JP2008073929A - Process for fabricating silicon device and process for manufacturing liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エッチングにより所定形状に形成したシリコンウェハを複数に分割したシリコン基板を有するシリコンデバイスの製造方法に関し、特に、液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室を有するシリコン基板からなる流路形成基板を具備する液体噴射ヘッドの製造方法に適用して好適なものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a silicon device having a silicon substrate obtained by dividing a silicon wafer formed into a predetermined shape by etching into a plurality of parts, and in particular, includes a silicon substrate having a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for discharging droplets. The present invention is suitable for application to a method for manufacturing a liquid jet head including a flow path forming substrate.
液体噴射ヘッドの代表的な例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成されるシリコン基板からなる流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接着されて圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板(保護基板)とを有するものがある(例えば、特許文献1参照)。 As an ink jet recording head which is a typical example of a liquid ejecting head, for example, a flow path forming substrate formed of a silicon substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is formed, and one surface side of the flow path forming substrate And a sealing substrate (protective substrate) having a piezoelectric element holding portion that is bonded to the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side and seals the piezoelectric element (for example, Patent Document 1).
このインクジェット式記録ヘッドの製造方法としては、例えば、特許文献1に記載されているように、まず流路形成基板が複数一体的に形成されるシリコンウェハの一方面に振動板を介して圧電素子を形成する。そして、このシリコンウェハに封止基板となる封止基板形成材を接合し、封止基板形成材が接合された状態でシリコンウェハをアルカリ溶液でウェットエッチングすることにより圧力発生室等を形成する。その後、シリコンウェハを所定のチップサイズに分割することにより、インクジェット式記録ヘッドが製造される。 As a manufacturing method of this ink jet recording head, for example, as described in Patent Document 1, first, a piezoelectric element is provided on one surface of a silicon wafer on which a plurality of flow path forming substrates are integrally formed via a vibration plate. Form. Then, a sealing substrate forming material serving as a sealing substrate is bonded to the silicon wafer, and the silicon wafer is wet-etched with an alkaline solution in a state where the sealing substrate forming material is bonded to form a pressure generating chamber or the like. Then, an ink jet recording head is manufactured by dividing the silicon wafer into a predetermined chip size.
ここで、特許文献1にも記載されているように、流路形成基板が複数一体的に形成されるシリコンウェハの周縁部には、一般的に、面取り面(面取り部)が形成されていることが多い。そして、シリコンウェハ上に振動板を介して圧電素子を形成する際、この面取り面上にも振動板あるいは圧電素子を構成する膜が形成される。面取り面上に形成されている膜は、シリコンウェハの他の領域に形成されている膜よりも密着性が低く剥がれやすい。このため、シリコンウェハをエッチングして圧力発生室等を形成する際等に、面取り面上の膜が剥がれて異物となり、この異物が圧力発生室内等に付着して、ノズル詰まり等の初期不良が発生するという問題がある。すなわち、歩留まりが悪いという問題がある。 Here, as described in Patent Document 1, generally, a chamfered surface (chamfered portion) is formed on the peripheral portion of the silicon wafer on which a plurality of flow path forming substrates are integrally formed. There are many cases. When the piezoelectric element is formed on the silicon wafer via the vibration plate, a film constituting the vibration plate or the piezoelectric element is also formed on the chamfered surface. The film formed on the chamfered surface has lower adhesion and is more easily peeled off than the film formed on the other region of the silicon wafer. For this reason, when a pressure generation chamber or the like is formed by etching a silicon wafer, the film on the chamfered surface is peeled off to become a foreign matter, and the foreign matter adheres to the pressure generation chamber or the like, resulting in an initial failure such as nozzle clogging. There is a problem that occurs. That is, there is a problem that the yield is poor.
また、近年の小型化に伴い、流路形成基板として比較的厚みの薄いシリコン基板が用いられてきている。そして、このような比較的厚みの薄い流路形成基板を有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法として、例えば、流路形成基板用ウェハ(シリコンウェハ)に保護基板用ウェハを接合した後、流路形成基板用ウェハを所定の薄さに加工し、エッチングにより圧力発生室等を形成する方法がある(例えば、特許文献2参照)。 With recent miniaturization, a relatively thin silicon substrate has been used as a flow path forming substrate. Then, as a method of manufacturing an ink jet recording head having such a relatively thin flow path forming substrate, for example, after a protective substrate wafer is bonded to a flow path forming substrate wafer (silicon wafer), a flow path is formed. There is a method of processing a substrate wafer into a predetermined thickness and forming a pressure generation chamber or the like by etching (see, for example, Patent Document 2).
