JPH1110896A - Ｓｉ異方性エッチング方法、インクジェットヘッド、及びその製造方法 - Google Patents
Ｓｉ異方性エッチング方法、インクジェットヘッド、及びその製造方法Info
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- JPH1110896A JPH1110896A JP9164499A JP16449997A JPH1110896A JP H1110896 A JPH1110896 A JP H1110896A JP 9164499 A JP9164499 A JP 9164499A JP 16449997 A JP16449997 A JP 16449997A JP H1110896 A JPH1110896 A JP H1110896A
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 面方位＜１００＞を有するＳｉ基板の異方性
エッチングによる加工形状の制約を緩和でき、例えばイ
ンクジェットヘッドのインク供給口の形成に好適なＳｉ
異方性エッチング方法を提供する。 【解決手段】 面方位＜１００＞を有するＳｉ材（Ｓｉ
基板１）の異方性エッチング方法において、あらかじめ
前記Ｓｉ材を加熱処理してからエッチングすることによ
り、＜１１１＞面（４）と＜１１１＞面（５）とから成
る「く」の字形状の加工断面を形成することを特徴とす
るＳｉ異方性エッチング方法。
エッチングによる加工形状の制約を緩和でき、例えばイ
ンクジェットヘッドのインク供給口の形成に好適なＳｉ
異方性エッチング方法を提供する。 【解決手段】 面方位＜１００＞を有するＳｉ材（Ｓｉ
基板１）の異方性エッチング方法において、あらかじめ
前記Ｓｉ材を加熱処理してからエッチングすることによ
り、＜１１１＞面（４）と＜１１１＞面（５）とから成
る「く」の字形状の加工断面を形成することを特徴とす
るＳｉ異方性エッチング方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度センサー、
インクジェットヘッドのインク供給口の形成等、マイク
ロマシニング技術に有用なＳｉ異方性エッチング方法に
関する。
インクジェットヘッドのインク供給口の形成等、マイク
ロマシニング技術に有用なＳｉ異方性エッチング方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりマイクロマシニングの一手法と
して、＜１００＞の面方位を有するＳｉ基板のアルカリ
溶液による異方性エッチングは広く行われている。これ
は、面方位によるアルカリ溶液に対する溶解速度差を利
用したもので、具体的には、溶解速度の極めて遅い＜１
１１＞面を残すような形態でエッチングが進行する。
して、＜１００＞の面方位を有するＳｉ基板のアルカリ
溶液による異方性エッチングは広く行われている。これ
は、面方位によるアルカリ溶液に対する溶解速度差を利
用したもので、具体的には、溶解速度の極めて遅い＜１
１１＞面を残すような形態でエッチングが進行する。
【０００３】図５は、従来のＳｉ異方性エッチング方法
により形成した加工断面を例示する模式的断面図であ
る。この図において、５１はＳｉ基板、５２はエッチン
グマスク、５３は＜１００＞面、５４は＜１１１＞面で
ある。この図に示す様に、＜１００＞面５３の面方位に
対して＜１１１＞面５４は約５５°の角度にある。した
がって、従来のＳｉ異方性エッチング方法では、例え
ば、厚みｔのＳｉ基板５１を貫通させるような加工をす
る場合、所望の貫通加工幅Ｘを得ようとすると、エッチ
ング開始面は幾何学的には（Ｘ＋２ｔ／ｔａｎ５５゜）
の幅が必要である。この様に、従来技術では加工形状が
限定され、加工上の制約が大きい。さらに、この様な異
方性エッチング法を例えばインクジェットヘッドのイン
ク供給口の形成等に用いる場合は、チップの小型化やチ
ップの後工程（ダイボンディング工程等）での加工等に
支障を来たしてしまう。
により形成した加工断面を例示する模式的断面図であ
