(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板を液体組成物でエッチングすることで、前記シリコン基板に前記シリコン基板を貫通する穴を形成するシリコン基板のエッチング方法であって、
前記液体組成物は、アルカリ性有機化合物と、水と、ホウ素化合物とを含有し、前記液体組成物の前記ホウ素化合物の含有割合は１質量％以上１４質量％以下であることを特徴とするシリコン基板のエッチング方法。
【請求項２】
前記液体組成物の前記ホウ素化合物の含有割合は５質量％以上１４質量％以下である請求項１に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項３】
前記液体組成物の前記ホウ素化合物の含有割合は１２質量％以上１４質量％以下である請求項１に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項４】
前記液体組成物はケイ素化合物を含有している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項５】
前記液体組成物の前記ケイ素化合物の含有割合は７質量％以下である請求項４に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項６】
前記液体組成物の前記ホウ素化合物と前記ケイ素化合物との合計の含有割合は５質量％以上１４質量％以下である請求項４または５に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項７】
前記ケイ素化合物は、ケイ素、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、オルトケイ酸、メタケイ酸、メタ二ケイ酸、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸二ナトリウム、ケイ酸カリウムの少なくとも１つである請求項４乃至６のいずれか１項に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項８】
前記アルカリ性有機化合物は、水酸化テトラメチルアンモニウムである請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項９】
前記ホウ素化合物は、三酸化二ホウ素、四ホウ酸ナトリウム、メタホウ酸、過ホウ酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アンモニウムの少なくとも１つである請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項１０】
前記エッチングをシリコン酸化膜で形成されたエッチングマスクを用いて行う請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項１１】
前記シリコン基板はアルミニウムまたはアルミニウム合金の少なくとも一方を備えている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項１２】
供給口が貫通したシリコン基板と、前記シリコン基板上に流路形成部材とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシリコン基板のエッチング方法によって、前記供給口として、前記シリコン基板を貫通する穴を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板をエッチングするエッチング方法、及び前記エッチング方法を含む液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板にエッチングによって貫通穴や凹部を形成する方法として、液体組成物を用いたウェットエッチングがある。ウェットエッチングの１つとして、特許文献１に記載されているようなアルカリ性有機化合物と水とを用いたエッチングがある。
【０００３】
シリコン基板のウェットエッチングには、一般的に長いエッチング時間を要する。このため、エッチング時間を短縮することが要求される。また、シリコン基板にはアルミニウムやアルミニウム合金で形成された部材（例えば配線）が形成されていることがあり、その場合にはこれらが液体組成物によってエッチングされることを抑制する必要がある。このような課題に対して、特許文献２には、アルカリ性有機化合物と水酸化ナトリウムとケイ素化合物とを含有する液体組成物を用いてシリコン基板をエッチングする方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７８３７１号公報
【特許文献２】特開２００９−２０６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らの検討によれば、特許文献１の液体組成物は、シリコン基板のエッチング速度が遅く、より速くする必要がある。この点、特許文献２の液体組成物は、シリコン基板のエッチング速度は速くなるが、まだ改善の余地があった。また、シリコン基板と、一般的にエッチングの際にマスクとして用いられるシリコン酸化膜との間のエッチングレートの差が十分でなく、所望の良好な形状の穴が形成できない等、良好な加工を行えない場合がある。
【０００６】
