JP2008517780A - エッチングのための犠牲基板 - Google Patents

Abstract

シリコン基板をエッチングする方法が記載される。本方法は、第１シリコン基板（２００）を犠牲シリコン基板（２４０、２４１）へ接合するステップを含む。第１シリコン基板（２００）がエッチングされる。第１シリコン基板（２００）が犠牲シリコン基板（２４０、２４１）から分離することを引き起こすために、第１シリコン基板（２００）と犠牲シリコン基板（２４０、２４１）との界面に圧力が加えられる。金属刃（６２０）を有する装置を使用すると、これらの基板を分離することができる。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００４年１０月２１日に提出された米国仮特許出願第６０／６２１，５０７号に対する優先権を主張する。先行出願の開示は本出願の一部と見なされ、本出願の開示に参照して組み込まれる。

（背景）
本発明は、シリコン基板加工方法に関する。

微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）は、典型的には、従来型の半導体加工技術を用いて半導体基板内に形成される機械的構造を有する。ＭＥＭＳは、単一構造もしくは複数構造を含むことができる。ＭＥＭＳは、電気信号が各々を作動させる、またはＭＥＭＳ内の各構造の作動によって生成される電装品を有する。

ＭＥＭＳを形成するためには、様々な加工技術が使用される。これらの加工技術は、溶着および接合などの層形成法、ならびにレーザーアブレーション、穿孔および切削などの層改質法を含むことができる。使用される技術は、本体の材料とともに本体内に形成すべき所望の経路、凹部および穴の形状に基づいて選択される。

ＭＥＭＳの１つの実行は、その中に形成されたチャンバを有する本体および本体の外面上に形成される圧電アクチュエータを含んでいる。圧電アクチュエータは、セラミックなどの圧電材料の層、および電極などの電圧を伝える要素を含んでいる。圧電アクチュエータの電極は、圧電材料を横断する電圧をかけることができる、または圧電材料が変形した場合に生成する電圧を伝えることができる。

圧電アクチュエータを備える１つのタイプのＭＥＭＳは、マイクロ流体射出装置である。アクチュエータは、圧電材料を本装置のチャンバに向かって変形させる電極によって作動させることができる圧電材料を含むことができる。この変形したアクチュエータは、チャンバに加圧し、例えばノズルを通してチャンバ内の流体を排出させる。アクチュエータ、チャンバおよびノズルを含む構造成分は、大量の流体が射出される方法に影響を及ぼすことができる。複数の構造を備えるＭＥＭＳでは、ＭＥＭＳ全体の各構造について一様なサイズの構成成分を形成することは、射出される流体量の一様性などのＭＥＭＳの性能の一様性を改善できる。だが一様な構造を形成することは、各構造がＭＥＭＳ内の他の構造の数ミクロン内にある寸法を有するように加工することを試みた場合は困難な問題となることがある。

（概要）
一般に、１つの態様では、本発明はシリコン基板をエッチングする方法について記載する。本方法は、第１シリコン基板を犠牲シリコン基板へ接合するステップを含む。第１シリコン基板がエッチングされる。第１シリコン基板が犠牲シリコン基板から分離することを引き起こすために、第１シリコン基板と犠牲シリコン基板との界面に圧力が加えられる。

本方法の実行は、１つまたは複数の以下の機能を含むことができる。接合するステップは、第１シリコン基板と犠牲シリコン基板との間にファンデルワールス結合を作り出すステップを含むことができ、室温で行なうことができる。エッチングは、深反応性イオンエッチングであってよく、犠牲基板内にエッチングできる。第１シリコン基板と犠牲シリコン基板との界面に圧力を加えるステップは、例えば第１シリコン基板が犠牲基板から完全に分離されるまで、鋭利な刃を有する部材を界面に押すステップを含むことができる。第１シリコン基板および犠牲シリコン基板は、各々対向する平面および薄い縁を含むことができ、界面に圧力を加えるステップは平面に平行な圧力を加えるステップを含むことができる。

また別の態様では、本発明は、２つの接合された基板を分離するための装置について記載する。本装置は、基板保持部材および１つまたは複数の分離部材を含んでいる。分離部材の少なくとも１つには、分離部材を基板保持部材によって保持された基板の中心に向かう方向に移動させる１つの機構が接続されている。

本装置の実行は、１つまたは複数の以下の機能を含むことができる。分離部材は、金属刃などの薄い縁部分を含むことができる。基板保持部材は、上向きおよび下向き方向に作動可能であってよい。この機構は、モータを含むことができる。本装置は、１つまたは複数の分離部材によって加えられた圧力を感知するためのセンサを含むことができる。本装置は、センサから受信した信号によって少なくとも１つの分離部材を移動させるように構成された制御装置を含むことができる。本装置は、圧力が閾値を超えると分離部材の内向き運動を停止させるように構成された制御装置を含むことができる。本装置は、２、４、６、８つ、もしくはそれ以上の分離部材を有することができる。分離部材は、保持部材の周囲に等角間隔で配置できる。この機構は、分離部材が規定場所を越えて移動するのを防止できる。

基板を融着するステップは、加工中のモジュール基板のための支持体を提供できる。融着するステップは、シリコン基板がアニーリングされない場合は、安定性の、しかし非永続性の接合を提供できる。犠牲基板は、基板の対向面にアンダーカットを形成せずに１つの表面から基板に通したエッチングを可能にできる。犠牲基板は、化学薬品が基板内に形成されたアパーチャから通過するのを防止でき、例えばこの基板は、基板の片側上の冷却剤がエッチングチャンバ内へ漏出することを防止できる。エッチングの一部分が完了し、他の部分が不完全である場合は、犠牲基板は、完了している領域内でオーバーエッチングが発生するのを防止する。犠牲基板は、取扱中にエッチングされた基板の穴もしくは凹部に望ましくない破片が侵入するのをさらに防止できる。

機械的分離装置は、ヒトが冗漫なプロセスを実施することを必要とせずに、融着した基板を分離できる。本装置とともにセンサを含めることによって、基板に損傷を与える危険性を伴わずに、分離中に基板へ適正レベルの圧力を加えることができる。

以下では本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細について添付の図面および明細書において記載する。本発明の他の機能、目的、および長所は、明細書および図面、ならびに特許請求項から明白になるであろう。

様々な図面における同様の参照記号は、同様の要素を指示している。

（詳細な説明）
モノリシック構造および精密に形成された機能を備えるＭＥＭＳは、様々な技術を用いて形成できる。機能の精密さは、ＭＥＭＳに含まれる各構造の一様な挙動をもたらすことができる。様々なＭＥＭＳが、同一もしくは類似の技術を用いて形成できる。以下では、印刷装置である１つのタイプのＭＥＭＳについて記載する。しかし、印刷装置を形成するために使用される技術は、流体射出装置、センサ、マイクロホン、光変調器およびその他の装置などの多数の他のＭＥＭＳ構造を形成するために適用できる。

単一プリントヘッドダイ内で複数のジェット噴射構造を形成できる。製造中には、複数のダイを単一ウエハ上で同時に形成できる。以下の図の多くでは、単純にするために、１つのジェット噴射構造について説明する。

モジュール１００内の単一ジェット噴射構造の流路を通る断面図である図１を参照すると、インクは供給路１１２を通ってモジュール１００内に進入し、アセンダ（ａｓｃｅｎｄｅｒ）１０８を通ってインピーダンス機能１１４およびポンピングチャンバ１１６へ方向付けられる。インクは、ポンピングチャンバ１１６内でアクチュエータ１２２によって加圧され、ディセンダ（ｄｅｓｃｅｎｄｅｒ）１１８を通ってそこから液滴が射出されるノズル開口部１２０へ方向付けられる。

流路機能は、モジュール本体１２４内に規定されている。モジュール本体１２４は、ベース部分、ノズル部分および膜を含んでいる。ベース部分は、シリコンのベース層（ベースシリコン層１３６）を含んでいる。ベース部分は、供給路１１２、アセンダ１０８、インピーダンス機能１１４、ポンピングチャンバ１１６およびディセンダ１１８の機能を規定する。ノズル部分は、シリコン層（ノズルシリコン層１３２）から形成される。ノズルシリコン層１３２は、ベース部分のベースシリコン層１３６へ融着されており（点線）、ディセンダ１１８からノズル開口部１２０へインクを方向付けるテーパ付き壁１３４を規定する。膜は、ノズルシリコン層１３２の反対側で、ベースシリコン層１３６へ融着しているシリコン膜層１４２を含んでいる。

アクチュエータ１２２は、圧電層１４０を含んでいる。圧電層１４０下の導電層は、グラウンド電極１５２などの第１電極を形成できる。圧電層１４０上の上方導電層は、駆動電極１５６などの第２電極を形成できる。ラップアラウンド連結部１５０は、グラウンド電極１５２を圧電層１４０の上面上のグラウンド接点１５４へ接続できる。電極破断部１６０は、グラウンド電極１５２を駆動電極１５６から電気的に分離する。金属化された圧電層１４０は、接着剤層１４６によってシリコン膜１４２へ接合することができる。接着剤層は、例えば重合ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のような樹脂などの接着剤を含むことができる。

