(57)【要約】【課題】簡易な工程で、シリコン基板を良好な寸法精度で加工することのできるシリコン基板の加工方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかるシリコン基板の加工方法は、シリコン基板１０の主面をスパッタリングする表面処理工程と、シリコン基板１０の主面にマスク層２０を形成するマスク層形成工程と、マスク層２０をパターニングしてマスクパターン２２を形成するパターニング工程と、マスクパターン２２の形状に従ってシリコン基板１０をウエットエッチングするエッチング工程と、を含み、マスク層２０は、クロムを含有し、表面処理工程およびマスク層形成工程は、同一のチャンバーＣ内で行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の主面をスパッタリングする表面処理工程と、
前記シリコン基板の主面にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層をパターニングしてマスクパターンを形成するパターニング工程と、
前記マスクパターンの形状に従って前記シリコン基板をウエットエッチングするエッチング工程と、
を含み、
前記マスク層は、クロムを含有し、
前記表面処理工程および前記マスク層形成工程は、同一チャンバー内で行われる、シリコン基板の加工方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記マスク層形成工程は、スパッタ法により行われる、シリコン基板の加工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記マスク層は、酸化クロムを主成分とする第１マスク層、およびクロムを主成分とする第２マスク層を有する、シリコン基板の加工方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記マスク層は、前記シリコン基板側に前記第１マスク層を有し、前記第１マスク層の前記シリコン基板とは反対側に前記第２マスク層を有する、シリコン基板の加工方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記エッチング工程は、水酸化カリウムを主成分とするエッチング液により行われる、シリコン基板の加工方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記表面処理工程の前に、前記シリコン基板の主面をフッ化水素を含む溶液で洗浄する工程をさらに含む、シリコン基板の加工方法。
【請求項７】
シリコン基板の一方の主面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の前記シリコン基板とは反対側の面に圧電素子を形成する工程と、
前記シリコン基板の他方の主面をスパッタリングする表面処理工程と、
前記シリコン基板の前記他方の主面に、クロムを含有するマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層を前記圧電素子に対応させてパターニングしてマスクパターンを形成するパターニング工程と、
前記マスクパターンの形状に従って前記シリコン基板を水酸化カリウムを主成分とするエッチング液により異方性エッチングして、液体の流路を形成するエッチング工程と、
前記シリコン基板の前記他方の主面にノズル板を設ける工程と、
を含み、
前記表面処理工程および前記マスク層形成工程は、同一チャンバー内で行われる、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記表面処理工程の前に、前記シリコン基板の主面をフッ化水素を含む溶液で洗浄する工程をさらに含む、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項９】
液体の流路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の主面に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の前記シリコン基板とは反対側の面に形成された圧電素子と、
前記シリコン基板の他方の主面に形成されたクロム含有層と、
前記クロム含有層の前記シリコン基板とは反対側の面に形成されたノズル板と、
を有する、液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の加工方法およびこれを用いた液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板を加工して、同基板に孔や溝を形成することは、半導体をはじめとする電子部品の広範な分野で一般的に行われている。このような加工は、所与の製造プロセスに適した様々な方法で行われているが、典型的な方法としては、エッチングによって孔や溝に対応する部分のシリコンを除去して行うものが挙げられる。
【０００３】
エッチングによってシリコンを除去する態様としては、エッチング液にシリコン基板を浸漬し、シリコンを化学変化させるなどしてエッチング液に溶解させて除去するウエットエッチングや、気体分子やイオンをシリコン基板に衝突させてシリコンを物理的に研削して除去するドライエッチングなどがある。
【０００４】
これらのうち、ウエットエッチングは、一般にシリコン基板の加工速度がドライエッチングよりも大きくできるため、シリコン基板の加工量が多いときに用いられることが多い。また、ウエットエッチングは、シリコン基板が単結晶である場合には、加工速度が結晶の方位によって異なることがあり、このような性質（異方性）を利用した加工も行われている。
【０００５】
ウエットエッチングでは、シリコン基板の所望の位置を加工するために、加工しない位置をマスクで覆って、所望の位置だけをエッチング液に接触させることが一般的である。このようなマスクとしては、レジスト等の有機物の層や、酸化物、窒化物等の無機物の層が用いられる。例えば、特許文献１には、このようなマスクとしてＴＥＯＳ（ケイ酸エチル）膜、ＳｉＮ膜を用いた方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０８８５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、シリコン基板の表面に単にマスクを形成するだけであると、シリコン基板とマスクとが接触している領域のシリコンのエッチング速度が、他の部位のシリコンのエッチング速度と異なる場合があり、所望の形状とは異なる加工形状となってしまうことがあった。また、シリコン基板とマスクとが接触している領域内でも、エッチング速度が異なる場合があり、不均一なマスクのエッジ部分でエッチング量が一定しない場合があった。さらに、上記特許文献１に記載されている方法のように、シリコン基板の表面を特殊な洗浄方法によって洗浄してからマスクを形成する場合には、このようなシリコンのエッチング速度の不均一は抑制される傾向にあるものの、当該シリコン基板の表面の洗浄工程は極めて慎重に行われる必要があった。すなわちこの洗浄工程には、例えば、精密な温度、時間の管理や、正確な洗浄液の純度の管理が必要であった。そのため、シリコン基板の表面にマスクを形成する工程は、特に洗浄工程において、工数が多く非常に手間のかかる工程となっていた。
【０００８】
本発明のいくつかの態様にかかる目的の１つは、簡易な工程で、シリコン基板を良好な寸法精度で加工することのできるシリコン基板の加工方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様にかかる目的の１つは、簡易な工程で、寸法精度の良好な液体の流路を形成することのできる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］
本発明にかかるシリコン基板の加工方法の一態様は、
シリコン基板の主面をスパッタリングする表面処理工程と、
前記シリコン基板の主面にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層をパターニングしてマスクパターンを形成するパターニング工程と、
前記マスクパターンの形状に従って前記シリコン基板をウエットエッチングするエッチング工程と、を含み、
前記マスク層は、クロムを含有し、
前記表面処理工程および前記マスク層形成工程は、同一のチャンバー内で行われる。
【００１１】
このようにすれば、シリコン基板を良好な寸法精度で加工することができる。すなわち、シリコン基板とマスクパターンとの密着性が均一かつ良好となる結果、シリコン基板とマスクパターンとの境界付近におけるエッチング速度が、マスクパターンのエッジ部位で均一となり、また、マスクパターンの形状により近い形状でシリコン基板を加工することができ、シリコン基板を良好な寸法精度で再現性よくエッチング加工することができる。これにより、例えば、加工する寸法の設計において、不確定な要素を考慮する必要を低減することができるとともに、設計した寸法に近い寸法で加工することができる。
