JP2018153978A - シリコン基板の加工方法および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコン基板の裏面側に基板強度を高めるための梁を形成する。【解決手段】シリコン基板の加工方法は、液体を吐出する吐出口の流路が形成される側の面であるおもて面に、シリコン基板よりもエッチング速度が速い犠牲層が島状に形成されたシリコン基板を用意する工程と、この面の反対側の面である裏面に、犠牲層に対向する裏面の部分を開口させないマスク層を形成する工程と、シリコン基板の裏面の開口から未貫通孔を形成する工程と、未貫通孔が形成されたシリコン基板に異方性エッチングを施すことにより、裏面側に梁を形成する工程と含む。【選択図】図２
Description
本発明は、シリコン基板の加工方法および液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
凹部、貫通穴、表面膜を形成するなどしてシリコン基板を加工し、その加工したシリコン基板を電子デバイスの部品であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）に適用することが知られている。このような加工が行われたシリコン基板は、インクジェット記録方式等に適用される液体吐出ヘッドの一部に使用される。また、シリコン基板において形成されるインク供給口の内部に梁を形成することで、基板の強度を高めることが知られている。
特許文献１には、基板の裏面に梁を有するインク供給口を形成する技術が記載されている。特許文献１に記載されている技術は、以下の通りである。梁が形成される部分の基板の裏面にマスクが形成される。インク供給口が形成される部分にシリコン加工（レーザー溝加工・ドライエッチング）が行われる。その後、おもて面と裏面との両側からエッチングが行われる。この結果、梁を形成したい基板の裏面の部分にはシリコンが残り、梁が形成されることになる。
シリコン基板のおもて面に、インクを吐出する吐出エネルギー発生素子およびインク吐出口などのインク流路形成部材を形成し、その後、シリコン基板の裏面からエッチングを行うことでインク供給口の開口部を形成する方法がある。このような方法の場合、シリコン基板のおもて面にインク流路形成部材などが形成されているので、特許文献１に記載されているような、おもて面と裏面との両側からエッチングを行う技術を適用することができない。
本発明は、シリコン基板の裏面側に基板強度を高めるための梁を形成するシリコン基板の加工方法および液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかるシリコン基板の加工方法は、液体を吐出する吐出口の流路が形成される側の面であるおもて面に、シリコン基板よりもエッチング速度が速い犠牲層が島状に形成されたシリコン基板を用意する工程と、前記シリコン基板の前記おもて面の反対側の面である裏面に、前記犠牲層に対向する前記裏面の部分を開口させないマスク層を形成する工程と、前記シリコン基板の裏面の開口から未貫通孔を形成する工程と、前記未貫通孔が形成された前記シリコン基板に異方性エッチングを施すことにより、前記裏面側に梁を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、シリコン基板の裏面側に基板強度を高めるための梁を形成することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。なお、同一の構成については、同じ符号を付して説明する。また、実施形態に記載されている構成要素の相対配置、形状等は、あくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本実施形態で説明するシリコン基板の加工方法は、インクジェット記録ヘッド等のデバイス（構造体）の製造工程において、インクジェット記録ヘッドの液体供給口のような貫通穴をシリコン基板に形成する際に用いることができる。特に、シリコン基板の一方の面から、インクジェット記録ヘッドの液体供給口のような貫通穴を形成する際に用いることができる。シリコン基板の一方の面とは、吐出口や吐出口と連通する流路が形成される側の面（以下、「おもて面」という）の反対側の面（以下、「裏面」という）である。本実施形態で説明する例は、シリコン基板の裏面側から貫通穴が形成される形態である。おもて面のことを第１の面といい、裏面のことを第２の面ということもある。
