JP2020075418A - 基板と基板積層体と液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良くピッチを変換可能な、斜めに傾斜した貫通孔を有する基板を容易に製造する。【解決手段】傾斜した貫通孔を有する基板の製造方法が、基板１の第一の面２に第一のマスク３を、第二の面５に第二のマスク６を配置するステップと、第一の面２からの異方性のドライエッチングで開口部４ａ〜４ｃに対向する凹部９を形成し、第二の面５からの異方性のドライエッチングで開口部７ａ〜７ｅに対向する凹部９を形成するステップと、複数の凹部９を連通させて貫通孔８を形成するステップを含む。第一のマスク３の開口パターン４と第二のマスク６の開口パターン７は隣接して配置される。第一のマスク３および第二のマスク６の開口部の少なくとも一部は、当該開口部を含むマスクの開口パターンから、当該開口部を含むマスクと反対側の面のマスクの開口パターンに向かう方向に沿って開口面積が大きくなっている。【選択図】図１

Description

本発明は、基板と基板積層体と液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

一般的な液体吐出ヘッドでは、タンクに貯蔵された液体が共通液室に供給され、さらに共通液室から圧力室を介して吐出口に到達し、吐出口から外部に吐出される。液体吐出ヘッドの共通液室、圧力室および吐出口と、それらを接続する流路は、通常、基板や流路形成部材や吐出口形成部材等の構造体を掘り込むことによって形成され、場合によっては、構造体を貫通する貫通孔として形成されている。特許文献１には、微細な凹部を有する基板上に感光性樹脂フィルムを貼り付け、これを露光および現像することで、有機樹脂からなる構造体を基板上に製造する方法が記載されている。このようにして製造される構造体に、吐出口等が形成されている。

液体吐出ヘッドの液体の流れの経路は、タンクから吐出口にかけて断面積および集積度が変化している。特に吐出口の微細化および高集積化が進んでおり、それに伴って共通液室のピッチも微細化している。従って、例えばタンクと共通液室とを接続する流路（配管）は、タンクとの接続部分ではピッチが大きく、共通液室との接続部分ではピッチが小さくなるように、ピッチを変換する必要がある。ピッチを変換する配管は、焼結アルミナや樹脂成形物から形成される場合がある。それらの加工寸法の限界は１ｍｍ前後であり、より微細なピッチに変換するための構造を形成することは困難である。そこで、特許文献２には、斜めに傾斜した貫通孔を有するシリコン基板をピッチ変換部材として用いる方法が提案されている。

特開２００６−２２７５４４号公報 米国特許第８２４０８２８号明細書

特許文献２の方法では、数百μｍのピッチで配置された流路と数ｍｍ単位のピッチで配置された流路とを接続するピッチ変換部材として、斜めに傾斜した貫通孔を有する部材（インターポーザー）が作製される。その作製方法の一例では、図１３（ａ）に示すように、基板５１の両面（面５２，面５５）にそれぞれマスク５３，５６を配置する。マスク５３，５６は、基板５１に直交する方向に見て互いに隣接する開口部５４，５７を有している。基板５１の両面（面５２，面５５）において、マスク５３，５６を介してレーザー照射やドライエッチング等を行うことにより、先導孔である凹部５９，６０を形成する（図１３（ｂ））。次に、ウェットエッチング等の等方性エッチングにより凹部５９，６０を拡大させて互いに連通させて、斜めに傾斜した貫通孔５８を形成する。

しかし、凹部５９，６０を形成した後に行うエッチングが狙った方向のみに進行し、図１３（ｃ）に２点鎖線で示すような所望の形状の貫通孔５８を形成することは、困難である。実際には、凹部５９，６０は共に等方的にエッチングされて径が拡大し、実線で示すように、少なくとも部分的に必要以上に径が拡大したいびつな形状の貫通孔５８が形成される。貫通孔５８の径が必要以上に大きいと、隣接する貫通孔５８と干渉しないように貫通孔５８同士の間の間隔を広めに設定する必要がある。その結果、ピッチをあまり小さくすることができない。また、両面（面５２，面５５）のマスク５３，５６の開口部５４，５７が水平方向（基板５１の板面方向）に大きく離れていると、基板５１の両面（面５２，面５５）からそれぞれ形成された凹部５９，６０が互いに繋がるまでに要するエッチング時間が長くなる。その結果、貫通孔５８の径はさらに拡大するため、隣接する貫通孔５８同士が干渉しないように、貫通孔５８のピッチをさらに広げる必要が生じる。このように、特許文献２に記載の方法では、流路のピッチを小さくすることには限界があり、ピッチ変換率の高いピッチ変換部材を製造することは困難である。また、図１３（ｃ）に実線で示すいびつな形状の貫通孔５８では、液体の円滑な流れが実現しない可能性がある。