る。この図において、５１はＳｉ基板、５２はエッチン
グマスク、５３は＜１００＞面、５４は＜１１１＞面で
ある。この図に示す様に、＜１００＞面５３の面方位に
対して＜１１１＞面５４は約５５°の角度にある。した
がって、従来のＳｉ異方性エッチング方法では、例え
ば、厚みｔのＳｉ基板５１を貫通させるような加工をす
る場合、所望の貫通加工幅Ｘを得ようとすると、エッチ
ング開始面は幾何学的には（Ｘ＋２ｔ／ｔａｎ５５゜）
の幅が必要である。この様に、従来技術では加工形状が
限定され、加工上の制約が大きい。さらに、この様な異
方性エッチング法を例えばインクジェットヘッドのイン
ク供給口の形成等に用いる場合は、チップの小型化やチ
ップの後工程（ダイボンディング工程等）での加工等に
支障を来たしてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記諸点に
鑑みなされたものであり、面方位＜１００＞を有するＳ
ｉ基板の異方性エッチングによる加工形状の制約を緩和
するＳｉ異方性エッチング方法、その方法を含むインク
ジェットヘッドの製造方法、及び、その方法により得ら
れるインクジェットヘッドを提供することにある。
鑑みなされたものであり、面方位＜１００＞を有するＳ
ｉ基板の異方性エッチングによる加工形状の制約を緩和
するＳｉ異方性エッチング方法、その方法を含むインク
ジェットヘッドの製造方法、及び、その方法により得ら
れるインクジェットヘッドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、＜１００＞
の面方位を有するＳｉ基板に異方性エッチングを行う前
に、あらかじめ加熱処理を施しておくと、最終的に
「く」の字形状の加工断面が得られることを見い出し、
本発明を完成するに至った。
の面方位を有するＳｉ基板に異方性エッチングを行う前
に、あらかじめ加熱処理を施しておくと、最終的に
「く」の字形状の加工断面が得られることを見い出し、
本発明を完成するに至った。
【０００６】すなわち本発明は、面方位＜１００＞を有
するＳｉ材の異方性エッチング方法において、あらかじ
め前記Ｓｉ材を加熱処理してからエッチングすることに
より、「く」の字形状の加工断面を形成することを特徴
とするＳｉ異方性エッチング方法である。
するＳｉ材の異方性エッチング方法において、あらかじ
め前記Ｓｉ材を加熱処理してからエッチングすることに
より、「く」の字形状の加工断面を形成することを特徴
とするＳｉ異方性エッチング方法である。
【０００７】また本発明は、上記Ｓｉ異方性エッチング
方法により形成された「く」の字形状の加工断面を含む
インク給供口を有するインクジェットヘッド、及び、上
記Ｓｉ異方性エッチング方法により「く」の字形状の加
工断面を含むインク給供口を形成する工程を含むインク
ジェットヘッドの製造方法を包含する。
方法により形成された「く」の字形状の加工断面を含む
インク給供口を有するインクジェットヘッド、及び、上
記Ｓｉ異方性エッチング方法により「く」の字形状の加
工断面を含むインク給供口を形成する工程を含むインク
ジェットヘッドの製造方法を包含する。
【０００８】本発明においては、あらかじめＳｉ基板を
加熱処理しておいてからエッチングすることに起因し
て、エッチング開始直後は従来と同様に＜１００＞面に
対し約５５゜の角度の＜１１１＞面が出現するが、エッ
チングが進行すると＜１００＞面に対し約１２５゜の角
度の＜１１１＞面が出現し、このエッチングが進行する
ことにより、最終的に「く」の字形状の加工断面が得ら
れる。この「く」の字形状の加工断面が得られれば、同
じ貫通加工幅を得る場合でも従来技術よりも小さなエッ
チング開始面で足り、その結果チップの小型化等が可能
となる。何故、加熱処理をしておくと１２５゜の角度の
＜１１１＞面が出現するか、その理由は厳密には不明で
あるが、Ｓｉ基板中の酸素との関連における作用に基づ
くものと考えられる。
加熱処理しておいてからエッチングすることに起因し
て、エッチング開始直後は従来と同様に＜１００＞面に
