JP2010221527A - Method of forming through hole and method of manufacturing inkjet head - Google Patents

Method of forming through hole and method of manufacturing inkjet head Download PDF

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豊 山▲崎▼
Kazunari Umetsu
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make the width of a through hole to be formed on a silicon single-crystal board finer. <P>SOLUTION: First modified areas 25 are formed in portions 24 in a silicon reservoir board 2 in which nozzle communication holes 7 are scheduled to be formed. Subsequently, anisotropic etching is carried out for the silicon reservoir board 2 to remove the parts where the modified areas 25 are formed and expand cavities made by removing the modified areas 25. Thus the nozzle communication holes 7 are formed on the silicon reservoir board 2. Consequently, anisotropic etching is carried out for the parts where the modified areas 25 are formed and the nozzle communication holes 7 can be formed in the parts by anisotropic etching. As a result, the width of the nozzle communication hole 7 to be formed in the silicon reservoir board 2 can be made equal to the width of the modified area 25. Thus thinner nozzle communication holes 7 can be formed on the silicon reservoir board 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコン単結晶基板に貫通孔を形成する貫通孔形成方法、およびインクジェットヘッドの製造方法に関する。   The present invention relates to a through hole forming method for forming a through hole in a silicon single crystal substrate, and an ink jet head manufacturing method.

従来、この種の技術としては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。
この特許文献１に記載の技術では、まず、主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板の表面に、貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する部分に開口部が形成されたエッチング耐性膜を設ける。続いて、エッチング耐性膜が形成されたシリコン単結晶基板の表面に、シリコン単結晶基板に吸収されるレーザ光を集光し、シリコン単結晶基板の貫通孔の形成予定部分を、主面側から当該主面と反対側の面までレーザ光で融除して先行穴を形成する。続いて、改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで先行穴を拡大する。
これによって、シリコン単結晶基板に、主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する。 Conventionally, as this type of technology, for example, there is one described in Patent Document 1.
In the technique described in Patent Document 1, first, an opening is formed on a surface of a silicon single crystal substrate whose main surface has a (110) plane orientation, at a portion facing a portion where a through hole opening is to be formed. An etching resistant film is provided. Subsequently, the laser light absorbed by the silicon single crystal substrate is condensed on the surface of the silicon single crystal substrate on which the etching resistant film is formed, and the portion where the through hole of the silicon single crystal substrate is to be formed is separated from the main surface side. A leading hole is formed by ablating the surface opposite to the main surface with laser light. Subsequently, anisotropic etching is performed on the silicon single crystal substrate on which the modified region is formed, and the leading hole is expanded until the (111) plane orthogonal to the main surface is exposed.
Thus, a through hole extending in a direction perpendicular to the main surface is formed in the silicon single crystal substrate.

特開平１０−１６６６００号公報JP-A-10-166600

ところで、上記特許文献１に記載の技術では、シリコン単結晶基板の貫通孔の形成予定部分をレーザ光で融除して先行穴を形成するようになっている。
そのため、例えば、シリコン単結晶基板が厚い場合には、シリコン単結晶基板が薄い場合に比べ、レーザ光のエネルギを高くする必要がある。それゆえ、レーザ光のエネルギが高くなることで、シリコン単結晶基板に形成される先行穴の直径が大きくなる。その結果、異方性エッチングによって先行穴を拡大して得られる貫通孔の幅が大きくなる。
本発明の技術的課題は、上記のような点に着目し、シリコン単結晶基板に形成する貫通孔の幅をより細くすることにある。 By the way, in the technique described in the above-mentioned Patent Document 1, a portion to be formed of a through-hole in a silicon single crystal substrate is ablated with a laser beam to form a leading hole.
Therefore, for example, when the silicon single crystal substrate is thick, it is necessary to increase the energy of the laser beam as compared with the case where the silicon single crystal substrate is thin. Therefore, the diameter of the preceding hole formed in the silicon single crystal substrate increases as the energy of the laser beam increases. As a result, the width of the through hole obtained by enlarging the preceding hole by anisotropic etching is increased.
The technical problem of the present invention is to reduce the width of the through hole formed in the silicon single crystal substrate while paying attention to the above points.

上記技術的課題を解決するために、本発明の各態様は、以下のような構成からなる。
本発明の第１の態様は、
主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する貫通孔形成方法であって、前記シリコン単結晶基板の表面に、前記貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、前記耐エッチングマスク膜が形成された前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板および前記耐エッチングマスク膜を透過するレーザ光を集光し、前記貫通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、前記改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分に貫通孔を形成できる。そのため、シリコン単結晶基板に形成される貫通孔の幅を、改質領域の幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、シリコン単結晶基板により細い貫通孔を形成することが可能となる。 In order to solve the above technical problem, each aspect of the present invention has the following configuration.
The first aspect of the present invention is:
A through hole forming method for forming a through hole extending in a direction perpendicular to the main surface in a silicon single crystal substrate having a (110) plane orientation of the main surface, wherein the through hole is formed in the surface of the silicon single crystal substrate. A mask film forming step of forming an etching resistant mask film in which an opening is formed at a position facing a portion where the opening of the hole is to be formed; and the inside of the silicon single crystal substrate on which the etching resistant mask film is formed A modified region forming step of condensing laser light that passes through the silicon single crystal substrate and the etching resistant mask film to form a modified region in a portion where the through hole is to be formed, and silicon on which the modified region is formed Anisotropic etching is performed on the single crystal substrate, and the portion where the modified region is formed and the peripheral portion are removed from the inside of the silicon single crystal substrate until the (111) plane orthogonal to the main surface is exposed. And an etching step that is characterized by having a.
According to such an aspect, the part in which the modified region is formed can be anisotropically etched, and the through hole can be formed in the part by anisotropic etching. Therefore, the width of the through hole formed in the silicon single crystal substrate can be made equal to the width of the modified region.
Therefore, it is possible to form a thin through hole with the silicon single crystal substrate.

また、本発明の第２の態様は、
主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する貫通孔形成方法であって、前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板を透過するレーザ光を集光し、前記貫通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、前記改質領域が形成された前記シリコン単結晶基板の表面に、前記貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、前記耐エッチングマスク膜が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分に貫通孔を形成できる。そのため、シリコン単結晶基板に形成される貫通孔の幅を、改質領域の幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、シリコン単結晶基板により細い貫通孔を形成することが可能となる。 In addition, the second aspect of the present invention includes
A through hole forming method for forming a through hole extending in a direction perpendicular to the main surface in a silicon single crystal substrate having a (110) plane orientation of the main surface, wherein the silicon single crystal substrate includes the silicon single crystal substrate. Focusing the laser beam that passes through the crystal substrate, forming a modified region in a portion where the through hole is to be formed, and a surface of the silicon single crystal substrate on which the modified region is formed, A mask film forming step of forming an etching resistant mask film having an opening formed at a position opposite to a portion where the opening of the through hole is to be formed, and an anisotropic method to the silicon single crystal substrate on which the etching resistant mask film is formed And an etching step of removing the portion where the modified region is formed and the periphery thereof from the inside of the silicon single crystal substrate until the (111) plane orthogonal to the main surface is exposed. And wherein the door.
According to such an aspect, the part in which the modified region is formed can be anisotropically etched, and the through hole can be formed in the part by anisotropic etching. Therefore, the width of the through hole formed in the silicon single crystal substrate can be made equal to the width of the modified region.
Therefore, it is possible to form a thin through hole with the silicon single crystal substrate.

さらに、本発明の第３の態様は、
前記改質領域形成工程は、
前記シリコン単結晶基板に形成する前記貫通孔が複数であり、それら複数の前記貫通孔の形成予定部分それぞれに、前記レーザ光の出射方向に沿って前記改質領域を複数層形成する場合には、前記シリコン単結晶基板の主面と直交する方向に対して前記集光レンズの焦点を順次移動させると共に、前記集光レンズの焦点が前記複数の前記貫通孔の形成予定部分それぞれを順次通過するように、前記シリコン単結晶基板の主面と平行な方向に対して前記集光レンズの焦点を順次移動させ、前記集光レンズの焦点が前記貫通孔の形成予定部分にあるときに、前記レーザ光の集光を行うことを特徴とする。
このような態様によれば、集光レンズの焦点をレーザ光の出射方向に移動させる回数を低減することができる。
これにより、複数層の改質領域の形成に要する時間を短縮することができる。 Furthermore, the third aspect of the present invention provides
The modified region forming step includes
In the case where there are a plurality of through holes formed in the silicon single crystal substrate, and a plurality of the modified regions are formed along the laser beam emission direction in each of the plurality of through holes to be formed. The focus of the condenser lens is sequentially moved in a direction perpendicular to the main surface of the silicon single crystal substrate, and the focus of the condenser lens sequentially passes through each of the plurality of through-holes to be formed. As described above, when the focal point of the condensing lens is sequentially moved with respect to a direction parallel to the main surface of the silicon single crystal substrate, and the focal point of the condensing lens is at a portion where the through hole is to be formed, the laser It is characterized by collecting light.
According to such an aspect, the frequency | count of moving the focus of a condensing lens to the emission direction of a laser beam can be reduced.
As a result, the time required for forming the modified region of a plurality of layers can be shortened.

