CN102741155A - 结构体的制造方法和液体排出头用基板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种硅基板的加工方法，其包括：设置第一硅基板、第二硅基板和包括多个凹部的中间层的组合，所述中间层设置在第一硅基板和第二硅基板之间；在第一硅基板的与中间层的接合面相对的表面上，通过使用第一掩模，进行第一硅基板的蚀刻而形成贯通第一硅基板的第一贯通口，并露出对应于中间层的多个凹部的中间层部分；通过去除构成多个凹部的底部的部分而在中间层上形成多个开口；和借助使用在其上形成多个开口的中间层作为掩模，通过进行第二硅基板的第二蚀刻而形成贯通第二硅基板的第二贯通口。

Description

结构体的制造方法和液体排出头用基板的制造方法
技术领域
本发明涉及结构体的制造方法和液体排出头用基板的制造方法，所述液体排出头用基板用于为排出液体而配置的液体排出头。
背景技术
通过加工硅而生产的微细结构体已经被广泛地用于微电子机械***(MEMS)领域和电机的功能元件中。更具体地，例如，将微细结构体用于为排出液体而配置的液体排出头。将排出液体的液体排出头用于在记录介质上排出墨以记录图像的喷墨记录方法中使用的喷墨记录头。
喷墨记录头包括在其上设置为产生用于排出液体的能量而配置的能量产生元件的基板和设置在所述基板上的为排出从液体供给口供给的墨而配置的排出口。
美国专利6,679,587讨论了制造此类喷墨记录头的以下方法。在该常规方法中，首先，将具有多个开口的掩模(mask)层压在第一硅基板和第二硅基板之间。接着，将第一硅基板蚀刻至第二硅基板，和形成贯通第一硅基板的第一贯通口。由此，露出掩模的多个开口。
此外，持续蚀刻以通过利用露出的掩模在第二硅基板上进行蚀刻。接着形成对应于多个开口的第二贯通口。以上述方式，形成贯通第一和第二硅基板的供给口。
然而，在蚀刻第一硅基板时，沿基板厚度方向的蚀刻速度在硅基板表面的不同区域中倾向于不同。因此，与其它第二贯通口的形状相比，在已经以高速进行蚀刻的区域上形成的第二贯通口可以朝向硅基板表面以比预定形状更宽的形状形成。结果，由于第二贯通口尺寸的不均匀可能不会实现期望的液体供给特性。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL 1]美国专利6,679,587
发明内容
本发明涉及结构体的制造方法，特别涉及能够制造以高形状精度和高产率在其上形成与第一贯通口连通的第二贯通口的结构体的结构体制造方法。此外，本发明涉及能够制造具有以高形状精度和高产率形成的与第一贯通口连通的第二贯通口并且具有高度稳定的液体供给特性的液体排出头的方法。
根据本发明的一个方面，用于在硅基板上形成具有台阶部分(step portion)的开口的硅基板的加工方法包括：经由具有第一图案形状(pattern form)的中间层将第一硅基板和第二硅基板接合在一起；通过使用具有第二图案形状的掩模，在第二硅基板的与第二硅基板和中间层的接合面相对的表面上通过进行第一干法蚀刻直至露出中间层的深度而形成第一开口；通过使用中间层作为掩模进行第二干法蚀刻而形成第二开口。
发明的效果
根据本发明的一个方面，第一蚀刻因中间层而停止。因此根据本发明的一个方面，用于形成第二贯通口的加工精度难以受到第一蚀刻中不均匀的影响。因此，本发明的一个方面能够完成在其上以高形状精度和高产率形成第二贯通口的结构体的制造。
参考附图，本发明的进一步特征和方面将从以下示例性实施方案的详细描述变得明显。
附图说明
引入并且构成说明书的一部分的附图说明本发明的示例性实施方案、特征和方面，与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1A是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的截面。
图1B是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的截面。
图1C是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的截面。
图1D是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的截面。
图1E是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的截面。
图1F是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的截面。
图1G是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的截面。
图1H是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的截面。