シリコン基板の裏面からエッチングを行うことでインク供給口を形成するときに、シリコン基板の裏面に梁を形成するには、次の第１の方法がある。第１の方法では、梁を形成したい部分がエッチングされないように、裏面の梁を形成したい部分にマスクが形成される。そして、異方性エッチングを行うことによって、梁を有するインク供給口が形成される。しかしながら、単にマスクを形成して異方性エッチングを行う第１の方法では、インク供給口の形成に要するエッチングの時間が長くなる。このため、梁を形成したい部分に対してもエッチングが進んでしまい、必要な梁が形成できない。このため、基板の強度が低下してしまう。
エッチングの速度を速めるために、シリコン基板のおもて面の全面に犠牲層が配置される第２の方法が想定される。犠牲層とは、シリコン基板よりもエッチング速度が早い層である。このエッチング速度は、シリコン基板及び犠牲層を同じエッチング液でエッチングした時のエッチングの速度であり、特にはシリコン基板のエッチング液に対するエッチング速度である。犠牲層は、供給口のおもて面側の開口幅を規定するための層である。そして、第２の方法においては、梁を形成しない裏面からおもて面に対して未貫通孔が形成される。その後、裏面からエッチングが行われる。未貫通孔から犠牲層にエッチングが進み犠牲層の部分に開口が形成される。その後、エッチングが犠牲層側（おもて面側）からも進む。このため、第１の方法よりもエッチング時間が短く済むので、必要な梁を形成することはできる。しかしながら、この第２の方法では、おもて面のインク供給口の開口幅が均一に開口できず、吐出性能が低下してしまう。
本実施形態では、シリコン基板のエッチング処理に先立って、裏面に梁を形成する部分のおもて面に犠牲層を配置する。つまり、犠牲層を、おもて面（第１の面）の全面に配置するのではなく、島状に犠牲層を形成する。そして、シリコン基板の裏面側（第２の面側）から、梁を形成しない部分にレーザ光を照射し未貫通孔を形成する。その後、裏面からエッチングを行うことによって、インク供給口および梁が形成される。
図１は、液体吐出ヘッド用基板の一例であるインクジェット記録ヘッド用基板の斜視図である。図１に示すインクジェット記録ヘッド用基板は、本実施形態で説明するシリコン基板の加工方法を用いて加工されたシリコン基板１を含む。つまり、本実施形態で説明する製造方法によって製造されたインクジェット記録ヘッド用基板を示している。
図１に示すインクジェット記録ヘッド用基板は、シリコン基板１のおもて面上に、インクを吐出する吐出エネルギー発生素子としてのヒータをなす電熱変換素子２が配置されている。シリコン基板１のおもて面上にはまた、インク吐出口１９を含むインク流路形成部材１８、および外部から電力を受ける金バンプ１５が形成されている。シリコン基板１には、インク供給口９が形成される。インク供給口９は、上部および下部が開口している。インク供給口９の上部は、インク流路形成部材１８に形成されたインク流路と連通している。インク供給口９から供給されたインクは、インク流路を介してインク吐出口１９に供給される。そして、電熱変換素子２の制御に応じてインク吐出口１９からインクが吐出される。本実施形態で説明するシリコン基板の加工方法は、このようなインク供給口９の内部に梁１３を形成する工程を含むものである。
図２は、図１のシリコン基板１の一部を部分的に取り出した図である。つまり、図２は、本実施形態で説明する加工方法を用いて加工された加工済みのシリコン基板１の一例を示している。図２（ａ）は、シリコン基板１の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のａ−ａ線断面図である。
本実施形態において用いるシリコン基板１は、裏面が（１００）面の結晶軸を有する単結晶シリコンである。このシリコン基板１のおもて面上には、前述のとおり電熱変換素子２が形成されている。シリコン基板１のおもて面上には、電熱変換素子２の保護層として、耐エッチング性を有する不図示のパッシベイション層が形成されている。なお、電熱変換素子２には、この素子を駆動させるための制御信号入力電極が、電気的に接続されている。シリコン基板１には、インク供給口９が形成されており、基板を貫通する貫通口（インク供給口）が形成されている。また、図２では示していないが、図１で示したようにインク吐出口１９を含むインク流路形成部材１８が、このシリコン基板１のおもて面の上部に形成されている。