また、本発明の第４の態様では、
主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔であるノズル連通孔を形成するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記シリコン単結晶基板の表面に、前記ノズル連通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、前記耐エッチングマスク膜が形成された前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板および前記耐エッチングマスク膜を透過するレーザ光を集光し、前記ノズル連通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、前記改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分にノズル連通孔を形成できる。そのため、シリコン単結晶基板に形成されるノズル連通孔の幅を、改質領域の幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、シリコン単結晶基板により細い貫通孔を形成することが可能となる。 In the fourth aspect of the present invention,
A method for manufacturing an ink-jet head, wherein a nozzle communication hole, which is a through hole extending in a direction perpendicular to the main surface, is formed in a silicon single crystal substrate having a main surface with a (110) plane orientation, the silicon single crystal substrate A mask film forming step of forming an etching resistant mask film having an opening formed at a position facing a portion where the opening of the nozzle communication hole is to be formed on the surface of the nozzle, and the silicon having the etching resistant mask film formed thereon A modified region forming step of condensing laser light that passes through the silicon single crystal substrate and the etching resistant mask film inside the single crystal substrate, and forming a modified region in a portion where the nozzle communication hole is to be formed; and An anisotropic etching is performed on the silicon single crystal substrate on which the modified region is formed, and a portion where the modified region is formed from the inside of the silicon single crystal substrate and its peripheral portion And having an etching step of removing up to the main surface and perpendicular (111) plane is exposed, a.
According to such an aspect, the part in which the modified region is formed can be anisotropically etched, and the nozzle communication hole can be formed in the part by anisotropic etching. Therefore, the width of the nozzle communication hole formed in the silicon single crystal substrate can be made equal to the width of the modified region.
Therefore, it is possible to form a thin through hole with the silicon single crystal substrate.

インクジェットヘッド１の概略構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of an inkjet head 1. レーザ加工装置８の概略構成を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus 8. マスク膜形成工程の説明に用いる模式図である。It is a schematic diagram used for description of a mask film formation process. 改質領域形成工程の説明に用いる模式図である。It is a schematic diagram used for description of a modified region forming process. 改質領域２５の形成位置の説明に用いる模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram used for explaining a formation position of a modified region 25. 改質領域形成工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the silicon reservoir substrate 2 obtained by execution of a modified region formation process. エッチング工程の説明に用いる模式図である。It is a schematic diagram used for description of an etching process. エッチング工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the silicon reservoir substrate 2 obtained by execution of an etching process. 第１実施形態の貫通孔形成方法の検証結果を示す図である。It is a figure which shows the verification result of the through-hole formation method of 1st Embodiment. 改質領域形成工程の説明に用いる模式図である。It is a schematic diagram used for description of a modified region forming process. レーザ光源１５によるレーザ光１８の出射タイミングを示す図である。It is a figure which shows the emission timing of the laser beam 18 by the laser light source 15. FIG. 図１２は、比較例の説明のための模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a comparative example.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の貫通孔形成方法では、静電アクチュエータ方式のインクジェットヘッド１（SEA-JET）のシリコンリザーバ基板２にノズル連通孔を形成する。
（第１実施形態）
（シリコンリザーバ基板２の構成）
図１は、インクジェットヘッド１の概略構成を示す概念図である。図１では、インクジェットヘッド１は、分解した状態の斜視図で表している。
まず、第１実施形態の貫通孔形成方法を実行することによって得られる、インクジェットヘッド１のシリコンリザーバ基板２について説明する。シリコンリザーバ基板２とは、図１に示すように、シリコンノズル基板３と、シリコンキャビティ基板４およびガラス基板５の積層体との間に配置され、インクジェットヘッド１を構成する基板である。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the through hole forming method of this embodiment, nozzle communication holes are formed in the silicon reservoir substrate 2 of the electrostatic actuator type inkjet head 1 (SEA-JET).
(First embodiment)
(Configuration of silicon reservoir substrate 2)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the inkjet head 1. In FIG. 1, the inkjet head 1 is shown in a perspective view in an exploded state.
First, the silicon reservoir substrate 2 of the inkjet head 1 obtained by executing the through hole forming method of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the silicon reservoir substrate 2 is a substrate that is disposed between the silicon nozzle substrate 3 and the laminated body of the silicon cavity substrate 4 and the glass substrate 5 and constitutes the inkjet head 1.

シリコンリザーバ基板２は、厚さが２００μｍで、主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板から構成される。主面とは、インクジェットヘッド１を構成した際に、シリコンノズル基板３と対向する面である。シリコンリザーバ基板２の外形は、両短辺側の端部それぞれが一部欠けた長方体形状となっている。
また、シリコンリザーバ基板２の中央部には、シリコンリザーバ基板２の主面と垂直な方向に貫通する貫通孔６が形成されている。貫通孔６の断面形状は、シリコンリザーバ基板２の長手方向に延びている長方形状となっている。 The silicon reservoir substrate 2 is formed of a silicon single crystal substrate having a thickness of 200 μm and a principal plane having a (110) plane orientation. The main surface is a surface facing the silicon nozzle substrate 3 when the inkjet head 1 is configured. The outer shape of the silicon reservoir substrate 2 is a rectangular shape in which both end portions on both short sides are partially cut off.
A through hole 6 is formed in the center of the silicon reservoir substrate 2 so as to penetrate in a direction perpendicular to the main surface of the silicon reservoir substrate 2. The cross-sectional shape of the through hole 6 is a rectangular shape extending in the longitudinal direction of the silicon reservoir substrate 2.

さらに、シリコンリザーバ基板２の中央部には、貫通孔６を間に挟んで、シリコンリザーバ基板２の両短辺側それぞれに配置された第１および第２のノズル連通孔列７ａ、７ｂが形成されている。第１および第２のノズル連通孔列７ａ、７ｂのそれぞれは、シリコンリザーバ基板２の長手方向に沿って等間隔に配置された複数のノズル連通孔７から構成されている。ノズル連通孔７は、シリコンリザーバ基板２の主面と垂直な方向に貫通している。ノズル連通孔７の断面形状は、平行四辺形状となっている。
このノズル連通孔７が、本実施形態の貫通孔形成方法によって形成する貫通孔となる。
また、これら複数のノズル連通孔７それぞれは、シリコンノズル基板３に形成された複数の吐出ノズルそれぞれと１対１対応している。 Furthermore, first and second nozzle communication hole rows 7a and 7b are formed at the center of the silicon reservoir substrate 2 with the through holes 6 interposed therebetween, and arranged on both short sides of the silicon reservoir substrate 2 respectively. Has been. Each of the first and second nozzle communication hole rows 7 a and 7 b is composed of a plurality of nozzle communication holes 7 arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the silicon reservoir substrate 2. The nozzle communication hole 7 penetrates in the direction perpendicular to the main surface of the silicon reservoir substrate 2. The cross-sectional shape of the nozzle communication hole 7 is a parallelogram shape.
This nozzle communication hole 7 becomes a through hole formed by the through hole forming method of the present embodiment.
Each of the plurality of nozzle communication holes 7 has a one-to-one correspondence with each of the plurality of discharge nozzles formed on the silicon nozzle substrate 3.

