JP5286710B2 - Fine structure forming method and fluid ejecting head manufacturing method - Google Patents
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本発明は、微細構造の形成方法及び流体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fine structure forming method and a fluid ejecting head manufacturing method.
精度良く微細構造を加工できる方法の一つとして、特許文献1に挙げるボッシュプロセス法がある。ボッシュプロセス法は、SF6のようなフッ化硫黄系のガスによるドライエッチングプロセスと、CHF3、C4F8のようなフッ化炭素系ガスによる側壁保護膜の形成(パッシベーション)工程とを繰り返す方法であり、異方性の高いエッチングができるという特徴を有する。 As one of the methods capable of processing a fine structure with high accuracy, there is a Bosch process method described in Patent Document 1. The Bosch process method repeats a dry etching process using a sulfur fluoride-based gas such as SF 6 and a step of forming a sidewall protective film (passivation) using a fluorocarbon-based gas such as CHF 3 and C 4 F 8. This method is characterized in that etching with high anisotropy can be performed.
図3及び図4は、ボッシュプロセス法により基板に凹部を形成する工程を示す工程断面図である。まず、図3(a)に示すように、基板30上にマスク31を形成する。マスク31には貫通孔32が形成されている。
3 and 4 are process cross-sectional views showing a process of forming a recess in the substrate by the Bosch process method. First, as shown in FIG. 3A, a
次いで、図3(b)に示すように、マスク31を介して基板30にドライエッチングを施すと、基板上に開口部33が形成される。開口部33は優れた異方性を備えて形成され、第1貫通孔32の側壁に沿った開口部33の側壁は基板30に略垂直に形成される。開口部33の底面は基板30の表面に平行である。開口部33の側壁は、厳密には平面形状ではなく若干曲面形状になるが、図を見やすくするために断面構造を直線で表記し、基板30表面に垂直な形状として示している。
Next, as shown in FIG. 3B, when the
次いで、図3(c)に示すように、マスク31を介して基板30にパッシベーションを施すと、マスク31及び開口部33の表面上に保護膜34が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, when the
次いで、図3(d)に示すように、再度同様にドライエッチングを施すと、基板30表面と平行な面であるマスク31の上面と開口部33の底面に形成された保護膜34は消失し、エッチングが進行する。マスク31及び開口部33の側壁部に形成された保護膜34は残存する。
Next, as shown in FIG. 3D, when dry etching is performed again in the same manner, the
更に、図3(c)及び図3(d)に示した工程を必要な回数交互に繰り返し、必要な深さにまで掘り下げることで、ボッシュプロセス法による凹部の形成が完了する。 Further, the steps shown in FIGS. 3C and 3D are alternately repeated as many times as necessary, and the formation of the recesses by the Bosch process method is completed by digging down to the required depth.
また例えば、図4(a)に示すように、基板40に階段状の段差構造を有する貫通孔42を備えたマスク41を付し、マスク41を介してボッシュプロセス法によるエッチングを行うとする。
Further, for example, as shown in FIG. 4A, it is assumed that a
その場合、図4(b)に示すように、まずは貫通孔の低い段が消失し、基板40が露出するまでエッチングが進行する。その際、貫通孔に露出していた基板40もエッチングされ、垂直形状の側壁部と水平面の底面を備える第1開口部43を形成する。パッシベーションで形成される保護膜は、マスク41と第1開口部43と新たに露出した基板40の表面上と、に形成される。
In that case, as shown in FIG. 4B, first, the low step of the through hole disappears, and etching proceeds until the
次いで、図4(c)に示すように、第1開口部43は側壁に沿って更に垂直に掘り進められる。また、基板40はマスク41の残る側壁の形状に沿って垂直に掘り進められるため、基板40には貫通孔42が備えていた階段状の段差構造が反映された、第1開口部の側壁とマスク41に沿って形成される垂直面が繋がった階段状の段差構造が形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the
以上のようにボッシュプロセス法によるエッチングを行うと、ドライエッチングによるイオンの入射がある平面部では、保護膜及びマスクが除去されてエッチングが進行する。また、側壁部では形成された保護膜が残存し、水平方向にわずかに生じるイオンの入射から基板を保護する。その結果、基板に垂直な方向に高い異方性を備えたエッチングが可能となる。 As described above, when etching is performed by the Bosch process method, the protective film and the mask are removed and the etching proceeds in a plane portion where ions are incident by dry etching. Further, the formed protective film remains on the side wall portion, and the substrate is protected from the incidence of ions generated slightly in the horizontal direction. As a result, etching with high anisotropy in the direction perpendicular to the substrate is possible.