上述したようにシリコンウェハ(流路形成基板用ウェハ)の周縁部には、一般的に面取り部(面取り面)が形成されている。このような面取り部を有するシリコンウェハの厚さを、例えば、特許文献2に記載されているように比較的薄く加工すると、その周縁部のシリコンウェハの厚さは極めて薄くなるため、面取り面上の膜が剥がれるという問題に加えて、シリコンウェハの周縁部には割れや欠け等が発生するという問題がある。すなわち、シリコンウェハの周縁部の一部が欠落して異物となり、面取り面上から剥離した膜の場合と同様に、初期不良の原因となってしまうという問題がある。 As described above, a chamfered portion (chamfered surface) is generally formed at the peripheral edge portion of the silicon wafer (channel-forming substrate wafer). If the thickness of the silicon wafer having such a chamfered portion is processed relatively thin as described in Patent Document 2, for example, the thickness of the silicon wafer at the peripheral portion becomes extremely thin. In addition to the problem that the film is peeled off, there is a problem that cracks, chips, etc. occur at the peripheral edge of the silicon wafer. That is, there is a problem that a part of the peripheral portion of the silicon wafer is lost and becomes a foreign substance, which causes the initial failure as in the case of the film peeled off from the chamfered surface.
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法だけではなく、液体噴射ヘッドに代表される各種シリコンデバイスの製造方法においても同様に存在する。 Such a problem exists not only in a manufacturing method of a liquid jet head such as an ink jet recording head but also in a manufacturing method of various silicon devices represented by the liquid jet head.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、製造過程における異物の発生を防止して、歩留まりを向上することができるシリコンデバイスの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for manufacturing a silicon device and a method for manufacturing a liquid jet head that can prevent the generation of foreign matters in the manufacturing process and improve the yield. With the goal.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、エッチングにより所定形状に加工されたシリコン基板を有するシリコンデバイスの製造方法であって、周縁部に面取り部を有するシリコンウェハに該シリコンウェハよりも大径の接合基板を接合する接合工程と、前記接合基板が接合された前記シリコンウェハを所定の厚さに加工する薄板化工程と、少なくとも表層に耐エッチング性を有する材料からなる耐エッチング層を有する保護膜を前記接合基板上に当該シリコンウェハの面取り部を覆うように形成する保護膜形成工程と、前記シリコンウェハをエッチングして所定形状に加工するエッチング工程と、前記シリコンウェハを複数の前記シリコン基板に分割する分割工程とを有することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第1の態様では、シリコンウェハの周縁部に割れや欠けが発生するのを防止することができる。これにより、シリコンウェハの一部が欠落した破片(異物)がシリコン基板に付着することによる不良の発生を防止することができる。また、シリコンウェハを薄板化するので、接合基板をシリコンウェハよりも大径にした方がシリコンウェハの外周接触による割れや欠けを抑制することができる。
A first aspect of the present invention that solves the above problems is a method of manufacturing a silicon device having a silicon substrate processed into a predetermined shape by etching, and a silicon wafer having a chamfered portion at a peripheral portion is formed on the silicon wafer. A bonding step of bonding a large-diameter bonding substrate, a thinning step of processing the silicon wafer to which the bonding substrate is bonded to a predetermined thickness, and an etching resistant layer made of a material having etching resistance at least on the surface layer A protective film forming step of forming a protective film on the bonding substrate so as to cover a chamfered portion of the silicon wafer, an etching step of etching the silicon wafer into a predetermined shape, and a plurality of the silicon wafers And a dividing step for dividing the silicon substrate.
In the first aspect, it is possible to prevent the peripheral edge of the silicon wafer from being cracked or chipped. Thereby, the generation | occurrence | production of the defect by the fragment | piece (foreign material) from which a part of silicon wafer was missing adhering to a silicon substrate can be prevented. In addition, since the silicon wafer is thinned, cracking and chipping due to the outer peripheral contact of the silicon wafer can be suppressed when the bonded substrate has a larger diameter than the silicon wafer.