ここで、シリコンリザーバ基板２には、図１に示すようにシリコンリザーバ基板２の一方の短辺の側面に正対した状態を基準に、上面２ａ、下面２ｂ、左面２ｃ、右面２ｄ、前面２ｅ、および背面２ｆが定義されている。上面２ａは、図１のシリコンリザーバ基板２の上側に位置する面である。同様に、下面２ｂは、シリコンリザーバ基板２の下側に位置する面である。左面２ｃは、左側に位置する面である。右面２ｄは、右側に位置する面である。前面２ｅは、手前側に位置する面である。背面２ｆは、奥側に位置する面である。
また、シリコンリザーバ基板２には、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向が定義されている。ｘ軸方向は、シリコンリザーバ基板２の前面２ｅの法線方向（つまり、シリコンリザーバ基板２の長辺と平行な方向）である。同様に、ｙ軸方向は、シリコンリザーバ基板２の左面２ｃの法線方向（つまり、シリコンリザーバ基板２の短辺と平行な方向）である。ｚ軸方向は、シリコンリザーバ基板２の上面２ａの法線方向である。 Here, as shown in FIG. 1, the silicon reservoir substrate 2 has an upper surface 2a, a lower surface 2b, a left surface 2c, a right surface 2d, and a front surface 2e on the basis of the state facing the side surface of one short side of the silicon reservoir substrate 2. , And a back surface 2f are defined. The upper surface 2a is a surface located on the upper side of the silicon reservoir substrate 2 of FIG. Similarly, the lower surface 2 b is a surface located on the lower side of the silicon reservoir substrate 2. The left surface 2c is a surface located on the left side. The right surface 2d is a surface located on the right side. The front surface 2e is a surface located on the near side. The back surface 2f is a surface located on the back side.
The silicon reservoir substrate 2 has an x-axis direction, a y-axis direction, and a z-axis direction defined. The x-axis direction is a normal direction of the front surface 2e of the silicon reservoir substrate 2 (that is, a direction parallel to the long side of the silicon reservoir substrate 2). Similarly, the y-axis direction is the normal direction of the left surface 2c of the silicon reservoir substrate 2 (that is, the direction parallel to the short side of the silicon reservoir substrate 2). The z-axis direction is a normal direction of the upper surface 2a of the silicon reservoir substrate 2.

（レーザ加工装置の構成）
次に、第１実施形態の貫通孔形成方法で使用するレーザ加工装置８について説明する。
図２は、レーザ加工装置８の概略構成を示す概念図である。
図２に示すように、レーザ加工装置８は、照射機構部９および制御部１０を備える。
照射機構部９は、載置台１１、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３、Ｚ軸移動部１４、レーザ光源１５、集光レンズ１６、および収差補正レンズ群１７を備える。
載置台１１は、シリコンリザーバ基板２を載置可能な平面が上部に形成された台である。また、載置台１１には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向が定義されている。Ｘ軸方向は、載置台１１上部の平面内に設定した一方向である。同様に、Ｙ軸方向は、載置台１１上部の平面内にあり且つ載置台１１を上方から見た場合にＸ軸方向を時計回りに９０°回転させた方向である。また、Ｚ軸方向は、当該平面の法線方向である。 (Configuration of laser processing equipment)
Next, the laser processing apparatus 8 used in the through hole forming method of the first embodiment will be described.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the laser processing apparatus 8.
As shown in FIG. 2, the laser processing apparatus 8 includes an irradiation mechanism unit 9 and a control unit 10.
The irradiation mechanism unit 9 includes a mounting table 11, an X-axis moving unit 12, a Y-axis moving unit 13, a Z-axis moving unit 14, a laser light source 15, a condenser lens 16, and an aberration correction lens group 17.
The mounting table 11 is a table on which a flat surface on which the silicon reservoir substrate 2 can be mounted is formed. Further, the mounting table 11 defines an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction. The X-axis direction is one direction set in the plane above the mounting table 11. Similarly, the Y-axis direction is a direction that is in the plane above the mounting table 11 and is rotated 90 ° clockwise in the X-axis direction when the mounting table 11 is viewed from above. The Z-axis direction is the normal direction of the plane.

Ｘ軸移動部１２は、制御部１０からの信号に応じて、載置台１１をＸ軸方向に沿って移動させる。例えば、Ｘ軸方向に沿って並進運動を行うスライダと、スライダを駆動するサーボモータとを有するものを利用できる。また同様に、Ｙ軸移動部１３は、制御部１０からの信号に応じて、載置台１１をＹ軸方向に沿って移動させる。Ｚ軸移動部１４は、制御部１０からの信号に応じて、載置台１１をＺ軸方向に沿って移動させる。
レーザ光源１５は、載置台１１の上方に配置される。そして、レーザ光源１５は、制御部１０からの信号に応じて、レーザ光１８を載置台１１上部の平面に向けて出射する。レーザ光としては、シリコンリザーバ基板２および後述する耐エッチングマスク膜２３に対して透過性を有するものを用いる。具体的には、波長１０６４μｍのレーザ光を利用する。レーザ光１８の出射方向は、照射機構部９のＺ軸方向と平行な方向に設定する。 The X-axis moving unit 12 moves the mounting table 11 along the X-axis direction in response to a signal from the control unit 10. For example, a slider having a slider that translates along the X-axis direction and a servo motor that drives the slider can be used. Similarly, the Y-axis moving unit 13 moves the mounting table 11 along the Y-axis direction in response to a signal from the control unit 10. The Z-axis moving unit 14 moves the mounting table 11 along the Z-axis direction in response to a signal from the control unit 10.
The laser light source 15 is disposed above the mounting table 11. The laser light source 15 emits a laser beam 18 toward the upper surface of the mounting table 11 in accordance with a signal from the control unit 10. As the laser light, a laser beam having transparency to the silicon reservoir substrate 2 and an etching resistant mask film 23 described later is used. Specifically, laser light having a wavelength of 1064 μm is used. The emission direction of the laser beam 18 is set in a direction parallel to the Z-axis direction of the irradiation mechanism unit 9.

集光レンズ１６は、レーザ光源１５と載置台１１との間に配置される。そして、集光レンズ１６は、レーザ光源１５から出射されるレーザ光１８を集光する。集光レンズ１６の光軸は、レーザ光源１５が出射するレーザ光１８の光軸と一致するように設定する。
収差補正レンズ群１７は、制御部１０からの信号に応じて、集光レンズ１６の収差を調整する。そして、収差補正レンズ群１７は、集光レンズ１６で集光されたレーザ光１８の集光領域の長さを制御する。収差補正レンズ群１７としては、例えば、集光レンズ１６の鏡筒に移動可能に収容された複数枚のレンズからなるものを利用できる。
制御部１０は、入力部１９、表示部２０、および演算部２１を備える。 The condenser lens 16 is disposed between the laser light source 15 and the mounting table 11. The condensing lens 16 condenses the laser light 18 emitted from the laser light source 15. The optical axis of the condenser lens 16 is set to coincide with the optical axis of the laser light 18 emitted from the laser light source 15.
The aberration correction lens group 17 adjusts the aberration of the condenser lens 16 in accordance with a signal from the control unit 10. The aberration correction lens group 17 controls the length of the condensing region of the laser light 18 collected by the condensing lens 16. As the aberration correction lens group 17, for example, a lens composed of a plurality of lenses movably accommodated in a lens barrel of the condenser lens 16 can be used.
The control unit 10 includes an input unit 19, a display unit 20, and a calculation unit 21.

入力部１９は、レーザ加工の際に用いる、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３、Ｚ軸移動部１４、レーザ光源１５、および収差補正レンズ群１７に出力する信号のデータを利用者に入力させる。入力部１９としては、例えば、キーボードやマウスを利用できる。
表示部２０は、レーザ加工の際の各種情報を表示する。表示部２０としては、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ(cathode ray tube)ディスプレイを利用できる。
演算部２１は、入力部１９から入力されたデータを演算処理し、その処理結果をもとに、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３、Ｚ軸移動部１４、レーザ光源１５、および収差補正レンズ群１７に信号を出力する。演算部２１としては、例えば、Ａ/Ｄ変換回路、Ｄ/Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成されたコンピュータを利用できる。 The input unit 19 uses the data of signals output to the X-axis moving unit 12, the Y-axis moving unit 13, the Z-axis moving unit 14, the laser light source 15, and the aberration correction lens group 17 to be used for laser processing. Let them enter. As the input unit 19, for example, a keyboard or a mouse can be used.
The display unit 20 displays various information at the time of laser processing. As the display unit 20, for example, a liquid crystal display or a CRT (cathode ray tube) display can be used.
The arithmetic unit 21 performs arithmetic processing on the data input from the input unit 19, and based on the processing result, the X-axis moving unit 12, the Y-axis moving unit 13, the Z-axis moving unit 14, the laser light source 15, and the aberration. A signal is output to the correction lens group 17. As the computing unit 21, for example, a computer configured from an A / D conversion circuit, a D / A conversion circuit, a central processing unit, a memory, and the like can be used.

