JP2010221527A - 貫通孔形成方法、およびインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン単結晶基板に形成する貫通孔の幅をより細くすること。
【解決手段】まず、シリコンリザーバ基板２の内部のノズル連通孔７の形成予定部分２４に改質領域２５を形成する。続いて、シリコンリザーバ基板２に異方性エッチングを行い、改質領域２５を形成した部分を除去し、改質領域２５を除去してなる空洞を拡大する。これによって、シリコンリザーバ基板２にノズル連通孔７を形成する。そのため、改質領域２５を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分にノズル連通孔７を形成できる。そのため、シリコンリザーバ基板２に形成されるノズル連通孔７の幅を、改質領域２５の幅と同等の大きさとすることができる。したがって、シリコンリザーバ基板２により細いノズル連通孔７を形成できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、シリコン単結晶基板に貫通孔を形成する貫通孔形成方法、およびインクジェットヘッドの製造方法に関する。

従来、この種の技術としては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。
この特許文献１に記載の技術では、まず、主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板の表面に、貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する部分に開口部が形成されたエッチング耐性膜を設ける。続いて、エッチング耐性膜が形成されたシリコン単結晶基板の表面に、シリコン単結晶基板に吸収されるレーザ光を集光し、シリコン単結晶基板の貫通孔の形成予定部分を、主面側から当該主面と反対側の面までレーザ光で融除して先行穴を形成する。続いて、改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで先行穴を拡大する。
これによって、シリコン単結晶基板に、主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する。

特開平１０−１６６６００号公報

ところで、上記特許文献１に記載の技術では、シリコン単結晶基板の貫通孔の形成予定部分をレーザ光で融除して先行穴を形成するようになっている。
そのため、例えば、シリコン単結晶基板が厚い場合には、シリコン単結晶基板が薄い場合に比べ、レーザ光のエネルギを高くする必要がある。それゆえ、レーザ光のエネルギが高くなることで、シリコン単結晶基板に形成される先行穴の直径が大きくなる。その結果、異方性エッチングによって先行穴を拡大して得られる貫通孔の幅が大きくなる。
本発明の技術的課題は、上記のような点に着目し、シリコン単結晶基板に形成する貫通孔の幅をより細くすることにある。

上記技術的課題を解決するために、本発明の各態様は、以下のような構成からなる。
本発明の第１の態様は、
主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する貫通孔形成方法であって、前記シリコン単結晶基板の表面に、前記貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、前記耐エッチングマスク膜が形成された前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板および前記耐エッチングマスク膜を透過するレーザ光を集光し、前記貫通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、前記改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分に貫通孔を形成できる。そのため、シリコン単結晶基板に形成される貫通孔の幅を、改質領域の幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、シリコン単結晶基板により細い貫通孔を形成することが可能となる。

また、本発明の第２の態様は、
主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する貫通孔形成方法であって、前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板を透過するレーザ光を集光し、前記貫通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、前記改質領域が形成された前記シリコン単結晶基板の表面に、前記貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、前記耐エッチングマスク膜が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分に貫通孔を形成できる。そのため、シリコン単結晶基板に形成される貫通孔の幅を、改質領域の幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、シリコン単結晶基板により細い貫通孔を形成することが可能となる。

さらに、本発明の第３の態様は、
前記改質領域形成工程は、
前記シリコン単結晶基板に形成する前記貫通孔が複数であり、それら複数の前記貫通孔の形成予定部分それぞれに、前記レーザ光の出射方向に沿って前記改質領域を複数層形成する場合には、前記シリコン単結晶基板の主面と直交する方向に対して前記集光レンズの焦点を順次移動させると共に、前記集光レンズの焦点が前記複数の前記貫通孔の形成予定部分それぞれを順次通過するように、前記シリコン単結晶基板の主面と平行な方向に対して前記集光レンズの焦点を順次移動させ、前記集光レンズの焦点が前記貫通孔の形成予定部分にあるときに、前記レーザ光の集光を行うことを特徴とする。
このような態様によれば、集光レンズの焦点をレーザ光の出射方向に移動させる回数を低減することができる。
これにより、複数層の改質領域の形成に要する時間を短縮することができる。