インクジェット記録ヘッドを製造する際は、インク供給口９を形成する工程の前に、シリコン基板１に電熱変換素子２を形成し、さらに、シリコン基板１のおもて面にインク流路形成部材１８を形成する工程が行われるのが好ましい。即ち、電熱変換素子２が形成されたシリコン基板１のおもて面に、液体（インク）を吐出するインク吐出口１９と、インク吐出口１９に連通する液体流路（インク流路）と、を有するインク流路形成部材１８を形成する。その後、インク供給口９及び梁１３を形成する工程が行われる。
図３は、シリコン基板１の一部分の平面と、ａ−ａ線断面とを示す図である。図３（ａ）から図３（ｄ）に向かって、加工の各工程が行われる様子を模式的に示している。図３の（ａ）から（ｄ）の左側が平面、右側が断面を示している。また、図４は、図３と同じ工程における同じ箇所の平面とｂ−ｂ線断面とを示す図である。図５は、図３と同じ工程における同じ箇所の平面とｃ−ｃ線断面とを示す図である。以下、図３から図５を参照しながら本実施形態のシリコン基板の加工方法を説明する。
＜シリコン基板を用意する工程＞
まず、インク供給口９が形成される対象のシリコン基板を用意する工程が行われる。用意されるシリコン基板は、上述したように、おもて面に電熱変換素子２やインク流路形成部材１８が形成されたシリコン基板１である。シリコン基板１のおもて面に電熱変換素子２を含む各回路が形成される工程において、シリコン基板１のおもて面に、図３（ａ）に示すように、犠牲層６、パッシベイション層３、エッチングストップ層８が形成される。このとき、犠牲層６は、図３（ａ）に示すように、島状に形成される。島状に形成されるとは、犠牲層６が水平方向に連続して（切れ間なく）形成されるのではなく、一部が分断されて形成されることを示している。犠牲層６は、梁１３が形成される裏面の位置に対向する、おもて面の位置に形成される。なお、後述する工程で形成されることになる梁１３の位置と、犠牲層６が形成される位置とは完全に一致している必要はなく、ズレが生じていてもよい。犠牲層６は、シリコン基板１のおもて面においてインク供給口９が形成される範囲内の一部に形成されている。犠牲層６は、エッチングストップ層８で覆われ、エッチングストップ層８はパッシベイション層３で覆われる。図３では示されていないが、前述のようにパッシベイション層３の上部に電熱変換素子２やインク流路形成部材１８が形成される。このように、犠牲層６が島状に形成されたシリコン基板１が用意される。犠牲層６は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウム−ケイ素）合金、導電膜の材料のＡｌ−Ｃｕ（アルミニウム−銅）やＣｕ（銅）などを用いて形成することができる。パッシベイション層３及びエッチングストップ層８は、ＳｉＯ（シリコン酸化膜）やＳｉＮ（シリコン窒化膜）などを用いて形成することができる。
まず、インク供給口９が形成される対象のシリコン基板を用意する工程が行われる。用意されるシリコン基板は、上述したように、おもて面に電熱変換素子２やインク流路形成部材１８が形成されたシリコン基板１である。シリコン基板１のおもて面に電熱変換素子２を含む各回路が形成される工程において、シリコン基板１のおもて面に、図３（ａ）に示すように、犠牲層６、パッシベイション層３、エッチングストップ層８が形成される。このとき、犠牲層６は、図３（ａ）に示すように、島状に形成される。島状に形成されるとは、犠牲層６が水平方向に連続して（切れ間なく）形成されるのではなく、一部が分断されて形成されることを示している。犠牲層６は、梁１３が形成される裏面の位置に対向する、おもて面の位置に形成される。なお、後述する工程で形成されることになる梁１３の位置と、犠牲層６が形成される位置とは完全に一致している必要はなく、ズレが生じていてもよい。犠牲層６は、シリコン基板１のおもて面においてインク供給口９が形成される範囲内の一部に形成されている。犠牲層６は、エッチングストップ層８で覆われ、エッチングストップ層８はパッシベイション層３で覆われる。図３では示されていないが、前述のようにパッシベイション層３の上部に電熱変換素子２やインク流路形成部材１８が形成される。このように、犠牲層６が島状に形成されたシリコン基板１が用意される。犠牲層６は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウム−ケイ素）合金、導電膜の材料のＡｌ−Ｃｕ（アルミニウム−銅）やＣｕ（銅）などを用いて形成することができる。パッシベイション層３及びエッチングストップ層８は、ＳｉＯ（シリコン酸化膜）やＳｉＮ（シリコン窒化膜）などを用いて形成することができる。
