JP2018046173A - Substrate bonding method, manufacturing method for mems device, and manufacturing method for liquid injection head - Google Patents
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Description
本発明は、第1の基板および第2の基板を位置決めした状態で貼り合わせる基板貼り合わせ方法、MEMSデバイスの製造方法、および液体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate bonding method for bonding a first substrate and a second substrate in a positioned state, a method for manufacturing a MEMS device, and a method for manufacturing a liquid jet head.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスは、シリコン基板上に圧電素子等の駆動素子等を備え、各種の液体噴射装置、表示装置、若しくは振動センサー等に応用されている。例えば、液体噴射装置では、MEMSデバイスの一形態である液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置,有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイやFED(面発光ディスプレイ)等の電極を形成する電極形成装置,バイオチップ(生物化学素子)を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは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生体有機物の溶液を噴射する。 A MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device includes a driving element such as a piezoelectric element on a silicon substrate, and is applied to various liquid ejecting apparatuses, display apparatuses, vibration sensors, and the like. For example, in a liquid ejecting apparatus, various liquids are ejected from a liquid ejecting head that is a form of a MEMS device. As this liquid ejecting apparatus, for example, there is an image recording apparatus such as an ink jet printer or an ink jet plotter, but recently, various types of manufacturing have been made by taking advantage of the ability to accurately land a very small amount of liquid on a predetermined position. It is also applied to devices. For example, a display manufacturing apparatus for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode forming apparatus for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display or FED (surface emitting display), a chip for manufacturing a biochip (biochemical element) Applied to manufacturing equipment. The recording head for the image recording apparatus ejects liquid ink, and the color material ejecting head for the display manufacturing apparatus ejects solutions of R (Red), G (Green), and B (Blue) color materials. The electrode material ejecting head for the electrode forming apparatus ejects a liquid electrode material, and the bioorganic matter ejecting head for the chip manufacturing apparatus ejects a bioorganic solution.
この種の液体噴射ヘッドは、複数の基板が積層された状態で接合された積層構造体を有するものがある。この積層構造体には、ノズルに連通する液体流路や、液体流路内の液体に圧力変動を生じさせてノズルから噴射させるための可動領域等が設けられている。例えば、特許文献1に開示されているインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、上記の基板としてシリコン単結晶性基板(以下、単にシリコンウェハーあるいはシリコン基板と言う)が用いられ、シリコン基板同士を接合して一方のシリコン基板を必要な厚さとなるまで研削し、当該シリコン基板にウェットエッチングで上記流路等を作製し、その後、必要なチップサイズに分割される。
Some liquid ejecting heads have a laminated structure in which a plurality of substrates are joined in a laminated state. The laminated structure is provided with a liquid channel communicating with the nozzle, a movable region for causing a pressure fluctuation in the liquid in the liquid channel and ejecting the liquid from the nozzle. For example, in the method of manufacturing an ink jet recording head disclosed in
ところで、シリコン基板の外周部は、欠けや割れ等を防止するために予め面取り加工が施されており、この場合、当該部分の厚さは他の部分の厚さよりも薄くなっている。この場合において、上記のようにシリコン基板を研削して薄くする構成では、シリコン基板の外周部の厚さが一層薄くなるため、割れや欠けがより発生しやすい。このため、上記特許文献1の記録ヘッドでは、他方のシリコン基板に一方のシリコン基板が収まるような凹部を形成し、当該凹部に一方のシリコン基板を収容した状態で当該シリコン基板を研削することで、外周部における割れや欠けを防止するように構成されている。
By the way, the outer peripheral portion of the silicon substrate is chamfered in advance in order to prevent chipping, cracking, and the like. In this case, the thickness of the portion is thinner than the thickness of other portions. In this case, in the configuration in which the silicon substrate is ground and thinned as described above, the thickness of the outer peripheral portion of the silicon substrate is further reduced, so that cracks and chips are more likely to occur. For this reason, in the recording head disclosed in
しかしながら、上記のように他方のシリコン基板に凹部を形成するため、その分の加工工程が増加する。また、このような凹部の形成加工を行うことにより、削り滓等の異物が発生し、この異物に起因して歩留まりが低下する等の問題もあった。 However, since the recess is formed in the other silicon substrate as described above, the number of processing steps increases accordingly. In addition, by forming such a recess, foreign matter such as shavings is generated, and there is a problem that the yield is reduced due to the foreign matter.