また、本発明の第４の態様では、
主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔であるノズル連通孔を形成するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記シリコン単結晶基板の表面に、前記ノズル連通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、前記耐エッチングマスク膜が形成された前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板および前記耐エッチングマスク膜を透過するレーザ光を集光し、前記ノズル連通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、前記改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分にノズル連通孔を形成できる。そのため、シリコン単結晶基板に形成されるノズル連通孔の幅を、改質領域の幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、シリコン単結晶基板により細い貫通孔を形成することが可能となる。

インクジェットヘッド１の概略構成を示す概念図である。 レーザ加工装置８の概略構成を示す概念図である。 マスク膜形成工程の説明に用いる模式図である。 改質領域形成工程の説明に用いる模式図である。 改質領域２５の形成位置の説明に用いる模式図である。 改質領域形成工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。 エッチング工程の説明に用いる模式図である。 エッチング工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。 第１実施形態の貫通孔形成方法の検証結果を示す図である。 改質領域形成工程の説明に用いる模式図である。 レーザ光源１５によるレーザ光１８の出射タイミングを示す図である。 図１２は、比較例の説明のための模式図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の貫通孔形成方法では、静電アクチュエータ方式のインクジェットヘッド１（SEA-JET）のシリコンリザーバ基板２にノズル連通孔を形成する。
（第１実施形態）
（シリコンリザーバ基板２の構成）
図１は、インクジェットヘッド１の概略構成を示す概念図である。図１では、インクジェットヘッド１は、分解した状態の斜視図で表している。
まず、第１実施形態の貫通孔形成方法を実行することによって得られる、インクジェットヘッド１のシリコンリザーバ基板２について説明する。シリコンリザーバ基板２とは、図１に示すように、シリコンノズル基板３と、シリコンキャビティ基板４およびガラス基板５の積層体との間に配置され、インクジェットヘッド１を構成する基板である。

シリコンリザーバ基板２は、厚さが２００μｍで、主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板から構成される。主面とは、インクジェットヘッド１を構成した際に、シリコンノズル基板３と対向する面である。シリコンリザーバ基板２の外形は、両短辺側の端部それぞれが一部欠けた長方体形状となっている。
また、シリコンリザーバ基板２の中央部には、シリコンリザーバ基板２の主面と垂直な方向に貫通する貫通孔６が形成されている。貫通孔６の断面形状は、シリコンリザーバ基板２の長手方向に延びている長方形状となっている。

さらに、シリコンリザーバ基板２の中央部には、貫通孔６を間に挟んで、シリコンリザーバ基板２の両短辺側それぞれに配置された第１および第２のノズル連通孔列７ａ、７ｂが形成されている。第１および第２のノズル連通孔列７ａ、７ｂのそれぞれは、シリコンリザーバ基板２の長手方向に沿って等間隔に配置された複数のノズル連通孔７から構成されている。ノズル連通孔７は、シリコンリザーバ基板２の主面と垂直な方向に貫通している。ノズル連通孔７の断面形状は、平行四辺形状となっている。
このノズル連通孔７が、本実施形態の貫通孔形成方法によって形成する貫通孔となる。
また、これら複数のノズル連通孔７それぞれは、シリコンノズル基板３に形成された複数の吐出ノズルそれぞれと１対１対応している。

