フィルターの製造方法及びフィルター
【課題】高性能なフィルターを低コストで容易に製造する。
【解決手段】フィルター２０は、複数の孔６が形成されたシリコン単結晶を有し、孔６の開口部が、シリコン単結晶の（１１０）面に形成され、貫通孔６を形成する面６ｂ１，６ｂ２，６ｂ３，６ｂ４が、シリコン単結晶の（１１１）面である。
【解決手段】フィルター２０は、複数の孔６が形成されたシリコン単結晶を有し、孔６の開口部が、シリコン単結晶の（１１０）面に形成され、貫通孔６を形成する面６ｂ１，６ｂ２，６ｂ３，６ｂ４が、シリコン単結晶の（１１１）面である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中の固体を捕獲するフィルター及びそのフィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な異物等、流体中の固体を捕獲するフィルター又はそのフィルターの製造方法として、綾畳方式や不織布方式、プレス方式、エッチング方式、レーザー直接加工方式、電鋳方式等がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７２６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プレス方式やエッチング方式では、微細な穴を形成することが難しい。すなわち、プレス方式やエッチング方式では、微細な異物の捕獲能力が低い。
また、綾畳方式や不織布方式では、流路抵抗が大きくなる。
また、電鋳方式では、製造コストが高いものとなり、レーザー方式では、フィルター製造時に飛散物が発生する可能性がある。例えば、飛散物（加工による屑）が製品のフィルターに付着すると、製品の品質が低下する可能性がある。
【０００５】
このように、従来の技術においては、高性能なフィルターを低コストで容易に製造することが困難であった。
本発明の課題は、高性能なフィルターを低コストで容易に製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、本発明の一態様は、
基材に複数の孔を形成してフィルターを製造するフィルターの製造方法であって、前記基材は、レーザー光の照射により変質された領域のエッチング速度が変質されない領域のエッチング速度よりも大きい材料で構成されており、前記基材にレーザー光を照射して、前記基材の材料を変質させた変質部を前記基材の内部に延在させて形成し、かつ前記延在させた変質部を前記基板内に並列に複数形成する変質部形成工程と、前記基材の表面からエッチングを進行させて前記変質部を除去し、前記基材を貫通する複数の孔を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような構成により、変質部をエッチングして形成した孔を極細の孔にできる。また、極薄の基材に高密度で孔を形成できる。また、レーザー光を照射してエッチングする工程を経て孔を形成しているので、安価であり、飛散物が発生することもない。
このように、高性能フィルターを低コストで容易に製造することができる。
また、本発明の他の態様は、
前記基材は、単結晶からなる材料で構成されており、前記孔の開口部に対応するパターン形状のエッチングマスク膜を前記基材の表面にパターニングするパターニング工程をさらに有し、前記変質部形成工程では、前記基材の表面において前記パターン形状の孔から露出している範囲と前記範囲をエッチングが進行することで出現するエッチング速度が最も小さい結晶格子面とで囲まれる領域内に前記変質部の端部が存在するように、該変質部を形成することを特徴とする。
【０００８】
このような構成により、基材の表面においてパターン形状の孔から露出している範囲とその範囲をエッチング工程でエッチングすることにより出現するエッチング速度が最も（他の方位よりも）小さい結晶格子面とで囲まれる領域内に変質部の端部を存在させることで、該変質部に沿って確実にエッチングを進行させることができる。
また、本発明の他の態様は、
前記基材は、シリコン単結晶で構成されており、前記パターニング工程では、前記エッチングマスク膜を前記基材表面の（１１０）面にパターニングし、前記エッチング工程では、前記基材を貫通する孔をウェットエッチングにより複数形成することを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、フィルターは、孔を形成する面が（１１１）面となり、孔を形成する面が平滑度の高い面又は鏡面状となり、孔の流路抵抗が低いものとなる。
そのため、高性能フィルターを低コストで容易に製造することができる。
また、本発明の他の態様は、
前記変質部形成工程では、前記レーザー光を回折光学素子に透過させて複数のビームに分岐して前記基材に照射することを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、複数の変質部を同時に形成できる。
また、本発明の他の態様は、
前記変質部形成工程では、光軸に沿って焦点方向に長い線像を作るアキシコン素子に前記レーザー光を透過させることにより前記基材の厚さ方向に延びる前記レーザー光の集光領域を形成し、前記レーザー光の集光領域により前記厚さ方向に延在する変質部を形成することを特徴とする。
【００１１】
このような構成により、板状体の厚さ方向に延在する変質部を短時間で形成できる。
また、本発明の他の態様は、
複数の貫通孔が形成されたシリコン単結晶を有し、前記貫通孔の開口部は、前記シリコン単結晶の（１１０）面に形成され、前記貫通孔を形成する面は、前記シリコン単結晶の（１１１）面であることを特徴とする。
【００１２】
このような構成により、フィルターは、孔を形成する面が（１１１）面となり、孔を形成する面が平滑度の高い面又は鏡面状となり、孔の流路抵抗が低いものとなる。
そのため、フィルターは、高性能フィルターであり、低コストで容易に製造されたものとなる。
また、本発明の他の態様は、
前記貫通孔は、ウェットエッチングにより形成されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成により、ウェットエッチングにより容易に貫通孔を形成できる。
また、本発明の他の態様は、
前記孔の開口部の幅が１５μｍ以上でかつ２０μｍ以下であり、隣接する孔を隔てる壁の厚さが５μｍ以上でかつ１０μｍ以下である部位を有し、前記孔の長さが２００μｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
このような構成により、２００μｍ以上といったように比較的長い孔にする必要がある場合でも、孔の直径を小さくかつ孔の壁の厚さを薄く、すなわち、孔のピッチを小さくできる。
そのため、フィルターは、高性能フィルターであり、低コストで容易に製造されたものとなる。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、
複数の孔を有するフィルターであって、基材は、レーザー光の照射により変質された領域のエッチング速度が変質されない領域のエッチング速度よりも大きい材料で構成され、前記基材を貫通する孔が等方性エッチングにより複数形成されており、前記孔の長さをｔとし、隣り合う前記孔の間隔をｐとしたときに、
ｐ＜ｔ
の関係が成立する部位を有することを特徴とする。
【００１６】
このような構成により、フィルターは、孔の長さにかかわらずピッチが短いものとなり、高密度で孔が形成されたものとなる。
そのため、フィルターは、高性能フィルターであり、低コストで容易に製造されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態のフィルターの製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図２】フィルターの製造方法の各工程における基板等の模式断面図である。
【図３】図２（ｄ−１）のＡ部の詳細を示す断面図である。
【図４】変質部が形成された基板内をエッチングが進行する過程を示す断面図である。
【図５】エッチング工程を経た基板の形状を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態のフィルターの製造方法により製造されたフィルターの形状を示す図である。
【図７】流路抵抗の説明に使用した矩形断面の流路を示す斜視図である。
【図８】流路抵抗の説明に使用した円管の流路を示す斜視図である。
【図９】レーザー光の照射によりエッチングマスク膜をパターニングする構成の説明に使用した図である。
【図１０】レーザーの基本波長光を回折光学素子により多点同時分岐させて複数箇所に同時にレーザー光を照射する構成の説明に使用した図である。
【図１１】レーザーの基本波長光をアキシコン素子に透過させる構成の説明に使用した図である。
【図１２】第２の実施形態においてエッチング工程を経た基板の形状を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態のフィルターの製造方法により製造されたフィルターの形状を示す図である。
【図１４】本実施形態に対する比較例を示すものであり、エッチングマスク膜の孔のピッチｐが基板の板厚ｔよりも小さいもの（ｐ＜ｔ）を示す図である。
【図１５】本実施形態に対する比較例を示すものであり、エッチングマスク膜の孔のピッチｐが基板の板厚ｔよりも大きいもの（ｐ＞ｔ）を示す図である。
【図１６】保護膜を不要としたときの変質部形成工程及びエッチング工程における基板の形状を示す断面図である。
【図１７】基板の一方の面だけにエッチングマスク膜をパターニングしエッチングしたときの基板の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
（構成）
第１の実施形態は、本発明を適用したフィルターの製造方法である。
第１の実施形態では、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位（１１０）の基板を母材として用いてフィルターを製造している。
【００１９】
図１は、本実施形態のフィルターの製造方法の各工程を示す。図２は、各工程における基板１０等の模式断面図である。
図１に示すように、本実施形態のフィルターの製造方法は、保護膜形成工程（ステップＳ１）、パターニング工程（ステップＳ２）、変質部形成工程（ステップＳ３）、エッチング工程（ステップＳ４）、及び保護膜剥離工程（ステップＳ５）を有する。
【００２０】
（ステップＳ１：保護膜形成工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、先ず保護膜形成工程にて、基板１０（図２（ａ））に対して保護膜２を形成する。この保護膜形成工程では、図２（ｂ）に示すように、保護膜２としてＳｉＯ2膜（シリコン酸化膜）を基板１０の両面１１，１２に形成する。なお、この保護膜形成工程では、保護膜２としてＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成することもできる。
【００２１】
（ステップＳ２：パターニング工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続くパターニング工程（エッチングマスク膜形成工程）にて基板１０の両面１１，１２の保護膜２からエッチングマスク膜３をパターニングする。このパターニング工程では、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー（レジスト膜塗布、露光及び現像）及び保護膜エッチングにより、（１１０）面となる両面（表面）１１，１２にエッチングマスク膜３をパターニングする。
【００２２】
このとき、パターニング工程では、フィルターを形成する孔に応じてエッチングマスク膜３をパターニングする。すなわち、フィルターにおける孔の形や孔の大きさ、隣接する孔の間のピッチ、孔の配列パターン等に応じてエッチングマスク膜３をパターニングする。第１の実施形態では、孔の配列パターンを正方配列のパターンにしている。
例えば、保護膜形成工程及びパターニング工程によるエッチングマスク膜３の形成過程は以下のようになる。
【００２３】
保護膜形成工程では、熱酸化法によりＳｉＯ2膜を形成する。続くパターニング工程では、ＳｉＯ2膜上にスピンコート法によってレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストパターンを形成する。そして、パターニング工程では、フッ酸溶液等を用いてＳｉＯ2膜をレジストパターン形状に従って除去し、不要になったレジストパターンを剥離してエッチングマスク膜３を形成する。
