(57)【要約】【課題】シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができるエッチング液、及びエッチング加工方法、並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板をウェットエッチングする際に用いられるアルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加したエッチング液とし、このエッチング液によりシリコン基板に幅寸法が異なった部分が連通する連通路を形成するエッチング加工方法とし、シリコン基板に連通路として液体を噴射するノズル開口に連通すると共に圧力発生手段により圧力変化を生じさせる圧力発生室と圧力発生室に連通して圧力発生室の断面積よりも小さい断面積の液体供給路とを形成する工程を少なくとも有する液体噴射ヘッドの製造方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板をウェットエッチングする際に用いられるアルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加したものであることを特徴とするエッチング液。
【請求項２】
結晶面方位（１１０）のシリコン基板をウェットエッチングする際に用いられるアルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加したものであることを特徴とするエッチング液。
【請求項３】
前記Ｆｅの添加量が、５０ｐｐｂ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング液。
【請求項４】
前記Ｆｅの添加量が、１００ｐｐｂ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング液。
【請求項５】
前記Ｆｅの添加量が、１０００ｐｐｂ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング液。
【請求項６】
前記アルカリ性溶液にＣａをさらに添加したものであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のエッチング液。
【請求項７】
前記Ｃａの添加量が、１０００ｐｐｂ以上であることを特徴とする請求項６記載のエッチング液。
【請求項８】
前記アルカリ性溶液が、ＫＯＨを少なくとも含有する水溶液であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のエッチング液。
【請求項９】
アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液によってシリコン基板をウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に、断面積が異なった部分が連通する連通路を形成することを特徴とするエッチング加工方法。
【請求項１０】
アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液によって結晶面方位（１１０）のシリコン基板をウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に、断面積が異なった部分が連通する連通路を形成することを特徴とするエッチング加工方法。
【請求項１１】
前記シリコン基板のウェットエッチングにより（１１１）面と（１１１）面に交差する結晶面とを含む前記連通路を形成することを特徴とする請求項９又は１０記載のエッチング加工方法。
【請求項１２】
前記アルカリ性溶液にＣａをさらに添加して得たエッチング液によって、一方面に酸化膜を有するシリコン基板をその他方面側から前記酸化膜に達するまでウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に前記連通路を形成することを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載のエッチング加工方法。
【請求項１３】
アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液によってシリコン基板をウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に、液体を噴射するノズル開口に連通すると共に圧力発生手段により圧力変化を生じさせる圧力発生室と前記圧力発生室に連通して前記圧力発生室の断面積よりも小さい断面積の液体供給路とを形成する工程を少なくとも有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液によって結晶面方位（１１０）のシリコン基板をウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に、液体を噴射するノズル開口に連通すると共に圧力発生手段により圧力変化を生じさせる圧力発生室と前記圧力発生室に連通して前記圧力発生室の断面積よりも小さい断面積の液体供給路とを形成する工程を少なくとも有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記シリコン基板のウェットエッチングにより（１１１）面と（１１１）面に交差する結晶面とを含む前記液体供給路を形成することを特徴とする請求項１３又は１４記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記アルカリ性溶液にＣａをさらに添加して得たエッチング液によって、一方面に酸化膜からなる弾性膜を有するシリコン基板をその他方面側から前記弾性膜に達するまでウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に前記圧力発生室と前記液体供給路とを形成することを特徴とする請求項１３〜１５の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板をウェットエッチングする際に用いられるエッチング液、及びエッチング加工方法、並びにこのエッチング加工方法を適用した液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板のエッチング加工技術としては、例えば、シリコン基板のアルカリ性溶液に対するエッチングレートの違いを利用して行われる異方性エッチング加工技術が知られている。この異方性エッチング加工では、ＫＯＨ等のアルカリ性溶液からなるエッチング液が用いられている。
