JP2016030380A - 液体吐出ヘッド用基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明の目的は、リフィル特性及び供給路間の隔壁の強度を両立することが可能な液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。【解決手段】本発明の一形態は、第１の面及び該第１の面と反対側の第２の面を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の前記第１の面上に配置された吐出エネルギー発生素子と、前記シリコン基板の前記第１の面及び前記第２の面に貫通する供給路と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、前記供給路は、前記第１の面に開口する第一の開口部と、該第一の開口部の第２の面側の開口に通じる第二の開口部と、該第二の開口部の第２の面側の開口に通じ、かつ前記第２の面に開口する第三の開口部と、から構成され、前記第二の開口部の第２の面側の開口は、該第二の開口部の第１の面側の開口よりも広く、前記第三の開口部は、基板面に対して略垂直である側壁を有する液体吐出ヘッド用基板である。【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用基板及びその製造方法に関する。

特許文献１に記載されるように吐出口から飛翔する液滴の方向を安定的に垂直にするため、吐出口に対して左右対称に２つの液体供給路を配置する液体吐出ヘッドがある。このような液体吐出ヘッドの形成方法として、シリコン基板に対して２段階のエッチング処理を行う方法が挙げられる。特許文献１では、まず、結晶異方性エッチングにより基板に共通液室となる凹部（共通供給路）を形成し、次に、ドライエッチングによって凹部の底部に複数の独立供給路を形成している。

特開２０１２−４５９２４号公報

ここで、ウエハ１枚から取得できるチップ数を増やすため、共通供給路をドライエッチング等により垂直方向に形成することが考えられる。しかし、共通供給路を垂直方向に形成し、隣り合う共通供給路の間隔を縮めた場合、共通供給路を隔てる側壁が薄くなり、側壁の強度、特に耐久性が求められる側壁の付け根部分の強度が不十分となる場合がある。また、側壁強度を上げるために側壁を厚く形成すると、共通供給路の体積（容積）が減少し、リフィル特性が不十分となる場合がある。

そこで、本発明の目的は、リフィル特性及び供給路の側壁（特に付け根部分）の強度を容易に両立することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。

本発明は、
第１の面及び該第１の面と反対側の第２の面を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の前記第１の面上に配置された吐出エネルギー発生素子と、前記シリコン基板の前記第１の面及び前記第２の面に貫通する供給路と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、
前記供給路は、
前記第１の面に開口する第一の開口部と、
該第一の開口部の第２の面側の開口に通じる第二の開口部と、
該第二の開口部の第２の面側の開口に通じ、かつ前記第２の面に開口する第三の開口部と、
から構成され、
前記第二の開口部の第２の面側の開口は、該第二の開口部の第１の面側の開口よりも広く、
前記第三の開口部は、基板面に対して略垂直である側壁を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板、である。

本発明の構成によれば、リフィル特性及び供給路の側壁（特に付け根部分）の強度を容易に両立することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。

本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの構成例を示す一部切断斜視図である。 基板をエッチングする方法を説明するための模式的工程断面図である。 基板をエッチングする方法を説明するための模式的工程断面図である。 基板をエッチングする方法を説明するための模式的工程断面図である。 本発明の一実施形態（又は実施例１）の製造工程を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態（又は実施例２）の製造工程を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態（又は実施例３）の製造工程を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態の製造工程を説明するための工程断面図である。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板は、第１の面（表面とも称す）及び該第１の面と反対側の第２の面（裏面とも称す）を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の前記第１の面上に配置された吐出エネルギー発生素子と、前記シリコン基板の前記第１の面及び前記第２の面に貫通する供給路と、を有する。前記供給路は、前記第１の面に開口する第一の開口部と、該第一の開口部の第２の面側の開口に通じる第二の開口部と、該第二の開口部の第２の面側の開口に通じ、かつ前記第２の面に開口する第三の開口部と、から構成される。また、前記第二の開口部の第２の面側の開口は、該第二の開口部の第１の面側の開口よりも広く、前記第三の開口部は、基板面に対して略垂直である側壁を有する。

本実施形態の構成によれば、リフィル特性及び供給路の強度を容易に両立することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。より具体的には、本発明の構成によれば、側壁（隔壁を含む）の付け根部分にシリコン基板部分を残すため、耐久性が求められる側壁の付け根部分の強度を高くし易くできるとともに、第三の開口部を略垂直方向に形成するため供給路容積を大きくし易くすることができる。そのため、リフィル特性及び供給路間の隔壁強度を容易に両立することができる。また、第一の開口部と第三の開口部との間に第二の開口部を設けることで、基板に圧力が加わった場合（例えばテンティング技術を用いてノズル形成を行った場合）に、第三の開口部の角部にかかる圧力が分散され易くなるため、耐久性を向上できる。

以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。

なお、本発明に係る液体吐出ヘッド用基板を備える液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、更には各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。尚、本発明において「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。さらに、「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、或いはインク、または記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。

