JP6456049B2

JP6456049B2 - 貫通基板の形成方法

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Publication number: JP6456049B2
Application number: JP2014123349A
Authority: JP
Inventors: 美尚尾形; 聖子南; 雅隆加藤; 剛矢宇山; 坂井　稔康; 稔康坂井; 広志樋口
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Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2019-01-23
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Description

本発明は、貫通基板の形成方法に関する。

基板に貫通孔を形成する加工方法として、ドライエッチングの一種であるリアクティブイオンエッチングが広く用いられている。リアクティブイオンエッチングは、反応ガスを処理室内に導入してプラズマ化し、プラズマ化された反応ガスを用いて基板の処理面をエッチングして、所定の形状の貫通孔を形成する手法である。具体的には、先ず、静電チャックなどを用いて、処理室内の下部電極上に基板を固定する。そして、下部電極と上部電極との間に高周波電源を接続し、上部電極の微小孔から反応ガスを供給する。供給された反応ガスは、上部電極と下部電極の間でプラズマ化し、プラズマ中のイオンやラジカルが基板方向に加速されて基板と衝突することで、基板がエッチングされる。このとき、基板上にエッチングマスクを形成しておくと、エッチングマスクが形成された箇所は基板がエッチングされず、基板が表面に露出している箇所だけがエッチングされる。

特許文献１は、リアクティブイオンエッチングを用いて、インクジェット記録ヘッドのインク供給口を形成する方法を開示している。この方法では、シリコン基板の第１の面に第１の溝を形成する。そして、第１の溝にフォトレジストを充填した後、第１の面と反対側の第２の面から第１の面に向かって、第１の溝と連通する第２の溝を形成する。また、この方法では、酸素プラズマエッチングを用いて、充填したフォトレジストを除去している。

米国特許第７８３７８８７号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、第１の溝が深くなるにつれて、第１の溝にフォトレジストを充填することや第１の溝からフォトレジストを除去することが困難になる。

なお、第１の溝にフォトレジストを埋め込む工程を省略すると、第２の溝を形成する工程において、第２の溝が第１の溝と連通した後、イオンやラジカルが第１の溝に到達してしまう。この場合、第１の溝の側面が余分にエッチングされてしまい、貫通孔の形状が所望の形状と異なってしまうという問題が生じて、第１の面に配置する素子の配線などが露出してしまうことがある。

本発明の目的は、深い溝を形成する場合であっても容易に所望の形状の貫通孔を基板に形成することが可能な貫通基板の形成方法を提供することである。

本発明による貫通基板の形成方法は、基板の第１の面と前記第１の面の反対側の面である第２の面とを貫通させる貫通基板の形成方法であって、ドライエッチングを用いて、前記基板の前記第１の面側から、側面に保護膜が形成された第１の溝を形成する第１の工程と、ドライエッチングを用いて、前記第２の面側から、前記第１の溝と連通する第２の溝を形成する、第２の工程と、を含み、前記第２の工程は、前記第１の溝の側面に前記保護膜が形成された状態で行われ、前記第１の工程は、前記基板をエッチングして溝を形成する溝形成ステップと、前記溝の側面に前記保護膜を形成しながら溝の深さを調整して、前記溝を前記第１の溝として形成する深さ調整ステップと、前記深さ調整ステップの後に前記保護膜の状態を調整する保護膜調整ステップと、を含み、前記保護膜調整ステップは、前記第１の面上へ保護膜を成膜することと、前記ドライエッチングのエッチング方向と交わる方向に形成された保護膜をエッチングすることと、を交互に繰り返すことを含むことを特徴とする貫通基板の形成方法である。

本発明によれば、深い溝を形成する場合であっても、容易に所望の形状の貫通孔を基板に形成することが可能である。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド１０の構成の一部を模式的に示す図である。液体吐出ヘッド１０の製造工程を示す図である。液体吐出ヘッド１０の製造工程を示す図である。ボッシュプロセスの各ステップについて説明するための図である。ボッシュプロセスを説明するためのフローチャートである。ボッシュプロセスを説明するためのフローチャートである。第１の溝１３の形成ステップの最後に保護膜４３を成膜する場合の液体吐出ヘッド１０の製造工程を示す図である。第１の溝１３の形成ステップの最後に保護膜４３を成膜する場合の液体吐出ヘッド１０の製造工程を示す図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。なお、ここで説明する実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明をこの技術分野における通常の知識を有する者に十分に説明するために例として提供されるものである。

また、本発明の形成方法により製造される基板は、様々な用途で用いることができる。一例として、以下ではこの基板が液体吐出ヘッド用の基板であることとして説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る貫通基板の形成方法により製造された基板１１を有する液体吐出ヘッド１０の構成の一部を模式的に示す図である。図１（ａ）は、液体吐出ヘッド１０の構成の一部を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の部分Ｉの断面構成を模式的に示す図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ’断面の構成を模式的に示す図である。

