JP2007301785A - 穿孔方法、及び、液体吐出装置用ノズルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石英製又はガラス製の基板に高精度に孔を形成するための穿孔方法、及び、該方法を用いた液体吐出装置用ノズルの製造方法を提供する。
【解決手段】基板の表面にマスキング膜を形成する工程と、マスキング膜の表面にドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜を所定形状にパターニングする工程と、マスキング膜を所定形状にパターニングする工程と、ドライエッチングにより前記基板の表面をエッチングする工程と、ドライエッチングの後に前記基板の表面に残存する前記マスキング膜を除去する工程と、を含む加工工程を複数回繰り返す。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドライエッチングにより石英製又はガラス製の基板に孔を形成するための穿孔方法、及び、該方法を用いた液体吐出装置用ノズルの製造方法に関する。

近年、インクジェット記録方式の技術を液晶カラーフィルターなど微細なパターニングに応用しようという試みがなされている。インクジェット記録方式は、微細なノズルからインクの小滴を吐出させ、紙などの記録部材に付着させることで画像を形成する記録方式である。インク等の液体を吐出させる方式として、電圧を加えることにより変形するピエゾ素子の圧力で液体を吐出させるピエゾ方式、発熱により液体を沸騰させて生じた気泡の圧力でインクを吐出させるサーマル方式、インクに静電吸引力を作用させ吐出させる静電方式などが知られている。しかし、いずれの方式も、吐出させる液滴の更なる微細化や高粘度液体への対応などの要求に十分に応えることはできていない。

そのため、ピエゾ方式やサーマル方式の技術と、静電方式による液体吐出技術とを組み合わせた、いわゆる電界アシスト方式による液体吐出装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照。）。この電界アシスト方式は、ピエゾ素子の圧力や気泡の圧力などを用いてノズルの吐出孔に液体のメニスカスを隆起させ、メニスカスに対する静電吸引力によってメニスカスを液滴化し吐出する方式である。

我々は、電界アシスト方式による液体吐出技術の検討を行い、この方式に好適な液体吐出装置用ノズルを開発した。この液体吐出装置用ノズルは石英製又はガラス製の基板に貫通孔を形成したものである。

かかる液体吐出装置用ノズルは、石英製又はガラス製の基板に貫通孔を形成して製造される。吐出する液体の微細化、安定化を図るために、この貫通孔の穿孔加工には高い加工精度と高い安定性が求められる。石英製又はガラス製の基板に対する穿孔方法としては、ダイヤモンドドリル等による機械加工や、レーザーを用いた加工が知られているが、いずれの方法も、要求される精度と安定性を満足することはできていない。

一方、ドライエッチングによって、ガラス凹版を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−１０４７２５号公報 特開平６−２１９７８１号公報

特許文献２に記載された方法を用いることで、アスペクト比が比較的小さな浅い孔であれば高精度に穿孔することができる。しかしながら、更に深い孔を形成しようとする場合には、必要な厚みのマスキング膜を良好に形成することが困難となる問題があった。液体吐出装置用ノズルの製造においては数十μｍから数百μｍの深さの孔を形成する必要があり、特許文献２に記載された方法のような従来方法で対応することはできなかった。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、石英製又はガラス製の基板に高精度に孔を形成するための穿孔方法、及び、該方法を用いた液体吐出装置用ノズルの製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１． ドライエッチングにより石英製又はガラス製の基板に孔を形成するための穿孔方法において、前記基板の表面にマスキング膜を形成する工程と、前記マスキング膜の表面にドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を所定形状にパターニングする工程と、前記マスキング膜を所定形状にパターニングする工程と、ドライエッチングにより前記基板の表面をエッチングする工程と、前記ドライエッチングの後に前記基板の表面に残存する前記マスキング膜を除去する工程と、を含む加工工程を複数回繰り返すことを特徴とする穿孔方法。

２． 連続する複数の前記加工工程において、前記レジスト膜を所定形状にパターニングする工程における前記所定形状が同一の形状であることを特徴とする１記載の穿孔方法。

３． 前記マスキング膜は、アルミニウム、ニッケル、クロム、及びシリコンからなる群より選択される少なくとも１つを含む膜であることを特徴とする１又は２記載の穿孔方法。

４． 前記ドライエッチングに用いるエッチングガスは、ＣＨＦ₃及びＣＦ₄を含み、その混合比がＣＨＦ₃１００質量部に対してＣＦ₄が１０質量部から５０質量部であることを特徴とする１乃至３の何れか１項記載の穿孔方法。