また、以下の説明では、本発明の主な適用例としてインクジェット記録ヘッド用基板を挙げて説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。また、液体吐出ヘッド用基板は、インクジェット記録ヘッド用基板の他、バイオッチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッドの製造にも適用できる。

図１は本実施形態の液体吐出ヘッド用基板を備える液体吐出ヘッドの構成例を示す模式的斜視断面図である。図１に示される液体吐出ヘッドは、液体吐出ヘッド用基板及び該液体吐出ヘッド用基板の上に形成された流路形成部材６を備える。

液体吐出ヘッド用基板は、シリコン基板１と、該シリコン基板１の第１の面（表面）１Ａ上に形成された液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子２と、を有する。シリコン基板１は、第１の面及び該第１の面と反対側の第２の面（裏面）１Ｂに貫通する貫通孔としての供給路３０を有し、該供給路３０は第一の開口部３、第二の開口部４及び第三の開口部５から構成されている。第一の開口部３は第１の面に通じ、第二の開口部４は第一の開口部の開口（第２の面側の開口）に通じ、第三の開口部５は第二の開口部の開口（第２の面側の開口）及び第２の面に通じている。第二の開口部４の第２の面側の開口は該第二の開口部の第１の面側の開口よりも広く形成されている。また、第二の開口部４の側壁は、基板面の垂直方向に対して傾斜している。すなわち、第二の開口部４は、基板面の垂直方向に対して斜め方向に形成された側壁により形成されている。第二の開口部４の基板面と平行な面による断面は、第１の面から第２の面に向かって徐々に広がっている。また、第一の開口部３及び第三の開口部５の側壁は、基板面に対して略垂直方向に形成されている。なお、本発明において、「略垂直」は、許容されるべき製造誤差範囲を含み、例えば、基板面に対して８６°以上９４°以下の範囲である。

供給路３０は、第二の面側から第一の面側に向かってインク等の液体を供給する役割を有する。また、図１に示される液体吐出ヘッド用基板において第二の開口部４及び第三の開口部５が共通供給路として機能していると捉えることができる。また、第一の開口部３は、共通供給路に通じる独立供給路として捉えることができる。

図１において、吐出エネルギー発生素子２は所定のピッチで列状に形成されており、独立供給路としての第一の開口部３の開口（第１の面側の開口）は、吐出エネルギー発生素子２の列の両側に列状に配置されている。

流路形成部材６は、吐出口８及び該吐出口８に連通する液体流路７を形成している。供給路から液体流路７に供給されたインク等の液体は、吐出エネルギー発生素子２によって発生された吐出エネルギーによって吐出口８から飛翔し、記録媒体に付与される。

以下に、製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図５及び６は、本実施形態の製造方法における工程を説明するための模式的な工程断面図である。また、図５及び６は、図１に示される断面部分に相当する箇所の断面工程図である。

本実施形態は、以下の工程を有する。（１）前記第１の面側からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程。（２）前記第２の面側からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程。（３）前記第一の開口部または前記第三の開口部からエッチングを行い、前記第一の開口部及び前記第三の開口部を連通させ、前記第二の開口部を形成する工程。工程（１）及び（２）の順序は特に制限されない。

まず、図５（ａ）に示すように、第１の面（表面）及び該第１の面と反対側の面である第２の面（裏面）を有するシリコン基板１０１を用意する。シリコン基板１０１の第１の面上には吐出エネルギー発生素子１０２が複数配置されている。また、シリコン基板１０１の第１の面上には保護層１０３、シード層（不図示）が形成されている。

次に、図５（ｂ）に示すように、保護層１０３上に、エッチングマスク材料を配置し、フォトリソグラフィー技術を用いて該エッチングマスク材料を所望のパターンにパターニングし、第一のエッチングマスク１０４を形成する。第一のエッチングマスク１０４は、独立供給路の開口パターンに対応する第一の開口パターンを有する。該第一のエッチングマスク１０４を介して保護層１０３をエッチングし、基板面を露出させる。また、第二のエッチングマスク１０５は、共通供給路の開口パターンに対応する第二の開口パターンを有する。

エッチングマスク材料としては、例えば、ポジ型レジストを用いることができ、具体的には、ｉＰ５７００（商品名、東京応化工業社製）が挙げられる。また、同様の方法により、第２の面上にも、第二のエッチングマスク１０５を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、第一のエッチングマスク１０４を介して第１の面側からシリコン基板をエッチングし、第一の開口部１１３を形成する。

第一の開口部１１３は、基板面に対して略垂直方向に形成することが好ましい。すなわち、第一の開口部１１３の側壁は、基板面に対して略垂直に形成されることが好ましい。また、第一の開口部１１３を形成するためのエッチングとしては、特に制限されるものではなく、等方性エッチングや異方性エッチングが挙げられる。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングが好ましく、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングがより好ましい。異方性エッチングとしては、結晶異方性エッチングが好ましい。また、第一の開口部を形成するためのエッチングとしてボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを利用し、第一の開口部を基板面に対して略垂直方向に形成することが好ましい。

