JP2007059564A - Anode joining device, anode joining method, and manufacturing method for droplet delivery head - Google Patents

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友樹 坂下
Hiroshi Komatsu
洋 小松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable fine joining of boards without executing complicated control while preventing the formation of a void. <P>SOLUTION: An anode joining device includes an anode 2 which is connected electrically to a laminated silicon board 10 to be joined to another board; and cathodes 3A to 3E which are connected electrically to a glass board 20, and apply a voltage to the boards 10, 20 across the cathodes 3A to 3E and the anode 2, in such a voltage distribution that the voltage becomes maximum on given parts of the plane of boards 10, 20, and gets smaller toward the outer periphery of the boards 10, 20. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は例えば基板(ウェハ)を接合する技術に係るものである。特に微細加工の素子(アクチュエータ、加速度センサ、ディスペンサ等)等の作製をする際に、シリコン基板と例えばガラス基板とを接合するための陽極接合装置、方法等に関するものである。   The present invention relates to a technique for bonding substrates (wafers), for example. In particular, the present invention relates to an anodic bonding apparatus and method for bonding a silicon substrate and a glass substrate, for example, when a microfabricated element (actuator, acceleration sensor, dispenser, etc.) is manufactured.

シリコン基板等を微細加工し、素子を形成する場合、厚さ制御が非常に重要となる。例えば基板同士の接合に樹脂等の接着剤を用いると、接着剤が有する厚みの影響も考慮する必要がある。また、その後の加工、使用等においても、薬液等に浸食されることなく、接合状態を保つ必要がある。その点、陽極接合は、接着剤等を用いず、基板同士を原子レベルで接合することができるので、接着剤等の厚みを考慮しなくてもよく、また、非常に強固な接合であるので、微細加工を行う際に都合がよい。   When finely processing a silicon substrate or the like to form an element, thickness control is very important. For example, when an adhesive such as a resin is used for bonding the substrates, it is necessary to consider the influence of the thickness of the adhesive. Further, it is necessary to maintain the joined state without being eroded by the chemical solution or the like in subsequent processing and use. In that respect, anodic bonding does not use an adhesive or the like, and the substrates can be bonded to each other at the atomic level, so it is not necessary to consider the thickness of the adhesive or the like, and is a very strong bonding. This is convenient when performing fine processing.

陽極接合を行う際に、重ね合わせた基板の密着が不均一であると、密着していない部分に気体が排出されずに留まり、ボイド(空隙、気泡溜まり。ここでは本来、接合される部分が接合されていない空隙をいうものとする)が生じる。そのため、接合面においてボイドが発生し、未接合部分が形成されてしまう。ボイドが発生すると、例えば、接合後、接合した基板を研削加工する際に、薄いシリコン基板を破損させてしまう場合がある。また、ウェットエッチングによる加工を接合基板に行う際、本来、エッチャント(エッチング用溶液)を侵入させるべきではない部分に侵入させてしまう場合もある。そこで、ボイドを発生させないようにするための方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平07−183181号公報
When the anodic bonding is performed, if the adhesion of the stacked substrates is not uniform, the gas remains in the non-adhered portion without being discharged, and voids (voids, bubble accumulations. Resulting in voids that are not joined). For this reason, voids are generated on the joint surface, and an unjoined portion is formed. When a void occurs, for example, when the bonded substrate is ground after bonding, the thin silicon substrate may be damaged. In addition, when processing by wet etching is performed on a bonded substrate, an etchant (etching solution) may be allowed to enter a portion that should not originally enter. Thus, a method for preventing the generation of voids has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 07-183181

上述の方法は、同心円状の複数の陰極への電圧印加を制御し、基板の中心部分から外周端部(外側)に向かって順次陽極接合を行うものであるが、各陰極に対し、電力供給の制御をしなければならないため、制御及び装置が複雑になってしまう。またこの方法では、外周端部分からシリコン基板を支えることで湾曲して撓んだ中心部分を密着させて接合し、その後徐々に外周部分に向かって密着させていき、接合する方法を採っている。この方法はシリコン基板及びガラス基板が平坦である場合には有効であるが、例えば表面が加工され、凹凸を有しているガラス基板とシリコン基板とを接合する場合、密着する凸の部分と密着しない凹の部分との間に圧力差を生じ、ボイドが生じてしまうことがある。   The above-described method controls voltage application to a plurality of concentric cathodes and sequentially performs anodic bonding from the central portion of the substrate toward the outer peripheral edge (outside). Therefore, the control and the apparatus become complicated. Further, in this method, the center portion bent and bent by supporting the silicon substrate from the outer peripheral end portion is brought into close contact with each other, and then gradually brought into close contact with the outer peripheral portion to be joined. . This method is effective when the silicon substrate and the glass substrate are flat. However, for example, when a glass substrate having a concavo-convex surface and a silicon substrate are bonded to each other, the protrusion is in close contact with the protruding portion. A pressure difference may be generated between the concave portions and the voids, and voids may occur.

そこで、例えば表面に加工を加えて凹凸等を有している基板を接合する場合でも、ボイドを発生させず、基板同士を良好に接合させることができる陽極接合装置及び陽極接合方法を実現することを目的とする。また、この装置、方法を用い、基板の接合を行った液滴吐出ヘッドの製造方法を実現することを目的とする。   Thus, for example, to realize an anodic bonding apparatus and an anodic bonding method that can bond substrates satisfactorily without generating voids even when bonding substrates having irregularities or the like by processing the surfaces. With the goal. Another object of the present invention is to realize a method for manufacturing a droplet discharge head in which substrates are bonded using this apparatus and method.

本発明に係る陽極接合装置は、接合対象となる積層した複数の基板のうち、一方の外側の基板と電気的に接続する第1の電極と、複数の基板の他方の外側の基板と電気的に接続し、第1の電極との間で印加する電圧により、基板の平面上の所定部位が最大電位となり、基板外周端部に向かって低くなるような電圧分布で基板に電圧を印加する第2の電極とを備える。
本発明によれば、基板の平面上の所定部位が最大電位となり、基板外周端部に向かって低くなるような電圧分布で基板に電圧を印加することにより、その後、基板全体を昇圧、昇温を行って、所定の部位から陽極接合の条件を満たすようにし、それを順次外周端部に広げていくようにすることができるので、接合基板にボイドが発生しない陽極接合装置を得ることができる。配設位置の異なる複数の電極に対し、電圧印加の切り替え等をすることなく電圧分布を形成するようにしたので、複雑な電圧制御を行わなくても、ボイドが発生しないようにすることができる。
An anodic bonding apparatus according to the present invention includes a first electrode that is electrically connected to one outer substrate among a plurality of stacked substrates to be bonded, and an electric connection to the other outer substrate of the plurality of substrates. A voltage applied to the substrate with a voltage distribution such that a predetermined portion on the plane of the substrate has a maximum potential and decreases toward the outer peripheral edge of the substrate due to a voltage applied between the first electrode and the first electrode. 2 electrodes.
According to the present invention, by applying a voltage to the substrate in such a voltage distribution that the predetermined portion on the plane of the substrate has the maximum potential and decreases toward the outer peripheral edge of the substrate, the entire substrate is then boosted and heated. To satisfy the conditions of anodic bonding from a predetermined portion and to spread the anodic bonding sequentially to the outer peripheral edge, so that an anodic bonding apparatus in which no void is generated on the bonded substrate can be obtained. . Since the voltage distribution is formed without switching the voltage application for a plurality of electrodes having different arrangement positions, voids can be prevented from being generated without performing complicated voltage control. .

また、本発明に係る陽極接合装置は、第1の電極と第2の電極との間に印加する電圧を制御する電圧制御手段をさらに備える。
本発明によれば、電圧制御手段をさらに備えることで、昇圧を制御しながら、所定の部位から外周端部に向かって、順次、複数の基板の密着、接合を行うことができる。
The anodic bonding apparatus according to the present invention further includes voltage control means for controlling a voltage applied between the first electrode and the second electrode.
According to the present invention, by further providing the voltage control means, it is possible to sequentially adhere and bond a plurality of substrates from a predetermined part toward the outer peripheral end while controlling the boosting.

また、本発明に係る陽極接合装置は、複数の基板の温度を制御する温度制御手段をさらに備える。
本発明によれば、温度制御手段をさらに備えることで、昇温を制御しながら、所定の部位から外周端部に向かって、順次、複数の基板の密着、接合を行うことができる。
The anodic bonding apparatus according to the present invention further includes a temperature control means for controlling the temperatures of the plurality of substrates.
According to the present invention, by further providing the temperature control means, it is possible to sequentially adhere and bond a plurality of substrates from a predetermined portion toward the outer peripheral end while controlling the temperature rise.

また、本発明に係る陽極接合装置は、第2の電極は、中心の1つを円形状とし、他をリング状とする同心円状に配設され、中心部分から外側に向かって電気抵抗を高くした複数の電極で構成される。
本発明によれば、中心を円形、他をリング状の同心円状に配設し、中心から外側に向かって、電気抵抗を高くし、中心が最大電位となる分布の電圧が基板に印加されるようにしたので、ボイドがない基板を得ることができる。特に、円形状の場合はウェハに合わせた分布を構成することができる。
Further, in the anodic bonding apparatus according to the present invention, the second electrode is arranged in a concentric shape in which one of the centers has a circular shape and the other has a ring shape, and the electrical resistance increases from the central portion toward the outside. It comprises a plurality of electrodes.
According to the present invention, the center is arranged in a circular shape and the other is arranged in a ring-like concentric shape, the electric resistance is increased from the center toward the outside, and a voltage having a distribution in which the center becomes the maximum potential is applied to the substrate. As a result, a substrate without voids can be obtained. In particular, in the case of a circular shape, a distribution matched to the wafer can be configured.

また、本発明に係る陽極接合装置は、複数の電極を、抵抗率の異なる材質の部材で構成する。
本発明によれば、第2の電極となる複数の電極を、抵抗率の異なる材質の部材で構成するようにしたので、簡単に各電極を所定の電気抵抗にすることができる。
In the anodic bonding apparatus according to the present invention, the plurality of electrodes are formed of members made of materials having different resistivity.
According to the present invention, since the plurality of electrodes to be the second electrodes are formed of members made of materials having different resistivity, each electrode can be easily set to a predetermined electric resistance.