図１（ａ）に示す液体吐出ヘッド１０は、基板１１を有する。基板１１の第１の面１２には、第１の溝１３が形成されており、第１の面１２と反対側の第２の面１４には、第１の溝１３と連通する複数の第２の溝１５が形成されている。また、第２の面１４上には、第２の面１４との間に空間が形成されるようにオリフィスプレート１６が設けられており、この空間が液体の流路１７を構成する。また、オリフィスプレート１６には、吐出口１８が形成され、第２の面１４上には、エネルギー発生素子１９が設けられる。エネルギー発生素子１９は、液体の吐出に利用されるエネルギーを発生し、導通に応じて液体に膜沸騰を生じさせる熱エネルギーを発生するヒーターなどである。

図１（ｂ）および図１（ｃ）には、液体吐出ヘッド１０の断面構造が示されている。第１の溝１３および第２の溝１５は、流路１７と連通しており、エネルギー発生素子１９は、オリフィスプレート１６に形成された吐出口１８と対向する位置に設けられる。

次に、図２Ａおよび図２Ｂを用いて、基板１１を加工して液体吐出ヘッド１０を製造する工程を説明する。先ず、基板１１を用意する。基板１１は、例えばシリコンで形成されている。図２Ａ（ａ）は、この基板１１の第２の面１４上に、エネルギー発生素子１９と、密着向上層４１を形成した状態を示している。密着向上層４１は、例えば、後の工程で第２の溝１５を形成する部分を除いた領域に形成される。

続いて、図２Ａ（ｂ）は、基板１１の第１の面１２上にエッチングマスク４２を形成して、第１の面１２のうちエッチングしない部分をエッチングマスク４２で覆った後、側面が保護膜４３で覆われた第１の溝１３を形成した状態を示している。第１の溝１３は、第１の面側から形成される。ここで、第１の溝１３はドライエッチングを用いて形成され、その深さは、基板１１を貫通しない範囲であり、例えば５０μｍから５００μｍの範囲が好ましい。

次に、図２Ａ（ｃ）は、第１の面１２上にエッチングストップ層４４を形成した状態を示している。このエッチングストップ層４４は、第２の面１４に第２の溝１５（不図示）をエッチングする際にエッチングを止めるストップ層として機能する。エッチングストップ層４４は、第１の溝１３を形成した後に第１の溝１３の開口部を覆うように形成する必要があるため、液状の材料をスピン塗布で形成することが困難である。このため、エッチングストップ層４４は、例えば、半導体工程でダイシングテープまたはバックグラインドテープとして用いられるテープを用いて形成することが好ましい。エッチングストップ層４４の材料は、第１の溝１３に対してテンティング性が良好であり、かつ、ドライエッチングのストップ層として機能し、エッチング後に剥離することが可能な材料であることが好ましい。

続いて、図２Ｂ（ａ）に示すように、第２の面１４上にエッチングマスク４５を形成してパターニングを行う。そして、第２の溝１５を第１の溝１３と連通するまでエッチングする。第２の溝１５は、第１の面と反対側の面である第２の面側から形成される。第２の溝１５のエッチングには、ドライエッチングが用いられる。例えば、ラジカルを用いた投法制のドライエッチング、イオンを用いた異方性のドライエッチングの両方を用いることが可能である。

ここで、第１の溝１３の側面には、保護膜４３が形成されているため、第２の溝１５が第１の溝１３と連通した後、第１の溝１３にイオンやラジカルが到達しても、第１の溝１３の側面はエッチングされない。このため、第１の溝１３を所望の形状に保つことができる。

次に、エッチングストップ層４４の剥離、保護膜４３およびエッチングマスク４２および４５の剥離が行われる。エッチングストップ層４４の剥離は、例えば、ＵＶ（ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）を照射して剥離する方法や、熱を加えながら剥離する方法が用いられる。保護膜の剥離は、例えば、一般的な除去液（ＨＦＥ：ハイドロフルオロエーテル）を用いて行われる。またエッチングマスク４２および４５の剥離方法は、一般的なレジスト剥離液を用いて行われる。図２Ｂ（ｂ）は、この剥離工程が行われた後の状態を示している。

続いて、液体の流路１７および吐出口１８が形成されたオリフィスプレート１６を、基板１１上に設けることで、液体吐出ヘッド用基板が形成される。図２Ｂ（ｃ）は、オリフィスプレート１６を設けた基板１１の状態を示している。