第一の開口部１１３の深さ（基板厚さ方向の距離、図１のｄ３）は、例えば、５０μｍ以上１５０μｍ以下である。

次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の第１の面上にテープを貼り付け、エッチングストップ層Ａを形成する。テープはエッチングガスによってダメージを受け難い材料を用いることができる。テープの材料としては、例えば、ポジ型レジストを用いることができ、具体的には、イクロステープ（商品名、住友化学社製）が挙げられる。

次に、図５（ｅ）に示すように、第二のエッチングマスク１０５を介して第２の面側からシリコン基板をエッチングし、第三の開口部１１５を形成する。第三の開口部１１５は、基板面に対して略垂直方向に形成する。すなわち、第三の開口部１１５の側壁は、基板面に対して略垂直に形成される。

第三の開口部１１５を形成するためのエッチングとしては、例えば、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチング等が挙げられる。これらの中でもボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングが好ましい。

第三の開口部１１５の深さ（基板厚さ方向の距離、図１のｄ５）は、例えば、４２５μｍ以上５７５μｍ以下である。

次に、図５（ｆ）に示すように、第三の開口部１１５からシリコン基板をエッチングし、第三の開口部１１５を第一の開口部１１３に空間的に連通させ、第二の開口部１１４を形成する。これにより、貫通孔としての供給路を形成する。第二の開口部の第２の面側の開口は該第二の開口部の第１の面側の開口よりも広く形成される。

第二の開口部は、基板面と平行な面による該第二の開口部の断面が第１の面から第２の面に向かって徐々に広がるように形成されることが好ましい。また、第二の開口部の側壁は、基板面の垂直方向に対して斜め方向に形成されることが好ましい。また、第二の開口部の対向する側壁は、基板面の垂直方向に対して傾斜した対称形に形成されることが好ましい。また、第二の開口部の全ての側壁は、基板面と平行な面による第二の開口部の断面が第１の面から第２の面に向かって徐々に広がるように、基板面に対して斜めに形成されることが好ましい。

基板面と第二の開口部の側壁との間の角度は、好ましくは、５０°以上８０°以下である。なお、基板面と第二の開口部の側壁との間の角度は、第二の開口部の第２の面側の開口中心を通りかつ基板面に垂直な面による第二の開口部の断面における、側壁の第１の面側の端部（第一の端部）及び第２の面側の端部（第二の端部）を結んだ線と、基板面（第２の面）とが成す角度と定義されることができる。

供給路は、第一の開口部の第２の面側の側壁端部と第二の開口部の第１の面側の側壁端部とが一致する部分を有することが好ましい。すなわち、供給路は、第一の開口部の第２の面側の側壁端部と第二の開口部の第１の面側の側壁端部とが繋がっている部分を有することが好ましい。

供給路は、第三の開口部の第１の面側の側壁端部と第二の開口部の第２の面側の側壁端部とが一致する部分を有することが好ましい。すなわち、供給路は、第三の開口部の第１の面側の側壁端部と第二の開口部の第２の面側の側壁端部とが繋がっている部分を有することが好ましい。また、第三の開口部の第１の面側の側壁端部は第二の開口部の第２の面側の側壁端部と一致していることがより好ましい。

第二の開口部１１４を形成するためのエッチングとしては、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。図５では、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを利用して、第三の開口部１１５から第二の開口部１１４を形成した例を示している。結晶異方性エッチングにより第二の開口部を形成する場合、第三の開口部の側壁や第一の開口部の側壁等、必要な部分に適宜保護膜を設けることができる。

なお、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いて、エッチング進行方向に対して開口幅が狭くなるようにエッチングする方法については、下方で詳細に説明する。

第二の開口部１１４の深さ（基板厚さ方向の距離、図１のｄ４）は、例えば、１００〜１５０μｍである。

また、第二の開口部１１４の深さと第三の開口部１１５の深さの比は、１００：５２５〜１５０：４７５であることが好ましく、１１５：５１０〜１３５：４９０であることがより好ましい。第一の開口部１１３の深さと第二の開口部１１４の深さの比は、１２５：１００〜７５：１５０であることが好ましく、１１０：１３５〜９０：１１５であることがより好ましい。

基板面と平行な面による第二の開口部の断面において、上端部（第一の面側端部）の断面積Ａと下端部（第二の面側端部）の断面積Ｂとの比は、６７６：１００〜２０１：１００であることが好ましく、５４７：１００〜２３７：１００であることがより好ましい。