そこで、本発明の目的は、効率良くピッチを変換可能な、斜めに傾斜した貫通孔を有する基板と、基板積層体と、液体吐出ヘッドとの製造方法を提供することにある。

本発明の、基板に対して斜めに傾斜した貫通孔を有する基板の製造方法は、基板の第一の面に、複数の開口部を含む開口パターンを有する第一のマスクを配置し、第一の面と反対側に位置する第二の面に、複数の開口部を含む開口パターンを有する第二のマスクを配置するステップと、第一の面から第一のマスクを介して異方性のドライエッチングを行って、第一のマスクの複数の開口部の各々に対向する複数の凹部を形成し、第二の面から第二のマスクを介して異方性のドライエッチングを行って、第二のマスクの複数の開口部の各々に対向する複数の凹部を形成するステップと、第一の面からのドライエッチングと第二の面からのドライエッチングとによって形成された複数の凹部を、凹部同士の間に位置する分離壁を除去することによって連通させて、貫通孔を形成するステップと、を含み、第一のマスクの開口パターンと第二のマスクの開口パターンとは、基板の第一の面および第二の面に直交する方向に見て、隣接するように、または一部が重なり合うように配置されており、第一のマスクおよび第二のマスクの複数の開口部の少なくとも一部は、基板の第一の面および第二の面に直交する方向に見て、当該開口部を含むマスクの開口パターンから、当該開口部を含むマスクと反対側の面に位置するマスクの開口パターンに向かう方向に沿って開口面積が大きくなっていることを特徴とする。

本発明によると、効率良くピッチを変換可能な、斜めに傾斜した貫通孔を有する基板を容易に製造することができる。

本発明の第一の実施形態の基板の製造方法を工程順に示す断面図である。 図１に示す製造方法に用いられるマスクの平面図である。 図１に示す製造方法で製造された基板の他の例の断面図である。 図１に示す実施形態の変形例のマスクの平面図と製造方法を示す断面図である。 図１に示す製造方法で複数の貫通孔を形成する方法を示す断面図である。 本発明の第二の実施形態の基板積層体の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の実施例１の基板の製造方法の一部を工程順に示す断面図である。 実施例１の基板の製造方法で形成した貫通孔を示す断面図である。 本発明の実施例２の基板の製造方法で形成した貫通孔を示す断面図である。 本発明の実施例３の基板積層体の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の実施例４の液体吐出ヘッドの製造方法を工程順に示す断面図である。 実施例４の方法の、図１１に示す工程に続く工程を順番に示す断面図である。 従来の基板の製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１には、液体吐出ヘッドを構成する基板の１つであって、基板の厚さ方向および板面方向に対して斜めに貫通する貫通孔を有する基板の製造方法を示している。この製造方法では、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１の第一の面２に、複数の開口部を含む開口パターン（開口部群）４を有する第一のマスク３を形成する。そして、第二の面５に、複数の開口部を含む開口パターン（開口部群）７を有する第二のマスク６を形成する。図１に示す例では、第一のマスク３の開口パターン４は３つの開口部４ａ〜４ｃからなり、第二のマスク６の開口パターン７は５つの開口部７ａ〜７ｅからなる。第一のマスク３の平面図を図２（ａ）に、第二のマスク６の平面図を図２（ｂ）にそれぞれ示している。基板１の板面（第一の面２および第二の面５）に直交する方向（基板直交方向）に見て、第一のマスク３の開口パターン４と第二のマスク６の開口パターン７とは互いに隣接している。第一のマスク３では、基板直交方向に見て図１，２の右側の開口部４ａから左側の開口部４ｃに向かって、すなわち第二のマスク６の開口パターン７に近づくほど開口面積が徐々に大きくなっている。第二のマスク６では、基板直交方向に見て図１，２の左側の開口部７ａから右側の開口部７ｅに向かって、すなわち第一のマスク３の開口パターン４に近づくほど開口面積が徐々に大きくなっている。

このシリコン基板１を異方性ドライエッチングにより加工する。第一の面２側からのエッチングと、第二の面５側からのエッチングとを実施し、それらのエッチングの順番はどちらが先であっても構わない。このエッチングにより、図１（ｂ）に示すように、第一のマスク３と第二のマスク６のそれぞれの開口部４ａ〜４ｃ，７ａ〜７ｅから、各開口面積に対応する深さを有する凹部９がそれぞれ形成される。この凹部９の深さは、マイクロローディングに起因するものである。マイクロローディングは、開口面積の広い開口部ほどエッチングレートが高いという現象である。この現象は、エッチングに寄与するイオン成分やラジカル成分が、開口面積が狭くなるにつれて開口部の下方の基板内に進入しにくくなるために生じる。マイクロローディングによるエッチング深さの差は、一般的に開口面積の対数に依存するとされており、以下の式で表される。
ｄ ＝ Ａ logＳ ＋ Ｂ・・・（式１）
ｄはエッチング深さ、Ｓは開口面積、Ａ，Ｂは定数である。
図２（ａ），２（ｂ）に示す第一および第二のマスク３，６の開口部４ａ〜４ｃ，７ａ〜７ｅは、予め設定された開口面積を有するようにそれぞれ形成されている。これらの開口面積の対数を取って式１に基づいて計算すると、各開口部４ａ〜４ｃ，７ａ〜７ｅに対向する凹部９の深さは線形に変化していることがわかる。

次に、エッチングによって形成された凹部同士の間に位置する部分（分離壁）を除去する。分離壁の除去には、等方的なドライエッチングやウェットエッチング等が適しているが、液体や気体の吹付けや超音波洗浄等による物理的な破壊を行ってもよい。この分離壁の除去により、図１（ｃ）に示すように、斜め方向に傾斜して延びる貫通孔８が形成される。最後に、第一のマスク３と第二のマスク６を除去することにより、本実施形態の斜めに傾斜した貫通孔８を有する基板１が完成する（図１（ｄ））。貫通孔８は、厳密には階段状の側壁を有し、第一のマスク３の開口パターン４に対向する開口端８ａから第二のマスク６の開口パターン７に対向する開口端８ｂまで、基板１の板面に平行な方向（水平方向）に少しずつ段階的に移動しながら延びている。本明細書では、このような貫通孔８を、大まかな外形に基づいて、斜め方向に延びる傾斜した貫通孔８とみなしている。そして、第一のマスク３の開口パターン４の中心と第二のマスク６の開口パターン７の中心とを結んだ直線と、基板１の基板直交方向に延びる法線との成す角を、貫通孔８の傾斜角と定義する。