【００１２】
さらに、本適用例のシリコン基板の加工方法によれば、表面処理工程とマスク層形成工程とを、同一のチャンバー内でスパッタリングする対象を変更することのみによって行うことができる。すなわち、表面処理工程で、シリコン基板の主面をスパッタリングし、同一チャンバー内で引き続きマスク層形成工程で形成するマスク層の原料を含むターゲットをスパッタリングし、シリコン基板の主面にターゲット材料を堆積させてマスク層を形成することができる。したがって、簡易な装置構成、簡易な操作によって、シリコン基板とマスクパターンとの密着性を十分に得ることができ、シリコン基板を良好な寸法精度でエッチング加工することができる。
【００１３】
［適用例２］
適用例１において、
前記マスク層形成工程は、スパッタ法により行われる、シリコン基板の加工方法。
【００１４】
このようにすれば、表面処理工程とマスク層形成工程とを、同一のチャンバー内でスパッタリングする対象を変更することのみによって行うことができる。すなわち、表面処理工程で、シリコン基板の主面をスパッタリングし、同一チャンバー内で引き続きマスク層形成工程で形成するマスク層の原料を含むターゲットをスパッタリングし、シリコン基板の主面にターゲット材料を堆積させてマスク層を形成することができる。したがって、より簡易な装置構成、簡易な操作によって、シリコン基板を良好な寸法精度でエッチング加工することができる。
【００１５】
［適用例３］
適用例１または適用例２において、
前記マスク層は、酸化クロムを主成分とする第１マスク層、およびクロムを主成分とする第２マスク層を有する、シリコン基板の加工方法。
【００１６】
このようにすれば、さらに寸法精度の良い加工を行うことができる。すなわち、シリコン基板とマスク層との密着性がさらに高まり、シリコン基板とマスクパターンとの境界付近におけるエッチング速度が、マスクパターンのエッジ部位で均一となり、また、マスクパターンの形状により近い形状でシリコン基板を加工することができ、シリコン基板をさらに良好な寸法精度でエッチング加工することができる。また、本適用例のようにすれば、マスク層の耐久性を高めることができるとともに、マスク層の厚みを十分に小さくすることができる。
【００１７】
［適用例４］
適用例３において、
前記マスク層は、前記シリコン基板側に前記第１マスク層を有し、前記第１マスク層の前記シリコン基板とは反対側に前記第２マスク層を有する、シリコン基板の加工方法。
【００１８】
このようにすれば、マスク層の耐久性をさらに高めることができ、マスク層の厚みを小さくすることができる。
【００１９】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例において、
前記エッチング工程は、水酸化カリウムを主成分とするエッチング液により行われる、シリコン基板の加工方法。
【００２０】
このようにすれば、シリコン基板の加工速度をより高めることができる。これにより、シリコン基板の加工工程全体の所要時間を短縮することができる。
【００２１】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれか一例において、
前記表面処理工程の前に、前記シリコン基板の主面をフッ化水素を含む溶液で洗浄する工程をさらに含む、シリコン基板の加工方法。
【００２２】
このようにすれば、さらに寸法精度の良い加工を行うことができる。すなわち、シリコン基板とマスク層との密着性がさらに高まり、シリコン基板とマスクパターンとの境界付近におけるエッチング速度が、マスクパターンのエッジ部位で均一となり、また、マスクパターンの形状により近い形状でシリコン基板を加工することができ、シリコン基板をさらに良好な寸法精度でエッチング加工することができる。
【００２３】
［適用例７］
本発明にかかる液体噴射ヘッドの製造方法の一態様は、
シリコン基板の一方の主面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の前記シリコン基板とは反対側の面に圧電素子を形成する工程と、
前記シリコン基板の他方の主面をスパッタリングする表面処理工程と、
前記シリコン基板の前記他方の主面に、クロムを含有するマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層を前記圧電素子に対応させてパターニングしてマスクパターンを形成するパターニング工程と、
前記マスクパターンの形状に従って前記シリコン基板を水酸化カリウムを主成分とするエッチング液により異方性エッチングして、液体の流路を形成するエッチング工程と、
前記シリコン基板の前記他方の主面にノズル板を設ける工程と、
を含み、
前記表面処理工程および前記マスク層形成工程は、同一チャンバー内で行われる。
【００２４】
このようにすれば、簡易な工程で、シリコン基板を良好な寸法精度で加工することができ、シリコン基板に液体噴射ヘッドの流路を寸法精度良く形成することができる。これにより、例えば、液体噴射ヘッドから噴射される液体の量を精密に制御することができる。また、シリコン基板の加工速度も大きく、高いスループットで液体噴射ヘッドを製造することができる。
【００２５】
［適用例８］
適用例７において、
前記表面処理工程の前に、前記シリコン基板の主面をフッ化水素を含む溶液で洗浄する工程をさらに含む、液体噴射ヘッドの製造方法。
【００２６】
このようにすれば、シリコン基板とマスク層との密着性がさらに高まり、簡易な工程で、シリコン基板をさらに良好な寸法精度で加工することができ、液体噴射ヘッドの流路をさらに精度良く形成することができる。これにより、例えば、液体噴射ヘッドから噴射される液体の量をさらに精密に制御することができる。
【００２７】
［適用例９］
液体の流路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の主面に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の前記シリコン基板とは反対側の面に形成された圧電素子と、
前記シリコン基板の他方の主面に形成されたクロム含有層と、
前記クロム含有層の前記シリコン基板とは反対側の面に形成されたノズル板と、
を有する、液体噴射ヘッド。
【００２８】
このような液体噴射ヘッドは、クロム含有層を有することにより、シリコン基板に形成された流路の寸法精度が高く、液体の噴射量の制御を精密に行うことができるとともに、シリコン基板およびノズル板との接着性が高い。そのため、本適用例の液体噴射ヘッドは、例えば、制御性や信頼性が高まっている。また、本適用例の液体噴射ヘッドは、クロム含有層をハードマスクとして加工され、当該ハードマスクを除去する工程が不要なため、他のマスクパターンを用いて製造する場合よりも少ない工程で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態で用いられるスパッタ装置の一例の模式図。
【図２】実施形態のシリコン基板の加工方法の一工程の模式図。
【図３】実施形態のシリコン基板の加工方法の一工程の模式図。
【図４】実施形態のシリコン基板の加工方法の一工程の模式図。
【図５】実施形態のシリコン基板の加工方法の一工程の模式図。
【図６】実施形態のシリコン基板の加工方法の一工程の模式図。
【図７】変形例のシリコン基板の加工方法の一工程の模式図。
【図８】実施形態のシリコン基板の加工形状の一例を示す模式図。
【図９】実験例のシリコン基板の加工形状のＳＥＭ観察結果。
【図１０】実験例のシリコン基板の加工形状のＳＥＭ観察結果。
【図１１】実験例のシリコン基板の加工形状のＳＥＭ観察結果。
【図１２】参考例のシリコン基板の加工形状のＳＥＭ観察結果。
【図１３】実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法の一工程の模式図。
【図１４】実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法の一工程の模式図。
【図１５】実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法の一工程の模式図。
【図１６】実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法の一工程の模式図。
【図１７】実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法の一工程の模式図。
【図１８】実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法の一工程の模式図。
【図１９】実施形態の液体噴射ヘッド２００の断面を示す模式図。
【図２０】実施形態の液体噴射ヘッド２０１の断面を示す模式図。
【図２１】実施形態の液体噴射装置７００の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。また、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。
【００３１】
１．シリコン基板の加工方法