５． 前記ドライエッチングは、前記基板の温度が所定温度以下に保たれるように、エッチングレートを周期的に変化させて行うことを特徴とする１乃至４の何れか１項記載の穿孔方法。

６． 前記孔は、アスペクト比が０．５以上の孔であることを特徴とする１乃至５の何れか１項記載の穿孔方法。

７． 貫通孔を備えた石英製又はガラス製の基板からなり、前記貫通孔から液体を吐出するための液体吐出装置に用いる液体吐出装置用ノズルの製造方法において、前記貫通孔は、１乃至６の何れか１項に記載の穿孔方法により形成することを特徴とする液体吐出装置用ノズルの製造方法。

８． 貫通孔を備えた石英製又はガラス製の基板からなり、前記貫通孔は、前記基板の一方の面に開口し断面形状が一定の大径部と、前記基板の他方の面に開口し前記大径部の断面より小さな断面を有する断面形状が一定の小径部とからなり、前記貫通孔から液体を吐出するための液体吐出装置に用いる液体吐出装置用ノズルの製造方法において、前記大径部又は前記小径部のうち少なくとも一方は、１乃至６の何れか１項に記載の穿孔方法により形成することを特徴とする液体吐出装置用ノズルの製造方法。

本発明によれば、ドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜を形成することによりドライエッチングを含む加工工程を複数回繰り返すことができることから、常にマスキング膜の精度が保たれた状態で基板のエッチングを行うことができ、石英製又はガラス製の基板に高精度に孔を形成することができる穿孔方法を提供できる。

更に、本発明によれば、前記穿孔方法によって貫通孔を形成することにより高精度で安定した液体吐出装置用ノズルの製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の穿孔方法の第１の実施形態における工程を示した図であり、基板の断面図を示している。本実施形態においては、工程Ｓ１０１から工程Ｓ１０７までの加工工程を複数回繰り返して最終的に目的とする孔を形成する。以下、工程を追って順に説明する。

工程Ｓ１０１は、基板１０の表面にマスキング膜１１を形成する工程である。

本発明は、基板１０として石英製又はガラス製の基板を対象としている。石英やガラスの種類、基板の厚さに特に制限はない。基板１０の厚さが薄いとマスキング膜の膜応力の影響を受けやすくなるためにマスキング膜１１の膜厚が制限され、１回のドライエッチングにより穿孔を完成させる従来法による加工は困難になってくる。本発明の方法によれば、ドライエッチングを用いた加工工程を複数回繰り返すため、そのような薄い基板に対しても良好に穿孔加工を行うことができる。例えば、厚さ１００μｍから１０００μｍといった薄い基板であっても問題なく加工可能である。

マスキング膜１１の材質は、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、白金、チタン等の金属やシリコンなどの中から適宜選択して使用することができる。これらの２種以上や他の材料を含んだ混合物や合金を使用することもできる。また、２種以上の膜を積層して用いることもできる。基板１０である石英等に対するエッチングレート比、膜応力、耐熱性、パターニングの容易性などの観点から、特にアルミニウム、クロム、ニッケル、シリコンが好ましい。特にニッケルは石英に対するエッチングレート比が約５０であり、これらの中で最も高く好ましい。クロムは石英に対するエッチングレート比が約２５であり、ニッケルに次いで高く好ましい。アルミニウムは、石英に対するエッチングレート比は約１０であり、ニッケルやクロムと比較して高くはないが、膜応力が低く、また、パターニングが容易であるという観点から好ましい。シリコンは、石英に対するエッチングレート比は約５であり高くはないが、ＣＶＤ法等の手法により膜厚数十μｍの膜を容易に形成することができることから好ましい。ここで、エッチングレートとはドライエッチングにおいて単位時間当たりにエッチングされる深さをいい、エッチングレート比とは、同一条件下においてエッチングされる深さの比率をいう。

マスキング膜１１の膜厚は、材質や条件に応じた限界膜厚以下に抑える必要がある。この限界膜厚を超えると膜応力による基板の変形や膜割れ等の問題が発生してしまう。限界膜厚は種々の条件に左右されるが、厚さ５００μｍの石英基板に孔を形成する場合、ニッケル膜の場合は約０．８μｍ、クロム膜の場合は約０．３μｍ、アルミ膜の場合は約１．２μｍ、シリコン膜の場合は約１０μｍであり、これを超えると基板１０の変形やマスキング膜１１の膜割れ等の問題が発生し、精密な穿孔加工を行うことが難しくなる。