このように斜め方向に延びる貫通孔８では、第一の面２においては、第一のマスク３の開口パターン４のうちの一端の開口部４ａから他端の開口部４ｃまでの範囲が貫通孔８の開口端８ａになる。第二の面５においては、第二のマスク６の開口パターン７のうちの一端の開口部７ｅから他端の開口部７ａまでの範囲が貫通孔８の開口端８ｂになる。第一のマスク３の開口パターン４と第二のマスク６の開口パターン７とは、基板直交方向に見て互いに隣接しているため、貫通孔８は第一の面２の開口端８ａと第二の面５の開口端８ｂとの間を斜めに延びている。従って、第一のマスク３の開口パターン４と第二のマスク６の開口パターン７の配置によって、貫通孔８の傾斜を決めることができる。例えば、第二のマスク６の開口パターン７が、第一のマスク３の開口パターン４よりも、基板直交方向に見て広範囲に配置されていると、貫通孔８の、第一のマスク３の開口パターン４側、すなわち図面右側の側壁の傾斜が相対的に急である。一方、第二のマスク６の開口パターン７側、すなわち図面左側の側壁の傾斜が相対的に緩やかである。そして、貫通孔８は第二の面５の開口端８ｂから第一の面２の開口端８ａに向かって断面積が徐々に小さくなっている。また、基板直交方向に見て隣接する第一のマスク３の開口パターン４と第二のマスク６の開口パターン７との間の間隔を変えることによって、貫通孔８の傾斜角を変えることができる。これらの原理を用いることにより、所望の傾斜角の貫通孔８を形成することができる。そして、第一のマスク３と第二のマスク６にそれぞれ複数の開口パターンを形成することによって、異なる傾斜を有する複数の貫通孔を、同一の基板１内に一度に作製することができる。複数の貫通孔を形成する詳細な方法については後述する。

図１（ｂ）に示す例では、第一の面２側からのエッチングと第二の面５側からのエッチングはいずれも、開口面積が最大の開口部４ｃ，７ｅにおいても凹部９が基板１を貫通しない状態でエッチングを停止している。しかし、一部の開口部において凹部９が基板１を貫通するまでエッチングを進行させても構わない。その場合、例えば図３に示す例のように、図１（ｄ）に示されている例に比べて、開口端８ａ，８ｂの開口幅がより大きな貫通孔８が形成される。

図４（ａ１），図４（ａ２）に、本実施形態の変形例の第一のマスク１０および第二のマスク１２の平面図を示している。図４（ａ３）には、マスク１０，１２を用いて凹部９を形成した状態の断面図を示している。図４（ａ４）には、図４（ａ３）に示す凹部９から貫通孔８を形成した状態を示している。この変形例の技術的意義について以下に説明する。開口幅の小さい開口部をマスクに形成する際に、露光装置等の能力によって形成可能な寸法が制限されることがある。例えば、開口幅が小さくかつ開口長さが大きい開口部を形成することが困難な場合がある。そのような場合には、開口幅と開口長さがともに小さい開口部を複数並べて配置することができる。図４（ａ１），図４（ａ２）に示す変形例では、第一のマスク１０に、開口面積が小さい複数の開口部１１ａの列と、開口面積が中程度の複数の開口部１１ｂの列と、開口面積が大きい単一の開口部１１ｃとを含む開口パターン１１が形成されている。第二のマスク１２には、開口面積が小さい方から順番に、複数の開口部１３ａの列と、複数の開口部１３ｂの列と、複数の開口部１３ｃの列と、複数の開口部１３ｄの列と、開口面積が大きい単一の開口部１３ｅとを含む開口パターン１３が形成されている。式１に示されている通り、エッチング深さを決定するのは開口部の開口幅ではなく開口面積である。従って、開口幅が同じであっても開口面積が異なる開口部を形成することで、図４（ａ３）に示すようにエッチング深さが異なる凹部９を形成することが可能である。それから、凹部９同士の間の分離壁を除去することにより、図４（ａ４）に示すような貫通孔８が形成できる。なお、図４（ａ３），図４（ａ４）には、図４（ａ１），図４（ａ２）に示す開口パターン１１，１３の各開口部１１ａ〜１１ｃ，１３ａ〜１３ｅに対応する凹部９のエッチング深さの違いを示している。

