(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン基板と、該第１のシリコン基板と対向する第２のシリコン基板との間に、開口部を有する中間層を介在させて前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板とを接合する接合工程と、
前記第１、第２のシリコン基板のうち、少なくとも一方のシリコン基板と前記開口部とによって形成される閉空間を少なくとも部分的に充填部によって埋める充填工程と、
前記第１のシリコン基板から前記開口部内の前記充填部および前記第２のシリコン基板を貫通する貫通口を形成するエッチング工程と、を備えることを特徴とするシリコン基板の加工方法。
【請求項２】
前記開口部は、前記中間層を貫通する穴である請求項１に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項３】
前記開口部は、前記中間層に設けられた凹部である請求項１に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項４】
前記エッチング工程は、前記中間層の前記凹部を貫通させるエッチングをさらに実施する請求項３に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項５】
前記エッチング工程は、前記中間層の前記凹部を貫通させるエッチングを、前記第１のシリコン基板を貫通させるエッチングおよび前記第２のシリコン基板を貫通させるエッチングとは異なるエッチング工程によって実施する請求項４に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項６】
前記閉空間は、前記第１のシリコン基板および前記第２のシリコン基板と前記中間層に形成された前記穴とにより形成される請求項２に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項７】
前記閉空間は、前記第１のシリコン基板または前記第２のシリコン基板と前記凹部とにより形成される請求項３に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項８】
前記閉空間は、前記充填工程によって充填される請求項１に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項９】
前記充填工程は、前記中間層を充填膜で覆うことにより、前記開口部内の空間を充填する請求項１ないし８のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項１０】
前記充填工程は、前記第１のシリコン基板または第２のシリコン基板と一体に形成された充填部によって前記開口部内の空間を充填する請求項１ないし８のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項１１】
前記エッチング工程は、
前記第１のシリコン基板を貫通する第１の貫通口を形成するエッチングと、
前記開口部に充填された前記充填部を除去するエッチングと、
前記中間層をマスクとして前記開口部に対応する第２の貫通口を形成するエッチングと、
を実施する請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項１２】
前記エッチング工程は、前記第１の貫通口を形成するエッチングと、前記充填部を除去するエッチングと、第２の貫通口を形成するエッチングと、を同一のエッチング工程で実施する請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項１３】
前記エッチング工程は、前記第１の貫通口を形成するエッチングと、前記充填部を除去するエッチングと、第２の貫通口を形成するエッチングと、をそれぞれ別のエッチング工程で実施する請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項１４】
前記エッチング工程は、前記充填部を除去するエッチングを、前記第１の貫通口を形成するエッチングおよび第２の貫通口を形成するエッチングと、は異なるエッチング工程で実施する請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のシリコン基板の加工方法。
【請求項１５】
第１のシリコン基板と、該第１のシリコン基板と対向する第２のシリコン基板との間に、開口部を有する中間層を介在させて、前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板とを接合する接合工程と、
前記第１または第２のシリコン基板のうち、少なくとも一方のシリコン基板と前記開口部とによって形成される閉空間を少なくとも部分的に充填部によって埋める充填工程と、
前記第１のシリコン基板から前記開口部内の前記充填部および前記第２のシリコン基板を貫通する液体供給口を形成するエッチング工程と、
前記液体供給口から供給された液体を吐出するための吐出口を有する吐出部を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１６】
第１のシリコン基板と、該第１のシリコン基板と対向する第２のシリコン基板との間に、開口部を有する中間層を介在させて、前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板とを接合する接合工程と、
前記第１、第２のシリコン基板のうち、少なくとも一方のシリコン基板と前記開口部とによって形成される閉空間を少なくとも部分的に充填部によって埋める充填工程と、
前記第１のシリコン基板から前記開口部内の前記充填部および前記第２のシリコン基板を貫通する液体供給口を形成するエッチング工程と、
前記第２のシリコン基板に、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段と、前記吐出エネルギー発生手段の吐出エネルギーによって前記液体供給口から供給された液体を吐出する吐出口と、を有する液体吐出部を形成する工程と、
