及びノズルプレートの製造方法を提供する。
【解決手段】第１のパターンを有する保護膜３０１ａをシリコン基板３００上に形成し、その保護膜３０１ａをマスクとして前記シリコン基板３００をドライエッチングする第１エッチング工程と、第１エッチング工程後に保護膜３０１ａの少なくとも一部を除去して第２のパターンを有する保護膜３０１ｂとする保護膜除去工程と、前記第２のパターンを有する保護膜３０１ｂをマスクとして前記シリコン基板３００をドライエッチングする第２エッチング工程により、前記シリコン基板３００に深さが異なる凹部３５０を形成するシリコン基板の加工方法であって、前記第１エッチング工程と第２エッチング工程との間に、少なくとも前記第１エッチング工程でエッチングした領域を酸とアルカリとの混合液で洗浄する洗浄工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数回のドライエッチング工程により凹部を高精度に形成することができるシリコン基板の加工方法及びノズルプレートの製造方法に関する。

一般的に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に用いられるインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドでは、液滴を吐出させるためのメカニズムに応じて各種方式のものが知られている。例えば、発熱素子等によって液体を沸騰させ、そのときに生じる気泡圧で液滴を吐出させるものや、液滴が充填された圧力発生室の容積を、圧電素子の変位によって膨張又は収縮させることでノズルから液滴を吐出させるものがある。さらに、例えば、静電気力を利用して圧力発生室の容積を変化させることで、ノズルから液滴を吐出させるようにしたものがある。

静電気力を用いた液体噴射ヘッドの一例として、大径部と小径部からなり断面が階段形状のノズルを有するシリコン基板からなるノズルプレートと、ノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、圧力発生室に液滴吐出のための圧力を付与する圧力発生手段とで構成されるものがある。このようなノズルをシリコン基板に形成する際には、複数回に分けてドライエッチングを行う方法が用いられる。具体的には、シリコン基板に所定のパターンを有する保護膜を形成し、この所定のパターンを有する保護膜をマスクとしてシリコン基板をエッチング（１回目）した後、フッ化水素水溶液（フッ酸）等に浸漬することにより保護膜の一部を除去して保護膜のパターンを変更し、当該変更後のパターンを有する保護膜をマスクとしてシリコン基板をエッチング（２回目）する方法が用いられる。このようなエッチングを行うエッチング装置として誘導結合型プラズマエッチング装置を用いた場合、シリコン基板とエッチングガスとの反応によりエッチング中に異物が生成され、この異物が１回目のエッチングをした領域（ノズルの内壁や保護膜）に付着してしまう。また、シリコン基板をフッ化水素水溶液中に浸漬した際に、異物が浮遊して１回目のエッチングをした領域に再付着してしまう。このような異物がマスクとなって、保護膜の除去が不十分となり２回目のエッチングのためのパターンが所望の形状とならなかったり、異物が２回目のエッチングのマスクとなるため、所望の形状のノズルを形成することができなくなるという問題が生じる。

ここで、エッチングで生成された化合物を除去する方法として、Ｏ_２ガスによるプラズマアッシング法（特許文献１参照）やＳＦ_６等のエッチングガスにより除去する方法（特許文献２参照）が開示されている。しかしながら、何れの除去方法においても保護膜又はシリコン基板もエッチングされてしまい、所望のエッチング形状が得られなくなるという問題がある。

なお、このようにドライエッチングの際に生成する異物により、所定の形状の凹部を形成できないという問題は、断面が階段形状のノズルを形成する場合だけでなく、複数回エッチングすることにより深さの異なる凹部をシリコン基板に形成する場合において、同様に存在する。

特開２０００−１６４５７１号公報（段落番号［００３２］） 特開平１０−２３３３８７号公報（請求項９）

本発明はこのような事情に鑑み、所望の凹部を高精度に形成することができるシリコン基板の加工方法及びノズルプレートの製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、所定形状の第１のパターンを有する保護膜をシリコン基板上に形成する保護膜形成工程と、前記第１のパターンを有する保護膜をマスクとして誘導結合型プラズマエッチング装置により前記シリコン基板をドライエッチングする第１エッチング工程と、第１エッチング工程後に前記第１のパターンを有する保護膜の少なくとも一部を除去して第２のパターンを有する保護膜とする保護膜除去工程と、前記第２のパターンを有する保護膜をマスクとして誘導結合型プラズマエッチング装置により前記シリコン基板をドライエッチングする第２エッチング工程により、前記シリコン基板に深さが異なる凹部を形成するシリコン基板の加工方法であって、前記第１エッチング工程と第２エッチング工程との間に、少なくとも前記第１エッチング工程でエッチングした領域を酸とアルカリとの混合液で洗浄する洗浄工程を有することを特徴とするシリコン基板の加工方法にある。
かかる第１の態様では、第１エッチング工程で生成されて付着した異物を洗浄工程により除去することができるので、第２エッチング工程で異物がマスクとなってエッチング不良が発生することなく、所望の形状の凹部を高精度に形成することができる。

