JP5927786B2

JP5927786B2 - 基板の孔あけ方法

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Inventors: 敦之神田; 竹内　淳一; 淳一竹内
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Filing date: 2011-06-22
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Description

本発明は、基板の孔あけ方法及び基板にかかり、特に、エッチングにて孔をあける方法に関するものである。

インクジェットヘッドからインクを液滴にして吐出し各種パターンを描画するインクジェット法が広く活用されている。インクを吐出するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートとノズル孔に連通する吐出室やインク流路が形成された流路形成基板とを備えている。インクジェットヘッドは駆動手段により吐出室に圧力を加え、選択されたノズル孔よりインク滴を吐出する。駆動手段としては、静電気力を利用する静電駆動方式や、圧電素子による圧電駆動方式、発熱素子を利用する駆動方式等がある。

ノズルプレートと流路形成基板とを組み立てる方法が特許文献１に開示されている。それによると、ノズルプレートに一対の位置決め用の孔が設置されている。位置決め用の孔の一方は正八角形の基準孔であり、他方は一方向に長い長孔となっている。そして、流路形成基板にも位置決め用の孔が設置されている。ノズルプレートと流路形成基板の位置決め用の孔にピンを挿入して位置合わせをした後に、ノズルプレートと流路形成基板とを組み立てる。これにより、ノズルプレートと流路形成基板とを位置精度良く組み立てることができる。

ノズルプレートの製造方法が特許文献２に開示されている。それによると、ノズル孔は外気側の第１ノズルと吐出室側の第２ノズルが同軸上に配置されている。第１ノズルの直径は第２ノズルの直径より小さい径となっている。そして、基板の表面に第１ノズルを形成した後、第１ノズルに保護膜を形成する。保護膜は基板の表裏を分離する機能を備えるので、以降保護膜を分離膜と称す。次に、基板の裏面を研削して基板を薄板化する。続いて、基板の裏面から第２ノズルを形成する。このとき、分離膜が露出するまで基板をエッチングする。次に、第２ノズルと第１ノズルとの間に位置する分離膜を除去している。この工程にて製造することにより、第１ノズルの孔の長さを精度良く形成することができる。

特開２０１０−１５８８２２号公報特開２０１０−２４０８５２号公報

ノズルプレートを生産性良く製造するために第１ノズル及び第２ノズルを形成する工程と並行して位置決め用の孔を形成する方法が考えられる。つまり、第１ノズルを形成する工程にて位置決め用の孔の一部を形成する。次に、分離膜を配置して基板を薄板化する。続いて、第２ノズルを形成する工程にて位置決め用の孔の残りを形成する。この工程において基板の裏面にはエッチングガスが流動し、基板の表面には冷却ガスが流動する。このエッチングガスと冷却ガスとは分離膜により分離される。そして、裏面に分離膜が露出するとき、分離膜にはエッチングガスの圧力と冷却ガスの圧力の差に相当する圧力が加わる。これにより、分離膜が破れて塵となりノズルプレートや製造装置に付着するとき正常なエッチングができずに不具合が生ずることがある。そこで、大きさの異なる複数の孔が重なる孔を製造するときの製造過程で、孔を分離する分離膜が破れ難い製造方法が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる基板の孔あけ方法は、第１面と第２面とが対向する基板に孔を形成する基板の孔あけ方法であって、前記基板の前記第１面より第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、前記第１凹部に分離膜を形成する分離膜形成工程と、前記第２面にエッチングガスを流動して前記第１凹部と対向する場所に前記第２面から前記分離膜まで第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、前記第１凹部と前記第２凹部との間に位置する前記分離膜を除去して前記第１凹部と前記第２凹部とを貫通する前記孔を形成する分離膜除去工程と、を有し、前記第２凹部は平面視において辺と辺とが交差する場所が円弧となっている多角形または円形であることを特徴とする。

本適用例によれば、第１凹部形成工程にて基板の第１面より第１凹部を形成し、分離膜形成工程では第１凹部に分離膜を形成する。第２凹部形成工程では第１面に冷却ガスを流動し、第２面にエッチングガスを流動させる。そして、第１凹部と対向する場所に第２面から分離膜まで第２凹部を形成する。この段階では、第１凹部と第２凹部とは分離膜にて分離されている。従って、エッチングガスが流動する場所を第２面側に限定させることができる。分離膜除去工程では第１凹部と第２凹部との間に位置する分離膜を除去する。これにより、第１凹部と第２凹部とが貫通して基板に孔が形成される。