図１は、本実施形態の加工方法で使用されるスパッタ装置の一例を模式的に示す図である。図２ないし図６は、本実施形態のシリコン基板の加工方法の各工程の模式図である。図７は、実施形態のシリコン基板の加工方法によって加工されたシリコン基板の要部の模式図である。
【００３２】
本実施形態にかかるシリコン基板の加工方法は、表面処理工程と、マスク層形成工程と、パターニング工程と、エッチング工程と、を含む。
【００３３】
１．１．シリコン基板
本実施形態のシリコン基板の加工方法によって加工されるシリコン基板１０は、シリコンの単結晶によって形成された基板である。シリコン基板１０としては、例えば、市販のシリコンウエハーや、シリコンの単結晶にさらにエピタキシャル成長によってシリコンの単結晶を成長させたものでもよい。また、シリコン基板１０は、被加工面がシリコンで形成されていれば、他の面は他の材質で形成されていてもよく、例えば、シリコンウエハーの２つの主面のうち、一方の主面には、酸化シリコンや窒化物などのシリコンとは異なる材料の部材が形成されていてもよい。また、両面に酸化シリコンや窒化物などのシリコンとは異なる材料の部材を形成し、後に、一方の主面を研削または研磨してシリコンの表面が形成されてもよい。そしてこの場合は、本実施形態の加工方法によって、他方の主面側から加工される。また、シリコン基板１０は、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のように、絶縁層の上に薄膜の単結晶のシリコン層が形成されているものであってもよい。この場合は、該薄膜の単結晶のシリコン層が加工の対象となる。
【００３４】
加工されるシリコン基板１０の形状は特に限定されず、例えばウエハー形状、チップ形状などとすることができる。また、シリコン基板１０の厚みにも制限はなく、例えば、０．１μｍ以上、１ｍｍ以下とすることができる。さらに、シリコン基板１０を構成するシリコンの結晶の方位についても特に制限がない。例えば、加工されるシリコン基板１０の主面の法線方向が、シリコンの結晶の＜１１０＞、＜１００＞、＜１１１＞等の低次の方向に沿っていることができる。また、加工されるシリコン基板１０の主面の法線方向に対してこれら低次の方向が傾いて、加工されるシリコン基板１０の主面の法線方向が、より高次の方向に沿っていてもよい。
【００３５】
１．２．表面処理工程
表面処理工程は、シリコン基板１０の主面をスパッタリングする工程である。シリコン基板１０には２つの主面が存在するが、本工程は、少なくとも一方の主面に対して行われる。本明細書では、スパッタリングするとは、減圧空間中に不活性ガス（アルゴン（Ａｒ）、窒素、酸素等）を導入しながらシリコン基板１０とスパッタリング材の間に高電圧を印加し、イオン化した不活性ガスを、固体表面に衝突させることによって、当該固体から当該固体を構成する物質を飛び出させることをいう。そして、これらは、２極または多極に構成された極板に印加された直流（ＤＣ）、高周波（ＲＦ）およびバイアスされたＲＦ等のエネルギーによって加速されて、固体表面に衝突させられる。
【００３６】
一般に、スパッタリングに用いられる装置（以下これをスパッタ装置と称することがある。）は、減圧空間を形成しうるチャンバーＣと、該減圧空間内に配置された極板Ｅと、該極板に外部から電気的なエネルギーを供給する電源装置Ｓを含んで構成される。電源装置Ｓの構成は、ＤＣによるスパッタリングやＲＦによるスパッタリング等のスパッタリングの態様によって適宜選択される。そして、チャンバーＣ内にスパッタリングを受ける被スパッタリング材が配置されるとともに、チャンバーＣ内に衝突させる粒子（Ａｒ等）を導入して、スパッタリングが行われる。また、チャンバーＣ内には、複数の被スパッタリング材が配置されることができ、同一の装置でスパッタリングしようとする被スパッタリング材を、電源装置Ｓの調整や、必要に応じてチャンバーＣ内に設けられるシャッターの開閉によって選択することができる。
【００３７】
図１は、表面処理工程で用いられる装置の一例を概略的に示す模式図である。チャンバーＣ内には、シリコン基板１０およびターゲットＴがそれぞれ極板Ｅに接して配置されている。チャンバーＣは、図示しない排気管に接続され、内部を減圧できるようになっている。また、チャンバーＣは、図示しない気体導入管に接続され、スパッタリングの際に用いられる各種のガスをチャンバーＣ内に導入できるようになっている。そして、図１に模式的に示したように、電源装置Ｓに接続された極板Ｅによって、後述するスパッタバスを電離して形成されるイオンＩに、エネルギーが印加される。
【００３８】
そして、運動エネルギーを与えられたイオンＩが、ターゲットＴまたはシリコン基板１０に衝突することによって、ターゲットＴまたはシリコン基板１０のスパッタリングが行われる。ここで、電源装置Ｓの構成が、ＤＣやバイアスされたＲＦを発生する構成である場合は、ターゲットＴにイオンＩを衝突させる態様（図中矢印Ａ）や、シリコン基板１０にイオンＩを衝突させる態様（図中矢印Ｂ）を、電源装置Ｓの極性を調節することによって実現することができる。また、電源装置Ｓが、方向性を有さないＲＦ等を発生する態様では、例えば、チャンバーＣ内に図示せぬシャッターを設け、該シャッターによって、ターゲットＴおよびシリコン基板１０のいずれかをイオンＩの衝突から遮蔽することで、スパッタリングされる対象を選択することができる。
【００３９】
なお、表面処理工程は、チャンバーＣ内にシリコン基板１０を導入して行われるが、次のマスク層形成工程で用いられるターゲットＴも同一のチャンバーＣ内に導入して行われる。このようにすることで、同一のチャンバーＣ内で表面処理工程とマスク層形成工程と連続的に行うことができる。また、チャンバーＣ内には、複数のシリコン基板１０や、複数のターゲットＴを導入してもよく、複数のターゲットＴを導入する場合には、それぞれ異なる材質のターゲットＴとしてもよい。なお、本明細書では、スパッタリングが同一のチャンバーで行われるという事項は、対象の異なるスパッタリングが一つのチャンバーで行われること、および、あるチャンバーで所望のスパッタリングが行われた後、減圧環境内をスパッタリングの対象物を移動させて、他のチャンバーで他の所望のスパッタリングが行われることを含むものとする。
【００４０】
表面処理工程では、シリコン基板１０の主面にイオンＩを衝突させる。図１に示したような平行平板型の極板Ｅを有するスパッタ装置を用いて、シリコン基板１０をスパッタリングする場合の条件としては、次のようなものが挙げられる。スパッタリングする際の温度は、特に限定されないが、−１００℃以上＋３００℃以下とすることができる。スパッタリングする際の温度は、室温であってもよく、また、必要に応じてシリコン基板１０を上記温度範囲で冷却または加熱して設定することができる。スパッタリングする際のチャンバーＣ内の圧力は、例えば、０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下とすることができる。スパッタリングに用いるガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｎ２、および混合ガスなどを用いることができ、チャンバーＣ内に１ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｃ／ｍｉｎ：ａｔ  １ａｔｍ  ０℃）以上５０ｓｃｃｍ以下の流量で導入されることができる。スパッタリングする際のイオンＩに与えられるエネルギーは、極板Ｅ間に印加される電力で表したときに１０Ｗ以上２００Ｗ以下とすることができる。以上例示した値は、極板Ｅの大きさやチャンバーＣの体積によって異なるため、典型的な値を例示している。そしてスパッタリングの時間は、５分以上１５分以下とすることができる。
【００４１】
本実施形態では、表面処理工程は、上述のようなスパッタ装置でＲＦ電力を印加して行われる。本実施形態のスパッタ装置は、少なくともターゲットＴに、イオンＩが衝突しないようにするシャッター（図示省略）を備えており、本実施形態の表面処理工程の間は、ターゲットＴの表面が該シャッターによって遮蔽されている。
【００４２】
図２は、表面処理工程において、シリコン基板１０にイオンＩが衝突する様子を概念的に示したシリコン基板１０の断面図である。本工程を経てスパッタリングされたシリコン基板１０の主面の状態は、スパッタリング前の主面の状態とは相違していると考えられる。より具体的には、スパッタリング後のシリコン基板１０の主面では、スパッタリングによって主面を構成する物質の一部がシリコン基板１０から飛び出して新しい表面が形成されていること、形状の変化がなくてもシリコン基板１０のシリコンの結晶の改質が生じていること、シリコン基板１０の主面に付着している水分や有機成分が除去されていること、およびシリコン基板１０の主面が活性化していること、の少なくとも一種が生じているものと考えられる。
【００４３】