【０００３】
このようなエッチング液は、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートが比較的低く、エッチング加工に時間がかかってしまうという問題がある。また、このようなエッチング液では、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートのばらつきが生じ、シリコン基板を異方性エッチングして形成される加工形状にばらつきが生じるという問題もある。そして、このような加工形状のばらつきは、異方性エッチング加工したシリコン基板を用いて製造される機器、例えば、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッド、圧力センサ用ダイアフラム等の性能に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００４】
ここで、異方性エッチング加工に用いるエッチング液としては、例えば、シリコン表面に吸着されたときにシリコン表面のエッチング反応を抑制する金属成分の濃度を所定の範囲に調整したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなエッチング液では、製造工程においてエッチング液中に含まれる金属成分の濃度を所定の範囲となるように調整する必要があるため、製造工程が非常に煩雑であるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０８１１７１号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑み、シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができるエッチング液、及びエッチング加工方法、並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、シリコン基板をウェットエッチングする際に用いられるアルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加したものであることを特徴とするエッチング液にある。
かかる第１の態様では、エッチング液に所定量以上のＦｅを含有させているので、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートを高めてその液性能を長期に亘って維持することができる。これにより、シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、結晶面方位（１１０）のシリコン基板をウェットエッチングする際に用いられるアルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加したものであることを特徴とするエッチング液にある。
かかる第２の態様では、エッチング液に所定量以上のＦｅを含有させているので、結晶面方位（１１０）のシリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。
【０００９】
本発明の第３の態様は、前記Ｆｅの添加量が、５０ｐｐｂ以上であることを特徴とする第１又は２の態様のエッチング液にある。
かかる第３の態様では、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートを十分に高めることができる。
【００１０】
本発明の第４の態様は、前記Ｆｅの添加量が、１００ｐｐｂ以上であることを特徴とする第１又は２の態様のエッチング液にある。
かかる第４の態様では、繰り返しの使用により生じる液性能低下を長期に亘って十分に抑制することができる。
【００１１】
本発明の第５の態様は、前記Ｆｅの添加量が、１０００ｐｐｂ以上であることを特徴とする第１又は２の態様のエッチング液にある。
かかる第５の態様では、エッチング液に１０００ｐｐｂ以上のＦｅを含有させているので、シリコン基板のエッチング加工を高精度に行うことができる。
【００１２】
本発明の第６の態様は、前記アルカリ性溶液にＣａをさらに添加したものであることを特徴とする第１〜５の何れかの態様のエッチング液にある。
かかる第６の態様では、酸化シリコン膜を有するシリコン基板をウェットエッチングする場合、エッチング液にＣａを含有させることで、酸化シリコン膜のエッチングレートを低減しつつ、シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。
【００１３】
本発明の第７の態様は、前記Ｃａの添加量が、１０００ｐｐｂ以上であることを特徴とする第６の態様のエッチング液にある。
かかる第７の態様では、エッチング液に１０００ｐｐｂ以上のＣａを含有させているので、酸化シリコン膜へのエッチングレートを大幅に低減しつつ、シリコン基板のエッチング加工を良好に行うことができる。
【００１４】
本発明の第８の態様は、前記アルカリ性溶液が、ＫＯＨを少なくとも含有する水溶液であることを特徴とする第１〜７の何れかの態様のエッチング液にある。