第２凹部形成工程ではエッチングガスにより分離膜に圧力が加わる。そして、圧力の高い方に分離膜が加圧される。これにより、分離膜が伸長する。第２凹部が平面視において多角形のとき角部分は辺の部分に比べて引き伸ばされる。従って、分離膜には内部応力の高い場所と低い場所とが形成される。本実施形態では、多角形の辺と辺とが交差する場所が円弧となっている。従って、円弧の部分は辺と辺とが交差する場所が角となっているときに比べて引き伸ばされ難くすることができる。これにより、分離膜の内部応力の高い場所と低い場所と差を小さくことができる。第２凹部が平面視において円形のときにも分離膜の内部応力の高い場所と低い場所と差を小さくことができる。その結果、分離膜を破れ難くすることができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる基板の孔あけ方法において、前記基板の平面視において前記第２凹部は前記第１凹部の内側に位置することを特徴とする。

本適用例によれば、基板の平面視において第２凹部は第１凹部の内側に位置している。第１凹部には分離膜が形成されているので、第２凹部形成工程では第２凹部の第１面側が分離膜に到達する。このとき、平面状に形成された分離膜に圧力が加わる。一方、基板の平面視において第２凹部が第１凹部と第１凹部の外側の場所とに位置するとき、第２凹部の第１面側は分離膜と第１凹部の外側の部分とになる。従って、第１凹部の側面と第１凹部の第２面側の面とが交差し、交差する場所の分離膜が第２凹部の第１面側に含まれる。このとき第１凹部の側面と第１凹部の第２面側の面とが交差する場所の分離膜は応力が集中し易いので破れ易くなる。このときに比べて本適用例では平面状に形成された分離膜に圧力が加わるので応力集中が生じ難い為破れ難くすることができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる基板の孔あけ方法において、前記孔は円柱状のピンが挿入される位置決め用の孔であり、前記多角形は長方形であり、前記円弧の直径は前記長方形の短辺方向の幅より短いことを特徴とする。

本適用例によれば、孔にはピンが挿入され基板の位置決めに用いられる。そして、円弧の直径は長方形の短辺方向の幅より短くなっている。そして、ピンの直径は長方形の短辺方向の幅と略同じ長さに設定される。従って、ピンが長方形の短辺に接近するとき、ピンは円弧に接することなく短辺に接触する。その結果、孔は長方形の長手方向の総ての場所にピンを移動させることができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる基板の孔あけ方法において、前記基板は前記孔と異なる場所にノズル孔を有し、前記孔と前記ノズル孔とが同じ工程にて形成されることを特徴とする。

本適用例によれば、基板はノズル孔を有している。そして、孔とノズル孔とが同じ工程にて製造されている。従って、孔とノズル孔とをそれぞれ別の工程にて製造するときに比べて、生産性良く基板を製造することができる。

［適用例５］
本適用例にかかる基板であっては、シリコンまたはガラスからなる基板と、前記基板に設置された凹部と、前記基板の平面視において前記凹部の内側に位置する孔と、を有し、前記孔は平面視において辺と辺とが交差する場所が円弧となっている多角形または円形であることを特徴とする。

本適用例によれば、基板はシリコンまたはガラスにて形成されている。そして、基板には凹部が形成され、基板の平面視において凹部の内側には孔が形成されている。凹部及び孔はエッチングにて形成することができ、特にドライエッチングにて精度良く形成することができる。このとき、まず、凹部を形成した後に凹部を覆って分離膜を形成する。次に、凹部と対向する場所に別の凹部を形成した後で分離膜を除去することにより基板を貫通する孔を形成することができる。このとき、孔の形状を平面視において辺と辺とが交差する場所が円弧となっている多角形または円形にすることにより、分離膜を破れないように基板を形成することができる。

液滴吐出ヘッドの構成を示す概略分解斜視図。（ａ）は、ノズルプレートを示す模式平面図、（ｂ）はノズルプレートを示す模式断面図、（ｃ）は、インクジェットヘッドの構造を示す模式断面図。ノズルプレートの製造方法及び組立方法のフローチャート。ノズルプレートの製造方法を説明するための模式図。ノズルプレートの製造方法を説明するための模式図。（ａ）〜（ｃ）はノズルプレートの製造方法を説明するための模式図、（ｄ）は比較例にかかわり第２内側孔が長方形の場合の模式平面図。ノズルプレートの製造方法を説明するための模式図。ノズルプレートの組立方法を説明するための模式図。比較例にかかわるノズルプレートの模式断面図。

本実施形態では、液滴吐出ヘッドと液滴吐出ヘッドに用いられるノズルプレート及びノズルプレートを製造する特徴的な例について、図１〜図８に従って説明する。以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（実施形態）
図１は、液滴吐出ヘッドの構成を示す概略分解斜視図であり、一部を断面であらわしてある。図１に示すように、液滴吐出ヘッド１は主に流路形成基板２及び基板としてのノズルプレート３から構成され、流路形成基板２上にノズルプレート３が固着されている。流路形成基板２は主に電極基板４及びキャビティー基板５から構成され、電極基板４上にキャビティー基板５が固着されている。