１回のドライエッチングにより穿孔を完成させる従来法による加工においては、マスキング膜１１としてクロム膜を用いた場合、限界膜厚が約０．３μｍで石英に対するエッチングレート比が約２５であるから、約７．５μｍの深さの穿孔加工が限界となる。同様に、ニッケル膜を用いた場合は約４０μｍ、アルミ膜を用いた場合は約１２μｍ、シリコン膜を用いた場合は約５０μｍの深さの穿孔加工が限界である。また、これらは厚さ５００μｍの石英基板に孔を形成する場合の深さの限界値の一例を示すものであって、孔の直径が小さくなると、マスキング膜のサイドエッチの影響などにより精密な穿孔加工を行うための限界膜厚は更に薄くなり、深さの限界もさらに浅くなる。そのため、アスペクト比が高い孔の穿孔加工は困難であった。

ここで、アスペクト比とは、孔の直径に対する深さの比率をいう。孔の断面形状が円でない場合には、孔の断面積と同じ面積を有する円の直径に対する深さの比率を言う。

本発明においては、マスキング膜１１の膜厚を限界膜厚以下に抑えて、ドライエッチングを含む加工工程を複数回繰り返すため、深い孔の場合でも精密に穿孔加工を行うことができる。特に、アスペクト比が０．５以上の従来法では困難であった孔の穿孔加工にも十分に対応できる。アスペクト比が高くなるに従って加工工程の繰り返し回数を増やす必要があるが、対応できるアスペクト比に特に上限はない。

例えば直径１００μｍで深さ１２０μｍの孔の穿孔を行う場合、マスキング膜として厚さ０．６μｍのニッケル膜を用いて１回当たり３０μｍのエッチングを４回繰り返す方法や、マスキング膜として１．２μｍのアルミニウム膜を用いて１回当たり１２μｍのエッチングを１０回繰り返す方法などを採用することができる。

マスキング膜１１の成膜は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法など、公知の方法を適宜選択して採用することができる。

なお、一旦工程Ｓ１０１から工程Ｓ１０７までの加工工程を行った後の２回目以降の工程においては、孔の形成された基板にマスキング膜を形成することになるが、孔の底面や側壁面についてはマスキング膜が形成されなくても良い。

工程Ｓ１０２は、マスキング膜１１の表面にドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜１２を形成する工程である。

レジスト膜１２は、マスキング膜１１の表面にドライフィルムレジストを貼り付けることにより形成する。ドライフィルムレジストは、フィルム状のエッチングレジストであって、被パターニング基板に貼り付けて使用するためのものである。本発明においては、基板１０の表面に形成したマスキング膜１１の表面に貼り付ける。ドライフィルムレジストの種類に特に制限はなく公知の物を適宜用いることができる。

ドライフィルムレジストは、フィルム状のエッチングレジストであるため、すでに途中まで穿孔加工がされて孔が形成された基板に対しても貼り付けてレジスト膜１２を形成することができる。従って、ドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜１２を形成することで、ドライエッチングを含む加工工程を複数回繰り返し行うことができる。レジスト膜を形成する方法として、スピンコートやスリットコートによってレジスト液を塗布する方法が知られているが、これらの方法では、すでに穿孔加工がされて孔が形成された基板に対しては良好にレジスト膜を形成することは困難であり、ドライエッチングを含む加工工程を複数回繰り返し行うことはできない。

ただし、最初にレジスト膜を形成する工程においてはまだ基板に孔が形成されていないため、スピンコートによる方法などによってレジスト膜を形成しても良い。２回目以降の工程において、ドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜を形成する工程Ｓ１０２を含む工程Ｓ１０１から工程Ｓ１０７までの加工工程を複数回繰り返すことで目的とする孔を形成することができる。

工程Ｓ１０３は、レジスト膜１２を所定形状にパターニングする工程である。この工程Ｓ１０３は、所定パターンの露光工程とレジスト膜の現像工程とからなり、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて行うことができる。露光工程及び現像工程の方式、条件等は、基板の大きさやレジスト膜の種類等に応じて適宜選択することができる。

レジスト膜１２のパターニングの形状は、穿孔する孔の形状等に応じて、毎回同じ形状としても良いし、加工工程ごとに異なる形状としても良い。断面形状が一定の深い孔を穿孔する場合には、連続する複数の加工工程において同一の形状とすることが好ましい。また、第１の形状で複数回の加工を行った後、第２の形状で更に加工を行っても良い。

工程Ｓ１０４は、マスキング膜１１を所定形状にパターニングする工程である。

工程Ｓ１０３でパターニングされたレジスト膜１２をマスクとして用いてエッチングを行うことでマスキング膜１１をパターニングすることができる。エッチングはウェットエッチングやドライエッチングなど公知の手法を用いることができる。