本発明の第2の態様は、前記シリコンウェハの前記接合基板が接合される側の表面には、少なくとも一層の薄膜からなる積層膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第2の態様では、保護膜によって、シリコンウェハの割れや欠けの発生と共に面取り部上に形成される積層膜の剥離が防止される。
The second aspect of the present invention is characterized in that a laminated film composed of at least one thin film is formed on the surface of the silicon wafer on the side to which the bonding substrate is bonded. It exists in the manufacturing method of a silicon device.
In such a second aspect, the protective film prevents the laminated film formed on the chamfered portion from being peeled off along with the occurrence of cracks and chips in the silicon wafer.
本発明の第3の態様は、前記保護膜形成工程の前に、前記薄板化工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第3の態様では、シリコンウェハの薄板化の際に保護膜が剥離してしまうことが懸念されるために、保護膜は薄板化工程の後に行うことが好ましい。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the silicon device manufacturing method according to claim 1, wherein the thinning step is included before the protective film forming step.
In the third aspect, since there is a concern that the protective film is peeled off when the silicon wafer is thinned, the protective film is preferably formed after the thinning step.
本発明の第4の態様は、前記エッチング工程では、アルカリ溶液を用いたウェットエッチングによって前記シリコンウェハを所定形状とすることを特徴とする第1〜3の何れかの態様のシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第4の態様では、ウェットエッチングの方がドライエッチングに比し、エッチング工程で発生しやすい上述したシリコンウェハの割れや欠け等の問題を確実に防止することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the etching method, the silicon wafer is formed into a predetermined shape by wet etching using an alkaline solution. It is in.
In the fourth aspect, wet etching is more reliable than dry etching, and the above-described problems such as cracking and chipping of the silicon wafer that are likely to occur in the etching process can be reliably prevented.
本発明の第5の態様は、前記耐エッチング層が金(Au)からなることを特徴とする第4の態様のシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第5の態様では、シリコンウェハをウェットエッチングする際に、保護膜がエッチング液によってエッチングされることがない。したがって、上述したシリコンウェハの割れや欠けの発生等の問題がより確実に防止される。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the silicon device manufacturing method according to the fourth aspect, wherein the etching resistant layer is made of gold (Au).
In the fifth aspect, when the silicon wafer is wet etched, the protective film is not etched by the etchant. Therefore, problems such as the occurrence of cracks and chipping of the silicon wafer described above can be prevented more reliably.
本発明の第6の態様は、前記保護膜が前記耐エッチング層のみで構成され、当該保護膜をめっき処理によって形成することを特徴とする第5の態様のシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第6の態様では、シリコンウェハをウェットエッチングする際に、保護膜がエッチング液によってエッチングされて上述したシリコンウェハの割れや欠けの発生等の問題が生じるのをより確実に防止することができる。また、めっき処理で保護膜を形成することで、シリコンウェハと接合基板との境界部などに形成されやすい窪部などを含むシリコンウェハの面取り部を覆うように保護膜を比較的容易に形成することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the silicon device manufacturing method according to the fifth aspect, wherein the protective film is composed only of the etching-resistant layer, and the protective film is formed by plating.
In the sixth aspect, when the silicon wafer is wet-etched, it is possible to more reliably prevent the problem such as the above-described cracking or chipping of the silicon wafer caused by etching the protective film with the etching solution. . Further, by forming a protective film by plating, the protective film can be formed relatively easily so as to cover the chamfered portion of the silicon wafer including a recess that is likely to be formed at the boundary between the silicon wafer and the bonding substrate. be able to.