ノズルプレート３には複数のノズル孔６と孔としての位置決め孔７が設置されている。ノズル孔６は１列に配列しているが、２列以上でも良く、液滴吐出ヘッド１の形態に合わせて良い。ノズルプレート３の材質は剛性があれば良くシリコン、ガラス、金属等を採用することができる。本実施形態では例えば、ノズルプレート３の材料にシリコン基板を採用している。

キャビティー基板５にはノズル孔６と連通する圧力室８が形成されている。圧力室８の個数はノズル孔６と同じ個数であり、一方向に長い直方体となっている。圧力室８の長手方向はノズル孔６の配列方向と直交している。そして、ノズルプレート３が圧力室８の蓋をする形態となっており、圧力室８の長手方向の一端にノズル孔６が設置されている。

圧力室８においてノズルプレート３と対向する場所に振動板９が設置されている。キャビティー基板５の材質には例えばシリコン基板を用いることができる。そして、振動板９となる場所には高濃度のボロンを拡散させたボロン拡散層が形成されている。キャビティー基板５はアルカリによる異方性ウェットエッチング法を用いて形成され、ボロン拡散層を用いたエッチングストップ技術により振動板９の厚さが精度よく形成されている。

圧力室８の長手方向においてノズル孔６とは別の端の側面には細溝状のオリフィス１０が設置されている。そして、複数のオリフィス１０と連通するリザーバー１１が設置されている。リザーバー１１は圧力室８にインクを供給する流路でありインクを貯留する場所となっている。そして、ノズルプレート３がリザーバー１１の蓋をする形態となっており、リザーバー１１において電極基板４と対向する面にはインク導入孔１２が設置されている。

キャビティー基板５において位置決め孔７と対向する場所には位置決め孔１３が設置されている。そして、位置決め孔７と位置決め孔１３とが連結するように配置されている。キャビティー基板５においてリザーバー１１側の角には共通電極１４が設置されており、キャビティー基板５に電圧を印加することが可能になっている。

電極基板４の材料は例えばガラスを用いることができる。そして、圧力室８と対向する場所には一方向に長い直方体状の凹部１５が形成されている。そして、凹部１５の長手方向は圧力室８の長手方向と同じ方向となっている。凹部１５内にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる個別電極１６が設置されている。電極基板４において、位置決め孔１３と対向する場所には位置決め孔１７が設置されている。そして、位置決め孔１３と位置決め孔１７とが連結するように配置されている。これにより、位置決め孔７、位置決め孔１３、位置決め孔１７が連結可能になっている。

図２（ａ）はノズルプレートを示す模式平面図である。図２（ｂ）はノズルプレートを示す模式断面図であり、図２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面を示す。図２に示すようにノズルプレート３は長方形の板状である。キャビティー基板５と接するノズルプレート３の面を第２面３ｂとし、第２面３ｂと対向する面を第１面３ａとする。

ノズルプレート３にはノズル孔６が１列に整列して配置されている。ノズル孔６の個数や配列数は特に限定されず本実施形態では例えばノズルプレート３には１１個のノズル孔６が設置されている。ノズル孔６は直径の異なる円柱状のノズル外側孔６ａとノズル内側孔６ｂとの２つの孔が同軸上に配置されている。ノズル外側孔６ａはノズル内側孔６ｂより直径が小さい孔であり、第１面３ａに開口して設置されている。同様に、ノズル内側孔６ｂは第２面３ｂに開口して設置されている。

ノズルプレート３にはさらに一対の位置決め孔７が設置されている。位置決め孔７は第１位置決め孔１８と第２位置決め孔１９とからなっている。第１位置決め孔１８は直径の異なる円柱状の第１凹部、位置決め用の孔及び凹部としての第１外側凹部１８ａと第２凹部及び孔としての第１内側孔１８ｂとの２つの孔が同軸上に配置されている。第１外側凹部１８ａは第１内側孔１８ｂより直径が大きな凹部であり、第１面３ａに開口して設置されている。同様に、第１内側孔１８ｂは第２面３ｂに開口して設置されている。

第２位置決め孔１９は第１凹部としての第２外側凹部１９ａと第２凹部及び孔としての第２内側孔１９ｂとが重ねて配置されている。第２内側孔１９ｂはノズルプレート３の平面視において辺１９ｄと辺１９ｄとが交差する場所が円弧１９ｅとなっている長方形である。第２外側凹部１９ａと第２内側孔１９ｂとは平面形状が相似形であり、第２外側凹部１９ａは第２内側孔１９ｂより大きい形状となっている。第２外側凹部１９ａは第１面３ａに開口して設置され、第２内側孔１９ｂは第２面３ｂに開口して設置されている。