対し約５５゜の角度の＜１１１＞面が出現するが、エッ
チングが進行すると＜１００＞面に対し約１２５゜の角
度の＜１１１＞面が出現し、このエッチングが進行する
ことにより、最終的に「く」の字形状の加工断面が得ら
れる。この「く」の字形状の加工断面が得られれば、同
じ貫通加工幅を得る場合でも従来技術よりも小さなエッ
チング開始面で足り、その結果チップの小型化等が可能
となる。何故、加熱処理をしておくと１２５゜の角度の
＜１１１＞面が出現するか、その理由は厳密には不明で
あるが、Ｓｉ基板中の酸素との関連における作用に基づ
くものと考えられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００１０】まず、面方位＜１００＞を有するＳｉ基板
（基板状のＳｉ材）を用意する。このＳｉ基板として
は、従来より公知の各種Ｓｉが使用可能であるが、特
に、その酸素濃度が１０Ｅｌ７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）
以上のものが好ましく、更に酸素濃度が１２Ｅｌ７（ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）以上のものがより好ましい。
（基板状のＳｉ材）を用意する。このＳｉ基板として
は、従来より公知の各種Ｓｉが使用可能であるが、特
に、その酸素濃度が１０Ｅｌ７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）
以上のものが好ましく、更に酸素濃度が１２Ｅｌ７（ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）以上のものがより好ましい。
【００１１】そして、このＳｉ基板１をエッチングする
前にあらかじめ加熱処理する。この加熱処理の条件は、
次の異方性エッチング工程において＜１００＞面に対し
約１２５゜の角度の＜１１１＞面が出現し、最終的に
「く」の字形状の加工断面が得られるように適宜設定す
れば良い。その加熱処理の温度は１０００℃以上が望ま
しく、更に１１００℃〜１３００℃が好ましい。加熱時
間は、処理温度にもよるが、通常は６０分以上が好まし
い。
前にあらかじめ加熱処理する。この加熱処理の条件は、
次の異方性エッチング工程において＜１００＞面に対し
約１２５゜の角度の＜１１１＞面が出現し、最終的に
「く」の字形状の加工断面が得られるように適宜設定す
れば良い。その加熱処理の温度は１０００℃以上が望ま
しく、更に１１００℃〜１３００℃が好ましい。加熱時
間は、処理温度にもよるが、通常は６０分以上が好まし
い。
【００１２】この加熱処理の後、異方性エッチングを行
う。図１（ａ）〜（ｄ）は、この異方性エッチングの進
行を経時的に示す模式的断面図である。まず図１（ａ）
に示す様に、Ｓｉ基板１の裏面に、所望のパターンの誘
電体膜（ＳｉＯ2 、ＳｉＮ）等から成るエッチングマス
ク２を形成する。次に、アルカリエッチング液による異
方性エッチングを行う。このアルカリエッチング液とし
ては、従来より公知の各種アルカリ溶液が使用でき、例
えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水
溶液（濃度２２％）等を好適に使用できる。エッチング
時の温度は、６０℃〜１００℃程度が望ましい。
う。図１（ａ）〜（ｄ）は、この異方性エッチングの進
行を経時的に示す模式的断面図である。まず図１（ａ）
に示す様に、Ｓｉ基板１の裏面に、所望のパターンの誘
電体膜（ＳｉＯ2 、ＳｉＮ）等から成るエッチングマス
ク２を形成する。次に、アルカリエッチング液による異
方性エッチングを行う。このアルカリエッチング液とし
ては、従来より公知の各種アルカリ溶液が使用でき、例
えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水
溶液（濃度２２％）等を好適に使用できる。エッチング
時の温度は、６０℃〜１００℃程度が望ましい。
【００１３】この異方性エッチングにおいては、まず図