例えば、ウェットエッチングによりパターニングする場合には、マスキング膜１１がニッケル膜の場合は、希硫酸、希塩酸、メック株式会社製ＮＨ−１８６０（商品名）などをエッチング液として用いることができる。また、マスキング膜１１がクロム膜の場合はナカライテスク株式会社製ＥＣＲ２（商品名）などを、マスキング膜１１がアルミニウム膜の場合はリン酸水溶液やナカライテスク株式会社製アルミニウム用エッチング液などを、シリコン膜の場合は水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液などをそれぞれエッチング液として用いることができる。いずれの膜の場合にもドライエッチングによりパターニングすることも可能である。

工程Ｓ１０５は、レジスト膜１２を除去する工程である。

この工程Ｓ１０５は必ずしも必須の工程ではなく、レジスト膜１２を除去せずに残したまま次の工程Ｓ１０６を行っても良い。ただし、レジスト膜１２を残したまま次の工程Ｓ１０６であるドライエッチングを行うと、条件によっては熱で劣化したレジスト膜が精密な孔の形成に悪影響を及ぼす場合がある。また、レジスト膜の劣化を防止しようとするとドライエッチングの工程に必要な時間が大幅に延びる場合もある。そのような場合には、この工程Ｓ１０５を設けて予めレジスト膜１２の除去を行っておくことが好ましい。

レジスト膜１２を除去する方法として、溶剤を用いて除去する方法や、気相中で除去するアッシング法などが知られている。これら公知の方法の中からレジスト膜１２の種類等に応じて適切な方法を選択すればよい。

工程Ｓ１０６は、ドライエッチングにより基板１０の表面をエッチングする工程である。

工程Ｓ１０４でパターニングされたマスキング膜１１をマスクとして用いてドライエッチングを行うことで、基板１０の表面のうちマスキング膜に覆われていない領域１３をエッチングして孔の一部を形成することができる。前述の通り、１回の加工工程で形成できるのは、最終的に形成しようとする孔の一部の深さまでに限られる。

ドライエッチングの種類、条件に特に制限はないが、アスペクト比の高い孔を高精度に穿孔するためにはエッチングの異方性の高い反応性イオンエッチング法を用いることが好ましい。反応性イオンエッチングの方法は、平行平板型、マグネトロン型、２周波型、ＥＣＲ型、ヘリコン型、ＩＣＰ型など公知の方法の中から適宜選択することができる。

ドライエッチングに用いるエッチングガスは、ＣＦ₄、Ｃ₃Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈などのフッ化炭素系ガス又はＣＨＦ₃などのフッ化炭化水素系ガスを含んだガスを用いることができる。これらの２種以上のガスを含んだガスを用いても良いし、これらに加え、Ａｒガス、Ｈ₂ガスなど他の種類のガスを含んだガスを用いても良い。

更に、我々は、エッチングガスとして、ＣＨＦ₃及びＣＦ₄を含み、その混合比がＣＨＦ₃１００質量部に対してＣＦ₄が１０質量部から５０質量部のガスを用いると、エッチングされた面が非常になめらかな面となり、精度の高い穿孔加工が可能になることを見いだした。特に、混合比がＣＨＦ₃１００質量部に対してＣＦ₄が１０質量部から３０質量部の場合にその効果が高く好ましい。

ドライエッチングにおいては、プラズマの影響やイオンとの衝撃などによって基板温度が上昇する。この温度上昇によってマスキング膜が損傷するとその後のエッチングによる穿孔加工の精度が低下してしまう。さらに、温度上昇による基板の変形や変質といった問題が発生する虞もある。そのため、ドライエッチングの工程の間、基板温度を所定の温度以下に保っておくことが好ましい。ドライエッチングによる基板温度の上昇は、ドライエッチングの方式、条件によって異なるが、いずれの方式においてもエッチングレートに影響される。エッチングレートの高い条件では基板温度は大きく上昇し、エッチングレートの低い条件では基板温度の上昇は小さい。従って、エッチングレートを周期的に変化させることで、基板温度を所定の温度以下に保つことができる。

エッチングレートを周期的に変化させるとは、実際にエッチング中の基板温度を測定し、その測定結果に基づいてエッチングレートを変化させても良いし、予めエッチングレートと基板温度との関係を求めた上で、所定時間間隔でエッチングレートを変化させても良い。また、エッチングレートの高い条件と低い条件の２段階を交互に繰り返しても良いし、エッチングレートを連続的に変化させても良い。ここで、エッチングレートを周期的に変化させるとは、エッチングを停止してエッチングレートを０にすることも含む。例えば、所定時間間隔でエッチングを停止して間欠的にエッチングを繰り返す方法とすることもできる。