（貫通孔形成方法の説明）
次に、前述したレーザ加工装置８を用いて、シリコンリザーバ基板２に、ノズル連通孔７を形成する貫通孔形成方法について説明する。
貫通孔形成方法では、以下のマスク膜形成工程、改質領域形成工程およびエッチング工程を順に実行する。 (Description of through-hole formation method)
Next, a through hole forming method for forming the nozzle communication hole 7 in the silicon reservoir substrate 2 using the laser processing apparatus 8 described above will be described.
In the through hole forming method, the following mask film forming step, modified region forming step, and etching step are sequentially performed.

（マスク膜形成工程）
マスク膜形成工程では、シリコンリザーバ基板２の表面に、ノズル連通孔７の開口部２２の形成予定部分２４と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜２３を形成する。耐エッチングマスク膜２３とは、エッチング工程で用いるエッチング液２６に耐蝕性を示す膜である。耐エッチングマスク膜２３としては、例えば、熱酸化法によって形成される酸化シリコン（SiO2）膜２および窒化シリコン（SiN）膜を利用できる。 (Mask film forming process)
In the mask film forming step, an etching resistant mask film 23 having an opening formed at a position facing the formation planned portion 24 of the opening 22 of the nozzle communication hole 7 is formed on the surface of the silicon reservoir substrate 2. The etching resistant mask film 23 is a film that shows corrosion resistance to the etching solution 26 used in the etching process. The anti-etching mask film 23, for example, can use a silicon oxide (SiO 2) film 2 and a silicon nitride (SiN) film formed by thermal oxidation.

図３は、マスク膜形成工程の説明に用いる模式図である。図３では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ含む面で破断している。
具体的には、図３（ａ）に示すように、まず、シリコンリザーバ基板２の表面全体に耐エッチングマスク膜２３を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、シリコンリザーバ基板２の上面２ａおよび下面２ｂのそれぞれから、耐エッチングマスク膜２３のうちノズル連通孔７の開口部２２の形成予定部分２４と対向する部分を除去する。これによって、シリコンリザーバ基板２の表面に、ノズル連通孔７の開口部２２の形成予定部分２４と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜２３のみが残った状態となる。 FIG. 3 is a schematic diagram used for explaining the mask film forming step. In FIG. 3, the silicon reservoir substrate 2 is broken at a surface including one part 24 to be formed with the nozzle communication hole 7.
Specifically, as shown in FIG. 3A, first, an etching resistant mask film 23 is formed on the entire surface of the silicon reservoir substrate 2. Subsequently, as shown in FIG. 3 (b), the upper surface 2 a and the lower surface 2 b of the silicon reservoir substrate 2 are opposed to the planned formation portion 24 of the opening 22 of the nozzle communication hole 7 in the etching resistant mask film 23. Remove the part. As a result, only the etching resistant mask film 23 having an opening formed at the position facing the formation planned portion 24 of the opening 22 of the nozzle communication hole 7 remains on the surface of the silicon reservoir substrate 2.

（改質領域形成工程）
改質領域形成工程では、レーザ加工装置８を用いて、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれに、複数層の多光子吸収による改質領域２５を形成する。
図４は、改質領域形成工程の説明に用いる模式図である。図４では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ含む面で破断している。
具体的には、図４（ａ）に示すように、まず、シリコンリザーバ基板２のｚ軸方向が照射機構部９のＺ軸方向に向くようにシリコンリザーバ基板２を載置台１１に載置する。また、シリコンリザーバ基板２のｘ軸方向が照射機構部９のＸ軸方向に向くようにシリコンリザーバ基板２を位置決めする。これにより、ノズル連通孔７の形成予定部分２４の軸方向が照射機構部９のＺ軸方向、つまり、レーザ光１８の進行方向と平行となる。 (Modified region forming process)
In the modified region forming step, the laser processing device 8 is used to form a plurality of layers of modified regions 25 by multiphoton absorption in each of the planned formation portions 24 of the plurality of nozzle communication holes 7.
FIG. 4 is a schematic diagram used for explaining the modified region forming step. In FIG. 4, the silicon reservoir substrate 2 is broken at a surface including one part 24 to be formed with the nozzle communication hole 7.
Specifically, as shown in FIG. 4A, first, the silicon reservoir substrate 2 is mounted on the mounting table 11 so that the z-axis direction of the silicon reservoir substrate 2 is directed to the Z-axis direction of the irradiation mechanism unit 9. . Further, the silicon reservoir substrate 2 is positioned so that the x-axis direction of the silicon reservoir substrate 2 faces the X-axis direction of the irradiation mechanism unit 9. As a result, the axial direction of the portion 24 where the nozzle communication hole 7 is to be formed becomes parallel to the Z-axis direction of the irradiation mechanism 9, that is, the traveling direction of the laser beam 18.

続いて、演算部２１により、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４からノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ選択する。そして、演算部２１により、選択したノズル連通孔７の形成予定部分２４を、「選択ノズル連通孔の形成予定部分」に設定する。
続いて、演算部２１により、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３およびＺ軸移動部１４を制御して、集光レンズ１６の焦点が、選択ノズル連通孔の形成予定部分の下面２ｂ側端部の近傍に位置するように載置台１１を移動させる。そして、演算部２１により、レーザ光源１５を制御して、レーザ光１８の出射を開始させる。これにより、選択ノズル連通孔の形成予定部分の下面２ｂ側端部の近傍にレーザ光１８が集光される。そして、シリコンリザーバ基板２の内部には、レーザ光１８の集光によって改質領域２５を形成可能なエネルギ密度となった部分に、１層目の改質領域２５が形成される。 Subsequently, the calculation unit 21 selects one formation scheduled portion 24 of the nozzle communication holes 7 from the formation planned portions 24 of the plurality of nozzle communication holes 7. And the calculation part 21 sets the formation planned part 24 of the selected nozzle communication hole 7 to "the formation planned part of the selection nozzle communication hole".
Subsequently, the calculation unit 21 controls the X-axis moving unit 12, the Y-axis moving unit 13, and the Z-axis moving unit 14, and the focal point of the condenser lens 16 is on the lower surface 2b side of the portion where the selected nozzle communication hole is to be formed. The mounting table 11 is moved so as to be positioned in the vicinity of the end. Then, the calculation unit 21 controls the laser light source 15 to start emission of the laser light 18. Thereby, the laser beam 18 is condensed in the vicinity of the lower surface 2b side end portion of the portion where the selection nozzle communication hole is to be formed. In the silicon reservoir substrate 2, a first-layer modified region 25 is formed at a portion where the density of the modified region 25 can be formed by condensing the laser beam 18.

続いて、演算部２１により、図４（ｂ）に示すように、Ｚ軸移動部１４を制御して、集光レンズ１６に対して載置台１１をＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、選択ノズル連通孔の形成予定部分へのレーザ光１８の集光を同様に繰り返す。所定ピッチとしては、例えば、改質領域２５のｚ軸方向の長さを利用できる。これにより、選択ノズル連通孔の形成予定部分に、シリコンリザーバ基板２のｚ軸方向に沿って下面２ｂ側から上面２ａ側へ複数層の改質領域２５が順次形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 4B, the arithmetic unit 21 controls the Z-axis moving unit 14 so that the mounting table 11 is relative to the condenser lens 16 by a predetermined pitch in a direction opposite to the Z-axis direction. While moving, the condensing of the laser beam 18 to the portion where the selected nozzle communication hole is to be formed is similarly repeated. For example, the length of the modified region 25 in the z-axis direction can be used as the predetermined pitch. As a result, a plurality of modified regions 25 are sequentially formed from the lower surface 2b side to the upper surface 2a side along the z-axis direction of the silicon reservoir substrate 2 in the portion where the selected nozzle communication hole is to be formed.