图2A是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图2B是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图3A是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图3B是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图3C是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图4A是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图4B是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图4C是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图5A是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图5B是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图5C是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图5D是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图5E是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图5F是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图5G是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图6A是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图6B是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图6C是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图6D是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图6E是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图6F是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图6G是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图7A是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图7B是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图7C是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图7D是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图7E是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图7F是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图7G是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图7H是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的实例的截面。
图8A是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的图。
图8B是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的图。
图8C是示意性说明根据本发明的示例性实施方案的液体排出头的制造方法的图。
具体实施方式
引入并且构成说明书的一部分的附图说明本发明的示例性实施方案、特征和方面，与说明书一起用于解释本发明的原理。
根据本发明各示例性实施方案的结构体制造方法可以应用于制造微电机如加速度传感器的方法以及液体排出头用基板的制造方法。
现将本发明的第一示例性实施方案描述如下。图1A至1H示出根据本示例性实施方案的液体排出头用基板的制造方法。
参考图1A，在示例性实施方案中，设置第二硅基板101和第一硅基板102。所述第二硅基板101包括能量产生元件104，所述能量产生元件104包括用于产生要用于排出液体的能量的能量产生元件。在第一硅基板102和第二硅基板101的至少之一上形成中间层103。所述中间层103包括当形成供给口时用作掩模的多个凹部109。
更具体地，在第一硅基板102上形成中间层103并且形成用于在中间层103上形成供给口的第一图案形状。在形成中间层103时，中间层103设置有对于露出第一硅基板102而言不够深的开口，并且以任意厚度部分地未被蚀刻。
中间层103起到在随后的第一干法蚀刻期间使用的止动件(stopper)的作用和起到在随后的第二干法蚀刻期间使用的第一掩模的作用。换言之，在本示例性实施方案中，在通过第一干法蚀刻形成共用液室时，中间层103起到止动件的作用。另一方面，在通过第二干法蚀刻形成供给口时，中间层103起到掩模的作用。
在本示例性实施方案中，在第一硅基板102和第二硅基板101之间设置具有第一图案形状的中间层103。因此，本示例性实施方案能够形成具有高精度台阶的开口。此外，具有上述构造的本示例性实施方案能够防止在博世工艺(Bosch process)期间会发生的冠状残渣或弯曲开口(bent opening)的发生。
