JP2018001289A - 複合基板の研磨方法、ｍｅｍｓデバイスの製造方法、及び、液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨ムラが抑制された複合基板の研磨方法、ＭＥＭＳ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。【解決手段】第１の基板（４１）と第２の基板（４２）とが接合されて成り、少なくとも第１の基板（４１）又は第２の基板（４２）の何れか一方の基板により区画された空間（３４）と、空間と連通する貫通孔（３８）と、が形成された複合基板（４０）の研磨方法であって、貫通孔（３８）から気体を導入して空間（３４）内を加圧した状態で、複合基板（４０）を第２の基板（４２）側から研磨装置（４３）の研磨面（４４ａ）側へ押圧して第１の基板（４１）の第２の基板（４２）とは反対側の面を研磨することを特徴とする複合基板の研磨方法。【選択図】図４

Description

本発明は、２つの基板が接合されて成る複合基板の研磨方法に関し、特に、内部に空間を有する複合基板の研磨方法、ＭＥＭＳデバイスの製造方法、及び、液体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。

ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッド等のＭＥＭＳデバイスは、積層された２つの基板からなる複合基板が少なくとも一部に用いられている。例えば、液体噴射ヘッドにおいては、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成基板と、これに積層された封止板とを備えている。圧力室形成基板と封止板との間には、圧電素子が配置される空間が形成されている。そして、液体噴射ヘッドは、圧電素子の駆動により圧力室内に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルから液滴を噴射する。

ここで、ノズルから噴射される液滴はごく少量であることから、圧力室の容量（体積）は小さくなる傾向にある。このため、液体噴射ヘッドの製造時において、圧力室形成基板と封止板とを接合した後に圧力室形成基板を研磨することで、当該圧力室形成基板の板厚を薄くし、これに形成される圧力室の容量（体積）を小さくする方法が採用されている。また、圧力室を区画する区画壁の高さが抑えられるため、当該区画壁の剛性も高められる。このように基板を研磨する方法としては、基板を研磨される面とは反対側の面から研磨パッド（すなわち、研磨装置の研磨面）側に押圧して当該基板を研磨する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−９４９５８号公報

ところで、特許文献１のように、基板の面内を均一な圧力で押圧する方法においても、研磨される面にムラができる虞があった。具体的には、図１０に示す従来の複合基板９０の研磨方法を表す模式図に基づいて説明する。なお、複合基板９０は、液体噴射ヘッドに用いられる基板であり、圧力室形成基板９１となる基板（以下単に圧力室形成基板９１という）と、封止板９２となる基板（以下単に封止板９２という）とが積層されている。この複合基板９０は、圧力室形成基板９１の下面（封止板９２とは反対側の面）が研磨された後で、切断ラインＬ（図１０に示す破線）に沿って個々の圧力室形成基板９１及び封止板９２に分割される。複合基板９０の内部には、圧電素子を収容する圧電素子収容空間９４、及び、フレキシブル基板等の配線基板が挿通される基板配置空間９３が複数形成されている。そして、従来では、封止板９２の上面（圧力室形成基板９１とは反対側の面）に貼り付けられるフィルム９８を介して押圧部材９７により複合基板９０を研磨部材９６（例えば、定盤と定盤の表面に取り付けられた研磨パッド）側に押圧し、圧力室形成基板９１の下面を研磨していた。このため、複合基板９０のうち基板配置空間９３及び圧電素子収容空間９４に対応する領域は、これら基板配置空間９３及び圧電素子収容空間９４から外れた領域よりも、押圧部材９７の押圧する力が研磨面（すなわち、圧力室形成基板９１の下面）に伝わり難くなっていた。その結果、図１１に示すように、複合基板９０のうち基板配置空間９３及び圧電素子収容空間９４から外れた領域は、研磨される量が多くなり、基板配置空間９３及び圧電素子収容空間９４に対応する領域は、研磨される量が少なる。すなわち、圧力室形成基板９１の下面が均一に研磨されずに、研磨ムラが発生する。なお、図１１では、研磨ムラを強調した圧力室形成基板９１の下面を一点鎖線で表している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、研磨ムラが抑制された複合基板の研磨方法、ＭＥＭＳ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にある。

本発明における複合基板の研磨方法は、上記目的を達成するために提案されたものであり、第１の基板と第２の基板とが接合されて成り、少なくとも前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板により区画された空間と、前記空間と連通する貫通孔と、が形成された複合基板の研磨方法であって、
前記貫通孔から気体を導入して前記空間内を加圧した状態で、前記複合基板を前記第２の基板側から研磨装置の研磨面側へ押圧して前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側の面を研磨することを特徴とする。

本発明によれば、空間内を加圧した状態で複合基板を押圧するため、複合基板の空間に対応する領域において、複合基板を押圧する力が複合基板と研磨装置の研磨面との接合面に伝わり易くなる。これにより、複合基板の空間に対応する領域における研磨面に押圧される力と、この領域（すなわち複合基板の空間に対応する領域）から外れた領域における研磨面に押圧される力との差を小さくすることができる。その結果、複合基板の研磨される面における研磨ムラを抑制することができる。

また、上記研磨方法において、前記第２の基板の前記第１の基板とは反対側の面のうち前記貫通孔が開口されていない領域を前記複合基板の押圧方向とは反対側に吸引した状態で、前記第１の基板を研磨することが望ましい。

この構成によれば、複合基板の押圧される面（すなわち、研磨される面とは反対側の面）に貼り付けられるフィルムや当該面を押圧する押圧部材と、複合基板との間に気体が侵入して、複合基板の一部からフィルムや押圧部材が離間することを抑制できる。

また、本発明におけるＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記空間内に駆動素子が設けられたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
上記各研磨方法の何れかの研磨方法を経ることを特徴とする。