図２（ｃ）は、インクジェットヘッドの構造を示す模式断面図である。図２（ｃ）に示すように、液滴吐出ヘッド１は電極基板４、キャビティー基板５、ノズルプレート３がこの順に重ねて配置されている。インクはインク導入孔１２からリザーバー１１に供給される。リザーバー１１には各オリフィス１０が連結しており、インクはオリフィス１０を通って圧力室８に流入する。そして、インクは圧力室８からノズル孔６を通って外気へ吐出される。

電極基板４には凹部１５が形成されており、凹部１５には個別電極１６が設置されている。キャビティー基板５において電極基板４側の面にはシリコンの熱酸化膜からなる絶縁膜２２が形成されている。そして、凹部１５により個別電極１６と絶縁膜２２との間にはギャップ２３が形成されている。振動板９が振動するときギャップ２３の長さが変動する。そして、絶縁膜２２が個別電極１６と接触するときにも絶縁膜２２と個別電極１６との間で電気が流れないようになっている。

凹部１５の一部はエポキシ樹脂等の封止材２４により気密に封止されている。これにより、凹部１５への水分や塵の粒子の侵入が防止されている。個別電極１６の一端は電極端子２５となっており、電極端子２５は、ドライバーＩＣ等の駆動制御回路２６と接続されている。さらに、振動板９と導通する共通電極１４も駆動制御回路２６と接続されている。従って、駆動制御回路２６は振動板９と個別電極１６との間に印加する電圧を制御することができる。そして、所定のギャップ２３を隔てて対向配置された振動板９と個別電極１６とにより静電アクチュエーター２７が構成される。

駆動制御回路２６は個別電極１６と振動板９との間に電圧を印加する。電圧の印加によって静電気力が発生し、振動板９が個別電極１６側に引き寄せられる。これにより、圧力室８内が負圧になり、リザーバー１１内のインクが圧力室８に流入する。インクの流入と並行して、ノズル孔６ではインクの振動であるメニスカス振動が発生する。メニスカス振動が略最大となった時点で、駆動制御回路２６は電圧を解除する。これにより、振動板９が個別電極１６から離脱し、振動板９の復元力によりインクがノズル孔６から押出される。そして、液滴吐出ヘッド１はノズル孔６からインク滴を吐出する。

次に上述したノズルプレート３の製造方法と組立方法について図３〜図８にて説明する。図３は、ノズルプレートの製造方法及び組立方法のフローチャートであり、図４〜図７はノズルプレートの製造方法を説明するための模式図である。図８はノズルプレートの組立方法を説明するための模式図である。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１は第１凹部形成工程に相当し、基板上に凹部を形成する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は分離膜形成工程に相当し、基板を覆って分離膜を形成する工程である。次にステップＳ３に移行する。ステップＳ３は研削工程に相当し、基板の第２面側を研削して基板を薄板化する工程である。次にステップＳ４に移行する。ステップＳ４は第２凹部形成工程に相当し、研削した面に凹部を形成する工程である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ５は、分離膜除去工程に相当し、分離膜を除去する工程である。次にステップＳ６に移行する。ステップＳ６は、撥液膜形成工程に相当し、基板を覆って撥液膜を形成する工程である。次にステップＳ７に移行する。ステップＳ７は、分離工程に相当し、基板からノズルプレートを分離する工程である。次にステップＳ８に移行する。ステップＳ８は、組立工程に相当し、キャビティー基板にノズルプレートを固着する工程である。以上の工程で液滴吐出ヘッド１が完成する。

次に、図４〜図８を用いて、図３に示したステップと対応させて、製造方法を詳細に説明する。図４（ａ）〜図４（ｃ）はステップＳ１の第１凹部形成工程に対応する図である。図４（ａ）に示すように、ステップＳ１において、シリコン基板２８を用意する。シリコン基板２８はシリコンウエハーとも称す。シリコン基板２８の厚さは限定されないが本実施形態では例えば厚さは７２５μｍとする。そして、シリコン基板２８の一方の表面２８ａにドライエッチングマスクとしてのレジスト２９を塗布し乾燥する。次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジスト２９をパターニングし、ノズル外側孔６ａ、第１外側凹部１８ａ及び第２外側凹部１９ａに対応する場所に開口２９ａを形成する。尚、表面２８ａは、最終的に第１面３ａとなることから以下では表面２８ａを第１面３ａとする。

図４（ｂ）に示すように、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）ドライエッチング装置を用いてレジスト２９の開口２９ａから垂直に異方性ドライエッチングを行う。これにより、ノズル外側孔６ａ、第１外側凹部１８ａ及び第２外側凹部１９ａを形成する。この場合のエッチングガスとしては、例えば、Ｃ₄Ｆ₈、ＳＦ₆を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。Ｃ₄Ｆ₈は、ノズル外側孔６ａ、第１外側凹部１８ａ及び第２外側凹部１９ａの側面方向にエッチングが進行しないように側面を保護するために使用する。ＳＦ₆は、シリコン基板２８の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。