また、本発明に係る陽極接合装置は、複数の電極を、抵抗率の異なる膜で部材を被膜して構成する。
本発明によれば、第2の電極となる複数の電極を、抵抗率の異なる膜で部材を被膜して構成するようにしたので、簡単に各電極を所定の電気抵抗にすることができる。
In the anodic bonding apparatus according to the present invention, a plurality of electrodes are formed by coating members with films having different resistivity.
According to the present invention, since the plurality of electrodes to be the second electrodes are configured by coating the members with films having different resistivity, each electrode can be easily set to a predetermined electric resistance.

また、本発明に係る陽極接合装置は、中心を円形状とし、他をリング状とする同心円状に配設された複数の電極で第2の電極を構成し、それぞれ電気抵抗の異なる材質の抵抗部材を各電極間に設ける。
本発明によれば、複数の電極間に設けるようにしても、基板平面内において、中心から外側に向かって、電気抵抗を高くし、中心が最大電位となる分布の電圧が基板に印加できる装置を構成することができる。
In the anodic bonding apparatus according to the present invention, the second electrode is composed of a plurality of concentrically arranged electrodes having a circular shape at the center and a ring shape at the other. A member is provided between each electrode.
According to the present invention, even if it is provided between a plurality of electrodes, in the plane of the substrate, the electric resistance increases from the center toward the outside, and a voltage having a distribution with the center having the maximum potential can be applied to the substrate Can be configured.

また、本発明に係る陽極接合装置は、第1の電極を陽極としてシリコン基板と接続し、第2の電極を陰極として金属を含むガラス基板と接続する。
本発明によれば、シリコン基板と金属を含むガラス基板とを接合する場合に、最も上記の効果を発揮することができる。
In the anodic bonding apparatus according to the present invention, the first electrode is connected to a silicon substrate as an anode, and the second electrode is connected to a glass substrate containing metal as a cathode.
According to the present invention, when the silicon substrate and the glass substrate containing metal are bonded, the above-mentioned effect can be exhibited most.

また、本発明に係る陽極接合方法は、接合対象となる積層した複数の基板を加熱して陽極接合に必要な温度とし、さらに基板平面内において所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなる分布の電圧を基板に印加する工程と、所定のレートで昇圧し、所定部位から基板外周端部に向かって順次陽極接合を行うために必要となる電圧を印加して複数の基板同士を密着させ、接合を行う工程とを有する。
本発明によれば、基板平面内において所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなる分布の電圧を昇圧させていき、所定の部位から順次陽極接合に必要な電圧を印加していき、順次基板外周部に広げていくようにしたので、特に複雑な制御を行わなくても接合基板にボイドがない接合基板を得ることができる。
In the anodic bonding method according to the present invention, a plurality of stacked substrates to be bonded are heated to a temperature necessary for anodic bonding, and a predetermined portion is set to a maximum potential in the substrate plane toward the outer peripheral edge of the substrate. A step of applying a voltage with a lower distribution to the substrate, and boosting at a predetermined rate, applying a voltage necessary for sequentially performing anodic bonding from a predetermined portion toward the outer peripheral edge of the substrate, And a step of bonding.
According to the present invention, a predetermined portion is set to a maximum potential in the substrate plane, and a voltage having a distribution that decreases toward the outer peripheral edge of the substrate is boosted, and voltages necessary for anodic bonding are sequentially applied from the predetermined portion. Since the substrate is sequentially spread to the outer peripheral portion of the substrate, a bonded substrate having no voids in the bonded substrate can be obtained without particularly complicated control.

また、本発明に係る陽極接合方法は、重ね合わせた複数の基板の平面内において、所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなるような分布で、基板に陽極接合に必要な電圧を印加する工程と、複数の基板を所定のレートで昇温し、所定部位から基板外周端部に向かって、順次複数の基板同士を密着させ、接合を行う工程とを有する。
本発明によれば、基板平面内において所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなる分布の電圧を印加した上で、基板を昇温し、所定の部位から順次陽極接合に必要な温度にし、順次基板外周部に広げていくようにしたので、特に複雑な制御を行わなくても接合基板にボイドがない接合基板を得ることができる。
In addition, the anodic bonding method according to the present invention is a voltage required for anodic bonding to the substrate in a distribution in which the predetermined portion is at the maximum potential and decreases toward the outer peripheral edge of the substrate in the plane of the plurality of stacked substrates. And a step of heating the plurality of substrates at a predetermined rate, sequentially bringing the plurality of substrates into close contact from the predetermined portion toward the outer peripheral edge of the substrate, and bonding them.
According to the present invention, after applying a voltage having a predetermined potential at a predetermined potential in the substrate plane and decreasing toward the outer peripheral edge of the substrate, the temperature of the substrate is raised, and anodic bonding is sequentially required from the predetermined location. Since the temperature is gradually extended to the outer periphery of the substrate, it is possible to obtain a bonded substrate free from voids in the bonded substrate without particularly complicated control.

また、本発明に係る陽極接合方法は、少なくとも2枚の基板及び接合を行う治具を損傷しない範囲で所定のレートを決定し、昇温を制御する。
本発明によれば、基板、治具を損傷しないようにしてレートを制御するので、安全に接合を行うことができる。
In the anodic bonding method according to the present invention, a predetermined rate is determined within a range not damaging at least two substrates and a jig for bonding, and temperature rise is controlled.
According to the present invention, since the rate is controlled without damaging the substrate and the jig, the bonding can be performed safely.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上述した陽極接合装置を用いて、金属を含むガラスからなり、形成した凹部の少なくとも底面に固定電極を有する電極基板と、固定電極と距離をおいて対向し、固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有するキャビティ基板とを、凹部を除いて接合する。
本発明によれば、液滴吐出ヘッドの製造において上述した陽極接合装置を用いるので、ボイドが発生せず、歩留まりの高い方法で液滴吐出ヘッドを製造することができる。
In addition, the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes an electrode substrate having a fixed electrode on at least the bottom surface of a concave portion formed using the above-described anodic bonding apparatus, and a distance from the fixed electrode. A cavity substrate having a movable electrode that is opposed to each other and operates by an electrostatic force generated between the fixed electrode and the fixed electrode is joined except for the concave portion.
According to the present invention, since the above-described anodic bonding apparatus is used in manufacturing a droplet discharge head, no void is generated and the droplet discharge head can be manufactured by a method with a high yield.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る陽極接合装置を表す図である。通常、陽極接合装置は対向する一対の電極(陽極及び陰極)を有しており、複数の基板(ウェハ。本実施の形態では例えばシリコン(Si)基板とナトリウム(Na)を含むホウ珪酸系の耐熱硬質のガラス基板の2枚)を位置合わせをして積層し、電極間に配置する。そして、例えば陽極をシリコン基板に、陰極をガラス基板に接触させて電極間(基板間)に直流電圧を印加し、さらに基板を加熱する。電圧印加によりシリコン基板は正に帯電する。また、ガラス基板中のナトリウムはナトリウムイオン(Na+ :正のイオン)となり、基板の加熱により、ガラス基板内を移動することができるようになる。そのため、ナトリウムイオンは陰極側に移動し、陰極との間で電子(負電荷)の供給を受けてナトリウムが析出する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating an anodic bonding apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Usually, an anodic bonding apparatus has a pair of electrodes (anode and cathode) facing each other, and a plurality of substrates (wafers. In this embodiment, for example, a borosilicate-based material including a silicon (Si) substrate and sodium (Na). Two sheets of heat-resistant and hard glass substrate) are aligned and laminated, and placed between the electrodes. Then, for example, the anode is brought into contact with the silicon substrate, the cathode is brought into contact with the glass substrate, a DC voltage is applied between the electrodes (between the substrates), and the substrate is further heated. The silicon substrate is positively charged by voltage application. Further, sodium in the glass substrate becomes sodium ions (Na +: positive ions) and can move in the glass substrate by heating the substrate. Therefore, sodium ions move to the cathode side, and sodium is deposited by receiving supply of electrons (negative charge) to and from the cathode.

一方、ガラス基板中には、不対電子を有する酸素等、負のイオンが残っている。負のイオンがシリコン基板側に移動し、接合界面において電気的二重層ができる。電気的二重層において生ずる電界により、強い静電引力が生じ、シリコン基板とガラス基板とが密着する。さらに、シリコン基板中のシリコンとガラス基板中の酸素とが共有結合し、基板同士が接合する。そのため、原子レベルで結合することで、強固な接合を行うことができる。   On the other hand, negative ions such as oxygen having unpaired electrons remain in the glass substrate. Negative ions move to the silicon substrate side, and an electric double layer is formed at the bonding interface. A strong electrostatic attractive force is generated by the electric field generated in the electric double layer, and the silicon substrate and the glass substrate are brought into close contact with each other. Further, silicon in the silicon substrate and oxygen in the glass substrate are covalently bonded, and the substrates are bonded to each other. Therefore, strong bonding can be performed by bonding at the atomic level.

図1における陽極接合装置はチャンバ1を有している。チャンバ1内には、陽極2、陰極3A〜3E、載置台4及びヒータ5が少なくとも設けられている。そして、接合対象であるシリコン基板10とガラス基板20とを位置を合わせて重ね、チャンバ1内の載置台4に載置する(以下、特にシリコン基板10とガラス基板20とを重ね合わせた基板として両者を区別しない場合は基板30という)。ここで、チャンバ1は、真空チャンバ等、その種類は特に限定しない。ただ、後述するように、例えばガラス基板20表面が加工され、接合面に凹部がある場合、凹部に残った気体との間で気圧差が生じ、ボイドを誘発するおそれがあるため、このような場合は真空チャンバ等を用いないようにする。また、基板30を搬入、搬出する方法についても特に限定しないので、搬入、搬出口の位置、構造等についても特に限定しない。陽極2は、直流電圧電源6からの電力供給を受け、電気的に接続(接触)したシリコン基板10を正に帯電させる。ここでは、載置台4との間で基板30全体を挟み込んで接触させるために陽極2を平行平板形状としているが、例えば、棒、円柱状の陽極をシリコン基板10と部分的に接触させてもよい(それでもシリコン基板10全体が正に帯電する)。   The anodic bonding apparatus in FIG. 1 has a chamber 1. In the chamber 1, an anode 2, cathodes 3A to 3E, a mounting table 4, and a heater 5 are provided. Then, the silicon substrate 10 and the glass substrate 20 to be bonded are aligned and overlapped and placed on the mounting table 4 in the chamber 1 (hereinafter, particularly, the silicon substrate 10 and the glass substrate 20 are superposed as a superposed substrate). If the two are not distinguished, they are referred to as the substrate 30). Here, the type of the chamber 1 is not particularly limited, such as a vacuum chamber. However, as will be described later, for example, when the surface of the glass substrate 20 is processed and there is a recess on the bonding surface, a pressure difference may occur between the gas remaining in the recess and a void may be induced. In such a case, avoid using a vacuum chamber or the like. Moreover, since it does not specifically limit about the method of carrying in and carrying out the board | substrate 30, it does not specifically limit about the position of a carrying-in and a carrying-out port, a structure, etc. The anode 2 is supplied with power from the DC voltage power source 6 and positively charges the silicon substrate 10 that is electrically connected (contacted). Here, the anode 2 has a parallel plate shape so that the entire substrate 30 is sandwiched and brought into contact with the mounting table 4. However, for example, a rod or a cylindrical anode may be partially brought into contact with the silicon substrate 10. Good (still the whole silicon substrate 10 is positively charged).