この構成によれば、研磨により小型化されたＭＥＭＳデバイスを製造できる。

さらに、本発明における液体噴射ヘッドの製造方法は、前記空間内に圧電素子が設けられ、前記第１の基板にノズルに連通する圧力室が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
上記各研磨方法の何れかの研磨方法を経ることを特徴とする。

この構成によれば、第１の基板の厚さのばらつきを抑制できるため、第１の基板に複数の圧力室を形成した場合に、各圧力室の高さ（すなわち、第１の基板（又は研磨される面）に直交する方向における寸法）のばらつきを抑制できる。すなわち、各圧力室の容量（体積）のばらつきを抑制できる。その結果、各圧力室のそれぞれに連通する複数のノズルから噴射される液滴の量のばらつきを抑制できる。

プリンターの内部構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの断面図である。 複合基板の研磨方法を説明する模式図である。 複合基板の研磨方法を説明する模式図である。 第２の実施形態における記録ヘッドの断面図である。 第２の実施形態における複合基板の研磨方法を説明する模式図である。 第２の実施形態における複合基板の研磨方法を説明する模式図である。 第３の実施形態における複合基板の研磨方法を説明する模式図である。 第３の実施形態における複合基板の研磨方法を説明する模式図である。 従来の複合基板の研磨方法を説明する模式図である。 従来の複合基板の研磨方法を説明する模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の複合基板の一例として、ＭＥＭＳデバイスの一つのカテゴリーである液体噴射ヘッド、特にインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３を例に挙げて説明する。図１は、記録ヘッド３を搭載した液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）１の斜視図である。

プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対してインク（液体の一種）を噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）によって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。

次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、アクチュエーターユニット１７及び流路ユニット１８が積層された状態でヘッドケース１９に取り付けられている。

本実施形態におけるヘッドケース１９は、合成樹脂製の箱体状部材である。図２に示すように、ヘッドケース１９の中央部には、ノズル列方向に沿って長尺な空間であるアクチュエーター収容空間２０及び貫通空間２２が形成されている。アクチュエーター収容空間２０は、アクチュエーターユニット１７が収容される空間であり、ヘッドケース１９の下面から板厚方向（すなわち、下面に直交する方向）の途中まで凹んだ状態に形成されている。貫通空間２２は、このアクチュエーター収容空間２０の上面側の天井面に連通し、ヘッドケース１９を板厚方向に貫通した状態に形成されている。貫通空間２２及びアクチュエーター収容空間２０には、圧電素子３２（後述）に駆動信号を供給するフレキシブル基板３５が配置される。なお、図示を省略するが、フレキシブル基板３５は、貫通空間２２の上面開口から記録ヘッド３の外側まで延在し、プリンター１の制御部に接続されている。また、ヘッドケース１９の内部にはインクが流れる液体導入路２１が形成されている。この液体導入路２１の下端は、後述する共通液室２６と接続されている。本実施形態では、２列に形成されたノズル列に対応して、液体導入路２１が２つ形成されている。

ヘッドケース１９の下面には、流路ユニット１８が接続されている。この流路ユニット１８は、連通基板２５及びノズルプレート２３が積層されて成るノズル列方向に沿って長尺な複合基板である。連通基板２５は、例えばシリコン単結晶基板から作製される基板である。この連通基板２５には、図２に示すように、液体導入路２１と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される共通液室２６と、この共通液室２６からのインクを各圧力室３０に個別に供給する個別連通路２７と、圧力室３０とノズル２４とを連通するノズル連通路２８とが、異方性エッチングにより形成されている。共通液室２６は、ノズル列方向に沿った長尺な空部であり、液体導入路２１対応して２列に形成されている。個別連通路２７及びノズル連通路２８は、圧力室３０の並設方向（換言すると、ノズル列方向）に沿って複数形成されている。

ノズルプレート２３は、連通基板２５の下面（すなわち、圧力室形成基板２９とは反対側の面）に接合されたシリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。本実施形態では、このノズルプレート２３により、共通液室２６となる空間の下面側の開口が封止されている。また、ノズルプレート２３には、複数のノズル２４（すなわち、ノズル列）がノズルプレート２３の長手方向に沿って直線状（換言すると、列状）に開設されている。本実施形態では、２列に形成された圧力室３０の列に対応して、ノズル列が２列形成されている。この並設された複数のノズル２４は、一端側のノズル２４から他端側のノズル２４までドット形成密度に対応したピッチで、主走査方向に直交する副走査方向に沿って等間隔に設けられている。なお、ノズルプレートを連通基板における共通液室から内側に外れた領域に接合し、共通液室となる空間の下面側の開口を例えば可撓性を有するコンプライアンスシート等の部材で封止することもできる。このようにすれば、ノズルプレートを可及的に小さくできる。

本実施形態におけるアクチュエーターユニット１７は、図２に示すように、圧力室形成基板２９、振動板３１、及び、封止板３３等の基板が積層されて成る複合基板である。このアクチュエーターユニット１７は、ヘッドケース１９のアクチュエーター収容空間２０内に収容可能な大きさに形成され、このアクチュエーター収容空間２０内に収容されている。

圧力室形成基板２９は、例えばシリコン単結晶基板から作製される基板である。この圧力室形成基板２９には、異方性エッチング等により一部が板厚方向に完全に除去されて、圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数並設されている。この空間は、下方が連通基板２５により区画され、上方が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。また、この空間、すなわち圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺に形成され、長手方向の一側の端部に個別連通路２７が連通すると共に、他側の端部にノズル連通路２８が連通する。また、本実施形態における圧力室３０は、ノズル列方向に沿って２列に形成されている。