本発明の第２の態様は、前記洗浄工程の後、前記保護膜除去工程を行うことを特徴とする第１の態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第２の態様では、保護膜除去工程の前に洗浄工程を行うので、異物が保護膜除去工程のマスクとなったり、保護膜を除去する際に使用する除去液を汚染することがなく、所定形状の第２のパターンを有する保護膜が形成できるので、この第２のパターンを有する保護膜をマスクとして所望の形状の凹部を高精度に形成することができる。

本発明の第３の態様は、前記洗浄工程が、１０分以上であることを特徴とする第１又は２の態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第３の態様では、１０分以上洗浄工程を行うことにより、第１エッチング工程で生成された異物を確実に除去することができる。

本発明の第４の態様は、前記深さが異なる凹部が連通して断面が階段形状の凹部を形成することを特徴とする第１〜３の何れかの態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第４の態様では、断面が階段形状の凹部を高精度に形成したシリコン基板を提供することができる。

本発明の第５の態様は、前記第１エッチング工程が、ＳＦ_６、ＣＦ_４及びＮＦ_３からなる群から選択される少なくとも一種のガスを用いてエッチングする工程と、このエッチングした領域の側壁にＣ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８及びＣＨＦ_３からなる群から選択される少なくとも一種のガスを用いてフッ素化合物のポリマーを形成する工程とを繰り返すことにより前記シリコン基板を異方性エッチングするものであることを特徴とする第１〜４の何れかに態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第５の態様では、第１エッチング工程である異方性ドライエッチングで用いたＳＦ_６等のエッチングガスとシリコン基板との反応により生成された異物を、洗浄工程で除去することができるので、第２エッチング工程で異物がマスクとなってエッチング不良が発生することなく、所望形状の凹部を高精度に形成することができる。

本発明の第６の態様は、前記酸が過酸化水素で、前記アルカリがアンモニアであることを特徴とする第１〜５の何れかの態様のシリコン基板の加工方法にある。
かかる第６の態様では、過酸化水素とアンモニアの混合液により洗浄することで、第１エッチング工程で生成された異物を除去することができる。

本発明の第７の態様は、所定形状の第１のパターンを有する保護膜をシリコン単結晶基板上に形成する保護膜形成工程と、前記第１のパターンを有する保護膜をマスクとして誘導結合型プラズマエッチング装置により前記シリコン単結晶基板をドライエッチングする第１エッチング工程と、第１エッチング工程後に前記第１のパターンを有する保護膜の少なくとも一部を除去して第２のパターンを有する保護膜とする保護膜除去工程と、前記第２のパターンを有する保護膜をマスクとして誘導結合型プラズマにより前記シリコン単結晶基板をドライエッチングする第２エッチング工程により前記シリコン単結晶基板に深さが異なる凹部を有するノズルを形成するに際し、前記第１エッチング工程と第２エッチング工程との間に、少なくとも前記第１エッチング工程でエッチングした領域を酸とアルカリとの混合液で洗浄する洗浄工程を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法にある。
かかる第７の態様では、第１エッチング工程で生成された異物を洗浄工程により除去するので、当該異物が第２エッチング工程のマスクとならないため、所望の形状の凹部を有するノズルを具備するノズルプレートを製造することができる。