本実施形態のシリコン基板１０の加工方法は、このような表面処理工程を有することによって、少なくともマスク層形成工程で形成されるマスク層２０とシリコン基板１０との間の密着性を高めることができる。そのため、シリコン基板１０とマスク層２０との界面に、後のエッチング工程のエッチャントが侵入しにくくなり、エッチングの寸法精度を高めることができる。また、マスク層２０とシリコン基板１０との間の密着性が、均一となるため、マスクパターン２２のエッジ全体においてエッチング量のバラツキが抑えられ、再現性のよい加工が可能となる。また、上述したとおり、表面処理工程に使用するスパッタ装置は、チャンバーＣを開放することなく、ターゲットＴのスパッタリングを行うことが可能である。そのため、上記表面処理工程と次項のマスク層形成工程とが、同一のチャンバーＣ内で容易に行われることができる。そのため、表面処理工程でスパッタリングされたシリコン基板１０の主面をチャンバーＣ内の雰囲気以外の雰囲気に曝すことなく、マスク層２０を形成することができる。
【００４４】
１．３．マスク層形成工程
マスク層形成工程は、上述のスパッタリングされたシリコン基板１０の主面に対してマスク層２０を形成する工程である。マスク層形成工程は、上述の表面処理工程で使用したスパッタ装置の同一のチャンバーＣ内で行われる。マスク層形成工程は、チャンバーＣ内でイオンＩをターゲットＴに衝突させターゲットＴを構成する物質を飛び出させて（ターゲットＴをスパッタリングして）、ターゲットＴを構成する物質を含む物質をシリコン基板１０の主面に堆積させる工程である。したがって、マスク層形成工程では、上記「１．２．表面処理工程」で説明したスパッタ装置によって行うことができる。
【００４５】
図１に示したような平行平板型の極板Ｅを有するスパッタ装置を用いて、ターゲットＴをスパッタリングする場合の条件としては、次のようなものが挙げられる。スパッタリングする際の温度は、特に限定されないが、−１００℃以上＋３００℃以下とすることができる。スパッタリングする際の温度は、室温であってもよく、また、必要に応じてターゲットＴを上記温度範囲で冷却または加熱して設定することができる。スパッタリングする際のチャンバーＣ内の圧力は、例えば、０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下とすることができる。スパッタリングに用いるガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、および混合ガスなどを用いることができ、チャンバーＣ内に１ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下の流量で導入されることができる。スパッタリングする際のイオンＩに与えられるエネルギーは、極板Ｅ間に印加される電力で表したときに１０Ｗ以上１０００Ｗ以下とすることができる。以上例示した値は、極板Ｅの大きさやチャンバーＣの体積によって異なるため典型的な値を例示している。そしてスパッタリングの時間は、５分以上３００分以下とすることができる。
【００４６】
本実施形態では、マスク層形成工程は、上述のようなスパッタ装置でＲＦ電力を印加して行われる。本実施形態のスパッタ装置は、少なくともターゲットＴに、イオンＩが衝突しないようにするシャッター（図示省略）を備えており、本実施形態のマスク層形成工程の間は、ターゲットＴおよびシリコン基板１０の表面が共にチャンバーＣ内に開放され、ターゲットＴから飛び出した物質を含む物質がシリコン基板１０の主面に堆積するように行われる。
【００４７】
図３は、本工程によって、マスク層２０が形成された状態を模式的に示している。マスク層２０は、シリコン基板１０の主面に形成される。マスク層２０は、層状または薄膜状に形成される。マスク層２０の厚みはマスク層２０の材質によって適宜選択されるが、例えば、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。マスク層２０は、異なる材質で形成された複数の層で構成されてもよい。マスク層２０の機能の一つとしては、パターニングされて、シリコン基板１０がエッチングされる際のマスクとなることが挙げられる。
【００４８】
マスク層２０の材質は、シリコン基板１０およびマスク層２０が同一のエッチングを受けるときに、シリコン基板１０のエッチング速度よりもマスク層２０のエッチング速度のほうが小さくなるように選択される。すなわち、マスク層２０は、特定のエッチングにおいて、シリコン基板１０と選択性のある材質で形成される。マスク層２０の材質としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも一種、並びにその酸化物、窒化物、および酸化窒化物を挙げることができる。マスク層２０の材質は、これらのうち、Ｃｒを含有する材質であることがより好ましく、金属クロム、酸化クロムなどであることがより好ましい。マスク層２０の材質がＣｒを含有すると、マスク層２０のマスクとしての性能や、マスク層２０の化学的安定性を高めることができるとともに、シリコン基板１０との密着性をより良好にすることができる。これにより、シリコン基板１０をエッチングする際の寸法精度をより高めることができる。
【００４９】
マスク層形成工程で、チャンバーＣ内に導入されるターゲットＴの材質としては、上記マスク層２０をスパッタ法によって形成できるものが選択される。具体的なターゲットＴの材質としては、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも一種、並びにその酸化物、窒化物、および酸化窒化物を挙げることができる。そして、チャンバーＣ内には、それぞれ異なる材質のターゲットＴを導入することができ、スパッタリングの対象が所望のターゲットＴとなるようにチャンバーＣ内で電気的または機械的に切り替えることができる。
【００５０】
これらのうち、上記マスク層２０の好ましい材質として挙げたクロムや酸化クロムによってマスク層２０を形成する場合には、ターゲットＴの材質を金属クロムとすれば、金属クロムのマスク層２０を形成することができる。また、チャンバーＣ内に酸素（Ｏ２）を導入してターゲットＴをスパッタリングすれば、酸化クロムのマスク層２０を形成することができる。
【００５１】
本実施形態のシリコン基板１０の加工方法は、このような表面処理工程と同一チャンバーＣ内で行われるマスク層形成工程を有することによって、少なくともマスク層形成工程で形成されるマスク層２０とシリコン基板１０との間の密着性を高めることができる。また、上述したとおり、表面処理工程およびマスク層形成工程に使用するスパッタ装置は、チャンバーＣを開放することなく、ターゲットＴのスパッタリングを行うことが可能である。そのため、上記表面処理工程と次項のマスク層形成工程とが、同一のチャンバーＣ内で容易に行われることができる。そのため、表面処理工程でスパッタリングされたシリコン基板１０の主面をチャンバーＣ内の雰囲気以外の雰囲気に曝すことなく、マスク層２０を形成することができる。
【００５２】
なお、スパッタ装置において、ターゲットＴをスパッタリングして、ターゲットＴを構成する物質をターゲットＴから飛び出させて、この飛び出した物質を成膜対象物に（上記例ではシリコン基板１０）堆積させることは、スパッタリングを利用した物質の堆積方法として一般的であり、スパッタ法、スパッタ堆積法などと称されることがある。これとは逆に、同スパッタ装置において、成膜対象物（上記例ではシリコン基板１０）をスパッタリングすることは、逆スパッタと称される場合がある。逆スパッタは、上記の表面処理工程で行われる操作に類似するが、成膜対象物に物質を堆積させる目的は有していない。
【００５３】
１．４．パターニング工程
パターニング工程は、マスク層２０をパターニングしてマスクパターンを形成する工程である。パターニング工程は、例えば、フォトリソグラフィー法等の方法で行われる。具体的には、まず、マスク層２０のシリコン基板１０とは反対側の面（図３におけるマスク層２０の上面）にレジストを成膜し、所望のパターンに露光、現像する。次にレジストの開口部に露出したマスク層２０をエッチングする。そして、レジストを除去することによってパターニングされたマスク層２０、すなわちマスクパターン２２が形成される（図４参照）。図４には、開口部２４を有するマスクパターン２２が例示されている。
【００５４】
マスク層２０のエッチングは、ドライエッチング、ウエットエッチングのいずれで行われてもよい。マスク層２０が、クロムを含有する材質で形成されている場合には、マスク層２０のエッチングに用いられるエッチャントとしては、例えば、硝酸セリウムを含有する溶液を用いることができる。パターニング工程は、ウエットエッチングを用いて行われると、複数のシリコン基板１０を一度に処理することができるため効率が良くなる。なお、本工程のマスク層２０をエッチングするエッチャントは、シリコン基板１０をエッチングしにくいものがより好ましい。
【００５５】
１．５．エッチング工程