振動板３１は、例えば、圧力室形成基板２９の上面（すなわち、連通基板２５側とは反対側の面）に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、から成る薄膜状の部材である。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、振動板３１によって、圧力室３０の上面が区画されている。この振動板３１における圧力室３０（詳しくは、圧力室３０の上部開口）に対応する部分は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２４から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。すなわち、振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する領域が、撓み変形が許容される駆動領域となる。そして、この駆動領域（変位部）の変形（変位）により、圧力室３０の容積は変化する。一方、振動板３１における圧力室３０の上部開口から外れた領域が、撓み変形が阻害される非駆動領域となる。

振動板３１（詳しくは振動板３１の絶縁体膜）の上面（すなわち、振動板３１の圧力室形成基板２９側とは反対側の面）における各圧力室３０に対応する領域（すなわち、駆動領域）には、駆動素子の一種である圧電素子３２がそれぞれ積層されている。本実施形態における圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、各ノズル２４に対応してノズル列方向に沿って２列に並設されている。各圧電素子３２は、例えば、振動板３１上から順に、個別電極となる下電極層、圧電体層及び共通電極となる上電極層が順次積層されてなる。なお、駆動回路や配線の都合によって、下電極層を共通電極、上電極層を個別電極にすることもできる。このように構成された圧電素子３２は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル２４から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。

封止板３３は、図２に示すように、圧電素子３２を収容可能な圧電素子収容空間３４が形成された基板である。圧電素子収容空間３４は、封止板３３を異方性エッチング等により板厚方向の途中まで除去することで形成される。この圧電素子収容空間３４の内部、すなわち、圧電素子収容空間３４を区画する天井面及び側壁と、振動板３１の上面とにより区画された空間（本発明における空間に相当）内に圧電素子３２が収容されている。要するに、封止板３３は、圧電素子収容空間３４内に圧電素子３２を収容した状態で、振動板３１上に接合されている。本実施形態では、２列に形成された圧電素子３２の列に対応して、圧電素子収容空間３４が２列に形成されている。また、封止板３３には、圧電素子収容空間３４と連通し、当該圧電素子収容空間３４を封止板３３の外側（具体的には、アクチュエーター収容空間２０）に開放する大気開放孔３８（本発明における貫通孔に相当）が板厚方向に貫通する状態に形成されている。すなわち、大気開放孔３８の上端は封止板３３の上面に開口され、大気開放孔３８の下端は圧電素子収容空間３４の天井面に開口されている。圧電素子収容空間３４は、この大気開放孔３８、アクチュエーター収容空間２０、及び、貫通空間２２を介して、大気に開放される。

さらに、封止板３３における２つの圧電素子収容空間３４の間には、当該封止板３３が板厚方向に完全に除去された基板配置空間３６が形成されている。基板配置空間３６は貫通空間２２と連通し、その内部には貫通空間２２に挿通されたフレキシブル基板３５の端部が配置される。そして、この基板配置空間３６において、フレキシブル基板３５と圧電素子３２から延在したリード配線（図示せず）と、が接続されている。なお、基板配置空間３６を区画する側壁と、振動板３１の上面とにより区画された空間も本発明における空間に相当する。また、基板配置空間３６の封止板３３の上面に開口した部分（換言すると、基板配置空間３６の上面側開口）も本発明における貫通孔に相当する。

このように形成された記録ヘッド３は、インクカートリッジ８からインクが供給されて圧力室３０内がインクで満たされた状態で、圧電素子３２を駆動することにより、圧力室３０内に圧力変動を生じさせる。そして、この圧力変動を利用することで、ノズル連通路２８を介して圧力室３０と連通するノズル２４からインク滴を噴射する。

次に、上記した記録ヘッド３、特にアクチュエーターユニット１７の製造方法について説明する。図３及び図４は、アクチュエーターユニット１７となる複合基板４０の研磨方法を説明する模式図である。本実施形態のアクチュエーターユニット１７は、振動板３１及び圧電素子３２が積層されて圧力室形成基板２９となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板（シリコンウェハー）からなる第１の基板４１と、圧電素子収容空間３４や基板配置空間３６等が形成されて封止板３３となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板（シリコンウェハー）からなる第２の基板４２と、が接着剤等により貼り合わされて成る複合基板４０を研磨し、その後、切断ラインＬ（図３及び図４における破線）に沿って切断して個片化することで得られる。

詳しく説明すると、第１の基板４１では、まず、第２の基板４２と対向する側の表面に振動板３１を形成する。次に、半導体プロセス（すなわち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程など）により、下電極層、圧電体層、上電極層等を順次パターニングし、圧電素子３２等を形成する。これにより、第１の基板４１に、個々の記録ヘッド３に対応した圧力室形成基板２９となる領域が複数形成される。すなわち、第１の基板４１の切断ラインＬにより区画された複数の領域に、圧力室形成基板２９に対応する領域がそれぞれ形成される。一方、第２の基板４２では、まず、第１の基板４１と対向する側の表面に熱酸化膜等の絶縁膜を形成する。次に、異方性エッチング等により、第２の基板４２に圧電素子収容空間３４及び基板配置空間３６を作製する。また、異方性エッチングやレーザー等により、大気開放孔３８を作製する。これにより、第２の基板４２に、個々の記録ヘッド３に対応した封止板３３となる領域が複数形成される。そして、第１の基板４１に振動板３１及び圧電素子３２等が形成され、第２の基板４２に圧電素子収容空間３４及び基板配置空間３６等が形成されたならば、第１の基板４１と第２の基板４２とを接合する。具体的には、圧電素子収容空間３４内に圧電素子３２が収容されるように、第１の基板４１と第２の基板４２とを接着剤を用いて接合する。これにより、図３に示すような複合基板４０が作成される。