【００２４】
（ステップＳ３：変質部形成工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続く変質部形成工程（レーザー光照射工程）にて赤外線レーザーを基板１０に照射して材料の変質部を形成する。
赤外線レーザーは、シリコン単結晶からなる材料で構成される基板１０に対して透過性のあるレーザーとなる。ここで用いる赤外線レーザーは、例えば、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー又はＹＬＦレーザーである。
この変質部形成工程では、赤外線レーザーの基本波長光３０をレンズ３１で透過させて基板１０内に集光させる。そして、変質部形成工程では、集光点を基板１０の厚さ方向に移動させる。
【００２５】
このとき、基板１０の厚さ方向に沿う集光点の移動方向は、レーザーが入射される側の表面１１から、該表面１１とは反対側の表面１２側に向かう方向となる。すなわち、基板１０の厚さ方向に沿う集光点の移動方向は、基板１０の表面１１を起点とした厚さ方向となる。なお、基板１０の厚さ方向に沿う集光点の移動方向をそれとは反対方向とすることもできる。
【００２６】
以下の説明では、基板１０の表面又は両面１１，１２のうち、レーザーが入射される側の面１１を第１面１１といい、その第１面１１とは反対側の面１２を第２面１２という。
このように集光点の移動方向を第２面１２側から第１面１１側に向かう方向にした場合、図２（ｄ−１）に示すように、第２面１２側の所定の位置Ｐ１を集光点の移動開始位置にする。そして、変質部形成工程では、図２（ｄ−２）に示すように、基板１０の厚さ方向に第２面１２側から第１面１１側に集光点を移動させる。それから、変質部形成工程では、第１面１１側の所定の位置Ｐ２に集光点が達した時点で移動及びレーザー光の照射を終了する。
【００２７】
前述の第１面１１側の所定の位置Ｐ２及び基板１０の第２面１２側の所定の位置Ｐ１については後で詳述する。
また、変質部形成工程では、レーザー光の強度や集光度合い（焦点深度）を集光点の移動に応じて適宜制御することが好ましい。具体的には、変質部形成工程では、集光点が第２面１２側に近いほど集光点のレーザー光のエネルギーを大きくする制御をすることが好ましい。
【００２８】
以上のようなレーザー光の照射により、基板１０内には、該基板１０の厚さ方向に沿う集光点の移動経路に沿って材料の変質部４が形成される（図２（ｄ−３））。
そして、変質部形成工程では、エッチングマスク膜３のパターン形状の孔３ａ，３ｂの配置に対応させてレーザー光を照射して、図２（ｄ−３）に示すように、基板１０内に並列に（幅方向又は面方向に）複数の変質部４を形成する。
【００２９】
そのため、変質部形成工程では、基板１０の幅方向に該基板１０とレーザーとを相対的に移動させつつ、前述のように基板１０にレーザー光を照射する。例えば、変質部形成工程では、ＸＹテーブルにより基板１０を移動させるワーク移動を行い、移動する基板１０にレーザー光を照射する。
なお、変質部形成工程では、ガルバノスキャナーによりレーザー光の方を移動させることもできる。
【００３０】
（ステップＳ４：エッチング工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続くエッチング工程にて基板１０に複数の孔を形成する。このエッチング工程では、ウェットエッチングにより異方性エッチングを行う。具体的には、エッチング工程では、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液５に基板１０を浸漬させる。これにより、エッチング工程では、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、エッチングマスク膜３のパターン形状の孔３ａ，３ｂに対応させてエッチングを進行させて基板１０にその両面１１，１２を貫通する孔６を複数形成する。
【００３１】
ここで、前述のように移動開始時及び移動終了時の集光点の位置を所定の位置Ｐ１、Ｐ２としている理由を説明する。
図３は、前記図２（ｄ−１）のＡ部の詳細を示す。
エッチングを行うと、その初期段階では、図３に示すように、エッチングマスク膜３の孔（パターン形状の孔）３ｂにより基板１０の第２面１２で露出している面（以下、基板露出面という。）１２ａがエッチングを受ける。そして、エッチングをそのまま継続すると、基板１０の第２面１２におけるパターン形状の孔３ｂの縁部１３ａ，１３ｂから、基板１０の第２面１２に対して所定の角度をもって該孔３ｂの中心軸方向に延びる面１４ａ，１４ｂが出現するようになる。
【００３２】
ここで、面１４ａ，１４ｂは、結晶格子面である（１１１）面であり、他の方位と比較してエッチング速度が極端に小さい又はエッチングがされ難い面となる。そのため、エッチングは、この面１４ａ，１４ｂで停止する。
このようなことから、移動開始時の集光点の位置となる所定の位置Ｐ１は、第２面１２の基板露出面１２ａとエッチングが停止する面１４ａ，１４ｂとにより囲まれる領域内の任意の位置となる。よって、第２面１２の基板露出面１２ａから所定の位置Ｐ１までの垂直深さは、同基板露出面１２ａから面１４ａと面１４ｂとのなす交点までの垂直深さよりも浅くなる。
【００３３】
このように、変質部形成工程では、第２面１２の基板露出面１２ａと基板１０内の第２面１２側の面１４ａ，１４ｂとにより囲まれる領域内に一方の端部４ｂが存在するように変質部４を形成する。
また、移動終了時の集光点の位置となる所定の位置（Ｐ２）についても同様である。すなわち、移動終了時の集光点の位置となる所定の位置は、第１面１１の基板露出面と第１面１１側でエッチングが停止する面とにより囲まれる領域内の任意の位置になる。
【００３４】
図４は、変質部４が形成された基板１０内をエッチングが進行する過程を示す。
図４（ａ）に示すように、エッチングの初期段階では、両面１１，１２の基板露出面１１ａ，１２ａがエッチングを受ける。そして、エッチング速度の遅い面（（１１１）面）１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは、エッチングの初期段階から現れるようになる。これにより、この面１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂで囲まれた基板露出面１１ａ，１２ａがエッチングを受けるようになる。さらに、基板露出面１１ａ，１２ａのエッチングが進行すると、エッチングは、変質部４（具体的にはその端部４ａ，４ｂ）に到達する。
【００３５】
ここで、変質部４は、シリコン単結晶にレーザー光が照射されることにより、単結晶中の原子の結合が切断されたり、微小なクラックが発生したり、結晶性が破壊されたりして形成されたものである。そして、変質部４のエッチング速度は、変質されていない材料の領域と比較すると格段に大きい。すなわち、変質部４は、変質されていない材料の領域と比較してエッチングされ易い。
【００３６】
このようなことから、エッチングが変質部４に到達すると、図４（ｂ）に示すように、その変質部４に沿ってエッチングが進行するようになる。これにより、基板１０には、エッチングにより除去された変質部４に沿って孔６ａが先行して形成される。
そして、このように先行して形成された孔６ａがエッチングを誘導する孔となり、エッチングが進行する。この孔（以下、エッチング誘導孔という。）６ａによるエッチングの進行により、図４（ｃ）に示すように、基板１０の厚さ方向に平行な面１６，１７が出現する。この面１６，１７は、（１１１）面により形成されている。
【００３７】
そして、エッチングは、図４（ｄ）に示すように、それらの面１６，１７同士が繋がった段階で停止する。これにより、基板１０には、両面１１，１２を貫通する孔６が形成される。
以上のように、エッチング工程では、変質部４に沿ったエッチング誘導孔６ａが形成されて、エッチングによりそのエッチング誘導孔６ａが拡大して、基板１０の両面１１，１２を貫通する孔６が最終的に形成される。
【００３８】
図２（ｆ）及び図５は、エッチング工程を経た基板１０の形状を示す。図５（ａ）は、基板１０の平面図であり、図５（ｂ）（図２（ｆ））は、図５（ａ）に示す矢示Ａ−Ａの基板１０の断面図である。図２（ｆ）及び図５に示すように、基板１０には、エッチングマスク膜３に応じた孔６が複数形成されている。そして、その孔６の断面形状はひし形になる。
【００３９】
ここで、前述したように、エッチング工程では、面１６，１７同士が繋がってエッチングが停止して孔６が形成されている。このとき、面１６と面１７とは、同一平面内に位置する（１１１）面によって構成されている。よって、孔６を形成する各面６ｂ１，６ｂ２，６ｂ３，６ｂ４は、同一平面内に位置する（１１１）面によって構成されていることになる。
【００４０】
（ステップＳ５：保護膜剥離工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続く保護膜剥離工程にて基板１０から保護膜（エッチングマスク膜３）を剥離する。ここで、保護膜がＳｉＯ2膜の場合、ＨＦ系の保護膜剥離液を用いてウェットエッチングにより剥離する。また、保護膜がＳｉＮ膜の場合、ドライエッチングにより剥離する。
本実施形態のフィルターの製造方法では、以上の各工程を経てフィルター２０を製造している。
【００４１】
図２（ｇ）及び図６は、そのフィルター２０の形状を示す。図６（ａ）は、フィルター２０の平面図であり、図６（ｂ）（図２（ｇ））は、図６（ａ）に示す矢示Ｂ−Ｂのフィルター２０の断面図である。図２（ｇ）及び図６に示すように、フィルター２０は、正方配列とされた複数の孔６を有している。ここで、孔６の開口部６ｃは、（１１０）面に形成されている。
【００４２】
（作用及び効果）
前述のように、本実施形態のフィルターの製造方法では、エッチング工程の初期段階でエッチング速度が小さくなる面１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ（（１１１）面）が出現するようになる。
【００４３】
これに対して、本実施形態のフィルターの製造方法では、エッチング工程の前工程の変質部形成工程にて基板１０に予め変質部４を形成している。これにより、本実施形態のフィルターの製造方法では、エッチングによりエッチング速度が小さくなる面１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂを除去して、両面１１，１２を貫通する孔６を形成している。
そして、本実施形態のフィルターの製造方法では、変質部４の大きさ（直径）を小さくすることで、フィルター２０の孔を極細にできる。例えば、フィルター２０の孔の径（最大径）を２０μｍ以下、具体的には１５μｍ程度にすることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態のフィルターの製造方法では、フィルター２０で隣接する孔６を隔てる壁を極薄にできる。具体的には、本実施形態のフィルターの製造方法では、隣接する孔６を隔てる壁の厚さ（図２（ｇ）に示す壁１８の厚さｗ）を、５μｍ以上でかつ１０μｍ以下にすることができる。また、本実施形態のフィルターの製造方法では、隣接する孔６を隔てる壁の厚さを、５μｍ未満にすることもできる。
【００４５】
なお、本実施形態のフィルターの製造方法では、エッチングマスク膜３で隣接する孔（３ａと３ａ及び３ｂと３ｂ）の間のピッチを狭くしておくことで、フィルター２０で隣接する孔６を隔てる壁を極薄にすることができる。
以上のように、本実施形態のフィルターの製造方法では、孔６の径が小さくかつ孔６を隔てる壁が薄いフィルター２０、すなわち、孔６のピッチが狭いフィルター２０を製造できる。この結果、フィルターは、孔６の密度が極めて高いものとなる。
【００４６】
ここで、孔６のピッチとは、隣り合う孔６の開口部６ｃの中心間の距離である。
また、本実施形態のフィルターの製造方法では、フィルター２０に形成される孔６の形状が変質部４の形状に依存する。そのため、本実施形態のフィルターの製造方法では、変質部４を形成する精度（レーザー光の照射精度等）を高くすることで、フィルター２０に形成する孔６の形状の精度を高くすることができる。この結果、本実施形態のフィルターの製造方法では、孔６の形状のばらつきを抑えることができる。
【００４７】
また、本実施形態のフィルターの製造方法では、基板１０の厚さ方向における変質部４の長さを確保できる限り基板１０に孔６を形成できるので、厚さを制限することなくフィルター２０を製造できる。すなわち、本実施形態のフィルターの製造方法では、フィルター２０の厚さの自由度を高くすることができる。