金属化された圧電層１４０は、ポンピングチャンバの上方で能動性圧電領域、もしくはアイランドを規定するために区分化することができる。金属化された圧電層１４０は、隔離領域１４８を提供するために区分化できる。隔離領域１４８では、ディセンダ１１８の上方の領域から圧電材料を取り除くことができる。この隔離領域１４８は、ノズルアレイの左右いずれかの側にアクチュエータのアレイを分離できる。

フレックス回路（図示していない）は、インク射出を制御する駆動信号を送達するためにアクチュエータ１２２の背面に固定できる。

モジュール１００は、一般に長方形の固体である。１つの実行では、モジュール１００は、およそ長さ３０〜７０ｍｍ、幅４〜１２ｍｍおよび厚さ４００〜１，０００ミクロンである。モジュールの寸法は、以下で考察するように、流路がその中にエッチングされる半導体基板内で変動してよい。例えば、モジュールの幅および長さは、１０ｃｍ以上であってよい。

モノリシック本体、および特に印刷装置内の多数のモジュールのモノリシック本体の厚さ一様性は高くてよい。例えば、モノリシック本体の厚さ一様性は、例えば、６インチの研磨されたシリコン基板全域で形成されたモノリシック本体について約±１ミクロン以下であってよい。結果として、基板にエッチングされた流路機能の寸法一様性は、本体における厚さ変動によって実質的に低下させられない。

図２を参照すると、上面図が隣接流路に対応する一連の上方電極１５６を示している。各流路は、細い電極部分１７０を通して、駆動パルスを送達するためにそれに電気接続が行なわれる駆動電極接点１６２へ接続された上方電極１５６を有することができる。細い電極部分１７０は、インピーダンス機能１１４の上方に配置することができ、アクチュエータ１２２の作動させる必要のない一部分にわたる電流損失を減少させることができる。モジュールの製造
モジュール本体１２４は、ベース部分およびノズル部分内に流路機能をエッチングするステップによって製造される。膜層、ベース部分およびノズル部分は、モジュール本体を形成するために接合される。次にアクチュエータがモジュール本体へ取り付けられる。

図３を参照すると、ベースシリコン層１３６内の流路機能がシリコン基板２００内に形成される。表面２１０および裏面２１５を有するシリコン基板２００が用意される（ステップ８０５、図３４）。

シリコン基板２００は、約６００ミクロンの全厚を有していてよい。基板は、各々表面２１０および裏面２１５上に、厚さ各約１ミクロンの熱酸化物層２０３、２０８を有していてよい。基板２００は、基板２００から有機物を除去するために硫酸／過酸化水素の浴中でピラニア（ｐｉｒａｎｈａ）洗浄できる。シリコン層は、表面および裏面２１０、２１５に平行な（１００）平面を備える単結晶シリコンであってよい。

図４を参照すると、基板２００は、マスクを形成するためにパターニングされたフォトレジストを通してエッチングするステップによって、ディセンダ１１８および供給路１１２に対応する部分を形成するために加工できる（ステップ８１０、図３４）。フォトレジストのための基板２００を調製するためには、基板は、フォトレジストのための酸化物をプライミングするためにヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）フューム内に入れることができる。ポジ型フォトレジスト２２５は、基板２００の表面２１０上全体に広げられる。フォトレジストは、ソフト焼成し、Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓマスクアライナを用いてクロム製マスクに通して露光させることができる。フォトレジストを現像すると、ディセンダ１１８および供給路１１２の場所を規定するマスクを形成することができる。

次に、基板２００がエッチングされる。酸化物層２０３は、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ ＲＩＥ）によって除去することができる。次に、シリコン層がエッチングされる。エッチングするステップの例は、実質的に垂直な側壁を備える機能を形成するためにシリコンを選択的にエッチングするためにプラズマを利用する、深反応性イオンエッチングによる等方性ドライエッチングである。Ｂｏｓｃｈプロセスとして知られる反応性イオンエッチング技術は、その全内容がこれにより参照して組み込まれるＬａｅｒｍｏｒらへの米国特許第５，５０１，８９３号の中で考察されている。深シリコン反応性イオンエッチング装置は、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ社（カリフォルニア州レッドウッドシティ）、Ａｌｃａｔｅｌ社（テキサス州プラノ）、またはＵｎａｘｉｓ社（スイス）から入手可能であり、反応性イオンエッチングは、Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社（カリフォルニア州サンタバーバラ）を含むエッチング供給会社によって実施されてよい。深反応性イオンエッチングは、実質的に一定の径の深い機能を切削する能力のために使用される。エッチングは、ＳＦ_６およびＣ_４Ｆ_８などのプラズマおよびガスを備える真空チャンバ内で実施される。１つの実行では、基板の裏面は冷却される。基板内の欠陥は、エッチングプロセス中に作り出される熱によって引き起こされることがある。基板を冷却するためには、ヘリウムなどの冷却剤を使用できる。シリコン基板と冷却剤との間の金属層は、エッチングプロセスによって発生した熱を冷却剤へ伝導することができ、ならびに冷却剤が真空チャンバ内へ漏出して真空を破壊するのを防止できる。

シリコン基板２００は、ディセンダ１１８および供給路１１２の表面半分を規定するためにＢｏｓｃｈプロセスによる深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いてエッチングすることができる。シリコンは、約３００ミクロンの深さへエッチングされる。レジストは、基板２００からストリッピングすることができ、基板２００は、ピラニア洗浄およびＲＣＡ洗浄することができる。

図５を参照すると、シリコン基板２００は、例えば真空ボンダを用いて犠牲基板２４０へ接合される（ステップ８１５、図３４）。シリコン基板２００の表面２１０は、犠牲基板２４０へ接合することができる。犠牲基板２４０は、シリコン基板であってよい。任意で、任意の酸化物層は接合前に基板からストリッピングすることができる。シリコン基板２００および犠牲基板２４０は、融着する、またはシリコン−シリコン接合することができる。接合するステップは、基板２００、２４０が永続的に接合されるのを防止するために、ほぼ室温で実施される。

２つのシリコン表面間でファンデルワールス結合を作り出す融着は、２つの平たい、高度に研磨されたきれいなシリコン表面が２つのシリコン層間に中間層を伴わずに接合された場合に発生できる。融着は、シリコン酸化物とシリコンとの間でも発生できることがある。融着のための２つの要素を準備するために、シリコン基板２００および犠牲基板２４０は、逆方向ＲＣＡ洗浄法などによってどちらも洗浄される。１つの実行では、ＲＣＡ洗浄法は、すなわち脱イオン水、塩酸および過酸化水素の混合液からなるＲＣＡ２洗浄、次に脱イオン水、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素の浴中でのＲＣＡ１洗浄である逆方向ＲＣＡ洗浄法である。シリコン基板２００および犠牲基板２４０上の任意の酸化物は、任意に緩衝フッ化水素酸エッチング（ＢＯＥ）を用いて除去することができる。次にシリコン基板２００および犠牲基板２４０は、接合される。これらの２つの基板は、以下でさらに説明するように、基板を分離できるように接合される。一時的接合が望ましい場合は、アニーリングは実施されない。

図６を参照すると、ポジ型フォトレジストなどのフォトレジスト２３４は、上述した方法を用いて裏面酸化物層２０３上に広げられてよい。フォトレジスト２３４は、ポンピングチャンバ１１６およびポンピングチャンバ１１６内のインピーダンス機能１１４の場所を規定するためにパターニングできる。基板は、プラズマエッチングなどを用いて、酸化物層２０３の露出した部分を除去するためにエッチングされるが、シリコン基板２００はエッチングされない。

図７を参照すると、フォトレジスト２３４はストリッピングされ、新規のフォトレジスト層２３８は基板の裏面上に広げられる。新規のフォトレジスト層２３８は、ディセンダ１１８およびアセンダ１０８の場所を規定するためにパターニングされる。以下の図面に示したように、マルチレベル機能を作り出すために、多重層のパターニングされたフォトレジストおよびエッチングを使用できる。

図８を参照すると、シリコン基板２００の裏面２１５は、ディセンダ１１８の裏面部分およびアセンダ１０８の裏面部分を形成するために、ＤＲＩＥなどによってエッチングされる（ステップ８２０、図３４）。犠牲基板２４０は、シリコン基板２００の裏面２１５がエッチングされる場合には、その中にエッチングできる層として機能する。さらに、犠牲基板は、エッチングされる２つの相違する材料の接合部で発生する可能性がある、アンダーカットの形成を防止できる。犠牲シリコン基板２４０は、さらにＤＲＩＥ装置の冷却剤がアセンダもしくはディセンダを通過してＤＲＩＥプロセスチャンバ内に侵入するのを防止するためにシリコン基板２００をシールする。フォトレジスト２３８は、ディセンダ１１８およびアセンダ１０８の裏面部分がエッチングされた後にストリッピングされる。

