JPH11268282A - 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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JPH11268282A
JPH11268282A JP7102998A JP7102998A JPH11268282A JP H11268282 A JPH11268282 A JP H11268282A JP 7102998 A JP7102998 A JP 7102998A JP 7102998 A JP7102998 A JP 7102998A JP H11268282 A JPH11268282 A JP H11268282A
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JP
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single crystal
silicon single
crystal substrate
forming
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JP7102998A
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Yasushi Karasawa
康史 柄沢
Mitsuaki Atobe
光朗 跡部
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Seiko Epson Corp
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/162—Manufacturing of the nozzle plates

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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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)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型シリコン基板にノズルパターンに
対応した未貫通孔又は貫通孔を形成する工程と、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型シリコン基板にノズルパターンに対応した未貫通孔
又は貫通孔を形成する工程と、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】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、
(c)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。
【0011】請求項1の発明の(c)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。
【0012】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。
【0013】請求項1の(c)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。
【0014】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型シリコン基板にノズルパターンに対応した凹部又は
貫通孔を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【0015】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。
【0016】
【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。
【0017】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。
【0018】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0.6μm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が形成され
た面の裏側の面へインジウム・錫酸化膜(ITO膜)1
6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、2
00μmの深さのノズル穴17を加工した(図2
(d))。
【0019】
【表1】
【0020】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。
【0021】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。得られた試料を比較試
料1とした。
【0022】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。
【0023】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。
【0024】
【表2】
【0025】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。
【0026】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。
【0027】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。
【0028】
【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 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型シリコン基板にノズルパターンに対応した未貫通孔
    又は貫通孔を形成する工程と、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型シリコン基板にノズルパターンに対応した凹部又は
    貫通孔を形成する工程と、を有することを特徴とするシ
    リコン基板の加工方法。
JP7102998A 1998-03-19 1998-03-19 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 Withdrawn JPH11268282A (ja)

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