を備えた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、シリコン基板にエッチングにて貫通口を形成するシリコン基板の加工方法に関し、さらに、この加工方法を用いた液体吐出用基板の製造方法、および液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンを加工することによって得られる微細な構造体はMEMS分野、電気機械の機構デバイスに幅広く使用されている。その一例として液体を吐出する液体吐出ヘッドがあげられる。液体を吐出する液体吐出ヘッドを用いるものとしては、例えば、インクを記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録方式に用いられるインクジェット記録ヘッドがある。インクジェット記録ヘッドは、液体（インク）を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられた基板と、基板に設けられた液体供給口から供給されたインクを吐出する吐出口を備えている。
【０００３】
特許文献１には、このようなインクジェット記録ヘッドの製造方法としてシリコン基板にマスクを内在させてエッチングを行う方法が開示されている。この方法では、まず、２枚のシリコン基板（第１のシリコン基板と第２のシリコン基板）の間に、供給口を加工するための貫通したパターンが形成されたマスクを挟み込む。次いで、第１のシリコン基板の裏面に共通液室を加工するための開口パターンを形成する。その後、第２のシリコン基板の裏面側よりドライエッチングにより共通液室の加工を進めていくと、予め挟み込まれた供給口のマスクが現れる。このマスクに形成されたパターンを通して、さらに供給口のエッチングを行うことにより、共通液室と供給口とからなる貫通口を形成する。
【０００４】
また、特許文献２には、特許文献１に記載の製造方法における供給口の形成精度を向上させる製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６６７９５８７号明細書
【特許文献２】特開２０１１−１６１９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および２に開示の製造方法において、供給口を形成するためのマスクは、２枚のシリコン基板の間に挟み込む形で形成されているため、２枚の基板の間にはマスクパターンが存在する部分に閉空間が形成される。この閉空間は、基本的には２枚のシリコン基板をマスクを介して貼り合わせる際の圧力環境に保たれる。例えば、大気中で貼り合わせた場合は大気圧環境が、真空中で貼り合わせた場合は真空環境がそれぞれ閉空間に封入される。但し、マスクパターンを形成する中間層の材質によっては中間層自身から脱離するガスや貼り合わせのプロセス中に発生する反応生成物等によって閉空間の圧力環境が変化することがある。このため、第１のシリコン基板をエッチングする最中やエッチングが完了する段階で、閉空間外部の圧力と閉空間内部の圧力との間に差が生じ、閉空間を形成している薄いシリコンや中間層の膜構造が破壊されてしまうことがあった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、第１、第２のシリコン基板のエッチングにおいて薄いシリコンや中間層の薄い膜構造が破壊されるのを抑制することが可能なシリコン基板の加工方法の提供を目的とする。
【０００８】
また、本発明は、上記シリコン基板の加工方法を適用することにより、良好な歩留まりで液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッドの製造を可能とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法および液体吐出ヘッドの製造方法の提供を他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。  
本発明は、第１のシリコン基板と、該第１のシリコン基板と対向する第２のシリコン基板との間に、開口部を有する中間層を介在させて、前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板とを接合する接合工程と、前記第１、第２のシリコン基板のうち、少なくとも一方のシリコン基板と前記開口部とによって形成される閉空間を少なくとも部分的に充填部によって埋める充填工程と、前記第１のシリコン基板から前記開口部内の前記充填部および前記第２のシリコン基板を貫通する貫通口を形成するエッチング工程と、を備えることを特徴とするシリコン基板の加工方法である。
【００１０】
また、本発明は、第１のシリコン基板と、該第１のシリコン基板と対向する第２のシリコン基板との間に、開口部を有する中間層を介在させて前記第１のシリコン基板と前記第２の基板とを接合する接合工程と、前記第１、第２のシリコン基板のうち、少なくとも一方のシリコン基板と前記開口部とによって形成される閉空間を少なくとも部分的に充填部によって埋める充填工程と、前記第１のシリコン基板から前記開口部内の前記充填部および前記第２のシリコン基板を貫通する貫通口を形成するエッチング工程と、前記貫通口から供給された液体を吐出するための吐出口を有する吐出部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１のシリコン基板のエッチングにおいて、薄いシリコンや中間層の薄い膜構造が破壊される可能性を低減することができ、歩留まり良くシリコン基板の加工を行うことが可能になる。従って、このシリコン基板の加工方法を用いた液体吐出ヘッド用基板の製造方法および液体吐出ヘッドの製造方法によれば、液体吐出用ヘッド用基板および液体吐出ヘッドを歩留良く製造することができ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態における液体吐出ヘッドの製造方法を示す側断面図である。
【図２】第１の実施形態における中間層の製造工程を示す側断面図である。
【図３】第２の実施形態における中間層の製造工程を示す側断面図である。