本発明の第7の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を含む液体流路が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧力発生素子と、前記流路形成基板の前記一方面側に接合される保護基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、周縁部に面取り部を有するシリコンウェハからなり前記流路形成基板が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハの一方の面上に前記圧力発生素子を形成する工程と、当該流路形成基板用ウェハと前記保護基板が複数一体的に形成された保護基板用ウェハとを接合する工程と、前記接合基板が接合された前記流路形成基板用ウェハを所定の厚さに加工する薄板化工程と、少なくとも表層に耐エッチング性を有する材料からなる耐エッチング層を有する保護膜を前記保護基板用ウェハの前記流路形成基板用ウェハと接合する面上に当該流路形成基板用ウェハの面取り部を覆うように形成する工程と、前記流路形成基板用ウェハをエッチングして前記液体流路を形成する工程と、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを分割する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第7の態様では、流路形成基板用ウェハの周縁部に割れや欠けが発生したり、面取り部上に形成される膜(例えば、圧電素子を構成する膜)が剥離したりするという問題の発生を防止することができる。これにより、欠落した流路形成基板用ウェハの一部、或いは面取り部上から剥離した膜等の異物が圧力発生室等の液体流路内に付着して吐出不良が発生するのを防止することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a liquid flow path including a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and provided on one side of the flow path forming substrate. A method for manufacturing a liquid jet head, comprising: a pressure generating element that applies pressure to a pressure generating chamber; and a protective substrate that is bonded to the one surface side of the flow path forming substrate. A step of forming the pressure generating element on one surface of a wafer for a flow path forming substrate formed of a silicon wafer, wherein a plurality of the flow path forming substrates are integrally formed, and the flow path forming substrate wafer and the protective substrate; Bonding a plurality of integrally formed protective substrate wafers, a thinning step of processing the flow path forming substrate wafer bonded with the bonded substrate to a predetermined thickness, and at least resisting the surface layer. Is it an etching material? Forming a protective film having an etching resistant layer on the surface of the protective substrate wafer to be bonded to the flow path forming substrate wafer so as to cover the chamfered portion of the flow path forming substrate wafer; A method of manufacturing a liquid jet head, comprising: etching a forming substrate wafer to form the liquid flow path; and dividing the flow path forming substrate wafer and the protective substrate wafer. is there.
In the seventh aspect, there is a problem that the peripheral edge of the flow path forming substrate wafer is cracked or chipped, or a film (for example, a film constituting a piezoelectric element) formed on the chamfered part is peeled off. Can be prevented. As a result, it is possible to prevent a defective discharge from occurring due to a part of the missing flow path forming substrate wafer or a foreign matter such as a film peeled off from the chamfered portion adhering to the liquid flow path such as the pressure generating chamber. Can do.
本発明の第8の態様は、前記保護膜を形成する前に、前記薄板化工程を有することを特徴とする請求項7に記載の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第8の態様では、流路形成基板用ウェハの薄板化の際に保護膜が剥離してしまうことが懸念されるために、保護膜は薄板化工程の後に行うことが好ましい。
According to an eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a liquid jet head according to claim 7, the thinning step is included before the protective film is formed.
In the eighth aspect, since there is a concern that the protective film may be peeled off when the flow path forming substrate wafer is thinned, the protective film is preferably formed after the thinning step.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びそのA−A′断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. FIG.
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では結晶面方位が(110)であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコン(SiO2)からなる、厚さ0.5〜2.0μmの弾性膜50が形成されている。流路形成基板10には、隔壁11によって区画された複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。