例えば、フィルターに孔を形成する一手法として、本実施形態のようなレーザー光の照射（変質部の形成）をせず、シリコン単結晶の面方位（１１０）の基板に対してドライエッチングだけで孔を形成する手法も考えられる。
【００４８】
ここで、ドライエッチの深さ（掘り込み量）は、通常、比較的大きい大面積を対象とすれば最大で２００μｍ程度である。
例えば、ドライエッチの深さ（掘り込み量）が２００μｍ以上になると、保護膜の消耗を考慮し、保護膜を極端に厚くしておくか、ドライエッチの最中に消失する保護膜をその消失の都度形成する必要がある。また、ドライエッチの深さを確保しようとすると、サイドエッチの発生や保護膜の後退等により孔を形成すること自体、又は孔の形状の精度を確保することが難しくなる。
【００４９】
このように、ドライエッチの深さ（掘り込み量）を２００μｍ以上にしようとすると、実用的ではなくなってしまう。そのため、ドライエッチの深さ（掘り込み量）は、前述のように最大で２００μｍ程度になる。つまり、ドライエッチングにより孔を形成する場合に取り扱えるフィルターの厚さ又は孔の長さは最大で２００μｍ程度である。
これに対して、本実施形態のフィルターの製造方法では、前述のように、厚さを制限することなくフィルター２０を製造できる。すなわち、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、ドライエッチで限界の厚さ又は孔６の長さとなる２００μｍ以上のフィルター２０を製造できる。
【００５０】
ここで、孔６の長さとは、第１面１１に形成される開口部６ｃの中心と第２面１２に形成される開口部６ｃの中心との距離である。
また、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、厚さの下限値側を１０μｍ程度にすることもできる。このように、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、フィルター２０の厚さの自由度は高いものとなる。この結果、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、フィルター２０の設計自由度を高くすることができる。
【００５１】
ここで、管路内の流路抵抗を算出する一般的な式を説明する。図７及び図８を用いて説明する。
図７に示すような、矩形断面の長辺がａ、矩形断面の短辺がｂ、流路の長さがＬの矩形管（矩形孔）の場合、粘度をηとすると、その流路抵抗を以下の式により得られる値Ｒとして示すことができる。
【００５２】
Ｒ＝（６４・η・Ｌ／（ａ・ｂ3）・（１６／３−１０２４・ｂ／（π5・ａ）・（tanh（π・ａ／（２・ｂ））＋１／３5・tanh（３・π・ａ／（２・ｂ）））
また、図８に示すような、円管の直径がｄ、流路の長さがＬの円管の場合、粘度をηとすると、その流路抵抗を以下の式により得られる値Ｒとして示すことができる。
Ｒ＝１２８・η・Ｌ／（π・ｄ4）
以上の流路抵抗の式によれば、管径（ａ、ｂ、又はｄ）が小さかったり、管（Ｌ）が長かったりすると、流路抵抗は大きくなる。この関係をフィルター２０について当てはめると、フィルター２０の孔６の径が小さいと、流路抵抗が大きくなる。また、フィルター２０の孔６の全長が長いと（フィルター２０が厚いと）、流路抵抗が大きくなる。その一方で、フィルター２０は、孔６の径が小さいと、微細な異物の捕獲能力が高くなり、フィルターとしての機能が高くなる。
【００５３】
このようなことから、流路抵抗を抑えつつも微細な異物の捕獲能力を高くするには、フィルター２０には、孔６が極細かつ高密度に形成され（孔６の数が単位面積当りで多く）、さらには極薄であることが要求される。
【００５４】
これに対して、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、前述のように極細の孔６を高密度に形成できる。さらには、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、前述のように厚さに自由度があり、フィルター２０を極薄にできる。よって、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、流路抵抗を抑えつつも微細な異物の捕獲能力が高い性能のフィルター２０を提供することができる。つまり、本実施形態のフィルターの製造方法は、高性能フィルターを低コストで容易に製造することができる。
【００５５】
また、前述のように、孔６を形成する各面（４方の面）は、同一平面内に位置する（１１１）面によって構成されているため、結晶格子のオーダーで平滑度が高い面又は鏡面状となる。これにより、孔６の流路抵抗は小さくなっている。
以上より、本実施形態のフィルターの製造方法により製造されたフィルター２０の特徴をまとめると次のようになる。
【００５６】
（１）孔６が極細である。そのため、微細な異物を捕獲でき、微細な異物の捕獲能力が高い。
（２）孔６が高密度である。そのため、フィルター２０全体として流路抵抗が小さい。これにより、小型化してもなお捕獲能力が高い。
（３）孔６の形状（径）のばらつきが小さい。そのため、微細な異物の捕獲選択性が高い。
【００５７】
（４）加工過程で屑が発生しない。そのため、屑の付着がなく汚染がない。これにより、高品質である。
（５）フィルター２０の材料を酸化処理したシリコンとすることで、薬品耐性が高いものとなる。
【００５８】
例えば、このような特徴を有するフィルター２０を、インクジェットヘッドのインク流路中に配置することができる。また、μＴＡＳ（Micro Total Analysis System）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術が適用された液体流路、例えば薬液流路中に配置することができる。
【００５９】
また、前述のように、変質部形成工程では、基板１０内を第２面１２側から第１面１１側に集光点を移動させている。これにより、変質部形成工程では、集光点を形成するレーザー光が既に形成した変質部４と干渉してしまうのを防止できる。この結果、変質部形成工程では、高い精度で変質部４を形成できる。
【００６０】
（第１の実施形態の変形例）
（変形例１）
パターニング工程では、フォトリソグラフィー技術ではなく、図９に示すように、レーザー光の照射により保護膜２の不要部分（基板１０の孔形成箇所）を除去してエッチングマスク膜３をパターニングすることもできる。
【００６１】
これにより、フィルター２０を製造するための一工程となるフォトリソグラフィーの工程を省略できる。そして、変質部形成工程で使用するレーザー光の照射設備を利用すれば、結果としてフィルター２０を安価に提供できる。なお、膜加工専用のレーザー光の照射設備により保護膜２を加工できることは言うまでもない。
【００６２】
（変形例２）
変質部形成工程では、図１０に示すように、レーザーの基本波長光３０を回折光学素子３２により多点同時分岐させて目標の複数箇所に同時にレーザー光を照射することもできる。
これにより、変質部形成工程では、一度のレーザー光照射のスキャンで基板１０内に複数の変質部４を形成できる。この結果、変質部形成工程では、レーザー光照射のスキャン回数を減らすことができ、フィルター２０の製造時間の短縮を可能にする。
【００６３】
（変形例３）
変質部形成工程では、図１１に示すように、レーザーの基本波長光３０をアキシコン素子３３に透過させることもできる。アキシコン素子３３は、光軸に沿って焦点方向に長い線像を作る光学素子であるため、レーザー光は、基板１０の厚さ方向に延在する集光領域（長焦点）を形成するようになる。
これにより、変質部形成工程では、一度のレーザー光照射で基板１０の厚さ方向に延びる変質部４を形成でき、フィルター２０の製造時間の短縮を可能にする。
【００６４】
（変形例４）
変質部形成工程では、基板１０を高速回転させつつ、固定配置したレーザーのオン及びオフを基板１０の回転に同期させて適宜切り替えることで変質部４を形成することもできる。
これにより、ＸＹテーブルで基板１０を移動させるときのような基板１０を加減速させる移動をなくし、製造時間の無駄を軽減できる。
【００６５】
（変形例５）
シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位（１００）の基板１０を母材として用いてフィルター２０を製造することもできる。
【００６６】
（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態は、本発明を適用したフィルターの製造方法である。
第２の実施形態では、ガラスを材料とする基板を母材として用いてフィルターを製造している。
第２の実施形態のフィルターの製造方法の工程は、前記図１に示した前記第１の実施形態のフィルターの製造方法の工程と同様である。
【００６７】
（ステップＳ１：保護膜形成工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、先ず保護膜形成工程にて、基板１０（図２（ａ））に対して保護膜２を形成する。この保護膜形成工程では、保護膜２としてＣｒ／Ａｕ膜を基板１０の両面１１，１２に形成する（図２（ｂ））。なお、この保護膜形成工程では、保護膜２としてＳｉ膜を形成することもできる。
【００６８】
（ステップＳ２：パターニング工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続くパターニング工程（エッチングマスク膜形成工程）にてエッチングマスク膜３をパターニングする。このパターニング工程では、前記第１の実施形態と同様に、フォトリソグラフィー（レジスト膜塗布、露光及び現像）及び保護膜エッチングによりエッチングマスク膜３をパターニングする（図２（ｃ））。
【００６９】
このとき、フィルター２０を形成する孔に応じてエッチングマスク膜３をパターニングする。すなわち、フィルター２０における孔の形や孔の大きさ、隣接する孔の間のピッチ、孔の配列パターン等に応じてエッチングマスク膜３をパターニングする。第２の実施形態では、孔の配列パターンを千鳥配列パターンにしている。
【００７０】
（ステップＳ３：変質部形成工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続く変質部形成工程（レーザー光照射工程）にてレーザー光を基板１０に照射して変質部４を形成する。第２の実施形態では、レーザーとして超短パルスレーザーを用いる。超短パルスレーザーは、例えば、ｐ秒（ピコ秒）やｆ秒（フェムト秒）等のパルスレーザーである。
【００７１】
そして、前記第１の実施形態と同様に、変質部形成工程では、レーザーの基本波長光３０をレンズ３１で基板１０内に集光させ、その集光点を基板１０の厚さ方向（第２面１２側から第１面１１側に向かう方向）に移動させる。
このようなレーザー光の照射により、基板１０内には集光点の移動経路（基板１０の厚さ方向）に沿って材料の変質部４が形成される（図２（ｄ−３））。
【００７２】
ここで、前記第１の実施形態では、基板１０内にエッチング速度が遅くなる部位（（１１１）面）が存在していた。これに対して、第２の実施形態では、基板１０がガラスであるため、そのようにエッチング速度が遅くなる部位が存在しない。そのため、第２の実施形態では、移動開始時及び移動終了時の集光点の位置を考慮することなく、レーザー光の集光点を基板１０の厚さ方向に移動させることができる。
【００７３】
（ステップＳ４：エッチング工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続くエッチング工程にて基板１０に複数の孔６を形成する。このエッチング工程では、ウェットエッチングによる等方性エッチングを行う。具体的には、エッチング工程では、ＨＦ（フッ酸）やＢＨＦ（バッファードフッ酸）等の水溶液５に基板１０を浸漬させる。これにより、エッチング工程では、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、エッチングマスク膜３のパターン形状の孔３ａ，３ｂに対応させてエッチングを進行させて基板１０にその両面１１，１２を貫通する孔６を複数形成する。このとき、エッチング工程では、エッチング時間を設定することでエッチングの進行を制御し、目標の孔径にしている。
【００７４】
図１２は、エッチング工程を経た基板１０の形状を示す。図１２（ａ）は、基板１０の平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す矢示Ｃ−Ｃの基板１０の断面図である。図１２に示すように、基板１０には、エッチングマスク膜３に応じた孔６が複数形成されている。そして、その孔６の断面形状は円形になる。詳しくは、孔６は、両面１１，１２それぞれの近傍で直径が大きく中間部で直径が小さくなる、略鼓形状をなしている。例えば、エッチング工程でエッチング時間を適切に設定することで、孔６の中間部の最小径を制御できる。