図４（ａ１）〜（ａ４）に示す例では、第一のマスク１０の開口パターン１１と第二のマスク１２の開口パターン１３とは、基板直交方向に見て互いに隣接して位置している。ただし、図４（ｂ１），図４（ｂ２）に示す他の変形例のように、第一のマスク１４と第二のマスク１６に、基板直交方向に見て互いに重なり合う開口部１５ｃ，１７ｅがそれぞれ設けられていてもよい。その場合、図４（ｂ３）に示すように、互いに重なり合う開口部１５ｃ，１７ｅの位置では、第一の面２と第二の面５の両方から形成される凹部９の先端同士が近接する。それから、図４（ｂ４）に示すように、分離壁を除去するとともに、開口部１５ｃ，１７ｅに対向する位置の両凹部９の先端同士の間に位置する部分を除去して、凹部９同士を連通させる。あるいは、互いに重なり合う開口部１５ｃ，１７ｅに対向する位置で、第一の面２と第二の面５の両方から凹部９を形成する際に、それらの凹部９同士が繋がるまでエッチングを行って貫通させる。いずれの場合にも、開口部１５ｃ，１７ｅに対向する位置では、第一の面２から形成される凹部９の先端と、第二の面５から形成される凹部９の先端とが、最終的には連通させられる。従って、第一の面２から形成される凹部９と第二の面５から形成される凹部９は、それぞれが単独で大きな深さを有する必要はない。そのため、基板直交方向に見て互いに重なり合う開口部１５ｃ，１７ｅの開口面積は、さほど大きくなくてもよい。これに対し、基板直交方向に見て他の面の開口パターン１７または１５と隣接するが重なり合わない位置の開口部１５ａ〜１５ｂ，１７ａ〜１７ｄの開口面積は、他の面の開口パターン１７または１５に近づくにつれて大きくなっていることが好ましい。ただし、全ての開口部が、他の面の開口パターンに近づくにつれて開口面積が大きくなっている必要はない。複数の開口部の少なくとも一部において、基板直交方向に見て、その開口部を含むマスクの開口パターンから、その開口部を含むマスクと反対側の面に位置するマスクの開口パターンに向かう方向に沿って開口面積が大きくなっていればよい。それにより、斜めに傾斜した貫通孔８を容易に形成できるという本発明の効果が得られる。

以上説明した方法で形成される、斜めに傾斜した貫通孔８の配置および傾斜角には、制限がある場合がある。この制限は、特に、前述したように１枚の基板に複数の貫通孔を形成する場合に生じる。一例として、図５（ａ）に示すように、第一のマスク２５と第二のマスク２２にそれぞれ複数の開口パターン２０〜２４を形成し、図５（ｂ）に示すように異なる傾斜を有する複数の貫通孔１８，１９を同一の基板１内に作製する場合について説明する。この場合、図５（ａ）に示すように、同一のマスク２２，２５内で、貫通孔１８を形成するための開口パターン２０，２３と、隣接する貫通孔１９を形成するための開口パターン２１，２４とが、基板直交方向に見て隣接する。特に、貫通孔１８，１９の開口端１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂのうち大きい方の開口端１８ｂ，１９ｂが位置する面のマスク（図５の例では第二のマスク２２）の開口パターン２０，２１が、貫通孔１８，１９の配置と傾斜角の物理的な限界を決める。すなわち、開口パターン２０のうちの一端部の開口部２０ｅと、開口パターン２１のうちの他端部の開口部２１ａとが、重なり合うことなく近接する位置関係が、物理的限界の配置である。このような物理的限界に基づいて配置された開口パターン２０，２３の開口部２０ａ〜２０ｅ，２３ａ〜２３ｃから形成された凹部２６Ａを基にして、図５（ｂ）に示す貫通孔１８を形成する。同様に、開口パターン２１，２４の開口部２１ａ〜２１ｅ，２４ａ〜２４ｃから形成された凹部２６Ｂを基にして、貫通孔１８に隣接する貫通孔１９を形成する。前記した物理的限界が、形成可能な貫通孔１８，１９の傾斜角および集積度（配置密度）の限界を決定し、ひいてはこの貫通孔１８，１９によるピッチ変換の限界を決定する。

前述したように貫通孔８の配置および傾斜角には制限がある場合に、より大きなピッチ変換を実現するためには、傾斜した貫通孔２７Ａ〜２７Ｄがそれぞれ形成された複数の基板２８Ａ〜２８Ｄ（図６（ａ））を積層すればよい（第二の実施形態）。この実施形態では、各基板２８Ａ〜２８Ｄの貫通孔２７Ａ〜２７Ｄを繋げて連続した流路を構成する（図６（ｂ））。このように各基板２８Ａ〜２８Ｄの貫通孔２７Ａ〜２７Ｄを繋げることで構成された流路を、ここでは積層体流路３２と称する。この積層体流路３２の径は、複数の基板２８Ａ〜２８Ｄの積層方向に沿って、基板２８Ａ側から見ると実質的に連続的に拡大している（基板２８Ｄ側から見ると実質的に連続的に縮小している）。すなわち、積層方向の最上位の基板２８Ａの貫通孔２７Ａから、最下位の基板２８Ｄの貫通孔２７Ｄまで、徐々に大径になっている。また、基板２８Ａ〜２８Ｄのそれぞれに複数の貫通孔２７Ａ〜２７Ｄが形成されており、複数の基板２８Ａ〜２８Ｄの積層状態において複数の積層体流路３２が構成されている。複数の積層体流路３２のピッチは、複数の基板２８Ａ〜２８Ｄの積層方向に沿って、基板２８Ａ側から見ると実質的に連続的に拡大している（基板２８Ｄ側から見ると実質的に連続的に縮小している）。すなわち、積層方向の最上位の基板２８Ａの貫通孔２７Ａから、最下位の基板２８Ｄの貫通孔２７Ｄまで、徐々にピッチが大きくなっている。複数の基板２８Ａ〜２８Ｄを積層する方法としては、直接接合、プラズマ活性化接合、樹脂接合、接着剤接合、金属接合等が考えられる。