As shown in the figure, the flow
また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、隔壁11によって区画され各圧力発生室12に連通するインク供給路13と連通路14とが設けられている。さらに、連通路14の外側には、各連通路14と連通する連通部15が設けられている。この連通部15は、後述する保護基板30のリザーバ部32と連通して、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバ100の一部を構成する。
Further, an
ここで、インク供給路13は、圧力発生室12よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部15から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。例えば、本実施形態では、インク供給路13は、リザーバ100と各圧力発生室12との間の圧力発生室12側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室12の幅より小さい幅で形成されている。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。
Here, the
また、各連通路14は、圧力発生室12の幅方向両側の隔壁11を連通部15側に延設してインク供給路13と連通部15との間の空間を区画することで形成されている。
Each
流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路13とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、圧力発生室12を形成する際のマスクとして用いられる絶縁膜51を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
On the opening surface side of the flow
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.1μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とからなる圧電素子300が形成されている。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極を圧電体層70と共に圧力発生室12毎にパターニングして個別電極とする。例えば、本実施形態では、下電極膜60を圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。上述した例では、弾性膜50、絶縁体膜55及び下電極膜60が振動板として作用するが、弾性膜50、絶縁体膜55を設けずに、下電極膜60のみを残して下電極膜60を振動板としてもよい。また、圧電素子300自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
On the other hand, the
さらに、圧電素子300の個別電極である各上電極膜80には、リード電極90がそれぞれ接続されている。本実施形態では、各リード電極90は、例えば、金(Au)等からなり、上電極膜80のインク供給路13側の端部近傍から絶縁体膜55上にまで延設されている。なお、連通部15の開口周縁部に対応する領域の絶縁体膜55上には、このリード電極90と同一の層からなるが、リード電極90とは独立する金属膜95が存在している。この金属膜95は、後述する製造方法でインクジェット式記録ヘッドを製造した結果、連通部15の開口周縁部に残るものである。
Furthermore, a
このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上、すなわち、下電極膜60、弾性膜50及びリード電極90上には、圧電素子300を保護するための圧電素子保持部31を有する保護基板30が、例えば、接着剤35によって接合されている。なお、圧電素子保持部31によって画成される空間は、密封されていても、密封されていなくてもよい。また、保護基板30には、複数の圧力発生室12に供給するインクが貯留されるリザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部32が設けられている。このリザーバ部32は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、弾性膜50及び絶縁体膜55に設けられた貫通孔50a,55aを介して連通部15と連通されてリザーバ100を構成している。
On the flow
このような保護基板30の材料は、特に限定されないが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス材料、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。
The material of such a
また、保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられており、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、この貫通孔33内に露出されている。また、保護基板30上には、並設された圧電素子300を駆動するための駆動回路200、例えば、回路基板、半導体集積回路(IC)等が固定されている。そして、駆動回路200とリード電極90とは、貫通孔33内に延設されるボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線210によって電気的に接続されている。
Further, the
また、このような保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっており、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
In addition, a
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路200からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し圧電素子300を撓み変形させることによって、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出される。
In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown), and the interior from the
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図3〜図7を参照して説明する。なお、図3〜図7は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。
Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 7 are cross-sectional views of the
まず、図3(a)に示すように、複数の流路形成基板10が一体的に形成されるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面全面に弾性膜50となる二酸化シリコン膜52を形成する。また、この弾性膜50(二酸化シリコン膜52)をパターニングして、流路形成基板用ウェハ110の連通部が形成される領域に、弾性膜50を貫通する貫通孔50aを形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、膜厚が数百μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。また、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110は比較的脆いため、周縁部には、例えば、R形状の面取り部111が設けられて、クラック等の発生が防止されている。勿論、この面取り部111はC面であってもよい。
First, as shown in FIG. 3A, a flow path forming