＜エッチングマスク層形成工程＞
次に、用意されたシリコン基板１の裏面に、裏面のうち犠牲層６に対向する部分を開口させないエッチングマスク層４を形成する工程が行われる。図３（ａ）に示すように、おもて面に犠牲層６、パッシベイション層３、およびエッチングストップ層８が形成されたシリコン基板１の裏面に、開口部５を有するエッチングマスク層４を形成する工程が行われる。エッチングマスク層４は、おもて面側の犠牲層６に対向する部分に開口（開口部）を有さない。一方で、おもて面側の犠牲層６に対向しない部分に開口（開口部５）を有する。シリコン基板１は、ＳｉＯ層の熱酸化膜１ａで覆われている。なお、犠牲層６を形成する工程においておもて面のインク供給口９に対応する熱酸化膜１ａは除去されている。熱酸化膜１ａは、バッファードフッ酸などを用いて除去することができる。エッチングマスク層４は、ポリアミドやポリイミドなどを用いて形成することができる。
次に、用意されたシリコン基板１の裏面に、裏面のうち犠牲層６に対向する部分を開口させないエッチングマスク層４を形成する工程が行われる。図３（ａ）に示すように、おもて面に犠牲層６、パッシベイション層３、およびエッチングストップ層８が形成されたシリコン基板１の裏面に、開口部５を有するエッチングマスク層４を形成する工程が行われる。エッチングマスク層４は、おもて面側の犠牲層６に対向する部分に開口（開口部）を有さない。一方で、おもて面側の犠牲層６に対向しない部分に開口（開口部５）を有する。シリコン基板１は、ＳｉＯ層の熱酸化膜１ａで覆われている。なお、犠牲層６を形成する工程においておもて面のインク供給口９に対応する熱酸化膜１ａは除去されている。熱酸化膜１ａは、バッファードフッ酸などを用いて除去することができる。エッチングマスク層４は、ポリアミドやポリイミドなどを用いて形成することができる。
エッチングマスク層４の未開口部の距離Ｘ１（マスク部分の距離）は、島状の犠牲層６の島の大きさと、シリコン基板１の結晶面とを考慮して決定される。具体的には、エッチングマスク層４の未開口部の距離Ｘ１は、以下の式１にあてはまると好ましい。即ち、Ｌが島状の大きさであり、未貫通孔７の深さを裏面と反対側の面（即ち、おもて面）からＴ１以上Ｔ２以下（μｍ）の深さとしたときに、
Ｌ−（Ｔ１／ｔａｎ５４．７°）×２≧Ｘ１≧Ｌ−（Ｔ２／ｔａｎ５４．７°）×２
・・・（式１）
との関係を満たすようにすることができる。
Ｌ−（Ｔ１／ｔａｎ５４．７°）×２≧Ｘ１≧Ｌ−（Ｔ２／ｔａｎ５４．７°）×２
・・・（式１）
との関係を満たすようにすることができる。
犠牲層６の島状の大きさＬは、１２０μｍ以上１１００μｍ以下とする。この場合、上記式１を適用とすると、エッチングマスク層４の未開口部距離Ｘ１は、９８μｍ以上９９３μｍ以下の距離となる。未開口部距離Ｘ１が９８μｍ以下の場合、エッチングで梁１３が消失してしまう。また、未開口部距離Ｘ１が９９３μｍ以上の場合、梁１３の幅が大きく形成され、これに伴い梁１３の高さも高くなる。梁１３の高さが高くなると、インク供給口におけるインクの流れが悪くなる。このため、インクジェット記録ヘッドの吐出特性が低下してしまう。
＜供給口形成工程＞
次に、エッチングマスク層４が形成されたシリコン基板１の裏面の開口（開口部５）から未貫通孔７を形成する工程が行われる。そして、未貫通孔７が形成されたシリコン基板１に異方性エッチングを施すことにより、裏面側に梁１３を形成する工程が行われる。この梁１３を形成する工程は、インク供給口９を形成する工程でもある。つまり、インク供給口９を形成する工程において、梁１３も形成される。
次に、エッチングマスク層４が形成されたシリコン基板１の裏面の開口（開口部５）から未貫通孔７を形成する工程が行われる。そして、未貫通孔７が形成されたシリコン基板１に異方性エッチングを施すことにより、裏面側に梁１３を形成する工程が行われる。この梁１３を形成する工程は、インク供給口９を形成する工程でもある。つまり、インク供給口９を形成する工程において、梁１３も形成される。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１の裏面からエッチングマスク層４の開口部５にレーザ光を照射して、未貫通孔７を形成する工程が行われる。未貫通孔７を形成する工程では、ＹＡＧレーザのレーザ光を用いて未貫通孔７が形成される。レーザ光の出力及び周波数は適切な値に設定される。本実施形態では、未貫通孔７の直径をφ２５μｍ程度に形成する。未貫通孔７の直径としては、φ５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。未貫通孔７の直径が小さすぎる場合には、この後の工程で行われる異方性エッチングの際にエッチング液が未貫通孔７内に進入し難くなるので好ましくない。また、未貫通孔７の直径が大きすぎる場合には、所望の深さの未貫通孔７を形成するのに比較的長い時間を要するので好ましくない。未貫通孔７のピッチ距離は、２５μｍ以上５００μｍ以下程度であることが好ましい。