かかる第８の態様では、エッチング液がＫＯＨに少なくともＦｅを所定量以上含有させたものからなるので、シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。
【００１５】
本発明の第９の態様は、アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液によってシリコン基板をウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に、断面積が異なった部分が連通する連通路を形成することを特徴とするエッチング加工方法にある。
かかる第９の態様では、エッチング液に所定量以上のＦｅを含有させているので、シリコン基板に所定形状の連通路を短時間で高精度に形成することができる。
【００１６】
本発明の第１０の態様は、アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液によって結晶面方位（１１０）のシリコン基板をウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に、断面積が異なった部分が連通する連通路を形成することを特徴とするエッチング加工方法にある。
かかる第１０の態様では、エッチング液に所定量以上のＦｅを含有させているので、結晶面方位（１１０）のシリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートを高めてその液性能を長期に亘って維持することができる。これにより、シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。
【００１７】
本発明の第１１の態様は、前記シリコン基板のウェットエッチングにより（１１１）面と（１１１）面に交差する結晶面とを含む前記連通路を形成することを特徴とする第９又は１０の態様のエッチング加工方法にある。
かかる第１１の態様では、エッチング液に所定量以上のＦｅを含有させているので、シリコン基板に（１１１）面と（１１１）面に交差する結晶面とを短時間で高精度に形成することができ、連通路を所定形状に形成することができる。
【００１８】
本発明の第１２の態様は、前記アルカリ性溶液にＣａをさらに添加して得たエッチング液によって、一方面に酸化膜を有するシリコン基板をその他方面側から前記酸化膜に達するまでウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に前記連通路を形成することを特徴とする第９〜１１の何れかの態様のエッチング加工方法にある。
かかる第１２の態様では、エッチング液にＦｅとＣａとを含有させているので、Ｃａの存在により酸化膜のエッチングレートを低減させて酸化膜を所定の膜厚で形成することができると共に、Ｃａによる影響を受けずにＦｅの存在によりシリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートを高めてその液性能を長期に亘って維持することができると共にシリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。
【００１９】
本発明の第１３の態様は、アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液によってシリコン基板をウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に、液体を噴射するノズル開口に連通すると共に圧力発生手段により圧力変化を生じさせる圧力発生室と前記圧力発生室に連通して前記圧力発生室の断面積よりも小さい断面積の液体供給路とを形成する工程を少なくとも有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１３の態様では、エッチング液に所定量以上のＦｅを含有させているので、シリコン基板に所定形状の液体供給路を短時間で高精度に形成することができる。
【００２０】
本発明の第１４の態様は、アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液によって結晶面方位（１１０）のシリコン基板をウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に、液体を噴射するノズル開口に連通すると共に圧力発生手段により圧力変化を生じさせる圧力発生室と前記圧力発生室に連通して前記圧力発生室の断面積よりも小さい断面積の液体供給路とを形成する工程を少なくとも有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１４の態様では、エッチング液に所定量以上のＦｅを含有させているので、結晶面方位（１１０）のシリコン基板に所定形状の液体供給路を短時間で高精度に形成することができる。
【００２１】
本発明の第１５の態様は、前記シリコン基板のウェットエッチングにより（１１１）面と（１１１）面に交差する結晶面とを含む前記液体供給路を形成することを特徴とする第１３又は１４の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１５の態様では、シリコン基板に（１１１）面と（１１１）面に交差する結晶面とを形成して液体供給路を所定形状に短時間で高精度に形成することができる。
【００２２】
本発明の第１６の態様は、前記アルカリ性溶液にＣａをさらに添加して得たエッチング液によって、一方面に酸化膜からなる弾性膜を有するシリコン基板をその他方面側から前記弾性膜に達するまでウェットエッチングすることにより、前記シリコン基板に前記圧力発生室と前記液体供給路とを形成することを特徴とする第１３〜１５の何れかの態様のエッチング加工方法にある。