ここで、シリコンリザーバ基板２には、図１に示すようにシリコンリザーバ基板２の一方の短辺の側面に正対した状態を基準に、上面２ａ、下面２ｂ、左面２ｃ、右面２ｄ、前面２ｅ、および背面２ｆが定義されている。上面２ａは、図１のシリコンリザーバ基板２の上側に位置する面である。同様に、下面２ｂは、シリコンリザーバ基板２の下側に位置する面である。左面２ｃは、左側に位置する面である。右面２ｄは、右側に位置する面である。前面２ｅは、手前側に位置する面である。背面２ｆは、奥側に位置する面である。
また、シリコンリザーバ基板２には、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向が定義されている。ｘ軸方向は、シリコンリザーバ基板２の前面２ｅの法線方向（つまり、シリコンリザーバ基板２の長辺と平行な方向）である。同様に、ｙ軸方向は、シリコンリザーバ基板２の左面２ｃの法線方向（つまり、シリコンリザーバ基板２の短辺と平行な方向）である。ｚ軸方向は、シリコンリザーバ基板２の上面２ａの法線方向である。

（レーザ加工装置の構成）
次に、第１実施形態の貫通孔形成方法で使用するレーザ加工装置８について説明する。
図２は、レーザ加工装置８の概略構成を示す概念図である。
図２に示すように、レーザ加工装置８は、照射機構部９および制御部１０を備える。
照射機構部９は、載置台１１、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３、Ｚ軸移動部１４、レーザ光源１５、集光レンズ１６、および収差補正レンズ群１７を備える。
載置台１１は、シリコンリザーバ基板２を載置可能な平面が上部に形成された台である。また、載置台１１には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向が定義されている。Ｘ軸方向は、載置台１１上部の平面内に設定した一方向である。同様に、Ｙ軸方向は、載置台１１上部の平面内にあり且つ載置台１１を上方から見た場合にＸ軸方向を時計回りに９０°回転させた方向である。また、Ｚ軸方向は、当該平面の法線方向である。

Ｘ軸移動部１２は、制御部１０からの信号に応じて、載置台１１をＸ軸方向に沿って移動させる。例えば、Ｘ軸方向に沿って並進運動を行うスライダと、スライダを駆動するサーボモータとを有するものを利用できる。また同様に、Ｙ軸移動部１３は、制御部１０からの信号に応じて、載置台１１をＹ軸方向に沿って移動させる。Ｚ軸移動部１４は、制御部１０からの信号に応じて、載置台１１をＺ軸方向に沿って移動させる。
レーザ光源１５は、載置台１１の上方に配置される。そして、レーザ光源１５は、制御部１０からの信号に応じて、レーザ光１８を載置台１１上部の平面に向けて出射する。レーザ光としては、シリコンリザーバ基板２および後述する耐エッチングマスク膜２３に対して透過性を有するものを用いる。具体的には、波長１０６４μｍのレーザ光を利用する。レーザ光１８の出射方向は、照射機構部９のＺ軸方向と平行な方向に設定する。

集光レンズ１６は、レーザ光源１５と載置台１１との間に配置される。そして、集光レンズ１６は、レーザ光源１５から出射されるレーザ光１８を集光する。集光レンズ１６の光軸は、レーザ光源１５が出射するレーザ光１８の光軸と一致するように設定する。
収差補正レンズ群１７は、制御部１０からの信号に応じて、集光レンズ１６の収差を調整する。そして、収差補正レンズ群１７は、集光レンズ１６で集光されたレーザ光１８の集光領域の長さを制御する。収差補正レンズ群１７としては、例えば、集光レンズ１６の鏡筒に移動可能に収容された複数枚のレンズからなるものを利用できる。
制御部１０は、入力部１９、表示部２０、および演算部２１を備える。

入力部１９は、レーザ加工の際に用いる、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３、Ｚ軸移動部１４、レーザ光源１５、および収差補正レンズ群１７に出力する信号のデータを利用者に入力させる。入力部１９としては、例えば、キーボードやマウスを利用できる。
表示部２０は、レーザ加工の際の各種情報を表示する。表示部２０としては、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ(cathode ray tube)ディスプレイを利用できる。
演算部２１は、入力部１９から入力されたデータを演算処理し、その処理結果をもとに、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３、Ｚ軸移動部１４、レーザ光源１５、および収差補正レンズ群１７に信号を出力する。演算部２１としては、例えば、Ａ/Ｄ変換回路、Ｄ/Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成されたコンピュータを利用できる。