ところで、電子機器に用いられる精密部品の形状は垂直形状と、水平面のみで構成されているわけではない。例えば水平面に対してある一定の傾斜を持った形状(テーパー形状)も組み合わせて部品の特定の形状を構成されている。 By the way, the shape of precision parts used in electronic devices is not limited to a vertical shape and a horizontal plane. For example, a specific shape of a part is configured by combining shapes having a certain inclination with respect to a horizontal plane (taper shape).
様々なテーパー形状の形成方法としては、特許文献2から特許文献4に記載の方法がある。特許文献2の方法では、段差のあるエッチングマスクを介して2段階に渡ってウェットエッチングすることで深さを変えた多段のテーパー形状を作製している。特許文献3及び4の方法では、エッチングガスの中に反応生成物を生じるガスを適量添加し、反応性生物を保護膜として溝の側壁部に堆積させながらドライエッチングを行うことで、側壁部をエッチングから保護し、テーパー形状を作製することを提案している。
しかしながら、上記方法には次のような問題がある。すなわち、いずれの方法においてもテーパー形状を形成することのみを目的とした構成となっている。そのため、上記方法を利用して、テーパー形状と他の形状と組み合わせた形状を形成することは未だ煩雑な工程を要する。 However, the above method has the following problems. That is, in any method, the configuration is intended only for forming a tapered shape. Therefore, using the above method to form a shape combining a tapered shape with another shape still requires a complicated process.
例えば、テーパー形状と垂直形状が連通した形状は、流体噴射装置のノズル孔や三次元実装の配線に応用可能であり非常に有用である。しかし、このような形状を、前記特許文献で提案されている方法を用いて形成するためには、各形状を形成する工程をそれぞれ別工程で行う必要がある。 For example, a shape in which a tapered shape and a vertical shape communicate with each other is very useful because it can be applied to a nozzle hole of a fluid ejecting apparatus or wiring for three-dimensional mounting. However, in order to form such a shape using the method proposed in the above-mentioned patent document, it is necessary to perform the process of forming each shape in a separate process.
図5は、従来の方法で前記連通した形状を形成する工程断面図である。まず、図5(a)に示すように基板50に貫通孔を設けた第1マスク51を付し、従来の方法でテーパー形状を備えた開口部52を形成する。次いで、図5(b)に示すように、第1マスク51の側壁部及び開口部52の側壁部やテーパー部を第2マスク53で保護する。次いで、図5(c)に示すように、第1マスク51と第2マスク53を介し、基板50にドライエッチングを施すことで垂直形状を形成し、目的とする前記連通した形状を作り上げるという工程をとる必要がある。そのため、工程が複数且つ煩雑になる。
FIG. 5 is a process cross-sectional view for forming the communicating shape by a conventional method. First, as shown in FIG. 5A, a
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、基板に垂直な側壁部を有する第1開口部と、前記第1開口部と連通するテーパー状の側壁部を有する第2開口部と、を備えた微細構造の形成方法、及び、この方法を用いた流体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and includes a first opening having a side wall perpendicular to the substrate, and a second opening having a tapered side wall communicating with the first opening. And a manufacturing method of a fluid jet head using this method.