エッチングレートは、それぞれのドライエッチングの手法において公知のパラメータを変更することで容易に変更することができる。平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用いる場合を例に挙げて説明する。平行平板型の反応性イオンエッチング装置は、エッチング室に一対の平行平板の電極を設置し、一方の電極に高周波を印加してエッチングを行う装置である。この装置を用いる場合には、電極に印可する高周波電力を調整することでエッチングレートを変更することができる。

基板温度の上限値は、基板の厚み、マスキング膜の材質や厚み、孔の直径等種々の条件によって異なるため対象に応じて設定する。マスキング膜としてアルミニウム膜を用いる場合は３５０℃程度が限界となることが多い。マスキング膜としてニッケル膜やクロム膜を用いる場合は、通常、アルミニウム膜を用いる場合よりも高い温度まで許容できる。

工程Ｓ１０７は、ドライエッチングの後に基板の表面に残存するマスキング膜１１を除去する工程である。

ドライエッチングによりダメージを受けたマスキング膜１１をそのまま使用し続けると、例えば、孔の開口部近傍が円錐状に広がってしまうといった現象が起き高精度な穿孔加工が困難になる。そのため、ダメージを受けたマスキング膜をこの工程で一旦除去した後、次の工程でマスキング膜を再形成することによりかかる現象を防止することができる。

マスキング膜１１の除去は、工程Ｓ１０４と同様の方法により行うことができる。

以上説明したように工程Ｓ１０１から工程Ｓ１０７までの加工工程により、最終的に形成しようとする孔の一部の深さまでの穿孔加工ができる。この工程Ｓ１０１から工程Ｓ１０７までの加工工程を、孔の深さが目的とする深さに到達するまで繰り返し行うことで、最終的に形成しようとする孔の穿孔加工を行うことができる。

なお、工程Ｓ１０１から工程Ｓ１０７の間、又はその前後に別の工程を含んでいても良い。例えば、工程Ｓ１０１の前に基板の洗浄工程及び乾燥工程を行っても良いし、また、工程Ｓ１０６と工程Ｓ１０７の間に基板の検査工程を行っても良い。

（実施形態２）
図２は、本発明の第２の実施形態において製造する液体吐出装置用ノズルを備えた液体吐出装置の１例を示す断面図である。

まず、この液体吐出装置２０の構成と動作について説明する。

この液体吐出装置２０は、液体を吐出するための貫通孔を備えた基板からなる液体吐出装置用ノズル２１と、ベースプレート２２と、吐出した液体を受ける基材２３を支持する対向電極２４と、を備えている。液体吐出装置用ノズル２１を構成する基板の、液体を吐出する面と反対側の面には液体を帯電させるための帯電用電極２５が設けられ、また、ベースプレートの背面側には圧力発生手段であるピエゾ素子２６が設けられている。

液体吐出装置用ノズル２１に設けられた貫通孔は、基板の一方の面に開口する大径部２７と、前記基板の他方の面に開口し前記大径部２７の断面より小さな断面を有する小径部２８とからなる。ここで、小さな断面を有するとは断面の円の直径が小さいことをいう。小径部２８の開口が液体の吐出孔２９となっている。大径部２７や小径部２８の直径に特に制限は無いが、通常は、大径部２７の直径が２０μｍから２００μｍ、小径部２８の直径が２μｍから２０μｍ程度とすることが好ましい。また貫通孔の深さ（液体吐出装置用ノズル２１を構成する基板の厚さ）は５０μｍから５００μｍであり、そのうち大径部２７と小径部２８の深さの比率を１：１から２０：１程度にすることが好ましい。

大径部２７と小径部２８の断面形状はいずれも、必ずしも円に限られる物ではなく、多角形形状であっても良い。また、大径部２７と小径部２８の断面形状が異なる形状であっても良い。この場合、小さな断面を有するとは、それぞれの断面積と同じ面積を有する円の直径が小さいことをいう。

液体吐出装置用ノズル２１の貫通孔とベースプレート２２によって形成されるキャビティ３０には、図示しない流路により供給された液体が充填されている。ピエゾ素子２６に駆動電圧を印加するとピエゾ素子２６が変形し、キャビティ３０の内部の液体に圧力が加わる。この圧力によって吐出孔２９に液体のメニスカス３１が形成される。この状態で帯電用電極２５と対向電極２４との間に電圧を印加すると、発生した電界による静電力でメニスカス３１が引きちぎられて液滴となり、更に静電力によって加速されて基材２３に到達する。