第１の溝１３および第２の溝１５が連通して、貫通孔が形成された基板１１に対して、オリフィスプレート１６を設ける方法としては、支持体と感光性樹脂を用いる方法が考えられる。支持体上に感光性樹脂を形成した後に、感光性樹脂が支持体の貫通基板を跨ぐように設置させる。支持体は、例えば、フィルム、ガラス、またはシリコンウェハである。支持体は、後に剥離する必要があるため、フィルムが好ましい。例えば、支持体は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルムや、ポリイミドフィルム、またはポリアミドフィルムなどである。また、剥離しやすくするために、離型処理を施したフィルムが用いられてもよい。

感光性樹脂は、液体の流路１７を形成するための第１の感光性樹脂と、オリフィスプレート１６となる第２の感光性樹脂とが用いられる。支持体上に第１の感光性樹脂をパターニングした後、第２の感光性樹脂を第１の感光性樹脂上に成膜して、第２の感光性樹脂に吐出口となる貫通孔を設けた後に、第１の感光性樹脂を除去することで、オリフィスプレート１６を形成することができる。第１の感光性樹脂としては、有機溶剤に溶解するエポキシ樹脂を用いることができる。これにより、有機溶剤を用いて第１の感光性樹脂を除去することが可能になる。また、第１の感光性樹脂は、アクリル樹脂やウレタン樹脂などであってもよい。なお、第１の感光性樹脂をパターニングする方法としては、スピンコート法、スリットコート法、ラミネート法やプレス法などの転写法などを用いることができる。第１の感光性樹脂の厚みは、５μｍから３０μｍが好ましい。

続いて、側面に保護膜４３が形成された第１の溝１３を形成する方法について、詳しく説明する。第１の溝１３は、ドライエッチングを用いて形成される。エッチングと保護膜４３の成膜を繰り返すボッシュプロセスを用いて第１の溝１３を形成してもよいし、エッチングと同時に保護膜４３を形成するノンボッシュプロセスを用いて第１の溝を形成してもよい。

図３は、ボッシュプロセスにより第１の溝１３を形成する工程について説明するための図である。ボッシュプロセスが用いられる場合、例えば、ＳＦ₆ガスをエッチングガスとして用いることができ、Ｃ₄Ｆ₈ガスを成膜のために用いることができる。ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）装置を用いたドライエッチングを用いて溝を形成することが好ましい。また、他の方式のプラズマ源を有するドライエッチング装置が用いられてもよい。例えば、他のドライエッチング装置としては、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）装置、ＮＬＤ（ＮｅｕｔｒａｌＬｏｏｐＤｉｓｃｈａｒｇｅ：磁気中性線放電）プラズマ装置が挙げられる。

第１の溝１３を形成する工程は、基板１１をエッチングして溝を形成する溝形成ステップと、溝形成ステップで形成された溝に保護膜を成膜しながら溝の深さを調整して、この溝を所望の深さの第１の溝１３として形成する深さ調整ステップとを含む。

図３（ａ）は、溝形成ステップで溝を形成した後、保護膜４３を成膜した状態を示している。溝が深くなるほど、溝の側面がエッチングされて溝の形状が崩れてしまうため、保護膜４３で保護しながら溝の深さを調整することが好ましい。

溝の深さを調整する深さ調整ステップでは、第１の面１２へ保護膜４３を成膜することと、エッチング方向と交わる方向に形成された保護膜４３をエッチングすることと、溝の底面である基板をエッチングすることとを順番に繰り返す。これにより、溝の側面を保護膜４３で保護して溝の形状を保ちつつ、溝の深さを調整することができる。図３（ｂ）は、深さ調整ステップにおいて、保護膜４３をエッチングした状態を示している。なお、図３（ｂ）に示される面ＩＩＩは、エッチング方向と交わる方向の面となる。

図３（ｃ）は、深さ調整ステップで、基板１１をエッチングした後の状態を示している。保護膜４３のエッチングにより、基板１１が表面に露出されると、基板１１がエッチングされて溝が深くなる。基板１１のエッチング後、再び保護膜４３を成膜して、溝の側面および底面が保護膜４３で覆われる。図３（ｄ）は、保護膜４３を成膜した後の状態を示している。また、この保護膜４３のうち、エッチング方向と交わる方向に形成された保護膜４３をエッチングする。図３（ｅ）は、保護膜４３をエッチングした後の状態を示している。

また、第１の溝１３を形成する工程は、溝の深さを調整する深さ調整ステップの後に、保護膜４３の状態を調整する保護膜調整ステップをさらに含んでもよい。深さ調整ステップで、図３（ａ）〜（ｃ）の工程が繰り返されると、通常、図３（ｃ）に示したように、基板１１をエッチングして、溝の側面に保護膜４３が形成されていない部分が生じる。このため、保護膜調整ステップは、第１の面１２上に保護膜４３をさらに成膜することを含んでもよい。また、保護膜調整ステップは、エッチング方向と交わる方向に形成された保護膜４３をエッチングすることをさらに含んでもよい。保護膜調整ステップは、保護膜４３の成膜を最後に行ってもよいし、保護膜４３をエッチングすることを最後に行ってもよい。保護膜調整ステップにおいて、保護膜４３の成膜と、保護膜４３のエッチングとを繰り返す回数によって、保護膜４３の状態が変化する。