本発明の第８の態様は、前記ノズルプレートが、前記ノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と前記圧力発生室に液滴吐出のための圧力を付与する圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドに用いられるものであることを特徴とする第７の態様のノズルプレートの製造方法にある。
かかる第８の態様では、所望の形状のノズルを有するノズルプレートを用いるため、液滴の吐出特性が良好な液体噴射ヘッドを提供することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明のシリコン基板の加工方法を、図１に基づいて説明する。なお、図１は、本発明のシリコン基板の加工方法の概略を示す断面図である。本実施形態では、図１（ｆ）に示すように、シリコン基板３００に深さの異なる凹部３５０を形成する。この凹部３５０は、シリコン基板３００の表面側に開口するように形成された大径部３５０ｂと、大径部３５０ｂよりも小さい径を有し大径部３５０ｂと連通する小径部３５０ａとからなる。すなわち、凹部３５０は、小径部３５０ａを構成しシリコン基板３００の一方面からの深さが深い凹部と、大径部３５０ｂの一部でありシリコン基板３００の一方面からの深さの浅い凹部との、二つの深さの異なる凹部が連通した構造であり、断面が階段形状に形成されている。なお、本実施形態では、凹部の形状を略円形としたが、円形に限定されず、例えば、菱形等でもよい。

本発明のシリコン基板の製造方法では、まず、シリコン基板３００上に所定形状の第１のパターンを有する保護膜を形成する（保護膜形成工程）。具体的には、例えば、図１（ａ）に示すように、シリコン基板３００を熱酸化することによりシリコン基板３００表面に二酸化シリコンからなる酸化膜（保護膜）３０１を形成する。なお、本実施形態では、シリコン基板３００を熱酸化して酸化膜からなる保護膜３０１を形成したが、ＣＶＤ法等により酸化膜や窒化膜等の保護膜を形成するようにしてもよい。次いで、この酸化膜３０１をフォトリソグラフィー法によりパターニングして、所定形状の第１のパターンを有する保護膜３０１ａを形成する（保護膜形成工程）。詳述すると、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、小径部３５０ａが形成される領域に小径部３５０ａと略同一径でシリコン基板３００まで貫通した開口部３０２を形成し、次いで、小径部３５０ａよりも径が大きい径を有する大径部３５０ｂが形成される領域に、大径部３５０ｂと略同一径でシリコン基板３００まで貫通せず所定深さの開口部３０３を形成する。すなわち、本実施形態の第１のパターンは、開口部３０２及び３０３が形成されたものをいう。

次に、図１（ｃ）に示すように、第１のパターンを有する保護膜３０１ａをマスクとして、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置によりシリコン基板３００をドライエッチングする（第１エッチング工程）。この第１エッチング工程により、小径部３５０ａが形成される。具体的には、誘導結合型プラズマエッチング装置を用い、例えば、ＳＦ_６、ＣＦ_４及びＮＦ_３からなる群から選択される少なくとも一種のガスを用いてエッチングする工程と、このエッチングした領域の側壁にＣ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８及びＣＨＦ_３からなる群から選択される少なくとも一種のガスを用いてフッ素化合物のポリマーを形成する工程とを繰り返す、即ち側壁を保護しながらエッチングすることにより、シリコン基板３００を異方性ドライエッチングする。本実施形態では、誘導結合型プラズマエッチング装置を用いて、ＳＦ_６ガスを用いてエッチングする工程と、このエッチングした領域の側壁にＣ_２Ｆ_６ガスを用いてフッ素化合物のポリマーを形成する工程とを繰り返すことにより、シリコン基板３００を異方性ドライエッチングすることで、小径部３５０ａを形成した。このような方法で異方性ドライエッチングすると、シリコン基板３００とエッチングガスとの反応により生成される異物が形成されやすく、本実施形態においても、この第１エッチング工程の後には、図１（ｃ）に示すように、小径部３５０ａの内壁や保護膜３０１ａ表面上に異物３０４が付着してしまう。