次いで、図3(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)の一方面、具体的には、連通部が形成される領域に貫通孔50aを形成した面上のみに、ジルコニウム(Zr)からなるジルコニウム層を形成し、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成する。また、この絶縁体膜55をパターニングして、弾性膜50の貫通孔50aに対向する領域の絶縁体膜55に、絶縁体膜55を貫通する貫通孔55aを形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, zirconium is formed only on one surface of the elastic film 50 (silicon dioxide film 52), specifically, on the surface where the through
次いで、図3(c)に示すように流路形成基板用ウェハ110の一方面の全面に亘って、例えば、イリジウム(Ir)、白金(Pt)等からなる下電極膜60を形成後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次いで、図3(d)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる上電極膜80とを流路形成基板用ウェハ110の一方面の全面に形成し、圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, a
次に、図4(a)に示すように、リード電極90を形成する。具体的には、まず流路形成基板用ウェハ110の一方面の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなる金属膜95を形成する。このとき、貫通孔50a,55aは、この金属膜95によって封止される。そして、この金属膜95上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を形成し、このマスクパターンを介して金属膜95を圧電素子300毎にパターニングすることによりリード電極90を形成する。なお、貫通孔50a,55aに対応する領域の金属膜95は、リード電極90とは不連続となるように残しておく。
Next, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、複数の保護基板30が一体的に形成された保護基板用ウェハ(接合基板)130を流路形成基板用ウェハ110と接着剤35によって接合する。ここで、保護基板用ウェハ130としては、流路形成基板用ウェハ110よりも大径のシリコンウェハが用いられている。また、保護基板用ウェハ130の周縁部にも、流路形成基板用ウェハ110と同様に、面取り部131が設けられている。そして、流路形成基板用ウェハ110と保護基板用ウェハ130とは高精度に位置決めされ、流路形成基板用ウェハ110は保護基板用ウェハ130の外側にはみ出すことなく、当該保護基板用ウェハ130に接合される。これにより、流路形成基板用ウェハ110の外周部には、保護基板用ウェハ130の表面、すなわち、流路形成基板用ウェハ110との接合面が露出された露出部132が全周に亘って存在する。なお、保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するシリコンウェハであり、保護基板用ウェハ130を接着することで流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。また、流路形成基板用ウェハ110は後の工程で厚みを薄くするため、流路形成基板用ウェハ110は保護基板用ウェハ130の外側にはみ出させないことで、保護基板用ウェハ130の外周接触による割れや欠けを抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 4B, a protective substrate wafer (bonding substrate) 130 in which a plurality of
次いで、図5(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130が接合された面とは反対側の面を加工することにより、流路形成基板用ウェハ110を所定の厚さにする。具体的には、例えば、裏面研磨装置(バックグラインダ)等によって流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さまで研削する。その後、さらにフッ硝酸等からなるエッチング液を用いてウェットエッチングして流路形成基板用ウェハ110を所定の厚さに形成する。例えば、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110を回転させながら、流路形成基板用ウェハ110の表面にフッ硝酸からなるエッチング液を吹き付ける、いわゆるスピンエッチングを行い、流路形成基板用ウェハ110の厚さが数十μmとなるようにした。なお、この薄板化工程を、後に説明する保護膜150を流路形成基板ウェハ110の外周部に形成してから実施することが考えられるが、薄板化工程の研削の際に保護膜150が剥離してしまうことが懸念されるために、保護膜150は薄板化工程の後に行うことが好ましい。
Next, as shown in FIG. 5A, the flow path forming
なお、このように流路形成基板用ウェハ110の厚さを薄くした結果、流路形成基板用ウェハ110の端面(側面)は、面取り部111のみで構成される。すなわち、厚さを薄くした流路形成基板用ウェハ110の周縁部は、微小範囲において、流路形成基板用ウェハ110の厚さが周縁部側ほど薄くなっている。このため、流路形成基板用ウェハ110の周縁部には割れや欠けが発生し易い。また、面取り部111上に形成されている絶縁体膜55等の剥離も生じやすい。このため、本発明では以下に説明するように、流路形成基板用ウェハ110の周縁部、すなわち、面取り部111を保護するようにした。
As a result of reducing the thickness of the flow path forming
すなわち、図5(b)に示すように、保護基板用ウェハ130の表面(露出部132)に、流路形成基板用ウェハ110の端面(面取り部111)を覆うように保護膜150を形成する。ここで、保護膜150は、少なくとも表層に耐エッチング性を有する材料からなる耐エッチング層151を有する。例えば、本実施形態では、保護膜150は耐エッチング層151のみで構成されている。また、耐エッチング性を有する材料とは、後述する工程で流路形成基板用ウェハ110をエッチングする際のエッチング液で実質的にエッチングされない材料をいう。例えば、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110をKOH等のアルカリ溶液を用いてエッチングしているため、耐エッチング性を有する材料としては、例えば、金(Au)が好適に用いられる。
That is, as shown in FIG. 5B, the
具体的には、まず、流路形成基板用ウェハ110の表面と、保護基板用ウェハ130の露出部132の一部(面取り部131)にレジスト膜140を形成する。その後、保護基板用ウェハ130の表面(露出部132)に、めっき処理によって金(Au)からなる保護膜150を形成する。例えば、本実施形態では、保護基板用ウェハ130の表面に、パラジウム等の触媒を付着させて無電解めっきによって保護膜150を形成した。このようにめっき処理によって保護膜150を形成することにより、保護膜150を、流路形成基板用ウェハ110と同等の厚さに比較的容易に形成することができ、また流路形成基板用ウェハ110(面取り部111)の下側(流路形成基板用ウェハ110と保護基板用ウェハ130との境界部に形成される窪部)まで保護膜150が良好に形成される。したがって、流路形成基板用ウェハ110の面取り部111が保護膜150によって確実に覆われる。
Specifically, first, a resist
なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110の表面と共に、保護基板用ウェハ130の面取り部131にもレジスト膜140を設けるようにしたが、この面取り部131上のレジスト膜140は形成しなくてもよい。すなわち、保護基板用ウェハ130の面取り部131上にも保護膜150が形成されていてもよい。ただし、保護膜150は、保護基板用ウェハ130の外側に張り出さないように、保護基板用ウェハ130に対向する領域のみに形成するのが好ましい。その後の工程での流路形成基板用ウェハ110の搬送等を阻害する虞があるからである。