关于中间层103的材料，可以使用树脂材料、氧化硅、氮化硅、碳化硅、除了由硅制成的以外的金属材料、或其金属氧化物或氮化物。换句话说，中间层103可以包括树脂层、氧化硅膜、氮化硅膜、碳化硅膜、金属膜、或其金属氧化物膜或氮化物膜。
如果将树脂层用作中间层103，可以使用光敏感性(lightsensitive)树脂层。在各种光敏感性树脂层中，感光性(photosensitive)树脂层或氧化硅膜是特别有用的，这是因为如果使用它们的话，能够容易形成中间层103。
例如，第二硅基板101的厚度为50至800微米。从供给口(即，第二贯通口)的形状的观点，第二硅基板101的厚度可为100至200微米。
例如，第一硅基板102的厚度为100至800微米。从共用液室(即，第一贯通口)的形状的观点，期望第一硅基板102的厚度为300至600微米。
接着，如在图1B中所示，第一硅基板102和第二硅基板101经由中间层103彼此接合。
关于基板的接合方法，可以使用通过使用树脂材料接合基板的方法。此外，可以使用其中使得活化的基板表面彼此相接触从而自发地接合在一起的各种其它方法如熔融接合、共晶接合或扩散接合。
此外，如在图1C中所示，在第二硅基板101的表面上形成流路形成层105。更具体地，流路形成层105在液体排出口和液体流路之间构成液体流路。
然后，如在图1D中所示，在第一硅基板102的表面上形成第二掩模106。第二掩模106包括在形成共用液室时用作掩模的第二图案的形状。
第二掩模106的材料不限于特定的材料。换言之，可以使用通常用作掩模的材料。更具体地，可以使用有机材料、硅化合物或金属膜。例如，如果使用有机材料，可以使用光致抗蚀剂。
如果使用硅化合物，可以使用氧化硅膜。另外，如果使用金属膜，可以使用铬膜或铝膜。可选地，可以使用包括多层上述材料的材料。
此外，如在图1E中所示，通过使用第二掩模106进行第一干法蚀刻处理至露出中间层103的深度。由此，形成共用液室(第一开口)107。
在本示例性实施方案中，中间层103由蚀刻速度比硅的蚀刻速度低但是不与中间层103作为掩模的功能将不会失去的蚀刻速度一样低的材料构成。因此，除了具有第一图案形状的开口以外，共用液室107中的蚀刻被中间层103停止。换言之，中间层103起到停止第一干法蚀刻的作用。
此时，因为在中间层103上没有形成贯通图案，所以当从共用液室107侧观察时第二硅基板101根本没有露出。因此，不会由于第一干法蚀刻而不利地进行在第二硅基板101上的蚀刻。
接着，如在图1F中所示，通过去除形成中间层103的凹部的底部的部分而形成开口109。
此外，如在图1G中所示，通过借助使用中间层103作为第一掩模的第二干法蚀刻而形成供给口108。供给口108能够与共用液室107连通。
关于第二干法蚀刻，可以使用与第一干法蚀刻相同的方法。为了进行干法蚀刻，可以改变蚀刻条件。更具体地，可以在对于实现适当的长宽比有用的预定条件下进行第二干法蚀刻。
此外，如上所述，在硅上干法蚀刻期间，中间层103的蚀刻速度低到足以起到作为用于形成供给口108的掩模的作用。
此外，如在图1H中所示，去除第二掩模106。以上述方式，能够生产包括设置在液体排出头用基板上的流路形成层105的液体排出头。
通过进行上述方法，本示例性实施方案能够加工液体排出头用硅基板。根据本发明，足以在基板的一面上一次进行干法蚀刻。因此，具有上述构造的本示例性实施方案能够在已经形成流路形成层105的状态下形成共用液室107和供给口108。此外，用于形成共用液室的干法蚀刻和用于形成供给口的干法蚀刻能够彼此独立的完成。因此，可以实施在整个表面上的极高精确的形状控制。本发明的各示例性实施方案能够用作液体排出头的制造方法。
以下将详细描述用于将基板和中间层103接合在一起的示例性方法。如果中间层103由树脂材料制成，硅基板可以通过以下方法接合在一起。首先，将树脂施涂至硅基板上。接着，通过图案化而形成中间层。随后，将硅基板与在其中间夹置的中间层堆叠在一起。此外，在与玻璃化转变温度一样高或更高的温度下对堆叠的硅基板施加压力。以上述方式，可将堆叠的硅基板接合在一起。
关于上述树脂材料，可以使用几乎所有通常的树脂材料。更具体地，关于树脂材料，可以使用各种树脂如丙烯酸类树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂、氟树脂、环氧树脂或聚醚酰胺树脂。
如果使用丙烯酸类树脂，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂是有用的。此外，关于硅树脂，可以使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)树脂。如果使用环氧树脂，可以使用Kayaku-MicroChem Co.,Ltd.的SU-8(产品名)。此外，作为聚醚酰胺树脂，可以使用HitachiChemical Co.,Ltd.的HIMAL(产品名)、苯并环丁烯(BCB)或氢基硅氧烷(hydrogens slises-quioxane)(HSQ)。
上述材料可以在约300摄氏度的温度下接合。因此，液体排出头的能量产生元件的晶体管或布线在由上述材料制成的基板的接合期间不会损坏。
关于用于形成第一图案形状的方法，如果使用感光性树脂材料，其可以通过使用光刻法形成。另一方面，如果使用非感光性树脂材料，第一图案形状可以通过蚀刻而形成。如果使用不包括硅的树脂层，第一图案形状可以借助使用气体如O2、O2/CF4、O2/Ar、N2、H2、N2/H2或NH3的等离子体蚀刻而形成。如果使用包括硅的树脂层，蚀刻可以通过使用包括上述气体和氟碳气体如CF4或CHF3的混合气体进行。