図４Ａおよび図４Ｂは、第１の溝１３を形成する動作例を説明するためのフローチャートである。先ず、図４Ａ（ａ）の例では、エッチングマスク４２が形成された状態でドライエッチングを行うことで、溝を形成する（ステップＳ１０１）。そして、溝が形成された第１の面１２上に保護膜４３を成膜することで、図３（ａ）に示すように、第１の面１２上と、溝の側面および底面とに保護膜４３が形成される（ステップＳ１０２）。続いて、保護膜４３のうち、エッチング方向と交わる方向に形成された保護膜４３をエッチングする（ステップＳ１０３）。

図３（ｂ）に示すように、エッチング方向と交わる方向に形成された保護膜４３がエッチングされて基板１１が表面に露出されると、基板１１をエッチングする（ステップＳ１０４）。そして、形成された溝が所望の深さに達したか否かを確認する（ステップＳ１０５）。溝が所望の深さに達した場合、この溝を第１の溝１３としてこの工程を終了する。溝が未だ所望の深さに達していない場合、ステップＳ１０２に戻り、溝が所望の深さに達するまで、ステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理が繰り返される。

図４Ａ（ａ）の例では、基板１１のエッチングが最後のステップとなるため、図３（ｃ）に示したように、溝の側面に保護膜４３が形成されていない部分が生じる可能性がある。このため、第１の溝１３を形成する工程は、さらに保護膜調整ステップを含むことができる。

図４Ａ（ｂ）、（ｃ）および図４Ｂ（ａ）、（ｂ）は、保護膜調整ステップを含む場合の動作例を示している。図４Ａ（ｂ）、（ｃ）、および図４Ｂ（ａ）、（ｂ）は、ステップＳ１０５までの動作は図４Ａ（ａ）と同様であるため説明を省略し、第４Ａ（ａ）と異なる保護膜調整ステップの内容を主に説明する。

図４Ａ（ｂ）の例では、保護膜調整ステップは、保護膜４３を成膜するステップである。具体的には、ステップＳ１０５で溝が所望の深さに達した場合、続いて、第１の面１２上に保護膜４３を成膜する（ステップＳ１０６）。これにより、第１の溝１３を形成する工程の最後に保護膜４３が成膜されるため、第１の溝１３の側面および底面に保護膜４３が形成された状態となる。このため、第１の溝１３を形成する工程の後に行われる第２の溝１５を形成する工程において、第２の溝１５が第１の溝１３と連通した後に、第１の溝１３内にイオンやラジカルが到達しても、第１の溝１３の側面や底面のエッチングを抑制することが可能になる。したがって、第１の溝１３が所望の形状に保たれる。このとき、保護膜４３の厚さは０．０５μｍ〜５μｍであれば好ましい。

第２の溝１５を形成する工程において、ラジカルによるドライエッチングを用いる場合、第１の溝１３の底面に保護膜４３が形成されていると、この保護膜４３がエッチングストップ層として機能する。保護膜４３がエッチングストップ層として機能すると、第１の溝１３にラジカルが侵入することを抑制することができる。この場合、第１の溝１３の形状をより確実に保つことが可能になる。第１の溝１３の底面に形成された保護膜４３は、第２の溝１５を形成する工程の後も残存する。このため、第１の溝１３の側面に形成された保護膜４３を除去する工程において、側面の保護膜４３と同時に底面の保護膜４３も除去することが可能である。

また、第２の溝１５を形成する工程において、イオンによるドライエッチングを用いる場合、第１の溝１３の底面に保護膜４３が形成されていても、この保護膜４３はエッチングストップ層として機能しない。保護膜４３がエッチングストップ層として機能しない場合、イオンによるエッチングで底面の保護膜４３がエッチングされる。このため、底面の保護膜４３を容易に除去することが可能である。また、第１の溝１３の底面に形成された保護膜４３が十分に厚い場合（例えば５μｍ）、イオンによるドライエッチングを用いても、底面の保護膜４３がエッチングストップ層として機能することもある。この場合、イオンが第１の溝１３に侵入することを抑制することができるため、第１の溝１３の形状をより確実に保つことが可能になる。