図2は載置台4(特に陰極3A〜3E部分)を上面から見た図である。載置台4には、陰極3A〜3E及び基板30を加熱するためのヒータ5が設けられている(ヒータ5は内蔵されている)。載置台4には、ガラス基板20の面が陰極3A〜3Eと対向するように基板30が載置される。そして、ガラス基板20と陰極3A〜3Eとが電気的に接触(接続)する。陰極3Aは円形、陰極3B〜3Eは、陰極3Aと中心が同じリング状をなして載置台4に配設されている。陰極3A〜3Eは、それぞれ電気抵抗が異なっており、中心(陰極3A)部分の電気抵抗が小さく、外側の陰極になるほど電気抵抗が大きくなっている。つまり、陰極3A〜3Eの各電気抵抗をRa、Rb、Rc、Rd、Reとすると、Ra<Rb<Rc<Rd<Reの関係を満たしている。各陰極の具体的な抵抗値は、接合する基板、温度、印加電圧の制御の方法によって異なり、それらに合わせた形で任意に決定する。   FIG. 2 is a view of the mounting table 4 (particularly, the cathodes 3A to 3E) as viewed from above. The mounting table 4 is provided with a heater 5 for heating the cathodes 3A to 3E and the substrate 30 (the heater 5 is incorporated). The substrate 30 is placed on the mounting table 4 so that the surface of the glass substrate 20 faces the cathodes 3A to 3E. The glass substrate 20 and the cathodes 3A to 3E are in electrical contact (connection). The cathode 3A is circular and the cathodes 3B to 3E are arranged on the mounting table 4 in the same ring shape as the cathode 3A. The cathodes 3A to 3E have different electric resistances, the electric resistance at the center (cathode 3A) is small, and the electric resistance increases as the cathode becomes the outer side. That is, when the electrical resistances of the cathodes 3A to 3E are Ra, Rb, Rc, Rd, and Re, the relationship of Ra <Rb <Rc <Rd <Re is satisfied. The specific resistance value of each cathode varies depending on the substrate to be joined, the temperature, and the method of controlling the applied voltage, and is arbitrarily determined in accordance with them.

各電気抵抗を異ならせるため、例えば陰極3A〜3Eを抵抗率の異なる材質の部材で構成する。また、抵抗率の異なる膜で、同一又は異なる材質の電極部材の少なくともガラス基板20との接触面を被膜することによっても、各陰極の電気抵抗を調整することができる。また、各陰極を構成する電極部材、膜の断面積、また、円又はリングの径(周の長さ)等を調整して載置台4に配設するようにしても電気抵抗を調整することができる。   In order to make each electric resistance different, for example, the cathodes 3 </ b> A to 3 </ b> E are made of members having different resistivities. Moreover, the electrical resistance of each cathode can be adjusted by coating at least the contact surface of the electrode member of the same or different material with the glass substrate 20 with films having different resistivity. In addition, the electrical resistance can be adjusted even if the electrode member constituting each cathode, the cross-sectional area of the film, and the diameter (circumference length) of the circle or ring are adjusted and disposed on the mounting table 4. Can do.

図3は本実施の形態の陽極接合における回路モデルを表す図である。陰極3A〜3Eの電気抵抗が異なると、接合面と平行な載置台4の面内での電気抵抗の分布が場所によって異なる。ここで、陰極における電気抵抗が大きくなると、電圧降下も大きく、その分、CGl、RGlに係る電圧が低くなる。したがって、ガラス基板20内におけるナトリウムイオン(正電荷)の移動は面内で一様ではなく、中心部分にある電気抵抗の低い陰極3Aにおいてナトリウムイオンの移動が最も大きく、外周端部に向かうほど小さくなる勾配を有する、いわゆる山の形状の分布となる(少なくともこの分布において、傾きが正となる部分(上がっている部分)が存在しないようにする)。イオンの移動は電荷の移動であり、したがって、ガラス基板20の電圧、基板30の接合界面における電界、静電引力も山形状の分布となる。そこで、電極(陽極2と陰極3A〜3E)間に印加する電圧を制御し、陰極3Aの部分が最も電位が高い部分として、最初に密着に必要な静電引力が得られ、陽極接合が行われるようにし、外周端部に向かって順序よく陽極接合が行われるようにする。なお、以下、陰極3A〜3Eを特に区別する必要がない場合は、陰極3ということにする。   FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit model in anodic bonding according to the present embodiment. When the electric resistances of the cathodes 3A to 3E are different, the distribution of the electric resistance in the plane of the mounting table 4 parallel to the bonding surface varies depending on the location. Here, when the electrical resistance at the cathode increases, the voltage drop also increases, and the voltages associated with CGl and RGl decrease accordingly. Accordingly, the movement of sodium ions (positive charge) in the glass substrate 20 is not uniform in the plane, and the movement of sodium ions is the largest in the cathode 3A having a low electrical resistance at the center, and the smaller the movement toward the outer peripheral edge. The distribution is a so-called mountain shape having a gradient of (at least in this distribution, there should be no portion where the gradient is positive (upward portion)). The movement of ions is the movement of electric charges. Therefore, the voltage of the glass substrate 20, the electric field at the bonding interface of the substrate 30, and the electrostatic attraction also have a mountain-shaped distribution. Therefore, the voltage applied between the electrodes (the anode 2 and the cathodes 3A to 3E) is controlled so that the portion of the cathode 3A has the highest potential so that the electrostatic attraction necessary for adhesion is obtained first, and anodic bonding is performed. The anodic bonding is performed in order toward the outer peripheral edge. Hereinafter, the cathodes 3 </ b> A to 3 </ b> E are referred to as the cathode 3 when it is not particularly necessary to distinguish them.

ここで、本実施の形態においては、各陰極間の距離(中心側に位置する陰極の外周端とその外側に位置する陰極の内周端)が5mm以内(電極部材をリング状として使用した場合、内周の電極と外周の電極とで2.5mm+2.5mmとなる為5mm以内となる)となるようにする。これは、陰極の端から2.5〜3.0mm幅分については、陰極の影響により、陰極直上部分(陰極と接触している部分)と同様に接合ができることが実験等で確認できたからである。   Here, in the present embodiment, the distance between the cathodes (the outer peripheral edge of the cathode located on the center side and the inner circumferential edge of the cathode located on the outer side) is within 5 mm (when the electrode member is used as a ring shape) The inner electrode and the outer electrode are 2.5 mm + 2.5 mm, so that they are within 5 mm). This is because it has been confirmed by experiments that about 2.5 to 3.0 mm width from the end of the cathode can be joined in the same manner as the portion immediately above the cathode (the portion in contact with the cathode) due to the influence of the cathode. is there.

ヒータ5は例えば載置台4に内蔵され、載置台4を加熱することで、間接的に基板30を加熱する。直流電圧電源6は、電極間(陽極2と陰極3A〜3Eとの間)に電圧を印加する(電位差を生じさせる)ための電荷供給を行う。電圧制御手段7は、直流電圧電源6を制御して電極間に印加する電圧を制御する。温度制御手段8は、他の電源(図示せず)からの電力供給を制御し、ヒータ5の加熱を制御し、基板30(載置台4)の温度を制御する。また、コンピュータ等の主制御手段9は、電流計(図示せず)、温度センサ(図示せず)に基づいて、電圧制御手段7及び温度制御手段8に指示等の信号を送信して直流電圧電源6及びヒータ5を制御させることで電圧と温度を総合的に制御する。   The heater 5 is incorporated in the mounting table 4, for example, and heats the substrate 30 by heating the mounting table 4. The DC voltage power supply 6 supplies electric charges for applying a voltage (generating a potential difference) between the electrodes (between the anode 2 and the cathodes 3A to 3E). The voltage control means 7 controls the DC voltage power supply 6 to control the voltage applied between the electrodes. The temperature control means 8 controls power supply from another power source (not shown), controls heating of the heater 5, and controls the temperature of the substrate 30 (mounting table 4). Further, the main control means 9 such as a computer transmits a signal such as an instruction to the voltage control means 7 and the temperature control means 8 based on an ammeter (not shown) and a temperature sensor (not shown) to generate a DC voltage. By controlling the power source 6 and the heater 5, the voltage and temperature are comprehensively controlled.

次に、本実施の形態における陽極接合方法について説明する。本実施の形態において直流電圧電源6に行われる電極間に印加する電圧の制御は、主制御手段9の指示に基づいて電圧制御手段7が行うものとする。また、本実施の形態においては、接合中の基板30の温度が350℃となるように、主制御手段9の指示に基づいて温度制御手段8が温度制御を行うものとする。ここで本実施の形態では350℃とするが、ガラス基板20中のナトリウムイオンが移動可能となる温度(以下、イオン可動開始温度という)は約280℃であるので、基板30に影響を与えない範囲で、イオン可動開始温度である280℃よりも高い温度で制御してもよい。熱による各基板の膨張係数は温度によって異なってくるので、温度を一定にすることにより、基板同士の位置ずれ等に関して制御が行いやすくなる。   Next, the anodic bonding method in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the voltage applied to the DC voltage power supply 6 is controlled by the voltage control means 7 based on an instruction from the main control means 9. In the present embodiment, it is assumed that the temperature control means 8 performs temperature control based on an instruction from the main control means 9 so that the temperature of the substrate 30 during bonding becomes 350 ° C. Here, in this embodiment, the temperature is set to 350 ° C., but the temperature at which sodium ions in the glass substrate 20 can move (hereinafter referred to as ion movement start temperature) is about 280 ° C., and thus does not affect the substrate 30. The temperature may be controlled at a temperature higher than 280 ° C., which is the ion movable start temperature. Since the coefficient of expansion of each substrate due to heat varies depending on the temperature, it becomes easy to control the positional deviation between the substrates by keeping the temperature constant.