【図４】第３の実施形態における中間層の製造工程を示す側断面図である。
【図５】第３の実施形態において形成される凸形状部を示す側断面図である。
【図６】第４の実施形態における中間層の製造工程を示す側断面図である。
【図７】実施例２における中間層の製造工程を示す側断面図である。
【図８】実施例３における中間層の製造工程を示す側断面図である。
【図９】実施例４における中間層の製造工程を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るシリコン基板の加工方法を説明する。特にシリコン基板の加工方法を適用した液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。なお、以下の説明では、液体吐出ヘッドとして、インクを吐出して記録媒体への記録を行うインクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドを例にとり説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
まず、図１（ａ）に示すように、吐出エネルギー発生素子（吐出エネルギー発生手段）１０４を有する第２のシリコン基板１０２と、第１のシリコン基板１０１を用意する。これらシリコン基板の少なくとも一方に、貫通口（供給口）を形成する際にマスクパターンとして用いるための第２のパターン１０９を有する中間層１０３を形成する。この中間層１０３には複数の貫通した穴（開口部）が形成されているが、後述の工程によって各開口部内が充填部１１０で充填された状態となっている。
【００１５】
続いて、図１（ｂ）に示すように、中間層１０３を媒体として第１のシリコン基板１０１と第２のシリコン基板１０２とを接合する。両基板の接合方法に関しては、中間層１０３の材料により、さまざまな形態をとることができる。例えば、樹脂材料による接合、活性化した表面同士を接触させ接合する直接接合、金属材料を用いた拡散接合や共晶接合などを用いることができる。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、第２のシリコン基板１０２の表面に、吐出口およびその吐出口１１３に連通する液流路１１４を構成する流路形成層１０５を形成する。なお、この流路形成層１０５と、第１、第２のシリコン基板１０１、１０２、および中間層１０３とにより、液体吐出部が形成されている。
【００１７】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１のシリコン基板１０１の表面に、第１のマスク１０６を形成する。この第１のマスク１０６は、第１のシリコン基板１０１に共通液室１０７をエッチングにて形成するための第１のパターン１０６ａが形成されている。第１のパターン１０６ａは第１のマスクを貫通している。
【００１８】
なお、第１のマスク１０６の材料としては、通常、エッチングマスクとして用いることのできるものであれば、特に制限されない。例えば、有機材料、シリコン化合物、金属膜等が使用可能である。有機材料であれば、フォトレジストなどが使用可能である。また、シリコン化合物であれば、酸化シリコンを用いることができる。さらに、金属膜としては、クロムやアルミなどがあげられる。また、これらの材料を任意に積層したものを用いてもよい。
【００１９】
次に、図１（ｅ）に示すように第１のマスク１０６を用いて第１のエッチングを中間層１０３が露出するまで行い、第１の貫通口として共通液室１０７を形成する。第１のエッチングとしては、ドライエッチングや結晶異方性エッチングなどを適用することができるが、以下の実施形態では、ドライエッチングを用いて形成する場合について説明する。
【００２０】
また、本実施形態では、中間層１０３に貫通するように形成された開口部からなる第２のパターン１０９と第１、第２のシリコン基板とによって形成される閉空間の内部が充填部１１０によって充填されている。このため、エッチング環境と第２のパターン１０９の内部とで圧力差が生じない。従って、第１のエッチングが中間層１０３に達する直前であっても薄くなったシリコン構造が破壊されるおそれは低減される。
【００２１】
次に、図１（ｆ）に示すように、中間層１０３を第２のマスクとして用いることにより、貫通口としての液体供給口（以下、単に供給口ともいう）１０８を第２のエッチングによって形成する。供給口１０８は共通液室１０７と連通して形成される。この際、中間層１０３に形成された第２のパターン１０９内（開口部内）に充填された充填部１１０が、第１または第２のシリコン基板と同一条件でエッチング可能な材料で形成されている場合には、第１または第２のエッチングでエッチングされる。つまり、充填部１１０を除去するためのエッチングは、第１のシリコン基板１０１に共通液室１０７を形成するエッチング工程、または第２のシリコン基板１０２に供給口として貫通口（第２の貫通口）１０８を形成するエッチング工程において行われる。また、充填部１１０が第１のエッチングまたは第２のエッチングと同時にはエッチングできない材料で形成されている場合には、第１のエッチングと第２のエッチングとが行われる間に別のエッチングを行って除去すればよい。
【００２２】
最後に、図１（ｇ）に示すように、第１のシリコン基板１０１の表面に残存している第１のマスク１０６を除去することによって液体吐出ヘッド用基板としてのインクジェット記録ヘッドが得られる。この第１のマスク１０６は、特に除去する必要性がなければ、第１のシリコン基板１０１の表面に残してもよい。  
以上の工程により、液体吐出ヘッド用基板を作製することが可能になる。
【００２３】
次に、本実施形態において、中間層１０３に形成された第２のパターン１０９の内部に形成される充填部１１０を形成する方法を、より具体的に説明する。  