次に、複合基板４０の研磨工程に移行する。研磨工程では、研磨装置４３により複合基板４０の下面、すなわち第１の基板４１の第２の基板４２とは反対側の面を研磨する。ここで、本実施形態における研磨装置４３は、定盤及び定盤の表面に取り付けられる研磨パッドからなる研磨部材４４、複合基板４０を研磨部材４４側に押圧する押圧部材４５、図示しない吸引ポンプ（或いは減圧ポンプ）、及び、図示しない加圧ポンプを備えている。また、押圧部材４５の内部には吸引ポンプと接続される吸引用気体流路４８と、加圧ポンプと接続される加圧用気体流路４９とが形成されている。吸引用気体流路４８及び加圧用気体流路４９は、それぞれ押圧部材４５の下面（すなわち、複合基板４０を押圧する押圧面）に開口されている。このような研磨装置４３を用いて複合基板４０の下面を研磨するには、まず、複合基板４０の上面（第２の基板４２の第１の基板４１とは反対側の面、すなわち研磨される面とは反対側の面）に当該上面を保護するフィルム４６を貼り付ける。このフィルム４６には、基板配置空間３６と重なる領域、大気開放孔３８と重なる領域、及び、それ以外の任意の領域に開口４７が設けられている。そして、フィルム４６の上面に押圧部材４５を当接させた状態で、押圧部材４５に複合基板４０を保持させる。この際、フィルム４６の基板配置空間３６と重なる領域の開口４７及び大気開放孔３８と重なる領域の開口４７に加圧用気体流路４９が接続され、その他の開口４７に吸引用気体流路４８が接続されるように複合基板４０を取り付ける。次に、吸引ポンプを駆動して、吸引用気体流路４８内の気体を吸引すると共に、加圧ポンプを駆動して、加圧用気体流路４９内に気体を導入する（図３における矢印参照）。これにより、吸引用気体流路４８を介して複合基板４０の上面が吸引されると共に、加圧用気体流路４９を介して大気開放孔３８に連通する圧電素子収容空間３４及び基板配置空間３６の内部が加圧される。

この状態で、押圧部材４５を下方に移動させる。或いは、研磨部材４４を上方に移動させる。すなわち、押圧部材４５を研磨部材４４側に相対的に移動させる。これにより、押圧部材４５に保持された複合基板４０の下面が研磨部材４４の上面（すなわち、研磨面４４ａ）に当接される。そして、複合基板４０の上面のうち基板配置空間３６及び大気開放孔３８が開口されていない領域を複合基板４０の押圧方向とは反対側に吸引した状態、且つ基板配置空間３６の上面開口及び大気開放孔３８から気体を導入して基板配置空間３６内及び圧電素子収容空間３４内を加圧した状態で、押圧部材４５により第２の基板４２側から研磨面４４ａ側へ複合基板４０を押圧する。この時、研磨面４４ａに研磨液等を供給しつつ、研磨部材４４及び複合基板４０の何れか一方、又は、両方を回転させる。これにより、複合基板４０の下面、すなわち第１の基板４１の下面が研磨される。その後、第１の基板４１が所定の厚さになったところで、研磨を終了する。すなわち、回転を停止して、複合基板４０の下面から研磨部材４４を離間させると共に、吸引ポンプ及び加圧ポンプの駆動を停止して、基板配置空間３６及び圧電素子収容空間３４を大気に開放する。また、フィルム４６を複合基板４０から剥がす。

複合基板４０が研磨されたならば、異方性エッチング等により、薄くなった第１の基板４１に圧力室３０を形成する。次に、複合基板４０を切断ラインＬに沿って切断することで、個々のアクチュエーターユニット１７に分割する。なお、複合基板４０を切断する方法としては、エキスパンドブレイクやダイシング等を用いて切断する方法等、種々の方法を採用できる。これにより、アクチュエーターユニット１７が作成される。その後、個々のアクチュエーターユニット１７にフレキシブル基板３５等を取り付ける。また、アクチュエーターユニット１７の下面（圧力室形成基板２９の下面）に連通基板２５を接合する。そして、アクチュエーター収容空間２０内にアクチュエーターユニット１７を収容した状態で、連通基板２５の上面にヘッドケース１９を取り付ける。これにより、記録ヘッド３が作製される。

このように、複合基板４０を研磨する際に、基板配置空間３６内及び圧電素子収容空間３４内を加圧した状態で、複合基板４０を研磨面４４ａ側へ押圧して行ったので、複合基板４０の基板配置空間３６及び圧電素子収容空間３４に対応する領域において、複合基板４０を押圧する力が複合基板４０と研磨面４４ａとの接合面に伝わり易くなる。これにより、複合基板４０の基板配置空間３６及び圧電素子収容空間３４に対応する領域における研磨面４４ａに押圧される力と、この領域から外れた領域における研磨面４４ａに押圧される力との差を小さくすることができる。その結果、複合基板４０の研磨される面における研磨ムラを抑制することができる。換言すると、第１の基板４１（すなわち、圧力室形成基板２９）の厚さのばらつきを抑制できる。このため、第１の基板４１に形成される各圧力室３０の高さ（すなわち、第１の基板４１（又は研磨される面）に直交する方向における寸法）のばらつきを抑制できる。すなわち、各圧力室３０の容量（体積）のばらつきを抑制できる。また、圧力室３０を区画する区画壁の剛性のばらつきも抑制できる。その結果、各圧力室３０のそれぞれに連通する複数のノズル２４から噴射されるインク滴の量のばらつきを抑制できる。また、研磨によりアクチュエーターユニット１７が薄くなるため、記録ヘッド３を小型化できる。さらに、本実施形態では、複合基板４０の上面のうち基板配置空間３６及び大気開放孔３８が開口されていない領域を吸引したので、フィルム４６や押圧部材４５と複合基板４０との間に気体が侵入して、複合基板４０の一部からフィルム４６や押圧部材４５が離間することを抑制できる。その結果、より一層研磨ムラを抑制することができる。