図4は電極間に印加する電圧と時間との関係を表す図である。まず、重ね合わせた基板30を載置台4に載置する。ここで本実施の形態では、基板30の中心が陰極3Aの直上になるように載置するものとする。温度制御手段8は、基板30の温度が約350℃となるように制御しながらヒータ5を加熱させる。   FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the voltage applied between the electrodes and time. First, the superposed substrate 30 is placed on the placing table 4. Here, in this embodiment, the substrate 30 is placed so that the center of the substrate 30 is directly above the cathode 3A. The temperature control means 8 heats the heater 5 while controlling the temperature of the substrate 30 to be about 350 ° C.

そして、最初の段階(ステップ)において、電圧制御手段7は、陽極2と陰極3との間が、ナトリウムイオンが移動を開始するために必要な電圧(本実施の形態では例えば500Vとする。以下、この電圧を移動可能開始電圧という)となるよう電圧の制御を行う。ここで、本実施の形態においては、移動可能開始電圧までの昇圧を30秒かけて行う。また、線形(リニア)に昇圧できればさらによい。これは、接合による歪みの緩和の為である。   In the first stage (step), the voltage control means 7 sets the voltage necessary for sodium ions to start moving between the anode 2 and the cathode 3 (in this embodiment, for example, 500 V). This voltage is referred to as a movable start voltage). Here, in the present embodiment, boosting to the movable start voltage is performed over 30 seconds. It is even better if the voltage can be boosted linearly. This is due to the relaxation of distortion caused by bonding.

昇圧後、5分間、移動可能開始電圧での印加を維持する。陰極3Aと接触している部分にナトリウムイオンが移動を開始する。このとき、例えば、陽極2と陰極3Aとの間以外の部分は、イオン開始可能電圧に達していない。   The application at the movable start voltage is maintained for 5 minutes after the pressure increase. Sodium ions start moving to the portion in contact with the cathode 3A. At this time, for example, portions other than between the anode 2 and the cathode 3A do not reach the ion startable voltage.

5分間の印加が終了すると、さらに30秒かけてリニアに例えば100V昇圧する。そして、さらにその電圧での印加を5分間維持する。これを陰極3Eの直上部分に位置するガラス基板20において必要実効電圧が印加され、通常と同様の陽極接合による強固な接合が完了するまで繰り返す。必要実効電圧とは、陽極接合を実効たらしめるため、ガラス基板20に印加される電圧をいうものとする。時間、温度等によっても異なるが、通常、約500V〜1000Vである。ここで本実施の形態では必要実効電圧を1000Vとする。   When the application for 5 minutes is completed, the voltage is increased linearly, for example, by 100 V over 30 seconds. Further, the application at that voltage is maintained for 5 minutes. This is repeated until the necessary effective voltage is applied to the glass substrate 20 located immediately above the cathode 3E, and the strong bonding by anodic bonding as usual is completed. The required effective voltage refers to a voltage applied to the glass substrate 20 in order to make anodic bonding effective. Although it varies depending on time, temperature, etc., it is usually about 500V to 1000V. Here, in this embodiment, the required effective voltage is 1000V.

昇圧が繰り返されることにより、基板30の中心(陰極3A)側から外(陰極3E)側に向けて、ナトリウムイオンの移動、陽極接合を行うことができるレベルの負電荷が供給される部分が徐々に広がっていく。中心部分から順に外周端部に向かってシリコン基板10とガラス基板20とを密着させて接合することにより、常に外周端部に向けて気体の逃げ道を設けておき、ボイドの発生を防ぐ。そのため、必ず中心部分から順序よく接合される必要があり、中心側から外周端部側をみたときの、載置台4の平面における電荷の分布の傾きが正に部分(上がっている部分)が存在しないようにすることが本実施の形態においては特に重要となる。   By repeating the pressure increase, a portion to which a negative charge of a level at which sodium ions can be moved and anodic bonded can be supplied from the center (cathode 3A) side to the outside (cathode 3E) side of the substrate 30 gradually. To spread. The silicon substrate 10 and the glass substrate 20 are brought into close contact with each other toward the outer peripheral end portion in order from the center portion, so that a gas escape path is always provided toward the outer peripheral end portion to prevent generation of voids. Therefore, it is necessary to always join in order from the central portion, and there is no positive portion (upward portion) of the charge distribution slope on the plane of the mounting table 4 when the outer peripheral end portion side is viewed from the central side. This is particularly important in the present embodiment.

以上のように実施の形態1によれば、陰極3A〜3Eを設け、各陰極の電気抵抗をRa<Rb<Rc<Rd<Reとすることによって、載置台4の面(接合面)におけるガラス基板20に印加される電圧の面内分布を、陰極3Aの部分の電位を最も高くし、外周端部に向かって順次低くなるようにすることで、静電引力等に関しても同様の分布となり、電極間の電圧を徐々に上げていくことにより、陰極3Aの部分から順次陽極接合可能な電圧にして、基板同士の密着、接合を行う。このようにあらかじめ分布が異なるような構成の装置としておくことで、陰極3A〜3Eによる電圧印加を個別に制御しなくても、ガラス基板20の所定の部位(陰極3Aと接する部分)から順次外周端部に向かって密着させ、気体が基板間に挟まれることなく、外周端部側に押し出して、接合を行うことができるので、ボイドが生じない陽極接合を行うことができる。特に、陽極2とシリコン基板10、陰極3A〜3Eとナトリウム(金属)を含むガラス基板20とを電気的に接触させて、陽極接合を行う場合に効果を発揮する。本実施の形態では、特に、電極間の電圧を順次昇圧させて、陰極3Aと接する部分において最初に密着、接合が行われるようにし、外周端部に向かって広がっていくようにしたので、温度に関し、陽極接合が可能な温度内で一定の状態で接合を行っていくことができる(接合に際し、温度を上下させなくてすむ)。   As described above, according to the first embodiment, the cathodes 3A to 3E are provided, and the electric resistance of each cathode is set to Ra <Rb <Rc <Rd <Re, whereby the glass on the surface (bonding surface) of the mounting table 4 is obtained. By making the in-plane distribution of the voltage applied to the substrate 20 the highest in the potential of the cathode 3A portion and sequentially lowering toward the outer peripheral end, the same distribution is obtained with respect to electrostatic attraction, etc. By gradually increasing the voltage between the electrodes, the substrates can be brought into close contact with and bonded to each other at a voltage capable of anodic bonding sequentially from the cathode 3A. By setting the apparatus in such a manner that the distribution is different in advance, it is possible to sequentially surround the outer periphery from a predetermined portion (part in contact with the cathode 3A) of the glass substrate 20 without individually controlling the voltage application by the cathodes 3A to 3E. Since the gas can be brought into close contact with the end portion and pushed out toward the outer peripheral end portion without being sandwiched between the substrates, bonding can be performed, so that anodic bonding can be performed without generating voids. In particular, the present invention is effective when anodic bonding is performed by electrically contacting the anode 2, the silicon substrate 10, the cathodes 3A to 3E, and the glass substrate 20 containing sodium (metal). In the present embodiment, in particular, the voltage between the electrodes is sequentially increased so that the contact and bonding are first performed at the portion in contact with the cathode 3A and spread toward the outer peripheral end portion. In this regard, it is possible to perform bonding in a constant state within a temperature at which anodic bonding is possible (the temperature does not need to be raised or lowered during bonding).

また、陰極3A〜3Eを構成する材質をそれぞれ異ならせて電気抵抗を異ならせるようにしたので、簡単に電気抵抗が変化した複数の陰極を構成することができる。同様に、電気抵抗の異なる膜で被膜を行って陰極3A〜3Eを構成することによっても、簡単に電気抵抗が変化した複数の陰極を構成することができる。本実施の形態では、中心にある陰極3Aを円形とし、陰極3B〜3Eをリング状として、同心円状で配設するようにしたので、陰極3Aを中心として、電圧の分布を対称にすることができる。また、ウェハ(基板)の形と適合するため特に都合がよい。   In addition, since the materials constituting the cathodes 3 </ b> A to 3 </ b> E are made different from each other to make the electric resistances different, it is possible to easily form a plurality of cathodes whose electric resistances are changed. Similarly, a plurality of cathodes having different electric resistances can be easily formed by forming the cathodes 3A to 3E by coating with films having different electric resistances. In the present embodiment, the cathode 3A at the center is circular, the cathodes 3B to 3E are ring-shaped, and are arranged concentrically, so that the voltage distribution can be made symmetrical about the cathode 3A. it can. Further, it is particularly convenient because it conforms to the shape of the wafer (substrate).

実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2に係る基板30の温度と時間との関係を表す図である。実施の形態1では基板30の温度を変化させずに印加する電圧を変化させた。陽極接合が有効に行われるためには、所定の電圧と温度が必要となり、ガラス基板20内のイオンの移動を活発にするためには、電圧を高くする(電極における電荷を多くする)ことの他にガラス基板20の温度を高めることが考えられる。そこで、本実施の形態では、印加する電圧を変化させずに温度を変化させた上で、中心(陰極3A)側から外周端部に向かって徐々に陽極接合が行われるようにする。装置については、上述の実施の形態1と同様のものを用いるので説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the temperature and time of the substrate 30 according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the applied voltage is changed without changing the temperature of the substrate 30. In order to perform anodic bonding effectively, a predetermined voltage and temperature are required, and in order to activate the movement of ions in the glass substrate 20, the voltage must be increased (the charge on the electrode is increased). In addition, it is conceivable to increase the temperature of the glass substrate 20. Therefore, in this embodiment, after changing the temperature without changing the applied voltage, anodic bonding is gradually performed from the center (cathode 3A) side toward the outer peripheral end. The apparatus is the same as that of the above-described first embodiment, and a description thereof will be omitted.