次に、図１（ｄ）に示すように、第１エッチング工程でエッチングした領域を酸とアルカリとを予め混合した混合液に浸漬して洗浄することにより、第１エッチング工程で生成されて小径部３５０ａの内面や保護膜３０１ａ上に付着した異物３０４を除去する（洗浄工程）。ここで、洗浄する酸としては過酸化水素、フッ化水素等が、アルカリとしてはアンモニア等が例示できる。洗浄時間は特に限定されないが、１０分以上とすることで、小径部３５０ａの内面及び保護膜３０１ａ上から、確実に異物３０４を除去することができる。本実施形態では、洗浄液として過酸化水素水溶液とアンモニア水溶液と純水とを混合した溶液（過酸化水素：アンモニア：純水＝１：１：５）を用い、この洗浄液にシリコン基板３００を１０分間浸漬することにより、洗浄工程を行った。 次に、図１（ｅ）に示すように、第１のパターンを有する保護膜３０１ａの少なくとも一部を除去して、第２のパターンを有する保護膜３０１ｂとする（保護膜除去工程）。例えば、フッ化水素水溶液等でウェットエッチングすることにより第１のパターンを有する保護膜の一部を除去して第２のパターンを有する保護膜を形成してもよく、また、第１のパターンを有する保護膜をフォトリソグラフィー法によりパターニングして、第２のパターンを有する保護膜としてもよい。具体的には、例えば、保護膜３０１ａをフッ化水素水溶液でエッチングし、その厚さ方向の一部を除去して、大径部３５０ｂに対応する部分にシリコン基板３００まで貫通した開口部３０３を形成する。すなわち、開口部３０３内の保護膜３０１が完全に除去されるまで保護膜３０１ａ全体を均一な厚さで除去する。これにより、第２のパターンを有する保護膜３０１ｂが形成される。本実施形態では、フッ化水素水溶液にシリコン基板３００を浸漬することにより、開口部３０３内の保護膜３０１ａを完全に除去した。

次に、図１（ｆ）に示すように、第２のパターンを有する保護膜３０１ｂをマスクとして、誘導結合型プラズマエッチング装置によりシリコン基板３００をドライエッチングする（第２エッチング工程）。本実施形態では、第１エッチング工程と同様の方法、すなわち、誘導結合型プラズマエッチング装置を用い、ＳＦ_６ガスを用いてエッチングする工程と、このエッチングした領域の側壁にＣ_２Ｆ_６ガスを用いてフッ素化合物のポリマーを形成する工程とを繰り返すことにより、シリコン基板３００を異方性ドライエッチングすることで、大径部３５０ｂを形成した。これにより、シリコン基板３００の小径部３５０ａが形成された領域がさらに大径部２１ｂと同一の深さだけエッチングされて、開口部３０３に対応する部分に、小径部３５０ａ及び大径部３５０ｂからなる凹部３５０が高精度に形成される。

その後、保護膜３０１ｂを剥離することで、凹部３５０が形成されたシリコン基板３００となる。なお、本実施形態では、フッ化水素水溶液にシリコン基板３００を浸漬することにより、保護膜３０１ｂを剥離した。

このように、少なくとも第１エッチング工程でエッチングした領域、例えば、小径部３５０ａの内面及び保護膜３０１ａを、酸とアルカリの混合液で洗浄することにより、第１エッチング工程により生成された異物３０４を除去することができるため、保護膜除去工程及び第２エッチング工程において、異物３０４がマスクとなることがなく、保護膜３０１ａの除去不良やエッチング不良が生じず、所望の形状の凹部を形成することができる。また、保護膜除去工程を、フッ酸等の溶液にシリコン基板３００を浸漬する方法で行った場合も、当該溶液に異物３０４が浮遊して溶液を汚染したり浮遊した異物３０４が小径部３５０ａや保護膜３０１ａに再付着する等の問題も生じないため、保護膜除去工程で所定の第２のパターンを有する保護膜３０１ｂを高精度に形成することができる。従って、本発明の加工方法によれば、シリコン基板に高精度な凹部を形成することができるため、微細加工であっても高アスペクト比の凹部も好適に形成することができる。なお、洗浄工程は、第１エッチング工程と第２エッチング工程との間に行えばよく、保護膜除去工程の後に洗浄工程を行っても良い。しかしながら、上述のように異物３０４が保護膜除去工程の障害とならないようにし、より精度の高い微細加工をするためには、洗浄工程は保護膜除去工程の前に行うことが好ましい。

上記実施形態１では、第１エッチング工程と２エッチング工程の２段階のドライエッチングにより凹部を形成したが、３回以上のエッチング工程により凹部を形成してもよい。これにより、深さの異なる凹部を３種類以上有するシリコン基板を形成することもできる。この場合、第１のパターンを有する保護膜３０１ａには、凹部の数に応じた径開口の径の大きさが異なる開口部が形成され、また、第２エッチング工程の後に、洗浄工程及び保護膜除去工程を行ってその後さらにエッチング工程を行う、という操作を繰り返すことにより、所望の形状の凹部を形成することができる。また、最後のエッチング工程の後にも、再度洗浄工程を行ってもよい。これにより、異物がマスクとならないため、保護膜を完全にシリコン基板から剥離することができる。