可选地，可以使用其它的接合方法，即，"熔融接合"。在熔融接合时，将要接合在一起的基板表面进行等离子体处理。接着将基板通过使用在其上形成的悬键而接合在一起。熔融接合大体上包括两种方法。
在用于熔融接合的第一方法中，将中间层的表面进行等离子体活化。接着，将中间层的等离子体活化表面暴露于大气以形成羟基。接着，将中间层的表面与基板表面通过氢键接合。羟基通过存在于大气中的水分反应而形成。可选地，代替仅利用在大气中存在的水分，可以有意增加湿度。关于所述方法可以应用的中间层的材料，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜或碳化硅。此外，可以使用在其表面上能够容易产生氧化物膜的金属材料、金属氧化物、特定的树脂材料。
在室温下临时接合之后，在约200至300摄氏度的温度下进行退火处理。通过进行上述处理，H2O通过羟基之间的脱水反应而解吸。结果，可以实现经由氧原子的非常强固的接合。在此情况下，有必要设定要接合的表面尽量彼此接近以致分子间力可以起作用。因此，有用的是设定表面粗糙度低至1纳米以下。
在用于熔融接合的第二方法中，在真空中悬键直接结合在一起，而不利用氢键。在该方法中，也有必要将表面粗糙度设定为低至1纳米以下。然而，理论上，如果通过研磨可以实现如此低的表面粗糙度，可以接合任何材料。
关于硅材料，已经观察到至少氧化硅膜之间、氮化硅膜之间，或者氧化硅膜或氮化硅膜和硅之间的接合。可以通过使用氟碳气体如CF4、CHF3、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8或C4F6的等离子体蚀刻而在氧化硅膜和氮化硅膜上实施图案化。
可以通过使用氟化的酸作为其基础的湿法蚀刻而在氧化硅膜上实施图案化。此外，可以通过使用热磷酸的湿法蚀刻而在氮化硅膜上实施图案化。此外，如果中间层由金属材料或金属氧化物组成，如果在接合之前实施图案化，则中间层能够实现本发明。
此外，作为其它接合方法，可以使用共晶接合和扩散接合。关于共晶接合，通常已经观察到金材料之间的接合以及金材料与硅材料、锡材料和锗材料的接合。此外，关于共晶接合，通常已经观察到铜材料和锡材料之间的接合以及钯材料和铟材料之间的接合。关于扩散接合，通常已经观察到金材料之间、铜材料之间和铝材料之间的接合。
现在，以下将详细描述中间层、硅基板和干法蚀刻之间的关系。
更具体地，作为用于在硅上干法蚀刻的代表性深反应离子蚀刻(RIE)方法，可以使用博世工艺。更具体地，在博世加工中，重复进行通过使用富C的氟碳气体如C4F8的等离子体来形成沉积膜的加工、使用SF6等离子体的离子组分去除在除了侧面以外的表面上的沉积膜和通过利用自由基在硅上蚀刻。
通过进行博世工艺，可以容易地实现高达50以上的硅与通常的抗蚀剂掩模的蚀刻速度比。如果中间层由树脂材料形成，对于几乎所有类型的树脂材料可以获得类似的结果，这是因为材料的组成与抗蚀剂掩模的材料组成非常接近。要涂布的并由作为中间层的材料的树脂材料形成的膜的厚度，例如为约数百纳米至数十微米。上述膜厚度对于用于在硅上蚀刻50至800微米深度的掩模或止动件的厚度是足够的。
如果使用氧化硅膜，可以获得最低高达100的硅与氧化硅的蚀刻速度比。此外，公知的是如果通过使用热氧化法产生氧化硅膜，可以获得厚度为25微米以上的氧化硅膜。然而，为了改进所得的膜的品质或者通过尽可能容易的方法进行加工，如果氧化硅膜的厚度为2微米以下则是有用的。此外，如果将等离子体增强化学气相沉积(等离子体CVD)法用于形成氧化硅膜，可以形成厚度为50微米以上的氧化硅膜。然而，为了改进所得的膜的品质或者通过尽可能容易的方法来进行加工，如果氧化硅膜的厚度为10微米以下是有用的。上述膜厚度对于用于在硅上蚀刻50至800微米深度的掩模厚度是足够小的。
如果使用除硅以外的金属材料或金属氧化物，可以获得比上述比例更高的对硅的蚀刻选择性。更具体地，具有对F自由基的反应指数低的材料是特别有用的。如果使用铬材料或铝材料，可以实现高达1,000的蚀刻选择性。通过使用金属材料或金属氧化物而形成的膜的厚度通常为约数微米。为了完成蚀刻期望的深度，有用的是基于材料对硅的蚀刻比适当选择要涂布的膜的厚度。
在本示例性实施方案中，认为对于在硅上的干法蚀刻进行博世工艺。然而，本发明不限于此。更具体地，其它不同的蚀刻工艺可以通过适当选择和使用中间层的材料和厚度来实施本工艺。
本示例性实施方案具有以理想的高精度使共用液室底部平坦化和在面内以均一的深度进行蚀刻的特性效果。换言之，因为共用液室底部的形状由中间层(其起到止动件的作用)规定，不论装置的面内分布或经时变化如何，本示例性实施方案都能够以均一的深度加工基板。
此外，本示例性实施方案能够通过有效地防止冠状残余物或弯曲开口而实现供给口的高度精确的垂直形状。如果通过使用常规的双掩模法进行蚀刻，在形成供给口时使用具有之前蚀刻的硅的特有形状(very shape)的蚀刻掩模。另一方面，根据本发明的方法使用起到掩模作用的中间层。因此，本示例性实施方案能够容易地抑制侵蚀开口(eroded opening)的现象，如弯曲开口。
此外，在本示例性实施方案中通过使用博世工艺，可以容易地检测蚀刻的终点(endpoint)。通常地，在硅上蚀刻时，监控作为反应产物的SiF的发光强度(440纳米)的降低。因此，如果蚀刻结束的话，可以检测蚀刻的结束。
然而，在常规制造方法中，由于以下原因会难以检测供给口的蚀刻的结束。即，如果使用常规制造方法，当供给口的蚀刻结束时，此时继续在面积大于供给口面积的共用液室的底面的硅的蚀刻。因此，背景信号太强而不能容易地检测供给口的蚀刻的结束。