（貫通孔形成方法の説明）
次に、前述したレーザ加工装置８を用いて、シリコンリザーバ基板２に、ノズル連通孔７を形成する貫通孔形成方法について説明する。
貫通孔形成方法では、以下のマスク膜形成工程、改質領域形成工程およびエッチング工程を順に実行する。

（マスク膜形成工程）
マスク膜形成工程では、シリコンリザーバ基板２の表面に、ノズル連通孔７の開口部２２の形成予定部分２４と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜２３を形成する。耐エッチングマスク膜２３とは、エッチング工程で用いるエッチング液２６に耐蝕性を示す膜である。耐エッチングマスク膜２３としては、例えば、熱酸化法によって形成される酸化シリコン（SiO₂）膜２および窒化シリコン（SiN）膜を利用できる。

図３は、マスク膜形成工程の説明に用いる模式図である。図３では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ含む面で破断している。
具体的には、図３（ａ）に示すように、まず、シリコンリザーバ基板２の表面全体に耐エッチングマスク膜２３を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、シリコンリザーバ基板２の上面２ａおよび下面２ｂのそれぞれから、耐エッチングマスク膜２３のうちノズル連通孔７の開口部２２の形成予定部分２４と対向する部分を除去する。これによって、シリコンリザーバ基板２の表面に、ノズル連通孔７の開口部２２の形成予定部分２４と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜２３のみが残った状態となる。

（改質領域形成工程）
改質領域形成工程では、レーザ加工装置８を用いて、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれに、複数層の多光子吸収による改質領域２５を形成する。
図４は、改質領域形成工程の説明に用いる模式図である。図４では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ含む面で破断している。
具体的には、図４（ａ）に示すように、まず、シリコンリザーバ基板２のｚ軸方向が照射機構部９のＺ軸方向に向くようにシリコンリザーバ基板２を載置台１１に載置する。また、シリコンリザーバ基板２のｘ軸方向が照射機構部９のＸ軸方向に向くようにシリコンリザーバ基板２を位置決めする。これにより、ノズル連通孔７の形成予定部分２４の軸方向が照射機構部９のＺ軸方向、つまり、レーザ光１８の進行方向と平行となる。

続いて、演算部２１により、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４からノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ選択する。そして、演算部２１により、選択したノズル連通孔７の形成予定部分２４を、「選択ノズル連通孔の形成予定部分」に設定する。
続いて、演算部２１により、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３およびＺ軸移動部１４を制御して、集光レンズ１６の焦点が、選択ノズル連通孔の形成予定部分の下面２ｂ側端部の近傍に位置するように載置台１１を移動させる。そして、演算部２１により、レーザ光源１５を制御して、レーザ光１８の出射を開始させる。これにより、選択ノズル連通孔の形成予定部分の下面２ｂ側端部の近傍にレーザ光１８が集光される。そして、シリコンリザーバ基板２の内部には、レーザ光１８の集光によって改質領域２５を形成可能なエネルギ密度となった部分に、１層目の改質領域２５が形成される。

続いて、演算部２１により、図４（ｂ）に示すように、Ｚ軸移動部１４を制御して、集光レンズ１６に対して載置台１１をＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、選択ノズル連通孔の形成予定部分へのレーザ光１８の集光を同様に繰り返す。所定ピッチとしては、例えば、改質領域２５のｚ軸方向の長さを利用できる。これにより、選択ノズル連通孔の形成予定部分に、シリコンリザーバ基板２のｚ軸方向に沿って下面２ｂ側から上面２ａ側へ複数層の改質領域２５が順次形成される。