ここで、液体吐出装置用ノズル２１を体積抵抗率の高い材質で形成すると、メニスカス３１に対して効果的に静電力を働かせることができる。そのため、液体吐出装置用ノズル２１は石英又はガラス製基板が用いられる。体積抵抗率が１０¹⁵Ω・ｍ以上の石英又はガラス製基板を用いることが特に好ましい。

また、本発明の方法により製造される液体吐出装置用ノズルは図２に示した物に限定されることはなく、貫通孔を備えた石英又はガラス製基板からなる液体吐出装置用ノズルの製造に広く本発明の方法を適用することができる。液体吐出装置用ノズルは、１枚の基板に複数の貫通孔を１列に配置した構成や、多数の貫通孔をマトリックス状に配置した構成であっても良い。

次に、この液体吐出装置２０に用いられる液体吐出装置用ノズル２１の製造方法について説明する。

液体吐出装置用ノズル２１は、石英又はガラス製基板に対して、基板の一方の面から大径部２７を穿孔加工し、基板の他方の面から小径部２８を穿孔加工することで製造する。これらの穿孔加工として本発明の実施形態１で説明した穿孔方法を用いることで、高精度で安定的に液体吐出装置用ノズル２１を製造することができる。

大径部２７と小径部２８の両方の加工に本発明の穿孔方法を用いても良い。また、貫通孔の形状によっては、何れか一方は従来法で加工できる場合もある。このような場合には従来法での加工が困難な大径部２７又は小径部２８のいずれか一方の加工に本発明の穿孔方法を用いればよい。

なお、大径部２７と小径部２８の穿孔加工の順序は限定されず、いずれを先に加工しても良い。

（実施例１）
厚さ２００μｍの石英基板に、直径５０μｍ、深さ５０μｍの孔を形成する穿孔加工を行った。孔は１５０μｍ間隔で２個の孔を並べて配置した。穿孔加工の工程を図３に示す。

工程Ｓ２０１では、石英基板の表面にマスキング膜としてのクロム膜をスパッタリング法により形成した。クロム膜の膜厚は０．２μｍとした。

工程Ｓ２０２では、クロム膜の表面に厚さ２５μｍのドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜を形成した。

工程Ｓ２０３でドライフィルムレジストのパターニングを行った後、工程Ｓ２０４でクロム膜のパターニングを行った。クロム膜のパターニングはＥＣＲ２を用いたエッチングにより行った。ドライフィルムレジストの剥離は行わず、ドライフィルムレジストを一部残したまま次の工程Ｓ２０６へ進んだ。

工程Ｓ２０６では、平行平板型ドライエッチング装置を用いて石英基板のエッチングを行った。エッチングガスとしてＣＨＦ₃を用いて、深さ５μｍまでエッチングを行った。エッチング時間は５０分、エッチングレートは０．１μｍ／ｍｉｎであった。

工程Ｓ２０７では、ＥＣＲ２を用いたエッチングにより残ったクロム膜の除去を行った。

以上のＳ２０１からＳ２０７までの加工工程により、石英基板２０に深さ５μｍの孔が形成された。この後、同様にＳ２０１からＳ２０７までの加工工程を合計１０回繰り返して、最終的に深さ５０μｍの孔を形成することができた。

（実施例２）
工程Ｓ２０６におけるドライエッチングの条件が異なる以外は、実施例１と同様の方法で穿孔加工を行った。

工程Ｓ２０６で、平行平板型ドライエッチング装置を用い、エッチングガスとしてＣＨＦ₃を用いたのは実施例１と同様であるが、本実施例では石英基板の温度上昇を緩和するため１０分間のエッチングとその後１０分間のエッチングの停止を繰り返してエッチングを行った。エッチング時のエッチングレートは０．１μｍ／ｍｉｎであり、合計９０分かけて深さ５μｍまでのエッチングを行った。

実施例１と同様にＳ２０１からＳ２０７までの加工工程を合計１０回繰り返して、最終的に深さ５０μｍの孔を形成した。顕微鏡観察の結果、実施例１で形成した孔と比較して更に加工面がなめらかに仕上がり良好であった。

（比較例１）
狙いとする孔の形状は実施例１、２と同じである。ただしこの比較例１では直径５０μｍ、深さ５０μｍの孔を１回のドライエッチング工程で形成することを目的として、マスキング膜であるクロム膜の膜厚を２μｍとした。