かかる第１６の態様では、エッチング液にＦｅとＣａとを含有させているので、Ｃａの存在により弾性膜のエッチングレートを低減させて弾性膜を所定の膜厚で形成することができると共に、Ｃａによる影響を受けずにＦｅの存在によりシリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明のエッチング液は、シリコン基板をウェットエッチングする際に用いられるアルカリ性溶液に、所定量以上のＦｅを添加して得られるものであり、シリコン基板のエッチングレートを高めてその液性能を長期に亘って維持することができ、シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができるという効果を奏するものである。すなわち、本発明のエッチング液は、液成分として所定量以上のＦｅを含有させることにより、シリコン基板のエッチングレートが高められ、且つその高いエッチグレートを長期に亘って維持する。また、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートのばらつきを大幅に低減することができる。このため、シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。特に、本発明のエッチング液は、結晶面方位（１１０）のシリコン基板のエッチング加工を行うことにより従来のエッチング液と比べて顕著な効果の差異がある。
【００２４】
また、従来のエッチング液は、数回使用しただけで液性能が低下し、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートが著しく低下してしまうため、頻繁に成分調製、補充、新しいエッチング液への交換等を行う必要があり、これらの作業は非常に煩雑であると共に、エッチング処理に要するコストが高くなるという問題がある。これに対し、本発明のエッチング液は、詳細は後述するが、繰り返しの使用により生じる液性能低下を長期に亘って抑制することができる（薬液寿命の延命化効果）。すなわち、エッチング使用回数を増大することができ、エッチング処理に要するコストを低減することができる。
【００２５】
また、本発明のエッチング液は、このように繰り返しの使用による液性能の低下が長期に亘って抑制されるため、繰り返し使用しても、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートのばらつきを大幅に低減することができる。これにより、シリコン基板の各結晶面方位のエッチング加工形状のばらつきを防止、すなわち、シリコン基板のエッチング加工を高精度に行うことができる。
【００２６】
なお、本発明のエッチング液は、勿論これに限定されず、例えば、結晶面方位（１００）のシリコン基板のエッチング加工においても上述した効果と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
ここで、本発明のエッチング液は、アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加することで製造されるが、この際、Ｆｅ濃度を所定の濃度に調整するのではなく、あくまでアルカリ性溶液にＦｅが所定量以上添加することで製造される。したがって、Ｆｅの添加量に関しては、所定量以上という下限はあるが、上限には制限がない。この「制限がない」とは、添加するＦｅの量を調整してエッチング液に含まれるＦｅ濃度を所定の範囲に調整することを意味しているのではなく、例えば、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートのばらつきを低減させる点においてＦｅの添加量に上限がないことを意味している。本発明では、アルカリ性溶液に対してＦｅを所定量以上、具体的には、例えば、５０ｐｐｂ以上、好ましくは１００ｐｐｂ以上、より好ましくは１０００ｐｐｂ以上添加するのがよい。Ｆｅ添加量を５０ｐｐｂ以上とすることでシリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートを十分に高めることができ、さらに１００ｐｐｂ以上とすることで繰り返しの使用による液性能低下を長期亘って十分に抑制することができ、さらに１０００ｐｐｂ以上とすることでシリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートのばらつきをより効果的に低減してシリコン基板のエッチング加工を高精度に行うことができるからである。
【００２８】
要するに、本発明のエッチング液は、Ｆｅ濃度を所定の範囲に調整することで得られるものではなく、上述したように、アルカリ性溶液にＦｅを必要量以上添加して得られるものである。したがって、本発明では、アルカリ性溶液に、Ｆｅを含む標準液をマイクロピペット等によって添加するだけでエッチング液を作ることができ、その添加量によって金属濃度を調整しなくてもよいので、特別な装置を必要としない。このため、安価で、しかもシリコン基板のエッチング加工を安定したエッチングレートで行うことができ、そのエッチング加工を短時間で高精度に行うことができるエッチング液を効率よく作ることができる。
【００２９】
