JPH11268281A - ノズルプレートの製造方法およびシリコン基板の加工方法 - Google Patents

ノズルプレートの製造方法およびシリコン基板の加工方法

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JPH11268281A JP7102898A JP7102898A JPH11268281A JP H11268281 A JPH11268281 A JP H11268281A JP 7102898 A JP7102898 A JP 7102898A JP 7102898 A JP7102898 A JP 7102898A JP H11268281 A JPH11268281 A JP H11268281A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度でばらつきの少ないノズルを有する高
品質なノズルプレートを生産性よく低価格で提供する。 【解決手段】 （ａ）結晶方位（１００）のｎ型シリコ
ン単結晶基板の一方の面に、ノズルパターンに対応した
耐エッチングマスクを形成する工程と、（ｂ）ｎ型シリ
コン単結晶基板の他方の面に光透過性導電性膜を形成す
る工程と、（ｃ）一方の面をアルカリ性水溶液に接触さ
せて異方性エッチングを行い、一方の面にノズルパター
ンに対応した未貫通孔を形成する工程と、（ｄ）一方の
面をふっ酸を含む溶液に接触させた状態で、他方の面の
側から光を照射しながら、前記光透過性導電性膜を陽極
として電解エッチングを行い、前記未貫通孔を更に深い
未貫通孔又は貫通孔にする工程と、を実施するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に用いられるノズルプレートの製造方法およびシ
リコン基板の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、インクジェット記録装置には、ま
すます高解像度で高速な印刷が要求されている。この要
求に応えるため、フェイスイジェクト型と呼ばれるヘッ
ド基板の面部に形成されたノズルよりインク滴を吐出す
る形式が考案された。この形式は、構造上ノズルを多数
配設することができるため、高密度化が可能となり、高
解像・高速印刷の要求に応えられるものである。
【０００３】このフェイスイジェクト型インクジェット
記録装置は、印字品質確保のため、ノズルプレートのノ
ズル内部がノズルプレート面に対して垂直形状であるこ
とが要求される。このため、ノズルプレートとしてシリ
コン基板を用いた場合には、 １）半導体製造の分野で採用されているトレンチドライ
エッチング法や、２）湿式溝加工技術として「Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ ＩＥＥＥ ＭＥＭＳ１９９６」の１頁
〜２頁の「ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＯＦ ＰＯＲＯＵＳ
ＳＩＬＩＣＯＮ」に開示されているような陽極電解法を
用いることが考えられる。この陽極電解法は、光照射環
境下でｎ型シリコン基板の一面をふっ酸水溶液中で陽極
電解する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のうちトレンチドライエッチング法は、次のような２つ
の課題を有している。
【０００５】（１）エッチング速度が遅いため、ノズル
穴明けの加工時間が長い。 （２）枚葉処理のため、生産性が低い。
【０００６】一方、これらのうち陽極電解法は、多数枚
処理が可能なため、ノズルプレートの製造コストダウン
が期待される一方、ｎ型シリコン基板の一面の裏側の面
の一部分に電極を形成して電解するため、多数のノズル
穴を有するノズルプレートでは、シリコン基板の内部抵
抗勾配によって、ノズル穴の加工量がばらつくという課
題を有している。
【０００７】本発明は、以上の課題を解決するものでそ
の目的は、高精度でばらつきの少ないノズルを有する高
品質なノズルプレートを生産性よく低価格で提供するこ
とである。また、本発明の別の目的は、シリコン基板に
微細な凹部又は貫通孔を高精度にしかも生産性よく形成
することのできるシリコン基板の加工方法を提供するこ
とである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１のノズルプレー
トの製造方法は、（ａ）ノズルプレート用基板として用
いる結晶方位（１００）のｎ型シリコン単結晶基板の一
方の面に、ノズルパターンに対応した耐エッチングマス
クを形成する工程と、（ｂ）前記ｎ型シリコン単結晶基
板の他方の面に、このｎ型シリコン単結晶基板とオーミ
ック接続が可能な光透過性導電性膜を形成する工程と、