ところで、本発明における研磨方法が適用される複合基板としては、上記した第１の実施形態に例示した複合基板４０（アクチュエーターユニット１７）に限られない。図５〜図７に示す第２の実施形態における記録ヘッド５１の圧力室形成基板６５及び封止板７０から成る複合基板８２にも本発明を適用できる。以下、第２の実施形態について詳しく説明する。なお、図５は、第２の実施形態における記録ヘッド５１の断面図である。また、図６及び図７は、第２の実施形態における複合基板８２の研磨方法を説明する模式図である。

本実施形態における記録ヘッド５１は、図５に示すように、上記した第１の実施形態と同様に、アクチュエーターユニット５３及び流路ユニット５４が積層された状態でヘッドケース５５に取り付けられている。

本実施形態におけるヘッドケース５５は、上記した第１の実施形態と同様に、アクチュエーター収容空間５６、液体導入路５７、及び、図示しない貫通空間を備えている。アクチュエーター収容空間５６は、アクチュエーターユニット５３が収容される空間であり、ヘッドケース５５の下面から板厚方向（すなわち、下面に直交する方向）の途中まで凹んだ状態に形成されている。液体導入路５７は、インクが流れる流路であり、２列に形成されたノズル列に対応して２つ形成されている。貫通空間は、図示しないフレキシブル基板が挿通される空間であり、アクチュエーター収容空間５６の端部と連通されている。アクチュエーター収容空間５６は、この貫通空間を介して大気と連通する。

ヘッドケース５５の下面に接続された流路ユニット５４は、上記した第１の実施形態と同様に、連通基板６１及びノズルプレート５９が積層されて成るノズル列方向に沿って長尺な基板である。この連通基板６１には、第１の実施形態と同様に、液体導入路５７と連通し、各圧力室６６に共通なインクが貯留される共通液室６２と、この共通液室６２からのインクを各圧力室６６に個別に供給する個別連通路６３と、圧力室６６とノズル６０とを連通するノズル連通路６４とが、形成されている。連通基板６１の下面に接合されたノズルプレート５９には、複数のノズル６０がノズルプレート５９の長手方向に沿って直線状（換言すると、列状）に開設されている。本実施形態でも、２列に形成された圧力室６６の列に対応して、ノズル列が２列形成されている。

本実施形態におけるアクチュエーターユニット５３は、図２に示すように、圧力室形成基板６５、振動板６７、封止板７０、及び、駆動ＩＣ７４等の基板が積層されて成る複合基板である。このアクチュエーターユニット５３は、ヘッドケース５５のアクチュエーター収容空間５６内に収容可能な大きさに形成され、このアクチュエーター収容空間５６内に収容されている。

本実施形態における圧力室形成基板６５は、第１の実施形態と同様に、上面に振動板６７及び圧電素子６８が積層された基板である。本実施形態でも、圧力室６６がノズル列方向に沿って２列に形成されている。また、振動板６７は、第１の実施形態と同様に、弾性を有する薄膜状の部材からなる。さらに、圧電素子６８は、第１の実施形態と同様に、振動板６７上から順に、個別電極となる下電極層、圧電体層及び共通電極となる上電極層が順次積層されてなる。なお、本実施形態においては、各圧電素子６８から当該圧電素子６８の下電極層と接続されるリード配線６９が圧力室形成基板６５の外側に向けて延在され、当該圧電素子６８の上電極層と接続されるリード配線６９が圧力室形成基板６５の内側に向けて延在されている。上電極層と接続されるリード配線６９は、２列に形成された圧電素子６８の列間において接続され、両側の圧電素子６８に共通な電極となっている。そして、これらのリード配線６９の端子に対応する部分に後述するバンプ電極７６が接続されている。

本実施形態における封止板７０は、図５に示すように、圧電素子６８との間に接着剤７５を介在させた状態で、圧電素子６８に対して間隔を開けて配置された平板状のシリコン基板である。ここで、接着剤７５は、バンプ電極７６の側方と、アクチュエーターユニット５３の外周とに配置されている。このアクチュエーターユニット５３の外周を囲う接着剤７５、封止板７０及び圧力室形成基板６５により囲われた圧電素子収容空間７１（本発明における空間に相当）に圧電素子６８が収容される。すなわち、本実施形態では、バンプ電極７６の厚みと接着剤７５の厚みにより封止板７０と圧力室形成基板６５との間に圧電素子収容空間７１を形成している。また、本実施形態における封止板７０の下面（圧力室形成基板６５側の面）には、駆動ＩＣ７４からの駆動信号を圧電素子６８側に出力するバンプ電極７６が複数形成されている。このバンプ電極７６は、図５に示すように、一方の圧電素子６８の外側に形成されたリード配線６９の端子に対応する位置、他方の圧電素子６８の外側に形成されたリード配線６９の端子に対応する位置、及び両方の圧電素子６８の列間に形成されたリード配線６９の端子に対応する位置に、それぞれノズル列方向に沿って複数形成されている。バンプ電極７６は、例えば、弾性を有する樹脂と、この樹脂の少なくとも一部の表面を覆う導電膜とからなる。なお、バンプ電極７６としては、樹脂を有するものに、限られず金属のみからなるバンプ電極７６やハンダからなるバンプ電極７６を採用することもできる。そして、各バンプ電極７６は、封止板７０の下面に形成された下面側配線７９に接続されている。