本実施形態では、シリコン基板１の厚さを７２５μｍのものを用いる。未貫通孔の未貫通部分の深さ（即ち、シリコン基板１のおもて面から距離）は、１５μｍ以上７５μｍ以下とすることができる。１５μｍ以下になると、おもて面に形成されているノズル材が熱の影響で変形をおこしてしまう。また７５μｍ以上になると、エッチング時間が長くなり、梁１３の部分が消失してしまう。未貫通孔７の加工は、任意の方法で行われてよい。例えば、ＹＡＧレーザの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザ光を用いて未貫通孔７の加工を行うことができる。しかしながら、シリコン基板１を形成する材料であるシリコンに対して穴加工が可能な波長であればよく、未貫通孔７の加工に用いるレーザ光をこのレーザ光に限定するものではない。また、未貫通孔は、レーザ加工ではなく、ドライエッチング法または機械加工によって形成されてもよい。
その後、図３（ｂ）に示すように、未貫通孔７が形成されたシリコン基板１に異方性エッチングを施してインク供給口９を形成する工程が行われる。インク供給口９を形成するエッチング方法として、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やＫＯＨ（水酸化カリウム）等の強アルカリ溶液中にシリコン基板１を浸漬することにより、結晶異方性エッチングを行うことができる。図３（ｂ）の段階では、未貫通孔７が形成された部分のみがシリコン基板１を貫通し、エッチングストップ層８で貫通が止まる（図４（ｂ）および図５（ｂ）も参照）。
その後、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１を貫通した部分より、エッチングが横に広がり犠牲層６に到達する。そして、犠牲層６がエッチングされるとともにシリコン基板１のシリコン部のエッチングが進む。そして、おもて面のエッチングストップ層８の下部のシリコンも時間とともにエッチングされる。つまり、犠牲層６のおもて面から裏面の方向に対してもエッチングが進む。エッチングストップ層８の下のシリコンに横にエッチングが広がり、図４および図５に示すように、熱酸化膜１ａの領域でエッチングが進まなくなる。
各々の膜下（層下）でのエッチング速度は、犠牲層６：０．８３μｍ／ｍｉｎ、エッチングストップ層８：０．１５μｍ／ｍｉｎ、熱酸化膜１ａ：０．０５μｍ／ｍｉｎとエッチング速度差を持っている。犠牲層６は、シリコン基板１のエッチング速度よりも早い材料で形成されている。
その後、図３（ｄ）、図４（ｄ）、および図５（ｄ）に示すように、エッチングでおもて面が均一に開口し、裏面に梁１３が形成されたインク供給口９を作製することができる。梁１３の大きさＸ２として７０μｍ〜９５０μｍサイズで作製できる。
本実施形態では、犠牲層６を島状に形成し、おもて面に犠牲層６を形成した部分には、エッチングが行われないようにエッチングマスク層４を形成する構成を採用した。そして、開口部５に未貫通孔７を形成して、異方性エッチングを行う構成を採用した。かかる構成によれば、未貫通孔７が形成された部分でまずエッチングがシリコン基板１を貫通しておもて面に到達する。その後、エッチングが横に広がることで犠牲層６に到達する。その後、おもて面側からもエッチングが進むことになる。この結果、おもて面のインク供給口９を均一に開口することができる。
なお、犠牲層６を島状に形成せずに、インク供給口９のおもて面の全面に形成すると、未貫通孔７が形成された部分でまずエッチングがシリコン基板１を貫通し、おもて面の全面に形成された犠牲層６にエッチングが到達する。この場合、未貫通孔７が形成された部分に対しては、未貫通孔７が形成されない部分よりもおもて面側のエッチングが早く進む。このため、未貫通孔７が形成された部分と、未貫通孔７が形成されない部分とでは、おもて面のインク供給口９の開口がばらついてしまうことになる。この例については、比較例として後述する。