まず、図２（ａ）に示すように第１のシリコン基板１０１に中間層１０３を形成した後、図２（ｂ）に示すように、供給口１０８を形成するための第２のパターン１０９を中間層１０３に形成する。続いて、図２（ｃ）に示すように、中間層１０３の裏面（図中の下面）に、第２のパターン１０９を埋め込むように充填部１１０を形成する。充填部１１０の材料は、中間層１０３を残してエッチング除去し得る材料であればよい。例えば充填膜が挙げられる。さらには、第１のシリコン基板１０１、第２のシリコン基板１０２に使われる単結晶シリコンと同時にエッチングできる材料を用いると、シリコン基板の除去工程と共にエッチング除去が可能になるため、除去工程がより簡便になる。このような充填部１１０は、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、窒化シリコン、アルミニウム等の金属膜、などをスパッタリングやＣＶＤ法を用いて形成することができる。
【００２４】
続いて、先に形成した充填部１１０を平坦化する。ここでは、図２（ｄ）に示すように中間層１０３を露出させ、中間層１０３の第２のパターン１０９に埋め込んだ充填部１１０の裏面（図中、下面）が第１のシリコン基板１０１の裏面（図中、下面）と同一平面を形成するように平坦化してもよい。また、充填部１１０にポリシリコンやアモルファスシリコンのように、第２のシリコン基板１０２と接合することで一体化する材料を用いた場合には、図２（ｅ）に示すように、中間層１０３を露出させずに充填部１１０の表面のみを平坦化してもよい。  
以上の工程により、液体吐出ヘッドのシリコン基板を作成することができる。
【００２５】
本実施形態では、中間層１０３に形成された第２のパターン１０９の内部に形成される閉空間が充填部で充填されているため、エッチング環境とパターン内部とで圧力差が生じない。従って、第１のエッチングが中間層１０３に達する直前に第１のシリコン基板１０１の底部が薄くなっても、シリコン構造が破壊される可能性が低減でき、シリコン基板を歩留まり良く作成することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。この第２の実施形態では、図３に示すような中間層１０３を形成するものであり、他の部分は上記第１の実施形態と同様に形成する。  
この第２の実施形態は、まず、第１の実施形態と同様に、第１のシリコン基板１０１に中間層１０３を形成する（図３（ａ）参照）。次いで図３（ｂ）に示すように、供給口１０８を形成するための第２のパターン１０９を中間層１０３に形成する。この際、中間層１０３に形成する第２のパターン１０９は、第１のシリコン基板１０１の裏面が露出するまで開口を形成せず、任意の膜厚を残すように形成する。すなわち、この第２の実施形態における第２のパターンは、中間層１０３を貫通しない凹形状をなす部分（凹部）によって形成されている。
【００２７】
次に、図３（ｃ）に示すように中間層１０３上に第２のパターンを埋め込むように充填部１１０を形成する。この充填部１１０は、アルミニウム等の金属膜、アモルファスシリコン、ポリシリコン、窒化シリコンなどをスパッタリングやＣＶＤ法で形成することができる。
【００２８】
続いて、先に形成した充填部１１０を平坦化する。ここでは、図３（ｄ）のように中間層１０３の裏面（図中、下面）を露出させ、凹形状をなす第２のパターン１０９に埋め込んだ充填部１１０を第１のシリコン基板１０１の裏面と同一平面になるように平坦化する。また、充填部１１０の材料としてポリシリコンやアモルファスシリコンのような第２のシリコン基板との接合で一体化する材料を用いた場合、図３（ｅ）のように中間層１０３を露出させず、充填部１１０の裏面のみを平坦化するようしてもよい。
【００２９】
以下、上記第１の実施形態において説明した工程とほぼ同様の工程を実行することで液体吐出ヘッドを作成することができる。但し、この第２の実施形態では、第１のエッチングにより図１（ｅ）に示すように共通液室１０７を形成した後、第２のパターン１０９の上部に残った中間層（薄膜部）１０３ａをエッチングによって除去する必要がある。このように第２の実施形態では、中間層１０３に第２のパターン１０９を形成する際に第１のシリコン基板１０１が露出するまで開口を形成せず、第２のパターン１０９との対向位置に表面側（図中、上面側）から所定の厚さを有する薄膜部１０３ａを残存させている。このため、共通液室１０７側から見ると第２のシリコン基板１０２は露出していない状態となる。従って、第１のエッチングにより第２のシリコン基板１０２のエッチングが不用意に進んでいくことが抑制される。
【００３０】
また、この第２の実施形態では、第１のエッチングにより共通液室１０７を形成する際に、中間層１０３の薄膜部１０３ａを挟むように、中間層１０３に形成された第２のパターン１０９の内部に形成される閉空間がシリコンで充填されている。このため、第１のエッチングのエッチング環境と第２のパターン１０９の内部とで圧力差が生じることはない。このため、第１のエッチングが中間層１０３に達しても薄膜部１０３ａが破壊される可能性は低くなり、液体吐出用基板の歩留まりの向上が期待できる。
【００３１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。この第３の実施形態は、第１のシリコン基板１０１および中間層１０３を、図４に示すような工程に従って形成するものであり、他の部分の形成工程は上記第１の実施形態と略同様である。  
この第３の実施形態では、まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上に供給口１０８を形成するための第２のパターン１０９の内部に形成される閉空間を充填する充填膜として機能する凸形状部１３０を形成する。この凸形状部１３０の形成には、ウェットエッチング、ドライエッチングを利用することができる。ウェットエッチングは、ふっ酸、硝酸系混合液を用いたエッチング、ＫＯＨやＴＭＡＨを用いた結晶異方性エッチングなどが挙げられる。ドライエッチングは、シリコン深掘りエッチングで用いられるボッシュプロセス、コンベンショナルな反応性イオンエッチング（ノンボッシュ）、ＸｅＦ２ガスを用いたガスエッチングやその他のエッチング方法が用いられる。
【００３２】