次に、図５（ｇ）に示すように、エッチングストップ層Ａを除去し、第一のエッチングマスク１０４及び第二のエッチングマスク１０５を除去する。

図６に示す実施形態では、第一の開口部１１３からシリコン基板をエッチングして、第二の開口部１１４を形成し、第一の開口部１１３を第三の開口部１１５に空間的に連通させる。この際、第一の開口部１１３からエッチングが進行するに伴い、開口幅が広がるようにエッチングを行い、第二の開口部１１４を形成する。なお、図６に示す実施形態は、第一の開口部１１３を形成する工程と第三の開口部１１５を形成する工程の順序を図５に示す実施形態の順序とは逆にしている。

図６（ａ）から（ｂ）までの工程は、図５（ａ）から（ｂ）までの工程と同じであるため、説明を省略する。

次に、図６（ｃ）に示すように、第二のエッチングマスクを介して第２の面側からシリコン基板をエッチングし、第三の開口部１１５を基板面に対して略垂直方向に形成する。

次に、図６（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の第２の面上にテープを貼り付け、エッチングストップ層Ｂを形成する。

次に、図６（ｅ）に示すように、第１の面側からシリコン基板をエッチングし、第一の開口部１１３を形成する。

次に、図６（ｆ）に示すように、第一の開口部１１３からシリコン基板をエッチングして第二の開口部１１４を形成し、第一の開口部１１３を第三の開口部１１５に空間的に連通させる。これにより、貫通孔としての供給路を形成する。

第二の開口部１１４を形成するためのエッチングとしては、等方性エッチングを用いることが好ましい。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングを好ましく挙げることができる。特に、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。

なお、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いて、エッチング進行方向に対して開口幅が広がるようにエッチングする方法の詳細については、後述する。

次に、図６（ｇ）に示すように、エッチングストップ層Ｂを除去し、第一のエッチングマスク１０４及び第二のエッチングマスク１０５を除去する。

本実施形態によれば、リフィル特性及び供給路間の隔壁の強度を両立することが容易な液体吐出ヘッド用基板を得ることができる。本実施形態によれば、ウエハ１枚から取得できるチップ数を増やすために吐出口密度を高くした場合であっても、隔壁の付け根部分に基板部分を残すため隔壁の強度を高くすることができるとともに、第三の開口部を略垂直方向に形成するため供給路容積を大きくすることができる。そのため、リフィル特性及び供給路間の隔壁強度を容易に両立させることができる。

本実施形態において、一つの第三の開口部に対して複数の第一の開口部が連通している。また、図５に示す形態においては、一つの第三の開口部に対して一つの第二の開口部が連通し、一つの第二の開口部に対して複数の第一の開口部が連通している。また、図６に示す形態においては、一つの第三の開口部に対して、複数の第二の開口部が連通し、複数の第二の開口部のそれぞれに対して一つの第一の開口部がそれぞれ連通している。

（実施形態２）
図７は、本発明の別の実施形態の製造方法における工程を説明するための模式的な工程断面図である。また、図７は、図１に示される断面部分に相当する箇所の断面工程図である。

本実施形態は、以下の工程を有する。（１）前記第１の面側からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程。（２）前記第一の開口部からエッチングを行い、前記第二の開口部を形成する工程。（３）前記第二の開口部からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程。

以下、図７を参照して本実施形態について説明する。本実施形態では、シリコン基板の第１の面からのエッチングにより、供給路を形成する。

図７（ａ）に示す工程は、図５（ａ）に示す工程と同じであるため省略する。

図７（ｂ）に示すように、シリコン基板１０１の第１の面上にエッチングマスク１０４を形成する。また、シリコン基板１０１の第２の面上にエッチングストップ層Ｃを形成する。

次に、図７（ｃ）に示すように、エッチングマスク１０４を介して第１の面側からエッチングを行い、第一の開口部１１３を形成する。

第一の開口部１１３を形成するためのエッチングとしては、特に制限されるものではなく、等方性エッチングや異方性エッチングが挙げられる。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングが好ましく挙げられ、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングがより好ましく挙げられる。異方性エッチングとしては、結晶異方性エッチングが好ましく挙げられる。また、第一の開口部を形成するためのエッチングとしてボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを利用し、第一の開口部を基板面に対して略垂直方向に形成することが好ましい。

次に、図７（ｄ）に示すように、第一の開口部からエッチングを行い、第二の開口部１１４を形成する。

第二の開口部１１４を形成するためのエッチングとしては、等方性エッチングを用いることが好ましい。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングを好ましく挙げることができる。特に、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。

次に、図７（ｅ）に示すように、第二の開口部１１４からエッチングを行い、第三の開口部１１５を形成する。

第三の開口部１１５を形成するためのエッチングとしては、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。結晶異方性エッチングにより第三の開口部を形成する場合、第二の開口部の側壁や第一の開口部の側壁等、必要な部分に適宜保護膜を設けることができる。