上記の課題を解決するため、本発明の微細構造の形成方法は、基板に垂直な側壁部を有する第1開口部と、前記第1開口部と連通し前記基板表面に向かって開口面積が広くなるテーパー状の側壁部を有する第2開口部と、を備えた微細構造の形成方法であって、前記基板上に階段状の段差構造を有する貫通孔を備えたマスクを形成する第1工程と、前記マスクを介して、保護膜を形成するパッシベーションプロセスと、前記基板をエッチングするドライエッチングプロセスと、を交互に連続して繰り返すことにより、前記第1開口部と前記第2開口部とを形成する第2工程と、を備え、前記第2工程では、前記ドライエッチングプロセスにおけるエッチング量を前記パッシベーションプロセスにおいて形成される保護膜の量よりも多くし、前記第2開口部の側壁部となる前記基板の一部をエッチングしつつ前記第1開口部の底面をエッチングすることで、前記第2開口部の側壁部をテーパー状に形成することを特徴とする。
この方法によれば、垂直形状とテーパー形状を各々独立した工程で作り上げる必要がなく、一度にこれらの形状が連通した形状を形成することが可能となる。そのため、加工の手間を省き工程が簡略化できる。
In order to solve the above-described problems, the fine structure forming method of the present invention includes a first opening having a side wall perpendicular to the substrate, a large opening area communicating with the first opening and toward the substrate surface. A second opening portion having a tapered side wall portion, and a first step of forming a mask having a through hole having a stepped step structure on the substrate, The first opening and the second opening are formed by alternately repeating a passivation process for forming a protective film and a dry etching process for etching the substrate through the mask. A second step, wherein in the second step, the amount of etching in the dry etching process is larger than the amount of the protective film formed in the passivation process, Etching the bottom surface of the first opening while etching a part of the substrate that becomes the side wall of the second opening forms the side wall of the second opening in a tapered shape. .
According to this method, it is not necessary to create the vertical shape and the tapered shape in independent processes, and it is possible to form a shape in which these shapes communicate with each other at a time. Therefore, it is possible to simplify the process by omitting the labor of processing.
本発明においては、前記第2工程では、前記基板の温度を制御することによって、前記ドライエッチングプロセスにおけるエッチング量と前記パッシベーションプロセスにおいて形成される保護膜の量とを制御することが望ましい。
一般に基板の温度を高くすると、成膜レートが減少し、エッチングレートが増大する。逆に基板の温度を低くすると、成膜レートが増加し、エッチングレートが減少する。したがって、基板の温度を制御することで、容易にパッシベーションプロセスにより形成される保護膜の量とドライエッチングプロセスによるエッチング量とを制御することができる。
In the present invention, in the second step, it is desirable to control the etching amount in the dry etching process and the amount of the protective film formed in the passivation process by controlling the temperature of the substrate.
In general, when the temperature of the substrate is raised, the film formation rate decreases and the etching rate increases. Conversely, when the substrate temperature is lowered, the deposition rate increases and the etching rate decreases. Therefore, by controlling the temperature of the substrate, it is possible to easily control the amount of the protective film formed by the passivation process and the etching amount by the dry etching process.
本発明においては、前記第2工程を前記基板の温度を制御できる支持台の上で行うことが望ましい。
この方法によれば、基板を所望の温度に保って加工することで、容易且つ再現性よく所望の形状を形成することができる。
In the present invention, it is preferable that the second step is performed on a support base capable of controlling the temperature of the substrate.
According to this method, a desired shape can be formed easily and with good reproducibility by processing the substrate at a desired temperature.
本発明においては、前記第2工程において、前記ドライエッチングプロセスにおけるエッチング時間と、前記パッシベーションプロセスにおける保護膜の形成時間とを制御することによって、前記ドライエッチングプロセスにおけるエッチング量と、前記パッシベーションプロセスにおいて形成される保護膜の量と、を制御することが望ましい。
この方法によれば、ドライエッチングプロセスのプロセス時間とパッシベーションプロセスのプロセス時間とを個別に制御することで、パッシベーションプロセスにより形成される保護膜の量とドライエッチングプロセスによるエッチング量とを任意に制御することができる。そのため、パッシベーションプロセスにより形成される保護膜の量とドライエッチングプロセスによるエッチング量とのバランスを精度良く制御でき、結果、容易に所望の形状を形成することができる。
In the present invention, in the second step, the etching amount in the dry etching process and the formation time in the passivation process are controlled by controlling the etching time in the dry etching process and the formation time of the protective film in the passivation process. It is desirable to control the amount of protective film applied.