従って本発明は、液体組成物によってシリコン基板をエッチングする際に、シリコン基板のエッチング速度を速めながら、良好な加工を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シリコン基板を液体組成物でエッチングすることで、前記シリコン基板に前記シリコン基板を貫通する穴を形成するシリコン基板のエッチング方法であって、前記液体組成物は、アルカリ性有機化合物と、水と、ホウ素化合物とを含有し、前記液体組成物の前記ホウ素化合物の含有割合は１質量％以上１４質量％以下であることを特徴とする。また、供給口が貫通したシリコン基板と、前記シリコン基板上に流路形成部材とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記シリコン基板のエッチング方法によって、前記供給口として、前記シリコン基板を貫通する穴を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液体組成物によってシリコン基板をエッチングする際に、シリコン基板のエッチング速度を速めながら、良好な加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】シリコン基板を液体組成物でエッチングする様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、シリコン基板を液体組成物でエッチングするエッチング方法に関する。まず、エッチングを行うシリコン基板について説明する。シリコン基板とは、シリコンで形成された基板である。エッチングとして異方性エッチングを行う場合、シリコン基板はシリコンの単結晶で形成する。異方性エッチングを行う場合、シリコン基板の２つの対向する面を表面と裏面としたとき、表面及び裏面は結晶方位が（１００）の面であることが好ましい。これら表面及び裏面の少なくとも一方の面にエッチングマスクを形成し、エッチングマスクの開口から液体組成物を導入してシリコン基板をエッチングし、穴を形成する。エッチングマスクは、シリコン酸化膜や樹脂で形成することができ、シリコン酸化膜で形成することが好ましい。
【００１２】
シリコン基板は、アルミニウムやアルミニウム合金を備えていることがある。例えばシリコン基板として液体吐出ヘッドに用いられる基板であれば、アルミニウムで形成された配線が、シリコン基板の表面上に形成されている。この場合、例えば裏面側から液体組成物によるエッチングを行うことが好ましい。
【００１３】
本発明の液体組成物は、アルカリ性有機化合物と、水と、ホウ素化合物とを含有する。
【００１４】
液体組成物が含有するアルカリ性有機化合物は、シリコン基板をエッチングするためのアルカリ性を示す化合物であればよく、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）や水酸化テトラエチルアンモニウムを用いることが好ましい。液体組成物のアルカリ性有機化合物の含有割合は、５質量％以上２５質量％以下であることが好ましい。５質量％以上であれば、エッチング性能を長時間維持することができる。好ましくは１０質量％以上である。また、２５質量％以下であれば、エッチング速度を速くすることができる。好ましくは２２質量％以下である。
【００１５】
本発明では、液体組成物がホウ素化合物を含有する。ホウ素化合物としては、水溶性のホウ素化合物であることが好ましい。好ましい例としては、三酸化二ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、メタホウ酸、過ホウ酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アンモニウムが挙げられる。液体組成物のホウ素化合物の含有割合は、１質量％以上１４質量％以下である。１質量％以上とすることで、シリコン基板のエッチング速度を速めることができ、かつアルミニウムやアルミニウム配線がエッチングされることを抑制することができる。また、液体組成物のホウ素化合物の含有割合を１４質量％以下とすることで、シリコン基板のエッチング速度を速めることができる。即ち、シリコン基板のエッチング速度は、ホウ素化合物の含有割合が１質量％未満であっても１４質量％を超えても遅くなる。液体組成物のホウ素化合物の含有割合は、好ましくは５質量％以上１４質量％以下である。より好ましくは、１２質量％以上１４質量％以下である。
【００１６】
本発明の液体組成物は、ケイ素化合物を含有していてもよい。ケイ素化合物としては、アルカリ性有機化合物の水溶液に溶解するものであることが好ましい。好ましい例としては、ケイ素、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、オルトケイ酸、メタケイ酸、メタ二ケイ酸、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸二ナトリウム、ケイ酸カリウムが挙げられる。液体組成物がケイ素化合物を含有している場合、ホウ素化合物の機能を十分に発揮させる点や、液体組成物の性能の変化の点を考慮すると、液体組成物のケイ素化合物の含有割合は、１０質量％以下とすることが好ましい。より好ましくは７質量％以下であり、さらに好ましくは６質量％以下である。ケイ素化合物の濃度の調整は、例えば液体組成物の一部もしくは全量を系外へ抜き出し、晶析やイオン交換等の操作をすることにより行う。液体組成物のホウ素化合物とケイ素化合物との合計の含有割合は、５質量％以上１４質量％以下であることが好ましい。５質量％以上とすることで、シリコン基板のエッチング速度を速めることができ、かつアルミニウムやアルミニウム配線がエッチングされることを抑制することができる。また、１４質量％以下とすることで、シリコン基板のエッチング速度を速めることができる。液体組成物のホウ素化合物とケイ素化合物との合計の含有割合は、より好ましくは１２質量％以上１４質量％以下である。