図４（ｃ）に示すように、シリコン基板２８からレジスト２９を剥離して除去する。レジスト２９を除去するには硫酸水等からなる剥離液を使用してシリコン基板２８を洗浄する。その後、純水にて洗浄することにより剥離液を除去する。

図４（ｄ）はステップＳ２の分離膜形成工程に対応する図である。図４（ｄ）に示すように、ステップＳ２において、シリコン基板２８を熱酸化炉に投入する。そして、シリコン基板２８の表面全体に分離膜としての熱酸化膜３０（ＳｉＯ₂ 膜）を形成する。熱酸化膜３０の厚みは特に限定されないが、本実施形態では例えば、膜厚は０．１μｍにしている。このとき、ノズル外側孔６ａ、第１外側凹部１８ａ及び第２外側凹部１９ａにも熱酸化膜３０が形成される。

図５（ａ）及び図５（ｂ）はステップＳ３の研削工程に対応する図である。図５（ａ）はシリコン基板の模式側面図であり、図５（ｂ）はシリコン基板の模式上面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ステップＳ３において、シリコン基板２８の第１面３ａに、両面接着シートを介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板３１を貼り付ける。具体的には、支持基板３１に貼り合わせた両面接着シートの自己剥離層の面と、シリコン基板２８とを向かい合わせ、真空中で貼り合わせる。これにより接着界面に気泡が残らないきれいな接着が可能になる。この接着の際に接着界面に気泡が残ると、研削加工でシリコン基板２８を薄板化する際に板厚がばらつく原因となる。

ここで、両面接着シートは、例えば、セルファＢＧ（登録商標：積水化学工業）を用いることができる。両面接着シートは一方の面に自己剥離層を持った自己剥離型シートであり両面に接着面を有している。自己剥離層は紫外線または熱等の刺激によって接着力が低下するようになっている。

シリコン基板２８と支持基板３１とを貼り合わせているので、シリコン基板２８の薄板化加工時にシリコン基板２８を破損することなく加工することができる。また、研削加工後には支持基板３１とシリコン基板２８とを剥離する。このとき、シリコン基板２８に糊が残ること無く容易に支持基板３１を剥離することができる。尚、支持基板３１を剥離する工程は特にこの工程に限定されず、後の工程にて剥離しても良い。

シリコン基板２８の第１面３ａの反対側からグラインダーを用いて研削加工を行い、所望の板厚まで薄板化する。研削した場所は熱酸化膜３０も削られて除去される。研削された場所で第１面３ａと平行となる面が第２面３ｂとなる。

従来の製造方法では、研削加工の際にノズル外側孔６ａ周縁にチッピングが発生する問題があった。本実施形態の製造方法では、ノズル外側孔６ａを形成した後、ノズル外側孔６ａの反対側から研削加工を行っている。そして、研削加工を行った後にノズル内側孔６ｂを形成する。このため、ノズル外側孔６ａ及びノズル内側孔６ｂのどちらにもチッピングが発生することがない。従って、品質良くノズル孔６を形成することができる。

図５（ｃ）及び図６はステップＳ４の第２凹部形成工程に対応する図である。図５（ｃ）に示すように、ステップＳ４において、シリコン基板２８の第２面３ｂにドライエッチングマスクとしてのレジスト２９を塗布して乾燥する。次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジスト２９をパターニングし、ノズル内側孔６ｂ、第１内側孔１８ｂ及び第２内側孔１９ｂに対応する場所に開口２９ａを形成する。

図６（ａ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置を用いてレジスト２９の開口２９ａから垂直に異方性ドライエッチングを行う。これにより、ノズル内側孔６ｂ、第１内側孔１８ｂ及び第２内側孔１９ｂを形成する。この場合のエッチングガスとしては、例えば、Ｃ₄Ｆ₈、ＳＦ₆を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。Ｃ₄Ｆ₈は、ノズル内側孔６ｂ、第１内側孔１８ｂ及び第２内側孔１９ｂの側面方向にエッチングが進行しないように側面を保護するために使用する。ＳＦ₆は、シリコン基板２８の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。

図６（ｂ）は第２位置決め孔１９を拡大した模式断面図であり、図６（ｃ）は第２位置決め孔１９を拡大した模式平面図である。図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、シリコン基板２８の平面視において第２内側孔１９ｂは第２外側凹部１９ａの内側に位置している。そして、第２内側孔１９ｂ側にエッチングガス２０ｂを流動させて、第２外側凹部１９ａ側には冷却ガス２０ａを流動させる。冷却ガス２０ａとエッチングガス２０ｂとにより熱酸化膜３０に圧力が加わる。そして、圧力の高い第２内側孔１９ｂから熱酸化膜３０が加圧される。これにより、熱酸化膜３０が伸長する。