（ｃ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の一方の面をアルカ
リ性水溶液に接触させて前記ｎ型シリコン単結晶基板の
異方性エッチングを行い、前記ｎ型シリコン単結晶基板
の一方の面にノズルパターンに対応した未貫通孔を形成
する工程と、（ｄ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の一方
の面をふっ酸を含む溶液に接触させた状態で、前記ｎ型
シリコン単結晶基板の他方の面の側から光を照射しなが
ら、前記光透過性導電性膜を陽極として電解エッチング
を行い、前記ｎ型シリコン基板の未貫通孔を更に深い未
貫通孔又は貫通孔にする工程と、を有することを特徴と
する。
【０００９】このように、請求項１の発明では、ｎ型シ
リコン単結晶基板の他方の面に光透過性導電性膜を形成
したので、全ノズル穴予定部分に加わる電圧を均一にす
ることができる。このため、ノズル穴加工量のばらつき
が減少し、ノズル穴の精度が向上するとともに、未貫通
のノズル穴数を減少させることができ歩留まりが向上し
た。その結果、高精度なノズルプレートを低価格で生産
することが可能となるという効果がある。
【００１０】また、請求項１の発明は、電解エッチング
を行うのに先立ってアルカリ性水溶液を用いて異方性エ
ッチングを行うため、ノズル穴予定部分にエッチングピ
ラミッドが形成される。このため、光照射によって発生
した正孔がこのエッチングピラミッド先端に集中し、そ
の結果、電解エッチングの促進及びノズル穴内部の垂直
性の改善を図ることができるという効果もある。
【００１１】請求項１の発明の（ｂ）工程で形成される
光透過性導電性膜とは、ｎ型シリコン単結晶基板に対し
オーミック接合が可能であるとともに光を透過する膜で
あれば良く、例えば酸化錫、インジウム・錫酸化物（Ｉ
ＴＯ）などが挙げられる。この光透過性導電性膜は、
（ｄ）工程における電界エッチングが均一に行われるよ
うな範囲に形成されるが、工程を単純にする観点からい
えば、ｎ型シリコン単結晶基板の他方の面の実質的に全
面に形成されるのが好ましい。
【００１２】請求項１の発明の（ｄ）工程で用いる電解
液はふっ酸を含む溶液であるが、エタノール等のアルコ
ールを添加すればさらにノズル穴内部の垂直性が改善さ
れる。
【００１３】請求項１の発明の（ａ）工程で形成する耐
エッチングマスクの材料としては、ふっ酸に対して溶解
しにくい窒化シリコンや有機膜を用いることができる
が、ふっ酸に溶解する性質をもつ酸化シリコンであって
も、十分な膜厚を有するものであれば用いることができ
る。なお、窒化シリコンや酸化シリコンの形成方法は、
熱処理、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着または焼結法などがあ
る。
【００１４】なお、請求項１の発明のノズルプレートの
製造方法においては、（ｂ）の光透過性導電性膜を形成
する工程を実施した後に（ｃ）の異方性エッチングを行
う工程を実施することもできるし、（ｃ）の異方性エッ
チングを行う工程を実施した後に（ｂ）の光透過性導電
性膜を形成する工程を実施することもできる。
【００１５】請求項１の（ｄ）工程で未貫通孔を形成す
る場合には、必要に応じて、このｎ型シリコン単結晶基
板全体を他方の面側から薄板化したり、この単結晶基板
のノズル穴予定位置近傍を他方の面側からエッチングし
たりして未貫通孔を貫通させ所望のノズル穴にする。
【００１６】請求項２のシリコン基板の加工方法は、
（ａ）結晶方位（１００）のｎ型シリコン単結晶基板の
一方の面に、耐エッチング膜からなるパターンマスクを
形成する工程と、（ｂ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の
他方の面に、このｎ型シリコン単結晶基板とオーミック
接続が可能な光透過性導電性膜を形成する工程と、
（ｃ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の一方の面をアルカ
リ性水溶液に接触させて前記ｎ型シリコン単結晶基板の
異方性エッチングを行い、前記ｎ型シリコン単結晶基板
の一方の面に凹部を形成する工程と、（ｄ）前記ｎ型シ
リコン単結晶基板の一方の面をふっ酸を含む溶液に接触
させた状態で、前記ｎ型シリコン単結晶基板の他方の面
の側から光を照射しながら、前記光透過性導電性膜を陽
極として電解エッチングを行い、前記ｎ型シリコン基板
の凹部を更に深い凹部にする工程と、を有することを特
徴とする。
【００１７】このように構成したので、請求項２のシリ
コン基板の加工方法は、請求項１のノズルプレートの製
造方法と同様に、シリコン基板全面にわたって電界強度
を均一にすることができるので、形成される凹部又は貫
通孔の精度が向上する。その結果、シリコン基板に微細