ボッシュプロセスやノンボッシュのドライエッチングでは、図５（ａ）に示すように断面矩形の凸形状部１３０が得られる。ＫＯＨやＴＭＡＨによる結晶異方性エッチング）では図５（ｂ）のような断面台形の凸形状部１３０が得られる。ふっ酸、硝酸系混合液でのウェットエッチングやＸｅＦ２によるガスエッチングのようなケミカルドライエッチングでは、図５（ｃ）のようなテーパ形状の断面を有する凸形状部１３０が得られる。
【００３３】
続いて、凸形状部１３０を覆うように中間層１０３を形成する（図４（ｂ）参照）。この中間層１０３を形成する際の下地となる第１のシリコン基板１０１の裏面には凸形状部が形成されていることから、これを覆った中間層１０３の裏面（図中、下面）にも凹凸が生じる。このため、中間層１０３の平坦化処理を行う。この場合、中間層１０３は、図４（ｃ)に示すように、第１のシリコン基板１０１の凸形状部１３０が露出するまで平坦化加工を行ってもよい。また、図４（ｄ）に示すように、凸形状部１３０を露出させず、凸形状部１３０との対向部分に所定の厚さの薄膜部１０３ｂを残存させるようにしてもよい（図４（ｄ)参照）。
【００３４】
上記のように凸形状部１３０を露出させず、中間層１０３の裏面側から所定の厚さの薄膜部１０３ｂを残存させた場合、上記第２の実施形態のように中間層１０３の表面側から所定の厚さを有する薄膜部１０３ａを形成した場合と同様の効果が得られる。すなわち、共通液室１０７側から見ると第２のシリコン基板１０２は露出していないため、第１のエッチングにより第２のシリコン基板１０２のエッチングが不用意に進んでしまうことが抑制される。但し、この場合にも、第１のエッチングにより共通液室１０７を形成した後に、第２のパターン１０９に残存する薄膜部１０３ｂをエッチングによって除去することが好ましい。  
第１のシリコン基板１０１および中間層１０３の加工が終了した後は、第１の実施形態と同様の工程を実行することで、液体吐出ヘッドを作成することができる。  
【００３５】
なお、第１ないし第３の実施形態のいずれにおいても、中間層１０３の材料としては、樹脂材料、シリコン酸化物、シリコン窒化物、炭化シリコン、シリコン以外の金属またはその金属酸化物、あるいは金属窒素物などが挙げられる。
【００３６】
また、上記のように凸形状部を有する第１のシリコン基板に、樹脂材料以外の上記材料を用いて中間層を形成する場合には、熱酸化等のシリコンの改質加工、スパッタリングやＣＶＤ等の堆積加工を行うことが好ましい。また、凸形状部を有するシリコン基板上に樹脂材料を用いて中間層を形成する場合には、塗布コーティングもしくは加圧ラミネートできるものを用いることが好ましい。具体的には、レジスト状のものやドライフィルム状のものを用いることが好ましい。
【００３７】
また、堆積した材料を平坦化するには、機械研磨や化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)、やその他の機械加工などの方法を採ることができる。樹脂材料を用いた接合の場合や金、銅、すずなどを用いた金属接合の場合は、切削加工等の機械加工による表面でも接合できる。これに対し、シリコン同士や、シリコンと酸化シリコンなどの表面を直接接合する場合は非常に平滑な面が求められるため、機械研磨や化学的機械研磨による平坦化が必要となる。
【００３８】
また中間層の材料として樹脂材料を用いる場合、熱可塑性の樹脂を用いると中間層を形成した後に、ローラや平板などを用いて加圧平坦化を行うことができる。また、樹脂材料を用いた中間層を媒体にして２枚の基板を接合する場合には、加熱と加圧とを同時に行うことにより、接合と同時に平坦化を行うことも可能になる。
【００３９】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。この第４の実施形態は、中間層に形成された凹形状の第２のパターンの内部に埋め込まれる充填部を第１のシリコン基板に直接形成する方法となっている。
【００４０】
まず、図６（ａ）に示すように、第１のシリコン基板１０１に中間層としての熱酸化膜１２０を形成する。この後、図６（ｂ）に示すように、第２のパターン１０９に対応するパターンを窒化シリコン膜１４０で形成する。なお、ここでいう第２のパターンとは、上記各実施形態と同様に、第２のシリコン基板１０１に供給口１０８をエッチングにて形成するためのパターンを指す。
【００４１】
窒化シリコン膜１４０を形成した後、さらに熱酸化処理を行うことで、図６（ｃ）に示すように、熱酸化膜１２０の中で窒化シリコン膜１４０が存在しない部分１２０ａのみに酸化が進行する。その結果、中間層としての熱酸化膜１２０には、凹形状をなす第２のパターン（開口部）１０９が形成される。換言すれば、第１のシリコン基板１０１には凸形状部１０１ａが形成され、これが、中間層１２０に形成された開口部としての第２のパターン１０９を充填する充填部となる。つまり、この第４の実施形態では、第２のパターン１０９を充填する充填部が第１のシリコン基板１０１と一体に形成されることとなる。
【００４２】
次いで、窒化シリコン膜１４０を除去し（図６（ｄ）参照）、形成された熱酸化シリコンの裏面（図中、下面）を平坦化する。この際、熱酸化膜は、図６（ｅ）に示すように第１のシリコン基板１０１の凸形状部１０１ａが露出するまで平坦化加工を行ってもよいし、図６（ｆ）に示すように、凸形状部１０１ａを露出させずに所定の厚さの膜を残存させてもよい。
【００４３】
なお、上記各実施形態において、内部が充填された第２のパターンが露出するまで中間層を平坦化する場合には、第２のパターンの裏面と第１のシリコン基板の裏面とが同一平面になるように平坦化することが好ましい。この際、異なる材料を研磨することとなるが、その場合には、材料によって研磨レートが異なったり、研磨レートが面内でばらついたりするため、完全に平面にすることは困難である。しかし、多少の凹凸であれば、第２のシリコン基板１０２との接合時に面同士の変形によって空隙にはならないため問題が生じにくい。
【００４４】
また、上記各実施形態のように、第２のパターン内の空間を部分的にでも埋め込むようにすれば、第２のパターン内に形成される閉空間の体積が減少するため、閉空間を形成している薄いシリコンや中間層の膜構造にかかる応力を軽減することができる。従って、シリコン基板や中間層の接触面は、必ずしも完全に平坦化する必要はない。例えば、第２のパターン内に形成される閉空間の体積に対する埋め込み率を５０％以上にすることは有効であり、９０％以上かつ１１０％以下にすることが好ましい。