圧力が加わらないとき、熱酸化膜３０は平坦な膜であり、加圧されて円弧状になる。従って、熱酸化膜３０には応力が集中しない構造となっている為、熱酸化膜３０は破れ難くすることができる。本実施形態では、第２内側孔１９ｂの平面形状では長方形の辺１９ｄと辺１９ｄとが交差する場所が円弧１９ｅとなっている。従って、熱酸化膜３０の内部応力の高い場所と低い場所と差を小さくことができる為、熱酸化膜３０を引き伸ばされ難くすることができる。

図６（ｄ）は比較例であり、第２内側孔が長方形の場合の模式平面図である。図６（ｄ）において、第２内側孔１９ｃは平面形状が長方形となっており、辺と辺とが交差する場所は角３２になっている。そして、角３２の２等分線の方向を第１方向３３とし、第１方向３３と直交する方向を第２方向３４とする。このとき、角３２の付近では第１方向３３に比べて第２方向３４の方向に熱酸化膜３０が引き伸ばされる。従って、熱酸化膜３０は角３２の付近にて破れやすくなっている。

図７（ａ）はステップＳ５の、分離膜除去工程に対応する図である。図７（ａ）に示すように、ステップＳ５において、シリコン基板２８からレジスト２９及び熱酸化膜３０を剥離して除去する。レジスト２９及び熱酸化膜３０を除去するには硫酸水等からなる剥離液を使用してシリコン基板２８を洗浄する。その後、純水にて洗浄することにより剥離液を除去する。

図７（ｂ）はステップＳ６の、撥液膜形成工程に対応する図である。図７（ｂ）に示すように、ステップＳ６において、シリコン基板２８の表面全体にインクに対する耐インク性と撥インク性とを付与するための処理を行う。つまり、ノズル孔６、第１位置決め孔１８及び第２位置決め孔１９の内壁を含むシリコン基板２８の表面全体にシリコンの熱酸化膜３５及び撥液膜３６を形成する。

まず、シリコン基板２８を熱酸化炉に投入してシリコン基板２８の表面全体に例えば膜厚０．１μｍの熱酸化膜３５を形成する。熱酸化膜３５はＳｉＯ₂膜であり、ノズル孔６の内壁にも形成される。次に、シリコン基板２８の洗浄を行う。この洗浄の際、ノズル孔６の開口が支持基板等で閉塞されることなく貫通しているため、ノズル孔６内の洗浄を良好に行うことができる。

続いて、フッ素原子を含むケイ素化合物を主成分とする撥液性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥液膜３６を形成する。このとき、ノズル孔６はノズル外側孔６ａ及びノズル内側孔６ｂの内壁に撥液膜３６が形成される。

図７（ｃ）〜図７（ｅ）はステップＳ７の、分離工程に対応する図である。図７（ｃ）に示すように、ステップＳ７において、シリコン基板２８の第１面３ａ側にダイシングテープ３７を貼る。次に、図７（ｄ）に示すように、レーザー照射装置３８からシリコン基板２８を分離する予定の線に沿ってレーザー光３８ａを照射する。このとき、レーザー光３８ａを集光して照射することにより、シリコン基板２８の内部に改質部３９が形成される。改質部３９ではシリコン原子の配列構造が変化するのでシリコン基板２８の改質部３９を脆くすることができる。そして、シリコン基板２８を分離する予定の線に沿って改質部３９を配列させて、改質部３９の面を形成する。

次に、図７（ｅ）に示すように、改質部３９が形成された面に沿って応力を加える。これにより、シリコン基板２８が分断され、個々のノズルプレート３が分離する。そして、ダイシングテープ３７からノズルプレート３を剥離する。以上の工程にてノズルプレート３が完成する。

図８はステップＳ８の、組立工程に対応する図である。図８（ａ）に示すように、ステップＳ８において、流路形成基板２及びノズルプレート３を用意する。流路形成基板２は電極基板４とキャビティー基板５とが陽極接合にて固着されている。流路形成基板２の製造方法は公知であり、説明を省略する。さらに、組立用の治具であるベース板４２、２本の位置決めピン４３、押圧板４４を用意する。

まず、ベース板４２上に２本の位置決めピン４３を立設する。次に、キャビティー基板５上でノズルプレート３と接触する場所に接着剤を塗布する。接着剤を塗布する方法は特に限定されず、オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット法等を用いることができる。続いて、位置決めピン４３に位置決め孔１７及び位置決め孔１３を貫通させて流路形成基板２をベース板４２上に設置する。次に、ノズルプレート３の第１位置決め孔１８及び第２位置決め孔１９にそれぞれ位置決めピン４３を貫通させて、ノズルプレート３を流路形成基板２上に設置する。