エッチング工程は、マスクパターン２２の形状に従ってシリコン基板１０をウエットエッチングする工程である。エッチング工程は、マスクパターン２２によって覆われていないシリコン基板１０、すなわち、マスクパターン２２の開口部２４によって露出しているシリコン基板１０をウエットエッチングする。本工程で用いられるエッチャントとしては、マスクパターン２２よりもシリコン基板１０をエッチングする速度のほうが大きいものであれば特に限定されない。そのようなものとしては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含む溶液を挙げることができる。また、これらのエッチャントには、バッファーや界面活性剤等の各種機能を有する添加剤が含まれていてもよい。
【００５６】
マスクパターン２２（マスク層２０）の材質がクロムを含む場合には、本工程のエッチャントとして、ＫＯＨを主成分とする溶液を用いることが特に好ましい。このようなエッチャントを用いると、シリコン基板１０のエッチング速度を十分に大きくできるとともに、マスクパターン２２のエッチング速度を十分に小さくすることができる。このようにすれば、シリコン基板１０の加工速度をさらに高めることができる。これにより、シリコン基板１０の加工工程全体の所要時間を短縮することができる。また、このようにすれば、マスク層２０の厚みを小さくすることができるため、マスク層形成工程に要する時間、およびパターニング工程に要する時間も短縮することができる。
【００５７】
本工程をＫＯＨを主成分とする溶液をエッチャントとして行う場合の条件としては、例えば、ＫＯＨの濃度が２０質量％以上５０質量％以下の水溶液をエッチャントとし、温度範囲を５０℃以上９０℃以下として行うことができる。
【００５８】
エッチング工程におけるシリコン基板１０の加工量（エッチングされる体積）は、例えば、エッチャントの種類、濃度、およびエッチャントにシリコン基板１０が接触する時間の少なくとも一種によって制御されることができる。また、本工程におけるエッチングストッパーとして、ＳｉＯ２層やＳｉＮ層がシリコン基板１０の所望の位置に設けられていてもよい。このようにすれば、エッチャントによるエッチングを時間で制御する手間を軽減することができ、所望の位置でエッチングを停止させることができる。
【００５９】
図５および図６は、それぞれエッチング工程によって、シリコン基板１０が加工された状態の一例を示す図である。図５の例では、シリコン基板１０の厚み方向の途中までマスクパターン２２の開口部２４に対応した形状の開口１２がシリコン基板１０に形成されている。図６の例では、シリコン基板１０を貫通する孔１４がマスクパターン２２の開口部２４に対応した形状でシリコン基板１０に形成されている。
【００６０】
１．６．変形例
図７は、シリコン基板の加工方法において、マスク層形成工程の変形例を模式的に示す図である。本実施形態のシリコン基板の製造方法において、マスク層２０は、酸化クロムを主成分とする第１マスク層２６、およびクロムを主成分とする第２マスク層２８の積層構造とすることができる。第１マスク層２６および第２マスク層２８の数および積層の順序は特に限定されない。また、第１マスク層２６および第２マスク層２８は、それぞれ、マスク層形成工程において、クロムを材質とするターゲットＴを用いて、スパッタリングするチャンバーＣ内への酸素の導入の有無を制御することによって、容易に形成することができる。
【００６１】
図７の例では、マスク層２０は、シリコン基板１０の側に酸化クロムを主成分とする第１マスク層２６を有し、シリコン基板１０とは反対側にクロムを主成分とする第２マスク層２８を有している。また、図示の例では、第１マスク層２６および第２マスク層２８は、互いに接して形成され、マスク層２０は、２層構造となっている。
【００６２】
本変形例のように、マスク層２０を第１マスク層２６および第２マスク層２８を含んで構成することにより、例えば、マスク層２０の全体の厚みを小さくすることができる。すなわち、図７の例では、シリコン基板１０との密着性が、第２マスク層２８よりも相対的に高い第１マスク層２６に、シリコン基板１０との密着性を担わせ、エッチングにおける安定性が、第１マスク層よりも相対的に良好な第２マスク層２８によって、第１マスク層２８を覆う構造となっている。そのため、第１マスク層２６のみでマスク層２０を構成する場合よりも、マスク層２０全体の厚みを小さくすることができる。
【００６３】
なお、本変形例は、マスク層２０が２層構造である例を示しているが、マスク層２０は、３層以上の構造であってもよい。その場合でも、同一チャンバーＣ内で任意の層構成を容易に形成することができる。
【００６４】
１．７．その他の工程
本実施形態のシリコン基板の加工方法は、さらに他の工程を含んでもよい。例えば、表面処理工程の前に、シリコン基板１０の主面をフッ化水素を含む溶液で洗浄する工程をさらに含むことができる。
【００６５】
フッ化水素を含む溶液の具体例としては、５質量％以上３０質量％以下のフッ化水素水溶液が挙げられる。また、このようなフッ化水素水溶液には、界面活性剤やｐＨ調整剤などの添加剤が含まれていてもよい。
【００６６】
この場合の洗浄方法としては、シリコン基板１０の主面をフッ化水素を含む溶液に浸漬する方法が例示でき、その後、純水によって洗浄することを含んでもよい。この場合、シリコン基板１０の主面をフッ化水素を含む溶液に浸漬する時間は、１秒以上１分以下とすることができ、典型的には１０秒とすることができる。また、これらの工程は、スピンコート法によって行われてもよい。
【００６７】
本実施形態のシリコン基板の加工方法は、このような工程を含むことによって、さらに寸法精度の良い加工を行うことができる。すなわち、チャンバーＣ内にシリコン基板１０を導入する前に、シリコン基板１０の主面をより清浄な状態とすることができるため、シリコン基板１０の主面に対する表面処理工程（スパッタリング）の効果を高めることができる。そのため、シリコン基板１０とマスク層２０との密着性がさらに高まり、シリコン基板１０とマスク層２０との界面付近のエッチング速度が均一化され、シリコン基板１０をさらに良好な寸法精度でエッチング加工することができる。
【００６８】
１．８．作用効果
図８は、本実施形態のシリコン基板の加工方法によって加工されたシリコン基板１０の断面の要部を拡大して示す模式図である。図８の拡大図において、マスクパターン２２に、シリコン基板１０に対して張り出した部分である段差２２ａが生じている。この段差は、マスクパターン２２の形状と、シリコン基板１０の加工された形状とのズレとなっている。このような段差２２ａは、小さいほど、マスクパターン２２の形状に忠実にシリコン基板１０が加工されていることになる。ここでは図示したように段差２２ａの先端と、シリコン基板１０の側面との間の距離を距離ｅと定義する。
【００６９】
シリコン基板１０とマスクパターン２２との間の密着性が小さいと、距離ｅが大きくなりやすい。また、シリコン基板１０とマスクパターン２２との間の密着性に分布があると、孔１４の平面的に見た周囲において、距離ｅの大きさが不均一となりやすい。前者の現象は、シリコン基板１０とマスクパターン２２との間にエッチング工程のエッチャントが侵入しやすいために生じると考えられる。後者の現象は、密着性の強い部分と弱い部分とで、エッチャントの侵入の程度が異なるために生じると考えられる。これらの現象が生じていると、シリコン基板１０の加工における寸法精度が不十分となることがある。
【００７０】
本実施形態のシリコン基板の加工方法によれば、シリコン基板１０とマスクパターン２２との間の密着性が均一かつ良好である。そのため、距離ｅを小さくできるとともに、孔１４の周囲における距離ｅを一定値に近づけることができる。
【００７１】
したがって、本実施形態のシリコン基板の加工方法は、シリコン基板１０を良好な寸法精度で、再現性よく加工することができる。すなわち、シリコン基板１０とマスクパターン２２との密着性が均一かつ良好となる結果、シリコン基板１０とマスクパターン２２との境界付近におけるエッチング速度が均一となり、また、マスクパターン２２の形状により近い形状でシリコン基板１０を加工することができ、シリコン基板１０を良好な寸法精度でエッチング加工することができる。
【００７２】
また、本実施形態のシリコン基板の加工方法では、表面処理工程とマスク層形成工程とを、同一のチャンバー内でスパッタリングする対象を変更することのみによって行うことができる。すなわち、表面処理工程で、シリコン基板の主面をスパッタリングし、同一チャンバー内で引き続きマスク層形成工程で形成するマスク層の原料を含むターゲットをスパッタリングし、シリコン基板の主面にターゲット材料を堆積させてマスク層を形成することができる。したがって、簡易な装置構成、簡易な操作によって、シリコン基板を良好な寸法精度でエッチング加工することができる。
【００７３】
本実施形態にかかるシリコン基板の加工方法は、広範な分野に応用することができる。例えば、本実施形態にかかるシリコン基板の加工方法は、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、液体噴射装置等の製造においてシリコン基板を加工する際に適用することができ、さらに、超音波発振器等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー等、他のデバイスにおいて、シリコン基板を加工する工程を有する場合に適用することができる。
【００７４】