【００７５】
（ステップＳ５：保護膜剥離工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続く保護膜剥離工程にて基板１０から保護膜（エッチングマスク膜３）を剥離する。ここで、保護膜がＳｉ膜の場合、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の保護膜剥離液を用いて剥離する。
本実施形態のフィルターの製造方法では、以上の各工程を経てフィルター２０を製造している。
【００７６】
図１３及び前記図２（ｇ）は、フィルター２０の形状を示す。図１３（ａ）は、フィルター２０の平面図であり、図１３（ｂ）（前記図２（ｇ））は、図１３（ａ）に示す矢示Ｄ−Ｄのフィルター２０の断面図である。図１３及び図２（ｇ）に示すように、フィルター２０は、千鳥配列とされた複数の孔６を有している。
【００７７】
（作用及び効果）
第２の実施形態でも、前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、第２の実施形態のフィルターの製造方法では、前述のように、変質部形成工程にて基板１０に変質部４を形成してからエッチング工程により基板１０に孔６を形成している。
【００７８】
このとき、変質部４のエッチング速度が、変質されていない部位と比較すると格段に大きいため、変質部４及びその変質部４により形成されたエッチング誘導孔６ａに依存して孔６が形成されている。
【００７９】
これにより、第２の実施形態のフィルターの製造方法では、変質部４の大きさ（直径）を小さくすることで、フィルター２０の孔６を極細にできる。すなわち例えば、第２の実施形態のフィルターの製造方法では、エッチング工程でのエッチング時間を調整してエッチング誘導孔６ａが形成された時点でエッチングを終了したとすれば、極細の孔６を形成できることになる。
なお、エッチング誘導孔６ａが先行して形成されるため、フィルター２０の孔６は、前記図１２（ｂ）に示すように略鼓形状になっている。
【００８０】
以上のようなことから、第２の実施形態のフィルターの製造方法でも、孔６の径が小さくかつ孔６を隔てる壁が薄いフィルター２０、すなわち、孔６のピッチが狭いフィルター２０を製造できる。この結果、フィルターは、孔６の密度が極めて高いものとなる。
また、第２の実施形態のフィルターの製造方法では、等方性エッチングの影響を受けることなく、その孔６を極細に形成できる。
【００８１】
図１４及び図１５は、本実施形態の比較例を示す。比較例は、変質部を形成することなく（レーザー光を照射することなく）等方性エッチングにより孔を形成する例である。すなわち、比較例は、等方性エッチングの特性を利用して孔を形成する例である。
図１４は、エッチングマスク膜３の孔３ａ，３ｂのピッチｐが、基板１０の板厚ｔよりも小さい場合（ｐ＜ｔ）を示す。また、図１５は、エッチングマスク膜３の孔３ａ，３ｂのピッチｐが、基板１０の板厚ｔよりも大きい場合（ｐ＞ｔ）を示す。
【００８２】
図１４に示すように、等方性エッチングでは、両面１１，１２においてエッチングマスク膜３の孔３ａ，３ｂにより露出している基板露出面１１ａ，１２ａが球面状に削られていく（図１４（ａ）、図１４（ｂ））。そのため、エッチングが進むと、エッチングマスク膜３の裏面側に回り込んで基板１０が削られるようになる（図１４（ｃ））。そして、さらにエッチングが進むと、両面１１，１２それぞれから進行する穴形状の基板露出面１１ａ，１２ａ同士が貫通する前に、両面１１，１２それぞれで隣接する基板露出面（１１ａと１１ａ及び１２ａと１２ａ）同士が貫通してしまう（図１４（ｄ））。
【００８３】
このように、ピッチｐが板厚ｔよりも小さいと、等方性エッチングでは、両面１１，１２を貫通する孔を形成することができない。
このようなことから、図１５に示すように、等方性エッチングの特性を利用する場合、ピッチｐを板厚ｔよりも大きくする必要がある（図１５（ａ））。この場合でも、図１４と同様に、基板１０の両面１１，１２の基板露出面１１ａ，１２ａが球面状に削られ、エッチングマスク膜３の裏面側に回り込んで基板１０が削られるようになる（図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ））。しかし、両面１１，１２それぞれで隣接する基板露出面（１１ａと１１ａ及び１２ａと１２ａ）同士が貫通する前に、両面１１，１２それぞれから進行する穴形状の基板露出面１１ａ，１２ａ同士を貫通さることができる（図１５（ｄ））。
【００８４】
このように、等方性エッチングの特性を利用する場合には、ピッチｐを板厚ｔよりも大きくすることで両面１１，１２を貫通する孔６を形成することができる。しかし、この場合、板厚ｔが厚くすると、エッチングマスク膜３の孔３ａ，３ｂのピッチｐ、すなわちフィルター２０の孔６のピッチｐも大きくなり、さらにはフィルター２０の孔６の径も大きくなってしまう。
【００８５】
これに対して、本実施形態のフィルターの製造方法では、変質部４の形成によりエッチング誘導孔６ａを先行して形成することで、板厚ｔにかかわらず、ピッチｐを小さくしつつも極細の孔６を形成することができる。すなわち、本実施形態のフィルターの製造方法では、等方性エッチングでは不可能である、孔６のピッチｐが基板１０の板厚ｔよりも小さい（ｐ＜ｔ）フィルター２０を製造することができる。
以上より、第２の実施形態のフィルターの製造方法でも、高性能フィルターを低コストで容易に製造することができる。
【００８６】
（第２の実施形態の変形例）
（変形例１）
保護膜２を不要とすることもできる。
図１６（ａ）は、変質部形成工程にて変質部４が形成された基板１０を示し、図１６（ｂ）は、エッチング工程にてエッチングされた基板１０を示す。この図１６に示すように、保護膜２を形成することなくエッチングすることもできる。この場合、図１６（ａ）から図１６（ｂ）への変化として示されるように、基板１０全体がエッチングを受けて板厚が薄くなる。
【００８７】
このように保護膜２を不要にすることで、エッチングで板厚が薄くなることや孔６の形状の精度を問わなければ、保護膜形成工程、パターニング工程、及び保護膜剥離工程を省略することができる。
また、保護膜２を形成しない場合、エッチングにより基板１０が薄くなるため、本実施形態のフィルターの製造方法において、フィルターに薄板加工したのと同等の効果を得ることができる。例えば、薄型化により孔６が短くなるため、フィルター全体の流路抵抗を小さくすることができる。
【００８８】
ここで、保護膜２又はエッチングマスク膜３がなくとも孔６が形成されるのは、変質してしない非変質部（レーザー非照射部）のエッチングの進行よりも、変質部４のエッチングの進行が速く、その結果、変質部４に沿って両面１１，１２が貫通するからである。
【００８９】
（変形例２）
基板１０の両面１１，１２にエッチングマスク膜３をパターニング（両面パターニング）するのではなく、基板１０の一方の面だけにエッチングマスク膜３をパターニング（他方の面をべた膜の片側パターニング）することもできる。
【００９０】
図１７は、基板１０の一方の面だけにエッチングマスク膜３をパターニングしエッチングしたときの基板１０の形状を示す。図１７（ａ）は、基板１０の平面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す矢示Ｅ−Ｅの基板１０の断面図である。図１７に示すように、孔６は、底に近づくほど直径が小さくなる、略コーン形状になる。
これにより、フィルター２０は、孔６の最小径部分がより小さくなり、微細な異物の捕獲能力が高くなる。
【００９１】
（変形例３）
ガラスに限らず、石英や水晶、サファイアを材料とする基板を母材として用いてフィルターを製造することもできる。すなわち、レーザー光の照射により変質された変質部のエッチング速度が変質されない非変質部よりも大きい材料であれば、本実施形態のフィルターの製造方法によりフィルターを製造することができる。
【００９２】
例えば、このような材料により形成されたフィルター２０の孔６の断面形状は、前述のような略鼓形状や略コーン形状になる。なお、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位（１００）の基板１０により形成されたフィルター２０の孔６の断面形状も、前述のような略鼓形状や略コーン形状になる。
【００９３】
（変形例４）
変質部形成工程では、前述の例のレーザーに限定されず、材料に対して透過性があり、基板の変質部を形成することができるものであれば他のレーザーを用いることもできる。例えば、基板の材質によっては紫外光レーザーを用いることもできる。
【符号の説明】
【００９４】
２ 保護膜、３ エッチングマスク膜、４ 変質部、６ 孔、１０ 基板、１１ 第１面、１２ 第２面、２０ フィルター、３０ 基本波長光（レーザー光）、Ｓ１ 保護膜形成工程、Ｓ２ パターニング工程、Ｓ３ 変質部形成工程、Ｓ４ エッチング工程、Ｓ５ 保護膜剥離工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中の固体を捕獲するフィルター及びそのフィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な異物等、流体中の固体を捕獲するフィルター又はそのフィルターの製造方法として、綾畳方式や不織布方式、プレス方式、エッチング方式、レーザー直接加工方式、電鋳方式等がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７２６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プレス方式やエッチング方式では、微細な穴を形成することが難しい。すなわち、プレス方式やエッチング方式では、微細な異物の捕獲能力が低い。
また、綾畳方式や不織布方式では、流路抵抗が大きくなる。
また、電鋳方式では、製造コストが高いものとなり、レーザー方式では、フィルター製造時に飛散物が発生する可能性がある。例えば、飛散物（加工による屑）が製品のフィルターに付着すると、製品の品質が低下する可能性がある。
【０００５】
このように、従来の技術においては、高性能なフィルターを低コストで容易に製造することが困難であった。
本発明の課題は、高性能なフィルターを低コストで容易に製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、本発明の一態様は、
基材に複数の孔を形成してフィルターを製造するフィルターの製造方法であって、前記基材は、レーザー光の照射により変質された領域のエッチング速度が変質されない領域のエッチング速度よりも大きい材料で構成されており、前記基材にレーザー光を照射して、前記基材の材料を変質させた変質部を前記基材の内部に延在させて形成し、かつ前記延在させた変質部を前記基板内に並列に複数形成する変質部形成工程と、前記基材の表面からエッチングを進行させて前記変質部を除去し、前記基材を貫通する複数の孔を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような構成により、変質部をエッチングして形成した孔を極細の孔にできる。また、極薄の基材に高密度で孔を形成できる。また、レーザー光を照射してエッチングする工程を経て孔を形成しているので、安価であり、飛散物が発生することもない。
このように、高性能フィルターを低コストで容易に製造することができる。
また、本発明の他の態様は、
前記基材は、単結晶からなる材料で構成されており、前記孔の開口部に対応するパターン形状のエッチングマスク膜を前記基材の表面にパターニングするパターニング工程をさらに有し、前記変質部形成工程では、前記基材の表面において前記パターン形状の孔から露出している範囲と前記範囲をエッチングが進行することで出現するエッチング速度が最も小さい結晶格子面とで囲まれる領域内に前記変質部の端部が存在するように、該変質部を形成することを特徴とする。
【０００８】
このような構成により、基材の表面においてパターン形状の孔から露出している範囲とその範囲をエッチング工程でエッチングすることにより出現するエッチング速度が最も（他の方位よりも）小さい結晶格子面とで囲まれる領域内に変質部の端部を存在させることで、該変質部に沿って確実にエッチングを進行させることができる。
また、本発明の他の態様は、