続いて、押圧板４４でノズルプレート３を押圧し加熱する。これにより、流路形成基板２とノズルプレート３とを接着させる。これによって、ノズルプレート３の各ノズル孔６と流路形成基板２の圧力室８とが適切な位置で連通するように高精度に位置決めされる。

図８（ｂ）に示すように、第２内側孔１９ｂは長方形であり、位置決めピン４３の直径４３ａは第２内側孔１９ｂの短辺方向の幅４５と同じ長さとなっている。従って、位置決めピン４３とノズルプレート３は短辺方向の相対位置が規制される。

第２内側孔１９ｂの隣り合う２辺１９ｄが交差する場所は円弧１９ｅになっている。そして、円弧１９ｅの半径４６は位置決めピン４３の半径より小さくなっている。従って、第２内側孔１９ｂにおける円弧１９ｅの直径は幅４５より短く形成されている。このとき、位置決めピン４３が第２内側孔１９ｂの短辺に接近するとき、位置決めピン４３は円弧１９ｅに接することなく短辺に接触する。その結果、第２内側孔１９ｂの長手方向の総ての場所に位置決めピン４３を移動させることができる。以上の工程により液滴吐出ヘッド１が完成する。

（比較例）
図９は比較例におけるノズルプレートの模式断面図であり、ステップＳ４の第２凹部形成工程を説明するための模式図である。図９（ａ）はノズルプレートの全体を示し、図９（ｂ）は第２位置決め孔の部分を示す。ノズルプレート４７はシリコン基板２８の第１面４７ａにノズル外側孔６ａが形成されている。さらに、第１面４７ａには第１外側凹部４８ａ及び第２外側凹部４９ａが形成されている。第１外側凹部４８ａは第１外側凹部１８ａに相当し、第２外側凹部４９ａは第２外側凹部１９ａに相当する。

シリコン基板２８は薄板化されており、第２面４７ｂにはレジスト２９が塗布されている。そして、開口２９ａがパターニングされ、ノズル内側孔６ｂ、第１内側孔４８ｂ、第２内側孔４９ｂがエッチングされている。

図９（ｂ）に示すように、第１外側凹部４８ａは第１内側孔４８ｂより平面形状が小さくなっている。そして、第２面４７ｂ側から第１内側孔４８ｂのエッチングが進行するとき、第１外側凹部４８ａと第１内側孔４８ｂとの間には熱酸化膜３０が残るように形成される。熱酸化膜３０において第１外側凹部４８ａと第１内側孔４８ｂとを仕切る部分を仕切部３０ａとする。そして、第１外側凹部４８ａと仕切部３０ａとが交差する場所を周辺部３０ｂとする。

熱酸化膜３０の仕切部３０ａにはエッチングガス２０ｂと冷却ガス２０ａとの差に相当する圧力が加わる。そして、仕切部３０ａは円弧状に変形する。周辺部３０ｂは直角に形成されていることから、仕切部３０ａが円弧状に変形するとき、周辺部３０ｂは鋭角になる。このとき、第１内側孔４８ｂ側の周辺部３０ｂは伸長するように応力が作用する。従って、仕切部３０ａに加わる圧力が変動するとき周辺部３０ｂは裂けやすくなる。

第２外側凹部４９ａと第２内側孔４９ｂとの間においても、同様に熱酸化膜３０が裂けやすくなる。本実施形態では周辺部３０ｂが平坦な形状となっている。従って、ノズルプレート３は熱酸化膜３０が裂けるのを防止することができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、ステップＳ４の第２凹部形成工程では冷却ガス２０ａとエッチングガス２０ｂとにより熱酸化膜３０に圧力が加わる。そして、圧力の高い方に熱酸化膜３０が加圧される。これにより、熱酸化膜３０が伸長する。第２内側孔１９ｂが平面視において四角形のとき角３２の部分は辺の部分に比べて引き伸ばされる。従って、熱酸化膜３０には内部応力の高い場所と低い場所とが形成される。本実施形態では、四角形の辺１９ｄと辺１９ｄとが交差する場所が円弧１９ｅとなっている。従って、円弧１９ｅの部分は辺１９ｄと辺１９ｄとが交差する場所が角となっているときに比べて引き伸ばされ難くすることができる。これにより、熱酸化膜３０の内部応力の高い場所と低い場所と差を小さくことができる。第１内側孔１８ｂが平面視において円形のときにも分離膜の内部応力の高い場所と低い場所と差を小さくことができる。その結果、熱酸化膜３０を破れ難くすることができる。

（２）本実施形態によれば、シリコン基板２８の平面視において第１内側孔１８ｂは第１外側凹部１８ａの内側に位置している。第１外側凹部１８ａには熱酸化膜３０が形成されているので、ステップＳ４の第２凹部形成工程では第１内側孔１８ｂの第１面３ａ側が熱酸化膜３０に到達する。このとき、平面状に形成された熱酸化膜３０に圧力が加わる。