ドライフィルムレジストを貼り付けた後、パターニングを行った。しかし、クロム膜の膜応力によって基板のクロム膜が形成された面が凹形状になるように最大５μｍ反ってしまっており、直径５０μｍの孔のパターンを１００μｍ間隔で精度良く形成することができず、次の工程に進むことができなかった。

（比較例２）
狙いとする孔の形状は実施例１、２と同じである。ただしこの比較例２ではドライフィルムレジストの代わりに、フォトレジストをスピンコートで塗布することでレジスト膜を形成した。他の条件は実施例１と同じである。

１回目の工程で石英基板２０に深さ５μｍの孔を形成する段階までは実施例１と同様に問題なく終了した。２回目の工程でクロム膜を形成した後、再度スピンコートによりレジスト膜を形成しようとしたが、１回目の工程で形成された孔にフォトレジストが入り込んでしまい良好なレジスト膜を形成することができず、次の工程に進むことができなかった。

（実施例３）
図４に示す石英基板製の液体吐出装置用ノズル４０を作製した。図４（ａ）は１つの貫通孔を示す断面図であり、図４（ｂ）は基板４１を大径部４７側の面から見た貫通孔の配置状態を示す図である。液体吐出装置用ノズル４０は、貫通孔を２列に２００μｍ間隔で配置したものであり、１列当たり６４個、合計１２８個の貫通孔を有している。貫通孔は、基板の一方の面に開口する直径１００μｍの大径部４７と、前記基板の他方の面に開口する直径５μｍの小径部４８とからなる。大径部４７の深さは１８０μｍ、小径部４８の深さが２０μｍである。

液体吐出装置用ノズル４０は、先ず基板４１の一方の面から大径部４７を穿孔加工し、その後、基板４１の他方の面から小径部４８を穿孔加工することで製造した。穿孔加工の工程を図５に示す。

工程Ｓ３０１では、石英基板４１の表面にマスキング膜としてのニッケル膜をスパッタリング法により形成した。ニッケル膜の膜厚は０．６μｍとした。

工程Ｓ３０２では、ニッケル膜の表面に厚さ２５μｍのドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜を形成した。

工程Ｓ３０３でドライフィルムレジストのパターニングを行った後、工程Ｓ３０４でニッケル膜のパターニングを行った。ニッケル膜のパターニングはＮＨ−１８６０を用いたエッチングにより行った。ドライフィルムレジストの剥離は行わず、ドライフィルムレジストを一部残したまま次の工程Ｓ３０６へ進んだ。

工程Ｓ３０６では、平行平板型ドライエッチング装置を用いて石英基板のエッチングを行った。エッチングガスとしてＣＨＦ₃１００質量部に対してＣＦ₄を２５質量部混合したガスを用いた。エッチングレートは１μｍ／ｍｉｎであり、１０分間のエッチングと１０分間のエッチング停止を３回繰り返して深さ３０μｍまでエッチングを行った。

工程Ｓ３０７では、ＮＨ−１８６０を用いたエッチングにより残ったニッケル膜の除去を行った。

以上のＳ３０１からＳ３０７までの加工工程により、石英基板４１に深さ３０μｍの孔が形成された。この後、同様にＳ３０１からＳ３０７までの加工工程を合計６回繰り返して、最終的に深さ１８０μｍの大径部４７を形成した。

次に、基板４１の他方の面から小径部４８の穿孔加工を行った。

工程Ｓ４０１では、石英基板４１の表面にマスキング膜としてのニッケル膜をスパッタリング法により形成した。ニッケル膜の膜厚は０．１μｍとした。

工程Ｓ４０２では、ニッケル膜の表面に厚さ２５μｍのドライフィルムレジストを貼り付けた。

工程Ｓ４０３でドライフィルムレジストのパターニングを行った後、工程Ｓ４０４でニッケル膜のパターニングを行った。ニッケル膜のパターニングはＮＨ−１８６０を用いたエッチングにより行った。その後、工程Ｓ４０５で、水酸化ナトリウム水溶液を用いてドライフィルムレジストの剥離を行った。

工程Ｓ４０６では、平行平板型ドライエッチング装置を用いて石英基板４１のエッチングを行った。エッチングガスとしてＣＨＦ₃１００質量部に対してＣＦ₄を２５質量部混合したガスを用いた。エッチングレートは０．５μｍ／ｍｉｎであり、５分間のエッチング停止を間に挟んで、５分間のエッチングを２回繰り返すことで深さ５μｍまでエッチングを行った。