図９を参照すると、事前にパターニングされた二酸化ケイ素層２０３をマスクとして用いて、シリコン基板２００がポンピングチャンバ１１６およびインピーダンス機能１１４を形成するためにエッチングされる。位置決め基準（図示していない）は、基板２００の周辺にエッチングできる。

図１０を参照すると、犠牲基板２４０は、シリコン基板２００から取り除かれる（ステップ８２５、図３４）。融着されたがアニーリングされていないシリコン基板は、２つの基板間に分離部材を静かに割り込ませることによって分離できる。ファンデルワールス結合は、特に分離が十分緩徐に実施される場合は、基板を損傷させずに壊せるほど十分に弱い。

図１１および１２を参照すると、機械装置６００は、犠牲基板２４０をシリコン基板２００から分離できる。装置６００は、上下に作動させることのできる基板支持体６１０を含むことができる。基板を分離するためには、４、６、８つ、もしくはそれ以上さえのセパレータユニットなどの１つまたは複数のセパレータユニット６３０を使用できる。本装置が２つ以上のセパレータユニット６３０を含む場合は、これらのユニットは基板支持体６１０の周囲に等角間隔で配置できる。セパレータユニット６３０は、分離部材６２０、例えば刃形突起部を含むことができる。分離部材６２０は、分離部材６２０が２つの基板間の界面に圧力を加えたときに分離部材６２０が２つの基板を強制的に離して２つの基板間に入れるように、十分に薄い縁を有することができる。分離部材６２０は、２つの基板が分離することを引き起こすために十分な圧力を加えたときに壊れないように十分に剛性の材料から形成される。分離部材６２０は、実質的に一様な厚さを有していてよい、または薄い縁に向けてテーパが付けられていてよい。１つの実行では、分離部材６２０は、鋭利な先端を備える薄い金属刃、例えば安全カミソリの刃から形成される。

各セパレータユニット６３０は、分離部材６２０を固定するために、保持部材、例えばクランプを含むことができる。セパレータユニット６３０は、基板支持体６１０の表面に垂直な中心軸に対して内向きおよび外向き方向に、半径方向に作動させることができる。各セパレータユニット６３０は、支持体レール６４０に沿ってセパレータユニットを駆動させるモータ６５０によって作動させることができる。各セパレータユニット６３０は、分離部材６２０によって加えられた圧力を測定するためのセンサも収容できる。各モータ６５０およびセンサは、制御装置、例えばプログラミングされたコンピュータへ接続できる。

２つの基板を分離するために、制御装置６６０は、モータ６５０にセパレータユニット６３０を内向きに移動させる。基板アセンブリは、第１面６８０および細い側面６７０を有している。セパレータユニット６３０は、接合された基板の細い側面６７０に垂直および第１面６８０に平行な方向に移動する。セパレータユニット６３０は、加えられた圧力が閾値圧力を超えるのをセンサが検出するまで移動させられる。センサが閾値圧力を検出すると、センサは、モータ６５０にセパレータユニット６３０の内向き移動を停止させるように指示する。２つの基板２００、２４０が相互から引っ張られ始めると、セパレータによって加えられた圧力は低下するであろう。圧力が閾値圧力未満に低下したことをセンサが検出した場合は、制御装置６６０は、閾値圧力が再び検出されるまで、またはセパレータユニット６３０がそれらの最大限度まで内向きに移動するまで、モータ６５０がセパレータユニット６３０を内向きに移動させるように指示できる。複数のセパレータユニット６３０を有する装置については、セパレータユニット６３０は連続して、もしくは一度に一緒に移動させることができる。

作動時に、２つの接合された基板は基板支持体６１０上に配置される。基板支持体６１０は、上昇した位置にあってよい。セパレータユニット６３０は、基板に向けて移動させられる。セパレータユニット６３０は、上向きもしくは下向き方向に作動させることができる、またはセパレータ部材６２０が２つの基板間の界面と整列するまで基板支持体６１０を上向きもしくは下向き方向に作動させることができる。セパレータユニット６３０は、閾値圧力が感知されるまで内向きに移動させられる。感知された圧力が閾値圧力に等しい、または超える場合は、セパレータユニット６３０の内向き移動が停止させられる。基板が分離し始めて圧力が閾値より下方へ低下するにつれて、圧力が閾値圧力に達するまでセパレータ部材６２０は再び内向きへ推進される。基板支持体６１０がセパレータユニット６３０の内向き進行を妨害する場合は、基板支持体６１０を下降させることができる。このプロセスは、基板が相互から完全に分離されるまで継続される。

セパレータは、持続したセパレータユニット６３０の内向き移動が感知された圧力の増加を生成しない場合に２つの基板が分離されたことを感知できる。一部の実行では、セパレータユニット６３０は、規定場所を越えて内向き移動することが防止される。１つの実行では、基板２００、２４０は、分離中には基板支持体６１０に接触しない。下方基板２００が上方基板２４０から分離されて基板支持体６１０上に落下すると、検出器は、基板２００、２４０が完全に分離したことを感知できる。１つの実行では、基板支持体６１０は、基板２００が基板支持体６１０に接触しているかどうかを感知するために真空チャックおよび圧センサを含んでいる。この実行では、基板支持体６１０は、基板２００がアパーチャを被覆するとシールされるアパーチャを有することができる。圧力の変化は、基板がアパーチャを被覆していることを指示できる。または、レバー、もしくはカメラなどの装置が、基板の分離を検出できる。１つの実行では、セパレータユニットは、規定点を越えて内向き移動することを制限できる。

基板２００、２４０が分離するにつれて、このプロセスは赤外線カメラを用いて監視できる。赤外線カメラは、基板２００、２４０の接合領域の縁を明らかにできる。各セパレータユニットで分離が定速で発生していない場合は、１つまたは複数のセパレータユニット６３０の速度を調整できる。

シリコン基板２００は洗浄することができ、裏面の酸化物２０３はストリッピングすることができる。シリコン基板２００は、再び洗浄できる。

図１３を参照すると、犠牲基板の裏面２４１は、シリコン基板２００の裏面２１５へ接合することができる（ステップ８３０、図３４）。基板２００の表面２１０は、シリコンノズル層１３２の接合および形成を可能にするために露出させられる。

図１４を参照すると、ノズル層は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板３００内に準備できる（ステップ８３５、図３４）。絶縁体層３０２は、酸化物もしくは窒化物であってよい。または、ノズルは、１００平面ＤＳＰウエハ内に形成することができる。ノズル層１３２は、所望の厚さへ薄化することができる。ノズル層の所望の厚さを達成するためには、バルク研削ステップなどの１つまたは複数の研削および／またはエッチングステップを使用できる。１つの実行では、ノズル層１３２は、研削は厚さを精密に制御できるので、所望の厚さを達成するために可能な限り研削される。厚さは、約２０〜８０ミクロン、例えば約３０〜７０ミクロンのように約１〜１００ミクロンの間であってよい。任意で、表面粗さを減少させるために、ノズル層１３２の露出した表面の最終研磨を使用できる。表面粗さは、上述したように、シリコン−シリコン接合を達成する際の要素である。研磨ステップは、厚さの不確実さを導入する可能性があるので、典型的には所望の厚さを達成するためには使用されない。

図１５および１６を参照すると、裏面酸化物３３０を形成するために、シリコンノズル層１３２上に酸化物層を成長させることができる。絶縁体層３０２および支持層３１０は、ノズル層１３２の裏面酸化物３３０とは反対側にある。フォトレジストは、レジスト上でのスピニングなどによって裏面酸化物３３０上に形成できる。フォトレジストは、ノズルの場所を規定するためにパターニングできる。ノズルの場所は、裏面酸化物３３０内に開口部を作り出すことによって規定できる。

ノズル層１３２は、ウェットエッチング技術などの異方性エッチングを用いてエッチングされる（ステップ８４０、図３４）。エッチングは、シリコンノズル層１３２内の凹部３６６を規定する。凹部は逆ピラミッド形を有していてよい、または底面、底面に平行な陥凹表面３５７、および傾斜もしくはテーパ付きの壁１３４を備える中空ピラミッド状錐台の形状にあってよい。テーパ付きの壁１３４は、ある長さを有する縁３６０で陥凹表面３５７と交わっている。凹部３６６は、絶縁体層３０２に通してエッチングすることができる。または、凹部３６６は、ノズル層１３２を部分的にのみ通って伸長できる。凹部３６６が絶縁体層３０２までエッチングされない場合は、エッチングの時間および速度を制御することによって実質的に一定の陥凹深さを達成できる。水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いるウェットエッチングは、温度に依存するエッチング速度を有している。凹部３６６は、約３〜５０ミクロンなどの約１〜約１００ミクロンの深さであってよい。凹部３６６の深さは、少なくとも一部にはシリコンノズル層１３２の厚さに依存してよい。