前記基材は、シリコン単結晶で構成されており、前記パターニング工程では、前記エッチングマスク膜を前記基材表面の（１１０）面にパターニングし、前記エッチング工程では、前記基材を貫通する孔をウェットエッチングにより複数形成することを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、フィルターは、孔を形成する面が（１１１）面となり、孔を形成する面が平滑度の高い面又は鏡面状となり、孔の流路抵抗が低いものとなる。
そのため、高性能フィルターを低コストで容易に製造することができる。
また、本発明の他の態様は、
前記変質部形成工程では、前記レーザー光を回折光学素子に透過させて複数のビームに分岐して前記基材に照射することを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、複数の変質部を同時に形成できる。
また、本発明の他の態様は、
前記変質部形成工程では、光軸に沿って焦点方向に長い線像を作るアキシコン素子に前記レーザー光を透過させることにより前記基材の厚さ方向に延びる前記レーザー光の集光領域を形成し、前記レーザー光の集光領域により前記厚さ方向に延在する変質部を形成することを特徴とする。
【００１１】
このような構成により、板状体の厚さ方向に延在する変質部を短時間で形成できる。
また、本発明の他の態様は、
複数の貫通孔が形成されたシリコン単結晶を有し、前記貫通孔の開口部は、前記シリコン単結晶の（１１０）面に形成され、前記貫通孔を形成する面は、前記シリコン単結晶の（１１１）面であることを特徴とする。
【００１２】
このような構成により、フィルターは、孔を形成する面が（１１１）面となり、孔を形成する面が平滑度の高い面又は鏡面状となり、孔の流路抵抗が低いものとなる。
そのため、フィルターは、高性能フィルターであり、低コストで容易に製造されたものとなる。
また、本発明の他の態様は、
前記貫通孔は、ウェットエッチングにより形成されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成により、ウェットエッチングにより容易に貫通孔を形成できる。
また、本発明の他の態様は、
前記孔の開口部の幅が１５μｍ以上でかつ２０μｍ以下であり、隣接する孔を隔てる壁の厚さが５μｍ以上でかつ１０μｍ以下である部位を有し、前記孔の長さが２００μｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
このような構成により、２００μｍ以上といったように比較的長い孔にする必要がある場合でも、孔の直径を小さくかつ孔の壁の厚さを薄く、すなわち、孔のピッチを小さくできる。
そのため、フィルターは、高性能フィルターであり、低コストで容易に製造されたものとなる。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、
複数の孔を有するフィルターであって、基材は、レーザー光の照射により変質された領域のエッチング速度が変質されない領域のエッチング速度よりも大きい材料で構成され、前記基材を貫通する孔が等方性エッチングにより複数形成されており、前記孔の長さをｔとし、隣り合う前記孔の間隔をｐとしたときに、
ｐ＜ｔ
の関係が成立する部位を有することを特徴とする。
【００１６】
このような構成により、フィルターは、孔の長さにかかわらずピッチが短いものとなり、高密度で孔が形成されたものとなる。
そのため、フィルターは、高性能フィルターであり、低コストで容易に製造されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態のフィルターの製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図２】フィルターの製造方法の各工程における基板等の模式断面図である。
【図３】図２（ｄ−１）のＡ部の詳細を示す断面図である。
【図４】変質部が形成された基板内をエッチングが進行する過程を示す断面図である。
【図５】エッチング工程を経た基板の形状を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態のフィルターの製造方法により製造されたフィルターの形状を示す図である。
【図７】流路抵抗の説明に使用した矩形断面の流路を示す斜視図である。
【図８】流路抵抗の説明に使用した円管の流路を示す斜視図である。
【図９】レーザー光の照射によりエッチングマスク膜をパターニングする構成の説明に使用した図である。
【図１０】レーザーの基本波長光を回折光学素子により多点同時分岐させて複数箇所に同時にレーザー光を照射する構成の説明に使用した図である。
【図１１】レーザーの基本波長光をアキシコン素子に透過させる構成の説明に使用した図である。
【図１２】第２の実施形態においてエッチング工程を経た基板の形状を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態のフィルターの製造方法により製造されたフィルターの形状を示す図である。
【図１４】本実施形態に対する比較例を示すものであり、エッチングマスク膜の孔のピッチｐが基板の板厚ｔよりも小さいもの（ｐ＜ｔ）を示す図である。
【図１５】本実施形態に対する比較例を示すものであり、エッチングマスク膜の孔のピッチｐが基板の板厚ｔよりも大きいもの（ｐ＞ｔ）を示す図である。
【図１６】保護膜を不要としたときの変質部形成工程及びエッチング工程における基板の形状を示す断面図である。
【図１７】基板の一方の面だけにエッチングマスク膜をパターニングしエッチングしたときの基板の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
（構成）
第１の実施形態は、本発明を適用したフィルターの製造方法である。
第１の実施形態では、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位（１１０）の基板を母材として用いてフィルターを製造している。
【００１９】
図１は、本実施形態のフィルターの製造方法の各工程を示す。図２は、各工程における基板１０等の模式断面図である。
図１に示すように、本実施形態のフィルターの製造方法は、保護膜形成工程（ステップＳ１）、パターニング工程（ステップＳ２）、変質部形成工程（ステップＳ３）、エッチング工程（ステップＳ４）、及び保護膜剥離工程（ステップＳ５）を有する。
【００２０】
（ステップＳ１：保護膜形成工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、先ず保護膜形成工程にて、基板１０（図２（ａ））に対して保護膜２を形成する。この保護膜形成工程では、図２（ｂ）に示すように、保護膜２としてＳｉＯ2膜（シリコン酸化膜）を基板１０の両面１１，１２に形成する。なお、この保護膜形成工程では、保護膜２としてＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成することもできる。
【００２１】
（ステップＳ２：パターニング工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続くパターニング工程（エッチングマスク膜形成工程）にて基板１０の両面１１，１２の保護膜２からエッチングマスク膜３をパターニングする。このパターニング工程では、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー（レジスト膜塗布、露光及び現像）及び保護膜エッチングにより、（１１０）面となる両面（表面）１１，１２にエッチングマスク膜３をパターニングする。
【００２２】
このとき、パターニング工程では、フィルターを形成する孔に応じてエッチングマスク膜３をパターニングする。すなわち、フィルターにおける孔の形や孔の大きさ、隣接する孔の間のピッチ、孔の配列パターン等に応じてエッチングマスク膜３をパターニングする。第１の実施形態では、孔の配列パターンを正方配列のパターンにしている。
例えば、保護膜形成工程及びパターニング工程によるエッチングマスク膜３の形成過程は以下のようになる。
【００２３】
保護膜形成工程では、熱酸化法によりＳｉＯ2膜を形成する。続くパターニング工程では、ＳｉＯ2膜上にスピンコート法によってレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストパターンを形成する。そして、パターニング工程では、フッ酸溶液等を用いてＳｉＯ2膜をレジストパターン形状に従って除去し、不要になったレジストパターンを剥離してエッチングマスク膜３を形成する。
【００２４】
（ステップＳ３：変質部形成工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続く変質部形成工程（レーザー光照射工程）にて赤外線レーザーを基板１０に照射して材料の変質部を形成する。
赤外線レーザーは、シリコン単結晶からなる材料で構成される基板１０に対して透過性のあるレーザーとなる。ここで用いる赤外線レーザーは、例えば、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー又はＹＬＦレーザーである。
この変質部形成工程では、赤外線レーザーの基本波長光３０をレンズ３１で透過させて基板１０内に集光させる。そして、変質部形成工程では、集光点を基板１０の厚さ方向に移動させる。
【００２５】
このとき、基板１０の厚さ方向に沿う集光点の移動方向は、レーザーが入射される側の表面１１から、該表面１１とは反対側の表面１２側に向かう方向となる。すなわち、基板１０の厚さ方向に沿う集光点の移動方向は、基板１０の表面１１を起点とした厚さ方向となる。なお、基板１０の厚さ方向に沿う集光点の移動方向をそれとは反対方向とすることもできる。
【００２６】
以下の説明では、基板１０の表面又は両面１１，１２のうち、レーザーが入射される側の面１１を第１面１１といい、その第１面１１とは反対側の面１２を第２面１２という。
このように集光点の移動方向を第２面１２側から第１面１１側に向かう方向にした場合、図２（ｄ−１）に示すように、第２面１２側の所定の位置Ｐ１を集光点の移動開始位置にする。そして、変質部形成工程では、図２（ｄ−２）に示すように、基板１０の厚さ方向に第２面１２側から第１面１１側に集光点を移動させる。それから、変質部形成工程では、第１面１１側の所定の位置Ｐ２に集光点が達した時点で移動及びレーザー光の照射を終了する。
【００２７】
前述の第１面１１側の所定の位置Ｐ２及び基板１０の第２面１２側の所定の位置Ｐ１については後で詳述する。
また、変質部形成工程では、レーザー光の強度や集光度合い（焦点深度）を集光点の移動に応じて適宜制御することが好ましい。具体的には、変質部形成工程では、集光点が第２面１２側に近いほど集光点のレーザー光のエネルギーを大きくする制御をすることが好ましい。
【００２８】
以上のようなレーザー光の照射により、基板１０内には、該基板１０の厚さ方向に沿う集光点の移動経路に沿って材料の変質部４が形成される（図２（ｄ−３））。
そして、変質部形成工程では、エッチングマスク膜３のパターン形状の孔３ａ，３ｂの配置に対応させてレーザー光を照射して、図２（ｄ−３）に示すように、基板１０内に並列に（幅方向又は面方向に）複数の変質部４を形成する。
【００２９】
そのため、変質部形成工程では、基板１０の幅方向に該基板１０とレーザーとを相対的に移動させつつ、前述のように基板１０にレーザー光を照射する。例えば、変質部形成工程では、ＸＹテーブルにより基板１０を移動させるワーク移動を行い、移動する基板１０にレーザー光を照射する。
なお、変質部形成工程では、ガルバノスキャナーによりレーザー光の方を移動させることもできる。
【００３０】
（ステップＳ４：エッチング工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続くエッチング工程にて基板１０に複数の孔を形成する。このエッチング工程では、ウェットエッチングにより異方性エッチングを行う。具体的には、エッチング工程では、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液５に基板１０を浸漬させる。これにより、エッチング工程では、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、エッチングマスク膜３のパターン形状の孔３ａ，３ｂに対応させてエッチングを進行させて基板１０にその両面１１，１２を貫通する孔６を複数形成する。
【００３１】
ここで、前述のように移動開始時及び移動終了時の集光点の位置を所定の位置Ｐ１、Ｐ２としている理由を説明する。
図３は、前記図２（ｄ−１）のＡ部の詳細を示す。