另一方面，在本示例性实施方案中，在开始供给口的蚀刻之前共用液室的蚀刻结束。因此，可以容易地检测蚀刻的终点。因此，可以增加工艺的再现性。
此外，根据本示例性实施方案，可以改变共用液室和供给口的蚀刻条件。更具体地，因为共用液室的孔径比和长宽比与供给口的那些不同，共用液室的蚀刻和供给口的蚀刻之间的最适条件会不同。在常规双掩模法中，共用液室的蚀刻和供给口的蚀刻彼此平行地进行。因此，两种蚀刻工艺不能彼此分离。
另一方面，在本示例性实施方案中，共用液室的硅蚀刻通过使用中间层的第一干法蚀刻完成。因为共用液室的孔径比高于供给口的孔径比，所以本示例性实施方案可以容易地检测共用液室的蚀刻的完成。
在本示例性实施方案中，在将第一硅基板102和第二硅基板101接合在一起后形成流路形成层105是有用的。将有机树脂材料用作流路形成层的材料。此外，有机树脂材料的树脂材料的耐热性通常低。
如上所述，硅基板可以通过向其施加热(例如，200-300摄氏度)而接合在一起。如果将热施加至硅基板，有机树脂材料不能保持其形状和组成。因此，本示例性实施方案在将第一硅基板102和第二硅基板101接合在一起后形成流路形成层105。因此，本示例性实施方案可以有效地防止有机树脂材料的上述低耐热性的问题。
此外，以下构造对于实现本发明的效果也是有用的。即，首先形成具有面向第二硅基板101的凹处的凹部(图2A)。接着，除去凹部的底部以形成示于图2B的形状。
现将本发明的第二示例性实施方案详细描述如下。在本示例性实施方案中，通过通常的半导体生产线在具有排出能量产生元件的第一硅基板上形成晶体管(transistor)和布线。此外，通过通常的半导体生产线输送的硅基板具有数百微米的厚度。更具体地，6英寸基板为约625微米厚而8英寸基板具有725微米的厚度。
如果6英寸和8英寸基板单纯地接合在一起，总基板厚度会超过1毫米。将常规的液体排出头生产线设计为假定通过其来输送具有通常厚度的硅晶片。因此，如果比1毫米厚的基板通过液体排出头生产线输送，则不能正常地输送硅晶片。在此情况下，需要重新设计生产线。
关于共用液室和供给口的深度，不必要使用足以完全贯通正常尺寸的硅晶片的深度。如果共用液室和供给口具有足以贯通正常尺寸硅晶片的深度，则长宽比会不利地变高。在此情况下，加工的难度会增加。
如上所述，有用的是限制各硅基板的厚度至具有必要强度的最小可能的厚度和限制总基板厚度至与正常硅晶片的厚度相同。
现将参考图3A至3C以下详细记载借助本发明的上述效果和借助防止上述问题的液体排出头的示例性制造方法。参考图3A，设置在其上已经形成能量产生元件104和用于形成第二硅基板的基板101a。接着，如图3B所示将基板101a薄板化从而形成第二硅基板。
可以通过机械研磨如背面研磨，化学机械研磨(CMP)，湿法蚀刻或干法蚀刻，或者任何上述方法的组合而将基板101a薄板化为第二硅基板。基板101a的表面可以通过微细机械研磨、化学研磨或者当必要时的其组合而镜面精加工。第二硅基板101的厚度期望地为100-200微米。
此外，如图3C所示在第一硅基板102上形成中间层103。此外，在中间层103上形成凹部，其为用于形成供给口的第一图案形状。关于第一硅基板102，可以使用厚度为约300-600微米的薄基板。第一硅基板102也可以通过上述方法而薄板化。
接着，第二硅基板101和第一硅基板102经由中间层103接合在一起。
随后，硅基板可以通过与上述第一示例性实施方案中相同的方法加工。
通过进行根据本示例性实施方案的方法，接合的硅基板的总厚度可以适当地控制为与通常硅晶片的厚度一样薄的厚度。通过将如上所述的硅基板薄板化，本示例性实施方案可以有效地限制长宽比为最低可能的比例。
在本示例性实施方案中，由于以下原因在接合之后形成构成液体排出喷嘴的流路形成层是有用的。从机械强度和制造装置的适应性的观点，难以在仅薄板化的硅基板上形成流路形成层和通过生产线输送薄基板。关于流路形成层的材料，使用厚的膜如有机膜。因此，通过流路形成层产生应力。因此，如果使用薄晶片，该晶片不能承受应力并可能最终翘曲。
在下文中，将本发明的工作例详细描述如下。
现在将本发明的工作例1描述如下。如在图3A中所示，首先，产生用于形成第二硅基板101的基板101a，所述基板101a具有在其一面上形成的能量产生元件104。接着，如在图3B中所示通过在另一面上背面研磨而将所述基板101a薄板化至200微米。随后，将基板表面通过CMP研磨从而获得其表面粗糙度低至1纳米以下的镜面精加工表面。
此外，制备第一硅基板102，其厚度为400微米，并且在其表面上通过热氧化形成厚度为2.0微米的氧化硅膜。接着，将感光性正型抗蚀剂(Tokyo Ohka Kogyo Co.,Ltd.的OFPR-PR8-PM(产品名))施涂至第一硅基板102的接合面。此外，第一硅基板102通过使用Ushio,Inc.的Deep-UV曝光设备UX-4023(产品名)而曝光并且接着显影。由此，将施涂的正型抗蚀剂加工成凹陷的第一图案形状。
此外，通过使用包括CHF3、CF4和Ar的混合气体进行深度达1.5微米的氧化硅膜的蚀刻，留下0.5微米厚度未蚀刻。此外，在第一硅基板102上形成包括具有第一图案形状的氧化硅膜的中间层103。除去残余的正型抗蚀剂。具有第一图案形状的中间层103起到用于形成供给口的第一掩模的作用。
此外，第二硅基板101的接合面和在第一硅基板102上形成的中间层103的接合面通过N2等离子体而活化。接着，通过使用由EV Group制造的对准器(aligner)而将基板对准。此外，如在图1B中所示，第一硅基板102和第二硅基板101经由中间层103借助使用EV Group的接合设备(产品名：EVG 520IS)通过熔融接合而接合在一起，所述中间层103包括氧化硅膜并且具有第一图案形状。