図４Ａ（ｃ）の例では、保護膜調整ステップは、保護膜４３を成膜し、この保護膜４３をエッチングするステップである。具体的には、ステップＳ１０５で溝が所望の深さに達した場合、図３（ｄ）に示すように、第１の面１２上に保護膜４３を成膜する（ステップＳ１０６）。そして、ドライエッチングのエッチング方向と交わる方向に形成された保護膜をエッチングする（ステップＳ１０７）。これにより、第１の溝１３を形成する工程の最後に保護膜４３がエッチングされる。この場合、基板１１をエッチングした後に保護膜４３が成膜されて、エッチング方向と交わる方向に形成された保護膜４３がエッチングされるため、図３（ｅ）に示すように、第１の溝１３の側面には、保護膜４３が形成された状態となる。したがって、第１の溝１３の側面に保護膜４３が形成されていない部分が生じる状態を抑制することが可能になり、図４Ａ（ａ）の例と比較して、第１の溝１３の側面がエッチングされることをより確実に抑制することができる。

図４Ｂ（ａ）の例では、保護膜調整ステップは、保護膜４３を成膜することと、保護膜４３をエッチングすることとを交互に繰り返す。これにより、保護膜４３の厚みを調整することが可能になる。具体的には、ステップＳ１０５で溝が所望の深さに達した場合、第１の面１２上に保護膜４３を成膜する（ステップＳ１０６）。そして、ドライエッチングのエッチング方向と交わる方向に形成された保護膜をエッチングする（ステップＳ１０７）。その後、保護膜４３の状態の調整を終了するか否かを確認する（ステップＳ１０８）。保護膜の状態の調整を終了しない場合、ステップＳ１０６に戻る。これにより、ステップＳ１０８において、保護膜４３の状態の調整を終了すると判断するまで、ステップＳ１０６およびステップＳ１０７の処理が繰り返され、図３（ｄ）に示す状態と図３（ｅ）に示す状態とが繰り返される。保護膜４３の成膜とエッチングを繰り返すことで、第１の溝１３の側面に形成される保護膜４３の厚みをより厚くすることが可能になる。第１の溝１３の側面に保護膜４３を厚くすることで、第２の溝１５を形成する工程におけるエッチング条件の自由度を広げることができる。比較的高速にエッチングを行うことができるエッチング条件を用いて第２の溝１５を形成して、第１の溝１３により多くのイオンやラジカルが到達したとしても、第１の溝１３の側面を保護することが可能になる。

図４Ｂ（ｂ）の例では、保護膜調整ステップは、保護膜４３を成膜することと、保護膜４３をエッチングすることとを交互に繰り返す。具体的には、ステップＳ１０５で溝が所望の深さに達した場合、第１の面１２上に保護膜４３を成膜する（ステップＳ１０６）。そして、ドライエッチングのエッチング方向と交わる方向に形成された保護膜をエッチングする（ステップＳ１０７）。その後、保護膜４３の状態の調整を終了するか否かを確認する（ステップＳ１０８）。保護膜の状態の調整を終了しない場合、ステップＳ１０６に戻る。これにより、ステップＳ１０８において、保護膜４３の状態の調整を終了すると判断するまで、ステップＳ１０６およびステップＳ１０７の処理が繰り返される。したがって、図３（ｄ）に示す状態と図３（ｅ）に示す状態とが繰り返される。

このとき、保護膜調整ステップで保護膜４３を成膜する条件は、第１の溝１３の深さを調整する深さ調整ステップにおいて、保護膜４３を成膜する条件と異なる。また、保護膜調整ステップで保護膜４３をエッチングする条件は、深さ調整ステップにおいて保護膜４３をエッチングする条件と異なる。

具体的には、より短時間で保護膜４３を厚く形成するために、保護膜調整ステップでは、１回の成膜で形成される保護膜４３の厚さが、深さ調整ステップにおいて成膜される保護膜４３の厚さよりも厚くなるように、成膜条件を変更することができる。例えば、１回の成膜で形成される保護膜４３の厚さを厚くするためには、深さ調整ステップで用いるガス流量よりも保護膜調整ステップで用いるガス流量を大きくする方法がある。ガス流量は、１００〜１０００ＳＣＣＭの範囲内であれば好ましい。また、チャンバー圧力やコイルパワーを変更する方法もある。この場合、チャンバー圧力は、５〜３０Ｐａ、コイルパワーは、１０００〜４５００Ｗの範囲であれば好ましい。なお、図４Ｂ（ａ）および図４Ｂ（ｂ）の例では、保護膜調整ステップは、保護膜４３を成膜することを最後に行っても、保護膜４３をエッチングすることを最後に行ってもよい。