個別電極に対応する下面側配線７９のバンプ電極７６とは反対側の端部は、貫通配線７７に接続されている。貫通配線７７は、封止板７０の下面と上面との間を中継する配線であり、封止板７０を板厚方向に貫通した貫通孔の内部に金属等の導体を形成してなる。貫通配線７７の上面側の端部は、対応する上面側配線７８に接続されている。上面側配線７８は、貫通配線７７から駆動ＩＣ７４のＩＣ端子に対応する位置まで延在され、当該位置においてＩＣ端子と接続されている。また、共通端子に対応する下面側配線７９は、図示を省略するが、ノズル列方向に沿ってバンプ電極７６の外側まで延在され、貫通配線７７に接続されている。そして、この貫通配線７７を介して、上面側配線７８に接続され、フレキシブル基板等の配線基板に接続されている。さらに、封止板７０における駆動ＩＣ７４と重ならない位置には、当該封止板７０を板厚方向に貫通する大気開放孔７２（本発明における貫通孔に相当）が形成されている。この大気開放孔７２により圧電素子収容空間７１がアクチュエーター収容空間５６に連通されている。

駆動ＩＣ７４は、圧電素子６８を駆動するためのＩＣチップである。本実施形態における駆動ＩＣ７４の外径は、封止板７０の外形よりも小さく形成されている。具体的には、駆動ＩＣ７４は、長手方向（すなわち、ノズル列方向）における寸法が同方向における封止板７０の寸法よりも小さく形成され、短手方向（すなわち、ノズル列方向に直交する方向）における寸法が同方向における封止板７０の寸法よりも小さく形成されている。また、駆動ＩＣ７４は、封止板７０の大気開放孔７２と重ならないように、すなわち、大気開放孔７２の上面側の開口を塞がないように、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等のＩＣ接合用接着剤８０を介して封止板７０の上面に積層されている。図５に示すように、この駆動ＩＣ７４の下面（封止板７０側の面）には、上面側配線７８の端子部に接続されるＩＣ端子が、複数形成されている。ＩＣ端子は、個別端子に対応して、ノズル列方向に沿って並設されている。本実施形態では、２列に並設された圧電素子６８の列に対応して、ＩＣ端子の列が２列形成されている。

次に、第２の実施形態における記録ヘッド５１、特にアクチュエーターユニット５３の製造方法について説明する。図６及び図７は、圧力室形成基板６５及び封止板７０となる複合基板８２の研磨方法を説明する模式図である。本実施形態でも、上記した第１の実施形態と同様に、振動板６７及び圧電素子６８が積層されて圧力室形成基板６５となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板（シリコンウェハー）からなる第１の基板８３と、バンプ電極７６や配線等が形成されて封止板７０となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板（シリコンウェハー）からなる第２の基板８４と、が接着剤７５により貼り合わされて成る複合基板８２を研磨し、その後、切断ラインＬ（図６及び図７における破線）に沿って切断して個片化する工程を経る。

詳しく説明すると、第１の基板８３では、まず、第２の基板８４と対向する側の表面に振動板６７を形成する。次に、半導体プロセスにより、下電極層、圧電体層、上電極層等を順次パターニングし、圧電素子６８やリード配線６９等を形成する。これにより、第１の基板８３に、個々の記録ヘッド５１に対応した圧力室形成基板６５となる領域が複数形成される。すなわち、第１の基板８３の切断ラインＬにより区画された複数の領域に、圧力室形成基板６５に対応する領域がそれぞれ形成される。一方、第２の基板８４では、まず、第１の基板８３と対向する側の表面に熱酸化膜等の絶縁膜を形成する。次に、異方性エッチングやレーザー等により、大気開放孔７２及び貫通配線７７用の貫通孔を作製する。そして、貫通配線７７用の貫通孔に電解めっき法等により導電材料を埋め込む。その後、それぞれ半導体プロセスにより、封止板７０の上面に上面側配線７８を形成し、封止板７０の下面にバンプ電極７６や下面側配線７９を形成する。これにより、第２の基板８４に、個々の記録ヘッド５１に対応した封止板７０となる領域が複数形成される。そして、第１の基板８３に振動板６７及び圧電素子６８等が形成され、第２の基板８４に配線や大気開放孔７２等が形成されたならば、第１の基板８３と第２の基板８４とを感光性を有する接着剤７５で接合する。具体的には、第１の基板８３又は第２の基板８４の何れか一方の表面に、感光性及び熱硬化性を有する液体状の感光性接着剤を、スピンコーター等を用いて塗布し、加熱により仮硬化させた後、露光及び現像することで接着剤７５をパターニングする。そして、第１の基板８３又は第２の基板８４の何れか一方、或いは、この両方を、相対位置を合わせながら近づけて、接着剤７５を間に挟んで第１の基板８３と第２の基板８４とを両側から加圧しながら加熱する。これにより、接着剤７５が本硬化し、圧電素子収容空間７１内に圧電素子６８が収容された、第１の基板８３及び第２の基板８４からなる複合基板８２が作成される。

次に、複合基板８２の研磨工程に移行する。本実施形態でも、研磨装置４３′により複合基板８２の下面、すなわち第１の基板８３の第２の基板８４とは反対側の面を研磨する。まず、複合基板８２の上面（第２の基板８４の第１の基板８３とは反対側の面、すなわち研磨される面とは反対側の面）に当該上面を保護するフィルム４６′を貼り付ける。本実施形態のフィルム４６′には、大気開放孔７２と重なる領域、及び、この領域以外の任意の領域に開口４７′が設けられている。そして、フィルム４６′の上面に押圧部材４５′を当接させた状態で、押圧部材４５′に複合基板８２を保持させる。この際、大気開放孔７２と重なる領域の開口４７′に加圧用気体流路４９′が接続され、その他の開口４７′に吸引用気体流路４８′が接続されるように複合基板８２を取り付ける。次に、吸引ポンプを駆動して、吸引用気体流路４８′内の気体を吸引すると共に、加圧ポンプを駆動して、加圧用気体流路４９′内に気体を導入する（図６における矢印参照）。これにより、吸引用気体流路４８′を介して複合基板８２の上面が吸引されると共に、加圧用気体流路４９′を介して大気開放孔７２に連通する圧電素子収容空間７１の内部が加圧される。