接着，如在图1C中所示，构成液体排出头的流路形成层105形成于与第二硅基板101的接合面相对的表面上。
此外，将感光性正型抗蚀剂(Clariant Japan K.K.的AZP4620(产品名))施涂至与第一硅基板102的接合面相对的表面。此外，施涂的正型抗蚀剂通过使用Deep-UV曝光设备(Ushio,Inc.的UX-4023(产品名))而曝光并且接着显影。此外，如在图1D中所示形成具有用于形成共用液室的第二图案形状的第二掩模。
接着，如在图1D中所示借助使用第二掩模通过交替使用SF6和C4F8的博世工艺进行第一干法蚀刻从而在第一硅基板102上形成共用液室。
然后，如在图1E中所示，除去中间层103的一部分以形成对应于凹部的开口。此外，如在图1G中所示，借助使用中间层103作为掩模使用与上述相同的蚀刻方法的博世工艺的第二干法蚀刻以在第二硅基板101上形成供给口。
通过进行上述工艺，本发明人能够制造应用本工作例的液体排出头。
中间层103也可以通过以下方法形成。
更具体地，如在图4A中所示，中间层503b形成于第一硅基板502上和中间层503a形成于第二硅基板501上，其均由相同的材料制成。在任一基板上(示于图4A的实例中的中间层503b)形成凹陷状作为第一图案形状。
可选地，如在图4B中所示，由不同材料制成的两个中间层503a和503b形成于第一硅基板502和第二硅基板501任一上。第一图案形状形成于最外面的中间层503b上。
进一步可选地，如在图4C中所示，由不同材料制成的中间层形成于第一硅基板502和第二硅基板501每一个上，和第一图案形状形成于第一硅基板502和第二硅基板501任一上。
中间层的材料可以选自上述材料。
现在，将应用于本发明的示例性实施方案的工作例2详细描述如下。
如在图4B中所示，具有厚度为1.5微米的热氧化膜形成于第一硅基板502上，和具有厚度为0.5微米的通过等离子体CVD法而形成的氧化硅膜形成于第一硅基板501上。换言之，根据工作例2，中间层是一对形成于各基板上的接合的氧化硅膜。在完成进行共用液室的蚀刻之后，露出的热氧化膜和露出的通过等离子体CVD法而形成的氧化硅膜借助使用包括C4F8和O2的混合气体而蚀刻至相当于0.5微米的深度从而形成第一图案形状。随后，在第一硅基板502上进行第二干法蚀刻从而形成供给口。工艺的其它部分与在工作例1中所述的相同。
以下将详细描述工作例3。如在图4B中所示，在其上已经形成0.7微米厚的热氧化膜的第一硅基板502上形成具有厚度为2.0微米的聚醚酰胺树脂(Hitachi Chemical Co.,Ltd.的HIMAL(产品名))。换言之，根据工作例3，中间层包括包含热氧化膜和聚醚酰胺树脂层的两层。
此外，通过使用包括O2和CF4的混合气体蚀刻聚醚酰胺树脂从而形成第一图案形状。接合借助使用EVG 520IS在280摄氏度的温度下通过热压接合而进行。共用液室的蚀刻仅进行到达至中间层(热氧化膜)。随后，中间层(热氧化膜)通过包括C4F8和O2的混合气体而蚀刻。此外，露出中间层(聚醚酰胺树脂)，和供给口通过干法蚀刻而形成。工艺的其它部分与工作例1中所述的相同。
现在，将工作例4详细描述如下。如在图5A中所示，在第一硅基板1102上形成具有厚度为0.7微米并且由热氧化的硅组成的中间层1103。此外，向其施涂感光性正型抗蚀剂(TokyoOhka Kogyo Co.,Ltd.的OFPR-PR8-PM(产品名))。此外，将感光性正型抗蚀剂曝光和显影以将第一图案形状形成于用于形成供给口的中间层1103。感光性正型抗蚀剂通过使用Ushio,Inc.的接近式掩模对准器(proximity mask aligner)UX-3000SC而曝光。
接下来，将中间层1103通过使用以上述方式形成的图案而干法蚀刻从而获得期望的图案。所述中间层1103没有设置有足以露出第一硅基板1102的开口深度并且部分地留下任意厚度未蚀刻。更具体地，部分中间层1103被部分地留下未蚀刻至约300纳米的厚度。
此外，如在图5B中所示，第二硅基板1101的接合面和在第一硅基板1102上形成的中间层的接合面通过N2等离子体活化。接着，基板通过使用由EV Group制造的对准器而对准。
此外，第一硅基板1102和第二硅基板1101借助使用EVGroup的接合设备(产品名：EVG 520IS)通过熔融接合经由包括氧化硅膜和具有第一图案形状的中间层1103接合在一起。更具体地，第一硅基板1102和第二硅基板1101经由中间层1103直接接合在一起。
此外，如在图5C中所示，在第二硅基板1101的与其接合面相对的表面上形成液体排出头喷嘴1105。
此外，如在图5D中所示，在第一硅基板1102的与其接合面相对的表面上形成聚醚酰胺树脂(Hitachi Chemical Co.,Ltd.的HIMAL(产品名))。此外，将感光性正型抗蚀剂(Tokyo OhkaKogyo Co.,Ltd.的OFPR-PR8-PM(产品名))(未示出)施涂至聚醚酰胺树脂上。接着，将感光性正型抗蚀剂通过使用Ushio,Inc.的接近式曝光设备UX-3000(产品名)而曝光并且接着显影。
通过使用由感光性正型抗蚀剂以上述方式形成的掩模图案，将预先形成的聚醚酰胺树脂通过使用氧等离子体的干法蚀刻而蚀刻。以此方式，获得第二掩模1106。因为聚醚酰胺树脂具有高的耐碱性，可以使用聚醚酰胺树脂作为在各向异性硅蚀刻中使用的掩模材料。