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、工程の増加を招くことなくシリコン基板の割れや欠け等を抑制することが可能な基板貼り合わせ方法、MEMSデバイスの製造方法、および液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a substrate bonding method and a MEMS device capable of suppressing cracking or chipping of a silicon substrate without increasing the number of steps. It is an object to provide a manufacturing method and a manufacturing method of a liquid jet head.
本発明の基板貼り合わせ方法は、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の基板との相対位置を決定するアライメント工程と、
前記アライメント工程により相対位置が決定された状態で前記第1の基板と前記第2の基板とを接合する接合工程と、
を有し、
前記第1の基板の外径と前記第2の基板の外径との差が、前記アライメント工程における前記第1の基板の位置についての許容差と前記第2の基板の位置についての許容差との合計の2倍以上であることを特徴とする。
The substrate bonding method of the present invention has been proposed in order to achieve the above object, and an alignment step for determining a relative position between the first substrate and the second substrate;
A bonding step of bonding the first substrate and the second substrate with the relative position determined by the alignment step;
Have
The difference between the outer diameter of the first substrate and the outer diameter of the second substrate is the tolerance for the position of the first substrate and the tolerance for the position of the second substrate in the alignment step. It is characterized by being at least twice the total of
本発明によれば、アライメント工程での誤差により、各基板の位置調整方向における第1の基板の一方の端が規定位置よりも第2の基板の端側に許容差の最大限まで位置ずれし、尚且つ、位置調整方向における第2の基板の一方の端が規定位置よりも第1の基板の端側に許容差の最大限まで位置ずれた場合においても、第1の基板の端が第2の基板の端よりも外側(第2の基板の位置調整方向における中心より遠ざかる側)に突出することが防止される。これにより、第2の基板に第1の基板を収容する凹部等を加工する工程等を増加させることなく、第1の基板に対する加工等の際に当該第1の基板の割れや欠け等を抑制することが可能となる。その結果、第1の基板と第2の基板とを接合してなる積層構造体の歩留まりが向上する。 According to the present invention, due to an error in the alignment process, one end of the first substrate in the position adjustment direction of each substrate is displaced from the specified position to the end side of the second substrate to the maximum tolerance. In addition, even when one end of the second substrate in the position adjusting direction is displaced to the maximum tolerance from the specified position toward the end of the first substrate, the end of the first substrate is It is possible to prevent the second substrate from projecting to the outer side (the side away from the center in the position adjustment direction of the second substrate). This suppresses cracking or chipping of the first substrate during processing of the first substrate, etc., without increasing the number of steps for processing the recess for accommodating the first substrate in the second substrate. It becomes possible to do. As a result, the yield of the laminated structure formed by bonding the first substrate and the second substrate is improved.
また、本発明は、前記接合工程の後に、前記第1の基板を研削する研削工程を有する場合に好適である。 Moreover, this invention is suitable when it has a grinding process which grinds the said 1st board | substrate after the said joining process.
上記構成によれば、第1の基板が研削されて薄くされることにより、割れや欠けがより発生しやすくなるが、この場合においても第1の基板の端が第2の基板の端よりも外側に突出することがないので、割れや欠けを効果的に抑制することが可能となる。 According to the above configuration, the first substrate is ground and thinned, so that cracks and chips are more likely to occur. Even in this case, the end of the first substrate is more than the end of the second substrate. Since it does not protrude outward, it becomes possible to effectively suppress cracks and chips.