このように、本実施形態では、シリコン基板１のインク供給口９内の裏面側に梁１３を形成することができ、シリコン基板１の強度を上げることができる。このため、例えば、インク供給口９が開口した場合、梁１３を形成することでシリコン基板１の変形を抑えることができ、生産効率及び品質が向上する。また、本実施形態では、犠牲層６を島状に形成することで、おもて面のインク供給口９が均一に開口することができ、インク吐出特性が低下することを抑制できる。
（実施例１）
図３に従い、インクジェット記録ヘッド用のシリコン基板１を作製した。以下の操作を各シリコン基板１について行った。
図３に従い、インクジェット記録ヘッド用のシリコン基板１を作製した。以下の操作を各シリコン基板１について行った。
まず、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、梁１３を形成する部分に対応するシリコン基板１のおもて面のインク供給口９を形成する部分に、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウム−ケイ素）合金からなる犠牲層６を島状に形成した。犠牲層６の島の寸法は、４３０μｍとした。また、梁を形成しない部分は、シリコン基板１のおもて面に、エッチングストップ層８として、耐エッチング性を有するプラズマＳｉＯ（シリコン酸化膜）を形成した。犠牲層６やエッチングストップ層８は、エネルギー発生素子である電熱変換素子２などをシリコン基板１のおもて面に形成する工程と同一の工程において形成した。このようなシリコン基板１の裏面のシリコン基板１のＳｉＯ層（熱酸化層）１ａに、ポリアミド樹脂を積層し、開口部５を有するポリアミド樹脂からなるエッチングマスク層４を形成した。おもて面に犠牲層６が形成されている部分には開口部５を形成しなかった。この開口部５内のＳｉＯ層（熱酸化層）１ａをバッファードフッ酸などでエッチングして除去して、シリコン面を露出させた。
図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、（１００）面のシリコン基板１の裏面側からおもて面側に向けて、エッチングマスク層４の開口部５内に、未貫通孔７を形成した。未貫通孔７は、その直径をφ２５μｍ程度、おもて面からの距離を５０μｍ、各孔のピッチ距離を６０μｍで形成した。ＹＡＧレーザの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザ光を用いて未貫通孔７の加工を行った。
次に、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板１の裏面に形成されたポリアミド樹脂からなるエッチングマスク層４をマスクとして、エッチングを行った。エッチングは、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２２質量％溶液を用い、温度８０℃で５時間エッチングを行った。エッチングマスク層４の未開口部距離Ｘ１を５００μｍとした。このエッチング処理では、あるところではエッチング速度が遅い（１１１）面を形成しながら、またあるところでは、エッチング速度が速い（１００）面及び（１１０）面に沿ってエッチングが進行する。最終的にはエッチング速度の遅い（１１１）面が形成される。
そして、図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２２質量％溶液を用い、温度８０℃でさらに１時間エッチングを行った。エッチングマスク層４の開口部５内に未貫通孔７を形成した部分のおもて面が開口し横に広がり、犠牲層６部分のエッチングが進む。内部にはシリコンがおもて面まで繋がって残っている。
そして、図３（ｄ）、図４（ｄ）、図５（ｄ）に示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２２質量％溶液を用い、温度８０℃でさらに２時間エッチングを行った。内部のシリコンがエッチングされ、梁１３が形成された。梁１３の大きさＸ２は、４５０μｍで形成された。また、おもて面の開口は、１３０μｍで均一に開口した。
図示しないが、さらに、シリコン基板１のおもて面におけるインク供給口９の開口部位に形成されているＳｉＯ層１ａをウェットエッチングで除去し、パッシベイション層３の一部をドライエッチングで除去した。
（比較例）