続いて、ノンボッシュプロセスを用いて第１の溝１３を形成する例について説明する。ノンボッシュプロセスが用いられる場合、ＳＦ６ガスおよびＯ２ガスを用いることができる。ガス圧力は、０．１〜５０Ｐａ、ガス流量は、５０〜１００ｓｃｃｍの範囲が好ましい。ノンボッシュプロセスでは、エッチング中に生成される副生成物を側面に付着させながらエッチングを行う。このため、エッチングと成膜を交互に繰り返すボッシュプロセスとは異なり、成膜工程をエッチング工程と別に設ける必要がない。

ここで、第１の溝１３と第２の溝１５の大小関係と、本発明の技術を適用した場合の効果について説明する。本発明の技術は、第１の溝１３と第２の溝１５の大きさが等しい場合、第２の溝１５が第１の溝１３よりも大きい場合、第２の溝１５が第１の溝１３よりも小さい場合のいずれにも適用することができる。しかしながら、第２の溝１５が第１の溝１３よりも小さい場合、本発明の技術を適用することがより効果的となる。第２の溝１５は、第１の溝１３が形成された後に、第１の溝１３と連通するように形成される。このとき、第２の溝１５の形成は、第１の溝１３と同様に、ボッシュプロセスまたはノンボッシュプロセスを用いて、側面に保護膜４３を形成しながら行うことができる。一般的に、形成する溝が大きいほど保護膜４３を厚く形成し、形成する溝が小さいほど保護膜４３を薄く形成する傾向がある。これは、形成する溝が大きいほどエッチングの強度が高くなるため、厚い保護膜４３が必要とされるためである。このため、第１の溝１３に保護膜４３が形成されていない状態で、第２の溝１５を形成する場合であっても、第２の溝１５を形成する際に形成される保護膜４３が第１の溝１３の側面を保護できることがある。

具体的には、第２の溝１５が第１の溝１３よりも大きい場合、第１の溝１３の側面の面積が第２の溝１５の側面の面積よりも小さい。このため、第１の溝１３の側面に保護膜４３が形成されていない状態で第２の溝１５を形成しても、第１の溝１３の側面が保護される可能性が高い。これに対して、第２の溝１５が第１の溝１３よりも小さい場合、第１の溝１３の側面の面積が大きい。このため、第２の溝１５を形成するときに形成する保護膜４３では第１の溝１３の側面を保護しきれない可能性が高くなる。したがって、第２の溝１５が第１の溝１３よりも小さい場合、本発明の技術を適用することがより効果的となる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
まず、図２Ａ（ａ）に示すように、インゴットの引き出し方位が＜１００＞のシリコン単結晶基板の片面に液体吐出用のエネルギー発生素子１９およびそれを駆動するための配線（不図示）が形成された液体吐出ヘッド用の基板１１を用意した。基板１１の表面に、密着向上層４１（日立化成社製のＨＩＭＡＬ（商品名））がフォトリソグラフィープロセスでパターン形成された。

次に、図２Ａ（ｂ）に示すように、エッチングマスク４２がパターニングされ、第１の溝１３がドライエッチングにて形成された。エッチングマスクは、ノボラック系のポジ型レジストであり、１０μｍの膜厚で形成され、フォトリソグラフィーによってパターニングされた。

ＳＦ６ガスおよびＯ２ガスを利用して、エッチング中の副生成物を側面に付着させながらエッチングを行うノンボッシュプロセスを用いて、第１の溝１３がエッチングされた。ガス圧は、０．１〜５０Ｐａ、ガス流量は５０〜１０００ｓｃｃｍとした。これにより、第１の溝１３は、５００μｍの深さに形成され、第１の溝１３の側面には、保護膜４３が形成された。

続いて、図２Ａ（ｃ）に示すように、バックグラインドテープとして使用するテープを用いて、エッチングマスク４２および第１の溝１３上にエッチングストップ層４４が形成された。

次に、図２Ｂ（ａ）に示すように、第２の面１４側にエッチングマスク４５がパターニングされ、第２の溝１５が第１の溝１３と連通するまで形成された。第２の溝１５のエッチングは、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）装置を用いたイオンによるドライエッチングである。

続いて、エッチングストップ層４４を剥離して、その後、保護膜４３、エッチングマスク４２および４５を剥離した。テープの剥離に関しては、５０度に加熱しながら剥離した。保護膜４３の除去は、除去液（ＨＦＥ）を用いて行った。エッチングマスク４２および４５の剥離は、レジスト剥離液（ロームアンドハース電子材料株式会社製の１１１２Ａ（商品名））を用いて行った。図２Ｂ（ｂ）は、エッチングストップ層４４、保護膜４３、エッチングマスク４２および４５の剥離を行った後の状態を示している。