In this embodiment, the resist
次いで、図6(a)に示すように、レジスト膜140を除去して、流路形成基板用ウェハ110の表面に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなる絶縁膜51を新たに形成し、図示しないレジスト等を介して所定形状にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 6A, the resist
次いで、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110を、絶縁膜51をマスクとして、例えば、水酸化カリウム(KOH)水溶液等のアルカリ溶液を用いてウェットエッチングすることにより、当該流路形成基板用ウェハ110に、圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15を形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, the flow path forming
ここで、面取り部111上に形成された絶縁体膜55等の積層膜は、流路形成基板用ウェハ110をエッチングする際にエッチング液に接触すると、流路形成基板用ウェハ110から剥離して異物となる虞がある。さらに、流路形成基板用ウェハ110は、厚みが数十μmと比較的薄く、また面取り部111が設けられているため、流路形成基板用ウェハ110の周縁部は非常に脆くなっている。このため、流路形成基板用ウェハ110に割れや欠けが生じ、流路形成基板用ウェハ110自体が欠落して異物となる虞もある。しかしながら、本発明では、流路形成基板用ウェハ110をエッチングする際に、上述したように流路形成基板用ウェハ110の面取り部111を覆って保護膜150が設けられているため、絶縁体膜55等の剥離、あるいは流路形成基板用ウェハ110の欠落等による異物が生じることがない。したがって、圧力発生室12等に異物が付着してノズル詰まり等の不良が発生するのを防止することができ、歩留まりが大幅に向上する。
Here, the laminated film such as the
次に、流路形成基板用ウェハ110側をエッチング液に浸漬させて、図7(a)に示すように、貫通孔50a,55aに対向する領域の金属膜95をウェットエッチングにより除去し、貫通孔50a,55aを介して連通部15とリザーバ部32とを連通させてリザーバ100を形成する。このとき、流路形成基板用ウェハ110の面取り部111を覆って設けられている保護膜150も同時にエッチングされる。この保護膜150は完全に除去される必要はなく、流路形成基板用ウェハ110の表面よりも低くなるように除去されればよい。流路形成基板用ウェハ110の表面よりも突出していると、流路形成基板用ウェハ110にノズルプレート20を接合する際の障害となる虞があるからである。
Next, the flow path forming
なお、保護基板用ウェハ130と流路形成基板用ウェハ110との間の金属膜95は完全にエッチングされることはないため、貫通孔50a,55aの周縁部には金属膜95が残存することになる。
Note that the
また、このようにリザーバ100を形成した後は、図7(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。このとき、流路形成基板用ウェハ110の周囲に残っている保護膜150も同時に除去されることになる。そして、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
After the
以上説明したように、本発明では、流路形成基板用ウェハ110の面取り部111を保護膜150で覆った状態で、流路形成基板用ウェハ110をエッチングするようにした。これにより、絶縁体膜55の剥離等によって生じた異物が圧力発生室12等の液体流路内に付着してノズル詰まり等の発生を防止することができ、歩留まりを大幅に向上することができる。
As described above, in the present invention, the flow path forming
異物の付着の問題は、勿論、流路形成基板用ウェハ110をエッチングする際だけでなく、その後、流路形成基板用ウェハ110にノズルプレート20が接合されるまでの間は、何れの工程においても生じる虞がある。本実施形態は、リザーバ100を形成する工程まで、すなわち、ノズルプレート20を接合する直前まで保護膜150が残っているため、異物の付着によって発生するノズル詰まり等の問題をより確実に防止することができる。
As a matter of course, the problem of adhesion of foreign matters is not only in etching the flow path forming
なお、本実施形態では、保護基板用ウェハ130の表面に、パラジウム等の触媒を付着させてめっき処理することによって保護膜150を形成するようにしたが、これに限定されるものではない。上述の説明では省略したが、図8(a)に示すように、保護基板用ウェハ130の表面には、実際には二酸化シリコンからなる酸化層133が形成されている。このため、図8(b)に示すように、この酸化層133を除去してシリコン基板である保護基板用ウェハ130の表面を露出させ、この状態で無電解めっきすることによっても金(Au)からなる保護膜150を良好に形成することができる。なお、酸化層133を除去する箇所は、保護膜150を形成する領域のみとするのが好ましい。例えば、保護基板用ウェハ130の接着剤35に対向する領域の酸化層133は保護基板用ウェハ130の酸化層133を除去して保護基板用ウェハ130の地を露出させている領域に比べて接着剤との相性が良いためである。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、耐エッチング層151のみからなる保護膜150を例示したが、保護膜150の構成はこれに限定されず、耐エッチング層は、保護膜150の少なくとも表層に設けられていればよく、その内側は他の材料で形成されていてもよい。具体的には、例えば、図9に示すように、保護膜150は、例えば、ニッケル等からなる充填層152と、その表面に、例えば、スパッタリング法によって形成された耐エッチング層151とで構成されていてもよい。なお、耐エッチング層151の内側に設けられる充填層152の材料は、特に限定されず、例えば、金属酸化物等、保護基板用ウェハ130上に良好に形成することができる材料であればよい。
In the present embodiment, the
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、アルカリ溶液を用いたウェットエッチングによって流路形成基板用ウェハ110をエッチングして圧力発生室12等を形成するようにしたが、勿論、ドライエッチングによって圧力発生室12等を形成するようにしてもよい。なお、この場合には、保護膜150を構成する耐エッチング層151の材料を適宜選択する必要がある。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to such embodiment. For example, in the embodiment described above, the
また、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for the entire liquid ejecting head, and ejects liquid other than ink. Of course, it can also be applied to the head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