この状態で、押圧部材４５′を研磨部材４４′側に相対的に移動させる。これにより、押圧部材４５′に保持された複合基板８２の下面が研磨部材４４′の上面（すなわち、研磨面４４ａ′）に当接される。そして、複合基板８２の上面のうち大気開放孔７２が開口されていない領域を複合基板８２の押圧方向とは反対側に吸引した状態、且つ大気開放孔７２から気体を導入して圧電素子収容空間７１内を加圧した状態で、押圧部材４５′により第２の基板８４側から研磨面４４ａ′側へ複合基板８２を押圧する。この時、研磨面４４ａ′に研磨液等を供給しつつ、研磨部材４４′及び複合基板８２の何れか一方、又は、両方を回転させる。これにより、複合基板８２の下面、すなわち第１の基板８３の下面が研磨される。その後、第１の基板８３が所定の厚さになったところで、研磨を終了する。すなわち、回転を停止して、複合基板８２の下面から研磨部材４４′を離間させると共に、吸引ポンプ及び加圧ポンプの駆動を停止して、圧電素子収容空間７１を大気に開放する。また、フィルム４６′を複合基板８２から剥がす。

複合基板８２が研磨されたならば、異方性エッチング等により、薄くなった第１の基板８３に圧力室６６を形成する。次に、複合基板８２を切断ラインＬに沿って切断することで、個々の圧力室形成基板６５及び封止板７０に分割する。そして、個々の圧力室形成基板６５及び封止板７０となった基板の上面（すなわち、封止板７０の上面）に、駆動ＩＣ７４を接合する。これにより、アクチュエーターユニット５３が作成される。その後、個々のアクチュエーターユニット５３にフレキシブル基板等を取り付ける。また、アクチュエーターユニット５３の下面（圧力室形成基板６５の下面）に連通基板６１を接合する。そして、アクチュエーター収容空間５６内にアクチュエーターユニット５３を収容した状態で、連通基板６１の上面にヘッドケース５５を取り付ける。これにより、記録ヘッド５１が作製される。

このように、本実施形態でも、複合基板８２を研磨する際に、圧電素子収容空間７１内を加圧した状態で、複合基板８２を研磨面４４ａ′側へ押圧して行ったので、複合基板８２の圧電素子収容空間７１に対応する領域において、複合基板８２を押圧する力が複合基板８２と研磨面４４ａ′との接合面に伝わり易くなる。これにより、複合基板８２の圧電素子収容空間７１に対応する領域における研磨面４４ａ′に押圧される力と、この領域から外れた領域における研磨面４４ａ′に押圧される力との差を小さくすることができる。その結果、複合基板８２の研磨される面における研磨ムラを抑制することができる。換言すると、第１の基板８３（すなわち、圧力室形成基板６５）の厚さのばらつきを抑制できる。このため、第１の基板８３に形成される各圧力室６６の高さ（すなわち、第１の基板８３（又は研磨される面）に直交する方向における寸法）のばらつきを抑制できる。すなわち、各圧力室６６の容量（体積）のばらつきを抑制できる。また、圧力室６６を区画する区画壁の剛性のばらつきも抑制できる。その結果、各圧力室６６のそれぞれに連通する複数のノズル６０から噴射されるインク滴の量のばらつきを抑制できる。また、研磨によりアクチュエーターユニット５３が薄くなるため、記録ヘッド５１を小型化できる。さらに、複合基板８２の上面のうち大気開放孔７２が開口されていない領域を吸引したので、フィルム４６′や押圧部材４５′と複合基板８２との間に気体が侵入して、複合基板８２の一部からフィルム４６′や押圧部材４５′が離間することを抑制できる。その結果、より一層研磨ムラを抑制することができる。

ところで、上記した第１の実施形態及び第２の実施形態では、吸引ポンプにより複合基板の上面を吸引したが、これには限られない。例えば、図８及び図９に示す第３の実施形態における複合基板８２の研磨方法においては、複合基板８２の上面を吸引せずに複合基板８２の下面を研磨する。なお、本実施形態では、第２の実施形態と同様の複合基板８２を用いて、当該複合基板８２の研磨方法を説明する。

具体的には、本実施形態の研磨工程においては、まず、複合基板８２の上面（第２の基板８４の第１の基板８３とは反対側の面、すなわち研磨される面とは反対側の面）に当該上面を保護するフィルム４６″を貼り付ける。本実施形態のフィルム４６″には、大気開放孔７２と重なる領域のみに開口４７″が設けられている。そして、フィルム４６″の上面に押圧部材４５″を当接させた状態で、押圧部材４５″に複合基板８２を保持させる。この際、大気開放孔７２と重なる領域の開口４７″に加圧用気体流路４９″が接続されるように複合基板８２を取り付ける。次に、加圧ポンプを駆動して、加圧用気体流路４９″内に気体を導入する（図８における矢印参照）。これにより、加圧用気体流路４９″を介して大気開放孔７２に連通する圧電素子収容空間７１の内部が加圧される。