前述した傾斜した貫通孔２７Ａ〜２７Ｄを有する基板２８Ａ〜２８Ｄの基板積層体２９は、液体吐出ヘッドのピッチ変換部材として使用できる。液体吐出ヘッドは、液体が流れる経路の一部がそれぞれ形成された複数の構造体を有する。例えば、このような構造体の１つである液体吐出ヘッド用基板３０と、このような構造体の他の１つである供給配管部材３１との間に、ピッチ変換部材として基板積層体２９を配置することができる（図６（ｃ））。この基板積層体２９の貫通孔２７Ａ〜２７Ｄからなる積層体流路３２が、液体吐出ヘッド用基板３０の基板内流路（共通液室であってもよい）３０ａと供給配管部材３１の供給配管３１ａとを接続するとともに、ピッチを変換する。なお、図６（ｃ）の基板積層体２９の代わりに、図１〜６に示す製造方法に基づいて製造された基板１を、ピッチ変換部材として使用することもできる。

（実施例１）
前述した本発明の実施形態に基づく具体的な基板の製造方法（実施例１）について、図１と図７とを参照して詳細に説明する。まず、厚さ７２５μｍのシリコン基板１を用意した（図７（ａ））。続いて、基板１の第一の面２に、厚さ７μｍのフォトレジストを塗布し、ＵＶ光を照射して現像することで、開口パターン４を有する第一のマスク３を形成した（図７（ｂ））。更に、第二の面５に、開口パターン７を有する第二のマスク６を、第一のマスク３と同様の方法で形成した（図７（ｃ））。
次に、ボッシュ法を用いたドライエッチング装置により、第一の面２側から、第一のマスク３を介してシリコンの垂直（異方性）エッチングを行った（図７（ｄ））。続いて、第二の面５側から、第二のマスク６を介してシリコンの垂直（異方性）エッチングを実施した（図１（ｂ））。こうして、開口面積に応じてエッチング深さが徐々に変化した複数の凹部９を並べて形成した。ボッシュ法とは、例えばＣ_４Ｆ_８等のフルオロカーボン系のガスを用いた保護膜形成ステップと、例えばＳＦ_６を用いたエッチングステップとを交互に行うことによって、基板の垂直エッチング形状を形成する方法である。

次に、同じドライエッチング装置内で、ボッシュ法を行わず、ＳＦ_６ガスを主体とした条件により等方的なエッチングを行った。これにより、隣接する凹部９同士の間に位置するシリコンの分離壁が除去され、斜めに傾斜した貫通孔８が形成された（図１（ｃ））。最後に、フォトレジストからなる第一のマスク３と第二のマスク６を剥離することにより、図１（ｄ）に示す形状の貫通孔８を有する基板１が得られた。

ここでは一例として、第一のマスク３に、開口幅が２μｍ〜１００μｍの間で段階的に変化する複数の開口部４ａ〜４ｃを形成し、各開口部間の間隔を２μｍにした。各開口部の、図７の面に垂直な方向の開口長さは全て同じ寸法（例えば２００００μｍ）にした。斜め方向の貫通孔８の第一の面２側の開口端８ａの開口幅が２００μｍになるように設計した。最大開口幅（１００μｍ）を有する開口部４ｃから形成した凹部９の深さが４００μｍになるようにエッチングを行った。この際、最小開口幅（２μｍ）を有する開口部４ａから形成した凹部９の深さは２９３μｍであった。

一方、第二のマスク６には、開口幅が２μｍ〜２００μｍの間で段階的に変化する複数の開口部７ａ〜７ｅを形成し、各開口部間の間隔を２μｍにした。各開口部の開口長さは、第一のマスク３の開口部４ａ〜４ｃと全て同じ寸法（例えば２００００μｍ）にした。第二のマスク６の最大開口幅の開口部７ｅと、第一のマスク３の最大開口幅の開口部４ｃとが水平距離２μｍで隣接するように配置した。こうして、斜め方向の貫通孔８の第二の面５側の開口端８ｂの開口幅が４００μｍになるように設計した。最大開口幅（２００μｍ）を有する開口部７ｅから形成した凹部９の深さが４００μｍになるようにエッチングを行った。この際、最小開口幅（２μｍ）を有する開口部７ａから形成した凹部９の深さは２７９μｍであった。

こうして形成された貫通孔８の大まかな形状を図８に示している。その傾斜角は、基板直交方向に対して２２．５°傾いている。仮に、第一のマスク３の開口パターン４は前述したのと同様な構成で、第二のマスクの開口パターン７を、開口端８ｂの開口幅が８００μｍになるように設計すると、貫通孔８の傾斜角は基板直交方向に対して３４．６°傾く（図示せず）。このように、開口パターン４，７（開口部の配置領域）の幅を変化させることにより、貫通孔８の傾斜角を変化させることが可能である。

（実施例２）
実施例２では、図４（ａ１），図４（ａ２）に示す例と同様なマスク１０，１２を用い、実施例１と同様な工程を行って貫通孔８を形成した。実施例１では、図１，図７に示す第一のマスク３と第二のマスク６のそれぞれの最小開口幅の開口部４ａ，７ａから、３００μｍ弱の深さの凹部９が形成された。この深さ３００μｍ弱の深さの凹部９の内壁面が、図８に示す貫通孔８の傾斜した側面の、開口端８ａ，８ｂの縁部に繋がる部分になる。これに対して、貫通孔８の傾斜した側面が、開口端８ａ，８ｂの縁部に、よりスムーズに繋がることが望まれる場合がある。そのような場合には、図４（ａ１），図４（ａ２）に示すようなマスク１０，１２を用いることが有効である。