According to this method, the amount of the protective film formed by the passivation process and the amount of etching by the dry etching process are arbitrarily controlled by individually controlling the process time of the dry etching process and the process time of the passivation process. be able to. Therefore, the balance between the amount of the protective film formed by the passivation process and the etching amount by the dry etching process can be accurately controlled, and as a result, a desired shape can be easily formed.
本発明においては、前記第2工程において、前記第2工程の開始から終了まで、前記基板の温度と、前記ドライエッチングプロセスにおけるエッチング時間と、前記パッシベーションプロセスにおける保護膜の形成時間と、が一定であることが望ましい。
この方法によれば、基板温度と各加工時間とを所定の一定条件に保ちエッチングをするだけで、テーパー形状と垂直形状が同時に形成できる。そのため、非常に容易に所望の形状を形成することができる。また、工程の途中での条件変更が不要であるため、工程が簡略化できる。
In the present invention, in the second step, the temperature of the substrate, the etching time in the dry etching process, and the formation time of the protective film in the passivation process are constant from the start to the end of the second step. It is desirable to be.
According to this method, the taper shape and the vertical shape can be simultaneously formed only by performing etching while maintaining the substrate temperature and each processing time at predetermined constant conditions. Therefore, a desired shape can be formed very easily. Moreover, since it is not necessary to change the conditions during the process, the process can be simplified.
前記基板は、シリコン基板であることが望ましい。
加工したシリコン基板は、流体噴射ヘッドや三次元実装用の基板といったMEMSデバイス等に用いることができる。
The substrate is preferably a silicon substrate.
The processed silicon substrate can be used for a MEMS device such as a fluid ejecting head or a substrate for three-dimensional mounting.
本発明における流体噴射ヘッドの製造方法は、基板に垂直な側壁部を有する第1開口部と、前記第1開口部と連通するテーパー状の側壁部を有する第2開口部と、を備えた微細構造を含むノズル孔が設けられた流体噴射ヘッドの製造方法であって、前記ノズル孔の形状を前述した本発明の微細構造の形成方法により形成することを特徴とする。
この製造方法によれば、容易にテーパー形状と垂直形状が連通した形状を流体噴射ヘッドのノズル孔として形成することができる。そのため、流体噴射時の噴射抵抗を下げ、弱い駆動力で噴射可能な流体噴射ヘッドを容易に製造することができる。
According to another aspect of the invention, there is provided a fluid ejection head manufacturing method including: a first opening having a side wall perpendicular to the substrate; and a second opening having a tapered side wall communicating with the first opening. A method of manufacturing a fluid ejecting head provided with a nozzle hole including a structure, wherein the shape of the nozzle hole is formed by the fine structure forming method of the present invention described above.
According to this manufacturing method, a shape in which the tapered shape and the vertical shape communicate with each other can be easily formed as the nozzle hole of the fluid ejecting head. Therefore, it is possible to easily manufacture a fluid ejecting head capable of reducing the ejection resistance during fluid ejection and ejecting with a weak driving force.
以下、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る微細構造の形成方法について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。また、後述するドライエッチングプロセスによってエッチングされた面は厳密には平面形状ではなく若干曲面形状になるが、図を見やすくするために断面構造を直線で表記している。 Hereinafter, a method for forming a microstructure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In all the drawings below, the film thicknesses and dimensional ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see. Strictly speaking, the surface etched by the dry etching process to be described later has a slightly curved shape instead of a planar shape, but the cross-sectional structure is represented by a straight line for easy viewing of the drawing.