このような本発明のエッチング液には、Ｆｅ以外の金属を含有させてもよいが、特に、Ｃａ、Ａｌ、Ｐｂ等を含有させることで、シリコン基板に酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）等の酸化膜が含まれている場合、酸化膜のエッチングレートを低減、すなわち、酸化膜のエッチングによる膜減り量を抑制することができる。また、Ｃａは、エッチング加工においてＦｅとの相互作用がないため、エッチング液にＦｅとＣａとを含有させることで、Ｃａの存在により酸化膜のエッチングレートを低減させながら、Ｃａによる影響を受けずにＦｅの存在によりシリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートを高めることができると共にその液性能を維持することができる。これにより、シリコン基板のエッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。また、エッチング加工においてＣａと同等程度にＦｅとの相互作用がないかどうかまでは不明であるがＡｌ、Ｐｂ等を添加してもシリコン基板に酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）等の酸化膜が含まれている場合、酸化膜のエッチングレートを低減、すなわち、酸化膜のエッチングによる膜減り量を抑制することができる。したがって、酸化膜を有するシリコン基板をエッチング加工する場合においては、Ｆｅ以外にＡｌやＰｂ、特にＣａをアルカリ性溶液に添加するのが好ましく、Ｃａの添加量は、１０００ｐｐｂ以上であるのが好ましく、また、ＡｌやＰｂの添加量についても１０００ｐｐｂ以上であるのが好ましい。酸化膜のエッチングレートを大幅に低減させることができるからである。
【００３０】
ここで、Ｆｅを添加する対象となるアルカリ性溶液は、シリコン基板の中でも特に、結晶面方位が（１１０）のシリコン基板を異方性エッチングする際に用いられるアルカリ性溶液であるのが好ましく、より具体的には、表面が（１１０）面であるシリコン基板を異方性エッチングして少なくとも（１１１）面を形成する際に用いられるアルカリ性溶液であるのが好ましい。なお、このようなアルカリ性溶液としては、例えば、ＫＯＨ、ヒドラジン、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等が挙げられ、この中でも、ＫＯＨを少なくとも含有した水溶液を用いるのが好ましい。このＫＯＨを含有した水溶液としては、例えば、ＫＯＨと所定の溶液と水とを所定の割合で混合したもの等が挙げられる。なお、所定の溶液としては、少なくともアルコール、例えば、エタノール、メタノール等を含む溶液が挙げられる。
【００３１】
ここで、市販されている各種のＫＯＨ（隔膜法、水銀法等によって製造されたＫＯＨ、含有金属不純物を低減させたＫＯＨ等）について比較実験を実施した結果、Ｆｅを所定量以上添加した本発明のエッチング液と比べて、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートが比較的低く、また、市販されている各種のＫＯＨは、その種類によってシリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートが異なっていること、同じ製品でも製造ロットによってシリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートが異なっていること等が新たに明らかとなった。これに対し、本発明のエッチング液は、上述したように、例えば、ＫＯＨ水溶液等からなるアルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加することにより、シリコン基板のエッチングレートが比較的高められ、且つその液性能が長期に亘って維持されるものである。
【００３２】
また、本発明では、例えば、アルカリ性溶液にＦｅを含む標準液をマイクロピペット等によって所定量以上、特に１０００ｐｐｂ以上添加することにより、優れた液性能のエッチング液を容易に且つ確実に作ることができる。したがって、例えば、各種ＫＯＨの種類や製造ロットで含有金属量が異なっていても、安定したシリコン基板のエッチング加工を行うことができる。すなわち、本発明のエッチング液を用いたエッチング加工によれば、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートが高められ且つその液性能が長期に亘って維持されると共に、エッチングレートのばらつきを大幅に低減することができるため、エッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。また、本発明のエッチング液によれば、繰り返し使用しても、シリコン基板のエッチングレートのばらつきや、シリコン基板（シリコンウェハ）のエッチング量のウェハ面内のばらつきを大幅に低減することができ、シリコン基板の高精度なエッチング加工を良好に行うことができる。すなわち、エッチングの連続処理を高精度に行うことができる。
【００３３】
なお、従来技術のエッチング液（金属成分の濃度を所定の範囲に調整したエッチング液）では、各種ＫＯＨの種類や製造ロットで含有金属量が異なることを考慮し、含有金属濃度を所定の範囲となるように調製するのは、非常に煩雑であると共に、管理が非常に困難である。
【００３４】
以下、図１を参照し、本発明のエッチング液によって、結晶面方位（１１０）のシリコン基板に、シリコン基板１の短手方向においてシリコン基板１の耐エッチング層２に対して垂直に切断したときの断面積寸法、例えば、幅寸法が異なった部分が連通する連通路を形成する過程を説明する。図１は、シリコン基板の要部拡大断面図である。具体的には、まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１の一方面に耐エッチング層２を形成した後に、図１（ｂ）に示すように、耐エッチング層２をパターニングして所定形状のマスクパターン３を形成する。ここで、マスクパターン３としては、例えば、シリコン基板１を熱酸化処理して酸化シリコン膜からなる耐エッチング層２を形成し、この耐エッチング層２をフォトリソグラフィ法等により所定形状にパターニングすることで形成したもの等が挙げられる。
【００３５】