本実施の形態において、電圧制御手段7は、ガラス基板20に印加する電圧が(必要実効電圧である)1000Vとなるように制御する。また、本実施の形態では基板30の温度を変化させるが、温度制御は電圧制御手段7が行うものとする。そして、最初の段階における基板30の温度は、前述したイオン可動開始温度である280℃とする。   In the present embodiment, the voltage control means 7 controls the voltage applied to the glass substrate 20 to be 1000 V (which is a necessary effective voltage). In the present embodiment, the temperature of the substrate 30 is changed, but the temperature control is performed by the voltage control means 7. And the temperature of the board | substrate 30 in the first step shall be 280 degreeC which is ion movement start temperature mentioned above.

イオン可動開始温度で5分間維持した後、20℃昇温し、さらに5分間維持する。これを360℃になるまで繰り返す。本実施の形態では360℃としているが、これに限定するものではない。最終的には、基板30の温度が350℃及び電極間の印加電圧が800Vの環境下で行われる陽極接合と同程度の強固な接合を行うことができる温度であればよい(通常の陽極接合は、180℃〜500℃、200V〜1000Vの範囲内で行われる)。ただし、基板30の熱膨張による損傷や残留応力を考慮して450℃を越えないようにするのが望ましい。   After maintaining at the ion movable start temperature for 5 minutes, the temperature is raised to 20 ° C. and maintained for another 5 minutes. This is repeated until 360 ° C is reached. Although the temperature is set to 360 ° C. in the present embodiment, it is not limited to this. Eventually, the temperature may be a temperature at which the substrate 30 has a temperature of 350 ° C. and the applied voltage between the electrodes is 800 V, and can be as strong as the anodic bonding performed in an environment (normal anodic bonding). Is performed within the range of 180 ° C to 500 ° C and 200V to 1000V). However, it is desirable not to exceed 450 ° C. in consideration of damage due to thermal expansion of the substrate 30 and residual stress.

また、本実施の形態では、20℃昇温させる工程をそれぞれ行う際、5℃/分(min )となるようなレートで昇温させる。つまり、4分かけて20℃昇温する。これは、加熱によって、シリコン基板10又はガラス基板20、載置台4、陰極3A〜3E等に歪みが発生するのを抑制するためである。ここでは5℃/分(min )としているが、歪み発生を抑制するという目的の範囲内においては、このレートに限定するものではない。   In the present embodiment, the temperature is raised at a rate of 5 ° C./min (min) when each step of raising the temperature by 20 ° C. is performed. That is, the temperature is raised by 20 ° C. over 4 minutes. This is for suppressing the generation of distortion in the silicon substrate 10 or the glass substrate 20, the mounting table 4, the cathodes 3A to 3E, and the like due to heating. Here, the rate is 5 ° C./min (min), but the rate is not limited to this rate within the range of the purpose of suppressing the occurrence of distortion.

以上のように実施の形態2によれば、上述の実施の形態1と同様に陰極3A〜3Eを設け、陰極3A部分が最も高い電位となり、外周端部に向かって順次低くなるような分布でガラス基板20に電圧が印加されるようにしておき、基板30の温度を順次上げていくことで、陰極3A部分が最も早く密着、接合が行われるようにし、密着、接合が外周端部に向けて順次行われるようにすることで、陰極3A〜3Eによる電圧印加を個別に制御することなく、ボイドが発生しない陽極接合をおこなうことができる。   As described above, according to the second embodiment, the cathodes 3A to 3E are provided in the same manner as in the first embodiment described above, and the cathode 3A portion has the highest potential and gradually decreases toward the outer peripheral end. A voltage is applied to the glass substrate 20 and the temperature of the substrate 30 is sequentially increased so that the cathode 3A portion is brought into close contact and bonding earliest, and the close contact and bonding are directed toward the outer peripheral edge. Thus, anodic bonding that does not generate voids can be performed without individually controlling the voltage application by the cathodes 3A to 3E.

実施の形態3.
上述の実施の形態では、陰極3A〜3Eは電気抵抗の異なるものを用いた。しかしながら、載置台4の平面における電荷の分布を異ならせてボイドの発生を防ぐという目的から考えると、限定されるものではない。例えば、陰極の電気抵抗を同じにしても、例えば、各陰極間を仕切る材料の電気抵抗を異ならせる(実施の形態1では絶縁体としている)ことによって、電荷の分布を調整することができる。
Embodiment 3 FIG.
In the above-described embodiment, cathodes 3A to 3E having different electric resistances are used. However, it is not limited in view of the purpose of preventing the generation of voids by differentiating the charge distribution on the plane of the mounting table 4. For example, even if the electric resistances of the cathodes are the same, the electric charge distribution can be adjusted, for example, by making the electric resistances of the materials partitioning the cathodes different (in the first embodiment, an insulator).

実施の形態4.
上述の実施の形態では、シリコン基板10とガラス基板20とを中心部分から外側に向けて陽極接合していくものとして説明した。ここで、本発明は、接合に際し、ボイドを発生させないようにすることを目的としているため、必ずしも中心部分から外側に向けて強固な陽極接合を行っていく必要はない。例えば、中心部分から外側に向けて適度な静電引力を発生させてシリコン基板10とガラス基板20とを密着させて、いわゆる仮留め(仮接合)状態にしておき、例えば、最終段階において、ガラス基板20全体で必要実効電圧が印加され、従来の陽極接合を350℃で、かつ800Vの環境下で行った場合と同等の接合が全面に行うことができればよい。さらに、上述の実施の形態では、陰極3A〜3Eとして5つ用いたが、陰極の数をこれに限定するものではない。
Embodiment 4 FIG.
In the above-described embodiment, the silicon substrate 10 and the glass substrate 20 have been described as being anodic bonded from the central portion toward the outside. Here, the present invention aims to prevent the generation of voids during bonding, and therefore it is not always necessary to perform strong anodic bonding from the central portion toward the outside. For example, an appropriate electrostatic attractive force is generated from the central portion toward the outside to bring the silicon substrate 10 and the glass substrate 20 into close contact with each other, so that a temporary fixing (temporary bonding) state is established. The necessary effective voltage is applied to the entire substrate 20, and it is only necessary that the same anodic bonding can be performed on the entire surface at 350 ° C. and in an environment of 800V. Furthermore, although five cathodes 3A to 3E are used in the above-described embodiment, the number of cathodes is not limited to this.

上述の実施の形態1では、100Vを30秒で昇圧して5分間維持させる段階(ステップ)的に陽極接合を行うための圧力制御を行った。また、実施の形態2では、20℃を4分で昇温して5分間維持させる温度制御を行った。しかしながら、本発明は、特にこの圧力制御、温度制御に限定するものではない。上述したように、従来の陽極接合を350℃で、かつ800Vの環境下で行った場合の接合と同程度強固な接合を行うことができ、かつ、基板300、装置に影響を与えないレートであれば、ステップ数、時間等は任意に設定することができる。   In the first embodiment described above, pressure control for performing anodic bonding is performed in a step (step) in which 100 V is boosted in 30 seconds and maintained for 5 minutes. In the second embodiment, temperature control is performed in which the temperature is raised to 20 ° C. over 4 minutes and maintained for 5 minutes. However, the present invention is not particularly limited to this pressure control and temperature control. As described above, the conventional anodic bonding can be performed at a rate that does not affect the substrate 300 and the apparatus, and can perform bonding as strong as bonding performed in an environment of 350 ° C. and 800 V. If so, the number of steps, time, etc. can be set arbitrarily.

実施の形態5.
上述の実施の形態では、重ね合わせた基板30の中心が陰極3Aの直上にくることを想定して説明したが、接合の順序を保つことができ、ボイドの発生を防ぐことができれば、必ずしも基板の中心と電荷(ガラス基板20に印加される電圧)の分布の頂点部分とが同じでなくてもよい。また、陰極の形状についても、ボイドの発生を防ぐことができるのであれば、円形やリング状に限定するものではない。例えば、矩形等にすることもできる。また、各陰極のガラス基板20の接触する部分の幅を同幅としたが、これに限定するものではない。
Embodiment 5. FIG.
In the above-described embodiment, it has been described on the assumption that the center of the superimposed substrate 30 comes directly above the cathode 3A. However, if the order of bonding can be maintained and generation of voids can be prevented, the substrate is not necessarily provided. And the apex portion of the distribution of electric charges (voltage applied to the glass substrate 20) may not be the same. Also, the shape of the cathode is not limited to a circle or a ring as long as the generation of voids can be prevented. For example, it can be a rectangle or the like. Moreover, although the width | variety of the part which the glass substrate 20 of each cathode contacts was made into the same width, it is not limited to this.

実施の形態6.
図6は本発明の第6の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。シリコン基板を加工して作製されるキャビティ基板40とガラス基板からなる電極基板50とは、陽極接合を行うことができる。ここで、陽極接合の際にボイドが発生すると、その後、液滴吐出ヘッド等、静電アクチュエータ等の製造工程における様々な加工において、薬液浸入、基板の破損等、様々な弊害が生じる。また、陽極接合の際にも、気泡により基板浮きが生じ、以下に説明するように、電極基板50に形成する電極51等とシリコン基板との間で放電し、電極の変質、異物化、また、電極51にシリコン(振動板41)が吸着される等の弊害が生じる。そこで、本実施の形態では、キャビティ基板40と電極基板50とを上述の実施の形態で説明した陽極接合装置及び方法によって接合を行い、陽極接合時のボイドの発生を防ぐ。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 6 is an exploded view of a droplet discharge head according to the sixth embodiment of the present invention. The cavity substrate 40 manufactured by processing a silicon substrate and the electrode substrate 50 made of a glass substrate can be subjected to anodic bonding. Here, when a void is generated during anodic bonding, various adverse effects such as chemical solution intrusion and substrate breakage occur in various processes in the manufacturing process of a droplet discharge head or the like, or an electrostatic actuator. Also, during anodic bonding, the substrate floats due to air bubbles, and as described below, discharge occurs between the electrode 51 and the like formed on the electrode substrate 50 and the silicon substrate, and the electrode is altered, made foreign, In addition, adverse effects such as adsorption of silicon (vibration plate 41) to the electrode 51 occur. Therefore, in the present embodiment, the cavity substrate 40 and the electrode substrate 50 are bonded by the anodic bonding apparatus and method described in the above-described embodiments to prevent generation of voids during anodic bonding.