な凹部又は貫通孔を高精度にしかも生産性よく形成する
ことのできるという効果がある。
【００１８】また、請求項２の発明は、電解エッチング
を行うのに先立ってアルカリ性水溶液を用いて異方性エ
ッチングを行うため、凹部の部分にはエッチングピラミ
ッドが形成される。このため、光照射によって発生した
正孔がこのエッチングピラミッド先端に集中し、その結
果、電解エッチングの促進及び凹部の垂直性の改善を図
ることができるという効果もある。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、詳細に説明する。
【００２０】図１は、本発明におけるノズルプレートを
用いたインクジェット記録装置の斜視図である。このイ
ンクジェット記録装置は、第一プレート１とノズルプレ
ート２とが接合された構造を有している。この第１プレ
ートは、インクの供給部３と、ＰＺＴなどの振動により
インクを吐出する圧力室４と、インクが通過する流路５
と、が形成されており、このノズルプレートは、流路５
と垂直方向にノズル穴６が形成されている。インクは、
インク供給管（図示せず）からインク供給部３へ供給さ
れ、最終的にインク滴としてノズル穴６から吐出され
る。
【００２１】図２は、本発明におけるノズルプレートの
製造工程別断面図である。まず、ノズルプレートとなる
板厚２００μｍの（１００）面方位のｎ型単結晶シリコ
ン基板１１に、耐エッチング被膜として０．３μｍ厚の
窒化シリコン膜１３、１４をＣＶＤ装置で形成する（図
２（ａ））。ついで、窒化シリコン膜１４をドライエッ
チング法によって除去後、窒化シリコン膜１３にフォト
エッチングを施し、直径２０μｍのノズル穴に対応する
部分１２の窒化シリコン膜を２００ヶ所エッチングした
（図２（ｂ））。次に、窒化シリコン膜１３をマスクと
して、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチング
法によって、ｎ型単結晶シリコン基板１１へＶ溝形状の
エッチングピラミッド１５を加工し、窒化シリコン膜１
３が形成された面の裏側へインジウム・錫酸化膜（ＩＴ
Ｏ膜）１６を約０．２μｍ形成した（図２（ｃ））。続
いて、上記窒化シリコン膜１３が形成された面が電解液
に接するように電解セルを組み立て、表１の条件で窒化
シリコン膜１３が形成された面の裏側より光を照射しな
がら、２００μｍの深さのノズル穴１７を加工した（図
２（ｄ））。
【００２２】
【表１】
【００２３】最後に、窒化シリコン膜１３及びインジウ
ム・錫酸化膜１６を研磨法によって除去し（図２
（ｅ））、ノズルプレートの形状に切断した。
【００２４】比較例１として、ノズル穴の加工をドライ
エッチングによって行った。この比較例１の場合、エッ
チング速度が１時間当たり約１μｍであるため、２００
μｍ加工に２００時間を要した。得られた資料を比較試
料１とした。
【００２５】また、比較例２として、シリコン基板の裏
側外周の一部部分に金属膜を０．１μｍ形成し、試料１
の陽極処理条件と同様の条件でノズル穴の加工を行っ
た。得られた試料を比較試料２とした。
【００２６】以上のようにして製造されたノズルプレー
トを用いて、フェースイジェクト型インクジェット記録
装置を製造した。表２は、試料１〜６及び比較試料１〜
２のノズルプレートにおいて、ノズル穴の貫通性および
ノズル穴の垂直性を評価した結果である。ノズル穴の貫
通性の「良好」は全ノズル貫通、「不良」は１ノズル以
上未貫通であり、ノズル穴断面の垂直性の「良好」は、
ノズル面と断面の成す角度が９０±１度未満、「不良」
はノズル面と断面の成す角度が９０±１度以上、「最
良」はノズル面と断面の成す角度が９０±０．５度以内
である。
【００２７】
【表２】
【００２８】この表の通り、本発明の試料１から試料６
及び比較試料１のノズルプレートは、ノズル穴の貫通性
および垂直性が良好で、中でも試料２の陽極処理条件
が、ノズル穴の垂直性が最良であった。またノズルプレ
ートの製造コストでは、本発明の試料１〜試料６が、複
数の基板を同時に処理可能なため、２００時間を要した
比較試料１に比べ製造コストを低減することができた。
【００２９】一方、比較試料２はノズル穴の加工ばらつ
きが発生したため、インク吐出可能な２００個のノズル
穴を有するインクジェット記録装置を製造することがで
きなかった。
【００３０】なお、試料１〜６は本発明の一部であり、
濃度、電圧等陽極処理条件が本試料範囲外においても、
印字特性は良好であった。さらに本実施の形態ではイン
クジェット装置のノズルプレートについて説明をした
が、シリコン基材であれば垂直性の良好な穴の加工が可
能であった。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明のノズルプレート