【００４５】
次に、上記実施形態にて説明した液体吐出用基板の製造方法を、以下の実施例によってより具体的に説明する。
【００４６】
［実施例］
（実施例１）
まず、図２（ａ）に示すように、第１のシリコン基板１０１に厚さ１．０μｍの熱酸化シリコンからなる中間層１０３を形成した。この後、東京応化工業社製ＯＦＰＲ−ＰＲ８−ＰＭ（商品名）を塗布、露光、現像し、中間層１０３に供給口１０８を形成するための第１のパターン１０９を形成した。露光には、ウシオ電機製プロジェクションマスクアライナＵＸ−４０３１ＳＣを用いた。
【００４７】
次いで、第２のパターンに対応するマスクを用いて中間層１０３にバッファードふっ酸によるウェットエッチングを施し、図２（ｂ）に示すように、第２のパターン１０９を得た。中間層１０３は、第１のシリコン基板１０１が露出するまでエッチングを行い、第２のパターンによって中間層１０３を完全に貫通させた。
【００４８】
次に、中間層１０３に形成した第２のパターン１０９内を埋め込むようにプラズマＣＶＤによりポリシリコン膜で充填部１１０を形成した。ここでは、１．０μｍの深さのパターンを完全に埋め込むために約２．０μｍのポリシリコンを成膜した。
【００４９】
次に、充填部（ポリシリコン膜）を化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)を用いて平坦化した。埋め込んだポリシリコンと周囲の酸化シリコンとがほぼ平坦になるように研磨した（図２（ｄ）参照）。研磨布として不織布のＳＵＢＡ−８００（ニッタ・ハース社製）を用い、研磨材としてはコロイダルシリカ含有のアルカリ性研磨液を用いた。
【００５０】
次に、第１のシリコン基板１０１に形成された中間層１０３の接合面（図２中、下面）と第２のシリコン基板１０２の接合面（図１中、上面）とをＮ2プラズマによって活性化した。その後、ＥＶＧ製のアライナで位置合わせを行った。そして、第２のパターン形状を有するシリコン酸化膜からなる中間層１０３を介在させて、ＥＶＧ製の接合装置（商品名：ＥＶＧ５２０ＩＳ）にてフュージョン接合により、第１のシリコン基板１０１と第２のシリコン基板１０２とを接合した（図１（ｂ）参照）。
【００５１】
次に、図１（ｃ）に示すように、第２のシリコン基板１０２の、接合面（図中、上面）とは反対の面（図中、下面）に、液流路１１４と、これに連通する液体吐出口１１３とを備えた流路形成層１０５を形成した。
【００５２】
次に、図１（ｄ）に示すように、第２のシリコン基板１０２の、接合面（図中、上面）とは反対の面（図中、下面）に、感光性ポジ型レジスト（東京応化製、ＯＦＰＲ−ＰＲ８−ＰＭ（商品名）：図示せず）１０５を塗布した。その後、ウシオ電機製プロジェクションマスクアライナＵＸ−４０３１ＳＣ（商品名）を用いて露光し、続いて現像した。これにより形成されたパターンをマスクとして、中間層１０３と同時に予め形成済みの熱酸化シリコン（図示せず）にバッファードふっ酸によるウェットエッチングを施し、第１のマスク１０６を得た。感光性ポジ型レジストも熱酸化シリコンもシリコンのドライエッチングのマスク材として用いることができる。本実施例では、感光性ポジ型レジストと熱酸化シリコンとを積層したものをマスクとして用いた。
【００５３】
次に、図１（ｅ）に示すように、第１のマスク１０６を用いて第１のシリコン基板をエッチングした。ここでは、シリコンを深くエッチングするドライエッチング手法として代表的な、ボッシュプロセスを用いた。ウェハ面内すべてのパターンで中間層１０３に達するまでエッチングを行った。途中、第２のパターン１０９が形成されている中間層１０３が露出する位置より５μｍ程度手前でエッチングをストップし、共通液室内を観察した。その結果、第２のパターン部分に対応するシリコンに破損は見られなかった。
【００５４】
次に、図１（ｈ）に示すように、中間層１０３をマスクとして用いて、実施形態１と同じボッシュプロセスによる第２のドライエッチングを行い、第２のシリコン基板１０２に供給口１０８を形成した。
【００５５】
最後に、図１（ｇ）に示すように、供給口１０８の底部の絶縁膜１１１および残った第１のマスク１０６を除去することによって、液体吐出ヘッドを作製することができた。
【００５６】
（実施例２）
まず、図２（ａ）に示すように、第１のシリコン基板１０１に厚さ１．５μｍの熱酸化シリコンからなる中間層１０３を形成した。この後、東京応化工業社製ＯＦＰＲ−ＰＲ８−ＰＭを塗布、露光、現像し、中間層１０３に供給口１０８を形成するための第１のパターン１０９を形成した。露光には、ウシオ電機製プロジェクションマスクアライナＵＸ−４０３１ＳＣを用いた。次いで、図２（ｂ）のように形成されたパターンをマスクに中間層１０３にバッファードふっ酸によるウェットエッチングを施し、所望のパターン１０９を得た。中間層１０３は、第２のシリコン基板１０２が露出するまで開口させずに、約１．０μｍの深さまでエッチングし、０．５μｍの厚さを残した。
【００５７】
次に、第１のシリコン基板１０１に形成した第２のパターン１０９内に埋め込むようにプラズマＣＶＤによりポリシリコン膜からなる充填部１１０を形成した。ここでは、１．０μｍの深さのパターンを埋め込み、平坦化するために約２．０μｍのポリシリコンを成膜した。
【００５８】
次に充填部（ポリシリコン膜）を化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)を用いて平坦化した。埋め込んだポリシリコンと周囲の酸化シリコンとがほぼ平坦になるように研磨した（図３（ｄ）参照）。研磨布として不織布のＳＵＢＡ−８００（ニッタ・ハース社製）を用い、研磨材としてはコロイダルシリカ含有のアルカリ性研磨液を用いた。
【００５９】
ここで、充填部（ポリシリコン膜）を平坦化する際には、中間層の酸化シリコンを露出させず、ポリシリコン膜のみを平坦化してもよい（図３（ｅ）参照）。この場合、充填部１１０の埋め込みの深さ、平坦化に必要な研磨厚み、および残すべきポリシリコン膜の厚みを考慮して、ポリシリコン膜を厚めにつけておく必要がある。