此外，如在图5E中所示，借助使用第二掩模1106作为掩模通过各向异性蚀刻而蚀刻第二硅基板。作为蚀刻液，使用具有浓度为20%的四甲基氢氧化铵水溶液。在80摄氏度的温度下蚀刻第一硅基板12小时。对于在晶片表面上的所有图案将第一硅基板蚀刻至中间层1103。此外，通过干法蚀刻将中间层1103蚀刻至使第一图案形状完全开口的深度。
此外，如在图5F和5G中所示，借助使用中间层1103作为掩模通过与在第一示例性实施方案中所述的相同的博世工艺通过第二干法蚀刻来蚀刻第二硅基板1101从而在其上形成供给口1108。
通过进行上述工艺，本发明人能够制造应用本工作例的液体排出头。
现在，将工作例5详细描述如下。如在图6A中所示，在第一硅基板1202上形成具有厚度为0.7微米并且由热氧化的硅组成的中间层1203。此外，向其施涂感光性正型抗蚀剂(TokyoOhka Kogyo Co.,Ltd.的OFPR-PR8-PM(产品名))。此外，将感光性正型抗蚀剂曝光和显影以将第一图案形状形成到用于形成供给口的中间层。感光敏性正型抗蚀剂通过使用Ushio,Inc.的接近式掩模对准器UX-3000SC而曝光。
接下来，中间层1203通过使用以上述方式形成的图案而干法蚀刻从而获得期望的图案。所述中间层1203设置有深度不足以露出第一硅基板1202的开口并且部分地留下任意厚度未蚀刻。更具体地，部分中间层1203部分地留下未蚀刻至约300纳米的厚度。
此外，如在图6B中所示，第一硅基板1202的接合面和在第二硅基板1201上形成的中间层的接合面通过N2等离子体活化。接着，基板通过使用由EV Group制造的对准器而对准。
此外，第一硅基板1202和第二硅基板1201借助使用EVGroup的接合设备(产品名：EVG 520IS)通过熔融接合经由包括氧化硅膜和具有第一图案形状的中间层1203接合在一起。更具体地，第一硅基板1202和第二硅基板1201经由中间层1203直接接合在一起。
此外，如在图6C中所示，在第二硅基板1202的与其接合面相对的表面上形成液体排出头喷嘴1205。
此外，如在图6D中所示，在第一硅基板1202的与其接合面相对的表面上形成聚醚酰胺树脂(Hitachi Chemical Co.,Ltd.的HIMAL(产品名))。此外，将感光性正型抗蚀剂(Tokyo OhkaKogyo Co.,Ltd.的OFPR-PR8-PM(产品名))(未示出)施涂至聚醚酰胺树脂上。接着，将感光性正型抗蚀剂通过使用Ushio,Inc.的接近式曝光设备UX-3000(产品名)而曝光并且接着显影。
通过使用以上述方式形成的图案作为掩模，将预先形成的聚醚酰胺树脂通过使用氧等离子体的化学干法蚀刻而蚀刻。以此方式，获得第二掩模1206。因为聚醚酰胺树脂具有高的耐碱性，可以使用聚醚酰胺树脂作为在各向异性硅蚀刻中使用的掩模材料。
此外，如在图6D中所示，通过使用钇铝-石榴石(YAG)激光器，在第二图案内进行引导口加工。更具体地，通过使用YAG激光器的三倍波(即，第三次谐波产生(THG)激光器(355纳米))，适当设定激光器的功率和频率。由此，形成具有直径为约40微米的引导口。
此外，如在图6E中所示，硅晶体各向异性蚀刻借助使用第二掩模1206进行至足以完全露出中间层1203的深度。由此，形成其截面具有通过尖括号形成的空间形状的共用液室(第一开口)1207。更具体地，因为中间层1203既没有完全蚀刻贯通也没有在其上形成任何图案，因此当从共用液室1207侧观察时，第二硅基板1201根本没有露出。因此，将不会由于晶体各向异性蚀刻而导致不利地进行第二硅基板1201的蚀刻。
此外，如在图6F中所示，通过干法蚀刻将中间层1203蚀刻至使第一图案形状完全开口的深度。
此外，如在图6G中所示，通过干法蚀刻将中间层1203蚀刻至足以露出第二硅基板1201至第一图案形状的开口的深度。
通过进行上述工艺，本发明人能够制造应用本工作例的液体排出头。
以下将详细描述工作例6。图7A至7H是通过根据本示例性实施方案的液体排出头制造方法制造的液体排出头的截面。参考图7A，在第二硅基板1011的(100)面上形成液体排出能量产生元件1010和驱动元件1010的半导体回路。由于有必要在第二硅基板1011上形成高质量金属氧化物半导体(MOS)晶体管，所以将在其表面上具有(100)面的硅基板用作第二硅基板1011。
如在图7B中所示，将第二硅基板1011在其背面研削和研磨以适当薄板化。此外，制备第一硅基板1013。对于第一硅基板1013，使用在其表面上具有(110)面的硅基板。这是由于以下原因。即，如果具有(110)面的基板借助强碱通过硅各向异性湿法蚀刻而蚀刻，可以限制沿基板表面方向的蚀刻，这是因为具有低蚀刻速度的(111)面垂直于基板表面。此外，结果，可以进行用于蚀刻基本上垂直的共用液室的侧壁的各向异性蚀刻。
具有第一图案的中间层1012形成于第一硅基板1013的表面上。第一图案具有开口，但是开口对于完全贯通中间层1012不够深。中间层1012可以通过对热氧化膜进行光刻和蚀刻而形成。在此情况下，在氧化膜中间停止蚀刻。
如在图7C中所示，第二硅基板1011和第一硅基板1013在适当的位置对准。
此外，如在图7D中所示，第二硅基板1011和第一硅基板1013接合在一起。接合之后，如在图7E中所示，具有第二图案的第二掩模层1014形成于第一硅基板1013的背面。
对于硅基板的各向异性湿法蚀刻和干法蚀刻具有充分高的蚀刻耐性的材料可以用作各中间层1012和第二掩模层1014的材料。更具体地，可以使用氧化硅膜，氮化硅膜，树脂如丙烯酸类树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂、氟树脂、环氧树脂或聚醚酰胺树脂。