そこで、第一のマスク１０には、開口幅が２μｍ〜１００μｍの間で段階的に変化するとともに、開口長さも開口幅に合わせて段階的に変化する複数の開口部１１ａ〜１１ｃを形成した。すなわち、最小開口幅（２μｍ）の開口部１１ａは開口長さも２μｍであり、２μｍ×２μｍの正方形の開口部１１ａが、開口長さ方向に沿って複数（例えば９個）並んで配置されている。開口部１１ａの列に隣接する開口部１１ｂは、開口長さが開口部１１ａよりも長く、開口長さ方向に沿って、開口部１１ａの数よりも少ない数（例えば４個）だけ並んで配置されている。そして、最大開口幅（１００μｍ）の開口部１１ｃは、実施例１の開口部４ａ〜４ｃ，７ａ〜７ｅと同様な２００００μｍの開口長さを有し、１個のみ配置されている。各開口部間の間隔は２μｍにした。こうして、斜め方向の貫通孔８の第一の面２側の開口端８ａの開口幅が２００μｍになるように設計した。最大開口幅（１００μｍ）を有する開口部１１ｃから形成した凹部９の深さが４００μｍになるようにエッチングを行った。この際、最小開口幅（２μｍ）を有する開口部１１ａから形成した凹部９の深さは３９μｍであった。

一方、第二のマスク１２には、開口幅が２μｍ〜１００μｍの間で段階的に変化するとともに、開口長さも開口幅に合わせて段階的に変化する複数の開口部１３ａ〜１３ｅを形成した。すなわち、最小開口幅（２μｍ）の開口部１３ａは開口長さも２μｍであり、２μｍ×２μｍの正方形の開口部１３ａが、開口長さ方向に沿って複数（例えば９個）並んで配置されている。開口部１３ａの列に隣接する開口部１３ｂは、開口長さが開口部１３ａよりも長く、開口長さ方向に沿って、開口部１３ａの数よりも少ない数（例えば７個）だけ並んで配置されている。開口部１３ｂの列に隣接する開口部１３ｃは、開口長さが開口部１３ｂよりも長く、開口長さ方向に沿って、開口部１３ｂの数よりも少ない数（例えば４個）だけ並んで配置されている。開口部１３ｃの列に隣接する開口部１３ｄは、開口長さが開口部１３ｃよりも長く、開口長さ方向に沿って、開口部１３ｃの数よりも少ない数（例えば２個）だけ並んで配置されている。そして、最大開口幅（１００μｍ）の開口部１３ｅは、実施例１の開口部４ａ〜４ｃ，７ａ〜７ｅと同様な２００００μｍの開口長さを有し、１個のみ配置されている。各開口部間の間隔は２μｍにした。こうして、斜め方向の貫通孔８の第二の面５側の開口端８ｂの開口幅が４００μｍになるように設計した。最大開口幅（１００μｍ）を有する開口部１３ｅから形成した凹部９の深さが４００μｍになるようにエッチングを行った。この際、最小開口幅（２μｍ）を有する開口部１３ａから形成した凹部９の深さは３７μｍであった。

形成された貫通孔８の大まかな形状を図９に示す。貫通孔９の傾斜角は、基板直交方向に対して２２．５°傾いている。本実施例では、図４（ａ１），図４（ａ２）に示す第一のマスク１０と第二のマスク１２のそれぞれの最小開口幅の開口部１１ａ，１３ａから、４０μｍ弱の深さの凹部９が形成された。この深さ４０μｍ弱の深さの凹部９の内壁面が、貫通孔８の傾斜した側面の、開口端８ａ，８ｂの縁部に繋がる部分になる。すなわち、図９に示す貫通孔８は、貫通孔８の傾斜した側面が、開口端８ａ，８ｂの縁部に、非常にスムーズに繋がっている。

（実施例３）
実施例３では、図１０（ａ）に示すように、貫通孔２７Ａ〜２７Ｄをそれぞれ有する複数（例えば４枚）のシリコン基板２８Ａ〜２８Ｄを形成した。各貫通孔２７Ａ〜２７Ｄは、基板２８Ａ〜２８Ｄを重ね合わせた積層状態において連続的に繋がるようなレイアウトで各基板２８Ａ〜２８Ｄにそれぞれ形成した。各基板２８Ａ〜２８Ｄの厚さはそれぞれ４００μｍである。各基板２８Ａ〜２８Ｄの詳細な作製方法は、実施例１に準ずる。
このようにして作製した１枚目の基板２８Ａの第二の面３５に、有機樹脂層３３を形成した（図１０（ｂ））。この有機樹脂層３３は、ベンゾシクロブテン樹脂溶液をシリコンウエハに塗布して厚さ２μｍの層を形成した後に、基板２８Ａの第二の面３５に転写する方法で形成した。有機樹脂層３３は、貫通孔２７Ａを塞がないように、貫通孔２７Ａと対向する位置を除いて形成した。そして、１枚目の基板２８Ａの第二の面３５と２枚目の基板２８Ｂの第一の面３４とを、基板２８Ａの第二の面３５に形成された有機樹脂層３３を介して接合した（図１０（ｃ））。具体的には、有機樹脂層３３を１５０℃に加熱して基板２８Ａ，２８Ｂを接合させ、さらに有機樹脂層３３を３００℃に加熱して本硬化した。尚、通常、有機樹脂層３３のみを加熱することはなく、基板２８Ａ，２８Ｂと有機樹脂層３３の全体を加熱する。