図6において、シリコン基板を加工して作製されるキャビティ基板40は、例えば厚さ約50μmの表面が(110)面方位のシリコン単結晶基板(以下、単にシリコン基板という)を主たる材料として構成されている。このシリコン基板に異方性ウェットエッチング(以下、ウェットエッチングという)等を行い、液滴吐出ヘッドの各部材となる、底壁が振動板41となり一時的に液体をためる吐出室42、各ノズル共通に吐出する液体をためておくためのリザーバ43となる凹部を形成する。また、キャビティ基板40には、電極基板50上の電極51と反対の電荷をシリコン基板(振動板41)に供給するための電極端子46を有している。   In FIG. 6, a cavity substrate 40 manufactured by processing a silicon substrate is configured by using, for example, a silicon single crystal substrate (hereinafter, simply referred to as a silicon substrate) whose surface is approximately (110) plane with a thickness of about 50 μm as a main material. ing. This silicon substrate is subjected to anisotropic wet etching (hereinafter referred to as wet etching) and the like, and is used for each member of the droplet discharge head. A recess serving as a reservoir 43 for storing the liquid to be discharged is formed. The cavity substrate 40 has an electrode terminal 46 for supplying a charge opposite to that of the electrode 51 on the electrode substrate 50 to the silicon substrate (vibrating plate 41).

また、キャビティ基板40の下面(電極基板50と対向する面)には、絶縁膜となるTEOS膜(ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン(珪酸エチル)を用いてできるSiO2 膜をいう)44をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:TEOS−CVDともいう)法を用いて、0.1μm成膜している。プラズマCVDでTEOS膜44を成膜することにより、比較的低温工程で、緻密な膜を成膜でき、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁膜破壊及び短絡を防止することができる。さらに、キャビティ基板40の上面(ノズルプレート3と対向する面)には、液体保護膜45となるSiO2 膜(TEOS膜を含む)を、プラズマCVD法又はスパッタリング法により成膜している。これはインク等の液体によって流路が腐食するのを防ぐためである。   On the lower surface of the cavity substrate 40 (the surface opposite to the electrode substrate 50), a TEOS film (herein, Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane: an SiO2 film formed using tetraethoxysilane (ethyl silicate)) 44 is formed. Is formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition: TEOS-CVD) method. By forming the TEOS film 44 by plasma CVD, a dense film can be formed at a relatively low temperature process, and breakdown of the insulating film and short circuit when the droplet discharge head is driven can be prevented. Further, a SiO 2 film (including a TEOS film) to be the liquid protective film 45 is formed on the upper surface of the cavity substrate 40 (the surface facing the nozzle plate 3) by a plasma CVD method or a sputtering method. This is to prevent the channel from being corroded by a liquid such as ink.

電極基板50は、厚さ約1mmであり、図6で見るとキャビティ基板40の下面に接合される基板である。本実施の形態では、上述した装置、方法で陽極接合を行うため、電極基板50として、ホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス基板を用いる。ここで、電極基板50には、キャビティ基板40に形成される各吐出室42に合わせ、エッチングにより深さ約0.2μmの凹部52が設けられる。そして、凹部52の内側に、個別の電極51、リード部53及び端子部54(以下、特に区別する必要がない場合はこれらを合わせて電極51として説明する)を設ける。本実施の形態では、電極51の材料として酸化錫を不純物としてドープした透明のITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)を用い、例えばスパッタ法を用いて0.1μmの厚さで凹部52内側に形成するものとする。その際、陽極接合において、キャビティ基板40(シリコン基板)と電極51とを等電位にするため、これらを電気的に接続する接点(以下、等電位接点という)の等電位接点パターン56も電極51と同時に成膜する。また、電極基板50には、他にも、リザーバ43と連通して外部タンク(図示せず)からリザーバ43への流路となるインク供給口55を設ける。   The electrode substrate 50 has a thickness of about 1 mm, and is a substrate bonded to the lower surface of the cavity substrate 40 when viewed in FIG. In the present embodiment, a borosilicate heat-resistant hard glass substrate is used as the electrode substrate 50 in order to perform anodic bonding with the above-described apparatus and method. Here, the electrode substrate 50 is provided with a recess 52 having a depth of about 0.2 μm by etching in accordance with each discharge chamber 42 formed in the cavity substrate 40. Then, an individual electrode 51, a lead portion 53, and a terminal portion 54 (hereinafter referred to as the electrode 51 together when there is no need to distinguish between them) are provided inside the recess 52. In the present embodiment, transparent ITO (Indium Tin Oxide) doped with tin oxide as an impurity is used as the material of the electrode 51, and the inside of the recess 52 has a thickness of 0.1 μm, for example, by sputtering. Shall be formed. At that time, in anodic bonding, the cavity substrate 40 (silicon substrate) and the electrode 51 are made equipotential. Therefore, the equipotential contact pattern 56 of the contacts (hereinafter referred to as equipotential contacts) that electrically connect them is also the electrode 51. At the same time, a film is formed. In addition, the electrode substrate 50 is provided with an ink supply port 55 that communicates with the reservoir 43 and serves as a flow path from an external tank (not shown) to the reservoir 43.

ノズルプレート60は、例えば厚さ約180μmのシリコン基板で構成され、電極基板50とは反対の面(図1の場合には上面)で、キャビティ基板40と接合されている。この接合は、シリコン同士の接合であるため、陽極接合ではなく、例えば接着剤による接合を用いる。図1から見てノズルプレート60の上面には、ノズル孔61を形成し、吐出室42により加圧されたインク等の液体を液滴として吐出する。さらに下面にはオリフィス62を形成し、吐出室42とリザーバ43とを連通させる。ここではノズル孔61を有するノズルプレート60を上面とし、電極基板50を下面として説明するが、実際には、ノズルプレート60の方が電極基板50よりも下面となって用いられることが多い。また、ノズルプレート60には、振動板41が撓むことでリザーバ43方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム63が設けられている。   The nozzle plate 60 is made of, for example, a silicon substrate having a thickness of about 180 μm, and is joined to the cavity substrate 40 on the surface opposite to the electrode substrate 50 (upper surface in the case of FIG. 1). Since this bonding is bonding between silicon, bonding using an adhesive, for example, is used instead of anodic bonding. 1, nozzle holes 61 are formed on the upper surface of the nozzle plate 60, and liquid such as ink pressurized by the discharge chamber 42 is discharged as droplets. Further, an orifice 62 is formed on the lower surface, and the discharge chamber 42 and the reservoir 43 are communicated. Here, the nozzle plate 60 having the nozzle holes 61 is described as the upper surface, and the electrode substrate 50 is described as the lower surface. However, in practice, the nozzle plate 60 is often used as the lower surface than the electrode substrate 50. Further, the nozzle plate 60 is provided with a diaphragm 63 for buffering the pressure applied in the direction of the reservoir 43 when the vibration plate 41 is bent.

図7は液滴吐出ヘッドの断面図である。図7(b)は等電位接点パターン56の部分を拡大した図である。図7において、吐出室42はノズル孔61から吐出させる液体を溜めておく。吐出室42の底壁である振動板41を撓ませることにより、吐出室42内の圧力を高め、ノズル孔61から液滴を吐出させる。ここで、本実施の形態では、可動電極として用いることができ、かつエッチングレートが極端に低く、エッチング工程の際に高い厚さ精度で加工ができる高濃度のボロンドープ層をシリコン基板に形成し、ボロンドープ層により振動板41を構成するものとする。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the droplet discharge head. FIG. 7B is an enlarged view of the equipotential contact pattern 56. In FIG. 7, the discharge chamber 42 stores liquid to be discharged from the nozzle hole 61. By deflecting the vibration plate 41 which is the bottom wall of the discharge chamber 42, the pressure in the discharge chamber 42 is increased, and droplets are discharged from the nozzle holes 61. Here, in the present embodiment, a high-concentration boron-doped layer that can be used as a movable electrode, has an extremely low etching rate, and can be processed with high thickness accuracy during an etching process, is formed on a silicon substrate. The diaphragm 41 is composed of a boron-doped layer.

発振回路80は、ワイヤ、FPC(Flexible Print Circuit)等(FPCという)81を介して電気的に端子部54、電極端子46と接続され、電極51、キャビティ基板40(振動板41)に電荷(電力)の供給及び停止を制御する。発振回路80は例えば電極51にパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路80が発振駆動することで、電極51に電荷を供給して正に帯電させ、振動板41を相対的に負に帯電させると、静電気力により電極51に引き寄せられて撓む。これにより吐出室42の容積は広がる。そして電荷供給を止めると振動板41は元に戻るが、そのときの吐出室42の容積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴82が吐出する。この液滴82が例えば記録対象となる記録紙83に着弾することによって印刷等の記録が行われる。封止材71は、異物、水分(水蒸気)等がギャップに浸入しないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために設ける。通常、液滴吐出ヘッドはウェハ単位で作られ、最終的に各液滴吐出ヘッド(ヘッドチップ)に切り離される。   The oscillation circuit 80 is electrically connected to the terminal portion 54 and the electrode terminal 46 through a wire, FPC (Flexible Print Circuit) or the like (referred to as FPC) 81, and the electrode 51 and the cavity substrate 40 (vibration plate 41) are charged ( (Power) supply and stop. The oscillation circuit 80 supplies a charge by applying a pulse potential to the electrode 51, for example. When the oscillation circuit 80 is driven to oscillate, when an electric charge is supplied to the electrode 51 to be positively charged and the vibration plate 41 is relatively negatively charged, the electrode 51 is attracted to the electrode 51 by an electrostatic force to bend. Thereby, the volume of the discharge chamber 42 is expanded. When the charge supply is stopped, the vibration plate 41 returns to the original state, but the volume of the discharge chamber 42 at that time also returns to the original state, and the differential droplet 82 is discharged by the pressure. For example, printing such as printing is performed when the droplet 82 lands on a recording sheet 83 to be recorded. The sealing material 71 is provided to block the gap from the outside air and seal it so that foreign matter, moisture (water vapor) or the like does not enter the gap. Usually, the droplet discharge heads are made in units of wafers, and finally separated into each droplet discharge head (head chip).