如在图7F中所示，流路成型材料1015和流路形成层1016形成于第二硅基板1011的表面上。流路形成层1016覆盖流路成型材料1015并且在其表面上具有排出口。流路成型材料1015因为其为牺牲层所以在稍后的工艺阶段被除去。
此外，为了防止由于干法蚀刻或各向异性湿法蚀刻而可能发生的在流路形成层1016上的损坏，流路形成层1016用保护膜1017覆盖。如果保护膜1017覆盖基板的侧边以及其表面则它也是有用的。
在形成保护膜1017之后，第一硅基板1013经由在基板背侧的第二掩模层1014通过各向异性湿法蚀刻加工。关于蚀刻液，可以使用碱性溶液如KOH或四甲基氢氧化铵(TMAH)。如在图7G中所示，在第一硅基板1013上，各向异性蚀刻沿着与基板表面垂直的方向进行并且接着露出中间层1012。
如该图中所示，各向异性湿法蚀刻在中间层1012上停止。因此，使得能够在基板内以均匀的深度进行共用液室1019的蚀刻。此外，蚀刻的深度可以有效地控制。
接着，借助干法蚀刻将中间层1012蚀刻至使第一图案形状完全开口的深度。中间层1012可以通过湿法蚀刻或干法蚀刻来蚀刻。然而，干法蚀刻可能是更有用的，这是因为通过干法蚀刻可以容易地进行沿深度方向的各向异性蚀刻。
如果露出中间层1012的开口，供给口1020经由开口通过干法蚀刻而加工。接着，除去流路成型材料1015和保护膜1017。以上述方式，如在图7H中所示，完全形成贯通基板的墨供给流路。
根据具有上述构造的该工作例，共用液室可以借助各向异性湿法蚀刻沿基板的垂直方向加工。因此，本示例性实施方案可以增加工艺的再现性。此外，在本示例性实施方案中使用的湿法蚀刻装置通常不贵。此外，因为(111)面通过借助各向异性湿法蚀刻的加工在共用液室的侧壁上露出，所以变得容易防止否则由于碱性溶液如墨引起的共用液室侧壁的可能的腐蚀。
现在，将工作例7详细描述如下。图8A至8C是从基板背面侧观察的基板的平面图。首先，通过进行与工作例6类似的工艺，将第一硅基板和第二硅基板接合在一起。
随后，如在图8A中所示，第二掩模层1021形成于第二硅基板的背面侧。第二掩模层1021包括平行四边形形状的开口1022。此外，第一硅基板的(111)面对应于平行四边形形状的开口1022的长边方向。
如在图8B中所示，在通过各向异性湿法蚀刻在第一硅基板的背面上加工第一硅基板之前，在其四角处蚀刻开口1022。在本示例性实施方案中，通过激光加工进行蚀刻。关于在图8B中示出的用于形成激光加工孔1023的加工的深度，有用的是形成直至与第一硅基板的厚度相当的深度的孔。
如图8C中所示，通过进行各向异性湿法蚀刻，从激光加工孔1023进行各向异性湿法蚀刻。因此，由于蚀刻在共用液室底部可能不会出现歪斜的(111)面。因此，可以完全露出存在于共用液室底部的整个中间层1024。随后，通过进行与工作例6中类似的工艺，经由中间层1024的开口通过干法蚀刻来蚀刻供给口。以上述方式，可以完全形成墨供给流路。
通过在各向异性湿法蚀刻之前进行的蚀刻的加工不限于激光加工。可选地，第三蚀刻掩模层可以形成于第二掩模层1021上并且通过干法蚀刻如博世工艺加工。进一步可选的，可以使用喷砂法代替。关于在各向异性湿法蚀刻之前进行的蚀刻，不必要实现极高的形状产生加工精度。因此，可以使用通过其可以提高加工速度的蚀刻方法和蚀刻条件。
尽管已经参考示例性实施方案描述本发明，然而要理解的是本发明不限于公开的示例性实施方案。以下权利要求的范围要符合最宽的解释以覆盖所有改造、等同的结构和功能。
本申请要求2010年1月14日提交的日本专利申请2010-005824和2011年1月7日提交的日本专利申请2011-002039的权益，在此整体引入以作参考。

Claims (7)

1.一种硅基板的加工方法，其包括：
设置第一硅基板、第二硅基板和包括多个凹部的中间层的组合，所述中间层设置在所述第一硅基板和所述第二硅基板之间；
在所述第一硅基板的与所述中间层的接合面相对的表面上，通过使用第一掩模，进行所述第一硅基板的蚀刻而形成贯通所述第一硅基板的第一贯通口，并露出对应于所述中间层的多个凹部的中间层部分；
通过去除构成多个凹部的底部的部分而在所述中间层上形成多个开口；和
通过使用在其上形成多个开口的中间层作为掩模进行所述第二硅基板的第二蚀刻而形成贯通所述第二硅基板的第二贯通口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述设置中，所述第一硅基板和所述第二硅基板经由所述中间层接合在一起。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间层是树脂层、氧化硅膜、氮化硅膜、碳化硅膜、不同于硅的金属膜或其氧化物膜或氮化物膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一蚀刻是干法蚀刻。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一蚀刻是晶体各向异性蚀刻。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二蚀刻是干法蚀刻。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一硅基板的面方向是[110]和所述第二硅基板的面方向是[100]。
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