【００６０】
次に、第１のシリコン基板１０１に形成された中間層１０３の接合面（図中、下面）と第２のシリコン基板１０２の接合面（図中、上面）をＮ2プラズマによって活性化した（図７（ａ）参照）。その後、ＥＶＧ製のアライナで位置合わせを行った。そして、第２のパターン１０９を有するシリコン酸化膜からなる中間層１０３を介在させて、ＥＶＧ製の接合装置（商品名：ＥＶＧ５２０ＩＳ）にてフュージョン接合により、第１のシリコン基板１０１と第２のシリコン基板１０２とを接合した（図７（ｂ）参照）。
【００６１】
次に、図７（ｃ）に示すように、第２のシリコン基板１０２の、接合面（図中、上面）とは反対の面（図中、下面）に、液体吐出用ノズルを備えた流路形成層１０５を形成した。
【００６２】
次に、図７（ｄ）に示すように、第１のシリコン基板１０１の、接合面（図中、下面）とは反対の面（図中、上面）に、感光性ポジ型レジスト（東京応化製、ＯＦＰＲ−ＰＲ８−ＰＭ（商品名）：図示せず）を塗布した。その後、ウシオ電機製プロジェクションマスクアライナＵＸ−４０３１ＳＣ（商品名）を用いて露光し、続いて現像した。これにより形成されたパターンをマスクに、中間層１０３と同時に予め形成済みの熱酸化シリコン（図示せず）にバッファードふっ酸によるウェットエッチングを施し、第１のマスク１０６を得た。感光性ポジ型レジストも熱酸化シリコンもシリコンのドライエッチングのマスク材として用いることができる。この実施例２では、感光性ポジ型レジストと熱酸化シリコンとを積層したものをマスクとして用いた。
【００６３】
次に、図７（ｅ）に示すように、第１のマスク１０６をマスクとして用い、第２のシリコン基板をエッチングした。ここでも、シリコンを深くエッチングするドライエッチング手法として代表的な、ボッシュプロセスを用いた。ウェハ面内の全てのパターンで中間層１０３に達するまでエッチングを行った。この実施例２では、中間層に形成した第２のパターン１０９は、第１のシリコン基板１０１にまで到達していない。従って、第１のシリコン基板１０１に対して行う第１のエッチングにより、第２のシリコン基板１０２のエッチングが不用意に進んでしまうことが抑制される。
【００６４】
また、中間層１０３が完全に露出し、第１のエッチングが完了したところで、共通液室内を観察したところ、第２のパターン１０９の酸化シリコンに破損は見られなかった。
【００６５】
次いで、図７（ｆ）に示すように、共通液室１０７の底部に露出した中間層の酸化シリコン膜を０．５μｍ分エッチングし、第２のパターン１０９を開口させた。この中間層のエッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングかまわないが、この実施例２では、Ｃ４Ｆ8とＯ２の混合ガスによる反応性イオンエッチングの手法を用いた。
【００６６】
次に、図７（ｇ）に示すように、中間層１０３をマスクとして用い、実施形態１と同様にボッシュプロセスによる第２のドライエッチングを行い、第２のシリコン基板１０２に供給口１０８を形成した。
【００６７】
最後に、図７（ｈ）に示すように、供給口１０８の底部の絶縁膜１１１、および残存している第１のマスク１０６を除去することによって、液体吐出ヘッドを作製することができた。
【００６８】
（実施例３）
まず、第１のシリコン基板１０１に東京応化工業社製ＯＦＰＲ−ＰＲ８−ＰＭを塗布、露光、現像し、第１のパターン形状に対応したパターンを形成した。次いで、このＯＦＰＲパターンをマスクに第１のシリコン基板１０１にエッチングを施し、第２のパターン１０９に対応する凸形状部１３０を形成した（図４（ａ）参照）。ここでは、ＣＦ４とＯ２プラズマを用いたケミカルドライエッチングにより約２．０μｍの深さまでエッチングした（図５（ｃ）参照）。
【００６９】
次に図８（ａ）に示すように、第１のシリコン基板１０１上に形成した凸形状部１３０を覆うようにポリエーテルアミド樹脂（日立化成製ＨＩＭＡＬ（商品名））を塗布し、１００℃でベークした。ここでは、２．０μｍの深さのパターンを埋め込み、後に平坦化するために約３．０μmのポリエーテルアミド膜（中間層）１０３を成膜した。先に形成した凸形状部１３０は、ポリエーテルアミド樹脂により完全に覆われており、先端部も露出していなかった。
【００７０】
ＥＶＧ製のアライナによる位置合わせの後、ポリエーテルアミド樹脂の中間層１０３を介在させ、ＥＶＧ製の接合装置（商品名：ＥＶＧ５２０ＩＳ）にて第１、第２のシリコン基板１０１、１０２を２５０℃まで加熱し、加圧接合した（図８（ｂ）参照）。
【００７１】
ここで、中間層１０３に用いたポリエーテルアミド樹脂は、特に平坦化処理はしていないが、熱可塑性であるため、接合時の加熱、加圧により同時に平坦化することができた。また、凸形状部１３０の先端は、接合後もポリエーテルアミド樹脂で覆われており、凸形状部１３０によって形成される凹形状の第２のパターン１０９は中間層１０３を貫通していなかった。
【００７２】
次に、図８（ｃ）に示すように、第２のシリコン基板１０２の、接合面とは反対の表面（図中、下面）に、液体吐出用ノズルを備えた流路形成層１０５を形成した。
【００７３】
次に、図８（ｄ）に示すように、第１のシリコン基板１０１の、接合面とは反対の表面（図中、上面）に、感光性ポジ型レジスト（東京応化製、ＯＦＰＲ−ＰＲ８−ＰＭ（商品名）：図示せず）を塗布した。この後、ウシオ電機製プロジェクションマスクアライナＵＸ−４０３１ＳＣ（商品名）を用いて露光し、続いて現像した。これにより形成されたパターンをマスクに、中間層１０３と同時に予め形成済みのポリエーテルアミド樹脂（図示せず）にケミカルドライエッチングを施し、第１のマスク１０６を得た。感光性ポジ型レジストもポリエーテルアミド樹脂もシリコンのドライエッチングのマスク材として用いることができる。この実施例３では、ポリエーテルアミド樹脂とそのパターニングに用いたレジストの２層を併せて、エッチングマスクとして用いた。
【００７４】