同様の方法により、３枚目の基板２８Ｃと４枚目の基板２８Ｄを接合し、図１０（ｄ）に示すように、斜め方向の貫通孔２７Ａ〜２７Ｄを有する基板２８Ａ〜２８Ｄからなる基板積層体２９を得た。実施例１，２では、貫通孔８の第一の面２における開口端８ａの開口幅２００μｍを、第二の面５における開口端８ｂの開口幅４００μｍに拡大し、開口中心の位置を水平に３００μｍ移動させた。すなわち、１枚の基板１で貫通孔８の開口幅を２倍にしている。同様に、本実施例では、基板２８Ａ〜２８Ｄのそれぞれにおいて流路の開口幅を２倍に拡大し、開口中心の位置を両開口端の開口幅の和の１／２だけ水平方向に移動させた。その結果、４枚の基板２８Ａ〜２８Ｄが積層された基板積層体２９全体では、積層体流路３２の開口幅を２００μｍから３２００μｍに拡大し、開口中心の位置を水平方向に４５００μｍ移動させた。このような基板積層体２９を構成する基板の数は４枚に限られず、より多くの数の基板を接合することで、より大きなピッチ変換率を実現することができる。本実施例は、ピッチ変換率が大きい場合、例えば、最もピッチが小さい基板２８Ａの第一の面３４における貫通孔２７Ａの開口端の開口幅が３００μｍ以下である場合に、特に有効である。

（実施例４）
実施例４では、実施例３に準じた方法で作製した基板積層体２９をピッチ変換部材として使用した液体吐出ヘッド４５を製造した。本実施例では、まず、液体吐出ヘッドを構成する構造体の１つである液体吐出ヘッド用基板３０を作製するために、厚さ６２５μｍのシリコン基板３６を準備した。この基板３６には、一方の面（第一の面）に液体吐出用のエネルギー発生素子であるヒーター３７が予め形成されている。また、第一の面には、ヒーター３７に電力を供給するための駆動回路及び配線を有する配線層３８も形成されている（図１１（ａ））。基板３６の、ヒーター３７が形成されているのと反対側の面（第二の面）に、深さ約５００μｍの流路３９（図６（ｃ）の基板内流路３０ａに対応し、共通液室であってもよい）の一部が形成されている。また、基板３６の第一の面には、流路３９に連通する液体供給路４０が形成されている（図１１（ｂ））。流路３９の開口幅は２００μｍである。次いで、フィルム状の感光性エポキシ樹脂を配線層３８の上にラミネートして流路形成部材４１を形成した。そして、流路形成部材４１に対して露光と現像を２回繰り返すことで、第一の面に開口する吐出口を含む液体吐出路４２と、液体供給路４０から液体吐出路４２に至る流路４３とを形成した（図１１（ｃ）））。こうして、基板３６と流路形成部材４１とを含む液体吐出ヘッド用基板３０を作製した。

続いて、液体吐出ヘッド用基板３０と、他の構造体である供給配管部材３１とを、ピッチ変換部材で接続した。ピッチ変換部材として、実施例３に準じた方法で作製した基板積層体２９（図１０）を用いた。液体吐出ヘッド用基板３０とピッチ変換部材２９は、実施例３で用いられたのと同じ有機樹脂層３３によって接合した。具体的には、まず、液体吐出ヘッド用基板３０の第二の面に、有機樹脂層３３を形成した（図１２（ａ））。この有機樹脂層３３は、ベンゾシクロブテン樹脂溶液をシリコンウエハに塗布して厚さ２μｍの層を形成した後に、液体吐出ヘッド用基板３０の第二の面に転写して形成した。有機樹脂層３３は、流路３９を塞がないように、流路３９と対向する位置を除いて形成した。そして、液体吐出ヘッド用基板３０の第二の面とピッチ変換部材２９の第一の面とを、液体吐出ヘッド用基板３０の第二の面に形成された有機樹脂層３３を介して接合した（図１２（ｂ））。具体的には、有機樹脂層３３を１５０℃に加熱して液体吐出ヘッド用基板３０とピッチ変換部材２９とを接合させ、さらに有機樹脂層３３を３００℃に加熱して本硬化した。尚、通常、有機樹脂層３３のみを加熱することはなく、液体吐出ヘッド用基板３０とピッチ変換部材２９と有機樹脂層３３の全体を加熱する。このようして完成した液体吐出ヘッド用基板３０とピッチ変換部材２９との積層体をダイシングソーで分割した後、エポキシ系の接着剤４４を用いて供給配管部材３１と接合し、液体吐出ヘッド４５を作製した。これにより、２００μｍの開口幅を有する流路３９から、３ｍｍ程度の開口幅を有する供給配管部材３１の供給配管３１ａへスムーズなピッチ変換が可能となった。