また、本実施形態では、シリコン基板に形成する深さの異なる凹部として、凹部が連通して断面が階段形状の凹部を形成するものを例示したが、この態様に限定されるものではない。例えば、図２（ｆ）に示すように、深さが異なり連通しない凹部４５０及び凹部４５０ｂを形成してもよい。具体的には、例えば、シリコン基板４００を熱酸化して酸化膜（保護膜）４０１を形成（図２（ａ））した後、フォトリソグラフィー法でパターニングすることにより、凹部４５０が形成される領域に凹部４５０と略同一径の開口部４０２を形成し、次いで、凹部４５０ｂが形成される領域に凹部４５０ｂと略同一径でシリコン基板４００まで貫通せず所定深さの開口部４０３を形成する。これにより、保護膜４０１ａの有する第１のパターンは、開口部４０２及び４０３が形成されたものとなる（図２（ｂ））。次に、上述の実施形態１と同様に第１エッチング工程で凹部４５０ａを形成した後（図２（ｃ））、第１エッチング工程で生成された異物３０４を洗浄工程により除去し（図２（ｄ））、その後、保護膜除去工程により、開口部４０３内の保護膜４０１ａを完全に除去し凹部４５０ｂに対応する領域にシリコン基板４００まで貫通した開口部４０３を形成して、第２のパターンを有する保護膜４０１ｂとする（図２（ｅ））。そして、第２エッチング工程により、凹部４５０ｂと同一の深さだけエッチングすることにより、開口部４０３に対応する部分に、凹部４５０ｂが形成されると共に、凹部４５０ａがさらに深く形成され、凹部４５０ａ及び凹部４５０ｂからなる凹部４５０と、凹部４５０と連通しない凹部４５０ｂとが形成される（図２（ｆ））。これにより、深さが異なり、且つ連通していない凹部４５０と凹部４５０ｂとを有するシリコン基板を形成することができる。また、断面が階段形状の凹部と共に、当該凹部と連通せず同じ深さの凹部を同時に形成することもできる。

なお、本実施形態では、シリコン基板３００を貫通しない深さの異なる凹部を形成したが、深い凹部がシリコン基板を貫通して貫通孔となっていてもよい。

（実施形態２）
実施形態１のシリコン基板の加工方法を適用したノズルプレートの製造方法の一例について、以下に説明する。図３は、ノズルプレートを有する液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略斜視図であり、図４は、その断面図である。図示したインクジェット式記録ヘッドは、いわゆる静電駆動方式のヘッドであり、キャビティ基板１０（請求項に記載の「流路形成基板」に相当）と、このキャビティ基板１０の両面にそれぞれ接合されるノズルプレート２０及び電極基板３０とで構成されている。

キャビティ基板１０は、例えば、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面側に開口する圧力発生室（キャビティ）１１がその幅方向に複数並設されている。また、本実施形態では、図４に示すように、キャビティ基板１０には、複数の圧力発生室１１が並設された列が２列形成されている。さらに、キャビティ基板１０には、各列の圧力発生室１１に共通するインク室となる共通インク室１２が形成されており、この共通インク室１２は、後述するインク供給路を介して各圧力発生室１１に連通されている。また、共通インク室１２の底壁には、共通インク室１２にインクを供給するためのインク供給孔１３が形成されている。また、キャビティ基板１０には、共通インク室１２の外側に、後述する個別電極３３に接続される個別端子部３４を露出させるための貫通孔１４が形成されている。

なお、各圧力発生室１１の底壁は、圧力発生室１１内に圧力変化を生じさせるための振動板１５として機能し、且つこの振動板１５を変位させる静電気力を発生させるための共通電極としての役割を兼ねている。そして、キャビティ基板１０の貫通孔１４近傍には、後述するノズルプレート２０の露出孔内に露出されて図示しない駆動配線が接続される共通端子部１６が形成されている。

ノズルプレート２０は、キャビティ基板１０と同様に、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、各圧力発生室１１に連通する複数のノズル２１（実施形態１の凹部３５０に相当）が形成されている。そして、このノズルプレート２０は、キャビティ基板１０の開口面側に接合され、圧力発生室１１及び共通インク室１２の一方の面を形成している。また、ノズルプレート２０のキャビティ基板１０とは反対側の面には、ノズル２１に対応する領域に亘って厚さ方向の一部を除去したノズル段差部２２が形成されている。