次に、図８（ｅ）に示すように、第１のマスク１０６をマスクとして用い、第１のシリコン基板１０１をエッチングした。ここでも、シリコンを深くエッチングするドライエッチング手法として代表的な、ボッシュプロセスを用いた。ウェハ面内すべてのパターンで第１のシリコン基板１０１の凸形状部１３０、すなわち、第２のパターン１０９内に充填されたシリコン部分に達するまで、エッチングを行った。この実施例３では、第１のシリコン基板１０１に形成した凸形状部１３０が中間層１０３から露出していない状態、すなわち第２のパターン１０９が中間層１０３を貫通していない状態となっている。このため、第１のエッチングを実施することによって不用意に第２のシリコン基板１０１のエッチングが進んでしまうことが抑制される。  
【００７５】
また、中間層１０３が完全に露出し、第１のエッチングが完了したところで、共通液室内を観察したところ、第２のパターン１０９の周辺にエッチング中の破損によるダメージやその痕跡は見られなかった。
【００７６】
次いで、共通液室１０７の底部に露出した中間層１０３のポリエーテルアミド樹脂を第２のシリコン基板１０２が完全に露出するまでエッチングし、第２のパターン１０９を開口させた。この中間層のエッチングには、Ｏ２プラズマによる反応性イオンエッチングの手法を用いた。
【００７７】
次に、図８（ｇ）に示すように、中間層１０３をマスクとして用いて、ボッシュプロセスによる第２のドライエッチングを行い、第２のシリコン基板１０２に供給口１０８を形成した。
【００７８】
最後に、図８（ｈ）に示すように、供給口１０８の底部の絶縁膜１１１、および残存した第１のマスク１０６を除去することによって、液体吐出ヘッドを作製することができた。
【００７９】
（実施例４）
まず、第１のシリコン基板１０１に東京応化工業社製ＯＦＰＲ−ＰＲ８−ＰＭを塗布、露光、現像し、第２のパターン形状に対応したパターンを形成した。次いで、このＯＦＰＲパターンをマスクに第１のシリコン基板１０１にエッチングを施し、第２のパターン１０９に対応する凸形状部１３０を形成した（図４（ａ）参照）。ここでは、ドライエッチングにより約１．０μｍの深さまでエッチングした。
【００８０】
次に図４（ｂ）に示すように、第１のシリコン基板１０１上に形成した凸形状部１３０に対応する第２のパターン１０９を覆うようにプラズマＣＶＤにより酸化シリコン膜で中間層１０３を形成した。ここでは、１．０μｍの深さのパターンを埋め込み、後に平坦化するために約２．０μｍの酸化シリコン膜を成膜した。
【００８１】
次に酸化シリコン膜を化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)を用いて平坦化した。第１のシリコン基板１０１に予め形成した凸形状部１３０の先端と周囲の酸化シリコンとがほぼ平坦になるように研磨した（図４（ｃ）参照）。研磨布としてポリウレタンのＩＣ−１０００（ニッタ・ハース社製）を用い、研磨材としては酸化セリウム含有のアルカリ性研磨液を用いた。
【００８２】
ここで、酸化シリコンを平坦化する際には、第１のシリコン基板１０１の凸形状からなる凸形状部１３０を露出させず、酸化シリコンのみが平坦になるようにしてもよい（図４（ｄ）参照）。この場合、凸形状部１３０の埋め込みの深さ、平坦化に必要な研磨厚み、および残存させるべき酸化シリコン膜の厚みなどを考慮し、酸化シリコン膜を厚めに設定しておく必要がある。
【００８３】
次に、第１のシリコン基板１０１に形成された中間層の接合面（図９（ａ）中、下面）と第２のシリコン基板の接合面（図９（ａ）中、上面）をＮ2プラズマによって活性化した。その後、ＥＶＧ製のアライナで位置合わせを行った。そして、第２のパターン１０９を有するシリコン酸化膜からなる中間層１０３を介在させて、ＥＶＧ製の接合装置（商品名：ＥＶＧ５２０ＩＳ）にてフュージョン接合により、第１のシリコン基板１０１と第２のシリコン基板１０２を接合した（図９（ｂ）参照）。
【００８４】
次に、図９（ｃ）に示すように、第２のシリコン基板１０２の、接合面とは反対の表面に、液体吐出用ノズルを備えた流路形成層１０５を形成した。  
次に、図９（ｄ）に示すように、第１のシリコン基板１０１の接合面（図中、下面）とは反対の表面（図中、上面）に、感光性ポジ型レジスト（東京応化製、ＯＦＰＲ−ＰＲ８−ＰＭ（商品名）：図示せず）を塗布した。この後、ウシオ電機製プロジェクションマスクアライナＵＸ−４０３１ＳＣ（商品名）を用いて露光し、続いて現像した。これにより形成されたパターンをマスクに、中間層１０３と同時に予め形成済みの熱酸化シリコン（図示せず）にバッファードふっ酸によるウェットエッチングを施し、第１のマスク１０６を得た。感光性ポジ型レジストも熱酸化シリコンもシリコンのドライエッチングのマスク材として用いることができる。
【００８５】
次に、図９（ｅ）に示すように、第１のマスク１０６をマスクとして用い、第１のシリコン基板をエッチングした。ここでも、シリコンを深くエッチングするドライエッチング手法として代表的な、ボッシュプロセスを用いた。ウェハ面内の全てのパターンで中間層１０３に達するまで、エッチングを行った。途中、第２のパターン１０９が露出するより５μｍ程度手前の位置でエッチングをストップし、共通液室内を観察したところ、第２のパターン１０９のシリコンに破損は見られなかった。
【００８６】
次に、図９（ｆ）に示すように、中間層１０３をマスクとして用いて、実施例１と同様のボッシュプロセスによる第２のドライエッチングを行い、第２のシリコン基板１０２に供給口１０８を形成した。
【００８７】
最後に、図９（ｇ）に示すように、供給口１０８の底部の絶縁膜１１１および残った第１のマスク１０６を除去することによって、液体吐出ヘッドを作製することができた。
【符号の説明】
【００８８】
１０１  第１のシリコン基板
１０２  第２のシリコン基板
１０３  中間層
１０４  吐出エネルギー発生素子（吐出エネルギー発生手段）
１０５  流路形成層
１０７  共通液室
１０８  貫通口（供給口）
１０９  第２のパターン（開口部）
１１０  充填膜（充填部）
１１３  吐出口
【図１】
0006328025.tif 000002
【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９】
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