１（ｂ）に示す様に、異方性エッチング開始直後の状態
では、従来技術と同様にエッチング開始面（＜１００＞
面）３に対しおよそ５５゜の角度（θ１）の＜１１１＞
面４が出現する。次いで図１（ｃ）に示す様に、異方性
エッチングが進行すると、エッチング開始面３に対して
およそ１２５゜の角度（θ２）の＜１１１＞面５が出現
する。最終的には図１（ｄ）に示す様に、エッチング開
始面から＜１１１＞面４と＜１１１＞面５が交差する部
分の高さがｔ１である「く」の字形状の加工断面が得ら
れる。なお図１（ｄ）中の点線は、Ｓｉ基板に加熱処理
を施さない場合（従来例）の加工形状を示している。
１（ｂ）に示す様に、異方性エッチング開始直後の状態
では、従来技術と同様にエッチング開始面（＜１００＞
面）３に対しおよそ５５゜の角度（θ１）の＜１１１＞
面４が出現する。次いで図１（ｃ）に示す様に、異方性
エッチングが進行すると、エッチング開始面３に対して
およそ１２５゜の角度（θ２）の＜１１１＞面５が出現
する。最終的には図１（ｄ）に示す様に、エッチング開
始面から＜１１１＞面４と＜１１１＞面５が交差する部
分の高さがｔ１である「く」の字形状の加工断面が得ら
れる。なお図１（ｄ）中の点線は、Ｓｉ基板に加熱処理
を施さない場合（従来例）の加工形状を示している。
【００１４】本発明において「く」の字形状の加工断面
とは、図１（ｄ）に示す従来例（点線）の様な加工幅が
狭まる方向の一定角度の斜面のみから成る加工断面とは
異なり、図１（ｄ）に実線で示す様な、エッチング開始
面から所望の高さｔまでは加工幅が広がる方向の角度の
斜面を有し、高さｔを越える部分では従来例と同様に加
工幅が狭まる方向の斜面を有する加工断面から成ること
を意味する。
とは、図１（ｄ）に示す従来例（点線）の様な加工幅が
狭まる方向の一定角度の斜面のみから成る加工断面とは
異なり、図１（ｄ）に実線で示す様な、エッチング開始
面から所望の高さｔまでは加工幅が広がる方向の角度の
斜面を有し、高さｔを越える部分では従来例と同様に加
工幅が狭まる方向の斜面を有する加工断面から成ること
を意味する。
【００１５】加熱処理を施すことで、何故エッチング開
始面３に対しておよそ１２５゜の角度の＜１１１＞面５
が出現するかは不明であるが、Ｓｉ基板１中の酸素濃度
が密接に関係していると考えられる。即ち、本発明の知
見によれば、酸素濃度が、１０Ｅｌ７（ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ3 ）以上であるＳｉ基板１を用いた場合、この現象が
顕著にあらわれる。また、図１（ｄ）に記載の高さｔ１
は、加熱処理における加熱温度によって変化し、その加
熱温度が高いほどｔ１は大きくなる。
始面３に対しておよそ１２５゜の角度の＜１１１＞面５
が出現するかは不明であるが、Ｓｉ基板１中の酸素濃度
が密接に関係していると考えられる。即ち、本発明の知
見によれば、酸素濃度が、１０Ｅｌ７（ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ3 ）以上であるＳｉ基板１を用いた場合、この現象が
顕著にあらわれる。また、図１（ｄ）に記載の高さｔ１
は、加熱処理における加熱温度によって変化し、その加
熱温度が高いほどｔ１は大きくなる。
【００１６】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。
する。
【００１７】［実施例１〜３、比較例１］＜１００＞の
面方位を有するＳｉ基板（厚さ：６２５μｍ、酸素濃
度：１４Ｅｌ７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）を、下記表１に示
す温度で加熱処理した。次いで、図２に示す様に、プラ
ズマＣＶＤによりＳｉＮ膜を成膜し裏面のみパターニン
グを行うことにより、異方性エッチングマスク２を形成
した。次いで、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド）２２重量％水溶液をアルカリエツチ
ング液として用い、８０℃でＳｉ基板１を異方性エッチ