図１７を参照すると、ＳＯＩ ３００、シリコン基板２００およびＳＯＩ ４００が一緒に接合される（ステップ８４５、図３４）。犠牲シリコン基板２４１は、シリコン基板２００から取り除かれる（ステップ８５０、図３４）。犠牲シリコン基板２４１は、ＳＯＩ ３００がシリコン基板２００に接合される前または後に取り除くことができる。接合するステップの前に、ＳＯＩ ３００およびシリコン基板２００は、ディセンダ１１８がテーパ付きの壁１３４を備える凹部３６６と流体接続されるように整列させられる。

シリコン・オン・インシュレータ４００（ＳＯＩ ４００）は、シリコン基板２００の裏面に接合される（ステップ８５５、図３４）。ＳＯＩ ４００は、シリコン膜層１４２、埋め込み酸化物層４０２および支持層４０６を含んでいる。シリコン膜層１４２は、所望の厚さを達成するために接合するステップの前に、研削もしくは研磨するステップなどによって薄化できる。シリコン膜層１４２は、約１０〜２５ミクロンの厚さなどの約１〜５０ミクロンの厚さであってよい。ＳＯＩ ３００、シリコン基板２００およびＳＯＩ ４００の露出した表面上の任意の酸化物は、酸化物エッチング、例えばＢＯＥを用いるなどにより取り除くことができる。ＳＯＩ ４００は、シリコン基板２００の裏面と接触させられる。融着が達成される。３つの基板は、融着を永久するためにはアニーリングによって一緒に接合される。

アニーリングは、約１０５０℃〜１１００℃で実施できる。融着の長所は、シリコン基板２００とＳＯＩ基板３００および４００との間で追加の層が形成されないことにある。融着後、２つのシリコン層は、接合するステップが完了すると２つの相関で実質的に分離が発生しないように１つの単一層になる。このため、接合されたアセンブリは、アセンブリの内側で実質的に酸化物層を含まないことが可能である。アセンブリは、実質的にシリコンから形成することができる。疎水性基板処理などの他の方法は、シリコン−シリコン接合のための基板を準備するために使用できる。

図１８を参照すると、融着後に、支持層３０６および４０６は、一部分の厚さを取り除くために研削される（ステップ８６０、図３４）。支持層３０６および４０６の除去を完了するためには、エッチングを使用できる。酸化物層３０２および４０２は、エッチングなどによって取り除くこともできる。

図１９を参照すると、凹部３６６がノズル層を完全に通して伸長しない場合は、ノズルを完成するためにシリコンノズル層１３２の表面をエッチングすることができる。ノズル開口部１２０の場所を規定するためには、ノズル層１３２の表面にフォトレジストを適用してパターニングできる。開口部は、円形または長方形であってよい。５辺以上を備える多角形などの他の開口部の形状もまた適合することがある。シリコンノズル層１３２は、ノズルが実質的に直立した壁で囲まれた出口につながるテーパ付き入口を有するように、凹部３６６に対応する場所にエッチングされる（ステップ８６５、図３４）。シリコンノズル層１３２は、ノズル開口部１２０を形成するためにＤＲＩＥエッチングされてよい。ノズル開口部１２０は、径が約２５ミクロンなどのように、径が約５〜４０ミクロンであってよい。ストリート（以下で詳述する）は、この時点でシリコンノズル層１３２内へエッチングすることができる（ステップ８７０、図３４）。ノズル開口部１２０の径３７７は、凹部３６６のテーパ付きの壁１３４と交差するために十分に大きくてよい。ノズル凹部３６６は、ノズル入口を形成する。

図２０を参照すると、１つの実行では、ノズル層の側断面図は、ノズル開口部１２０の垂直壁と交差するテーパ付きの壁１３４を示している。ノズル開口部１２０の径は、テーパ付きの壁１３４がシリコンノズル層１３２の表面まで全体を通して伸長しないように十分に大きい。

シリコン基板２００は、現在ではモジュール本体１２４である。任意のフォトレジストは、モジュール本体１２４を完了するためにストリッピングできる。モジュール本体１２４は次に、任意のポリマーもしくは有機物を取り除くために、約４時間にわたり約１１００℃などで焼成できる。
アクチュエータの製造
図２１および３５を参照すると、予備焼成された圧電材料のブロックである圧電層５００が用意される（ステップ９０５）。圧電材料はジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）であってよいが、他の圧電材料を使用することもできる。１つの実行では、ＰＺＴは、約７．５ｇ／ｃｍ^３以上、例えば約８ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。ｄ３１係数は、約２００以上であってよい。ＨＩＰＳ処理圧電材料は、Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（日本国）からＨ５ＣおよびＨ５Ｄとして入手できる。Ｈ５Ｃ材料は、約８．０５ｇ／ｃｍ^３の見かけの密度および約２１０のｄ３１を示す。Ｈ５Ｄ材料は、約８．１５ｇ／ｃｍ^３の見かけの密度および約３００のｄ３１を示す。基板は、典型的には厚さ約１ｃｍであり、所望の作業厚さへソーで切ることができる。圧電材料は、プレス加工、ドクター・ブレーディング、グリーン・シート、ソル・ゲルまたは蒸着を含む技術によって形成できる。圧電材料の製造については、全内容が参照して本明細書に組み込まれるＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｅｒａｍｉｃｓ， Ｂ． Ｊａｆｆｅ， Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ， １９７１の中で考察されている。ホットプレス法を含む形成方法は、第２５８〜９頁に記載されている。ＴＲＳ Ｃｅｒａｍｉｃｓ社（ペンシルベニア州フィラデルフィア）から入手できるニオブ酸鉛マグネシウムなどの単結晶圧電材料もまた使用できる。バルクＰＺＴ材料は、スパッタリングされた、スクリーン印刷された、またはソル・ゲル形成されたＰＺＴ材料より高いｄ係数、誘電定数、結合係数、剛性および密度を有していてよい。

これらの特性は、本体に取り付ける前に材料を焼成するステップを含む技術を用いることによって圧電材料において確立できる。例えば、それ自体（支持体上とは対照的に）によって成型および焼成される圧電材料は、ダイ内に材料を充填するために高圧を使用できるという長所を有している。さらに、フロー剤および結合剤などの添加物は、典型的にはほとんど必要とされない。より良好な成熟および粒成長を可能にする焼成プロセスでは、例えば、１２００〜１３００℃などの高温を使用できる。ソル・ゲルもしくはスパッタリング技術によって形成される圧電層とは相違して、バルク圧電材料内の粒子は、約２〜４ミクロンの幅を有していてよい。セラミックからのＰｂＯの損失（高温に起因する）を減少させるためには、焼成雰囲気（例えば、鉛が富裕な雰囲気）を使用できる。ＰｂＯの損失もしくは他の劣化を有する可能性がある成型部分の外面は、切り取って廃棄することができる。材料は、その間にセラミックが高圧に曝される熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって加工することもできる。ヒッピングプロセスは、焼成中または圧電材料のブロックが焼成された後に実施することができ、これは密度を増加させ、空隙を減少させ、そして圧電定数を増加させるために使用される。ヒッピングプロセスは、酸素もしくは酸素／アルゴン雰囲気中で実施できる。

圧電材料の出発層は、約２５０〜３００ミクロンの厚さなどの約１００〜４００ミクロンの厚さであってよい。圧電材料は、底面５０４および上面を有しているが、このとき底面５０４は結局はモジュール本体１２４に最も近い表面であってよい。

圧電層５００は、支持層５０２に接合される（ステップ９１０、図３５）。支持層５０２は、本体２００を形成するために使用される材料と同一材料から形成することができる。支持層５０２は、シリコンを含むことができる。支持層５０２は、圧電層５００が加工中に損傷しないように、圧電層５００を保持および輸送するための層を用意する。支持層５０２は、以下で詳述するように、その後の加熱および接合するステップ中に圧電層５００の拡張も制御するであろう。支持層５０２は厚さが４００〜１，０００ミクロンであってよいが、正確な厚さはあまり重要ではない。１つの実行では、支持層５０２は圧電層５００より幅が広い。支持層５０２と圧電層５００との間の接合層は、重合ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の層を含むことができる。接着剤は、アセンブリを加熱することなどによって硬化させることができる。

図２２を参照すると、圧電層５００は、次に層がアクチュエータ（図１における項目１４０）の圧電部分の所望の最終厚さより厚くなるように、しかし事前焼成した圧電材料のブロックよりは薄くなるように、所望の厚さへ薄化することができる（ステップ９１５、図３５）。１つの実行では、圧電層５００は、約２００ミクロン、または約５０ミクロン未満へ薄化される。

