(57)【特許請求の範囲】
【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、リンのドーピングを行い、高リン濃度層を形成する工程と、
（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、前記高リン濃度層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、
（ｅ）前記耐エッチングマスクを除去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。
【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、リンのドーピングを行い、高リン濃度層を形成を形成する工程と、
（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、前記高リン濃度層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。
【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「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  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、リンのドーピングを行い、高リン濃度層を形成を形成する工程と、
（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、前記高リン濃度層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、
（ｅ）耐エッチングマスクを除去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高リン濃度層を形成したので、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）工程で形成される高リン濃度層は、前記ｎ型シリコン単結晶基板の他方の面に周期律表第５Ｂ属元素のドーピングを行い比抵抗を下げることによって形成される。この高リン濃度層は、（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。
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）の高リン濃度層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）の高リン濃度層を形成する工程を実施することもできる。
【００１４】
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。
【００１５】
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、周期律表第５Ｂ属元素のドーピングを行い、高リン濃度層を形成する工程と、
（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、前記高リン濃度層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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
【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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１３が形成された面の裏側の面にリンをドープして高リン濃度層１６を形成した（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の面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））。
【００２１】
【表１】
0003570210.tif 000002
【００２２】
最後に、窒化シリコン膜１３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。
【００２３】
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、２００μｍ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
【表２】
0003570210.tif 000003
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
【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  高リン濃度層
１７  ノズル穴
【図１】
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【図２】
0003570210.tif 000005