次に、図７（ｆ）に示すように、エッチングストップ層Ｃを除去し、第一のエッチングマスク１０４を除去する。

本実施形態によれば、第１の面側からのエッチングにより容易に本実施形態の液体吐出ヘッド用基板を製造することができる。

図７に示す形態では、一つの第三の開口部に対して一つの第二の開口部が連通し、一つの第二の開口部に対して一つの第一の開口部が連通している。

なお、図７に示す実施形態では、図５や６に示すような独立供給路や共通供給路の概念がなく、１つの第一の開口部と１つの第二の開口部と１つの第三の開口部で構成される供給路が複数形成される。しかし、本実施形態の製造方法においても、図８に示すように、１つの共通供給路に複数の独立供給路が繋がる供給路を形成することができる。これは、エッチングマスクの開口の配置パターンを調整したり、第一の開口部のエッチング条件や第二の開口部のエッチング条件を調整したりすること等によって達成できる。

（実施形態３）
本実施形態は、図７を参照して説明した実施形態２の方法とは逆に、第２の面からのエッチングにより供給路を形成する製造方法である。

本実施形態は、以下の工程を有する。（１）前記第２の面側からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程。（２）前記第三の開口部からエッチングを行い、前記第二の開口部を形成する工程。（３）前記第二の開口部からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程。

まず、シリコン基板の第２の面上にエッチングマスクを形成する。また、シリコン基板の第１の面上にエッチングストップ層を形成する。

次に、エッチングマスクを介して第２の面側からエッチングを行い、第三の開口部を形成する。第三の開口部を形成するためのエッチングとしては、例えば、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチング等が挙げられる。これらの中でも、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを用いることが好ましい。

次に、第三の開口部からエッチングを行い、第二の開口部を形成する。第二の開口部を形成するためのエッチングとしては、例えば、結晶異方性エッチングやボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングが挙げられる。これらの中でもボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングが好ましい。

次に、第二の開口部からエッチングを行い、第一の開口部を形成する。第一の開口部を形成するためのエッチングとしては、特に制限されるものではなく、等方性エッチングや異方性エッチングが挙げられる。等方性エッチングとしては、反応性イオンエッチングが好ましく挙げられ、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングがより好ましく挙げられる。異方性エッチングとしては、結晶異方性エッチングが好ましく挙げられる。また、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを利用し、第一の開口部を基板面に対して略垂直方向に形成することが好ましい。

次に、エッチングストップ層を除去し、エッチングマスクを除去する。

本実施形態によれば、第２の面側からのエッチングにより容易に本実施形態の液体吐出ヘッド用基板を製造することができる。

なお、本実施形態でも、１つの第一の開口部と１つの第二の開口部と１つの第三の開口部で構成される供給路を形成することもでき、また、１つの共通供給路に複数の独立供給路が繋がる供給路を形成することができる。

（ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチング）
上述のように、第一の開口部、第二の開口部及び第三の開口部の形成方法としては、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを挙げることができる。反応性イオンエッチングは加速したイオンによりエッチングを行い、反応性イオンエッチングの装置はイオンを生成するプラズマ発生装置とエッチングする反応室を備える。例えば、高密度のイオンを発生できるＩＣＰ（誘導結合プラズマ）ドライエッチング装置を用いた場合、コーティングとエッチングを交互に行うことによってシリコン基板を垂直にエッチングできる。エッチングガスとしては、例えば、ＳＦ₆ガスを用いることができ、パッシベーション層を形成するガスとしては、例えば、Ｃ₄Ｆ₈ガスやＣＨＦ₃ガスを用いることができる。本実施形態においては、ＩＣＰプラズマ装置を用いたドライエッチングにより供給路を形成することが好ましいが、他の方式のプラズマソースを有するドライエッチング装置を用いてもよい。例えば、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）イオン源を有する装置を用いることもできる。

さらに、図２を参照して、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングの条件について述べる。ボッシュプロセスは図２（ａ）から（ｅ）に示すようにエッチング工程とパッシベーション層形成工程を繰り返し行うことでエッチングする手法である。まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板をエッチングして第一のエッチング溝を形成する。次に、第一のエッチング溝に第一のパッシベーション層を形成し、第一のエッチンング溝の壁面を保護する。次に、図２（ｃ）に示すように、第一のパッシベーション層の底部をエッチングし、次のエッチング開始面となる領域を露出する。次に、図２（ｄ）に示すように、第一のパッシベーション層がエッチングされて露出したシリコン基板をエッチングし、第二のエッチング溝を形成する。そして、図２（ｅ）に示すように、第二のエッチング溝に第二のパッシベーション層を形成する。このようにエッチング工程とパッシベーション層形成工程を繰り返すことにより、シリコン基板をエッチングすることができる。そして、このエッチング工程とパッシベーション層形成工程のそれぞれの条件を制御することにより、開口部を基板面に対して略垂直方向に形成することができ、または、エッチング進行方向に向かって開口部が広がるように若しくは狭くなるように形成することができる。