エッチングを行うと、その初期段階では、図３に示すように、エッチングマスク膜３の孔（パターン形状の孔）３ｂにより基板１０の第２面１２で露出している面（以下、基板露出面という。）１２ａがエッチングを受ける。そして、エッチングをそのまま継続すると、基板１０の第２面１２におけるパターン形状の孔３ｂの縁部１３ａ，１３ｂから、基板１０の第２面１２に対して所定の角度をもって該孔３ｂの中心軸方向に延びる面１４ａ，１４ｂが出現するようになる。
【００３２】
ここで、面１４ａ，１４ｂは、結晶格子面である（１１１）面であり、他の方位と比較してエッチング速度が極端に小さい又はエッチングがされ難い面となる。そのため、エッチングは、この面１４ａ，１４ｂで停止する。
このようなことから、移動開始時の集光点の位置となる所定の位置Ｐ１は、第２面１２の基板露出面１２ａとエッチングが停止する面１４ａ，１４ｂとにより囲まれる領域内の任意の位置となる。よって、第２面１２の基板露出面１２ａから所定の位置Ｐ１までの垂直深さは、同基板露出面１２ａから面１４ａと面１４ｂとのなす交点までの垂直深さよりも浅くなる。
【００３３】
このように、変質部形成工程では、第２面１２の基板露出面１２ａと基板１０内の第２面１２側の面１４ａ，１４ｂとにより囲まれる領域内に一方の端部４ｂが存在するように変質部４を形成する。
また、移動終了時の集光点の位置となる所定の位置（Ｐ２）についても同様である。すなわち、移動終了時の集光点の位置となる所定の位置は、第１面１１の基板露出面と第１面１１側でエッチングが停止する面とにより囲まれる領域内の任意の位置になる。
【００３４】
図４は、変質部４が形成された基板１０内をエッチングが進行する過程を示す。
図４（ａ）に示すように、エッチングの初期段階では、両面１１，１２の基板露出面１１ａ，１２ａがエッチングを受ける。そして、エッチング速度の遅い面（（１１１）面）１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは、エッチングの初期段階から現れるようになる。これにより、この面１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂで囲まれた基板露出面１１ａ，１２ａがエッチングを受けるようになる。さらに、基板露出面１１ａ，１２ａのエッチングが進行すると、エッチングは、変質部４（具体的にはその端部４ａ，４ｂ）に到達する。
【００３５】
ここで、変質部４は、シリコン単結晶にレーザー光が照射されることにより、単結晶中の原子の結合が切断されたり、微小なクラックが発生したり、結晶性が破壊されたりして形成されたものである。そして、変質部４のエッチング速度は、変質されていない材料の領域と比較すると格段に大きい。すなわち、変質部４は、変質されていない材料の領域と比較してエッチングされ易い。
【００３６】
このようなことから、エッチングが変質部４に到達すると、図４（ｂ）に示すように、その変質部４に沿ってエッチングが進行するようになる。これにより、基板１０には、エッチングにより除去された変質部４に沿って孔６ａが先行して形成される。
そして、このように先行して形成された孔６ａがエッチングを誘導する孔となり、エッチングが進行する。この孔（以下、エッチング誘導孔という。）６ａによるエッチングの進行により、図４（ｃ）に示すように、基板１０の厚さ方向に平行な面１６，１７が出現する。この面１６，１７は、（１１１）面により形成されている。
【００３７】
そして、エッチングは、図４（ｄ）に示すように、それらの面１６，１７同士が繋がった段階で停止する。これにより、基板１０には、両面１１，１２を貫通する孔６が形成される。
以上のように、エッチング工程では、変質部４に沿ったエッチング誘導孔６ａが形成されて、エッチングによりそのエッチング誘導孔６ａが拡大して、基板１０の両面１１，１２を貫通する孔６が最終的に形成される。
【００３８】
図２（ｆ）及び図５は、エッチング工程を経た基板１０の形状を示す。図５（ａ）は、基板１０の平面図であり、図５（ｂ）（図２（ｆ））は、図５（ａ）に示す矢示Ａ−Ａの基板１０の断面図である。図２（ｆ）及び図５に示すように、基板１０には、エッチングマスク膜３に応じた孔６が複数形成されている。そして、その孔６の断面形状はひし形になる。
【００３９】
ここで、前述したように、エッチング工程では、面１６，１７同士が繋がってエッチングが停止して孔６が形成されている。このとき、面１６と面１７とは、同一平面内に位置する（１１１）面によって構成されている。よって、孔６を形成する各面６ｂ１，６ｂ２，６ｂ３，６ｂ４は、同一平面内に位置する（１１１）面によって構成されていることになる。
【００４０】
（ステップＳ５：保護膜剥離工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続く保護膜剥離工程にて基板１０から保護膜（エッチングマスク膜３）を剥離する。ここで、保護膜がＳｉＯ2膜の場合、ＨＦ系の保護膜剥離液を用いてウェットエッチングにより剥離する。また、保護膜がＳｉＮ膜の場合、ドライエッチングにより剥離する。
本実施形態のフィルターの製造方法では、以上の各工程を経てフィルター２０を製造している。
【００４１】
図２（ｇ）及び図６は、そのフィルター２０の形状を示す。図６（ａ）は、フィルター２０の平面図であり、図６（ｂ）（図２（ｇ））は、図６（ａ）に示す矢示Ｂ−Ｂのフィルター２０の断面図である。図２（ｇ）及び図６に示すように、フィルター２０は、正方配列とされた複数の孔６を有している。ここで、孔６の開口部６ｃは、（１１０）面に形成されている。
【００４２】
（作用及び効果）
前述のように、本実施形態のフィルターの製造方法では、エッチング工程の初期段階でエッチング速度が小さくなる面１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ（（１１１）面）が出現するようになる。
【００４３】
これに対して、本実施形態のフィルターの製造方法では、エッチング工程の前工程の変質部形成工程にて基板１０に予め変質部４を形成している。これにより、本実施形態のフィルターの製造方法では、エッチングによりエッチング速度が小さくなる面１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂを除去して、両面１１，１２を貫通する孔６を形成している。
そして、本実施形態のフィルターの製造方法では、変質部４の大きさ（直径）を小さくすることで、フィルター２０の孔を極細にできる。例えば、フィルター２０の孔の径（最大径）を２０μｍ以下、具体的には１５μｍ程度にすることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態のフィルターの製造方法では、フィルター２０で隣接する孔６を隔てる壁を極薄にできる。具体的には、本実施形態のフィルターの製造方法では、隣接する孔６を隔てる壁の厚さ（図２（ｇ）に示す壁１８の厚さｗ）を、５μｍ以上でかつ１０μｍ以下にすることができる。また、本実施形態のフィルターの製造方法では、隣接する孔６を隔てる壁の厚さを、５μｍ未満にすることもできる。
【００４５】
なお、本実施形態のフィルターの製造方法では、エッチングマスク膜３で隣接する孔（３ａと３ａ及び３ｂと３ｂ）の間のピッチを狭くしておくことで、フィルター２０で隣接する孔６を隔てる壁を極薄にすることができる。
以上のように、本実施形態のフィルターの製造方法では、孔６の径が小さくかつ孔６を隔てる壁が薄いフィルター２０、すなわち、孔６のピッチが狭いフィルター２０を製造できる。この結果、フィルターは、孔６の密度が極めて高いものとなる。
【００４６】
ここで、孔６のピッチとは、隣り合う孔６の開口部６ｃの中心間の距離である。
また、本実施形態のフィルターの製造方法では、フィルター２０に形成される孔６の形状が変質部４の形状に依存する。そのため、本実施形態のフィルターの製造方法では、変質部４を形成する精度（レーザー光の照射精度等）を高くすることで、フィルター２０に形成する孔６の形状の精度を高くすることができる。この結果、本実施形態のフィルターの製造方法では、孔６の形状のばらつきを抑えることができる。
【００４７】
また、本実施形態のフィルターの製造方法では、基板１０の厚さ方向における変質部４の長さを確保できる限り基板１０に孔６を形成できるので、厚さを制限することなくフィルター２０を製造できる。すなわち、本実施形態のフィルターの製造方法では、フィルター２０の厚さの自由度を高くすることができる。
例えば、フィルターに孔を形成する一手法として、本実施形態のようなレーザー光の照射（変質部の形成）をせず、シリコン単結晶の面方位（１１０）の基板に対してドライエッチングだけで孔を形成する手法も考えられる。
【００４８】
ここで、ドライエッチの深さ（掘り込み量）は、通常、比較的大きい大面積を対象とすれば最大で２００μｍ程度である。
例えば、ドライエッチの深さ（掘り込み量）が２００μｍ以上になると、保護膜の消耗を考慮し、保護膜を極端に厚くしておくか、ドライエッチの最中に消失する保護膜をその消失の都度形成する必要がある。また、ドライエッチの深さを確保しようとすると、サイドエッチの発生や保護膜の後退等により孔を形成すること自体、又は孔の形状の精度を確保することが難しくなる。
【００４９】
このように、ドライエッチの深さ（掘り込み量）を２００μｍ以上にしようとすると、実用的ではなくなってしまう。そのため、ドライエッチの深さ（掘り込み量）は、前述のように最大で２００μｍ程度になる。つまり、ドライエッチングにより孔を形成する場合に取り扱えるフィルターの厚さ又は孔の長さは最大で２００μｍ程度である。
これに対して、本実施形態のフィルターの製造方法では、前述のように、厚さを制限することなくフィルター２０を製造できる。すなわち、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、ドライエッチで限界の厚さ又は孔６の長さとなる２００μｍ以上のフィルター２０を製造できる。
【００５０】
ここで、孔６の長さとは、第１面１１に形成される開口部６ｃの中心と第２面１２に形成される開口部６ｃの中心との距離である。
また、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、厚さの下限値側を１０μｍ程度にすることもできる。このように、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、フィルター２０の厚さの自由度は高いものとなる。この結果、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、フィルター２０の設計自由度を高くすることができる。
【００５１】
ここで、管路内の流路抵抗を算出する一般的な式を説明する。図７及び図８を用いて説明する。
図７に示すような、矩形断面の長辺がａ、矩形断面の短辺がｂ、流路の長さがＬの矩形管（矩形孔）の場合、粘度をηとすると、その流路抵抗を以下の式により得られる値Ｒとして示すことができる。
【００５２】
Ｒ＝（６４・η・Ｌ／（ａ・ｂ3）・（１６／３−１０２４・ｂ／（π5・ａ）・（tanh（π・ａ／（２・ｂ））＋１／３5・tanh（３・π・ａ／（２・ｂ）））
また、図８に示すような、円管の直径がｄ、流路の長さがＬの円管の場合、粘度をηとすると、その流路抵抗を以下の式により得られる値Ｒとして示すことができる。
Ｒ＝１２８・η・Ｌ／（π・ｄ4）
以上の流路抵抗の式によれば、管径（ａ、ｂ、又はｄ）が小さかったり、管（Ｌ）が長かったりすると、流路抵抗は大きくなる。この関係をフィルター２０について当てはめると、フィルター２０の孔６の径が小さいと、流路抵抗が大きくなる。また、フィルター２０の孔６の全長が長いと（フィルター２０が厚いと）、流路抵抗が大きくなる。その一方で、フィルター２０は、孔６の径が小さいと、微細な異物の捕獲能力が高くなり、フィルターとしての機能が高くなる。
【００５３】
このようなことから、流路抵抗を抑えつつも微細な異物の捕獲能力を高くするには、フィルター２０には、孔６が極細かつ高密度に形成され（孔６の数が単位面積当りで多く）、さらには極薄であることが要求される。
【００５４】
これに対して、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、前述のように極細の孔６を高密度に形成できる。さらには、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、前述のように厚さに自由度があり、フィルター２０を極薄にできる。よって、本実施形態のフィルターの製造方法によれば、流路抵抗を抑えつつも微細な異物の捕獲能力が高い性能のフィルター２０を提供することができる。つまり、本実施形態のフィルターの製造方法は、高性能フィルターを低コストで容易に製造することができる。