また、本発明は、第1の基板と第2の基板とを貼り合わせてなる積層構造体を有するMEMSデバイスの製造方法であって、
上記の基板貼り合わせ方法を含むことを特徴とする。
Further, the present invention is a method for manufacturing a MEMS device having a laminated structure formed by bonding a first substrate and a second substrate,
It includes the above-described substrate bonding method.
本発明によれば、第1の基板の割れや欠けが防止されるので、MEMSデバイスの製造時の歩留まりが向上する。 According to the present invention, since the first substrate is prevented from being cracked or chipped, the yield in manufacturing the MEMS device is improved.
また、本発明は、第1の基板と第2の基板とを貼り合わせてなる積層構造体にノズルに連通する液体流路および当該液体流路内の液体を前記ノズルから噴射させるための駆動素子を有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
上記の基板貼り合わせ方法を含むことを特徴とする。
The present invention also provides a liquid channel communicating with a nozzle in a laminated structure formed by bonding a first substrate and a second substrate, and a drive element for ejecting liquid in the liquid channel from the nozzle A method of manufacturing a liquid jet head having
It includes the above-described substrate bonding method.
本発明によれば、第1の基板の割れや欠けが防止されるので、液体噴射ヘッドの製造時の歩留まりが向上する。 According to the present invention, since the first substrate is prevented from being cracked or chipped, the yield in manufacturing the liquid jet head is improved.
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、以下に述べる実施の形態では、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、本実施形態では、積層構造体を有するMEMSデバイスの一つの態様である記録ヘッド(インクジェットヘッド)2を用いて説明する。この記録ヘッド2においては、例えば、外部からの電気信号を受けて可動領域を駆動させる駆動素子が記録ヘッド2の圧電素子19(図3参照)に相当し、可動領域の駆動を許容する空間が記録ヘッド2の圧力室15(図3参照)に相当する。また、空間内における圧力変化を駆動素子が電気信号に変換してMEMSデバイスの外部に出力する構成にも本発明は適用され得る。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are made as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following description unless otherwise specified. However, the present invention is not limited to these embodiments. In the present embodiment, a description will be given using a recording head (inkjet head) 2 which is one aspect of a MEMS device having a laminated structure. In this
図1はプリンター1の構成を示す斜視図である。このプリンター1は、記録ヘッド2を搭載し、インクカートリッジ3(液体供給源)が着脱可能に取り付けられるキャリッジ4、このキャリッジ4を記録用紙6(記録媒体および着弾対象の一種)の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構7、および、主走査方向(第1方向)に交差(本実施形態においては直交)する副走査方向(第2方向)に記録用紙6を搬送する紙送り機構8等を備えている。このプリンター1は、記録用紙6を順次搬送しつつ、キャリッジ4を往復移動させながら当該記録用紙6上に文字や画像等を記録する。なお、インクカートリッジ3がキャリッジ4ではなくプリンター1の本体側に配置され、このインクカートリッジ3内のインクがインク供給チューブを通じて記録ヘッド2側に供給される構成を採用することもできる。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the