開口部を垂直方向に形成する場合、エッチング時間は１サイクル当たり１０秒以上２０秒以下に、パッシベーション層形成時間は１サイクル当たり１秒以上１０秒以下に設定することが好ましい。この際の反応性イオンエッチングの真空度に関し、ガス圧力（絶対圧）は０．１Ｐａ以上、５０Ｐａ以下に設定することが好ましい。ＳＦ₆ガスの流量は５０ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下に設定することが好ましく、Ｃ₄Ｆ₈の流量は５０ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下に設定することが好ましい。特に、高真空にするために、ガス圧を０．５Ｐａ以上１０Ｐａ以下に設定することが好ましい。

エッチング進行方向に対して開口幅が広くなるように開口部を形成する方法について図３を参照して説明する。なお、図３（ａ）〜（ｃ）の工程は、図２（ａ）〜（ｃ）の工程と同じなので説明を省略する。図３（ｄ）に示すエッチング工程において、図２に示す開口部を垂直方向に形成する場合よりもエッチング時間を長くすることにより、第二のエッチング溝の開口幅（又は開口面積）を広げることができる。エッチングの進行方法に向かって開口幅が広がるようにエッチングする場合、パッシベーション層形成時間を１サイクル当たり１秒以上１０秒以下に設定し、エッチング時間を１サイクル当たり１０秒以上３０秒以下に設定することが好ましい。また、その他にも、ガス圧力やイオン種等のエッチング条件を適宜選択することにより、エッチング進行方向に対して開口幅が広がるように開口部を形成することができる。

エッチング進行方向に対して開口幅が狭くなるように開口部を形成する方法について図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）〜（ｂ）の工程は、図２（ａ）〜（ｂ）の工程と同じなので説明を省略する。図４（ｃ）では、パッシベーション層のエッチング時間を図２（ｃ）に示す場合に比べて短くすることにより、シリコン基板が露出する面積を小さくしている。また、図４（ｄ）では、エッチング時間を図２（ｄ）に示す場合に比べて短くすることにより、第二のエッチング溝の開口幅（開口面積）を小さくしている。このようにエッチングを進めることにより、エッチング進行方向に対して開口幅が狭くなるように開口部を形成することができる。エッチングの進行方法に向かって開口幅が狭くなるようにエッチングする場合、パッシベーション層形成時間を１サイクル当たり５〜２０秒に設定し、エッチング時間を１サイクル当たり５秒以上２０秒以下に設定することが好ましい。また、その他にも、ガス圧力やイオン種等のエッチング条件を適宜選択することにより、エッチング進行方向に対して開口幅が狭くなるように開口部を形成することができる。

なお、上記ではボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを例に挙げて説明したが、本発明はボッシュプロセスに限定されるものではない。例えばコイルパワー、プラテンパワーを変化させ事で基板面に対し傾斜したエッチングが可能なことを利用し、同様の考え方でプロセス設定することで条件設定可能である。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
本実施例について図５（ａ）−（ｇ）を参照して説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、第１の面（表面）及び該第１の面と反対側の面である第２の面（裏面）を有するシリコン基板１０１を用意した。シリコン基板１０１の第１の面上には吐出エネルギー発生素子１０２が複数配置されている。また、シリコン基板１０１の第１の面上には保護層１０３が形成されている。具体的には、吐出エネルギー発生素子はＴａＳｉＮで構成され、保護層はＳｉＯで構成され、シード層は金で構成される。

次に、図５（ｂ）に示すように、保護層１０３上に、ポジ型レジストを用いてエッチングマスク材料を配置し、フォトリソグラフィー技術を用いて該エッチングマスク材料を所望のパターンにパターニングし、第一のエッチングマスク１０４を形成した。エッチングマスク材料としてｉＰ５７００（商品名、東京応化工業社製）を用いた。また、同様の方法により、第二の面上にも、第二のエッチングマスク１０５を形成した。

次に、図５（ｃ）に示すように、第一のエッチングマスク１０４を介して第１の面側からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第一の開口部１１３を形成した。具体的には、シリコン基板１０１の厚み７２５μｍに対して第一の開口部１１３は第１の面から１００μｍの深さで形成した。また、第一の開口部１１３は基板面に対して垂直方向に形成した。

このときのボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングでは、エッチング工程とパッシベーション層形成工程とを複数回繰り返した。パッシベーション層の形成時間を１サイクル当たり５秒、エッチングの時間を１サイクル当たり１５秒とした。反応性イオンエッチングの条件については、ガス圧力（絶対圧）を５Ｐａ、ＳＦ₆ガス流量を５００ｓｃｃｍ、Ｃ₄Ｆ₈のガス流量を５００ｓｃｃｍとした。

次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の第１の面上にテープを貼り付け、エッチングストップ層Ａを形成した。テープはエッチングガスによってダメージを受け難い材料を用いることができるが、テープの材料としては、ポジ型レジストを用い、具体的には、イクロステープ（商品名、住友化学社製）を用いた。