この状態で、押圧部材４５″を研磨部材４４″側に相対的に移動させる。これにより、押圧部材４５″に保持された複合基板８２の下面が研磨部材４４″の上面（すなわち、研磨面４４ａ″）に当接される。そして、大気開放孔７２から気体を導入して圧電素子収容空間７１内を加圧した状態で、押圧部材４５″により第２の基板８４側から研磨面４４ａ″側へ複合基板８２を押圧する。この際、本実施形態では、第２の実施形態よりも強い力で、複合基板８２を押圧する。これにより、複合基板８２の上面を吸引せずに、複合基板８２の一部からフィルム４６″や押圧部材４５″が離間することを抑制できる。そして、研磨面４４ａ″に研磨液等を供給しつつ、研磨部材４４″及び複合基板８２の何れか一方、又は、両方を回転させる。これにより、複合基板８２の下面、すなわち第１の基板８３の下面が研磨される。その後、第１の基板８３が所定の厚さになったところで、研磨を終了する。すなわち、回転を停止して、複合基板８２の下面から研磨部材４４″を離間させると共に、吸引ポンプ及び加圧ポンプの駆動を停止して、圧電素子収容空間７１を大気に開放する。また、フィルム４６″を複合基板８２から剥がす。なお、記録ヘッド５１のその他の構成及び記録ヘッド５１の製造方法は、上記した第２の実施形態と同じであるため説明を省略する。

このように、本実施形態では、吸引を行わないため、吸引ポンプや押圧部材４５″の吸引用気体流路が不要になる。その結果、研磨装置４３″の構成を簡単にできる。そして、本実施形態でも、複合基板８２を研磨する際に、圧電素子収容空間７１内を加圧した状態で、複合基板８２を研磨面４４ａ″側へ押圧して行ったので、複合基板８２の研磨される面における研磨ムラを抑制することができる。その結果、各圧力室６６の容量（体積）のばらつきを抑制でき、各圧力室６６のそれぞれに連通する複数のノズル６０から噴射されるインク滴の量のばらつきを抑制できる。

ところで、上記した各実施形態では、圧力室形成基板及び封止板が１つの基板で形成されたが、これには限られない。圧力室形成基板及び封止板は、複数の基板が積層されて成る基板であっても良い。すなわち、第１の基板及び第２の基板は、複数の基板で構成された基板であっても良い。

また、上記した各実施形態では、圧力室形成基板（すなわち、第１の基板）に設けられた駆動素子の一種である圧電素子が変位することでノズルから液体の一種であるインクが噴射される構成を例示したが、これには限られない。第１の基板と、この第１の基板に接合された第２の基板と、駆動素子を収容する空間とを備えた構成を含むＭＥＭＳデバイスであれば、本発明を適用することが可能である。例えば、駆動素子を圧力変化、振動、あるいは変位等を検出するためのセンサーに応用したものにも本発明を適用することができる。

さらに、ＭＥＭＳデバイスに限られず、第１の基板と、この第１の基板に接合された第２の基板と、第１の基板又は第２の基板の何れか一方の基板により区画された空間と、この空間を第１の基板及び第２の基板の外側に開放する貫通孔とを備えた複合基板であれば、本発明を適用することができる。

そして、以上においては、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、アクチュエーターを備えた他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液体の一種として液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…搬送機構，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモーター，１０…ガイドロッド，１７…アクチュエーターユニット，１８…流路ユニット，１９…ヘッドケース，２０…アクチュエーター収容空間，２１…液体導入路，２２…貫通空間，２３…ノズルプレート，２４…ノズル，２５…連通基板，２６…共通液室，２７…個別連通路，２８…ノズル連通路，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３４…圧電素子収容空間，３５…フレキシブル基板，３６…基板配置空間，３８…大気開放孔，３９…複合基板，４１…第１の基板，４２…第２の基板，４３…研磨装置，４４…研磨部材，４４ａ…研磨面，４５…押圧部材，４６…フィルム，４７…開口，４８…吸引用気体流路，４９…加圧用気体流路，５１…記録ヘッド，５３…アクチュエーターユニット，５４…流路ユニット，５５…ヘッドケース，５６…アクチュエーター収容空間，５７…液体導入路，５９…ノズルプレート，６０…ノズル，６１…連通基板，６２…共通液室，６３…個別連通路，６４…ノズル連通路，６５…圧力室形成基板，６６…圧力室，６７…振動板，６８…圧電素子，６９…リード配線，７０…封止板，７１…圧電素子収容空間，７２…大気開放孔，７４…駆動ＩＣ，７５…接着剤，７６…バンプ電極，７７…貫通配線，７８…上面側配線，７９…下面側配線，８０…ＩＣ接合用接着剤，８２…複合基板，８３…第１の基板，８４…第２の基板，９０…複合基板，９１…圧力室形成基板，９２…封止板，９３…基板配置空間，９４…圧電素子収容空間，９６…研磨部材，９７…押圧部材，９８…フィルム

Claims (4)

1. 第１の基板と第２の基板とが接合されて成り、少なくとも前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板により区画された空間と、前記空間と連通する貫通孔と、が形成された複合基板の研磨方法であって、
   前記貫通孔から気体を導入して前記空間内を加圧した状態で、前記複合基板を前記第２の基板側から研磨装置の研磨面側へ押圧して前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側の面を研磨することを特徴とする複合基板の研磨方法。
2. 前記第２の基板の前記第１の基板とは反対側の面のうち前記貫通孔が開口されていない領域を前記複合基板の押圧方向とは反対側に吸引した状態で、前記第１の基板を研磨することを特徴とする請求項１に記載の複合基板の研磨方法。
3. 前記空間内に駆動素子が設けられたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
   請求項１又は請求項２に記載の複合基板の研磨方法を経ることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
4. 前記空間内に圧電素子が設けられ、前記第１の基板にノズルに連通する圧力室が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   請求項１又は請求項２に記載の複合基板の研磨方法を経ることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
   
   

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