図8は第6の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図8に基づいて液滴吐出ヘッド製造工程について説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドを製造に係る加工を行うが、図8ではその一部分だけを示しているものとする。   FIG. 8 is a diagram illustrating a manufacturing process of the droplet discharge head according to the sixth embodiment. A manufacturing process of the droplet discharge head will be described with reference to FIG. In practice, a plurality of droplet discharge heads from a silicon wafer are processed for manufacturing, but only a part of them is shown in FIG.

(a)約1mmのガラス基板の一方の面に対し、電極51の形状パターンに合わせて0.2μmの深さの凹部52を形成する。等電位接点の等電位接点パターン56が形成される部分については、エッチングを行わずに残しておく。凹部52の形成後、例えばスパッタリング法を用いて、0.1μmの厚さの電極51及び等電位接点パターン56を同時に形成する。最後にインク供給口55をサンドブラスト法または切削加工により形成する。これにより電極基板50が作製される。   (A) A recess 52 having a depth of 0.2 μm is formed on one surface of a glass substrate of about 1 mm in accordance with the shape pattern of the electrode 51. The portion where the equipotential contact pattern 56 of the equipotential contact is formed is left without being etched. After the formation of the recess 52, the electrode 51 and the equipotential contact pattern 56 having a thickness of 0.1 μm are simultaneously formed by using, for example, a sputtering method. Finally, the ink supply port 55 is formed by a sandblasting method or a cutting process. Thereby, the electrode substrate 50 is produced.

(b)一方、表面が(110)面方位の酸素濃度の低いシリコン基板90の片面(電極基板50との接合面側となる)を鏡面研磨し、220μmの厚みの基板を作製する。そして、その面側にボロンを拡散させてボロンドープ層91を形成する。ボロンドープ層91を形成した面に、プラズマCVD法により、TEOS膜44を0.1μm成膜する。また、等電位接点パターン56をシリコン基板90に接触させるため、TEOS膜44の一部に窓を形成する。   (B) On the other hand, one surface of the silicon substrate 90 having a (110) plane orientation and low oxygen concentration (becomes the bonding surface side with the electrode substrate 50) is mirror-polished to produce a substrate having a thickness of 220 μm. Then, boron is diffused on the surface side to form a boron doped layer 91. A TEOS film 44 having a thickness of 0.1 μm is formed on the surface on which the boron doped layer 91 is formed by plasma CVD. Further, a window is formed in a part of the TEOS film 44 in order to bring the equipotential contact pattern 56 into contact with the silicon substrate 90.

図9はシリコン基板90と電極基板50との関係を表す図である。
(c)図9に示すように、シリコン基板90のTEOS膜44を成膜した側と電極基板50の電極51を形成した側とが対向するように、位置を合わせ、重ねた基板を陽極接合装置の載置台4に載置する。陽極接合装置の陽極2とシリコン基板90とを接触させ、さらに電極基板50と陰極3A〜3Eとを接触させる。上述の実施の形態で説明したような手順で、陽極2と陰極3との間に電圧を印加し、また加熱を行うことで、ボイドを発生させずに陽極接合を行う。昇温レートを早くしすぎるとダメージを加えてしまうの注意する必要がある。陽極接合時に、シリコン基板90と電極基板50の界面において、ガラスが電気化学的に分解され酸素が気体となって発生する場合がある。また加熱によって表面に吸着していたガス(気体)が発生する場合もある。この場合、凹部52を密閉しないように外部とを連通する大気開放穴を設けておけば、凹部52内での気体の加圧を防ぐことができる。
FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the silicon substrate 90 and the electrode substrate 50.
(C) As shown in FIG. 9, the positions of the silicon substrate 90 and the overlapped substrate are anodically bonded so that the side on which the TEOS film 44 is formed faces the side on which the electrode 51 of the electrode substrate 50 is formed. It mounts on the mounting base 4 of an apparatus. The anode 2 of the anodic bonding apparatus and the silicon substrate 90 are brought into contact with each other, and the electrode substrate 50 and the cathodes 3A to 3E are brought into contact with each other. By applying a voltage between the anode 2 and the cathode 3 and performing heating in the procedure described in the above embodiment, anodic bonding is performed without generating voids. It should be noted that if the heating rate is too fast, damage will be added. At the time of anodic bonding, glass may be decomposed electrochemically and oxygen may be generated as a gas at the interface between the silicon substrate 90 and the electrode substrate 50. In addition, gas (gas) adsorbed on the surface may be generated by heating. In this case, pressurization of gas in the recess 52 can be prevented by providing an air opening hole communicating with the outside so as not to seal the recess 52.

(d)陽極接合後の接合済み基板について、シリコン基板90に対し、研削加工等を行い、シリコン基板90の厚みを約50μmにする。   (D) About the bonded substrate after anodic bonding, the silicon substrate 90 is subjected to grinding or the like, so that the thickness of the silicon substrate 90 is about 50 μm.

(e)次に、ウェットエッチングを行った面に対し、TEOSによるエッチングマスク(以下、TEOSエッチングマスクという)92をプラズマCVD法により成膜する。その後、吐出室42、リザーバ43となる部分のTEOSエッチングマスク92をエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、TEOSエッチングマスク92をパターニングし、レジストを剥離する。ここで、場合によっては、吐出室42、リザーバ43となる部分の深さを異ならせるため、対応するTEOSエッチングマスク92のエッチング深さを異ならせることもある。   (E) Next, a TEOS etching mask (hereinafter referred to as a TEOS etching mask) 92 is formed on the wet etched surface by plasma CVD. Thereafter, resist patterning is performed in order to etch the TEOS etching mask 92 in the portion that becomes the discharge chamber 42 and the reservoir 43. Then, the TEOS etching mask 92 is patterned and the resist is removed. Here, depending on the case, the depths of the portions to be the discharge chambers 42 and the reservoirs 43 are made different, so that the etching depth of the corresponding TEOS etching mask 92 may be made different.

(f)次に、接合済み基板を35wt%及び3wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室42となる部分の厚みが約10μmになるまでウェットエッチングを行う。2種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いることにより、振動板41の面荒れを抑制し、厚みの精度を高くすることができる。ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板90表面のTEOSエッチングマスク92を剥離する。   (F) Next, the bonded substrate is immersed in an aqueous solution of potassium hydroxide having a concentration of 35 wt% and 3 wt%, and wet etching is performed until the thickness of the portion that becomes the discharge chamber 42 becomes about 10 μm. By using two types of potassium hydroxide aqueous solutions having different concentrations, the surface roughness of the diaphragm 41 can be suppressed and the thickness accuracy can be increased. When the wet etching is finished, the bonded substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, and the TEOS etching mask 92 on the surface of the silicon substrate 90 is peeled off.

(g)次に、シリコン基板90の電極取出し口70となる部分のシリコンを除去し、キャビティ基板40の上面にプラズマCVD法によりTEOS膜による液体保護膜45を0.1μm成膜する。液体保護膜45は、上述したように、プラズマCVD法以外にもスパッタリング法によって成膜したSiO2 膜で形成してもよい。さらに電極取出し口部25に残っている液体保護膜45を除去する。そして、例えばエポキシ樹脂からなる封止材71を、電極取出し口70の端部(キャビティ基板40と電極基板50の凹部との間で形成されるギャップの開口部分)に沿って流し込み、ギャップを封止する。これにより、接合済み基板に行う加工処理は完了する。   (G) Next, the silicon portion of the silicon substrate 90 which becomes the electrode outlet 70 is removed, and a liquid protective film 45 of TEOS film is formed on the upper surface of the cavity substrate 40 by plasma CVD method to a thickness of 0.1 μm. As described above, the liquid protective film 45 may be formed of a SiO2 film formed by a sputtering method other than the plasma CVD method. Further, the liquid protective film 45 remaining in the electrode outlet 25 is removed. Then, a sealing material 71 made of, for example, epoxy resin is poured along the end portion of the electrode outlet 70 (the opening portion of the gap formed between the cavity substrate 40 and the concave portion of the electrode substrate 50) to seal the gap. Stop. Thereby, the processing performed on the bonded substrate is completed.

(h)あらかじめ作製していたノズルプレート60を例えば、エポキシ系接着剤により、接合済み基板のキャビティ基板40側から接着する。そして、ダイシングライン27に沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。   (H) The previously produced nozzle plate 60 is bonded from the cavity substrate 40 side of the bonded substrate, for example, with an epoxy adhesive. Then, dicing is performed along the dicing line 27 and cut into individual droplet discharge heads, thereby completing the droplet discharge heads.

以上のように実施の形態6によれば、液滴吐出ヘッド(静電アクチュエータ)の製造の際に、上述の実施の形態で示した陽極接合装置、方法により接合を行うようにしたので、陽極接合の際にボイドが発生せず、加工の際、シリコン基板90の破損、薬液の浸入等がなく、歩留まりを向上することができる。特に表面に加工を行い、あらかじめ凹部を有している電極基板50とシリコン基板90とを接合する場合でも有効な陽極接合装置、方法である。   As described above, according to the sixth embodiment, when the droplet discharge head (electrostatic actuator) is manufactured, bonding is performed by the anodic bonding apparatus and method described in the above-described embodiment. No voids are generated at the time of bonding, and there is no breakage of the silicon substrate 90, infiltration of chemicals, or the like at the time of processing, and the yield can be improved. In particular, this is an anodic bonding apparatus and method that are effective even when the surface is processed and the electrode substrate 50 and the silicon substrate 90 each having a recess are bonded in advance.