２．実験例および参考例
以下に実験例および参考例を示し、本発明をより具体的に説明する。本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【００７５】
２．１．実験例
実験例１は、平行平板型のスパッタ装置に、主面の法線方向に結晶の＜１００＞方向が配向した単結晶のシリコン基板１０および金属クロムのターゲットＴを導入し、表面処理工程およびマスク層形成工程を行って加工した例である。実験例１の試料は、以下のように作成した。
【００７６】
表面処理工程は、室温で行い、スパッタリングのチャンバーＣ内の圧力は、０．４Ｐａとした。また、スパッタリングに用いたガスは、Ａｒであり、チャンバーＣ内に２５ｓｃｃｍの流量で導入して行った。そして、極板Ｅ間に印加される電力は、１００Ｗとし、１５分間スパッタリングを行った。
【００７７】
表面処理工程に引き続き、マスク層形成工程として同一チャンバー内でターゲットＴをスパッタリングしてシリコン基板１０の表面に酸化クロムを堆積させた。この工程の温度は、室温とし、チャンバーＣ内の圧力は、０．６７Ｐａとした。ターゲットＴのスパッタリングに用いるガスは、Ａｒ、およびＯ２の混合ガスとし、チャンバーＣ内にそれぞれ、３０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍの流量で導入した。極板Ｅ間に印加される電力は、５００Ｗとし、３０分間行った。
【００７８】
その後、ウエットエッチングにより、マスク層２０をパターニングして、マスクパターン２２を形成し、そして、ＫＯＨの３７質量％の水溶液を用いて１２０分間エッチングして実験例１の試料を作成した。
【００７９】
図９および図１０は、実験例１の試料の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察した結果である。図１０は、図９の破線で囲んだ部分を拡大して観察した結果である。
【００８０】
図９を見ると、シリコン基板１０にマスクパターン２２に対応する円柱状の開口１２が形成されていることが分かった。図１０を見ると、マスクパターン２２の厚みは、およそ５０ｎｍであり、マスクパターン２２の端部は、シリコン基板１０の側面に対する段差２２ａが形成され、その張り出した距離ｅは、およそ５０ｎｍとなっていることが判明した。これらの結果から、実験例１の試料におけるシリコン基板１０は、マスクパターン２２の形状に従って極めて忠実に加工されていることが分かった。
【００８１】
実験例２は、マスク層２０を２層で形成する以外は、実験例１と同様にした例である。実験例２の試料は、以下のように作成した。
【００８２】
表面処理工程は、実験例１と同様に行った。表面処理工程に引き続き、マスク層形成工程として同一チャンバー内でターゲットＴをスパッタリングしてシリコン基板１０の表面に、まず、酸化クロムを堆積させた。この工程の温度は、室温とし、チャンバーＣ内の圧力は、０．６７Ｐａとした。ターゲットＴのスパッタリングに用いるガスは、Ａｒ、およびＯ２の混合ガスとし、チャンバーＣ内にそれぞれ、３０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍの流量で導入した。極板Ｅ間に印加される電力は、５００Ｗとし、３０分間行った。そして、これに引き続き、同一チャンバー内でＯ２の導入を断ち、ターゲットＴをスパッタリングしてシリコン基板１０の表面に、金属クロムを堆積させた。この工程の温度は、室温とし、チャンバーＣ内の圧力は、０．６７Ｐａとした。極板Ｅ間に印加される電力は、５００Ｗとし、３０分間行った。その後、実験例１と同様にパターニング工程、エッチング工程を行い、実験例２の試料を作成した。
【００８３】
図１１は、実験例２の試料の断面を拡大してＳＥＭ観察した結果である。
【００８４】
図示しないが、実験例２の試料についても、シリコン基板１０にマスクパターン２２に対応する円柱状の開口１２が形成されている。図１１を見ると、マスクパターン２２の厚みは、およそ１５０ｎｍであり、マスクパターン２２の端部は、シリコン基板１０の側面に対する段差２２ａが形成され、その張り出した距離ｅは、およそ５００ｎｍとなっていることが判明した。これらの結果から、実験例１の試料におけるシリコン基板１０は、マスクパターン２２の形状に対して忠実に加工されていることが分かる。
【００８５】
２．２．参考例
参考例の試料は以下のように作成した。参考例では、表面処理工程を行わずに、マスク層２０を形成した例である。参考例の試料は、以下のように作成した。
【００８６】
平行平板型のスパッタ装置に、主面の法線方向に結晶の＜１１０＞方向が配向した単結晶のシリコン基板１０および金属クロムのターゲットＴを導入し、表面処理工程を行わずにマスク層形成工程を行った。
【００８７】
マスク層形成工程は、実験例１と同様にして行った。その後、実験例１と同様にして、パターニング工程、エッチング工程を行い、参考例の試料を作成した。
【００８８】
図１２は、参考例の試料の断面を拡大してＳＥＭ観察した結果である。
【００８９】
図示しないが、参考例の試料についても、シリコン基板１０にマスクパターン２２におよそ対応する円柱状の開口１２が形成されている。図１２を見ると、マスクパターン２２の厚みは、およそ５０ｎｍであり、マスクパターン２２の端部付近には、シリコン基板１０の側面に対して非常に大きく形成された段差２２ａが認められ、その張り出した距離ｅは、およそ１５００ｎｍとなっていることが判明した。この結果から、参考例の試料におけるシリコン基板１０は、マスクパターン２２の形状とは大きく異なる形状に加工されていることが判明した。また、図示しないが、参考例の試料に形成された段差は、平面的に見た開口の周囲の位置によって、大きさが不均一となっていた。
【００９０】
以上の実験例および参考例の結果から、シリコン基板の加工において、表面処理工程を有する場合は、マスクパターンの形状に近い形状でシリコン基板が加工され、表面処理工程を有さない場合には、マスクパターンの形状から大きくずれることが判明した。
【００９１】
３．液体噴射ヘッドの製造方法
以下に本実施形態にかかるシリコン基板の加工方法を、液体噴射ヘッドの製造において適用した例を述べる。
【００９２】
図１３ないし図１８は、本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法の各工程を説明するための模式図である。
【００９３】
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法は、シリコン基板の一方の主面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜のシリコン基板とは反対側の面に圧電素子を形成する工程と、表面処理工程と、マスク層形成工程と、パターニング工程と、エッチング工程と、シリコン基板の他方の主面にノズル板を設ける工程と、を含む。そして、表面処理工程およびマスク層形成工程は、同一チャンバー内で行われる。
【００９４】
３．１．絶縁膜を形成する工程
まず、シリコン基板１０の一方の主面に、絶縁膜３０を形成する。絶縁膜３０は、例えば、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン等で形成されることができる。また、絶縁膜３０は、これらの材質の膜の積層構造を有していてもよい。絶縁膜３０の機能の一つとしては、シリコン基板１０の他方の面側からエッチングする（エッチング工程）際のエッチングストッパーとなることが挙げられる。また、絶縁膜３０の機能の一つとしては、液体噴射ヘッド２００における振動板となることが挙げられる。
【００９５】
絶縁膜３０は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法などによって形成されることができる。
【００９６】
３．２．圧電素子を形成する工程
圧電素子１００は、絶縁膜３０のシリコン基板１０とは反対側の面に形成される。圧電素子１００は、複数形成されてもよい。圧電素子１００の機能の一つとしては、絶縁膜３０を可動部材とする圧電アクチュエーターの駆動部となることが挙げられる。また、圧電素子１００の機能の一つとしては、液体噴射ヘッド２００の駆動部となることが挙げられる。したがって、圧電素子１００は、例えば、後述する液体噴射ヘッド２００の流路に対応する位置に形成される。
【００９７】
圧電素子１００は、例えば、第１電極４０と、第２電極５０と、圧電体層６０と、を含む。
【００９８】
図１３に示すように、第１電極４０は、第２電極５０と対向して配置され、第１電極４０および第２電極５０の間に圧電体層６０が配置される。第１電極４０は、圧電体層６０に接している。第１電極４０の形状は、第２電極５０と対向できるかぎり限定されず、層状あるいは薄膜状の形状を有する。第１電極４０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。また、第１電極４０を、平面的に見たときの形状については、第２電極５０が対向して配置されている状態で、両者の間に圧電体層６０を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。また、圧電素子１００を平面的に見たときに、第１電極４０および第２電極５０は、オーバーラップする領域を有している。第１電極４０の機能の一つとしては、圧電体層６０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体層６０の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。