【００５５】
また、前述のように、孔６を形成する各面（４方の面）は、同一平面内に位置する（１１１）面によって構成されているため、結晶格子のオーダーで平滑度が高い面又は鏡面状となる。これにより、孔６の流路抵抗は小さくなっている。
以上より、本実施形態のフィルターの製造方法により製造されたフィルター２０の特徴をまとめると次のようになる。
【００５６】
（１）孔６が極細である。そのため、微細な異物を捕獲でき、微細な異物の捕獲能力が高い。
（２）孔６が高密度である。そのため、フィルター２０全体として流路抵抗が小さい。これにより、小型化してもなお捕獲能力が高い。
（３）孔６の形状（径）のばらつきが小さい。そのため、微細な異物の捕獲選択性が高い。
【００５７】
（４）加工過程で屑が発生しない。そのため、屑の付着がなく汚染がない。これにより、高品質である。
（５）フィルター２０の材料を酸化処理したシリコンとすることで、薬品耐性が高いものとなる。
【００５８】
例えば、このような特徴を有するフィルター２０を、インクジェットヘッドのインク流路中に配置することができる。また、μＴＡＳ（Micro Total Analysis System）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術が適用された液体流路、例えば薬液流路中に配置することができる。
【００５９】
また、前述のように、変質部形成工程では、基板１０内を第２面１２側から第１面１１側に集光点を移動させている。これにより、変質部形成工程では、集光点を形成するレーザー光が既に形成した変質部４と干渉してしまうのを防止できる。この結果、変質部形成工程では、高い精度で変質部４を形成できる。
【００６０】
（第１の実施形態の変形例）
（変形例１）
パターニング工程では、フォトリソグラフィー技術ではなく、図９に示すように、レーザー光の照射により保護膜２の不要部分（基板１０の孔形成箇所）を除去してエッチングマスク膜３をパターニングすることもできる。
【００６１】
これにより、フィルター２０を製造するための一工程となるフォトリソグラフィーの工程を省略できる。そして、変質部形成工程で使用するレーザー光の照射設備を利用すれば、結果としてフィルター２０を安価に提供できる。なお、膜加工専用のレーザー光の照射設備により保護膜２を加工できることは言うまでもない。
【００６２】
（変形例２）
変質部形成工程では、図１０に示すように、レーザーの基本波長光３０を回折光学素子３２により多点同時分岐させて目標の複数箇所に同時にレーザー光を照射することもできる。
これにより、変質部形成工程では、一度のレーザー光照射のスキャンで基板１０内に複数の変質部４を形成できる。この結果、変質部形成工程では、レーザー光照射のスキャン回数を減らすことができ、フィルター２０の製造時間の短縮を可能にする。
【００６３】
（変形例３）
変質部形成工程では、図１１に示すように、レーザーの基本波長光３０をアキシコン素子３３に透過させることもできる。アキシコン素子３３は、光軸に沿って焦点方向に長い線像を作る光学素子であるため、レーザー光は、基板１０の厚さ方向に延在する集光領域（長焦点）を形成するようになる。
これにより、変質部形成工程では、一度のレーザー光照射で基板１０の厚さ方向に延びる変質部４を形成でき、フィルター２０の製造時間の短縮を可能にする。
【００６４】
（変形例４）
変質部形成工程では、基板１０を高速回転させつつ、固定配置したレーザーのオン及びオフを基板１０の回転に同期させて適宜切り替えることで変質部４を形成することもできる。
これにより、ＸＹテーブルで基板１０を移動させるときのような基板１０を加減速させる移動をなくし、製造時間の無駄を軽減できる。
【００６５】
（変形例５）
シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位（１００）の基板１０を母材として用いてフィルター２０を製造することもできる。
【００６６】
（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態は、本発明を適用したフィルターの製造方法である。
第２の実施形態では、ガラスを材料とする基板を母材として用いてフィルターを製造している。
第２の実施形態のフィルターの製造方法の工程は、前記図１に示した前記第１の実施形態のフィルターの製造方法の工程と同様である。
【００６７】
（ステップＳ１：保護膜形成工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、先ず保護膜形成工程にて、基板１０（図２（ａ））に対して保護膜２を形成する。この保護膜形成工程では、保護膜２としてＣｒ／Ａｕ膜を基板１０の両面１１，１２に形成する（図２（ｂ））。なお、この保護膜形成工程では、保護膜２としてＳｉ膜を形成することもできる。
【００６８】
（ステップＳ２：パターニング工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続くパターニング工程（エッチングマスク膜形成工程）にてエッチングマスク膜３をパターニングする。このパターニング工程では、前記第１の実施形態と同様に、フォトリソグラフィー（レジスト膜塗布、露光及び現像）及び保護膜エッチングによりエッチングマスク膜３をパターニングする（図２（ｃ））。
【００６９】
このとき、フィルター２０を形成する孔に応じてエッチングマスク膜３をパターニングする。すなわち、フィルター２０における孔の形や孔の大きさ、隣接する孔の間のピッチ、孔の配列パターン等に応じてエッチングマスク膜３をパターニングする。第２の実施形態では、孔の配列パターンを千鳥配列パターンにしている。
【００７０】
（ステップＳ３：変質部形成工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続く変質部形成工程（レーザー光照射工程）にてレーザー光を基板１０に照射して変質部４を形成する。第２の実施形態では、レーザーとして超短パルスレーザーを用いる。超短パルスレーザーは、例えば、ｐ秒（ピコ秒）やｆ秒（フェムト秒）等のパルスレーザーである。
【００７１】
そして、前記第１の実施形態と同様に、変質部形成工程では、レーザーの基本波長光３０をレンズ３１で基板１０内に集光させ、その集光点を基板１０の厚さ方向（第２面１２側から第１面１１側に向かう方向）に移動させる。
このようなレーザー光の照射により、基板１０内には集光点の移動経路（基板１０の厚さ方向）に沿って材料の変質部４が形成される（図２（ｄ−３））。
【００７２】
ここで、前記第１の実施形態では、基板１０内にエッチング速度が遅くなる部位（（１１１）面）が存在していた。これに対して、第２の実施形態では、基板１０がガラスであるため、そのようにエッチング速度が遅くなる部位が存在しない。そのため、第２の実施形態では、移動開始時及び移動終了時の集光点の位置を考慮することなく、レーザー光の集光点を基板１０の厚さ方向に移動させることができる。
【００７３】
（ステップＳ４：エッチング工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続くエッチング工程にて基板１０に複数の孔６を形成する。このエッチング工程では、ウェットエッチングによる等方性エッチングを行う。具体的には、エッチング工程では、ＨＦ（フッ酸）やＢＨＦ（バッファードフッ酸）等の水溶液５に基板１０を浸漬させる。これにより、エッチング工程では、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、エッチングマスク膜３のパターン形状の孔３ａ，３ｂに対応させてエッチングを進行させて基板１０にその両面１１，１２を貫通する孔６を複数形成する。このとき、エッチング工程では、エッチング時間を設定することでエッチングの進行を制御し、目標の孔径にしている。
【００７４】
図１２は、エッチング工程を経た基板１０の形状を示す。図１２（ａ）は、基板１０の平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す矢示Ｃ−Ｃの基板１０の断面図である。図１２に示すように、基板１０には、エッチングマスク膜３に応じた孔６が複数形成されている。そして、その孔６の断面形状は円形になる。詳しくは、孔６は、両面１１，１２それぞれの近傍で直径が大きく中間部で直径が小さくなる、略鼓形状をなしている。例えば、エッチング工程でエッチング時間を適切に設定することで、孔６の中間部の最小径を制御できる。
【００７５】
（ステップＳ５：保護膜剥離工程）
本実施形態のフィルターの製造方法では、続く保護膜剥離工程にて基板１０から保護膜（エッチングマスク膜３）を剥離する。ここで、保護膜がＳｉ膜の場合、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の保護膜剥離液を用いて剥離する。
本実施形態のフィルターの製造方法では、以上の各工程を経てフィルター２０を製造している。
【００７６】
図１３及び前記図２（ｇ）は、フィルター２０の形状を示す。図１３（ａ）は、フィルター２０の平面図であり、図１３（ｂ）（前記図２（ｇ））は、図１３（ａ）に示す矢示Ｄ−Ｄのフィルター２０の断面図である。図１３及び図２（ｇ）に示すように、フィルター２０は、千鳥配列とされた複数の孔６を有している。
【００７７】
（作用及び効果）
第２の実施形態でも、前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、第２の実施形態のフィルターの製造方法では、前述のように、変質部形成工程にて基板１０に変質部４を形成してからエッチング工程により基板１０に孔６を形成している。
【００７８】
このとき、変質部４のエッチング速度が、変質されていない部位と比較すると格段に大きいため、変質部４及びその変質部４により形成されたエッチング誘導孔６ａに依存して孔６が形成されている。
【００７９】
これにより、第２の実施形態のフィルターの製造方法では、変質部４の大きさ（直径）を小さくすることで、フィルター２０の孔６を極細にできる。すなわち例えば、第２の実施形態のフィルターの製造方法では、エッチング工程でのエッチング時間を調整してエッチング誘導孔６ａが形成された時点でエッチングを終了したとすれば、極細の孔６を形成できることになる。
なお、エッチング誘導孔６ａが先行して形成されるため、フィルター２０の孔６は、前記図１２（ｂ）に示すように略鼓形状になっている。
【００８０】
以上のようなことから、第２の実施形態のフィルターの製造方法でも、孔６の径が小さくかつ孔６を隔てる壁が薄いフィルター２０、すなわち、孔６のピッチが狭いフィルター２０を製造できる。この結果、フィルターは、孔６の密度が極めて高いものとなる。
また、第２の実施形態のフィルターの製造方法では、等方性エッチングの影響を受けることなく、その孔６を極細に形成できる。
【００８１】
図１４及び図１５は、本実施形態の比較例を示す。比較例は、変質部を形成することなく（レーザー光を照射することなく）等方性エッチングにより孔を形成する例である。すなわち、比較例は、等方性エッチングの特性を利用して孔を形成する例である。
図１４は、エッチングマスク膜３の孔３ａ，３ｂのピッチｐが、基板１０の板厚ｔよりも小さい場合（ｐ＜ｔ）を示す。また、図１５は、エッチングマスク膜３の孔３ａ，３ｂのピッチｐが、基板１０の板厚ｔよりも大きい場合（ｐ＞ｔ）を示す。
【００８２】
図１４に示すように、等方性エッチングでは、両面１１，１２においてエッチングマスク膜３の孔３ａ，３ｂにより露出している基板露出面１１ａ，１２ａが球面状に削られていく（図１４（ａ）、図１４（ｂ））。そのため、エッチングが進むと、エッチングマスク膜３の裏面側に回り込んで基板１０が削られるようになる（図１４（ｃ））。そして、さらにエッチングが進むと、両面１１，１２それぞれから進行する穴形状の基板露出面１１ａ，１２ａ同士が貫通する前に、両面１１，１２それぞれで隣接する基板露出面（１１ａと１１ａ及び１２ａと１２ａ）同士が貫通してしまう（図１４（ｄ））。
【００８３】
このように、ピッチｐが板厚ｔよりも小さいと、等方性エッチングでは、両面１１，１２を貫通する孔を形成することができない。