実施の形態7.
図10は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置であるプリンタ100の外観図である。図10のプリンタ100は液滴吐出方式(インクジェット方式)による、紙への印刷を目的とする。通常のプリンタでは液体をインクとして紙に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル(OLED等)の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に電気配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、DNA(Deoxyribo Nucleic Acids:デオキシリボ核酸)、他の核酸(例えば、Ribo Nucleic Acid:リボ核酸、Peptide Nucleic Acids:ペプチド核酸等)タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 10 is an external view of a printer 100 that is a droplet discharge device using the droplet discharge head manufactured in the above embodiment. The printer 100 in FIG. 10 is intended for printing on paper by a droplet discharge method (inkjet method). In a normal printer, liquid is discharged onto paper as ink, but the liquid discharged from the droplet discharge head is not limited to ink. For example, in an application to be discharged onto a substrate to be a color filter, a light emitting element is used in an application to be discharged onto a substrate of a display panel (OLED or the like) using an electroluminescent element such as a liquid containing a color filter pigment or an organic compound. For example, a liquid containing a compound and a liquid containing a conductive metal may be discharged from a droplet discharge head provided in each device. In addition, when the droplet discharge head is used as a dispenser and is used for discharging onto a substrate that is a microarray of biomolecules, DNA (Deoxyribo Nucleic Acids: deoxyribonucleic acid), other nucleic acids (for example, Ribo Nucleic Acid: ribonucleic acid, Peptide (Nucleic Acids: peptide nucleic acids, etc.) A liquid containing a probe such as a protein may be discharged. In addition, it can also be used for discharging dyes such as cloth.

実施の形態8.
上述の第6、第7の実施の形態は、実施の形態1〜5の陽極接合装置、方法を液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置に適用する例について示したが、これに限定するものではない。例えば、アクチュエータ、センサ等をはじめとする、MEMS(Micro Electro Mechanical System )による微細加工の素子を製造する場合の陽極接合についても適用することができる。
Embodiment 8 FIG.
In the sixth and seventh embodiments described above, examples of applying the anodic bonding apparatus and method of the first to fifth embodiments to a droplet discharge head and a droplet discharge device have been described. However, the present invention is not limited to this. Absent. For example, the present invention can also be applied to anodic bonding in the case of manufacturing microfabricated elements using MEMS (Micro Electro Mechanical System) including actuators and sensors.

本発明の実施の形態1に係る陽極接合装置を表す図である。It is a figure showing the anodic bonding apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 載置台4を上面から見た図である。It is the figure which looked at the mounting base 4 from the upper surface. 本実施の形態の陽極接合における回路モデルを表す図である。It is a figure showing the circuit model in the anodic bonding of this Embodiment. 電極間に印加する電圧と時間との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the voltage applied between electrodes, and time. 実施の形態2に係る基板30の温度と時間との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the temperature of the board | substrate 30 which concerns on Embodiment 2, and time. 第6の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。FIG. 10 is an exploded view of a droplet discharge head according to a sixth embodiment. 液滴吐出ヘッドの断面図である。It is sectional drawing of a droplet discharge head. 第6の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。It is a figure showing the manufacturing process of the droplet discharge head which concerns on 6th Embodiment. シリコン基板90と電極基板50との関係を表す図である。4 is a diagram illustrating a relationship between a silicon substrate 90 and an electrode substrate 50. FIG. 液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。It is an external view of a droplet discharge device using a droplet discharge head.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバ、2 陽極、3,3A,3B,3C,3D,3E 陰極、4 載置台、5 ヒータ、6 直流電圧電源、7 電圧制御手段、8 温度制御手段、9 主制御手段、10 シリコン基板、20 ガラス基板、30 基板、40 キャビティ基板、41 振動板、42 吐出室、43 リザーバ、44 TEOS膜、45 液体保護膜、46 電極端子、50 電極基板、51 電極、52 凹部、53 リード部、54 端子部、55 インク供給口、56 等電位接点パターン、60 ノズルプレート、61 ノズル孔、62 オリフィス、63 ダイヤフラム、70 電極取出し口、71 封止材、80 発振回路、81 FPC、82 液滴、83 記録紙、90 シリコン基板、91 ボロンドープ層、92 TEOSエッチングマスク、100 プリンタ。
1 chamber, 2 anode, 3, 3A, 3B, 3C, 3D, 3E cathode, 4 mounting table, 5 heater, 6 DC voltage power supply, 7 voltage control means, 8 temperature control means, 9 main control means, 10 silicon substrate, 20 glass substrate, 30 substrate, 40 cavity substrate, 41 diaphragm, 42 discharge chamber, 43 reservoir, 44 TEOS film, 45 liquid protective film, 46 electrode terminal, 50 electrode substrate, 51 electrode, 52 recess, 53 lead portion, 54 Terminal part, 55 Ink supply port, 56 Equipotential contact pattern, 60 Nozzle plate, 61 Nozzle hole, 62 Orifice, 63 Diaphragm, 70 Electrode outlet, 71 Sealing material, 80 Oscillator circuit, 81 FPC, 82 Droplet, 83 Recording paper, 90 silicon substrate, 91 boron doped layer, 92 TEOS etching mask, 100 printer.

Claims (12)

接合対象となる積層した複数の基板のうち、一方の外側の基板と電気的に接続する第1の電極と、
前記複数の基板の他方の外側の基板と電気的に接続し、前記第1の電極との間で印加する電圧により、前記基板の平面上の所定部位が最大電位となり、基板外周端部に向かって低くなるような電圧分布で前記基板に電圧を印加する第2の電極と
を備えることを特徴とする陽極接合装置。
A first electrode that is electrically connected to one of the plurality of stacked substrates to be bonded;
A predetermined portion on the plane of the substrate is at a maximum potential due to a voltage applied between the substrate and the other outer side of the plurality of substrates and applied to the first electrode, and toward a peripheral edge of the substrate. And a second electrode that applies a voltage to the substrate with a voltage distribution that is low.
前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧を制御する電圧制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の陽極接合装置。   2. The anodic bonding apparatus according to claim 1, further comprising a voltage control unit that controls a voltage applied between the first electrode and the second electrode. 前記複数の基板の温度を制御する温度制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2記載の陽極接合装置。   The anodic bonding apparatus according to claim 1, further comprising temperature control means for controlling temperatures of the plurality of substrates. 前記第2の電極は、中心の1つを円形状とし、他をリング状とする同心円状に配設され、中心部分から外側に向かって電気抵抗を高くした複数の電極で構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の陽極接合装置。   The second electrode is formed of a plurality of electrodes arranged concentrically with one center having a circular shape and the other having a ring shape, and increasing in electrical resistance from the central portion toward the outside. The anodic bonding apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記複数の電極を、抵抗率の異なる材質の部材で構成することを特徴とする請求項4記載の陽極接合装置。   The anodic bonding apparatus according to claim 4, wherein the plurality of electrodes are made of members made of materials having different resistivity. 前記複数の電極を、抵抗率の異なる膜で部材を被膜して構成することを特徴とする請求項4又は5記載の陽極接合装置。   6. The anodic bonding apparatus according to claim 4, wherein the plurality of electrodes are formed by coating members with films having different resistivity. 中心を円形状とし、他をリング状とする同心円状に配設された複数の電極で前記第2の電極を構成し、それぞれ電気抵抗の異なる材質の抵抗部材を各電極間に設けることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の陽極接合装置。   The second electrode is composed of a plurality of electrodes arranged in a concentric shape with the center being circular and the other being ring-shaped, and resistance members made of materials having different electrical resistances are provided between the electrodes. The anodic bonding apparatus according to claim 1. 前記第1の電極を陽極としてシリコン基板と接続し、前記第2の電極を陰極として金属を含むガラス基板と接続することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の陽極接合装置。   The anodic bonding apparatus according to claim 1, wherein the first electrode is connected to a silicon substrate as an anode, and the second electrode is connected to a glass substrate containing a metal as a cathode. 接合対象となる積層した複数の基板を加熱して陽極接合に必要な温度とし、さらに基板平面内において所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなる分布の電圧を前記基板に印加する工程と、
所定のレートで昇圧し、前記所定部位から前記基板外周端部に向かって順次陽極接合を行うために必要となる電圧を印加して前記複数の基板同士を密着させ、接合を行う工程と
を有することを特徴とする陽極接合方法。
A plurality of stacked substrates to be bonded are heated to a temperature necessary for anodic bonding, and a voltage having a distribution that becomes a maximum potential in the substrate plane and decreases toward the outer peripheral edge of the substrate is applied to the substrate. Process,
A step of increasing the pressure at a predetermined rate, applying a voltage necessary for sequentially performing anodic bonding from the predetermined portion toward the outer peripheral edge of the substrate, bringing the plurality of substrates into close contact with each other, and performing bonding An anodic bonding method characterized by the above.
重ね合わせた複数の基板の平面内において、所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなるような分布で、前記基板に陽極接合に必要な電圧を印加する工程と、
前記複数の基板を所定のレートで昇温し、前記所定部位から前記基板外周端部に向かって、順次前記複数の基板同士を密着させ、接合を行う工程と
を有することを特徴とする陽極接合方法。
A step of applying a voltage necessary for anodic bonding to the substrate in a distribution such that a predetermined portion has a maximum potential and decreases toward the outer peripheral edge of the substrate in the plane of the plurality of superimposed substrates;
And anodic bonding, comprising: heating the plurality of substrates at a predetermined rate, and sequentially bonding the plurality of substrates toward the outer peripheral edge of the substrate from the predetermined portion to perform bonding. Method.
少なくとも前記2枚の基板及び接合を行う治具を損傷しない範囲で前記所定のレートを決定し、昇温を制御することを行うことを特徴とする請求項10記載の陽極接合方法。   11. The anodic bonding method according to claim 10, wherein the predetermined rate is determined within a range not damaging at least the two substrates and the jig for bonding, and the temperature rise is controlled. 請求項1〜8のいずれかに記載の陽極接合装置を用いて、
金属を含むガラスからなり、形成した凹部の少なくとも底面に固定電極を有する電極基板と、
前記固定電極と距離をおいて対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有するキャビティ基板とを、前記凹部を除いて接合することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
Using the anodic bonding apparatus according to any one of claims 1 to 8,
An electrode substrate made of glass containing metal and having a fixed electrode on at least the bottom surface of the formed recess,
A droplet discharge head characterized by bonding a cavity substrate having a movable electrode facing the fixed electrode at a distance and operating by electrostatic force generated between the fixed electrode, excluding the concave portion. Manufacturing method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103130180A (en) * 2011-12-02 2013-06-05 中国科学院微电子研究所 Bonding method of wafer pole and positive pole
KR101334816B1 (en) 2012-07-13 2013-11-29 에이피시스템 주식회사 Apparatus for bonding substrate and method for operating the same

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