図５は、改質領域２５の形成位置の説明に用いる模式図である。図５では、図４のシリコンリザーバ基板２の下面２ｂ側を拡大した拡大図で表している。
ここで、図５に示すように、シリコンリザーバ基板２の表面に耐エッチングマスク膜２３を形成した後、シリコンリザーバ基板２を異方性エッチングのためのエッチング液に浸漬すると、耐エッチングマスク膜２３の開口部と対向するシリコンリザーバ基板２の表面、つまり、ノズル連通孔７の開口部２２の形成予定部分２４からシリコンリザーバ基板２の異方性エッチングが徐々に進行する。そして、異方性エッチングの進行により、シリコンリザーバ基板２の内部から、シリコンリザーバ基板２の表面と５５．５度で交差する（１１１）面が表面に露呈すると異方性エッチングが停止する。異方性エッチングが停止したときの、シリコンリザーバ基板２の表面の最深部の深さＺは、耐エッチングマスク膜２３の開口部の幅をＷで表すと、Ｚ≒０．７Ｗとなる。それゆえ、選択ノズル連通孔の形成予定部分の上面２ａ側端部の近傍および下面２ｂ側端部の近傍へのレーザ光１８の集光時には、少なくとも上面２ａまたは下面２ｂから０．７Ｗ以内の深さ位置に改質領域２５が形成されるように、レーザ光１８の集光領域を調整する。
また、選択ノズル連通孔の形成予定部分へのレーザ光１８の集光時には、演算部２１により、収差補正レンズ群１７を制御して、改質領域２５のｚ軸方向の長さ、つまり、レーザ光１８進行方向の長さが一定となるように、集光レンズ１６の収差を適宜調整する。

図６は、改質領域形成工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。図６では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を複数含む面で破断している。
次に、選択ノズル連通孔の形成予定部分への改質領域２５の形成が終了すると、演算部２１により、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４から、未だ改質領域２５の形成を行っていない他のノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ選択する。そして、選択した他のノズル連通孔７の形成予定部分２４を、新しい「選択ノズル連通孔の形成予定部分」に設定し、上記フローを繰り返し実行する。これによって、シリコンリザーバ基板２の内部のうち、新しい選択ノズル連通孔の形成予定部分に複数層の改質領域２５を形成する。
同様に、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれを、順次新しい「選択ノズル連通孔の形成予定部分」に設定し、上記フローを繰り返し実行する。これによって、図６に示すように、シリコンリザーバ基板２の内部のうち、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれに、複数層の改質領域２５を形成する。

（第３の行程）
エッチング工程では、シリコンリザーバ基板２に異方性エッチングを行い、シリコンリザーバ基板２の内部から改質領域２５を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで拡大する。
図７は、エッチング工程の説明に用いる模式図である。図７では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を１つ含む面で破断している。
図８は、エッチング工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。図８では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を複数含む面で破断している。

具体的には、図７に示すように、まず、シリコンリザーバ基板２を異方性エッチングのためのエッチング液２６に浸漬する。エッチング液２６としては、例えば、水酸化カリウム（KOH）を利用できる。すると、耐エッチングマスク膜２３の開口部と対向するシリコンリザーバ基板２の表面、つまり、ノズル連通孔７の開口部の形成予定部分２４からシリコンリザーバ基板２の異方性エッチングが徐々に進行する。そして、異方性エッチングの進行により、シリコンリザーバ基板２の内部から改質領域２５が露呈すると、改質領域２５、つまり、レーザ光１８により結晶性が崩れたシリコンリザーバ基板２の部分が除去される。続いて、当該部分の周辺部にも異方性エッチングが進行し、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去される。これによって、図８に示すように、シリコンリザーバ基板２に複数のノズル連通孔７が形成される。

このように、本実施形態では、まず、シリコンリザーバ基板２の内部のノズル連通孔７の形成予定部分２４に改質領域２５を形成する。続いて、シリコンリザーバ基板２に異方性エッチングを行い、改質領域２５を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去する。これによって、シリコンリザーバ基板２にノズル連通孔７を形成する。
そのため、改質領域２５を形成した部分を異方性エッチングし、異方性エッチングによって当該部分にノズル連通孔７を形成できる。それゆえ、シリコンリザーバ基板２に形成されるノズル連通孔７の幅を、改質領域２５の幅と同等の大きさとすることができる。