図2は、本実施形態における記録ヘッド2の平面図、図3は、図2中のA−A線に沿った記録ヘッド2の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド2は、流路形成基板10、ノズルプレート11、アクチュエーターユニット12、及び、封止板13等を積層して構成されている。流路形成基板10は、例えば、ノズルプレート11や封止板13が接合される面(接合面)における面方位が(110)のシリコン単結晶基板から作製されている。この流路形成基板10には、圧力室15を区画する空部が異方性エッチングによってノズル列方向に並べて形成されている。圧力室15は、流路形成基板10の上記空部の一方の開口がノズルプレート11によって塞がれ、同じく空部の他方の開口が振動板14によって塞がれることで形成される空間である。本実施形態における圧力室15の空部は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な略平行四辺形状の開口を有する。
FIG. 2 is a plan view of the
流路形成基板10の圧力室15の長手方向における他側(ノズル18と連通する側とは反対側)に外れた領域には、各圧力室15に共通なリザーバー16がノズル列方向に沿って形成されている。このリザーバー16と各圧力室15とは、圧力室15毎に設けられた個別供給口17を介して連通されている。このリザーバー16は、インクの種類毎(色毎)に設けられ、複数の圧力室15に共通のインクが貯留される。個別供給口17は、圧力室15よりも狭い幅で形成されており、リザーバー16から圧力室15に流入するインクに対して流路抵抗を付与する。
In a region outside the
流路形成基板10の下面(振動板14側とは反対側の面)には、ノズルプレート11が、接着剤や熱溶着フィルム等を介して接合されている。ノズルプレート11は、所定のピッチで複数のノズル18が列状に開設された板材である。本実施形態では、所定のピッチ(例えば、360〔dpi〕)で複数のノズル18を列設することでノズル列(ノズル群の一種)が構成されている。各ノズル18は、圧力室15において個別供給口17とは反対側の端部で連通する。なお、ノズルプレート11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構成されている。
The
本実施形態におけるアクチュエーターユニット12は、振動板14、圧電素子19、およびリード電極20から構成される。振動板14は、流路形成基板10の上面に形成された弾性膜21と、この弾性膜21上に形成された絶縁膜22と、から成る。弾性膜21は、例えば二酸化シリコン(SiO2)からなり、また、絶縁膜22は、例えば酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる。この振動板14における圧力室15に対応する部分、即ち、圧力室15(空部)の上部開口を塞ぐ部分は、圧電素子19の撓み変形に伴ってノズル18から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する可動領域(駆動部)として機能する。この振動板14における流路形成基板10のリザーバー16に対応する部分には、当該リザーバー16と連通する連通開口部23が開設されている。
The
振動板14の絶縁膜22における圧力室15に対応する部分には、圧電素子19が形成されている。本実施形態における圧電素子19は、振動板14側から順に下電極膜25(第1電極)、圧電体膜26、および上電極膜27(第2電極)が積層されて構成されている。本実施形態においては、下電極膜25および圧電体膜26が圧力室15毎にパターニングされており、下電極膜25は、圧電素子19毎の個別電極となっている。これに対し、上電極膜27は、各圧電素子19に共通な電極となっている。すなわち、上電極膜27は、圧力室並設方向に沿って各圧力室15に亘り連続して形成されている。そして、積層方向において、上電極膜27、圧電体膜26、および下電極膜25がオーバーラップする部分が、両電極層への電圧の印加により圧電歪みが生じる圧電体能動部である。すなわち、上電極膜27は圧電素子19の共通電極となっており、下電極膜25は圧電素子19の個別電極となっている。なお、下電極膜が共通電極であって、上電極膜が個別電極である構成を採用することもできる。
A
上電極膜27の上には、図示しない密着層(例えば、NiCr)を介して金(Au)からなるリード電極20が形成されている。このリード電極20は、個別電極である下電極膜25毎に対応してパターニングされており、当該下電極膜25にそれぞれ導通されている。そして、このリード電極20を介して各圧電素子19に対して駆動電圧(駆動パルス)が選択的に印加される。
On the
本実施形態における圧電体膜26は、下電極膜25を覆うように振動板14の上に形成されている。この圧電体膜26としては、鉛(Pb)、チタン(Ti)及びジルコニウム(Zr)を含むもの、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。
The piezoelectric film 26 in the present embodiment is formed on the