図1は、本発明の実施形態に係る微細構造の形成方法を示す工程断面図である。まず、図1(a)に示すように、基板1を用意し基板1上にマスク2を形成する(第1の工程)。マスク2は薄い膜厚の第1マスク部3と厚い膜厚の第2マスク部4が連続しており、階段状に高さが異なる段差構造を有する。マスク2には、開口面積の小さい第1開口部H1と、開口面積の大きい第2開口部H2とが基板1側から順に設けられており、両者が連通して一つの貫通孔5が形成されている。第2開口部H2は基板1に水平な底面を有しており、該底面に第1開口部H1が配置されている。第1開口部H1と第2開口部H2の側壁は基板に垂直に形成されている。
FIG. 1 is a process cross-sectional view illustrating a fine structure forming method according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a substrate 1 is prepared and a
本実施形態では、基板1としてシリコン基板が用いられている。また、マスク2として酸化シリコン膜が用いられている。マスク2の厚みは例えば1μmであり、第1開口部H1の深さは例えば0.6μm〜0.7μmである。第1開口部H1及び第2開口部H2の平面形状は例えば円形であり、第1開口部H1の直径は例えば20μm、第2開口部H2の直径は35μmである。マスク2の種類には、所望のマスク2を形成することができれば特に限定は無い。マスク2の段差を形成する方法は、たとえばフォトリソグラフィ法を用いて第1開口部H1と第2開口部H2とを別々に加工する方法や、階調マスクを用いてマスク2上に形成したレジストの厚みを制御するなど、従来公知の方法を採用し形成することができる。
In the present embodiment, a silicon substrate is used as the substrate 1. A silicon oxide film is used as the
次いで、図1(b)から(f)に示すように、パッシベーションプロセスとドライエッチングプロセスとを交互に行う(第2の工程)。本実施形態では、例えばドライエッチングプロセスでSF6を用いてガス流量450sccmから600sccmの間で8秒から10秒の間ドライエッチングを行い、またパッシベーションプロセスでC4F8を用いてガス流量160sccmから200sccmの間で5秒から7秒の間パッシベーションを行い、これらのプロセスを交互に連続して行う。また、基板1の加工を、基板の温度が制御できる支持台6の上で行い、基板1の温度を例えば35℃から40℃の間に制御する。更に、以上の条件をエッチング中に一定に維持する。
Next, as shown in FIGS. 1B to 1F, a passivation process and a dry etching process are alternately performed (second step). In this embodiment, for example, dry etching is performed using SF 6 at a gas flow rate of 450 sccm to 600 sccm for 8 seconds to 10 seconds, and C 4 F 8 is used for a passivation process from 160 sccm. Passivation is performed between 200 sccm for 5 to 7 seconds, and these processes are performed alternately and continuously. Further, the processing of the substrate 1 is performed on the
なお、本実施形態のこれらの加工条件は、先に示した図4(b)の形状を形成する条件と一部共通している。異なる点は、図4(b)の形状を形成する条件では、基板の温度を0℃から10℃の間に制御するところ35℃から40℃の間に変更した点である。一般に温度条件を上げると、ドライエッチングプロセスによるエッチング量は増え、パッシベーションプロセスにより形成される保護膜は減少する傾向にある。ドライエッチングプロセスで使用するガスとしては、他のフッ化硫黄系のガスも用いることができる。また、パッシベーションプロセスで使用するガスとしては、他のフッ化炭素系ガスも用いることが出来る。パッシベーションプロセスで使用するガスはアルゴンと混合して用いることもでき、また、アルゴンと混合しないで用いることもできる。 Note that these processing conditions of the present embodiment are partly common with the conditions for forming the shape of FIG. The difference is that the substrate temperature is controlled between 0 ° C. and 10 ° C. under the conditions for forming the shape of FIG. In general, when the temperature condition is raised, the amount of etching by the dry etching process increases and the protective film formed by the passivation process tends to decrease. As the gas used in the dry etching process, other sulfur fluoride-based gases can also be used. In addition, as the gas used in the passivation process, other fluorocarbon gases can be used. The gas used in the passivation process can be used by mixing with argon, or can be used without mixing with argon.