したがって、シリコンリザーバ基板２により細いノズル連通孔７を形成できる。これによって、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチをより狭くすることができる。
ここで、シリコンリザーバ基板２に形成される複数のノズル連通孔７それぞれは、インク滴を吐出する複数の吐出ノズルそれぞれと１対１対応している。それゆえ、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチを狭くすることで、互いに隣り合う吐出ノズル間のピッチを狭くすることができる。その結果、ノズル密度をより高くすることができる。

（実施例）
次に、本実施形態の貫通孔形成方法の効果を検証した実施例について説明する。
この実施例では、本実施形態の貫通孔形成方法を実行してシリコンリザーバ基板２にノズル連通孔７を形成した。シリコンリザーバ基板２としては、厚さが２００μｍで、主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板を用いた。また、ノズル連通孔７の開口部２２の幅は１５μｍとし、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチは３０μｍとした。
図９は、第１実施形態の貫通孔形成方法の検証結果を示す図である。図９では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を複数含む面で破断している。

図９より、本実施形態の貫通孔形成方法では、開口部の幅：１５μｍ、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチ：３０μｍのノズル連通孔７を形成できることが確認できた。
なお、本実施例では、ノズル連通孔７の開口部２２の幅が１５μｍ、互いに隣り合うノズル連通孔７間のピッチが３０μｍのノズル連通孔７を形成する例を示したが、ノズル連通孔７の開口部２２の幅をより細いノズル連通孔７を形成することもできる。例えば、ノズル連通孔７の開口部２２の幅が１０μｍ以下のものも形成できる。

図１２は、比較例の説明のための模式図である。図１２（ａ）は比較例の改質領域形成工程を示す模式図であり、図１２（ｂ）は比較例のエッチング工程の実行によって得られるシリコンリザーバ基板２を表す模式図である。
ちなみに、図１２に示すように、シリコンリザーバ基板２の表面にレーザ光１８を集光し、シリコンリザーバ基板２のノズル連通孔７の形成予定部分２４を、主面側から当該主面と反対側の面までレーザ光で融除して先行穴を形成する方法では、先行穴の開口部の幅は３０〜４０μｍとなった。なお、この方法では、シリコンリザーバ基板２に吸収される波長５３２ｎｍのレーザ光を利用した。また、この方法では、シリコンリザーバ基板２に吸収される波長のレーザ光を用いるため、耐エッチングマスク膜２３の開口部の幅を、先行穴の開口部の幅より大きくする必要がある。それゆえ、異方性エッチングによって得られるノズル連通孔７の開口部２２の幅が大きくなってしまう。

（応用例）
なお、本実施形態では、マスク膜形成工程を実行した後に、改質領域形成工程を実行する例を示したが、これらの工程の実行順序は逆であってもよい。具体的には、改質領域形成工程、マスク膜形成工程、およびエッチング工程の順に実行してもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。
なお、前記第１実施形態と同様な構成等については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態の貫通孔形成方法の基本手順は、前記第１実施形態とほぼ同様である。ただし、改質領域形成工程で実行される作業の内容が異なっている。

（改質領域形成工程）
図１０は、改質領域形成工程の説明に用いる模式図である。図１０では、シリコンリザーバ基板２は、ノズル連通孔７の形成予定部分２４を複数含む面で破断している。
具体的には、図１０（ａ）に示すように、まず、シリコンリザーバ基板２のｚ軸方向が照射機構部９のＺ軸方向に向くようにシリコンリザーバ基板２を載置台１１に載置する。また、シリコンリザーバ基板２のｘ軸方向が照射機構部９のＸ軸方向に向くようにシリコンリザーバ基板２を位置決めする。これによって、ノズル連通孔７の形成予定部分２４の軸方向がＺ軸方向、つまり、レーザ光１８の進行方向と平行となる。また、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７、および第２のノズル連通孔列７ｂを構成する複数のノズル連通孔７それぞれの配置方向がＸ軸方向と平行となる。
続いて、演算部２１により、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７のうちの、ｙ軸方向と反対方向の端にあるノズル連通孔７の形成予定部分２４を選択する。そして、演算部２１により、選択したノズル連通孔７の形成予定部分２４を、「選択ノズル連通孔の形成予定部分」に設定する。