まず、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１のおもて面のインク供給口を形成する部分の全面に、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウム−ケイ素）合金からなる犠牲層６を形成した。また、シリコン基板１のおもて面に、保護層として、耐エッチング性を有するパッシベイション層３を形成した。犠牲層６やエッチングストップ層８は、電熱変換素子２などをシリコン基板１のおもて面に形成する工程と同一の工程において形成した。このようなシリコン基板１の裏面のＳｉＯ層（熱酸化層）１ａに、ポリアミド樹脂を積層し、開口部５を有するポリアミド樹脂からなるエッチングマスク層４を形成した。開口部５の幅として、５００μｍとした。この開口部５内のＳｉＯ層１ａをバッファードフッ酸などでエッチングして除去して、シリコン面を露出させた。（１００）面のシリコン基板１の裏面側からおもて面側に向けて、エッチングマスク層４の開口部５内に、未貫通孔７の直径をφ２５μｍ程度、おもて面からの距離を５０μｍ、ピッチ距離６０をμｍで形成した。
まず、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１のおもて面のインク供給口を形成する部分の全面に、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウム−ケイ素）合金からなる犠牲層６を形成した。また、シリコン基板１のおもて面に、保護層として、耐エッチング性を有するパッシベイション層３を形成した。犠牲層６やエッチングストップ層８は、電熱変換素子２などをシリコン基板１のおもて面に形成する工程と同一の工程において形成した。このようなシリコン基板１の裏面のＳｉＯ層（熱酸化層）１ａに、ポリアミド樹脂を積層し、開口部５を有するポリアミド樹脂からなるエッチングマスク層４を形成した。開口部５の幅として、５００μｍとした。この開口部５内のＳｉＯ層１ａをバッファードフッ酸などでエッチングして除去して、シリコン面を露出させた。（１００）面のシリコン基板１の裏面側からおもて面側に向けて、エッチングマスク層４の開口部５内に、未貫通孔７の直径をφ２５μｍ程度、おもて面からの距離を５０μｍ、ピッチ距離６０をμｍで形成した。
そして、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）に示すように、シリコン基板１の裏面に形成されたポリアミド樹脂からなるエッチングマスク層４をマスクとして、エッチングを行った。エッチングは、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２２質量％溶液を用い、温度８０℃で５時間エッチングを行った。
そして、図６（ｃ）、図７（ｃ）、図８（ｃ）に示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２２質量％溶液を用い、温度８０℃でさらに１時間エッチングを行った。エッチングマスク層４の開口部５内に未貫通孔７を形成した部分のおもて面が開口し横に広がり、犠牲層６部分のエッチングが進む。内部にはシリコンがおもて面まで繋がって残っている。
そして、図６（ｄ）、図７（ｄ）、図８（ｄ）に示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２２質量％溶液を用い、温度８０℃でさらに２時間エッチングを行った。内部のシリコンがエッチングされ、梁１３が形成された。梁１３の大きさＸ２として４５０μｍで形成された。おもて面の開口については開口ばらつきが発生した。即ち、未貫通孔７を形成しない部分は１３０μｍで開口したが、未貫通孔７を形成した部分は、１４８μｍで開口した。
図示しないが、さらに、シリコン基板１のおもて面におけるインク供給口９の開口部位に形成されているＳｉＯ層１ａをウェットエッチングで除去し、パッシベイション層３の一部をドライエッチングで除去した。
１ シリコン基板
４ エッチングマスク層
５ 開口部
７ 未貫通孔
９ インク供給口
１３ 梁
４ エッチングマスク層
５ 開口部
７ 未貫通孔
９ インク供給口
１３ 梁
Claims (14)
- 液体を吐出する吐出口の流路が形成される側の面であるおもて面に、シリコン基板よりもエッチング速度が速い犠牲層が島状に形成されたシリコン基板を用意する工程と、