ここで、各ノズル２１は、インク滴が吐出される側に設けられてノズル段差部２２内に開口する略円形の小径部２１ａ（実施形態１の小径部３５０ａに相当）と、小径部２１ａよりも大きい径を有し小径部２１ａと圧力発生室１１とを連通する大径部２１ｂ（実施形態１の大径部３５０ｂに相当）とからなる。全てのノズル２１（小径部２１ａ）は、このノズル段差部２２内に開口しており、本実施形態では、このノズル段差部２２内のノズルプレート２０表面がノズル面となる。

また、ノズルプレート２０のキャビティ基板１０との接合面には、圧力発生室１１と共通インク室１２との境界に対応する領域に、これら各圧力発生室１１と共通インク室１２とを連通するインク供給路２３が形成されている。また、ノズルプレート２０には、共通インク室１２の外側に対応する位置に、キャビティ基板１０の貫通孔１４に連通し、個別端子部３４と共に共通端子部１６を露出させる露出孔２４が形成されている。

このノズルプレート２０の表面、本実施形態では、ノズル段差部２２内には、例えば、フッ素含有シランカップリング化合物等からなる撥水撥油性材料からなる撥水撥油膜２５が形成されている。これにより、ノズルプレート２０の表面（ノズル面）へのインク滴の付着を抑えている。

一方、電極基板３０は、シリコン単結晶基板に近い熱膨張率を有する、例えば、ホウ珪酸ガラス等のガラス基板からなり、キャビティ基板１０の振動板１５側の面に接合されている。この電極基板３０の振動板１５に対向する領域には、各圧力発生室１１に対応して電極基板凹部３１が形成されている。また、電極基板３０には、キャビティ基板１０のインク供給孔１３に対応する位置に、このインク供給孔１３に連通するインク導入孔３２が形成されている。そして、図示しないインクタンクからこのインク導入孔３２及びインク供給孔１３を介して共通インク室１２にインクが充填されるようになっている。

また、各電極基板凹部３１には、振動板１５を変位させる静電気力を発生させるための個別電極３３が、振動板１５との間に所定の間隔を確保した状態でそれぞれ配置されている。また、電極基板凹部３１内には、キャビティ基板１０の貫通孔１４に対向する領域に、図示しない駆動配線が接続される個別端子部３４が形成されており、この個別端子部３４と各個別電極３３とはリード電極３５によって接続されている。なお、図示しないが、これら各個別電極３３及びリード電極３５は絶縁膜によって封止され、また個別端子部３４と共通端子部１６との間には、接続配線を介して駆動電圧パルスを印加するための発振回路が接続されている。

そして、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、発振回路によって個別電極３３と振動板１５（キャビティ基板１０）との間に駆動電圧を印加すると、これら個別電極３３と振動板１５との隙間に発生する静電気力によって振動板１５が個別電極３３側に撓み変形して、圧力発生室１１の容積が拡大し、駆動電圧の印加を解除すると、振動板１５が元の状態に復帰し、圧力発生室１１の容積が収縮する。そして、このとき発生する圧力発生室１１内の圧力変化によって、圧力発生室１１内のインクの一部が、ノズル２１からインク滴として吐出される。

以下、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法について、図５〜８を参照して説明する。なお、図５〜８は、ノズルの列とは直交する方向の断面図であり、図６は要部拡大図である。

まず、図５（ａ）に示すように、例えば、厚さが１８０μｍのシリコンウェハであるノズルプレート用ウェハ２００を熱酸化することにより、その表面に二酸化シリコンからなる酸化膜（保護膜）２０１を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００の一方面側の酸化膜２０１を、例えば、フォトリソグラフィー法によりフッ化アンモニウム等によってエッチングすることにより、小径部２１ａが形成される領域に、小径部２１ａと略同一径の開口部２０２を形成する。また、個別端子部を露出させるための露出孔２４が形成される領域にも、所定形状の開口部２０３を形成する。なお、本実施形態では、開口部２０３は、露出孔２４が形成される領域の周縁部のみに形成している。次いで、図５（ｃ）に示すように、酸化膜２０１をさらにハーフエッチングすることにより、大径部２１ｂが形成される領域に、大径部２１ｂと略同一径で所定深さの大径部用凹部２０４を形成する。また、インク供給路２３が形成される領域に、インク供給路２３と略同一開口形状を有する所定深さのインク供給路用凹部２０５を形成する。これにより、第１のパターンを有する酸化膜（保護膜）２０１が形成される（保護膜形成工程）。