【００９９】
第１電極４０は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１電極４０は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。また、第１電極４０と絶縁膜３０との間には、さらに他の層、例えばチタン層等が形成されていてもよい。
【０１００】
第２電極５０は、図１３に示すように、第１電極４０に対向して配置される。第２電極５０は、全体が第１電極４０と対向していてもよいし、一部が第１電極４０に対向していてもよい。第２電極５０の形状は、第１電極４０と対向できるかぎり限定されないが、圧電素子１００を薄膜状にする場合には、層状あるいは薄膜状の形状が好ましい。この場合の第２電極５０の厚みは、例えば、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。また、第２電極５０の平面的な形状についても、第１電極４０に対向して配置されたときに両者の間に圧電体層６０を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。第２電極５０の機能の一つとしては、圧電体層６０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体層６０の上に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２電極５０の材質としては、例えば、第１電極４０と同様とすることができる。
【０１０１】
図１３は、第１電極４０が第２電極５０よりも平面的に大きく形成された例を示しているが、第２電極５０のほうが第１電極４０よりも平面的に大きく形成されてもよい。この場合は、第２電極５０は、圧電体層６０の側面に形成されてもよく、第２電極５０に、水分や水素等から圧電体層６０を保護する機能を兼ねさせることができる。なお、第１電極４０および第２電極５０の一方が他方よりも大きく形成された場合、当該大きく形成された電極を、複数の圧電素子の共通電極としてもよい。
【０１０２】
圧電体層６０は、図１３に示すように、第１電極４０および第２電極５０の間に配置される。本実施形態では圧電体層６０は、第１電極４０に接して設けられている。また、圧電体層６０と、第２電極５０との間には、他の層が形成されてもよい。この場合の他の層としては、例えばチタン層などが挙げられる。
【０１０３】
圧電体層６０の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることができる。圧電体層６０の厚みがこの範囲を外れると、十分な変形（電気機械変換）が得られなくなる場合がある。圧電体層６０の厚みとしては、１０００ｎｍ以上、１５００ｎｍ以下であることがより好ましい。圧電体層６０の厚みが、このような範囲内であると、圧電素子１００の変位量を十分大きくとることができるとともに薄膜化に寄与することができる。
【０１０４】
圧電体層６０の材質としては、圧電性を有するものであるかぎり特に限定されないが、例えば、一般式ＭＡＭＢＯ３で示される酸化物（例えば、ＭＡは、Ｐｂ、Ｋ、Ｂａ、Ｓｒ、およびＢｉからなる群より選択される少なくとも１種を含み、ＭＢは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎａ、ＴａおよびＬａからなる群より選択される少なくとも１種を含む。）が挙げられる。
【０１０５】
これらのうち、圧電体層６０の材質としては、少なくとも鉛、ジルコニウム、チタンおよび酸素を含む複合酸化物とすることがより好適である。圧電体層６０の材質に好適な複合酸化物としては、より具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下これを「ＰＺＴ」と略記することがある）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）（以下これを「ＰＺＴＮ」と略記することがある。）などが挙げられる。
【０１０６】
このような複合酸化物は、いずれも式中、ＭＡサイトの酸化物とＭＢサイトの酸化物の固溶体を形成することができる。そして、このような複合酸化物は、結晶化により、ペロブスカイト型の結晶構造をとることができる。複合酸化物は、結晶化されて、ペロブスカイト型の結晶構造をとることにより、圧電性を呈することができる。これにより、圧電体層６０は、第１電極４０および第２電極５０によって電界が印加されることで変形することができる（電気機械変換）。圧電素子１００が圧電体層６０の変形によって変形するため、例えば、上述の絶縁層３０を含む圧電素子１００を含むアクチュエーターを構成すると、可動部（絶縁層３０）を変形させたり（たわませたり）、振動させたりすることができる。
【０１０７】
圧電体層６０は、積層構造であってもよい。例えば、互いに異なる組成の圧電体の層や、同一の組成の圧電体の層が、複数層積層していてもよい。また、圧電体層６０には、厚みの方向に組成が傾斜していてもよい。さらに積層する層の数も任意である。
【０１０８】
圧電素子を形成する工程は、例えば、次のように行われる。
【０１０９】
まず、「３．１．絶縁膜を形成する工程」を経て絶縁層３０が形成されたシリコン基板１０を準備し、シリコン基板１０上に第１電極４０を形成する。第１電極４０は、例えばスパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。第１電極４０は、必要に応じてパターニングされることができる。次に、第１電極４０の上に、圧電体層６０を形成する。圧電体層６０は、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成されることができる。ここで圧電体層６０の材質が、例えば、ＰＺＴである場合、酸素雰囲気で６５０℃ないし７５０℃程度の焼成を行うことにより、圧電体層６０を結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体層６０をパターニングした後に行ってもよい。圧電体層６０は、上記の操作を少なくとも２回繰り返して形成されてもよい。このようにすることで、圧電体層６０の全体の結晶性および結晶の質を向上させることができる。なお、圧電体層６０は、第１電極４０に接して形成される。次に、圧電体層６０の上に第２電極５０を形成する。第２電極５０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。そして、所望の形状に第２電極５０および圧電体層６０をパターニングして、図１３に示すような圧電素子１００が形成される。
【０１１０】
３．３．保護膜を形成する工程
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法は、保護膜を形成する工程を、必要に応じて含んでもよい。本実施形態では、圧電素子１００を覆うように保護膜７０を形成する例を示す。また、本実施形態では保護膜７０を形成する例を示すが、圧電素子１００を機械的、化学的に保護できる限り、保護膜７０に依らなくても、例えば、保護板等によって圧電素子１００を覆ってもよい。
【０１１１】
保護膜７０は、例えば、レジスト等の除去することが可能な材質で形成される。保護膜７０は、例えば、図１３に示すように、シリコン基板１０の一方の主面側を圧電素子１０００を含んで全体的に覆うように形成される。保護膜７０は、例えば、ＣＶＤ法やスピンコート法によって形成されることができる。
【０１１２】
本工程を経て、保護膜７０が形成された場合、保護膜７０によって、例えば、圧電素子１００が他の部材と機械的に接触することや、エッチングされることを防止しやすくすることができる。これにより、後の各工程におけるシリコン基板１０等の取り扱いを容易化することができる。なお保護膜７０は、不要となったときに、除去されることができる。
【０１１３】
３．４．表面処理工程、マスク層形成工程、パターニング工程およびエッチング工程
次に、図１４ないし図１７に示すように、シリコン基板１０の他方の主面に対して、表面処理工程、マスク層形成工程、パターニング工程およびエッチング工程を行う。これらの工程は、「１．シリコン基板の加工方法」の項で既に述べたとおりであり、同一の部材には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【０１１４】