アクチュエーターユニット12における流路形成基板10との接合面である下面とは反対側の上面には、圧電素子19を収容可能な収容空部29を有する封止板13が接合される。この封止板13は、アクチュエーターユニット12が積層された流路形成基板10との接合面である下面側に収容空部29が開口した中空箱体状の部材であり、本実施形態においては、流路形成基板10と同様にシリコン単結晶基板により作製されている。上記の収容空部29は、封止板13の下面側から上面側に向けて封止板13の高さ方向途中まで形成された窪みである。この収容空部29のノズル列方向の寸法(内法)は、同一列の全ての圧電素子19を収容可能な大きさに設定されている。また、収容空部29のノズル列に直交する方向の寸法は、圧電素子19の圧電体能動を収容可能な大きさに設定されている。また、図2に示すように、封止板13には、収容空部29よりもノズル列に直交する方向の外側に外れた位置であって、振動板14の連通開口部23および流路形成基板10のリザーバー16に対応する領域には、液室空部30が設けられている。この液室空部30は、封止板13を厚さ方向に貫通して圧力室15の並設方向に沿って設けられており、上述したように連通開口部23およびリザーバー16と一連に連通する。なお、流路形成基板10およびこれに接合される封止板13は、後述する第1ウェハー40および第2ウェハー41からなる積層構造体を分割して構成されている。したがって、流路形成基板10と封止板13との積層体は、本発明における積層構造体の一種である。
A sealing
封止板13上には、封止膜32及び固定板33とからなるコンプライアンス基板31が接合されている。封止膜32は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルムや薄手のステンレスフィルム等)からなり、この封止膜32によって液室空部30の一方面が封止されている。また、固定板33は、封止膜32よりも厚く、より硬質の材料(例えば、ステンレス鋼等)で形成される。この固定板33のリザーバーに対向する領域は、厚さ方向に貫通した開口部33aとなっているため、リザーバーの一方面は可撓性を有する封止膜32のみで封止されている。また、封止板13には、収容空部29と液室空部30の間に、封止板13を厚さ方向に貫通する配線開口部34が形成されている。この配線開口部34内に収容空部29内の圧電素子19の下電極膜25に一端が接続されたリード電極20の他端が露出される。そして、このリード電極20の露出部分には、プリンター本体側からの図示しないCOF(Chip On Film)等の配線部材の端子が電気的に接続される。封止板13の下面は、アクチュエーターユニット12が積層された流路形成基板10の上面に接着剤によって接合される。接着剤は、例えば、エポキシ系、ウレタン系等の接着剤からなり、封止板13の下面に転写により予め塗布される。
A
上記構成の記録ヘッド2では、インクカートリッジ3から液室空部30等を通じてインクがリザーバー16に取り込まれ、リザーバー16から圧力室15を介してノズル18に至る流路がインクで満たされる。そして、プリンター本体側からの駆動信号の供給により、圧力室15に対応するそれぞれの下電極膜25と上電極膜27との間に両電極の電位差に応じた電界が付与され、圧電素子19および振動板14の作動面が撓み変形することにより、圧力室15内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動を制御することで、ノズル18からインクを噴射させたり、或いは、インクが噴射されない程度にノズル18におけるメニスカスを微振動させたりすることができる。
In the
図4〜図10は、記録ヘッド2の製造工程について説明する工程図である。まず、図4に示すように、複数の流路形成基板10となる領域が区画された流路形成基板用の第1ウェハー40(本発明における第1の基板に相当)の表面全体に弾性膜21が形成され、続いて当該第1ウェハー40の一方の面(封止板13との接合面となる面)における弾性膜21上に、絶縁膜22、圧電素子19及びリード電極20が順次形成される。なお、これらの各層の製造方法は公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。また、以下において、これらの圧電素子19等についての図示を適宜省略する。この第1ウェハー40の上下面、すなわち、ノズルプレート11が接合される面(第1面)と、封止板13となる第2ウェハー41が接合される面(第2面)と、のそれぞれの外周縁部には、面取り部42が予め形成されている。本実施形態における第1ウェハー40の直径(但し、オリエンテーションフラット(以下、オリフラ)を通る部分を除く)D1が149〔mm〕である(図7参照)のに対し、面取り部42の直径方向の寸法d1は50〔μm〕から350〔μm〕程度となっている。また、第1ウェハー40と接合される第2ウェハー41の直径D2は、150〔mm〕となっている(図7参照)。すなわち、第1ウェハー40と第2ウェハー41との寸法差(D2−D1)は、1〔mm〕である。この点については後述する。なお、各図において、ウェハー40,41の各部の寸法比は現実のものとは異なっている場合がある。
4 to 10 are process diagrams for explaining the manufacturing process of the