【００１７】
本発明のエッチング方法では、エッチングによって、シリコン基板に穴を形成する等の加工を行う。加工するシリコン基板は、例えば液体吐出ヘッド、熱型センサ、圧力センサ、加速度センサ等に用いられる。また、本発明の液体組成物を用いれば、シリコン基板のいずれの面からも、例えばアルミニウムやアルミニウム合金の配線等が形成されている側の面からでもエッチングを行うことができる。
【００１８】
以下、シリコン基板の一例として液体吐出ヘッドのシリコン基板を用い、これを加工する方法を、図１を用いて説明する。
【００１９】
まず、図１（ａ）で示すように、表面側にエネルギー発生素子２が形成されたシリコン基板１を用意する。シリコン基板１の裏面側には、シリコン酸化膜３が形成されている。シリコン基板１の表面及び裏面は、例えば結晶方位が（１００）の面であることが好ましく、シリコン基板１はシリコンの単結晶で形成されていることが好ましい。エネルギー発生素子はＴａＳｉＮ等で形成されており、エネルギー発生素子に電気を供給するアルミニウム等で形成された配線（不図示）が表面に設けられている。シリコン酸化膜は自然に成膜する酸化膜でもよいし、スパッタ装置などにより人工的に成膜される酸化膜でもよい。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面側に、流路の型材４を形成する。流路の型材４は、例えばポジ型感光性樹脂を塗布し、これをパターン露光、加熱及び現像することで形成する。続いて図１（ｃ）に示すように、型材４を覆うように流路形成部材５を形成する。流路形成部材５は、例えば型材４を覆うようにネガ型感光性樹脂を塗布し、これをパターン露光、加熱及び現像することで形成する。この工程により、流路形成部材５には吐出口６を形成する。
【００２１】
次に、図１（ｄ）に示すように、シリコン基板１の裏面側に、シリコン酸化膜３を貫通する穴７を形成する。この穴７は、レーザーやドライエッチングによって形成する。穴７は、シリコン基板１の中に入り込んでおり、表面まで貫通しない未貫通穴となっている。穴７は形成しなくてもよく、例えばシリコン酸化膜３に開口を形成し、その部分でシリコン基板１の裏面を露出させる方法でもよい。
【００２２】
次に、図１（ｅ）に示すように、液体組成物を用いてシリコン基板１をエッチングする。この際、シリコン酸化膜３はエッチングのマスクとして機能する。液体組成物は、穴７から入り込み、シリコン基板１の表面に到達する。穴７が形成されていない場合、シリコン酸化膜３の開口に露出したシリコン基板１の裏面からエッチングが進行し、表面に到達する。このようにして、穴８を形成する。穴８は、液体吐出ヘッドの供給口となる。エッチングの際の液体組成物の温度は、シリコン基板のエッチングレートの観点から４０℃以上１００℃以下とすることが好ましい。より好ましくは７０℃以上９５℃以下である。液体組成物を供給している間は、表面側の流路形成部材５等は環化ゴムやテープ等により保護しておくことが好ましい。或いは、シリコン基板１と容器をシールして、処理面のみが液体組成物に触れる方式としてもよい。但し、これらの場合であっても、表面側に到達した液体組成物は、アルミニウムの配線等には接触する可能性がある。
【００２３】
次に、図１（ｆ）に示すように、シリコン基板１のエッチング後にシリコン酸化膜３を除去する。除去方法としては、溶液中にシリコン基板１を浸漬させて処理を行うウェット方式を用いてもよいし、エッチングガスで処理をするドライ方式を用いてもよい。
【００２４】
次に、図１（ｇ）に示すように、型材４を除去し、液体の流路を形成する。最後に個々のチップに分離し、各チップにエネルギー発生素子２を駆動させる電気配線の接合を行い、液体供給用のチップタンク部材を接合等することにより、液体吐出ヘッドを製造する。
【実施例】
【００２５】
表１に示す液体組成物を用い、シリコン基板のエッチングを行った。表１の液体組成物は水を含有し、合計で１００質量％である。
【００２６】
シリコン基板は表面及び裏面の結晶方位が（１００）の単結晶シリコンの基板を用いた。シリコン基板の裏面にはシリコン酸化膜が形成されており、シリコン酸化膜には開口を形成してエッチングの際のマスクとした。エッチングの際の液体組成物の温度は８８℃とし、液体組成物にシリコン基板を１時間浸漬させた。その後、シリコン基板を超純水で洗浄し、エッチング前後のシリコン基板の厚みからシリコン基板のエッチング速度を算出した。
【００２７】
さらに、シリコン基板の上にアルミニウムで形成された配線を形成し、シリコン基板を液体組成物に１０分間浸漬させた。この際の液体組成物の温度は８８℃とした。その後、シリコン基板を超純水で洗浄し、エッチング前後の配線の厚さからアルミニウムのエッチング速度を算出した。
【００２８】
【表１】
0006406908.tif 000002
【００２９】
表１に示すように、液体組成物が、アルカリ性有機化合物と、水と、ホウ素化合物とを含有し、液体組成物のホウ素化合物の含有割合は１質量％以上１４質量％以下であると、シリコン基板のエッチング速度を速くしながらも、シリコン基板に良好な加工を行える。一方、液体組成物のホウ素化合物の含有割合が１質量％未満の場合、比較例１に示すように、アルミニウムを８．１μｍ／ｍｉｎと、８．０μｍ／ｍｉｎを超えるほど速くエッチングしてしまい、良好な加工を行うことが困難となる。また、液体組成物のホウ素化合物の含有割合が１４質量％を超えると、比較例２に示すように、シリコン基板のエッチング速度が０．１μｍ／ｍｉｎ未満と非常に遅くなる。
【図１】
0006406908.tif 000003