圧電層５００を薄化するためには、平滑な低空隙表面形態を有する高度に一様な薄層を生成するために水平研削法などの精密な研削技術を使用できる。水平研削法では、高度の平坦公差へ機械加工された基準面を有する回転チャック上に加工品が取り付けられる。加工品の露出した表面は、同様に高公差でアラインメントさせて水平研削砥石と接触させられる。研削するステップは、例えば約０．２５ミクロン以下、例えば約０．１ミクロン以下の平坦さおよび平行性、ならびに基板全体に５ｎｍ Ｒａ以下への表面仕上げを生成できる。研削するステップは、一様な残留応力も生成する。

適切な精密研削装置は、Ｃｉｅｂａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（アリゾナ州チャンドラー）を通して入手できるＴｏｓｈｉｂａ Ｍｏｄｅｌ ＵＨＧ−１３０Ｃである。基板は、粗い砥石、次に細かい砥石を用いて研削できる。適合する粗いおよび細かい砥石は、各々１，５００グリットおよび２，０００グリットの合成ダイアモンドレジノイドマトリックスを有する。適切な研削砥石は、日本国のＡｄｏｍａもしくはＡｓｈａｉ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｒｐ．から入手できる。

研削プロセスの１つの実行は、以下のパラメータを使用する。加工品スピンドルは５００ｒｐｍで作動し、研削砥石スピンドルは１５００ｒｐｍで作動する。ｘ軸の送り速度は、最初は粗い砥石を用いて５０〜３００ミクロンについては１０ミクロン／分であり、細かい砥石を用いて最終５０〜１００ミクロンについては１ミクロン／分である。冷却剤二酸化シリコンは、１８ＭΩ−ｃｍの脱イオン水である。

研削するステップ後、圧電層５００は本質的に、圧電材料のしっかりと付着した粒子および付着していない粒子の両方、ならびに圧電材料および研削液の粒子から作られたペーストを備える平面を有する。研削するプロセスは、圧電材料の粒子の多数を劈開するが、一部の粒子をバラバラにもする。研削するステップ後、圧電材料は、研削によって引き起こされた表面損傷を除去するためにフルオロホウ酸（ＨＢＦ_４）の１％溶液中で洗浄できる（ステップ９２０、図３５）。研削するプロセスによってバラバラにされた圧電材料の粒子は、小さな凹部を残して実質的に取り除かれるが、他方しっかりと付着した粒子は残留する。洗浄は、ペーストなどの圧電材料表面上に残される可能性がある任意の追加の材料も除去することができる。表面形態は、Ｚｙｇｏ Ｃｏｒｐ（コネチカット州ミドルフィールド）から入手できるＭｅｔｒｏｖｉｅｗソフトウエアを備えるＺｙｇｏ ｍｏｄｅｌ Ｎｅｗｖｉｅｗ ５０００干渉計を用いて測定できる。

図２３を参照すると、圧電層５００は、ダイシングもしくは切削される（ステップ９２５、図３５）。第１に、圧電層５００の表面５１０は、グラウンドカット５４４を規定するためにダイアモンド砥石を用いて切削できる。カット５４４は、深さ約１５〜５５ミクロンなどの１５ミクロン以上の深さを有していてよい。グラウンドカット５４４は、カットのほとんどの深さについては垂直であるがカットの底部では丸みを帯びた断面を有していてよい。製造を単純化するために、グラウンドカット５４４は、圧電層５００の全幅に伸長することができる。

導電層は、次に金属化、例えば真空蒸着、例えばスパッタリングなどによって圧電層５００の表面上に形成される（ステップ９３０、図３５）。蒸着のための導体は、銅、金、タングステン、スズ、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、チタン、白金、金属の組み合わせ、または電極として使用するために望ましいであろう他の材料を含むことができる。１つの実行では、導体層は、チタン−タングステン、金−スズおよび金の積重ね層を含んでいる。導体層５０５は、底部電極１５２、および１つの実行では、ラップアラウンド連結部１５０の一部を形成するであろう。

図２４の上面図を参照すると、圧電層は、個別のポンピングチャンバに対応する各アクチュエータ部分を含む、複数のアクチュエータ部分を生成するために区分化することができる（ステップ９３５、図３５）。区分化、もしくはウェルカット５０３は、１つの圧電アクチュエータの圧電材料を隣接圧電アクチュエータの圧電材料から分離するが、これは隣接アクチュエータ間の混信を減少させる、一部の場合には排除することができる。ウェルカットは、圧電層１４０の最終厚さより深くへ作製される。１つの実行では、カットはその中にカットが作製される圧電層５００の全厚ほど深くはない。１つの実行では、ウェルカットは、少なくとも１５ミクロンの深さである。グラウンドカット５４４が圧電層１０７のＸ軸に沿って存在する場合は、グラウンドカット５４４がウェルカット５０３に垂直になるように、ウェルカット５０３を圧電層５００のＹ軸に沿って作製できる。ウェルカット５０３は、グラウンドカット５４４とは相違して、カットがそれらの垂直壁に沿って導電材料を有していないように導電層を形成するステップの後に作製される。

カットの１つは、ディセンダ領域１１８の上方で隔離領域１４８から圧電材料を取り除く。隔離領域１４８のカットは、グラウンドカット５４４に対して平行に作製される。個別流路を分離するチャネルカット５０３は、グラウンドカット５４４に対して実質的に垂直に形成される。

図２５を参照すると、アラインメントカット５７１は、圧電層５００の底面５０４内に形成できる（ステップ９４５、図３５）。アラインメントカット５７１は、以下で詳述するように、続いての整列させるステップにおいて使用できる。アラインメントカット５７１は、圧電層５００の全体を通して伸長し、支持層５０２内に部分的に伸長できる。１つの実行では、アラインメントカット５７１は深さ約８０ミクロンである。アラインメントカット５７１は、圧電層５００のＸ軸に沿って、すなわちグラウンドカットに平行に、またはＹ軸に沿ってのいずれかで作製できる。アラインメントカット５７１は、以下で詳述するように、プリントヘッドダイの場所と圧電層５００の縁の間などの、プリントヘッドダイの場所に対応する圧電層５００の領域の外側などの、圧電層５００の周辺部分に作製される。アラインメントカット５７１は、引き続いて個別アクチュエータを形成する圧電層５００の部分には重複しない。支持層５０２の幅が圧電層５００より広い場合は、アラインメントカット５７１を圧電層５００の外側の領域内で支持層５０２内に作製できる。

図２６に示したように、アラインメントスロット５８２は、圧電層５００内に作製される（ステップ９５０、図３５）。支持層５０２の上面内へソーを突き刺すステップは、アラインメントスロット５８２を作製できる。これは、半円形状のカットを形成する。アセンブリ（圧電層５００および支持層５０２）を破壊もしくは脆弱化する危険性を減少させるために、アラインメントスロット５８２は、アラインメントカットに直交するように作製され、１対のアラインメントスロットだけが作製される。アラインメントスロット５８２は、アラインメントカット５７１に交差するために十分な深ささえあればよい。

図２７に示したように、支持層５０２を通る上面図は、スルーホール５８５のためにカット５７１とスロット５８２が交差することを明らかにしている。スルーホール５８５は、圧電層５００とモジュール本体１２４とを整列させるために使用できる。

図２８を参照すると、ＢＣＢ ５１２などの接合材料の層が圧電層５００もしくはモジュール本体１２４のいずれかの上に広げられている（ステップ９５５、図３５）。

図２９を参照すると、圧電層５００およびモジュール本体１２４が、隔離カット１４８がディセンダ１１８の上方にあり、グラウンドカット５４４がアセンダ１０８とダイの縁との間にあるように整列させられて接合されている。モジュール本体１２４内のチャンバ１１６は、圧電層５００がモジュール本体１２４と接合されたときに、チャンバ１１６が各ウェルカット５０３の間にある導電層５０４と整列するように間隔があけられている。チャンバ１１６は、各ウェルカット５０３の間で圧電層５００より細くても、同一であっても、または広くてもよい。モジュール本体１２４は、破片がノズル開口部１２０に侵入するのを防ぐために、アラインメントの前にシリコンノズル層１３２上に接合されたノズルプレートカバー基板５３０を有していてよい。圧電層５００およびモジュール本体１２４は、接合される（ステップ９６０、図３５）。

図３０を参照すると、ノズルプレートカバー基板５３０が取り除かれている。１つの実行では、アセンブリは、ＢＣＢを重合させるために２００℃で４０時間にわたり石英炉内に置かれる。ＵＶテープなどのテープ５３５をノズルに適用できる。シリコン支持層５０２および圧電層５００の一部は、研削するステップによって取り除かれる（ステップ９６５、図３５）。テープ５３５を取り除いて、細いテープが適用されてもよい。圧電層５００は、再び研削してフルオロホウ酸中で洗浄される（ステップ９７０、図３５）。圧電層５００は、圧電層５００内に作製されたカット全部（ウェルカット５０３およびグラウンドカット５４４）が露出するように十分に薄化される。圧電層５００は、加工が完了した時点に、約１５ミクロンなどのように、２０ミクロン未満であってよい。