さらに、本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に限定されず、シリコン基板を有するシリコンデバイスの製造方法であれば、広く適用可能なものである。 Furthermore, the present invention is not limited to a method for manufacturing a liquid jet head, and can be widely applied as long as it is a method for manufacturing a silicon device having a silicon substrate.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 インク供給路、 14 連通路、 15 連通部、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 圧電素子保持部、 32 リザーバ部、 35 接着剤、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 110 流路形成基板用ウェハ、 111 面取り部、 130 保護基板用ウェハ、 131 面取り部、 132 露出部、 133 酸化層、 140 レジスト膜、 150 保護膜、 151 耐エッチング層、 152 充填層、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (8)
周縁部に面取り部を有するシリコンウェハに該シリコンウェハよりも大径の接合基板を接合する接合工程と、前記接合基板が接合された前記シリコンウェハを所定の厚さに加工する薄板化工程と、少なくとも表層に耐エッチング性を有する材料からなる耐エッチング層を有する保護膜を前記接合基板上に当該シリコンウェハの面取り部を覆うように形成する保護膜形成工程と、前記シリコンウェハをエッチングして所定形状に加工するエッチング工程と、前記シリコンウェハを複数の前記シリコン基板に分割する分割工程とを有することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。 A method of manufacturing a silicon device having a silicon substrate processed into a predetermined shape by etching,
A bonding step of bonding a bonding substrate having a diameter larger than that of the silicon wafer to a silicon wafer having a chamfered portion at a peripheral portion; and a thinning step of processing the silicon wafer to which the bonding substrate is bonded to a predetermined thickness; A protective film forming step of forming a protective film having an etching resistant layer made of a material having etching resistance on at least a surface layer so as to cover a chamfered portion of the silicon wafer on the bonding substrate; A method for manufacturing a silicon device, comprising: an etching step for processing into a shape; and a dividing step for dividing the silicon wafer into a plurality of the silicon substrates.
周縁部に面取り部を有するシリコンウェハからなり前記流路形成基板が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハの一方の面上に前記圧力発生素子を形成する工程と、当該流路形成基板用ウェハと前記保護基板が複数一体的に形成された保護基板用ウェハとを接合する工程と、前記接合基板が接合された前記流路形成基板用ウェハを所定の厚さに加工する薄板化工程と、少なくとも表層に耐エッチング性を有する材料からなる耐エッチング層を有する保護膜を前記保護基板用ウェハの前記流路形成基板用ウェハと接合する面上に当該流路形成基板用ウェハの面取り部を覆うように形成する工程と、前記流路形成基板用ウェハをエッチングして前記液体流路を形成する工程と、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを分割する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 A flow path forming substrate in which a liquid flow path including a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and a pressure provided on one side of the flow path forming substrate to apply pressure to the pressure generating chamber A manufacturing method of a liquid jet head comprising a generating element and a protective substrate bonded to the one surface side of the flow path forming substrate,
A step of forming the pressure generating element on one surface of a wafer for a flow path forming substrate, which is formed of a silicon wafer having a chamfered portion at a peripheral portion and in which a plurality of the flow path forming substrates are integrally formed; A step of bonding a wafer for a substrate and a wafer for a protective substrate in which a plurality of the protective substrates are integrally formed, and a thinning process for processing the wafer for a flow path forming substrate bonded to the bonding substrate to a predetermined thickness And chamfering the flow path forming substrate wafer on the surface of the protective substrate wafer where the protective film having an etching resistant layer made of a material having etching resistance is bonded to the flow path forming substrate wafer. Forming the liquid flow path by etching the flow path forming substrate wafer, and dividing the flow path forming substrate wafer and the protective substrate wafer. The method of manufacturing a liquid jet head, characterized by a step.
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2006
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