工程Ｓ４０７では、ＮＨ−１８６０を用いたエッチングにより残ったニッケル膜の除去を行った。

以上のＳ４０１からＳ４０７までの加工工程により、石英基板４１に深さ５μｍの孔が形成された。この後、同様にＳ４０１からＳ４０７までの加工工程を合計４回繰り返して最終的に深さ２０μｍの小径部４８を形成し、液体吐出装置用ノズル４０の製造が完了した。

（比較例３）
実施例３と同様に液体吐出装置用ノズル４０を作製した。大径部４７の形成までの工程は実施例３と同じである。

小径部４８の穿孔加工において、ニッケル膜の膜厚を０．５μｍとした以外は実施例３と同様の条件で工程Ｓ４０１から工程Ｓ４０５までを行った。工程Ｓ４０６では、エッチングレートを０．５μｍ／ｍｉｎとして、１０分間のエッチングと１０分間のエッチング停止を４回繰り返して深さ２０μｍまでエッチングを行った。その後、ＮＨ−１８６０を用いたエッチングにより残ったニッケル膜を除去して、液体吐出装置用ノズル３５の製造が完了した。

比較例３で得られた貫通孔の概略図を図６に示す。実施例３と異なり、ニッケル膜の形成と剥離を繰り返すことなく１回のドライエッチング工程で小径部４８を形成したため、開口部周辺がすり鉢状に広がった形状となり、図４（ａ）に示した狙いの形状通りの液体吐出装置用ノズル４０を得ることができなかった。

第１の実施形態における工程を示す図 液体吐出装置の１例を示す断面図 実施例１における工程を示す図 実施例３で作製した液体吐出装置用ノズル４０を示す図 実施例３における工程を示す図 比較例３で得られた貫通孔の概略図

符号の説明

１０ 基板
１１ マスキング膜
１２ レジスト膜
２０ 液体吐出装置
２１ 液体吐出装置用ノズル
２７ 貫通孔の大径部
２８ 貫通孔の小径部
２９ 吐出孔
４０ 液体吐出装置用ノズル
４１ 石英基板
４７ 貫通孔の大径部
４８ 貫通孔の小径部

Claims (8)

1. ドライエッチングにより石英製又はガラス製の基板に孔を形成するための穿孔方法において、
   前記基板の表面にマスキング膜を形成する工程と、
   前記マスキング膜の表面にドライフィルムレジストを貼り付けてレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜を所定形状にパターニングする工程と、
   前記マスキング膜を所定形状にパターニングする工程と、
   ドライエッチングにより前記基板の表面をエッチングする工程と、
   前記ドライエッチングの後に前記基板の表面に残存する前記マスキング膜を除去する工程と、
   を含む加工工程を複数回繰り返すことを特徴とする穿孔方法。
2. 連続する複数の前記加工工程において、前記レジスト膜を所定形状にパターニングする工程における前記所定形状が同一の形状であることを特徴とする請求項１記載の穿孔方法。
3. 前記マスキング膜は、アルミニウム、ニッケル、クロム、及びシリコンからなる群より選択される少なくとも１つを含む膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の穿孔方法。
4. 前記ドライエッチングに用いるエッチングガスは、ＣＨＦ₃及びＣＦ₄を含み、その混合比がＣＨＦ₃１００質量部に対してＣＦ₄が１０質量部から５０質量部であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の穿孔方法。
5. 前記ドライエッチングは、前記基板の温度が所定温度以下に保たれるように、エッチングレートを周期的に変化させて行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の穿孔方法。
6. 前記孔は、アスペクト比が０．５以上の孔であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の穿孔方法。
7. 貫通孔を備えた石英製又はガラス製の基板からなり、
   前記貫通孔から液体を吐出するための液体吐出装置に用いる液体吐出装置用ノズルの製造方法において、
   前記貫通孔は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の穿孔方法により形成することを特徴とする液体吐出装置用ノズルの製造方法。
8. 貫通孔を備えた石英製又はガラス製の基板からなり、
   前記貫通孔は、前記基板の一方の面に開口し断面形状が一定の大径部と、前記基板の他方の面に開口し前記大径部の断面より小さな断面を有する断面形状が一定の小径部とからなり、
   前記貫通孔から液体を吐出するための液体吐出装置に用いる液体吐出装置用ノズルの製造方法において、
   前記大径部又は前記小径部のうち少なくとも一方は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の穿孔方法により形成することを特徴とする液体吐出装置用ノズルの製造方法。

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