の製造方法は、高精度でばらつきの少ないノズルを有す
る高品質なノズルプレートを生産性よく低価格で提供す
ることができる。また、本発明のシリコン基板の製造方
法は、シリコン基板に微細な凹部又は貫通孔を高精度に
しかも生産性よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明におけるインクジェット記録装置の斜
視図。
【図２】 本発明におけるノズルプレートの製造工程別
断面図。
【符号の説明】
１ 第一プレート ２ ノズルプレート ３ 供給部 ４ 圧力室 ５ 流路 ６ ノズル穴 １１ ｎ型単結晶シリコン基板 １２ ノズル穴に対応する部分 １３ 窒化シリコン膜 １４ 窒化シリコン膜 １５ エッチングピラミッド １６ インジウム・錫酸化物 １７ ノズル穴

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）ノズルプレート用基板として用いる
    結晶方位（１００）のｎ型シリコン単結晶基板の一方の
    面に、ノズルパターンに対応した耐エッチングマスクを
    形成する工程と、 （ｂ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の他方の面に、この
    ｎ型シリコン単結晶基板とオーミック接続が可能な光透
    過性導電性膜を形成する工程と、 （ｃ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の一方の面をアルカ
    リ性水溶液に接触させて前記ｎ型シリコン単結晶基板の
    異方性エッチングを行い、前記ｎ型シリコン単結晶基板
    の一方の面にノズルパターンに対応した未貫通孔を形成
    する工程と、 （ｄ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の一方の面をふっ酸
    を含む溶液に接触させた状態で、前記ｎ型シリコン単結
    晶基板の他方の面の側から光を照射しながら、前記光透
    過性導電性膜を陽極として電解エッチングを行い、前記
    ｎ型シリコン基板の未貫通孔を更に深い未貫通孔又は貫
    通孔にする工程と、を有することを特徴とするノズルプ
    レートの製造方法。
  2. 【請求項２】（ａ）結晶方位（１００）のｎ型シリコン
    単結晶基板の一方の面に、耐エッチング膜からなるパタ
    ーンマスクを形成する工程と、 （ｂ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の他方の面に、この
    ｎ型シリコン単結晶基板とオーミック接続が可能な光透
    過性導電性膜を形成する工程と、 （ｃ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の一方の面をアルカ
    リ性水溶液に接触させて前記ｎ型シリコン単結晶基板の
    異方性エッチングを行い、前記ｎ型シリコン単結晶基板
    の一方の面に凹部を形成する工程と、 （ｄ）前記ｎ型シリコン単結晶基板の一方の面をふっ酸
    を含む溶液に接触させた状態で、前記ｎ型シリコン単結
    晶基板の他方の面の側から光を照射しながら、前記光透
    過性導電性膜を陽極として電解エッチングを行い、前記
    ｎ型シリコン基板の凹部を更に深い凹部又は貫通孔にす
    る工程と、を有することを特徴とするシリコン基板の加
    工方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003086591A (ja) * 2001-09-12 2003-03-20 Fujikura Ltd 貫通電極の製造方法および貫通電極
US7718254B2 (en) 2004-11-09 2010-05-18 Sharp Kabushiki Kaisha Method of forming pores in crystal substrate, and crystal substrate containing pores formed by the same
EP2439766A1 (en) 2010-10-08 2012-04-11 Wakom Semiconductor Corporation Method of forming micro-pore structures or trench structures on surface of silicon wafer substrate
KR101972665B1 (ko) * 2017-10-31 2019-04-25 인하대학교 산학협력단 전해가공을 이용한 금속 박판 홀 가공방법

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