図５は、改質領域２５の形成位置の説明に用いる模式図である。図５では、図４のシリコンリザーバ基板２の下面２ｂ側を拡大した拡大図で表している。
ここで、図５に示すように、シリコンリザーバ基板２の表面に耐エッチングマスク膜２３を形成した後、シリコンリザーバ基板２を異方性エッチングのためのエッチング液に浸漬すると、耐エッチングマスク膜２３の開口部と対向するシリコンリザーバ基板２の表面、つまり、ノズル連通孔７の開口部２２の形成予定部分２４からシリコンリザーバ基板２の異方性エッチングが徐々に進行する。そして、異方性エッチングの進行により、シリコンリザーバ基板２の内部から、シリコンリザーバ基板２の表面と５５．５度で交差する（１１１）面が表面に露呈すると異方性エッチングが停止する。異方性エッチングが停止したときの、シリコンリザーバ基板２の表面の最深部の深さＺは、耐エッチングマスク膜２３の開口部の幅をＷで表すと、Ｚ≒０．７Ｗとなる。それゆえ、選択ノズル連通孔の形成予定部分の上面２ａ側端部の近傍および下面２ｂ側端部の近傍へのレーザ光１８の集光時には、少なくとも上面２ａまたは下面２ｂから０．７Ｗ以内の深さ位置に改質領域２５が形成されるように、レーザ光１８の集光領域を調整する。
また、選択ノズル連通孔の形成予定部分へのレーザ光１８の集光時には、演算部２１により、収差補正レンズ群１７を制御して、改質領域２５のｚ軸方向の長さ、つまり、レーザ光１８進行方向の長さが一定となるように、集光レンズ１６の収差を適宜調整する。 FIG. 5 is a schematic diagram used for explaining the formation position of the modified region 25. In FIG. 5, the lower surface 2b side of the silicon reservoir substrate 2 of FIG. 4 is shown in an enlarged view.
Here, as shown in FIG. 5, after the etching resistant mask film 23 is formed on the surface of the silicon reservoir substrate 2, the silicon reservoir substrate 2 is immersed in an etching solution for anisotropic etching. The anisotropic etching of the silicon reservoir substrate 2 gradually proceeds from the surface of the silicon reservoir substrate 2 facing the other opening, that is, the portion 24 where the opening 22 of the nozzle communication hole 7 is to be formed. When the anisotropic etching progresses, the anisotropic etching stops when the (111) plane that intersects the surface of the silicon reservoir substrate 2 at 55.5 degrees is exposed from the inside of the silicon reservoir substrate 2. The depth Z of the deepest portion of the surface of the silicon reservoir substrate 2 when the anisotropic etching is stopped is Z≈0.7 W, where W represents the width of the opening of the etching resistant mask film 23. Therefore, at the time of condensing the laser beam 18 near the upper surface 2a side end portion and near the lower surface 2b side end portion of the portion where the selected nozzle communication hole is to be formed, at least a depth within 0.7 W from the upper surface 2a or the lower surface 2b. The condensing region of the laser beam 18 is adjusted so that the modified region 25 is formed at this position.
Further, when the laser beam 18 is focused on a portion where the selected nozzle communication hole is to be formed, the aberration correction lens group 17 is controlled by the calculation unit 21, and the length of the modified region 25 in the z-axis direction, that is, the laser The aberration of the condensing lens 16 is appropriately adjusted so that the length in the traveling direction of the light 18 is constant.

図６は、改質領域形成工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。図６では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を複数含む面で破断している。
次に、選択ノズル連通孔の形成予定部分への改質領域２５の形成が終了すると、演算部２１により、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４から、未だ改質領域２５の形成を行っていない他のノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ選択する。そして、選択した他のノズル連通孔７の形成予定部分２４を、新しい「選択ノズル連通孔の形成予定部分」に設定し、上記フローを繰り返し実行する。これによって、シリコンリザーバ基板２の内部のうち、新しい選択ノズル連通孔の形成予定部分に複数層の改質領域２５を形成する。
同様に、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれを、順次新しい「選択ノズル連通孔の形成予定部分」に設定し、上記フローを繰り返し実行する。これによって、図６に示すように、シリコンリザーバ基板２の内部のうち、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれに、複数層の改質領域２５を形成する。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the silicon reservoir substrate 2 obtained by executing the modified region forming step. In FIG. 6, the silicon reservoir substrate 2 is broken at a surface including a plurality of portions 24 to be formed with the nozzle communication holes 7.
Next, when the formation of the reforming region 25 in the portion where the selected nozzle communication hole is to be formed is completed, the operation region 21 still forms the reforming region 25 from the portion 24 where the plurality of nozzle communication holes 7 are to be formed. One portion 24 to be formed of the other nozzle communication hole 7 not selected is selected. Then, the selected formation scheduled portion 24 of the other nozzle communication hole 7 is set to a new “selected nozzle communication hole formation scheduled portion”, and the above-described flow is repeatedly executed. As a result, a plurality of layers of the modified region 25 are formed in the silicon reservoir substrate 2 in a portion where a new selection nozzle communication hole is to be formed.
Similarly, each of the plurality of nozzle communication holes 7 scheduled to be formed 24 is sequentially set to a new “selected nozzle communication hole formation planned part”, and the above-described flow is repeated. As a result, as shown in FIG. 6, a plurality of modified regions 25 are formed in each of the portions 24 to be formed of the plurality of nozzle communication holes 7 in the silicon reservoir substrate 2.

（第３の行程）
エッチング工程では、シリコンリザーバ基板２に異方性エッチングを行い、シリコンリザーバ基板２の内部から改質領域２５を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで拡大する。
図７は、エッチング工程の説明に用いる模式図である。図７では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ含む面で破断している。
図８は、エッチング工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。図８では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を複数含む面で破断している。 (Third process)
In the etching step, anisotropic etching is performed on the silicon reservoir substrate 2, and the portion where the modified region 25 is formed from the inside of the silicon reservoir substrate 2 and its peripheral portion are exposed until the (111) plane orthogonal to the main surface is exposed. Expanding.
FIG. 7 is a schematic diagram used for explaining the etching process. In FIG. 7, the silicon reservoir substrate 2 is broken at a surface including one part 24 to be formed with the nozzle communication hole 7.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the silicon reservoir substrate 2 obtained by executing the etching process. In FIG. 8, the silicon reservoir substrate 2 is broken at a surface including a plurality of portions 24 to be formed with the nozzle communication holes 7.

具体的には、図７に示すように、まず、シリコンリザーバ基板２を異方性エッチングのためのエッチング液２６に浸漬する。エッチング液２６としては、例えば、水酸化カリウム（KOH）を利用できる。すると、耐エッチングマスク膜２３の開口部と対向するシリコンリザーバ基板２の表面、つまり、ノズル連通孔７の開口部の形成予定部分２４からシリコンリザーバ基板２の異方性エッチングが徐々に進行する。そして、異方性エッチングの進行により、シリコンリザーバ基板２の内部から改質領域２５が露呈すると、改質領域２５、つまり、レーザ光１８により結晶性が崩れたシリコンリザーバ基板２の部分が除去される。続いて、当該部分の周辺部にも異方性エッチングが進行し、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去される。これによって、図８に示すように、シリコンリザーバ基板２に複数のノズル連通孔７が形成される。   Specifically, as shown in FIG. 7, first, the silicon reservoir substrate 2 is immersed in an etching solution 26 for anisotropic etching. As the etchant 26, for example, potassium hydroxide (KOH) can be used. Then, anisotropic etching of the silicon reservoir substrate 2 gradually proceeds from the surface of the silicon reservoir substrate 2 facing the opening of the etching-resistant mask film 23, that is, the planned formation portion 24 of the opening of the nozzle communication hole 7. Then, when the modified region 25 is exposed from the inside of the silicon reservoir substrate 2 due to the progress of anisotropic etching, the modified region 25, that is, the portion of the silicon reservoir substrate 2 whose crystallinity has been broken by the laser beam 18 is removed. The Subsequently, anisotropic etching proceeds also in the peripheral portion of the portion, and is removed until the (111) plane orthogonal to the main surface is exposed. As a result, a plurality of nozzle communication holes 7 are formed in the silicon reservoir substrate 2 as shown in FIG.