前記シリコン基板の前記おもて面の反対側の面である裏面に、前記犠牲層に対向する前記裏面の部分を開口させないマスク層を形成する工程と、
前記シリコン基板の裏面の開口から未貫通孔を形成する工程と、
前記未貫通孔が形成された前記シリコン基板に異方性エッチングを施すことにより、前記裏面側に梁を形成する工程と、
を含むことを特徴とするシリコン基板の加工方法。 - 前記シリコン基板は、前記裏面が（１００）面の結晶軸を有する単結晶シリコンの基板である、請求項１に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記犠牲層は、前記液体の供給口のおもて面側の開口幅を規定している、請求項１または２に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記梁を形成する工程は、前記液体の供給口を形成する工程を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記未貫通孔は、レーザ加工、ドライエッチング、または機械加工によって形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記おもて面から１５μｍ以上７５μｍ以下の深さで前記未貫通孔が形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記未貫通孔のピッチ距離は、２５μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記犠牲層の島状の大きさは、１２０μｍ以上１１００μｍ以下である、請求項１から７のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記犠牲層に対向する部分を開口させない部分の寸法をＸ１、前記犠牲層の島状の大きさをＬ、前記未貫通孔の深さを前記液体の吐出口の流路と連通することになる面からＴ１以上かつＴ２以下の深さとしたときに、
Ｌ−（Ｔ１／ｔａｎ５４．７°）×２≧Ｘ１≧Ｌ−（Ｔ２／ｔａｎ５４．７°）×２
の関係を満たすように前記マスク層が形成される、請求項１から８のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。 - 前記犠牲層に対向する部分を開口させないマスク部分の距離は、９８μｍ以上９９３μｍ以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記梁を形成する工程は、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングにより行われ、
前記犠牲層は、前記アルカリ溶液に対するエッチング速度が前記シリコン基板のエッチング速度よりも速い、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。 - 前記用意されるシリコン基板は、島状の犠牲層を含む部分がエッチングストップ層で覆われている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
- 前記エッチングストップ層は、前記液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子が前記シリコン基板に形成される工程と同一の工程で形成される、請求項１２に記載のシリコン基板の加工方法。
- シリコン基板の第１の面に、前記シリコン基板よりもエッチング速度が速い犠牲層を島状に形成し、前記島状の犠牲層を含む部分を覆うエッチングストップ層を形成し、かつ液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記第１の面にさらに、前記液体の流路形成部材を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記第１の面の反対側の面である第２の面に、前記犠牲層に対向する前記第２の面の部分を開口させないマスク層を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記第２の面の開口から未貫通孔を形成する工程と、
異方性エッチングを施すことにより、前記第２の面側に梁を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
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