図1(b)は交互に繰り返される両プロセスのうち、パッシベーションプロセス後の状態を示す。エッチングが進行すると基板1が第1貫通孔に対応する形状に異方性エッチングされ、垂直形状の側壁と水平形状の底面とを備える第1開口部7が形成される。第1マスク部はエッチングにより消失して基板1の表面が露出し、残る第2マスク部4が第2貫通孔9を形成する。また、パッシベーションプロセスにより生成した保護膜8が、貫通孔9の底面に露出した第1開口部7の底面及び側面を覆って基板1の表面全体に形成される。
FIG. 1 (b) shows a state after the passivation process among the two processes which are alternately repeated. As the etching proceeds, the substrate 1 is anisotropically etched into a shape corresponding to the first through hole, and a
次いで、図1(c)に示すように、続くドライエッチングプロセスを行うと、第2マスク部4と、第2貫通孔9に露出した基板1と、第1開口部7の底面と、のそれぞれの水平面に形成された保護膜8がドライエッチングにより消失する。ドライエッチングプロセスによるイオンの入射がほとんど無い第1開口部7及び第2マスク部4の側壁に生成した保護膜8は消失せず残存する。
Next, as shown in FIG. 1C, when a subsequent dry etching process is performed, each of the
次いで、図1(d)に示すように、更にエッチングを行う。すると、第2貫通孔9に露出した基板1の表面であって第2マスク部4の側壁近傍では、第2マスク部4の形状に沿って垂直方向に異方性エッチングが進行し、垂直形状の成形面を形成する。また、第1開口部7の底面も、第1開口部7の側壁に沿って垂直方向に異方性エッチングが進行する。一方、第1開口部7の側壁に残存した保護膜8も上部から徐々にエッチングされ、それにより第1開口部7の側壁上部の基板が外部に露出する。その結果、ドライエッチングプロセスによって露出した第1開口部7の側壁上部において、第1開口部7の側壁と基板1の表面との接合部の角からエッチングが進行し、徐々にテーパー形状の第2開口部10を形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, etching is further performed. Then, anisotropic etching proceeds in the vertical direction along the shape of the
次いで、図1(e)に示すように、パッシベーションプロセスを行うと、生成した保護膜8が貫通孔9の底面に露出した第1開口部7の底面、側壁部及び第2開口部10の側壁部を覆って基板1の表面全体に形成される。
Next, as shown in FIG. 1E, when a passivation process is performed, the generated
次いで、図1(f)に示すように、更にエッチングを行うと、第1開口部7の側壁と第2マスク部4の側壁に沿って垂直形状の成形面が形成され、これらの垂直形状同士がテーパー形状の第2開口部10で連通した多段構造を形成する。第1開口部7の底面はさらにエッチングが進行する。以降、必要があれば図1(e)及び(f)の工程を繰り返し所望の深さにまで開口部を掘り進む。以上のようにして、本実施形態による微細構造の形成が完了する。
Next, as shown in FIG. 1 (f), when further etching is performed, a vertical molding surface is formed along the side wall of the
以上のような構成の微細構造の形成方法によれば、垂直方向にはマスク2及びドライエッチングプロセスによって形成される第1開口部7の側壁に沿って異方性エッチングが進行し、垂直形状が形成される。同時に、マスク2の厚みに差が生じる箇所に対応した基板1上にはテーパー形状を備える第2開口部10が形成される。そのため、垂直形状とテーパー形状を各々独立した工程で作り上げる必要がなく、一度にこれらの形状が連通した形状を形成することが可能となる。そのため、加工の手間を省き工程が簡略化できる。
According to the fine structure forming method having the above-described structure, anisotropic etching proceeds along the
また、本実施形態では、基板1の温度を制御することによって、ドライエッチングプロセスにおけるエッチング量とパッシベーションプロセスにおいて形成される保護膜8の量とを制御することとしている。そのため、パッシベーションプロセスにより形成される保護膜8の量とドライエッチングプロセスによるエッチング量とを精度良く制御することができ、その結果、容易に所望の形状を形成することができる。
In the present embodiment, by controlling the temperature of the substrate 1, the etching amount in the dry etching process and the amount of the