続いて、演算部２１により、Ｘ軸移動部１２、Ｙ軸移動部１３およびＺ軸移動部１４を制御して、集光レンズ１６の焦点が、選択ノズル連通孔の形成予定部分の下面２ｂ側端部の近傍に位置するように載置台１１を移動させる。これにより、集光レンズ１６が終点を結ぶ位置を、レーザ光１８の発振を開始する発振開始位置に移動する。そして、集光レンズ１６の焦点が発振開始位置に移動されると、演算部２１により、レーザ光源１５を制御して、レーザ光１８の出射を開始させる。これにより、選択ノズル連通孔の形成予定部分の下面２ｂ側端部の近傍にレーザ光１８が集光される。そして、シリコンリザーバ基板２の内部には、レーザ光１８の集光によって改質領域２５を形成可能なエネルギ密度となった部分に、改質領域２５が形成される。

続いて、演算部２１により、Ｘ軸移動部１２を制御して、集光レンズ１６に対して載置台１１をＸ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させる。所定ピッチとしては、例えば、第１のノズル連通孔列７ａを構成する、互いに隣り合うノズル連通孔７の中心間の距離を利用できる。これにより、集光レンズ１６の焦点が、シリコンリザーバ基板２の内部をｘ軸方向に移動する。これによって、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれを順次通過する。

図１１は、レーザ光源１５によるレーザ光１８の出射タイミングを示す図である。
同時に、演算部２１により、レーザ光源１５を制御して、図１１に示すように、集光レンズ１６の焦点がノズル連通孔７の形成予定部分２４に到達したときに、レーザ光１８の出射を開始させる。これにより、ノズル連通孔７の形成予定部分２４の下面２ｂ側端部の近傍にレーザ光１８が集光される。また、集光レンズ１６の焦点がノズル連通孔７の形成予定部分２４から外れたときに、レーザ光１８の出射を停止させる。これによって、図１０（ｂ）に示すように、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれに１層目の改質領域２５を順次形成する。

次に、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれへの、１層目の改質領域２５の形成が終了すると、演算部２１により、Ｚ軸移動部１４を制御して、集光レンズ１６に対して載置台１１をＺ軸方向と反対方向に所定ピッチ相対移動させる。所定ピッチとしては、例えば、改質領域２５のｚ軸方向の長さを利用できる。これによって、集光レンズ１６の焦点が、シリコンリザーバ基板２の上面２ａ側に所定ピッチ分移動する。続いて、演算部２１により、Ｘ軸移動部１２を制御して、集光レンズ１６の焦点が、選択ノズル連通孔の形成予定部分に位置するように載置台１１を移動させる。これにより、集光レンズ１６の焦点を新しい発振開始位置に移動する。そして、集光レンズ１６の焦点が、新しい発振開始位置に移動されると、演算部２１により、上記フローを繰り返し実行する。これによって、図１０（ｃ）に示すように、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれに２層目の改質領域２５を形成する。

同様に、シリコンリザーバ基板２の所定ピッチ分上面２ａ側で且つ選択ノズル連通孔の形成予定部分を、順次新しい「発振開始位置」に設定し、上記フローを繰り返し実行する。これによって、図１０（ｃ）に示すように、第１のノズル連通孔列７ａを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれに複数層の改質領域２５を形成する。
また、第２のノズル連通孔列７ｂを構成する複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれについても同様に、複数層の改質領域２５を形成する。