このように、本実施形態では、まず、シリコンリザーバ基板２の内部のノズル連通孔７の形成予定部分２４に改質領域２５を形成する。続いて、シリコンリザーバ基板２に異方性エッチングを行い、改質領域２５を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去する。これによって、シリコンリザーバ基板２にノズル連通孔７を形成する。
そのため、改質領域２５を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分にノズル連通孔７を形成できる。それゆえ、シリコンリザーバ基板２に形成されるノズル連通孔７の幅を、改質領域２５の幅と同等の大きさとすることができる。 As described above, in the present embodiment, first, the modified region 25 is formed in the formation planned portion 24 of the nozzle communication hole 7 inside the silicon reservoir substrate 2. Subsequently, anisotropic etching is performed on the silicon reservoir substrate 2 to remove the portion where the modified region 25 is formed and its peripheral portion until the (111) plane orthogonal to the main surface is exposed. As a result, the nozzle communication hole 7 is formed in the silicon reservoir substrate 2.
Therefore, the portion where the modified region 25 is formed can be anisotropically etched, and the nozzle communication hole 7 can be formed in the portion by anisotropic etching. Therefore, the width of the nozzle communication hole 7 formed in the silicon reservoir substrate 2 can be made equal to the width of the modified region 25.

したがって、シリコンリザーバ基板２により細いノズル連通孔７を形成できる。これによって、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチをより狭くすることができる。
ここで、シリコンリザーバ基板２に形成される複数のノズル連通孔７それぞれは、インク滴を吐出する複数の吐出ノズルそれぞれと１対１対応している。それゆえ、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチを狭くすることで、互いに隣り合う吐出ノズル間のピッチを狭くすることができる。その結果、ノズル密度をより高くすることができる。 Therefore, the thin nozzle communication hole 7 can be formed by the silicon reservoir substrate 2. Thereby, the pitch between the nozzle communication holes 7 adjacent to each other can be made narrower.
Here, each of the plurality of nozzle communication holes 7 formed in the silicon reservoir substrate 2 has a one-to-one correspondence with each of the plurality of ejection nozzles that eject ink droplets. Therefore, by narrowing the pitch between the nozzle communication holes 7 adjacent to each other, the pitch between the discharge nozzles adjacent to each other can be narrowed. As a result, the nozzle density can be further increased.

（実施例）
次に、本実施形態の貫通孔形成方法の効果を検証した実施例について説明する。
この実施例では、本実施形態の貫通孔形成方法を実行してシリコンリザーバ基板２にノズル連通孔７を形成した。シリコンリザーバ基板２としては、厚さが２００μｍで、主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板を用いた。また、ノズル連通孔７の開口部２２の幅は１５μｍとし、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチは３０μｍとした。
図９は、第１実施形態の貫通孔形成方法の検証結果を示す図である。図９では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を複数含む面で破断している。 (Example)
Next, an example in which the effect of the through hole forming method of the present embodiment is verified will be described.
In this example, the nozzle communication hole 7 was formed in the silicon reservoir substrate 2 by executing the through hole forming method of the present embodiment. As the silicon reservoir substrate 2, a silicon single crystal substrate having a thickness of 200 μm and a plane orientation of the main surface of (110) plane was used. Further, the width of the opening 22 of the nozzle communication hole 7 was 15 μm, and the pitch between the nozzle communication holes 7 adjacent to each other was 30 μm.
FIG. 9 is a diagram illustrating a verification result of the through hole forming method according to the first embodiment. In FIG. 9, the silicon reservoir substrate 2 is broken at a surface including a plurality of portions 24 to be formed with the nozzle communication holes 7.

図９より、本実施形態の貫通孔形成方法では、開口部の幅：１５μｍ、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチ：３０μｍのノズル連通孔７を形成できることが確認できた。
なお、本実施例では、ノズル連通孔７の開口部２２の幅が１５μｍ、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチが３０μｍのノズル連通孔７を形成する例を示したが、ノズル連通孔７の開口部２２の幅をより細いノズル連通孔７を形成することもできる。例えば、ノズル連通孔７の開口部２２の幅が１０μｍ以下のものも形成できる。 From FIG. 9, it was confirmed that the through hole forming method of the present embodiment can form the nozzle communication holes 7 having the opening width of 15 μm and the pitch between the nozzle communication holes 7 adjacent to each other: 30 μm.
In the present embodiment, an example in which the nozzle communication holes 7 having the width of the opening 22 of the nozzle communication holes 7 of 15 μm and the pitch between the nozzle communication holes 7 adjacent to each other of 30 μm is formed. The nozzle communication hole 7 having a narrower width of the opening 22 can also be formed. For example, the nozzle communication hole 7 having an opening 22 with a width of 10 μm or less can be formed.

図１２は、比較例の説明のための模式図である。図１２（ａ）は比較例の改質領域形成工程を示す模式図であり、図１２（ｂ）は比較例のエッチング工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。
ちなみに、図１２に示すように、シリコンリザーバ基板２の表面にレーザ光１８を集光し、シリコンリザーバ基板２のノズル連通孔７の形成予定部分２４を、主面側から当該主面と反対側の面までレーザ光で融除して先行穴を形成する方法では、先行穴の開口部の幅は３０〜４０μｍとなった。なお、この方法では、シリコンリザーバ基板２に吸収される波長５３２ｎｍのレーザ光を利用した。また、この方法では、シリコンリザーバ基板２に吸収される波長のレーザ光を用いるため、耐エッチングマスク膜２３の開口部の幅を、先行穴の開口部の幅より大きくする必要がある。それゆえ、異方性エッチングによって得られるノズル連通孔７の開口部２２の幅が大きくなってしまう。 FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a comparative example. FIG. 12A is a schematic diagram showing a modified region forming process of a comparative example, and FIG. 12B is a schematic diagram showing a silicon reservoir substrate 2 obtained by executing the etching process of the comparative example.
Incidentally, as shown in FIG. 12, the laser beam 18 is condensed on the surface of the silicon reservoir substrate 2, and the portion 24 of the silicon reservoir substrate 2 where the nozzle communication hole 7 is to be formed is moved from the main surface side to the opposite side of the main surface. In the method of forming the preceding hole by ablation with a laser beam up to the surface, the width of the opening of the preceding hole was 30 to 40 μm. In this method, laser light having a wavelength of 532 nm absorbed by the silicon reservoir substrate 2 was used. Further, in this method, since the laser light having a wavelength absorbed by the silicon reservoir substrate 2 is used, it is necessary to make the width of the opening of the etching resistant mask film 23 larger than the width of the opening of the preceding hole. Therefore, the width of the opening 22 of the nozzle communication hole 7 obtained by anisotropic etching is increased.

（応用例）
なお、本実施形態では、マスク膜形成工程を実行した後に、改質領域形成工程を実行する例を示したが、これらの工程の実行順序は逆であってもよい。具体的には、改質領域形成工程、マスク膜形成工程、およびエッチング工程の順に実行してもよい。 (Application examples)
In the present embodiment, an example in which the modified region forming process is performed after the mask film forming process is performed has been described. However, the execution order of these processes may be reversed. Specifically, the modified region forming process, the mask film forming process, and the etching process may be performed in this order.

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。
なお、前記第１実施形態と同様な構成等については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態の貫通孔形成方法の基本手順は、前記第１実施形態とほぼ同様である。ただし、改質領域形成工程で実行される作業の内容が異なっている。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated.
The basic procedure of the through hole forming method of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. However, the contents of the work executed in the modified region forming step are different.