次に、図５（ｅ）に示すように、第二のエッチングマスク１０５を介して第二の面側からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第三の開口部１１５を形成した。第三の開口部１１５は、第二の面から４００μｍの深さで形成した。また、第三の開口部１１５は基板面に対して垂直方向に形成した。

このときのボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングでは、パッシベーション層の形成時間を１サイクル当たり５秒、エッチングの時間を１サイクル当たり１５秒とした。反応性イオンエッチングの条件については、ガス圧力（絶対圧）を５Ｐａ、ＳＦ₆ガス流量を５００ｓｃｃｍ、Ｃ₄Ｆ₈のガス流量を５００ｓｃｃｍとした。

次に、図５（ｆ）に示すように、第三の開口部１１５からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングして第二の開口部１１４を形成し、第三の開口部１１５を第一の開口部１１３に連通させた。これにより、貫通孔としての供給路を形成した。

このときのボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングでは、エッチングの時間を、第一の開口部や第三の開口部のように開口部を垂直方向に形成するときのエッチング時間よりも少なくなるように設定した。このようにエッチングプロセス時間を設定することで、第１の面側にエッチングが進行するに伴い、徐々に開口幅が狭くなる形状に加工することができる。より具体的には、パッシベーション層の形成時間を１サイクル当たり１０秒、エッチングの時間を１サイクル当たり１０秒とした。また、反応性イオンエッチングの条件については、ガス圧力（絶対圧）を５Ｐａ、ＳＦ₆のガス流量を５００ｓｃｃｍ、Ｃ₄Ｆ₈のガス流量を５００ｓｃｃｍとした。

次に、図５（ｇ）に示すように、エッチングストップ層Ａを除去し、第一のエッチングマスク１０４及び第二のエッチングマスク１０５を除去し、液体吐出ヘッド用基板を得た。

（実施例２）
実施例２では、第一の開口部１１３からシリコン基板をエッチングして第二の開口部１１４を形成し、第一の開口部１１３を第三の開口部１１５に連通させた。また、実施例２では、第一の開口部１１３を形成する工程と第三の開口部１１５を形成する工程の順序を実施例１の順序とは逆にした。

以下、図６（ａ）−（ｇ）を参照し、実施例２を説明する。

図６（ａ）から（ｂ）までは実施例１の図５（ａ）から（ｂ）と同じ工程であるため、説明を省略する。

次に、図６（ｃ）に示すように、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第三の開口部１１５を形成した。第三の開口部１１５は、シリコン基板（厚さ７２５μｍ）に第二の面から４００μｍの深さで、基板面に対して垂直方向に形成した。

次に、図６（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の第二の面上にテープを貼り付け、エッチングストップ層Ｂを形成した。テープとしては、イクロステープ（商品名、住友化学社製）を用いた。

次に、図６（ｅ）に示すように、ボッシュプロセスを用いて反応性イオンエッチングによりシリコン基板を第１の面側からエッチングし、第一の開口部１１３を形成した。第一の開口部１１３は、シリコン基板の第１の面から１００μｍの深さで、基板面に対して垂直方向に形成した。

次に、図６（ｆ）に示すように、第一の開口部１１３からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第一の開口部１１３を第三の開口部１１５に連通させ、第二の開口部１１４を形成した。これにより、貫通孔としての供給路を形成した。

このときのボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングは、エッチングの時間を、第一の開口部や第三の開口部のように開口部を垂直方向に形成するときのエッチング時間よりも多くなるように設定した。このようにエッチング時間を設定することにより、第２の面側にエッチングが進行するに伴い、徐々に開口幅が広くなる形状に加工することができる。より具体的には、パッシベーション層の形成時間を１サイクル当たり５秒、エッチングの時間を１サイクル当たり２５秒に設定した。また、反応性イオンエッチングの条件については、ガス圧力（絶対圧）を５Ｐａ、ＳＦ₆のガス流量を５００ｓｃｃｍ、Ｃ₄Ｆ₈の流量を５００ｓｃｃｍとした。

次に、図６（ｇ）に示すように、エッチングストップ層Ｂを除去し、第一のエッチングマスク１０４及び第二のエッチングマスク１０５を除去し、液体吐出ヘッド用基板を得た。

（実施例３）
実施例３では、シリコン基板の第１の面からのエッチングにより、供給路を形成した。以下、図７（ａ）−（ｆ）を参照して、実施例３を説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、第１に耐エッチングマスク層を形成したシリコン基板を用意した。次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン基板１０１の第１の面上に所望の開口パターンを有するエッチングマスク１０４を形成した。また、シリコン基板の第二の面にテープを貼り付け、エッチングストップ層Ｃを形成した。テープとしては、イクロステープ（商品名、住友化学社製）を用いた。次に、図７（ｃ）に示すように、エッチングマスク１０４を介して第１の面側からボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングによりシリコン基板をエッチングし、第一の開口部１１３を形成した。第一の開口部１１３の深さは、第１の面から１００μｍとした。また、エッチング条件は実施例１の第一の開口部を形成したときと同じ条件とした。次に、図７（ｄ）に示すように、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングにより、第二の開口部１１４を形成した。第二の開口部１１４の深さは、第一の開口部１１３の端部（底部）から２２５μｍとした。また、エッチング条件は実施例２における第二の開口部を形成したときと同じ条件とした。次に、図７（ｅ）に示すように、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングにより、第二の開口部の底部からシリコン基板をエッチングし、第三の開口部１１５を形成した。エッチング条件は、実施例１における第三の開口部を形成したときと同じ条件とした。次に、図７（ｆ）に示すように、エッチングマスク１０４とエッチングストップ層Ｃを除去し、液体吐出ヘッド用基板を得た。