次に、図６（ａ）に示すように、このような酸化膜２０１をマスクとしてノズルプレート用ウェハ２００を誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置によりエッチングすることによって、所定深さの凹部２０６（小径部２１ａ）及び溝部２０７を形成する（第１エッチング工程）。本実施形態では、誘導結合型プラズマエッチング装置を用い、ＳＦ_６ガスを用いてエッチングする工程と、このエッチングした領域の側壁にＣ_２Ｆ_６ガスを用いてフッ素化合物のポリマーを形成する工程とを繰り返すことにより、ノズルプレート用ウェハ２００を異方性ドライエッチングすることで、凹部２０６（小径部２１ａ）及び溝部２０７をノズル２１の小径部２１ａと略同一深さとなるように形成する。この第１エッチング工程の後には、図６（ａ）に示すように、凹部２０６（小径部２１ａ）及び溝部２０７の内壁や酸化膜２０１表面上に、シリコンからなるキャビティ基板１０とドライエッチングガスの反応により生成された異物３０４が付着していた。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１エッチング工程でエッチングした領域を酸とアルカリとの混合液で洗浄する（洗浄工程）。本実施形態では、洗浄液として過酸化水素水溶液とアンモニア水溶液と純水を混合した溶液（過酸化水素：アンモニア：純水＝１：１：５）を用い、この洗浄液にキャビティ基板１０を１０分間浸漬することにより、洗浄工程を行った。このように、少なくとも第１エッチング工程でエッチングした領域、例えば、凹部２０６（小径部２１ａ）、溝部２０７及び保護膜２０１を酸とアルカリの混合液で洗浄することにより、第１エッチング工程により生成された異物３０４を除去することができるため、後述の保護膜除去工程及び第２エッチング工程において、異物３０４がマスクとなることがなく、所望の形状のノズル２１及び溝部２０７を形成することができる。また、保護膜除去工程で用いるフッ酸等の溶液に異物３０４が浮遊して溶液を汚染したり浮遊した異物３０４が凹部２０６（小径部２１ａ）、溝部２０７及び酸化膜２０１に再付着する等の問題も生じないため、保護膜除去工程で所定の第２のパターンを有する酸化膜２０１を形成することができる。

次に、図７（ａ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００の表面の酸化膜２０１をフッ化水素水溶液でエッチングし、その厚さ方向の一部を除去して、大径部用凹部２０４，インク供給路用凹部２０５に対応する部分に開口部２０８，２０９を形成する（保護膜除去工程）。すなわち、大径部用凹部２０４，インク供給路用凹部２０５内の酸化膜２０１が完全に除去されるまで酸化膜２０１全体を均一な厚さで除去する。これにより、第２のパターンを有する酸化膜２０１が形成される（保護膜除去工程）。

そして、図７（ｂ）に示すように、第２のパターンを有する酸化膜２０１をマスクとして、ノズルプレート用ウェハ２００を上記第１エッチング工程と同様の方法で誘導結合型プラズマエッチング装置によりエッチングする（第２エッチング工程）。ノズルプレート用ウェハ２００を大径部２１ｂと同一の深さだけエッチングすることにより、開口部２０８に対応する部分に、小径部２１ａ及び大径部２１ｂからなるノズル２１が形成されると共に、開口部２０９に対応する領域にインク供給路２３が形成される。また同時に、溝部２０７がさらに深く形成される。

次いで、図７（ｃ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００表面の酸化膜２０１をフッ酸水溶液によって、一旦全て剥離させる。次に、図８（ａ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００を熱酸化し、ノズル２１内等を含む全表面に、再び酸化膜２１１を形成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００のインク供給路２３とは反対側の面、すなわち、ノズル面側の酸化膜２１１を、例えば、フッ化アンモニウム等によってエッチングすることにより、ノズル段差部２２及び露出孔２４が形成される領域に開口部２１２，２１３を形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、この酸化膜２１１をマスクとしてノズルプレート用ウェハ２００を、例えば、水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ）等によって異方性ウェットエッチングすることにより、ノズル段差部２２を形成すると共に、露出孔２４を実質的に貫通させる。なお、本実施形態では、ノズル段差部２２をウェットエッチングにより形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、ドライエッチングによって、あるいはウェットエッチングとドライエッチングとを併用して形成するようにしてもよい。