図３１を参照すると、上方導電層は、導電材料をスパッタリングするステップなどによって、圧電層１４０上に配置される（ステップ９７０、図３５）。導電材料は、第１導電層に関して上述した材料のような材料であってよい。上方導電層は、次に電極破断部１６０を形成して、ディセンダ１１８の上方で膜１４２から金属を除去するために写真平板技術によってエッチングできる。または、上方導電層をパターニングするためにはマスクもしくはリフトオフ技術を使用できる。上方導電層の１つの部分は接地接続間隙１４４内の圧電層５００の側壁上の導電体によって第１導電層５０５に接続しており、これによってラップアラウンド連結部１５０を形成する。

上面図である図３２を参照すると、上方電極１５６は、各アクチュエータの圧電層１４０より細くてよい。上方電極は、その上にそれらが配置される圧電アイランドと同一であっても細くてもよい。上方電極は、細いコネクタ１７０によって電極の主要領域へ接続されている接点パッド１６２を含むことができる。１つの実施形態では、上方電極はポンピングチャンバより細い。上方電極とポンピングチャンバの幅の比率は、約０．６５〜約０．９などのように、約０．５〜約１．２であってよい。さらに、圧電アイランドは、その上方にそれらが配置されているチャンバの幅と同一、広い、または細くてよい。圧電アイランドの幅が約１０〜２０ミクロン広いように、ポンピングチャンバの幅より広い場合は、ポンピングチャンバ間の壁が圧電アイランドを支持できる。チャンバより幅の広い圧電アイランドを形成するステップは、圧力が加えられたときに圧電部分が膜を通して穿孔する危険性を減少させながら接合中により大きな圧力がＭＥＭＳ本体および圧電層アセンブリに適用されることを可能にする。下方電極がグラウンド電極である場合は、各圧電アクチュエータのグラウンド電極は相互に接続できる、または各構造の基礎を分離できる。

各アクチュエータの圧電層１４０は、隣接するアクチュエータから完全に分離される。シリコン膜層１４２は、アクチュエータ間に作製されたカットを有していない。

図３３Ａおよび３３Ｂを参照すると、ダイをアセンブリ（モジュール基板１２４およびアクチュエータ１２２）から分離するためにカットをアセンブリ内に作製できる。カットは、ベースシリコン層１３６上の位置決め基準を掘るために圧電層５００の裏面の周囲に作製できる。位置決め基準が配置されると、位置決め基準を使用して基板とソーを整列させるために使用でき、ベースシリコン層内のストリート５６１と整列するモジュール本体１２４内にダイシングカット５６２を作製できる（ステップ９８０、図３５）。ダイシングカットは、各ダイを取り囲んでいる。

図３３Ｃを参照すると、ダイシングカット５６２は、それらが基板の表面に形成されたストリート５６１と交差しないように作製できる。ストリート５６１は、各ダイの境界を規定できる。ストリート５６１は、その中に機能が配置される領域の外側に配置できる。２つの隣接するダイを示しているアセンブリの断面図である図３３Ｄを参照すると、ストリート５６１は相互に交差しない。むしろ、ストリート５６１は、交差しないセグメントとして形成され、公差が典型的に発生するであろうシリコンのダムもしくはタブ５６５が残される。そこで、加工もしくは試験中などに１つのダイにおいて破損が発生すると、基板上の全部のダイが影響を受けるのではなく、隣接するダイ（充填チャネル１１３の反対側の上）だけが影響を受ける。充填チャネル１１３のと整列するストリート５６１およびダイシングカット５６２が形成される。ダイは、ストリート５６１に沿ってアセンブリを手作業で破壊することによって相互から分離できる（ステップ９８５、図３５）。

図３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３７および３８を参照すると、各ダイは、１つまたは複数の液滴射出器を有することができる。１、２もしくは１０個などの少数の液滴射出器を有するダイについては、液滴射出器は平衡のインク流路およびアクチュエータの単一列内に配置できる。多数の液滴射出器を単一のダイ内に形成しなければならない場合は、液滴射出器は、交互の列と結び付いているノズルを備える２つの平行列で配置できる。ノズルは１列で配置できる、またはノズルは相互からわずかに偏っていてよい。

本モジュールは、オフセット印刷代替品のためにプリンタ内で使用できる。本モジュールは、印刷物もしくは印刷基板へ光沢のある透明な被膜を選択的に沈着させるために使用できる。本プリントヘッドおよびモジュールは、非画像形成液を含む様々な液体を分注もしくは沈着させるために使用できる。例えば、三次元モデル用ペーストは、モデルを構築するために選択的に沈着させることができる。生物学的サンプルは、分析アレイ上に沈着させることができる。

説明から明白になるように、上述した技術のいずれかは本明細書の目標を達成するために他の技術と結合することができる。例えば、上記の技術のいずれかは、その全内容が参照して本明細書に組み込まれるプリントヘッドに関する特許出願第１０／１８９，９４７号（出願日：２００２年７月３日）に記載された技術および装置と結び付けることができる。１つの実施形態では、圧電アクチュエータは、ノズル層がモジュール基板へ接合される前にモジュール基板へ固定される。上述した用法は１５ミクロン未満である高度に一様な膜層を再現性で形成できるので、本方法は、印刷装置以外の微小電子機械装置で使用できる。例えば、高度に一様に薄い膜をトランスデューサとともに使用できる。さらにまた別の実施形態は、以下の特許請求項に含まれる。

圧電アクチュエータを形成する従来型方法によって突き付けられる困難は、本明細書に記載した方法を用いると克服できる。予備焼成された圧電材料のシートから形成される圧電層は、本体が本体への損傷を伴わずに抵抗できなくなる技術を用いて圧電材料を処理することを可能にできる。例えば、圧電アクチュエータが本体から個別に形成される場合は、圧電材料は、より良好な成熟および粒成長を作り出す温度へ焼成することができる。同一の高い温度は、ＭＥＭＳの他の構成成分によって忍容されないことがある。さらに、バルク圧電材料は、スパッタリングされた、またはソル・ゲル形成された圧電材料より高いｄ係数、誘電定数、結合係数、剛性および密度を有することができる。本体へのソル・ゲル適用などによる他の方法によって形成された圧電材料は、圧電性前駆物質中に添加物が存在することを必要とすることがある。添加物は、しばしば消散させられ、バルク圧電材料が本体とは個別に形成された場合に形成できる余り密ではない圧電材料を作り出す。本体とは別にバルク圧電材料を形成するステップは、材料が添加物をほとんど、または全く含まないことを可能にする。さらに、バルク材料は圧力下で焼成できる。より高い温度および圧力は材料をより密にするが、これは一般に材料特性を改善し、そして詳細には材料内の空隙の数を減少させる。空隙は、電気的ショートを作り出して、装置を破壊させることがある。

しかし、圧電アクチュエータを形成するための圧電材料の予備焼成されたシートを加工するステップは、危険性を生じさせることがある。例えば、本体へ圧電材料を接合された後に個別アクチュエータを分離するために圧電層が切削された場合は、チャンバ本体内へ切り込んで、潜在的に漏出を発生させる危険性がある。これとは逆に、圧電材料内に十分深く切り込めず、隣接構造間にタブが残る危険性が存在する。カットが一様ではない場合は、構造は各々が同一入力に対して程度の相違する圧電応答を示す可能性があり、そして構造間でクロストークが発生することがある。カット深さの非一様性は、使用に伴って摩耗したソーの刃または圧電層に対するソーの配置の変動のために発生することがある。

チャンバ本体上に材料を接合する前に圧電材料を研削およびダイシングするステップによって圧電アクチュエータを形成するステップは、一様な厚さの圧電アクチュエータを作り出すことができる。圧電部分は、単一アクチュエータ全域にわたり一様な厚さでよい。アクチュエータは、１群のアクチュエータ全域にわたり極めて一様な厚さも有していてもよい。ダイ内の構造全域で達成できる寸法一様性の例として、各構造の幅は約２５〜２００ミクロン、もしくはおよそ１５０ミクロンである圧電アクチュエータを有していてよく、ダイは１列内に１００〜２００の構造を有しており、およびダイの圧電アクチュエータ全域にわたる厚さの相違は２ミクロンほど小さくてよい。個別アイランドを切削して、その後に圧電材料を研削するステップは、圧電材料が相互に平行である上面および底面を備えるアイランドを形成できる。この形状は、スクリーン印刷法を用いては、またはセラミック材料のグリーン・シートを沈着させ、セラミック材料をパターニングしてセラミック材料を焼成するステップによっては達成できない可能性がある。グリーン・シートを焼成する、スクリーン印刷およびソル・ゲル適用などの方法は、長方形の断面を有していない圧電アクチュエータを形成できる。例えば、これらの方法は、平面状の底部および湾曲した上部、または長方形の上方角が取り除かれているように見える断面を備えるアクチュエータを形成できる。バルク圧電材料からアイランドを切削するステップによって、アクチュエータの幅および長さにわたるアクチュエータの厚さは極めて一様にすることができる。寸法の高度の一様性を備える圧電アクチュエータは、極めて一様な圧電特性を示すことができる。