１ シリコン基板
２ 吐出エネルギー発生素子
３ 第一の開口部
４ 第二の開口部
５ 第三の開口部
１０１ シリコン基板
１０２ 吐出エネルギー発生素子
１０３ 保護層
１０４ エッチングマスク（第一のエッチングマスク）
１０５ エッチングマスク（第二のエッチングマスク）
１１３ 第一の開口部
１１４ 第二の開口部
１１５ 第三の開口部
Ａ，Ｂ，Ｃ エッチングストップ層

Claims (22)

1. 第１の面及び該第１の面と反対側の第２の面を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の前記第１の面上に配置された吐出エネルギー発生素子と、前記シリコン基板の前記第１の面及び前記第２の面に貫通する供給路と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、
   前記供給路は、
   前記第１の面に開口する第一の開口部と、
   該第一の開口部の第２の面側の開口に通じる第二の開口部と、
   該第二の開口部の第２の面側の開口に通じ、かつ前記第２の面に開口する第三の開口部と、
   から構成され、
   前記第二の開口部の第２の面側の開口は、該第二の開口部の第１の面側の開口よりも広く、
   前記第三の開口部は、基板面に対して略垂直である側壁を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 基板面と平行な面による前記第二の開口部の断面は、第１の面から第２の面に向かって徐々に広くなる請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
3. 前記第二の開口部の側壁は、基板面の垂直方向に対して傾斜している請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 前記第二の開口部の側壁における第１の面側の第一の端部と第２の面側の第二の端部とを結ぶ線の、前記第２の面に対する角度が、５０°以上８０°以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記第一の開口部は、基板面に対して略垂直である側壁を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 前記供給路は、前記第一の開口部の第２の面側の側壁端部と前記第二の開口部の第１の面側の側壁端部とが繋がっている部分を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
7. 前記供給路は、前記第三の開口部の第１の面側の側壁端部と前記第二の開口部の第２の面側の側壁端部とが繋がっている部分を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
8. 一つの前記第三の開口部に対して複数の前記第一の開口部が連通している請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
9. 一つの前記第三の開口部に対して一つの前記第二の開口部が連通し、一つの前記第二の開口部に対して複数の前記第一の開口部が連通している請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板。
10. 一つの前記第三の開口部に対して、複数の前記第二の開口部が連通し、複数の前記第二の開口部のそれぞれに対して一つの前記第一の開口部がそれぞれ連通している請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板。
11. 一つの前記第三の開口部に対して一つの前記第二の開口部が連通し、一つの前記第二の開口部に対して一つの前記第一の開口部が連通している請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
    （１）前記第１の面側からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程と、
    （２）前記第２の面側からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程と、
    （３）前記第一の開口部または前記第三の開口部からエッチングを行い、前記第一の開口部及び前記第三の開口部を連通させ、前記第二の開口部を形成する工程と、
    を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
13. 前記工程（３）は、前記第一の開口部から等方性エッチングを行って前記第二の開口部を形成する工程である請求項１２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
14. 前記等方性エッチングが、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングである請求項１３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
15. 前記工程（３）は、前記第三の開口部から結晶異方性エッチング又はボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングを行って前記第二の開口部を形成する工程である請求項１２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
16. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
    （１）前記第１の面側からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程と、
    （２）前記第一の開口部からエッチングを行い、前記第二の開口部を形成する工程と、
    （３）前記第二の開口部からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程と、
    を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
17. 前記工程（２）におけるエッチングが、等方性エッチングである請求項１６に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
18. 前記工程（２）におけるエッチングが、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングである請求項１６に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
19. 前記工程（１）及び（３）におけるエッチングが、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングである請求項１７又は１８に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
20. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
    （１）前記第２の面側からエッチングを行い、前記第三の開口部を形成する工程と、
    （２）前記第三の開口部からエッチングを行い、前記第二の開口部を形成する工程と、
    （３）前記第二の開口部からエッチングを行い、前記第一の開口部を形成する工程と、
    を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
21. 前記工程（２）におけるエッチングが、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングである請求項２０に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
22. 前記工程（１）及び（３）におけるエッチングが、ボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングである請求項２０又は２１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。

Images