このように、本実施形態では、シリコンリザーバ基板２の主面と直交する方向に対して集光レンズ１６の焦点を順次移動させると共に、集光レンズ１６の焦点が複数のノズル連通孔７の形成予定部分それぞれを通過するように、シリコンリザーバ基板２の主面と平行な方向に対して集光レンズ１６の焦点を順次移動させ、集光レンズ１６の焦点がノズル連通孔７の形成予定部分にあるときに、レーザ光１８の集光を行う。
そのため、集光レンズ１６の焦点をレーザ光１８の出射方向に移動させる回数を低減できる。それゆえ、複数層の改質領域２５の形成に要する時間を短縮できる。
ちなみに、複数のノズル連通孔７の形成予定部分２４それぞれに、複数層の改質領域２５を１層ずつ形成する方法では、集光レンズ１６の焦点をレーザ光１８の出射方向に移動させる回数が増大し、複数層の改質領域２５の形成に要する時間が増大する。

１はインクジェットヘッド、２はシリコンリザーバ基板、３はシリコンノズル基板、４はシリコンキャビティ基板、５はガラス基板、６は貫通孔、７はノズル連通孔、７ａは第１のノズル連通孔列、７ｂは第２のノズル連通孔列、８はレーザ加工装置、９は照射機構部、１０は制御部、１１は載置台、１２はＸ軸移動部、１３はＹ軸移動部、１４はＺ軸移動部、１５はレーザ光源、１６は集光レンズ、１７は収差補正レンズ群、１８はレーザ光、１９は入力部、２０は表示部、２１は演算部、２２は開口部、２３は耐エッチングマスク膜、２４は形成予定部分、２５は改質領域、２６はエッチング液

Claims (4)

1. 主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する貫通孔形成方法であって、
   前記シリコン単結晶基板の表面に、前記貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、
   前記耐エッチングマスク膜が形成された前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板および前記耐エッチングマスク膜を透過するレーザ光を集光し、前記貫通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、
   前記改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする貫通孔形成方法。
2. 主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔を形成する貫通孔形成方法であって、
   前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板を透過するレーザ光を集光し、前記貫通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、
   前記改質領域が形成された前記シリコン単結晶基板の表面に、前記貫通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、
   前記耐エッチングマスク膜が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とする貫通孔形成方法。
3. 前記シリコン単結晶基板に形成する前記貫通孔が複数であり、それら複数の前記貫通孔の形成予定部分それぞれに、前記レーザ光の出射方向に沿って前記改質領域を複数層形成する場合には、前記シリコン単結晶基板の主面と直交する方向に対して前記集光レンズの焦点を順次移動させると共に、前記集光レンズの焦点が前記複数の前記貫通孔の形成予定部分それぞれを通過するように、前記シリコン単結晶基板の主面と平行な方向に対して前記集光レンズの焦点を順次移動させ、前記集光レンズの焦点が前記貫通孔の形成予定部分にあるときに、前記レーザ光の集光を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の貫通孔形成方法。
4. 主面の面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板に、前記主面と垂直な方向に延びる貫通孔であるノズル連通孔を形成するインクジェットヘッドの製造方法であって、
   前記シリコン単結晶基板の表面に、前記ノズル連通孔の開口部の形成予定部分と対向する位置に開口部が形成された耐エッチングマスク膜を形成するマスク膜形成工程と、
   前記耐エッチングマスク膜が形成された前記シリコン単結晶基板の内部に前記シリコン単結晶基板および前記耐エッチングマスク膜を透過するレーザ光を集光し、前記ノズル連通孔の形成予定部分に改質領域を形成する改質領域形成工程と、
   前記改質領域が形成されたシリコン単結晶基板に異方性エッチングを行い、前記シリコン単結晶基板の内部から前記改質領域を形成した部分およびその周辺部を、主面と直交する（１１１）面が露呈するまで除去するエッチング工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

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