また、本実施形態では、基板1の温度を制御できる支持台6の上で行うこととしている。そのため、支持台6の機能により、基板1の温度を容易に制御することができる。したがって、再現性良く基板1を所望の温度に保って加工することができ、容易且つ再現性よく所望の形状を形成することができる。
Moreover, in this embodiment, it is supposed to carry out on the
また、本実施形態では、開口部の形成工程の開始から終了まで、基板1の温度と、ドライエッチングプロセスにおけるエッチング時間と、パッシベーションプロセスにおける保護膜8の形成時間と、が一定であることとしている。そのため、基板1の温度と各加工時間とを所定の一定条件に保ちエッチングをするだけで、テーパー形状と垂直形状が同時に形成できる。したがって、非常に容易に所望の形状を形成することができる。また、工程の途中での条件変更が不要であるため、工程が簡略化できる。
In the present embodiment, the temperature of the substrate 1, the etching time in the dry etching process, and the formation time of the
なお、本実施形態では、第2工程において、基板1の制御温度を変えることでドライエッチングプロセスにおけるエッチング量とパッシベーションプロセスにおいて形成される保護膜8の量を制御することとしたが、ドライエッチングプロセスにおけるエッチング時間と、パッシベーションプロセスにおける保護膜8の形成時間とを制御することによって、ドライエッチングプロセスにおけるエッチング量とパッシベーションプロセスにおいて形成される保護膜8の量とを制御することとしてもよい。その場合は、例えば、パッシベーションプロセスの時間は2秒から4秒の間であり、基板1の支持台6の温度は0℃から10℃での間である。他の条件は本実施形態と共通している。先に示した図4(b)の形状を形成する条件と一部共通しており、異なる点は、図4(b)の加工条件におけるパッシベーションプロセスの時間が5秒から7秒の間であるところ、2秒から4秒の間に変更する点である。
In this embodiment, in the second step, the etching amount in the dry etching process and the amount of the
この方法によれば、ドライエッチングプロセスのプロセス時間とパッシベーションプロセスのプロセス時間とを個別に制御することで、ドライエッチングプロセスにおけるエッチング量と、パッシベーションプロセスにおいて形成される保護膜8の量と、を任意に制御することができる。そのため、パッシベーションプロセスにより形成される保護膜8の量とドライエッチングプロセスによるエッチング量とのバランスを精度良く制御でき、結果、容易に所望の形状を形成することができる。
According to this method, the etching time in the dry etching process and the amount of the
また、本実施形態では、開口部の形成工程の開始から終了までの加工条件を一定にすることとしたが、加工中に一部条件を変更しても構わない。 In the present embodiment, the processing conditions from the start to the end of the opening forming process are made constant, but some conditions may be changed during the processing.
また、本実施形態では、形成された開口部は基板を貫通していないが、開口部は基板を貫通するものとしても良い。 In the present embodiment, the formed opening does not penetrate the substrate, but the opening may penetrate the substrate.
次に、本発明の微細構造の形成方法を用いて製造した流体噴射ヘッドについて、図2を用いて説明する。図2は流体噴射ヘッドの一実施形態である液滴吐出ヘッドを示す図であり、図2(a)は要部斜視図であり、図2(b)は要部断面図である。 Next, a fluid ejecting head manufactured by using the microstructure forming method of the present invention will be described with reference to FIG. 2A and 2B are diagrams illustrating a droplet discharge head which is an embodiment of the fluid ejecting head. FIG. 2A is a perspective view of a main part, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the main part.