その後、図２Ｂ（ｃ）に示すように、液体の流路１７および吐出口１８が形成されたオリフィスプレート１６が設けられた。

［実施例２］
実施例２は、第１の溝１３の形成に図４Ａ（ｂ）で示したボッシュプロセスを用いる例である。図５Ａおよび図５Ｂは、第１の溝１３の形成ステップの最後に保護膜４３を成膜する場合の液体吐出ヘッド１０の製造工程を示す図である。

図５Ａ（ａ）に示すように、エネルギー発生素子１９およびそれを駆動するための配線（不図示）が形成された基板１１を用意して、基板１１の表面に密着向上層４１を形成するまでの工程は、実施例１と同様である。以下、実施例１と異なる部分について主に説明する。

続いて、図５Ａ（ｂ）に示すように、エッチングマスク４２をパターニングし、第１の溝１３をドライエッチングを用いて形成した。第１の溝１３のエッチングは、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチング装置を使用し、エッチングガスにはＳＦ６ガス、保護膜の成膜にはＣ４Ｆ８ガスを用いた。エッチング条件としては、図４Ａ（ｂ）で説明したボッシュプロセスを用いた。このプロセスでは、保護膜４３を成膜するステップを最後に行った。これにより、第１の溝１３は、深さ５００μｍの深さに形成され、第１の溝１３の側面および底面には、保護膜４３が形成された。

［実施例３］
実施例３は、第１の溝１３の形成に図４Ａ（ｃ）で示したボッシュプロセスを用いる例である。実施例３は、第１の溝１３を形成する工程以外は実施例１と同様であるため、以下、実施例１と異なる部分を主に説明する。

図２Ａ（ｂ）に示すように、エッチングマスク４２をパターニングし、第１の溝１３をドライエッチングにて形成した。エッチングマスク４２は、ノボラック系のポジ型レジストが用いて、１０μｍの膜厚に形成され、フォトリソグラフィーを用いてパターニングした。

第１の溝１３のエッチングは、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチング装置が用いられ、エッチングガスはＳＦ６ガス、保護膜の成膜にはＣ４Ｆ８ガスを用いた。エッチング条件は、図４Ａ（ｃ）で示したボッシュプロセスが用いられ、このプロセスでは、エッチング方向と交わる方向に形成された保護膜４３をエッチングするステップを最後に行った。これにより、第１の溝１３の側面には、保護膜４３が形成された。

［実施例４］
実施例４は、第１の溝１３の形成に図４Ｂ（ａ）で示したボッシュプロセスを用いる例である。実施例４は、第１の溝１３の形成工程以外は実施例１と同様であるため、以下、実施例１と異なる部分を主に説明する。

第１の溝１３のエッチングは、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチング装置が用いられ、エッチングガスはＳＦ６ガス、保護膜の生成にはＣ４Ｆ８ガスを用いた。エッチング条件は、図４Ｂ（ａ）で示したボッシュプロセスが用いられ、このプロセスでは、第１の溝１３の深さを調整した後、保護膜４３の成膜とエッチングを２０回繰り返した。これにより、第１の溝１３の側面には、実施例２および３の場合よりも厚く保護膜４３が形成された（不図示）。

［実施例５］
実施例５は、第１の溝１３の形成に図４Ｂ（ｂ）で示したボッシュプロセスを用いて、成膜条件のうちガス流量を変更する例である。実施例５は、第１の溝１３の形成工程以外は実施例１と同様であるため、以下、実施例１と異なる部分を主に説明する。

第１の溝１３のエッチングは、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチング装置が用いられ、エッチングガスはＳＦ６ガス、保護膜４３の成膜には、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた。エッチング条件は、図４Ｂ（ｂ）で示したボッシュプロセスが用いられた。このプロセスでは、第１の溝１３の深さを調整する工程（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）では、Ｃ４Ｆ８ガスの流量は５０〜８００ｓｃｃｍとし、１回の成膜ステップで形成する保護膜４３の厚さは約０．０１μｍとなった。

その後、保護膜４３の状態を調整する工程（ステップＳ１０６〜Ｓ１０７）を１５回繰り替えした。このとき、ガス流量を１００〜１０００ｓｃｃｍに変更した。これにより、１回の成膜ステップで形成する保護膜４３の厚さは約０．０３μｍとなった。これにより、第１の溝１３の側面には、保護膜４３が実施例４よりも短時間で、実施例２，３よりも厚く成膜された（不図示）。

［実施例６］
実施例６は、第１の溝１３の形成に図４Ｂ（ｂ）で示したボッシュプロセスを用いて、成膜条件としてチャンバー圧力を変更する例である。実施例６は、第１の溝１３の形成工程以外は実施例１と同様であるため、以下、実施例１と異なる部分を主に説明する。