次に、図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１の一方面側に本発明のエッチング液を接触させて、所定形状のマスクパターン３の開口部３ａを介して露出したシリコン基板１を異方性エッチング加工する。これにより、（１１１）面４ａと（１１１）面に交差する特定の結晶面４ｂとを有する連通路４が形成される。この連通路４は、ここでは、所定幅で形成された２つの第１連通部５と、これら第１連通部５間に設けられて両者を相互に連通すると共に第１連通部５よりも幅狭で形成された第２連通部６とからなる。このようにシリコン基板１に連通路４を形成する場合、本発明では、エッチング液に所定量以上のＦｅが含有されているので、シリコン基板１の各結晶面方位のエッチングレートを高めて且つその液性能を長期に亘って維持することができる。したがって、エッチング加工を短時間で高精度に行うことができる。特にＦｅの添加量を１０００ｐｐｂ以上とすることにより、シリコン基板１の各結晶面方位のエッチングレートのばらつきがより効果的に低減される。このため、（１１１）面４ａと特定の結晶面４ｂとを高精度に形成することができ、連通路４を所定の断面積形状（幅寸法等）に形成することができる。
【００３６】
なお、（１１１）面に交差する結晶面は、例えば、（１１１）面に対して約１０〜９０°の範囲で傾斜した面等であり、平行する２つの（１１１）方向のパターンと、この（１１１）方向と１０〜９０°の角度を成す稜線からなるパターンとからなるマスク膜を介してシリコン基板をウェットエッチングすることにより得られる。
【００３７】
ここで、結晶面方位（１１０）のシリコン基板を用意し、ＫＯＨ水溶液に対するＦｅの添加量を変化させた場合のエッチング特性の変化について調べた。具体的には、アルカリ性溶液として、４８％ＫＯＨ水溶液（関東化学製）のＧＲ（含有金属不純物を低減していないＫＯＨ）とＬＭ（含有金属不純物を低減させたＫＯＨ）とを用意し、これら各ＫＯＨ水溶液に対するＦｅ添加量（ｐｐｂ）を０〜１００００ｐｐｂの間で変化させたときの「管理寸法の面内ばらつき３σ（μｍ）」、「管理寸法方向エッチングレート平均値（μｍ／ｍｉｎ）」、「（１１０）方向エッチングレート平均値（μｍ／ｍｉｎ）」の各変化をそれぞれ調べた。その結果を図２、図３及び図４に示す。図２は、Ｆｅ添加量とエッチング後の管理寸法の面内ばらつき３σとの関係を示すグラフである。図３は、Ｆｅ添加量と管理寸法方向エッチングレート平均値との関係を示すグラフである。図４は、Ｆｅ添加量と（１１０）方向エッチングレート平均値との関係を示すグラフである。「管理寸法」とは、図５に示すような（１１１）面に対して約３０°傾斜した結晶面を有する凸部７の幅Ｗのことである。図５は、管理寸法を示す概略図である。
【００３８】
図２に示す結果から、ＧＲ及びＬＭの各ＫＯＨ水溶液に対するＦｅ添加量を１０００ｐｐｂ以上とすることで、何れも含有金属不純物の量に関係なく、エッチング後の管理寸法の面内ばらつき３σが３μｍ以下に安定化することが分かった。なお、Ｆｅ添加量を５０００ｐｐｂ、１００００ｐｐｂとした場合でも、エッチング後の管理寸法の面内ばらつき３σは３μｍ以下に安定化することが分かった。
【００３９】
また、図３に示す結果から、ＧＲ及びＬＭの各ＫＯＨ水溶液に対するＦｅ添加量を１０００ｐｐｂ以上とすることで、Ｆｅ添加量を１０００ｐｐｂより小さくした場合と比べて、何れも含有金属不純物の量に関係なく、シリコン基板の管理寸法方向のエッチングレートが安定化することが分かった。
【００４０】
さらに、図４に示す結果から、ＧＲ及びＬＭの各ＫＯＨ水溶液に対するＦｅ添加量を１０００ｐｐｂ以上とすることで、Ｆｅ添加量を１０００ｐｐｂよりも小さくした場合と比べて、何れも含有金属不純物の量に関係なく、シリコン基板の（１１０）面方位のエッチングレートが安定化することも分かった。
【００４１】
以上のことから、ＫＯＨ水溶液に１０００ｐｐｂ以上のＦｅを添加して得たエッチング液により、ＫＯＨ水溶液に含まれる含有金属不純物の量に関係なく、シリコン基板の（１１０）面方位のエッチングレートを安定化して、シリコン基板の各結晶面方位のエッチングレートのばらつきを大幅に低減することができ、また、シリコン基板（シリコンウェハ）のエッチング量のウェハ面内のばらつきを大幅に低減することができることが確認された。
【００４２】
次に、２５〜２８ｗｔ％ＫＯＨ水溶液のＬＭ（含有金属不純物を低減させたＫＯＨ）を用意し、このＫＯＨ水溶液に対するＦｅ添加量（ｐｐｂ）を０〜３０００ｐｐｂの間で変化させたときの結晶面方位（１１０）のシリコン基板のエッチングレート（μｍ／ｍｉｎ）の変化を調べた。また、このシリコン基板の一方面には酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を形成しておき、同時に、酸化シリコン膜のエッチングレート（Å／ｍｉｎ）の変化についても調べた。その結果を図６に示す。図６は、Ｆｅ添加量とシリコン基板及び酸化シリコン膜のエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【００４３】
図６に示すように、Ｆｅを添加していないエッチング液は、結晶面方位（１１０）のシリコン基板のエッチングレートが約２．２５であるのに対し、Ｆｅを５０ｐｐｂ添加したエッチング液は、結晶面方位（１１０）のシリコン基板のエッチングレートが約２．５０（μｍ／ｍｉｎ）付近に高められた。また、Ｆｅを５０ｐｐｂ添加したエッチング液は、エッチングレートが高められた状態が長期に亘って維持されることが明らかとなった。なお、ＫＯＨ水溶液にＦｅを添加しても、シリコン基板の酸化シリコン膜のエッチングレートに悪影響を及ぼさないことも分かった。
【００４４】
次いで、２５〜２８ｗｔ％ＫＯＨ水溶液のＬＭ（含有金属不純物を低減させたＫＯＨ）を用意し、このＫＯＨ水溶液にＦｅを１００ｐｐｂ添加し、液性能低下とエッチング回数との関係を調べた。また、比較として、Ｆｅを添加していないＫＯＨ水溶液を用意し、同様に液性能低下とエッチング回数との関係を調べた。その結果を図７に示す。図７は、シリコン基板のエッチングレートとエッチング使用回数との関係を示すグラフである。