一方、基板の平面視において第１内側孔１８ｂが第１外側凹部１８ａと第１外側凹部１８ａの外側の場所とに位置するとき、第１内側孔１８ｂの第１面３ａ側は熱酸化膜３０と第１外側凹部１８ａの外側の部分とになる。従って、第１外側凹部１８ａの側面と第１外側凹部１８ａの第２面３ｂ側の面とが交差する場所の熱酸化膜３０も第１内側孔１８ｂの第１面３ａ側に含まれる。このとき、第１外側凹部１８ａの側面と第１外側凹部１８ａの第２面３ｂ側の面とが交差する場所の熱酸化膜３０は応力が集中し易いので破れ易くなる。この構造に比べて本実施形態の構造では平面状に形成された熱酸化膜３０に圧力が加わるので応力集中がおこり難い為破れ難くすることができる。この内容は、第２位置決め孔１９においても同様の効果を有する。

（３）本実施形態によれば、第２内側孔１９ｂには位置決めピン４３が挿入されノズルプレート３の位置決めに用いられる。そして、円弧１９ｅの直径は長方形の短辺方向の幅４５より短くなっている。そして、位置決めピン４３の直径は長方形の短辺方向の幅４５と略同じ長さに設定される。従って、位置決めピン４３が長方形の短辺に接近するとき、位置決めピン４３は円弧１９ｅに接することなく短辺に接触する。その結果、第２内側孔１９ｂは長方形の長手方向の総ての場所に位置決めピン４３を移動させることができる。

（４）本実施形態によれば、位置決め孔７とノズル孔６とが同じ工程にて製造されている。従って、位置決め孔７とノズル孔６とをそれぞれ別の工程にて製造するときに比べて、生産性良くノズルプレート３を製造することができる。

（５）本実施形態によれば、熱酸化膜３０が第１外側凹部１８ａと第１内側孔１８ｂとを分離している。同様に、熱酸化膜３０が第２外側凹部１９ａと第２内側孔１９ｂとを分離している。従って、エッチングガスと冷却ガスとが混合することを防止することができる。その結果、品質良くエッチングを行うことができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、熱酸化膜３０を分離膜とした。分離膜はＣＶＤやスパッタ等の方法にて形成しても良い。このときには、分離膜の材質はＳｉＯ₂に限らず、各種金属や無機質を用いることができる。そして、製造し易い工程にしても良い。

（変形例２）
前記第１の実施形態では、第１位置決め孔１８は平面形状を円形にしたが、６角形、７角形、８角形等の多角形でも良い。位置決めピン４３を第１位置決め孔１８に挿入するときに多角形の辺を変形させることができるので、寸法の製造誤差を許容させることができる。

（変形例３）
前記第１の実施形態では、ノズルプレート３の例を説明したが、他の基板においても同様の方法を用いて大きさの異なる孔を形成しても良い。電極基板４、キャビティー基板５の他各種の基板に用いても良い。この場合にも分離膜が破れにくくすることができる。

３…基板としてのノズルプレート、３ａ…第１面、３ｂ…第２面、６…ノズル孔、７…孔としての位置決め孔、１８ａ…第１凹部、位置決め用の孔及び凹部としての第１外側凹部、１８ｂ…第２凹部及び孔としての第１内側孔、１９ａ…第１凹部としての第２外側凹部、１９ｂ…第２凹部及び孔としての第２内側孔、１９ｄ…辺、１９ｅ…円弧、３０…分離膜としての熱酸化膜、４３…ピンとしての位置決めピン、４５…幅。

Claims

第１面と第２面とが対向する基板に孔を形成する基板の孔あけ方法であって、
前記基板の前記第１面より第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、
前記第１凹部に分離膜を形成する分離膜形成工程と、
前記第２面にエッチングガスを流動して前記第１凹部と対向する場所に前記第２面から前記分離膜まで第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、
前記第１凹部と前記第２凹部との間に位置する前記分離膜を除去して前記第１凹部と前記第２凹部とを貫通する前記孔を形成する分離膜除去工程と、を有し、
前記第２凹部は平面視において辺と辺とが交差する場所が円弧となっている多角形であり、
前記孔は円柱状のピンが挿入される位置決め用の孔であり、
前記多角形は長方形であり、前記円弧の直径は前記長方形の短辺方向の幅より短いことを特徴とする基板の孔あけ方法。
請求項１に記載の基板の孔あけ方法であって、
前記基板の平面視において前記第２凹部は前記第１凹部の内側に位置することを特徴とする基板の孔あけ方法。
請求項１または２に記載の基板の孔あけ方法であって、
前記基板は前記孔と異なる場所にノズル孔を有し、
前記孔と前記ノズル孔とが同じ工程にて形成されることを特徴とする基板の孔あけ方法。