第１の溝１３のエッチングは、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチング装置が用いられ、エッチングガスはＳＦ６ガス、保護膜４３の成膜には、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた。エッチング条件は、図４Ｂ（ｂ）で示したボッシュプロセスが用いられた。このプロセスでは、第１の溝１３の深さを調整する工程（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）では、チャンバー圧力を２〜２０Ｐａの範囲とし、１回の成膜ステップで形成する保護膜４３の厚さは約０．０１μｍとなった。

その後、保護膜４３の状態を調整する工程（ステップＳ１０６〜Ｓ１０７）を１５回繰り替えした。このとき、チャンバー圧力を５〜３０Ｐａの範囲に変更した。これにより、１回の成膜ステップで形成する保護膜４３の厚さは約０．０２μｍとなった。これにより、第１の溝１３の側面には、保護膜４３が実施例４よりも短時間で、実施例２，３よりも厚く成膜された（不図示）。

［実施例７］
実施例７は、第１の溝１３の形成に図４Ｂ（ｂ）で示したボッシュプロセスを用いて、成膜条件としてコイルパワーを変更する例である。実施例７は、第１の溝１３の形成工程以外は実施例１と同様であるため、以下、実施例１と異なる部分を主に説明する。

第１の溝１３のエッチングは、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチング装置が用いられ、エッチングガスはＳＦ６ガス、保護膜４３の成膜には、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた。エッチング条件は、図４Ｂ（ｂ）で示したボッシュプロセスが用いられた。このプロセスでは、第１の溝１３の深さを調整する工程（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）では、コイルパワーを１０００〜４０００Ｗの範囲とし、１回の成膜ステップで形成する保護膜４３の厚さは約０．０１μｍとなった。

その後、保護膜４３の状態を調整する工程（ステップＳ１０６〜Ｓ１０７）を１５回繰り替えした。このとき、コイルパワーを１２００〜４５００Ｗの範囲に変更した。これにより、１回の成膜ステップで形成する保護膜４３の厚さは約０．０２μｍとなった。これにより、第１の溝１３の側面には、保護膜４３が実施例４よりも短時間で、実施例２，３よりも厚く成膜された（不図示）。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上記実施形態では、貫通基板は、液体吐出ヘッド１０に用いられることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、液体吐出ヘッド以外にも、基板に貫通孔を形成する場合に広く本発明の技術を適用することができる。

また、上記実施形態では、第２の溝１５は、第１の溝１３よりも小さい溝であることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第２の溝が第１の溝と同じ大きさである場合や、第２の溝が第１の溝よりも大きい場合にも、本発明の技術を適用することができる。

また、上記実施形態では、１つの第１の溝と連通する複数の第２の溝を形成することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。第１の面および第２の面からそれぞれ溝を連通するように形成して、貫通孔を形成する場合に広く適用することができる。

１１基板
１２第１の面
１３第１の溝
１４第２の面
１５第２の溝
４３保護膜

Claims

基板の第１の面と前記第１の面の反対側の面である第２の面とを貫通させる貫通基板の形成方法であって、
ドライエッチングを用いて、前記基板の前記第１の面側から、側面に保護膜が形成された第１の溝を形成する、第１の工程と、
ドライエッチングを用いて、前記第２の面側から、前記第１の溝と連通する第２の溝を形成する、第２の工程と、を含み、
前記第２の工程は、前記第１の溝の側面に前記保護膜が形成された状態で行われ、
前記第１の工程は、前記基板をエッチングして溝を形成する溝形成ステップと、前記溝の側面に前記保護膜を形成しながら溝の深さを調整して、前記溝を前記第１の溝として形成する深さ調整ステップと、前記深さ調整ステップの後に前記保護膜の状態を調整する保護膜調整ステップと、を含み、
前記保護膜調整ステップは、前記第１の面上へ保護膜を成膜することと、前記ドライエッチングのエッチング方向と交わる方向に形成された保護膜をエッチングすることと、を交互に繰り返すことを含む、貫通基板の形成方法。
前記深さ調整ステップでは、前記第１の面上へ保護膜を成膜することと、前記ドライエッチングのエッチング方向と交わる方向に形成された保護膜をエッチングすることと、前記基板をエッチングすることとを順番に繰り返す、請求項１に記載の貫通基板の形成方法。
前記保護膜調整ステップは、前記保護膜を成膜することを最後に行う、請求項１または２に記載の貫通基板の形成方法。
前記保護膜調整ステップは、前記保護膜をエッチングすることを最後に行う、請求項１または２に記載の貫通基板の形成方法。
前記保護膜調整ステップで成膜する保護膜の厚みは、前記深さ調整ステップで成膜する保護膜の厚みよりも厚い、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の貫通基板の形成方法。
前記基板がシリコン単結晶基板である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の貫通基板の形成方法。
前記基板は、液体吐出ヘッド用の基板である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の貫通基板の形成方法。