次に、図5に示すように、封止板13用の第2ウェハー41に、収容空部29、液室空部30、および配線開口部34を有する封止板13となる領域が複数区画される。この第2ウェハー41の外周縁部にも面取り部43が予め設けられている。続いて、図6に示すように、第1ウェハー40と第2ウェハー41との相対位置を決定するアライメント工程が行われる。第1ウェハー40における第2ウェハー41との接合面(第2面)には、第1アライメントマーク44及び第2アライメントマーク45が予め形成されている。これらのアライメントマーク44,45は、例えば、第1ウェハー40に対してウェットエッチングにより形成された平行四辺形状のマークであり、複数の流路形成基板10が区画された領域から外れた領域にオリフラの面方向における一側と他側にそれぞれ形成されている。これらのアライメントマーク44,45は、第1ウェハー40を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。また、ウェットエッチングにより形成されたものには限られず、例えば、メッキ等により形成されたものであってもよい。要するに、第1ウェハー40と第2ウェハー41とのアライメントの基準となるマークであればよい。なお、第1ウェハー40と第2ウェハー41とのオリフラの面に直交する方向の位置は、当該オリフラを基準として規定される。
Next, as shown in FIG. 5, the
これに対し、第2ウェハー41において第1ウェハー40の第1アライメントマーク44及び第2アライメントマーク45に対応する位置には、それぞれ第1アライメント開口46と第2アライメント開口47とが板厚方向を貫通した状態で形成されている。そして、アライメント工程において、第1ウェハー40と第2ウェハー41との接合面同士とを対向させた状態で、上記アライメントマーク44,45に基づき第1ウェハー40と第2ウェハー41について、オリフラと平行かつ各ウェハー40,41の上下面に平行な方向(位置調整方向。以下、第1方向と称する。)における相対位置が決定される。具体的には、例えば図6に示すように、第2ウェハー41の下方に配置されたカメラ48(撮像手段)により、第2ウェハー41のアライメント開口46,47を通じて第1ウェハー40のアライメントマーク44,45が認識され、これらのアライメント開口46,47内にそれぞれアライメントマーク44,45が配置されるように相対位置が調整される。なお、アライメントにおける誤差については図11を参照して後述する。
On the other hand, at the position corresponding to the
アライメント工程において第1ウェハー40と第2ウェハー41との相対位置が決定されたならば、図7に示すように、基板接合工程により第1ウェハー40と第2ウェハー41とが接着剤49を間に挟んで貼り合わされる(接合される)。第1ウェハー40と第2ウェハー41とが接合されたならば、図8に示すように、研削工程において、第1ウェハー40の第2ウェハー41が接合された第2面とは反対側の第1面が研削加工されることにより、第1ウェハー40が流路形成基板10として必要な厚さに調整される。具体的には、例えば、裏面研磨装置(バックグラインダー)等によって第1ウェハー40がある程度(必要な厚さよりもすこし厚めとなるまで)研削される。その後、例えば、フッ硝酸等からなるエッチング液を用いて第1ウェハー40がウェットエッチングされることにより、流路形成基板10として必要な厚さに調整される。
If the relative position between the
第1ウェハー40が所定の厚さとなるまで研削された後、図9に示すように、第1ウェハー40に対しフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により圧力室15等の流路を形成する。具体的には、第1ウェハー40の第1面に図示しないレジストが所定形状にパターニングされる。次いで、当該第1ウェハー40の第1面側から、例えば、水酸化カリウム(KOH)水溶液等のアルカリ溶液によりウェットエッチングが施される。これにより、第1ウェハー40に圧力室15、個別供給口17、リザーバー16となる空部がそれぞれ形成される。その後、図10に示すように、第1ウェハー40と第2ウェハー41との接合体の外周縁部の不要部分が、例えば、ダイシング等により切断されることによって除去される。そして、第1ウェハー40の第1面にノズル18が形成されたノズルプレート11が接合されると共に、第2ウェハー41にコンプライアンス基板31が接合され、これらの第1ウェハー40等を図3に示すような一つのチップサイズに分割されることによって本実施形態における記録ヘッド2が製造される。
After the
図11は、第1ウェハー40と第2ウェハー41のアライメント誤差について説明する模式図である。同図において、アライメントマーク44,45の並設方向(第1方向)における規定位置(設計上の目標位置)に配置された状態の各ウェハー40,41は実線で示され、規定位置よりも第1方向における許容誤差の最大限に位置ずれした状態の各ウェハー40,41は破線で示されている。ここで、第1ウェハー40の第1方向におけるアライメントの誤差、すなわち、規定位置に対する公差をT1〔mm〕とし、規定位置を0としたときの第1方向における許容差(規定位置からの位置ずれの許容最大値)をσ1〔mm〕としている。すなわち、第1ウェハー40のアライメントについての公差(アライメント精度)T1は±σ1である。同様に、第2ウェハー41の第1方向における規定位置に対する公差をT2〔mm〕とし、当該規定位置を0としたときの第1方向における許容差をσ2〔mm〕としている。すなわち、第2ウェハー41のアライメントについての公差T2は±σ2である。便宜上、第1方向において、第1ウェハー40の一方の端が第2ウェハー41の一方の端に近づく側(図11中左側)の位置ずれを+側のずれとし、第1ウェハー40の一方の端が第2ウェハー41の一方の端から遠ざかる側(図11中右側)の位置ずれを−側のずれとする。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an alignment error between the