【００４５】
図７に示すように、Ｆｅを１００ｐｐｂ添加したエッチング液は、エッチングを１１回行っても、シリコン基板のエッチングレートは約２．５（μｍ／ｍｉｎ）付近で安定していた。これに対し、Ｆｅを添加していないエッチング液は、エッチング使用回数が多くなるにつれて、シリコン基板のエッチングレートが低下することが分かった。すなわち、Ｆｅを１００ｐｐｂ添加したエッチング液は、Ｆｅを添加していないエッチング液と比べて、シリコン基板のエッチングレートの低下を十分に抑制できることが分かった。これらのことから、ＫＯＨ水溶液にＦｅを１００ｐｐｂ添加することにより、液性能低下の抑制効果、すなわち、薬液寿命の延命化効果が得られることが明らかとなった。
【００４６】
なお、上述した本発明のエッチング液は、シリコン基板をエッチング加工する際に好適に用いられるものであるが、エッチング加工後のシリコン基板については、例えば、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッド、圧力センサ用ダイアフラム等の機器を構成する部材として用いられる。以下、本発明を液体噴射ヘッドの１つであるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法を例示して説明する。
【００４７】
（実施形態２）
図８は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図９は、図８の平面図及び断面図である。流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、図示するように、この流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００４８】
なお、流路形成基板１０の一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されており、これら圧力発生室１２等は、詳細は後述するが、アルカリ性溶液に所定量以上のＦｅを添加して得たエッチング液を用いて、流路形成基板１０を弾性膜５０に達するまで異方性エッチングすることによって形成されている。
【００４９】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、マスク膜５２を介して接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００５０】
また、流路形成基板１０の表面の弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
【００５１】
さらに、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部３１は、空間が密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３と連通してリザーバ１００を構成するリザーバ部３２が形成されている。
【００５２】
また、この保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２００が実装されている。そして、各圧電素子３００から圧電素子保持部３１の外側まで引き出された各リード電極９０の先端部と、駆動ＩＣ２００とが駆動配線２１０を介して電気的に接続されている。
【００５３】
また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されてリザーバ部３２が封止されている。なお、固定板４２のリザーバ部３２に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっており、リザーバ部３２は、実際には可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００５４】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ２００からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、圧電素子３００及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインクが吐出する。
【００５５】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、これに限定されず、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【００５６】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図１０〜図１２を参照して説明する。なお、図１０〜図１２は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００５７】
まず、図１０（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、厚さが約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
【００５８】
次に、図１０（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００５９】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次に、図１０（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。次いで、図１１（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等からなる配線層９５を全面に形成し、この配線層９５をパターニングすることにより各圧電素子３００から引き出されるリード電極９０を形成する。