以上説明したように、本発明によると、基板の第一の面に配置する第一のマスクの開口パターンと、第二の面に配置する第二のマスクの開口パターンは、基板直交方向に見て互いに隣接するか、または一部が重なり合うように配置されている。本発明では、１つの貫通孔を形成するための開口パターンが、複数の開口部を含んでいる。そして、第一のマスクの開口パターンを構成する複数の開口部のうちの少なくとも一部は、基板直交方向に見て、第一のマスクの開口パターンから第二のマスクの開口パターンに向かう方向に沿って開口面積が大きくなっている。同様に、第二のマスクの開口パターンを構成する複数の開口部のうちの少なくとも一部は、基板直交方向に見て、第二のマスクの開口パターンから第一のマスクの開口パターンに向かう方向に沿って開口面積が大きくなっている。マスクを介してドライエッチングを行う場合、マスクの開口面積が大きいほどエッチング深さが深くなる傾向がある。従って、この基板をドライエッチングして凹部を形成すると、基板直交方向に見て第一のマスクの開口パターンと第二のマスクの開口パターンとが近接する部分の凹部が深く、その周囲に向かって徐々に凹部の深さが浅くなっている。この凹部の深さの変化が、貫通孔の側壁の階段形状を構成し、斜めに傾斜した貫通孔が容易に形成できる。仮に、各開口パターンの複数の開口部のうちの一部のみが、他の面の開口パターンに向かう方向に沿って開口面積が大きくなる構成であっても、前述したように斜めに傾斜した貫通孔が容易に形成できるという効果にある程度寄与する。従って、このような構成も本発明に含まれる。

１，２８Ａ〜２８Ｄ 基板
２，３４ 第一の面
３，１０，１４，２５ 第一のマスク
４，７，１１，１３，１５，１７，２０，２１，２３，２４ 開口パターン
４ａ〜４ｃ，７ａ〜７ｅ，１１ａ〜１１ｃ，１３ａ〜１３ｅ，１５ａ〜１５ｃ，１７ａ〜１７ｅ，２０ａ〜２０ｅ，２１ａ〜２１ｅ，２３ａ〜２３ｃ，２４ａ〜２４ｃ 開口部
５ 第二の面
６，１２，１６，２２ 第二のマスク
８，１８，１９，２７Ａ〜２７Ｄ 貫通孔
９，２６Ａ，２６Ｂ 凹部

Claims (11)

1. 基板に対して斜めに傾斜した貫通孔を有する基板の製造方法であって、
   前記基板の第一の面に、複数の開口部を含む開口パターンを有する第一のマスクを配置し、前記第一の面と反対側に位置する第二の面に、複数の開口部を含む開口パターンを有する第二のマスクを配置するステップと、
   前記第一の面から前記第一のマスクを介して異方性のドライエッチングを行って、前記第一のマスクの複数の前記開口部の各々に対向する複数の凹部を形成し、前記第二の面から前記第二のマスクを介して異方性のドライエッチングを行って、前記第二のマスクの複数の前記開口部の各々に対向する複数の凹部を形成するステップと、
   前記第一の面からのドライエッチングと前記第二の面からのドライエッチングとによって形成された複数の前記凹部を、前記凹部同士の間に位置する分離壁を除去することによって連通させて、前記貫通孔を形成するステップと、を含み、
   前記第一のマスクの前記開口パターンと前記第二のマスクの前記開口パターンとは、前記基板の前記第一の面および前記第二の面に直交する方向に見て、隣接するように、または一部が重なり合うように配置されており、
   前記第一のマスクおよび前記第二のマスクの複数の前記開口部の少なくとも一部は、前記基板の前記第一の面および前記第二の面に直交する方向に見て、当該開口部を含むマスクの前記開口パターンから、当該開口部を含むマスクと反対側の面に位置するマスクの前記開口パターンに向かう方向に沿って開口面積が大きくなっていることを特徴とする、基板の製造方法。
2. 前記貫通孔の前記第一の面における開口端の開口面積と前記第二の面における開口端の開口面積とが異なっている、請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 傾斜角が異なる複数の前記貫通孔を形成する、請求項１または２に記載の基板の製造方法。
4. 前記貫通孔の前記第一の面における開口端の開口面積と前記第二の面における開口端の開口面積との比が異なる複数の前記貫通孔を形成する、請求項１から３のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の方法によって複数の基板を製造し、複数の前記基板を積層して、複数の前記基板にそれぞれ形成された前記貫通孔を互いに連通させて連続する積層体流路を構成する、基板積層体の製造方法。
6. 前記積層体流路の径は、複数の前記基板の積層方向に沿って連続的に拡大または連続的に縮小している、請求項５に記載の基板積層体の製造方法。
7. 複数の前記基板のそれぞれに複数の前記貫通孔が形成されており、複数の前記基板の積層状態において複数の前記積層体流路が構成され、複数の前記積層体流路のピッチは、複数の前記基板の積層方向に沿って連続的に拡大または連続的に縮小している、請求項５または６に記載の基板積層体の製造方法。
8. 前記基板に形成された前記貫通孔の少なくとも一方の開口端の開口幅は３００μｍ以下である、請求項５から７のいずれか１項に記載の基板積層体の製造方法。
9. 液体が流れる経路の一部が形成された複数の構造体を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法によって基板を製造し、前記基板をピッチ変換部材として複数の前記構造体の間に配置することを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 液体が流れる経路の一部が形成された複数の構造体を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、請求項５から８のいずれか１項に記載の方法によって基板積層体を製造し、前記基板積層体をピッチ変換部材として複数の前記構造体の間に配置することを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記ピッチ変換部材が間に配置される複数の前記構造体は、共通液室を有する液体吐出ヘッド用基板と、供給配管を有する供給配管部材である、請求項９または１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。