本実施形態において、第1ウェハー40の規定位置に対する公差T1は±0.3〔mm〕であり、|σ1|は0.3〔mm〕である。同様に、第2ウェハー41の規定位置に対する公差T2は±0.3〔mm〕であり、|σ2|は0.3〔mm〕である。そして、上記アライメント工程における各ウェハー40,41の誤差が第1方向において互いに反対方向に許容最大値であった場合、すなわち、例えば、第1ウェハー40の一方の端が規定位置に対し+σ1だけずれて配置され(図11中、E1aで示す位置)、なおかつ、第2ウェハー41の一方の端が規定位置に対して−σ1だけずれて配置された(図11中、E2bで示す位置)場合においても、第1ウェハー40の端が、第2ウェハー41の端よりも外側に突出しないように構成されている。より具体的には、以下の条件(1)を満たすように、第1ウェハー40の直径D1と第2ウェハー41の直径D2が設定されている。
D1−D2>2(σ1+σ2)...(1)
本実施形態においては、2×(0.3+0.3)=1.2〔mm〕であるため、第2ウェハー41の直径D2が150〔mm〕である場合、第1ウェハー40の直径D1は148.8〔mm〕より小さく設定される。但し、本実施形態においては、実質的なアライメントの誤差が、上記の公差よりも概ね小さいことを考慮して、第1ウェハー40の直径D1は149〔mm〕に設定されている。
In this embodiment, the tolerance T1 with respect to the specified position of the
D1-D2> 2 (σ1 + σ2) (1)
In this embodiment, since 2 × (0.3 + 0.3) = 1.2 [mm], when the diameter D2 of the
このように、上記条件(1)を満たすように第1ウェハー40の直径D1と第2ウェハー41の直径D2が設定されているので、アライメント工程を経た後、基板接合工程において第1ウェハー40と第2ウェハー41とが貼り合わされた状態では、アライメント誤差があったとしても、第1ウェハー40の外周の端が第2ウェハー41の外周端よりも外側に突出することが防止される。これにより、従来のように第2ウェハー41に第1ウェハー40を収容する凹部を加工する工程等を増加させることなく、第1ウェハー40に対する加工等の際に当該第1ウェハー40(特に端部)に欠けや割れが発生することが抑制される。特に、上記研削工程のように、第1ウェハー40が研削されて薄くされることにより、割れや欠けがより発生しやすくなるが、この場合においても第1ウェハー40の端が第2ウェハー41の端よりも外側に突出することがないので、第1ウェハー40の割れや欠けを効果的に抑制することが可能となる。その結果、記録ヘッド2(MEMSデバイスあるいは積層構造体)の製造工程における歩留まりを向上することができる。なお、第1ウェハー40の直径D1と第2ウェハー41の直径D2との寸法差の上限値に関しては、第1ウェハー40における流路形成基板10の取り数に応じて定められる。換言すると、上記の寸法差は、条件(1)を満たし、且つ、第1ウェハー40における流路形成基板10の取り数に影響の無い範囲で定められる。
Thus, since the diameter D1 of the
以上、本発明の一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、圧電素子19の構成や流路形成基板10に形成された流路(圧力室15等)の構成は、上記実施形態で例示したものには限られず、種々の構成のものを採用することができる。要するに、複数の基板(シリコンウェハー)が積層されて一体化された積層構造体を有するものであれば、本発明を適用することが可能である。
Although one embodiment of the present invention has been described above, of course, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the configuration of the
そして、上記実施形態では、積層構造体を有するMEMSデバイスの一形態として液体噴射ヘッドインクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、インク以外の液体を噴射するもの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。 In the above-described embodiment, the ink jet recording head mounted on the liquid ejecting head ink jet printer is exemplified as one form of the MEMS device having the laminated structure. However, the present invention may be applied to one that ejects liquid other than ink. it can. For example, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display, FED (surface emitting display), a biochip (biochemical element) The present invention can also be applied to bioorganic matter ejecting heads and the like used in the production of