ングした。この結果、図３に示す様に、Ｓｉ基板１に＜
１１１＞面４と＜１１１＞面５から成る「く」の字形状
の加工断面が形成できた。下記表１に、この加工形状に
おけるエッチング開始面から＜１１１＞面４と＜１１１
＞面５が交差する部分のエッチング開始面からの高さｔ
１を示す。
面方位を有するＳｉ基板（厚さ：６２５μｍ、酸素濃
度：１４Ｅｌ７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）を、下記表１に示
す温度で加熱処理した。次いで、図２に示す様に、プラ
ズマＣＶＤによりＳｉＮ膜を成膜し裏面のみパターニン
グを行うことにより、異方性エッチングマスク２を形成
した。次いで、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド）２２重量％水溶液をアルカリエツチ
ング液として用い、８０℃でＳｉ基板１を異方性エッチ
ングした。この結果、図３に示す様に、Ｓｉ基板１に＜
１１１＞面４と＜１１１＞面５から成る「く」の字形状
の加工断面が形成できた。下記表１に、この加工形状に
おけるエッチング開始面から＜１１１＞面４と＜１１１
＞面５が交差する部分のエッチング開始面からの高さｔ
１を示す。
【００１８】
【表１】 表１から理解されるように、Ｓｉ基板１に加熱処理を施
し、かつ加熱温度を適宜設定することで、加工形状をコ
ントロールできることが分かる。
し、かつ加熱温度を適宜設定することで、加工形状をコ
ントロールできることが分かる。
【００１９】［実施例４］本実施例では、本発明による
Ｓｉ異方性エッチング形成方法を、インクジェットヘッ
ドのインク供給口の形成に利用した例（図４）を示す。
Ｓｉ異方性エッチング形成方法を、インクジェットヘッ
ドのインク供給口の形成に利用した例（図４）を示す。
【００２０】あらかじめ１２５０℃に加熱処理されたＳ
ｉ基板１（厚さｔ：６２５μｍ、酸素濃度：１４Ｅ１７
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）上に、インク吐出エネルギー発生
素子６、ノズル７、異方性エッチングマスク２を形成
し、実施例１〜３と同様の異方性エッチングによりイン
ク供給口８を形成した。
ｉ基板１（厚さｔ：６２５μｍ、酸素濃度：１４Ｅ１７
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）上に、インク吐出エネルギー発生
素子６、ノズル７、異方性エッチングマスク２を形成
し、実施例１〜３と同様の異方性エッチングによりイン
ク供給口８を形成した。
【００２１】このインクジェットヘッドにおいて、イン
ク液滴９は図４の矢印方向に吐出される。本実施例にお
いては、ｔ２＝８０μｍであり、ｘ1 ＝１４０μｍであ
る。マスク２の寸法（ｘ2 ）は幾何学的にはｘ2 ＝ｘ1
＋（６２５／ｔａｎ５５゜−８０＊２／ｔａｎ５５゜で
あるから、ｘ2 ＝７９１μｍとなる。しかし実際には、
異方性エッチング時にサイドエッチが片側１００μｍ発
生するので、本実施例ではｘ2 ＝７９１−１００＊２＝
５９１μｍとした。
ク液滴９は図４の矢印方向に吐出される。本実施例にお
いては、ｔ２＝８０μｍであり、ｘ1 ＝１４０μｍであ
る。マスク２の寸法（ｘ2 ）は幾何学的にはｘ2 ＝ｘ1
＋（６２５／ｔａｎ５５゜−８０＊２／ｔａｎ５５゜で
あるから、ｘ2 ＝７９１μｍとなる。しかし実際には、
異方性エッチング時にサイドエッチが片側１００μｍ発
生するので、本実施例ではｘ2 ＝７９１−１００＊２＝
５９１μｍとした。
【００２２】一方、加熱処理を施さなかった場合（従来
例）を想定すると、ｘ1 ＝１４０μｍにするには、マス
ク幅ｘ2 ＝８１５μｍ（サイドエッチを考慮しないと１
０１５μｍ）必要となる。即ち、本実施例では、加熱処
理を施すことで必要裏面開口幅を約２２０μｍ狭め、チ
ップ面積を小さくすることが可能となり、コストダウン
を達成できる。
例）を想定すると、ｘ1 ＝１４０μｍにするには、マス
ク幅ｘ2 ＝８１５μｍ（サイドエッチを考慮しないと１