（改質領域形成工程）
図１０は、改質領域形成工程の説明に用いる模式図である。図１０では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を複数含む面で破断している。
具体的には、図１０（ａ）に示すように、まず、シリコンリザーバ基板２のｚ軸方向が照射機構部９のＺ軸方向に向くようにシリコンリザーバ基板２を載置台１１に載置する。また、シリコンリザーバ基板２のｘ軸方向が照射機構部９のＸ軸方向に向くようにシリコンリザーバ基板２を位置決めする。これによって、ノズル連通孔７の形成予定部分２４の軸方向がＺ軸方向、つまり、レーザ光１８の進行方向と平行となる。また、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７、および第２のノズル連通孔列７ｂを構成する複数のノズル連通孔７それぞれの配置方向がＸ軸方向と平行となる。
続いて、演算部２１により、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７のうちの、ｙ軸方向と反対方向の端にあるノズル連通孔７の形成予定部分２４を選択する。そして、演算部２１により、選択したノズル連通孔７の形成予定部分２４を、「選択ノズル連通孔の形成予定部分」に設定する。 (Modified region forming process)
FIG. 10 is a schematic diagram used for explaining the modified region forming step. In FIG. 10, the silicon reservoir substrate 2 is broken at a surface including a plurality of portions 24 to be formed with the nozzle communication holes 7.
Specifically, as shown in FIG. 10A, first, the silicon reservoir substrate 2 is mounted on the mounting table 11 so that the z-axis direction of the silicon reservoir substrate 2 is directed to the Z-axis direction of the irradiation mechanism unit 9. . Further, the silicon reservoir substrate 2 is positioned so that the x-axis direction of the silicon reservoir substrate 2 faces the X-axis direction of the irradiation mechanism unit 9. Accordingly, the axial direction of the portion 24 where the nozzle communication hole 7 is to be formed becomes parallel to the Z-axis direction, that is, the traveling direction of the laser beam 18. Also, the arrangement directions of the plurality of nozzle communication holes 7 constituting the first nozzle communication hole row 7a and the plurality of nozzle communication holes 7 constituting the second nozzle communication hole row 7b are parallel to the X-axis direction. .
Subsequently, the calculation unit 21 selects the formation planned portion 24 of the nozzle communication hole 7 at the end opposite to the y-axis direction among the plurality of nozzle communication holes 7 configuring the first nozzle communication hole row 7a. To do. And the calculation part 21 sets the formation planned part 24 of the selected nozzle communication hole 7 to "the formation planned part of the selection nozzle communication hole".

続いて、演算部２１により、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３およびＺ軸移動部１４を制御して、集光レンズ１６の焦点が、選択ノズル連通孔の形成予定部分の下面２ｂ側端部の近傍に位置するように載置台１１を移動させる。これにより、集光レンズ１６が終点を結ぶ位置を、レーザ光１８の発振を開始する発振開始位置に移動する。そして、集光レンズ１６の焦点が発振開始位置に移動されると、演算部２１により、レーザ光源１５を制御して、レーザ光１８の出射を開始させる。これにより、選択ノズル連通孔の形成予定部分の下面２ｂ側端部の近傍にレーザ光１８が集光される。そして、シリコンリザーバ基板２の内部には、レーザ光１８の集光によって改質領域２５を形成可能なエネルギ密度となった部分に、改質領域２５が形成される。   Subsequently, the calculation unit 21 controls the X-axis moving unit 12, the Y-axis moving unit 13, and the Z-axis moving unit 14, and the focal point of the condenser lens 16 is on the lower surface 2b side of the portion where the selected nozzle communication hole is to be formed. The mounting table 11 is moved so as to be positioned in the vicinity of the end. As a result, the position where the condenser lens 16 connects the end points is moved to the oscillation start position where the laser beam 18 starts to oscillate. When the focal point of the condenser lens 16 is moved to the oscillation start position, the calculation unit 21 controls the laser light source 15 to start emission of the laser light 18. Thereby, the laser beam 18 is condensed in the vicinity of the lower surface 2b side end portion of the portion where the selection nozzle communication hole is to be formed. In the silicon reservoir substrate 2, the modified region 25 is formed at a portion where the energy density is such that the modified region 25 can be formed by condensing the laser beam 18.

続いて、演算部２１により、Ｘ軸移動部１２を制御して、集光レンズ１６に対して載置台１１をＸ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させる。所定ピッチとしては、例えば、第１のノズル連通孔列７ａを構成する、互いに隣り合うノズル連通孔７の中心間の距離を利用できる。これにより、集光レンズ１６の焦点が、シリコンリザーバ基板２の内部をｘ軸方向に移動する。これによって、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれを順次通過する。   Subsequently, the calculation unit 21 controls the X-axis moving unit 12 to move the mounting table 11 relative to the condenser lens 16 by a predetermined pitch in a direction opposite to the X-axis direction. As the predetermined pitch, for example, the distance between the centers of the adjacent nozzle communication holes 7 constituting the first nozzle communication hole row 7a can be used. As a result, the focal point of the condenser lens 16 moves in the x-axis direction within the silicon reservoir substrate 2. As a result, each of the plurality of nozzle communication holes 7 to be formed 24 constituting the first nozzle communication hole row 7a sequentially passes.

図１１は、レーザ光源１５によるレーザ光１８の出射タイミングを示す図である。
同時に、演算部２１により、レーザ光源１５を制御して、図１１に示すように、集光レンズ１６の焦点がノズル連通孔７の形成予定部分２４に到達したときに、レーザ光１８の出射を開始させる。これにより、ノズル連通孔７の形成予定部分２４の下面２ｂ側端部の近傍にレーザ光１８が集光される。また、集光レンズ１６の焦点がノズル連通孔７の形成予定部分２４から外れたときに、レーザ光１８の出射を停止させる。これによって、図１０（ｂ）に示すように、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれに１層目の改質領域２５を順次形成する。 FIG. 11 is a diagram showing the emission timing of the laser light 18 from the laser light source 15.
At the same time, the laser light source 15 is controlled by the calculation unit 21 so that the laser beam 18 is emitted when the focal point of the condenser lens 16 reaches the formation planned portion 24 of the nozzle communication hole 7 as shown in FIG. Let it begin. As a result, the laser beam 18 is condensed in the vicinity of the lower surface 2b side end portion of the portion 24 where the nozzle communication hole 7 is to be formed. Further, when the focal point of the condensing lens 16 deviates from the formation planned portion 24 of the nozzle communication hole 7, the emission of the laser light 18 is stopped. As a result, as shown in FIG. 10B, the first modified region 25 is sequentially formed in each of the portions where the plurality of nozzle communication holes 7 constituting the first nozzle communication hole row 7a are to be formed.

次に、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれへの、１層目の改質領域２５の形成が終了すると、演算部２１により、Ｚ軸移動部１４を制御して、集光レンズ１６に対して載置台１１をＺ軸方向と反対方向に所定ピッチ相対移動させる。所定ピッチとしては、例えば、改質領域２５のｚ軸方向の長さを利用できる。これによって、集光レンズ１６の焦点が、シリコンリザーバ基板２の上面２ａ側に所定ピッチ分移動する。続いて、演算部２１により、Ｘ軸移動部１２を制御して、集光レンズ１６の焦点が、選択ノズル連通孔の形成予定部分に位置するように載置台１１を移動させる。これにより、集光レンズ１６の焦点を新しい発振開始位置に移動する。そして、集光レンズ１６の焦点が、新しい発振開始位置に移動されると、演算部２１により、上記フローを繰り返し実行する。これによって、図１０（ｃ）に示すように、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれに２層目の改質領域２５を形成する。   Next, when the formation of the first modified region 25 in each of the portions where the plurality of nozzle communication holes 7 constituting the first nozzle communication hole row 7a is to be formed is completed, the calculation unit 21 moves the Z axis. By controlling the unit 14, the mounting table 11 is moved relative to the condenser lens 16 by a predetermined pitch in the direction opposite to the Z-axis direction. For example, the length of the modified region 25 in the z-axis direction can be used as the predetermined pitch. As a result, the focal point of the condenser lens 16 moves to the upper surface 2a side of the silicon reservoir substrate 2 by a predetermined pitch. Subsequently, the calculation unit 21 controls the X-axis moving unit 12 to move the mounting table 11 so that the focal point of the condensing lens 16 is located at a portion where the selected nozzle communication hole is to be formed. Thereby, the focus of the condensing lens 16 is moved to a new oscillation start position. When the focus of the condenser lens 16 is moved to a new oscillation start position, the calculation unit 21 repeatedly executes the above flow. As a result, as shown in FIG. 10C, a second-layer modified region 25 is formed in each of the portions where the plurality of nozzle communication holes 7 constituting the first nozzle communication hole row 7a are to be formed.

同様に、シリコンリザーバ基板２の所定ピッチ分上面２ａ側で且つ選択ノズル連通孔の形成予定部分を、順次新しい「発振開始位置」に設定し、上記フローを繰り返し実行する。これによって、図１０（ｃ）に示すように、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれに複数層の改質領域２５を形成する。
また、第２のノズル連通孔列７ｂを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれについても同様に、複数層の改質領域２５を形成する。 Similarly, the portion where the selective nozzle communication hole is to be formed on the upper surface 2a side by a predetermined pitch of the silicon reservoir substrate 2 is sequentially set to a new “oscillation start position”, and the above flow is repeatedly executed. As a result, as shown in FIG. 10C, a plurality of reformed regions 25 are formed in each of the portions where the plurality of nozzle communication holes 7 constituting the first nozzle communication hole row 7a are to be formed.
Similarly, a plurality of layers of modified regions 25 are formed for each of the portions where the plurality of nozzle communication holes 7 constituting the second nozzle communication hole row 7b are to be formed.