そして、このようにノズル段差部２２等を形成した後は、図８（ｄ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００表面の酸化膜２１１を、フッ酸水溶液等によって完全に剥離させる。これによって、ノズル２１がノズル段差部２２内に開口すると共に、露出孔２４が完全に貫通される。なお、その後は、図示しないが、ノズルプレート用ウェハ２００を、再び熱酸化してノズル２１等の内面にインク保護膜となる酸化膜を形成して、ダイシング等により所定の大きさに切断することによってノズルプレート２０が形成される。

以上本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、静電駆動方式のインクジェット式記録ヘッドを一例として本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、圧電素子の変位によってインク滴を吐出させる方式、あるいは、発熱素子等によってインクを加熱することでインク滴を吐出させる方式等、あらゆる方式のインクジェット式記録ヘッドに採用することができる。また、勿論、本発明は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、他のあらゆる液滴を吐出する液体噴射ヘッドにも採用することができる。他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

実施形態１に係るシリコン基板の加工方法を示す断面図である。 実施形態１に係るシリコン基板の加工方法を示す断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの概略斜視図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す要部拡大断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ キャビティ基板、 １１ 圧力発生室、 １２ 共通インク室、 １４ 貫通孔、 １５ 振動板、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル、 ２１ａ，３５０ａ 小径部、 ２１ｂ，３５０ｂ 大径部、 ２２ ノズル段差部、 ２３ インク供給路、 ２４ 露出孔、 ２５ 撥水撥油膜、 ３０ 電極基板、 ３３ 個別電極、 ３００，４００ シリコン基板、 ３０１，４０１ 保護膜、 ３５０，４５０ 凹部、 ３０４ 異物

Claims (8)

1. 所定形状の第１のパターンを有する保護膜をシリコン基板上に形成する保護膜形成工程と、前記第１のパターンを有する保護膜をマスクとして誘導結合型プラズマエッチング装置により前記シリコン基板をドライエッチングする第１エッチング工程と、第１エッチング工程後に前記第１のパターンを有する保護膜の少なくとも一部を除去して第２のパターンを有する保護膜とする保護膜除去工程と、前記第２のパターンを有する保護膜をマスクとして誘導結合型プラズマエッチング装置により前記シリコン基板をドライエッチングする第２エッチング工程により、前記シリコン基板に深さが異なる凹部を形成するシリコン基板の加工方法であって、
   前記第１エッチング工程と第２エッチング工程との間に、少なくとも前記第１エッチング工程でエッチングした領域を酸とアルカリとの混合液で洗浄する洗浄工程を有することを特徴とするシリコン基板の加工方法。
2. 前記洗浄工程の後、前記保護膜除去工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板の加工方法。
3. 前記洗浄工程が、１０分以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン基板の加工方法。
4. 前記深さが異なる凹部が連通して断面が階段形状の凹部を形成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のシリコン基板の加工方法。
5. 前記第１エッチング工程が、ＳＦ_６、ＣＦ_４及びＮＦ_３からなる群から選択される少なくとも一種のガスを用いてエッチングする工程と、このエッチングした領域の側壁にＣ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８及びＣＨＦ_３からなる群から選択される少なくとも一種のガスを用いてフッ素化合物のポリマーを形成する工程とを繰り返すことにより前記シリコン基板を異方性エッチングするものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のシリコン基板の加工方法。
6. 前記酸が過酸化水素で、前記アルカリがアンモニアであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のシリコン基板の加工方法。
7. 所定形状の第１のパターンを有する保護膜をシリコン単結晶基板上に形成する保護膜形成工程と、前記第１のパターンを有する保護膜をマスクとして誘導結合型プラズマエッチング装置により前記シリコン単結晶基板をドライエッチングする第１エッチング工程と、第１エッチング工程後に前記第１のパターンを有する保護膜の少なくとも一部を除去して第２のパターンを有する保護膜とする保護膜除去工程と、前記第２のパターンを有する保護膜をマスクとして誘導結合型プラズマにより前記シリコン単結晶基板をドライエッチングする第２エッチング工程により前記シリコン単結晶基板に深さが異なる凹部を有するノズルを形成するに際し、
   前記第１エッチング工程と第２エッチング工程との間に、少なくとも前記第１エッチング工程でエッチングした領域を酸とアルカリとの混合液で洗浄する洗浄工程を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
8. 前記ノズルプレートが、前記ノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と前記圧力発生室に液滴吐出のための圧力を付与する圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドに用いられるものであることを特徴とする請求項７に記載のノズルプレートの製造方法。
   

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