圧電材料を接合する前にカットを形成するステップは、ラップアラウンド電極構造が形成されることを可能にする。ラップアラウンド電極構造は、圧電層の上部にある底部電極のための接触領域を作り出す。ラップアラウンド電極構造は、集積回路をアクチュエータへ接続するステップを単純化できる。

アクチュエータの幅をポンピングチャンバの幅より細く形成するステップは、膜の最も柔軟性部分の上方にアクチュエータの移動を集中することができる。アクチュエータをより細くするステップによって、圧電材料を作動させるために必要とされる電圧は小さくなる。上部電極は、圧電層の中央部分に電圧を集中させるために圧電層より細く作製できる。これは、圧電層全域にわたる競合圧電力を減少させることができる。上方電極を圧電層より細く形成するステップは、アクチュエータに入力電圧へより良好に応答させる。より良好なアクチュエータ応答は、所望のアクチュエータ応答を達成するために、アクチュエータ全域にわたってより低い駆動電圧が加えられることを可能にする。ポンピングチャンバより幅広いアクチュエータを形成するステップの長所は、ポンピングチャンバを取り囲んでいる壁がアクチュエータを支持できることである。壁がポンピングチャンバを支持する場合は、アクチュエータが膜を通り抜ける危険性が減少する。詳細には、接合プロセス中などに圧力がアクチュエータに加えられる場合は、装置を損傷する可能性が減少する。

層を支持層へ接合された後に相当に厚い圧電層を薄化するステップは、アクチュエータを形成するための加工ステップを容易にできる。圧電層がチャンバ本体上に接合する前に適切な作業厚さまで薄化されない場合は、接合するステップ後により長時間の薄化プロセスが必要とされることがある。さらに、支持体材料が圧電層より剛性であることが望ましい。より剛性の支持層は、アセンブリが加熱された場合にアセンブリが支持体材料の熱拡張に近く拡張することを可能にする。しかし、支持層へ取り付けるステップの後に圧電層をその最終厚さへ薄化するステップは、圧電層を損傷させずに所望の厚さが達成されることを可能にしないことがある。支持層は、薄化するステップ中に圧電材料を固定するためのベースを提供する。圧電材料を薄化するための装置が、薄化するステップ中に圧電層を固定するよりむしろ支持層を固定できる場合は、機能を固定するステップが薄化プロセスを妨害する可能性が小さくなる。１つの実行では、支持体が薄化装置へクランピングされ、砥石は圧電層を所望の厚さへ研削する。クランプは支持層に接触しさえすればよいので、クランプが研削砥石を妨害することはない。

研削する工程は、露出した粒子の一部を圧電材料から解放することができる。さらに、研削するステップはペースト状物質を形成し、そのペースト状物質は圧電材料の破損した破片を含んでいる。ペースト状物質は、研削するステップ中に圧電相上に沈着させることができる。ペースト状物質およびバラバラにされた粒子は、圧電相と導電層との接合において間隙を作り出すことができる。これらの間隙の程度は、場所毎に変動して性能における変動を引き起こす可能性がある。

研削するステップ後に圧電材料を洗浄するステップは、圧電材料のバラバラにされた粒子とペーストを取り除き、圧電材料の表面が主として完全に固定された圧電材料の粒子から構成されることを引き起こす。洗浄するプロセスはより粗い表面を作り出すが、バラバラにされた圧電材料の粒子を備える平面を有する圧電材料の上方での圧電材料の圧電特性の効率および一様性を改善する。研削するステップ後の圧電材料を洗浄するステップは、導電材料を適用するためにも表面を改善する。表面がペーストおよび材料のバラバラにされた粒子を全く含んでいない場合は、導電材料と圧電材料の付着性ブロックとの間に存在する間隙の可能性が減少する。

圧電材料の熱拡張は、圧電材料を本体へ接合する前に圧電材料を支持層へ接合するステップによって制御できる。２つの構造間の接合を形成するために圧電材料およびチャンバ本体が加熱される場合は、圧電材料（または他の適切な圧電材料）と本体を形成するために使用される材料は、特に本体がシリコンなどの圧電材料以外の材料から製造される場合は相違する速度で膨張することがある。さらに、熱変化に起因する圧電材料の膨張および収縮は変動性である可能性がある。すなわち、加熱され、その元の温度へ冷却される圧電材料は、直ちにその元のサイズに戻らないことがある。熱膨張および収縮の比率は、材料がどのくらい前に分極処理されたのか、そして材料がすでに何回の熱サイクル処理を受けていたのかなどの相違する要素に起因して変動することがある。加熱するステップによってチャンバ本体および圧電材料のサイズにおける変化は、隔離カットに関してチャンバ壁の整列を変化させることがある。

支持層が本体と同一材料から製造されると、支持体材料は、圧電材料および本体の膨張率が実質的に同一であるように圧電材料の膨張率を制御できる。特に支持層が圧電材料よりはるかに厚い場合は、支持層は、圧電材料が支持層とともに膨張および収縮するように強制できる。１つの実行では、圧電材料はＰＺＴであり、支持層はＰＺＴ層の厚さの１０倍の厚さを有するシリコンである。シリコンは、ＰＺＴのおよそ３倍剛性である。厚さおよび剛性における相違間では、シリコンは、ＰＺＴの３０倍のバネ率を有すると思われる。より大きな見かけのバネ率を備える材料は、他の材料の膨張および収縮を無効にし、それによってＰＺＴにシリコンと同率で膨張させる。

ノズル形成を達成するためには、上述したプロセスに修飾を加えることができる。１つの実行では、エッチングの全部がノズル層の裏面から実行される。また別の実行では、絶縁体層はノズルから除去されない。ノズルを完成するために、絶縁体層は、開口部の壁がノズル出口の壁と実質的に同一であるようにエッチングすることができる。または、絶縁体層内の開口部の壁は、ノズル出口の壁とは相違していてもよい。例えば、ノズル入口は、絶縁体層内に形成された直線状平行壁付き部分内に通じるテーパ付き壁を有することができる。絶縁体層内に開口部を形成するステップは、ノズル層に流路モジュールを取り付ける前もしくは後のいずれかに行なうことができる。

別個の基板内にノズルを形成することの１つの潜在的短所は、ノズルの深さが約２００ミクロンを超えるなどの特定範囲の厚さに限定される可能性があることである。約２００ミクロンより薄い基板を加工するステップは、基板を損傷もしくは破損させる可能性が高まるために、収率の低下を招くことがある。基板は、一般に加工中の基板取り扱いを容易にするために十分な厚さでなければならない。ノズルがＳＯＩ基板の層内に形成される場合は、層は、それでも取り扱いのために相違する厚さを提供しながら、形成する前に所望の厚さへ研削することができる。支持層は、ノズル層の加工を妨害せずに、加工中につかむことのできる部分をさらに提供する。

所望の厚さの層内にノズルを形成するステップは、ノズル層が流路モジュールと接合された後にノズル層を減少させるステップを回避できる。ノズル層が流路モジュールと接合された後に支持層を研削して取り除くステップは、研削溶液もしくは研削廃棄材料へ流路機能を開放したまま残さない。ノズル層が流路モジュールと接合された後に絶縁体層が除去される場合は、絶縁体層は、基礎にあるシリコン層がエッチングされないように選択的に除去することができる。

２つのタイプの加工法を使用するノズル形成プロセスは、複雑な形状を備えるノズルを形成できる。異方性の裏面エッチングは、基板の表面にベースを有するピラミッド状錐台の形状にある凹部、傾斜した、もしくはテーパ付き壁および基板内の陥凹表面を形成できる。径がピラミッド状錐台の陥凹表面の径より大きくなるように構成される表面のエッチングは、凹部およびノズルからピラミッド状錐台形の陥凹表面を取り除く。この技術は、ノズルからのインク流れの方向に直交する任意の実質的な平面を取り除く。これは、ノズル内に捕捉された空気の発生を減少させることができる。すなわち、異方性エッチングによって形成されるテーパ付き壁は、空気摂取を伴わずに充填中に大量のメニスカスプルバックに適応しながら、インクの流れ抵抗を低く維持することができる。ノズルのテーパ付き壁は、ノズル開口部の直線状平行壁内にスムーズに移行し、流れが壁から分離される傾向を最小限に抑える。ノズル開口部の直線状平行壁は、インクの流れもしくは液滴をノズルから外へ方向付けることができる。