このように、本実施形態では、シリコンリザーバ基板２の主面と直交する方向に対して集光レンズ１６の焦点を順次移動させると共に、集光レンズ１６の焦点が複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれを通過するように、シリコンリザーバ基板２の主面と平行な方向に対して集光レンズ１６の焦点を順次移動させ、集光レンズ１６の焦点がノズル連通孔７の形成予定部分にあるときに、レーザ光１８の集光を行う。
そのため、集光レンズ１６の焦点をレーザ光１８の出射方向に移動させる回数を低減できる。それゆえ、複数層の改質領域２５の形成に要する時間を短縮できる。
ちなみに、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれに、複数層の改質領域２５を１層ずつ形成する方法では、集光レンズ１６の焦点をレーザ光１８の出射方向に移動させる回数が増大し、複数層の改質領域２５の形成に要する時間が増大する。 Thus, in the present embodiment, the focal point of the condensing lens 16 is sequentially moved in the direction orthogonal to the main surface of the silicon reservoir substrate 2, and the focal point of the condensing lens 16 forms the plurality of nozzle communication holes 7. The focal point of the condensing lens 16 is sequentially moved with respect to the direction parallel to the main surface of the silicon reservoir substrate 2 so as to pass through each of the predetermined portions, and the focal point of the condensing lens 16 becomes a portion where the nozzle communication hole 7 is to be formed. At some point, the laser beam 18 is condensed.
Therefore, it is possible to reduce the number of times that the focal point of the condenser lens 16 is moved in the emission direction of the laser light 18. Therefore, the time required for forming the modified regions 25 having a plurality of layers can be shortened.
Incidentally, in the method of forming a plurality of layers of modified regions 25 one by one in each of the planned formation portions 24 of the plurality of nozzle communication holes 7, the number of times the focal point of the condenser lens 16 is moved in the emission direction of the laser light 18 is increased. The time required for forming the modified region 25 having a plurality of layers increases.

１はインクジェットヘッド、２はシリコンリザーバ基板、３はシリコンノズル基板、４はシリコンキャビティ基板、５はガラス基板、６は貫通孔、７はノズル連通孔、７ａは第１のノズル連通孔列、７ｂは第２のノズル連通孔列、８はレーザ加工装置、９は照射機構部、１０は制御部、１１は載置台、１２はＸ軸移動部、１３はＹ軸移動部、１４はＺ軸移動部、１５はレーザ光源、１６は集光レンズ、１７は収差補正レンズ群、１８はレーザ光、１９は入力部、２０は表示部、２１は演算部、２２は開口部、２３は耐エッチングマスク膜、２４は形成予定部分、２５は改質領域、２６はエッチング液 1 is an inkjet head, 2 is a silicon reservoir substrate, 3 is a silicon nozzle substrate, 4 is a silicon cavity substrate, 5 is a glass substrate, 6 is a through hole, 7 is a nozzle communication hole, 7a is a first nozzle communication hole row, 7b Is a second nozzle communication hole array, 8 is a laser processing apparatus, 9 is an irradiation mechanism unit, 10 is a control unit, 11 is a mounting table, 12 is an X axis moving unit, 13 is a Y axis moving unit, and 14 is a Z axis moving. , 15 is a laser light source, 16 is a condenser lens, 17 is an aberration correction lens group, 18 is a laser beam, 19 is an input unit, 20 is a display unit, 21 is a calculation unit, 22 is an opening, and 23 is an etching resistant mask. Film, 24 is a portion to be formed, 25 is a modified region, 26 is an etchant

Claims (4)

主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する貫通孔形成方法であって、
前記シリコン単結晶基板の表面に、前記貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、
前記耐エッチングマスク膜が形成された前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板および前記耐エッチングマスク膜を透過するレーザ光を集光し、前記貫通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、
前記改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする貫通孔形成方法。 A through hole forming method for forming a through hole extending in a direction perpendicular to the main surface in a silicon single crystal substrate having a main surface with a (110) plane orientation,
A mask film forming step of forming an etching-resistant mask film in which an opening is formed on a surface of the silicon single crystal substrate at a position facing a portion where the opening of the through hole is to be formed;
A laser beam that passes through the silicon single crystal substrate and the etching resistant mask film is condensed inside the silicon single crystal substrate on which the etching resistant mask film is formed, and a modified region is formed in a portion where the through hole is to be formed. A modified region forming step to be formed; and
The silicon single crystal substrate on which the modified region is formed is anisotropically etched, and the portion where the modified region is formed and the periphery thereof from the inside of the silicon single crystal substrate are orthogonal to the main surface (111) And a step of etching until the surface is exposed. 主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する貫通孔形成方法であって、
前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板を透過するレーザ光を集光し、前記貫通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、
前記改質領域が形成された前記シリコン単結晶基板の表面に、前記貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、
前記耐エッチングマスク膜が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする貫通孔形成方法。 A through hole forming method for forming a through hole extending in a direction perpendicular to the main surface in a silicon single crystal substrate having a main surface with a (110) plane orientation,
A modified region forming step of condensing a laser beam that passes through the silicon single crystal substrate inside the silicon single crystal substrate and forming a modified region in a portion where the through hole is to be formed;
A mask film forming step of forming, on the surface of the silicon single crystal substrate in which the modified region is formed, an etching-resistant mask film in which an opening is formed at a position facing a portion where the opening of the through hole is to be formed; ,
The silicon single crystal substrate on which the etching resistant mask film is formed is subjected to anisotropic etching, and the portion where the modified region is formed from the inside of the silicon single crystal substrate and its peripheral portion are orthogonal to the main surface (111 And an etching step of removing until the surface is exposed. 前記シリコン単結晶基板に形成する前記貫通孔が複数であり、それら複数の前記貫通孔の形成予定部分それぞれに、前記レーザ光の出射方向に沿って前記改質領域を複数層形成する場合には、前記シリコン単結晶基板の主面と直交する方向に対して前記集光レンズの焦点を順次移動させると共に、前記集光レンズの焦点が前記複数の前記貫通孔の形成予定部分それぞれを通過するように、前記シリコン単結晶基板の主面と平行な方向に対して前記集光レンズの焦点を順次移動させ、前記集光レンズの焦点が前記貫通孔の形成予定部分にあるときに、前記レーザ光の集光を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の貫通孔形成方法。   In the case where there are a plurality of through holes formed in the silicon single crystal substrate, and a plurality of the modified regions are formed along the laser beam emission direction in each of the plurality of through holes to be formed. The focus of the condenser lens is sequentially moved in a direction orthogonal to the main surface of the silicon single crystal substrate, and the focus of the condenser lens passes through each of the plurality of through-holes to be formed. When the focal point of the condensing lens is sequentially moved with respect to the direction parallel to the main surface of the silicon single crystal substrate, and the focal point of the condensing lens is at a portion where the through hole is to be formed, the laser beam The through hole forming method according to claim 1, wherein the light is condensed. 主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔であるノズル連通孔を形成するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記シリコン単結晶基板の表面に、前記ノズル連通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、
前記耐エッチングマスク膜が形成された前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板および前記耐エッチングマスク膜を透過するレーザ光を集光し、前記ノズル連通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、
前記改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 A method for manufacturing an inkjet head, wherein a nozzle communication hole, which is a through hole extending in a direction perpendicular to the main surface, is formed in a silicon single crystal substrate having a (110) plane of the main surface.
A mask film forming step of forming an etching-resistant mask film in which an opening is formed at a position facing a portion where the opening of the nozzle communication hole is to be formed on the surface of the silicon single crystal substrate;
A laser beam that passes through the silicon single crystal substrate and the etching resistant mask film is condensed inside the silicon single crystal substrate on which the etching resistant mask film is formed, and a modified region is formed in a portion where the nozzle communication hole is to be formed. A modified region forming step of forming
The silicon single crystal substrate on which the modified region is formed is anisotropically etched, and the portion where the modified region is formed and the periphery thereof from the inside of the silicon single crystal substrate are orthogonal to the main surface (111) And an etching process for removing the surface until the surface is exposed.
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