図2(a)に示すように、液滴吐出ヘッド20は例えば、例えばノズルプレート21と振動板22とを備え、両者を仕切部材(リザーバプレート)23を介して接合したものである。ノズルプレート21と振動板22との間には、仕切部材23によって複数の空間24と液溜まり25とが形成されている。各空間24と液溜まり25の内部は液状体で満たされており、各空間24と液溜まり25とは供給口26を介して連通したものとなっている。また、ノズルプレート21には、空間24から液状体を噴射するため、ノズル孔27が縦横に整列させられた状態で複数形成されている。一方、振動板22には、液溜まり25に液状体を供給するための孔28が形成されている。
As shown in FIG. 2A, the
また、図2(b)に示すように、振動板22の空間24に対向する面と反対側の面上には、圧電素子(ピエゾ素子)29が接合されている。この圧電素子29は、一対の電極30の間に位置し、通電するとこれが外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたものである。そして、このような構成のもとに圧電素子29が接合されている振動板22は、圧電素子29と一体になって同時に外側へ撓曲するようになっており、これによって空間24の容積が増大するようになっている。したがって、空間24内に増大した容積分に相当する液状体が、液溜まり25から供給口26を介して流入する。また、このような状態から圧電素子29への通電を解除すると、圧電素子29と振動板22はともに元の形状に戻る。したがって、空間24も元の容積に戻ることから、空間24内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル孔27から基板に向けて液状体の液滴31が吐出される。
As shown in FIG. 2B, a piezoelectric element (piezo element) 29 is bonded to the surface of the
ここで、ノズル孔27は、上述した微細構造の形成方法を用いて形成されている。ノズル孔27は、テーパー形状と垂直形状が連通した形状を有しており、テーパー形状が空間24内部に対向するように設けられている。そのため、ノズル孔27から液滴31が吐出される際に、液状体の圧力が空間24内部の圧力からノズル孔27内部の圧力への急激な変化を緩和する構造となっている。したがって、圧力変化により生じる抵抗を下げることができる。その結果、弱い駆動力で吐出が可能である。
Here, the
なお、図2では、流体として液滴を噴射(吐出)する液滴吐出ヘッド20を説明したが、本発明の微細構造の形成方法は、流体として粉体等を噴射する他の流体噴射ヘッドのノズル孔の形成方法に適用することもできる。さらに、三次元実装で必要となる基板の貫通孔の形成方法に適用することも可能であり、広く開口部の形成方法一般に適用可能である。
In FIG. 2, the liquid
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
1…基板、 2…マスク、 6…支持台、 8…保護膜、 20…液滴吐出ヘッド(流体噴射ヘッド)、 27…ノズル孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Mask, 6 ... Support stand, 8 ... Protective film, 20 ... Droplet discharge head (fluid ejection head), 27 ... Nozzle hole
Claims (6)
前記基板上に階段状の段差構造を有する貫通孔を備えたマスクを形成する第1工程と、
前記マスクを介して、保護膜を形成するパッシベーションプロセスと、前記基板をエッチングするドライエッチングプロセスと、を交互に連続して繰り返すことにより、前記第1開口部と前記第2開口部とを形成する第2工程と、を備え、
前記第2工程では、前記ドライエッチングプロセスにおける単位時間当たりにエッチングされる深さを前記パッシベーションプロセスにおいて単位時間当たりに形成される保護膜の厚さよりも多くし、前記第2開口部の側壁部となる前記基板の一部をエッチングしつつ前記第1開口部の底面をエッチングすることで、前記第2開口部の側壁部をテーパー状に形成することを特徴とする微細構造の形成方法。 A first opening having a side wall perpendicular to the substrate and a second opening having a tapered side wall that communicates with the first opening and increases in opening area toward the substrate surface. A method of forming a structure,
A first step of forming a mask having a through hole having a stepped step structure on the substrate;
The first opening and the second opening are formed by alternately and alternately repeating a passivation process for forming a protective film and a dry etching process for etching the substrate through the mask. A second step,
In the second step, the depth etched per unit time in the dry etching process is larger than the thickness of the protective film formed per unit time in the passivation process, and the side wall portion of the second opening A method for forming a fine structure, wherein the side wall of the second opening is tapered by etching the bottom of the first opening while etching a part of the substrate.
前記ノズル孔の形状を請求項1に記載の微細構造の形成方法により形成することを特徴とする流体噴射ヘッドの製造方法。 Fluid ejection provided with a nozzle hole including a fine structure including a first opening having a side wall perpendicular to the substrate and a second opening having a tapered side wall communicating with the first opening. A method of manufacturing a head,
The method of manufacturing a fluid ejecting head, wherein the shape of the nozzle hole is formed by the fine structure forming method according to claim 1.
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