０１５μｍ）必要となる。即ち、本実施例では、加熱処
理を施すことで必要裏面開口幅を約２２０μｍ狭め、チ
ップ面積を小さくすることが可能となり、コストダウン
を達成できる。
【００２３】なお、本実施例の様にインクジェットヘッ
ドを製造する場合、そのインク吐出エネルギー発生素子
６、ノズル７、及びその他のインクジェットヘッド構成
部材としては、従来よりインクジェットヘッド構成部材
として公知の各種部材を制限なく使用できる。
ドを製造する場合、そのインク吐出エネルギー発生素子
６、ノズル７、及びその他のインクジェットヘッド構成
部材としては、従来よりインクジェットヘッド構成部材
として公知の各種部材を制限なく使用できる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、面方位＜
１００＞のＳｉ基板を異方性エッチングにより「く」の
字形状に加工できるので、従来技術における加工形状の
制約を緩和できる。また、この異方性エッチング方法
を、例えばインクジェットヘッドのインク供給口の形成
に利用した場合、チップ面積を減少でき、コストダウン
が可能となる。
１００＞のＳｉ基板を異方性エッチングにより「く」の
字形状に加工できるので、従来技術における加工形状の
制約を緩和できる。また、この異方性エッチング方法
を、例えばインクジェットヘッドのインク供給口の形成
に利用した場合、チップ面積を減少でき、コストダウン
が可能となる。
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明における異方性エッ
チングの進行を経時的に示す模式的断面図である。
チングの進行を経時的に示す模式的断面図である。
【図２】実施例１〜３におけるエッチングの一過程を示
す模式的断面図である。
す模式的断面図である。
【図３】実施例１〜３におけるエッチングの一過程を示
す模式的断面図である。
す模式的断面図である。
【図４】実施例４において作製したインクジェットヘッ
ドの一部分を示す模式的断面図である。
ドの一部分を示す模式的断面図である。
【図５】従来のＳｉ異方性エッチング方法により形成し
た加工断面を例示する模式的断面図である。
た加工断面を例示する模式的断面図である。
１ Ｓｉ基板 ２ エッチングマスク ３ ＜１００＞面 ４、５ ＜１１１＞面 ６ インク吐出エネルギー発生素子 ７ ノズル ８ インク供給口 ９ インク液滴
Claims (5)
- 【請求項１】 面方位＜１００＞を有するＳｉ材の異方
性エッチング方法において、あらかじめ前記Ｓｉ材を加
熱処理してからエッチングすることにより、「く」の字
形状の加工断面を形成することを特徴とするＳｉ異方性
エッチング方法。 - 【請求項２】 前記加熱処理を１０００℃以上の温度で
行う請求項１記載のＳｉ異方性エッチング方法。 - 【請求項３】 前記Ｓｉ材の酸素濃度が１０Ｅｌ７（ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）以上である請求項１または２記載の
Ｓｉ異方性エッチング方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３の何れか一項記載のＳｉ異
方性エッチング方法により形成された「く」の字形状の
加工断面を含むインク給供口を有するインクジェットヘ
ッド。 - 【請求項５】 請求項１〜３の何れか一項記載のＳｉ異
方性エッチング方法により、「く」の字形状の加工断面
を含むインク給供口を形成する工程を含むインクジェッ
トヘッドの製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP16449997A JP3416468B2 (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | Ｓｉ異方性エッチング方法、インクジェットヘッド、及びその製造方法 |
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