異方性エッチングの深さは、ノズル開口部がピラミッド状錐台形の陥凹表面の径より大きな径を備えて形成されない場合は、ノズル入口およびノズル出口両方の長さに直接的な影響を及ぼす。異方性エッチングの深さは、そこでエッチングが実施される温度とともにエッチングの所要時間によって決定され、制御するのが困難な場合がある。ＤＲＩＥエッチングの形状は、異方性エッチングの深さより制御するのが容易な可能性がある。ノズル出口の壁をノズル入口のテーパ付き壁と交差させることによって、異方性エッチングの深さの変動は最終ノズル形状に影響を及ぼさない。このため、ノズル出口の壁をノズル入口のテーパ付き壁と交差させるステップは、単一プリントヘッド内および複数のプリントヘッド全体にわたってより高度の一様性を導くことができる。

エッチングプロセス中に基板を融着するステップは、加工中のモジュール基板のための支持体を提供できる。融着するステップは、シリコン基板がアニーリングされない場合は、安定性の、しかし非永続性の接合を提供できる。犠牲基板は、エッチングされる２つの相違する材料の接合部で発生する可能性があるアンダーカットの形成を伴わないエッチングを可能にできる。犠牲基板は、冷却剤がエッチングチャンバ内に漏出するのを防止できる。エッチングの一部分が完了し、他の部分が不完全である場合は、犠牲基板はオーバーエッチングが発生するのを防止する。犠牲基板は、望ましくない破片が取扱い中にエッチングされた基板の穴もしくは凹部に侵入するのをさらに防止できる。

機械的分離装置は、ヒトが冗漫なプロセスを実施することを必要とせずに、融着した基板を分離できる。装置とともにセンサを含めることによって、基板に損傷を与える危険性を伴わずに、分離中に基板へ適正レベルの圧力を加えることができる。

本発明の多数の実施形態について記載してきた。それでも、本発明の精神および範囲から逸脱せずに様々な修飾を加えられることは理解されるであろう。したがって、他の実施形態は以下の特許請求項の範囲内に含まれる。

図１は、液滴射出ＭＥＭＳ装置の断面図である。 図２は、液滴射出ＭＥＭＳ装置からの３つの電極の上面図である。 図３は、シリコン基板を示した図である。 図４は、部分的にエッチングされたシリコン基板の断面図である。 図５は、犠牲基板に接合された、部分的にエッチングされたシリコン基板の断面図である。 図６は、パターニングされたフォトレジストおよび酸化物層を備える、部分的にエッチングされたシリコン基板の断面図である。 図７は、パターニングされたフォトレジストおよび酸化物層を備える、部分的にエッチングされたシリコン基板の断面図である。 図８は、スルーホールが完成された後のシリコン基板の断面図である。 図９は、ポンピングチャンバが形成された後のシリコン基板の断面図である。 図１０は、犠牲基板が取り除かれている、エッチングされた基板の図である。 図１１は、接合された基板を分離するための機械装置の略図である。 図１２は、接合された基板を分離するための機械装置の断面図である。 図１３は、第２犠牲基板へ接合された、エッチングされた基板の図である。 図１４は、ノズル層を形成するための装置層を備える絶縁基板上のシリコンを示した図である。 図１５は、異方性エッチング後の絶縁体基板上のシリコンの図である。 図１６は、異方性エッチング後の絶縁体基板上のシリコンの上面図である。 図１７は、絶縁体基板上の２つのシリコンに接合された、エッチングされた基板の断面図である。 図１８は、露出した膜層および露出したノズル層を備える、エッチングされた基板の断面図である。 図１９は、エッチングされた機能を備えるモノリシックシリコン基板を示した図である。 図２０は、ノズル開口部を備えるノズル層の断面図である。 図２１は、支持層に接合された圧電層を示した図である。 図２２は、薄化後の圧電層を示した図である。 図２３は、グラウンドカットおよび導電層を形成した後の圧電層を示した図である。 図２４は、追加のカットを形成した後の圧電層の底面図である。 図２５は、その中に形成されたアラインメントカットを備える圧電層の断面図である。 図２６は、その中に形成されたアラインメントスロットを備える支持層の断面図である。 図２７は、アラインメントカットおよびスロットを形成した後の支持層の上面図である。 図２８は、接合層がその上に形成された後の圧電層の断面図である。 図２９は、相互に接合されたモジュール基板と圧電層を示した図である。 図３０は、支持層を取り除いた後のアセンブリを示した図である。 図３１は、上方導電層を形成した後のアセンブリを示した図である。 図３２は、圧電アイランド上に形成された３つの電極の上面図である。 図３３Ａは、基板上のダイの位置、ならびに基板からダイを分離するためのダイ周囲のストリートおよびダイシングカットの略図である。 図３３Ｂは、基板上のダイの位置、ならびに基板からダイを分離するためのダイ周囲のストリートおよびダイシングカットの略図である。 図３３Ｃは、基板上のダイの位置、ならびに基板からダイを分離するためのダイ周囲のストリートおよびダイシングカットの略図である。 図３３Ｄは、基板上のダイの位置、ならびに基板からダイを分離するためのダイ周囲のストリートおよびダイシングカットの略図である。 図３４は、モジュール基板を形成するためのフロー図である。 図３５は、圧電アイランドを形成してＭＥＭＳを完成するプロセスについて記載しているフロー図である。 図３６Ａは、１つまたは複数の構造を備えるダイを示した図である。 図３６Ｂは、１つまたは複数の構造を備えるダイを示した図である。 図３６Ｃは、１つまたは複数の構造を備えるダイを示した図である。 図３７は、ノズル開口部の底面図である。 図３８は、ダイの１つの実施例の斜視図である。

Claims (18)

1. シリコン基板をエッチングする方法であって、
   第１シリコン基板（２００）を犠牲シリコン基板（２４０、２４１）へ接合するステップと、
   第１シリコン基板（２００）を犠牲シリコン基板（２４０、２４１）内へエッチングするステップと、および
   第１シリコン基板（２００）が犠牲シリコン基板（２４０、２４１）から分離することを引き起こすために第１シリコン基板（２００）と犠牲シリコン基板（２４０、２４１）との界面に圧力を加えるステップと、を含む方法。
2. 前記第１シリコン基板（２００）を前記犠牲シリコン基板（２４０、２４１）へ接合するステップが、前記第１シリコン基板（２００）と前記犠牲シリコン基板（２４０、２４１）との間のファンデルワールス結合を作り出す、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１シリコン基板（２００）をエッチングするステップが、深反応性イオンエッチングを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１シリコン基板と前記犠牲シリコン基板の界面に圧力を加えるステップが、前記界面に鋭利な縁を有する部材（６２０）を押すステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記界面に圧力を加えるステップが、前記第１シリコン基板（２００）が前記犠牲基板（２４０、２４１）から完全に分離されるまで継続される、請求項１に記載の方法。
6. 第１シリコン基板（２００）を犠牲シリコン基板（２４０、２４１）へ接合するステップが、室温で行なわれる、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１シリコン基板（２００）および前記犠牲シリコン基板（２４０、２４１）が、各々対向する平面および薄い縁を含み、界面に圧力を加えるステップが前記平面に平行な圧力を加えるステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 接合された基板を分離するための装置であって、
   基板保持部材（６１０）であって、上向きおよび下向き方向に作動可能である基盤保持部材と、
   １つまたは複数の分離部材（６２０）と、および
   少なくとも１つの分離部材に接続された機構であって、該少なくとも１つの分離部材（６２０）を該基板保持部材（６１０）によって保持された基板の中心に向かう方向に移動させる機構と、を含む装置。
9. 前記分離部材（６２０）が、薄い縁部分を含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記分離部材（６２０）が、金属刃を含む、請求項８に記載の装置。
11. 前記機構が、モータ（６５０）を含む、請求項８に記載の装置。
12. 前記１つまたは複数の分離部材によって加えられた圧力を感知するためのセンサを含むさらに含む、請求項８に記載の装置。
13. 前記センサから受信した信号によって少なくとも１つの分離部材（６２０）を移動させるように構成された制御装置（６６０）をさらに含む、請求項１２に記載の装置。
14. 圧力が閾値を超えると前記少なくとも１つの分離部材（６２０）に内向き移動を停止させるように構成された制御装置（６６０）をさらに含む、請求項８に記載の装置。
15. ６つの分離部材（６２０）を含む、請求項８に記載の装置。
16. ８つの分離部材（６２０）を含む、請求項８に記載の装置。
17. ２つ以上の分離部材を含む請求項８に記載の装置であって、前記分離部材が支持部材６１０の周囲で等角間隔で配置されている、装置。
18. 前記機構が、前記１つまたは複数の分離部材が規定場所を越えて移動するのを防止する、請求項８に記載の装置。

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