このようなことから、図１５に示すように、等方性エッチングの特性を利用する場合、ピッチｐを板厚ｔよりも大きくする必要がある（図１５（ａ））。この場合でも、図１４と同様に、基板１０の両面１１，１２の基板露出面１１ａ，１２ａが球面状に削られ、エッチングマスク膜３の裏面側に回り込んで基板１０が削られるようになる（図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ））。しかし、両面１１，１２それぞれで隣接する基板露出面（１１ａと１１ａ及び１２ａと１２ａ）同士が貫通する前に、両面１１，１２それぞれから進行する穴形状の基板露出面１１ａ，１２ａ同士を貫通さることができる（図１５（ｄ））。
【００８４】
このように、等方性エッチングの特性を利用する場合には、ピッチｐを板厚ｔよりも大きくすることで両面１１，１２を貫通する孔６を形成することができる。しかし、この場合、板厚ｔが厚くすると、エッチングマスク膜３の孔３ａ，３ｂのピッチｐ、すなわちフィルター２０の孔６のピッチｐも大きくなり、さらにはフィルター２０の孔６の径も大きくなってしまう。
【００８５】
これに対して、本実施形態のフィルターの製造方法では、変質部４の形成によりエッチング誘導孔６ａを先行して形成することで、板厚ｔにかかわらず、ピッチｐを小さくしつつも極細の孔６を形成することができる。すなわち、本実施形態のフィルターの製造方法では、等方性エッチングでは不可能である、孔６のピッチｐが基板１０の板厚ｔよりも小さい（ｐ＜ｔ）フィルター２０を製造することができる。
以上より、第２の実施形態のフィルターの製造方法でも、高性能フィルターを低コストで容易に製造することができる。
【００８６】
（第２の実施形態の変形例）
（変形例１）
保護膜２を不要とすることもできる。
図１６（ａ）は、変質部形成工程にて変質部４が形成された基板１０を示し、図１６（ｂ）は、エッチング工程にてエッチングされた基板１０を示す。この図１６に示すように、保護膜２を形成することなくエッチングすることもできる。この場合、図１６（ａ）から図１６（ｂ）への変化として示されるように、基板１０全体がエッチングを受けて板厚が薄くなる。
【００８７】
このように保護膜２を不要にすることで、エッチングで板厚が薄くなることや孔６の形状の精度を問わなければ、保護膜形成工程、パターニング工程、及び保護膜剥離工程を省略することができる。
また、保護膜２を形成しない場合、エッチングにより基板１０が薄くなるため、本実施形態のフィルターの製造方法において、フィルターに薄板加工したのと同等の効果を得ることができる。例えば、薄型化により孔６が短くなるため、フィルター全体の流路抵抗を小さくすることができる。
【００８８】
ここで、保護膜２又はエッチングマスク膜３がなくとも孔６が形成されるのは、変質してしない非変質部（レーザー非照射部）のエッチングの進行よりも、変質部４のエッチングの進行が速く、その結果、変質部４に沿って両面１１，１２が貫通するからである。
【００８９】
（変形例２）
基板１０の両面１１，１２にエッチングマスク膜３をパターニング（両面パターニング）するのではなく、基板１０の一方の面だけにエッチングマスク膜３をパターニング（他方の面をべた膜の片側パターニング）することもできる。
【００９０】
図１７は、基板１０の一方の面だけにエッチングマスク膜３をパターニングしエッチングしたときの基板１０の形状を示す。図１７（ａ）は、基板１０の平面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す矢示Ｅ−Ｅの基板１０の断面図である。図１７に示すように、孔６は、底に近づくほど直径が小さくなる、略コーン形状になる。
これにより、フィルター２０は、孔６の最小径部分がより小さくなり、微細な異物の捕獲能力が高くなる。
【００９１】
（変形例３）
ガラスに限らず、石英や水晶、サファイアを材料とする基板を母材として用いてフィルターを製造することもできる。すなわち、レーザー光の照射により変質された変質部のエッチング速度が変質されない非変質部よりも大きい材料であれば、本実施形態のフィルターの製造方法によりフィルターを製造することができる。
【００９２】
例えば、このような材料により形成されたフィルター２０の孔６の断面形状は、前述のような略鼓形状や略コーン形状になる。なお、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位（１００）の基板１０により形成されたフィルター２０の孔６の断面形状も、前述のような略鼓形状や略コーン形状になる。
【００９３】
（変形例４）
変質部形成工程では、前述の例のレーザーに限定されず、材料に対して透過性があり、基板の変質部を形成することができるものであれば他のレーザーを用いることもできる。例えば、基板の材質によっては紫外光レーザーを用いることもできる。
【符号の説明】
【００９４】
２ 保護膜、３ エッチングマスク膜、４ 変質部、６ 孔、１０ 基板、１１ 第１面、１２ 第２面、２０ フィルター、３０ 基本波長光（レーザー光）、Ｓ１ 保護膜形成工程、Ｓ２ パターニング工程、Ｓ３ 変質部形成工程、Ｓ４ エッチング工程、Ｓ５ 保護膜剥離工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に複数の孔を形成してフィルターを製造するフィルターの製造方法であって、
前記基材は、レーザー光の照射により変質された領域のエッチング速度が変質されない領域のエッチング速度よりも大きい材料で構成されており、
前記基材にレーザー光を照射して、前記基材の材料を変質させた変質部を前記基材の内部に延在させて形成し、かつ前記延在させた変質部を前記基板内に並列に複数形成する変質部形成工程と、
前記基材の表面からエッチングを進行させて前記変質部を除去し、前記基材を貫通する複数の孔を形成するエッチング工程と、
を有することを特徴とするフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記基材は、単結晶からなる材料で構成されており、
前記孔の開口部に対応するパターン形状のエッチングマスク膜を前記基材の表面にパターニングするパターニング工程をさらに有し、
前記変質部形成工程では、前記基材の表面において前記パターン形状の孔から露出している範囲と前記範囲をエッチングが進行することで出現するエッチング速度が最も小さい結晶格子面とで囲まれる領域内に前記変質部の端部が存在するように、該変質部を形成すること
を特徴とする請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記基材は、シリコン単結晶で構成されており、
前記パターニング工程では、前記エッチングマスク膜を前記基材表面の（１１０）面にパターニングし、
前記エッチング工程では、前記基材を貫通する孔をウェットエッチングにより複数形成すること
を特徴とする請求項２に記載のフィルターの製造方法。
【請求項４】
前記変質部形成工程では、前記レーザー光を回折光学素子に透過させて複数のビームに分岐して前記基材に照射することを特徴とする請求項１又は３に記載のフィルターの製造方法。
【請求項５】
前記変質部形成工程では、光軸に沿って焦点方向に長い線像を作るアキシコン素子に前記レーザー光を透過させることにより前記基材の厚さ方向に延びる前記レーザー光の集光領域を形成し、前記レーザー光の集光領域により前記厚さ方向に延在する変質部を形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のフィルターの製造方法。
【請求項６】
複数の貫通孔が形成されたシリコン単結晶を有し、
前記貫通孔の開口部は、前記シリコン単結晶の（１１０）面に形成され、
前記貫通孔を形成する面は、前記シリコン単結晶の（１１１）面であること
を特徴とするフィルター。
【請求項７】
前記貫通孔は、ウェットエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項６に記載のフィルター。
【請求項８】
前記孔の開口部の幅が１５μｍ以上でかつ２０μｍ以下であり、
隣接する孔を隔てる壁の厚さが５μｍ以上でかつ１０μｍ以下である部位を有し、
前記孔の長さが２００μｍ以上であること
を特徴とする請求項６又は７に記載のフィルター。
【請求項９】
複数の孔を有するフィルターであって、
基材は、レーザー光の照射により変質された領域のエッチング速度が変質されない領域のエッチング速度よりも大きい材料で構成され、
前記基材を貫通する孔が等方性エッチングにより複数形成されており、
前記孔の長さをｔとし、隣り合う前記孔の間隔をｐとしたときに、
ｐ＜ｔ
の関係が成立する部位を有すること
を特徴とするフィルター。
【請求項１】
基材に複数の孔を形成してフィルターを製造するフィルターの製造方法であって、
前記基材は、レーザー光の照射により変質された領域のエッチング速度が変質されない領域のエッチング速度よりも大きい材料で構成されており、
前記基材にレーザー光を照射して、前記基材の材料を変質させた変質部を前記基材の内部に延在させて形成し、かつ前記延在させた変質部を前記基板内に並列に複数形成する変質部形成工程と、
前記基材の表面からエッチングを進行させて前記変質部を除去し、前記基材を貫通する複数の孔を形成するエッチング工程と、
を有することを特徴とするフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記基材は、単結晶からなる材料で構成されており、
前記孔の開口部に対応するパターン形状のエッチングマスク膜を前記基材の表面にパターニングするパターニング工程をさらに有し、
前記変質部形成工程では、前記基材の表面において前記パターン形状の孔から露出している範囲と前記範囲をエッチングが進行することで出現するエッチング速度が最も小さい結晶格子面とで囲まれる領域内に前記変質部の端部が存在するように、該変質部を形成すること
を特徴とする請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記基材は、シリコン単結晶で構成されており、
前記パターニング工程では、前記エッチングマスク膜を前記基材表面の（１１０）面にパターニングし、
前記エッチング工程では、前記基材を貫通する孔をウェットエッチングにより複数形成すること
を特徴とする請求項２に記載のフィルターの製造方法。
【請求項４】
前記変質部形成工程では、前記レーザー光を回折光学素子に透過させて複数のビームに分岐して前記基材に照射することを特徴とする請求項１又は３に記載のフィルターの製造方法。
【請求項５】
前記変質部形成工程では、光軸に沿って焦点方向に長い線像を作るアキシコン素子に前記レーザー光を透過させることにより前記基材の厚さ方向に延びる前記レーザー光の集光領域を形成し、前記レーザー光の集光領域により前記厚さ方向に延在する変質部を形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のフィルターの製造方法。
【請求項６】
複数の貫通孔が形成されたシリコン単結晶を有し、
前記貫通孔の開口部は、前記シリコン単結晶の（１１０）面に形成され、
前記貫通孔を形成する面は、前記シリコン単結晶の（１１１）面であること
を特徴とするフィルター。
【請求項７】
前記貫通孔は、ウェットエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項６に記載のフィルター。
【請求項８】
前記孔の開口部の幅が１５μｍ以上でかつ２０μｍ以下であり、
隣接する孔を隔てる壁の厚さが５μｍ以上でかつ１０μｍ以下である部位を有し、
前記孔の長さが２００μｍ以上であること
を特徴とする請求項６又は７に記載のフィルター。
【請求項９】
複数の孔を有するフィルターであって、
基材は、レーザー光の照射により変質された領域のエッチング速度が変質されない領域のエッチング速度よりも大きい材料で構成され、
前記基材を貫通する孔が等方性エッチングにより複数形成されており、
前記孔の長さをｔとし、隣り合う前記孔の間隔をｐとしたときに、
ｐ＜ｔ
の関係が成立する部位を有すること
を特徴とするフィルター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−８８１０７（Ｐ２０１１−８８１０７Ａ）
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４５２７４（Ｐ２００９−２４５２７４）
【出願日】平成２１年１０月２６日（２００９．１０．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２６日（２００９．１０．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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