図１４は、シリコン基板１０の他方の主面に対して、表面処理工程を行う様子を模式的に示している。図１５は、マスク層形成工程を経てマスク層２０が形成された状態を示している。図１６は、パターニング工程を経て、マスクパターン２２が形成された状態を示している。図１７は、エッチング工程を経て、シリコン基板１０に孔１４が形成された状態を示している。そして、表面処理工程およびマスク層形成工程は、同一チャンバー内で行われる。本実施形態では、マスク層２０の材質として、酸化クロムを選択し、マスク層２０をクロムを含有する層とした。なお、エッチング工程において、絶縁膜３０は、エッチングストッパーとして機能している。また、液体噴射ヘッドの製造方法において、表面処理工程の前に、既に述べたフッ化水素を含む溶液でシリコン基板１０の他方の主面を洗浄する工程を有してもよい。
【０１１５】
これらの工程を経ることにより、図１７に示すような構造体が形成される。図１７に示すように、シリコン基板１０の孔１４は、圧電素子１００の第１電極４０、第２電極５０および圧電体層６０を一組とした構造体の一つずつに対応して形成されている。そして、この孔１４が液体噴射ヘッド２００における液体の流路となる。
【０１１６】
３．５．ノズル板を設ける工程
ノズル板８０は、図１８に示すように、ノズル孔８２を有する。ノズル孔８２は、シリコン基板１０に形成された液体の流路に連通しており、ノズル孔８２からは、液体が吐出されることができる。ノズル板８０には、例えば、多数のノズル孔８２が一列に設けられている。ノズル板８０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。
【０１１７】
本工程により、ノズル板８０は、シリコン基板１０の他方の主面に設けられる。ノズル板８０とシリコン基板１０との接合は、例えば、接着剤を用いて行われることができる。
【０１１８】
３．６．液体噴射ヘッド
そして、本実施形態では保護膜７を形成しているため、保護膜７０を除去して図１９に示すような液体噴射ヘッド２００が製造される。なお、ノズル板８０を設ける工程の前に、マスクパターン２２を除去する工程を有してもよい。マスクパターン２２の除去は、例えば、パターニング工程で使用したエッチャントによってマスクパターン２２をエッチングして行われることができる。マスクパターン２２を除去する工程を含む場合は、ノズル板８０を設ける工程を経ることにより、図２０に示すような液体噴射ヘッド２０１が製造される。
【０１１９】
以上説明した本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法により、製造された液体噴射ヘッド２００は、液体の流路が形成されたシリコン基板１０と、シリコン基板１００の一方の主面に形成された絶縁層３０と、絶縁層３０のシリコン基板１０とは反対側の面に形成された圧電素子１００と、シリコン基板１０の他方の主面に形成されたマスクパターン２２（クロム含有層）と、マスクパターン２２（クロム含有層）のシリコン基板１０とは反対側の面に形成されたノズル板８０と、を有する。なお、シリコン基板１０に形成された流路のうち、圧電素子１００に対応して形成されている部分は、圧電素子１００の動作によって、容積が変化しうる部分であり、圧力発生室としての役割を果たすことができる。
【０１２０】
このような液体噴射ヘッドは、マスクパターン２２（クロム含有層）を有することにより、シリコン基板１０に形成された流路の寸法精度が高いとともに、シリコン基板１０およびノズル板８０との接着性が高い。そのため、本実施形態の液体噴射ヘッド２００は、例えば、信頼性が高まっている。また、本実施形態の液体噴射ヘッド２００は、マスクパターン２２（クロム含有層）を除去する工程が不要なため、少ない工程で製造することができる。
【０１２１】
液体噴射ヘッド２００、液体噴射ヘッド２０１は、上述したように、寸法精度の高い流路を有しており、液体の噴射量を精密に制御することができる。このような液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることができる。
【０１２２】
３．７．作用効果
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、簡易な工程で、シリコン基板１０を良好な寸法精度で加工することができ、シリコン基板１０に液体噴射ヘッドの流路を寸法精度良く形成することができる。また、シリコン基板１０の加工速度も大きく、高いスループットで液体噴射ヘッドを製造することができる。
【０１２３】
４．液体噴射装置
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法によって製造された液体噴射ヘッドは、例えば、液体噴射装置に利用することができる。ついて、図面を参照しながら説明する。液体噴射装置は、上述の液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置が上述の液体噴射ヘッドを有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図２１は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
【０１２４】
液体噴射装置７００は、図２１に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。さらに、液体噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
【０１２５】
ヘッドユニット７３０は、上述した液体噴射ヘッド２００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
【０１２６】
駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
【０１２７】
往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１２８】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド２００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド２００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であってもよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【０１２９】
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。
【０１３０】
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。
【０１３１】
ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
【０１３２】
液体噴射装置７００は、寸法精度の高い液体噴射ヘッド２００を有する。したがって液体噴射装置７００の印刷特性が良好なものとなっている。
【０１３３】
なお、上記例示した液体噴射装置は、１つの液体噴射ヘッドを有し、この液体噴射ヘッドによって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【０１３４】
以上、本発明にかかる液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしてのインクジェット記録装置７００を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【０１３５】
なお、上述した実施形態および各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態および各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【０１３６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１３７】
１０…シリコン基板、１２…開口、１４…孔、２０…マスク層、２２…マスクパターン、２２ａ…段差、２４…開口部、２６…第１マスク層、２８…第２マスク層、３０…絶縁膜、４０…第１電極、５０…第２電極、６０…圧電体層、７０…保護膜、８０…ノズル板、８２…ノズル孔、１００…圧電素子、２００，２０１…液体噴射ヘッド、７００…液体噴射装置、７１０…駆動部、７２０…装置本体、７２１…トレイ、７２２…排出口、７３０…ヘッドユニット、７３１…インクカートリッジ、７３２…キャリッジ、７４１…キャリッジモーター、７４２…往復動機構、７４３…タイミングベルト、７４４…キャリッジガイド軸、７５０…給紙部、７５１…給紙モーター、７５２…給紙ローラー、７５２ａ…従動ローラー、７５２ｂ…駆動ローラー、７６０…制御部、７７０…操作パネル、Ｃ…チャンバー、Ｓ…電源装置、Ｅ…極板、Ｉ…イオン、Ｔ…ターゲット、ｅ…距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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