【００６０】
次に、図１１（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。このように保護基板用ウェハ１３０を流路形成基板用ウェハ１１０に接合した後は、図１１（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨し、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより所定の厚さに形成する。次いで、図１２（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成して所定形状にパターニングする。
【００６１】
そして、図１２（ｂ）に示すように、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることで、弾性膜５０をエッチングストップ層として、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。ここで、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングする際には、本実施形態では、４８％ＫＯＨ水溶液にＦｅとＣａとをそれぞれ１０００ｐｐｂ添加して得たエッチング液を用いた。このようにエッチング液にＦｅとＣａとを含有させることで、Ｃａの存在により弾性膜（酸化シリコン膜）のエッチングレートを大幅に低減させながら、Ｃａによる影響を受けずにＦｅの存在により流路形成基板用ウェハ１１０の各結晶面方位のエッチングレートのばらつきを同時に低減させることができる。これにより、弾性膜５０のエッチング量を低減して膜減り量を抑制し、弾性膜５０を所定の膜厚で形成することができる。また、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４のそれぞれを所定の断面積寸法で形成することができる。このようにして圧力発生室１２等を形成した後は、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を貫通させて連通部１３とリザーバ部３２とを連通させてリザーバ１００を形成する。
【００６２】
なお、図示しないが、その後、保護基板用ウェハ１３０に図示しない配線パターンを介して駆動ＩＣ２００を実装すると共に、駆動ＩＣ２００とリード電極９０とを駆動配線２１０によって接続する。さらに、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
【００６３】
以上説明した本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、流路形成基板用ウェハ１１０の異方性エッチング加工において、所定量以上のＦｅを含有するエッチング液を用いているので、流路形成基板用ウェハ１１０を高いエッチングレートで加工することができ、そのエッチング加工を安定したエッチングレートで行うことができ、製造時間の短縮化を図ることができる。また、流路形成基板用ウェハ１１０のエッチングレートのばらつきを大幅に低減することができ、エッチング加工形状のばらつきを有効に防止することができる。すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０のエッチング加工を高精度に行うことができる。また、Ｆｅの添加量を１０００ｐｐｂとしているので、薬液寿命の延命化を図ることができて、エッチング処理を連続的に行っても、流路形成基板用ウェハ１１０のエッチングレートのばらつきを大幅に低減することができる。これにより、エッチング処理を連続して行っても、エッチング加工形状のばらつきを有効に防止することができる。すなわち、圧力発生室１２、連通部１３、及びインク供給路１４のそれぞれを所定の断面積寸法で高精度に形成することが可能となる。また、本実施形態では、エッチング液にＣａを含有させることで、弾性膜５０のエッチングによる膜減り量を効果的に抑制して、弾性膜５０を所定の膜厚に形成することができる。したがって、ヘッドのインク吐出特性が安定し、ヘッドの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】シリコン基板の要部拡大断面図。
【図２】Ｆｅ添加量と管理寸法の面内ばらつき３σとの関係を示すグラフ。
【図３】Ｆｅ添加量と管理寸法方向エッチングレート平均値との関係を示すグラフ。
【図４】Ｆｅ添加量と（１１０）方向エッチングレート平均値との関係を示すグラフ。
【図５】管理寸法を示す概略図。
【図６】Ｆｅ添加量とエッチングレートとの関係を示すグラフ。
【図７】シリコン基板のエッチングレートとエッチング使用回数との関係を示すグラフ。
【図８】記録ヘッドを示す分解斜視図。
【図９】記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図１０】記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図。
【図１１】記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図。
【図１２】記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図。
【符号の説明】
【００６５】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  ２００  駆動ＩＣ、  ３００  圧電素子
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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