1...プリンター,2...記録ヘッド,3...インクカートリッジ,4...キャリッジ,6...記録用紙,7...キャリッジ移動機構,8...紙送り機構,10...流路形成基板,11...ノズルプレート,12...アクチュエーターユニット,13...封止板,14...振動板,15...圧力室,16...リザーバー,17...個別供給口,18...ノズル,19...圧電素子,20...リード電極,21...弾性膜,22...絶縁膜,23...連通開口部,25...下電極膜,26...圧電体膜,27...上電極膜,29...収容空部,30...液室空部,31...コンプライアンス基板,32...封止膜,33...固定板,34...配線開口部,40...第1ウェハー,41...第2ウェハー,42...面取り部,43...面取り部,44...第1アライメントマーク,45...第2アライメントマーク,46...第1アライメント開口,47...第2アライメント開口,48...カメラ,49...接着剤
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記アライメント工程により相対位置が決定された状態で前記第1の基板と前記第2の基板とを接合する接合工程と、
を有し、
前記第1の基板の外径と前記第2の基板の外径との差が、前記アライメント工程における前記第1の基板の位置についての許容差と前記第2の基板の位置についての許容差との合計の2倍以上であることを特徴とする基板貼り合わせ方法。 An alignment step for determining a relative position between the first substrate and the second substrate;
A bonding step of bonding the first substrate and the second substrate with the relative position determined by the alignment step;
Have
The difference between the outer diameter of the first substrate and the outer diameter of the second substrate is the tolerance for the position of the first substrate and the tolerance for the position of the second substrate in the alignment step. Substrate bonding method characterized by being at least twice the total of the above.
請求項1または請求項2に記載の基板貼り合わせ方法を含むことを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 A method for manufacturing a MEMS device having a laminated structure formed by bonding a first substrate and a second substrate,
A method for manufacturing a MEMS device, comprising the substrate bonding method according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の基板貼り合わせ方法を含む液体噴射ヘッドの製造方法。 A liquid ejecting head having a liquid channel communicating with a nozzle and a driving element for ejecting the liquid in the liquid channel from the nozzle to a laminated structure formed by bonding the first substrate and the second substrate A manufacturing method comprising:
A manufacturing method of a liquid jet head including the substrate bonding method according to claim 1.
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