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JP4138293B2 - Silicon device manufacturing method and ink jet recording head manufacturing method - Google Patents
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JP4138293B2 - Silicon device manufacturing method and ink jet recording head manufacturing method - Google Patents

Silicon device manufacturing method and ink jet recording head manufacturing method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板上に薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造方法に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面の圧電体層を形成して、圧電体層の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドに適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。
【0003】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【0004】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【0005】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平5−286131号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。
【0006】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように圧電素子を高密度に配列した場合、流路形成基板の厚さを比較的薄くして圧力発生室を区画する隔壁の剛性を確保する必要がある。しかしながら、流路形成基板としては、例えば、直径が6〜12インチ程度の大きさのシリコンウェハを用いて形成するため、シリコンウェハの厚さを薄くすると割れ等が発生しやすく取り扱いが困難であるという問題がある。
【0008】
また、シリコンウェハの一方面に犠牲ウェハを接合し、シリコンウェハの剛性を確保した状態で圧電素子等を形成する方法も提案されているが、最終的に犠牲ウェハをエッチングによって除去するため、製造効率が低いという問題がある。
【0009】
さらに、各シリコンウェハ毎に犠牲ウェハが必要であるため、コストが高くなってしまうという問題がある。
【0010】
また、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、シリコン基板上に薄膜パターンを有する他のシリコンデバイスについても同様に存在する。
【0011】
本発明は、このような事情に鑑み、犠牲ウェハを効率的に使用してコストを削減することのできるシリコンデバイスの製造方法及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、シリコン基板上に薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造方法において、犠牲ウェハの一方面の一部に他の部分よりも突出する突出部を形成する工程と、シリコンウェハの表面に前記犠牲ウェハの突出部側の面を接合層を介して接合する工程と、前記シリコンウェハ上に前記薄膜パターンを形成する工程と、前記接合層をエッチングにより除去することによって前記犠牲ウェハを前記シリコンウェハから剥離する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。
【0013】
かかる第1の態様では、犠牲ウェハの突出部のみがシリコンウェハに接合されているため、接合層を除去することにより、シリコンウェハから犠牲ウェハを短時間で剥離することができる。また、剥離した犠牲ウェハを再利用することができるため、製造コストを低減することができる。
【0014】
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記接合層が、二酸化シリコンからな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。
【0015】
かかる第2の態様では、接合層を比較的容易に形成でき、且つ比較的容易に除去することができる。
【0016】
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記突出部が前記犠牲ウェハの周縁部に亘って設けられてい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。
【0017】
かかる第3の態様では、犠牲ウェハによってシリコンウェハの剛性が確実に向上する。
【0018】
本発明の第4の態様は、第3の態様において、前記犠牲ウェハの突出部によって画成される凹部が格子状となってい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。
【0019】
かかる第4の態様では、シリコンウェハと犠牲ウェハとの接合面積が広くなるため、シリコンウェハの剛性が著しく向上する。
【0020】
本発明の第5の態様は、第3又は4の態様において、前記犠牲ウェハの他方面側に当該犠牲ウェハと前記シリコンウェハとの間に画成される空間に連通する貫通孔を設け、前記犠牲ウェハを剥離する工程では、前記貫通孔から前記空間内にエッチング剤を供給して当該空間内から前記接合層をエッチング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。
【0021】
かかる第5の態様では、接合層をより短時間で除去することができ、製造効率が著しく向上する。
【0022】
本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記シリコンウェハが、単結晶シリコンからな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。
【0023】
かかる第6の態様では、シリコンウェハをエッチングによって高精度に加工することができる。
【0024】
本発明の第7の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、犠牲ウェハの一方面の一部に他の部分よりも突出する突出部を形成する工程と、シリコンウェハの表面に前記犠牲ウェハの突出部側の面を接合層を介して接合する工程と、前記シリコンウェハ上に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記接合層をエッチングにより除去することによって前記犠牲ウェハを前記シリコンウェハから剥離する工程と、前記シリコンウェハを分割して複数の流路形成基板とする工程とを有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【0025】
かかる第7の態様では、犠牲ウェハの突出部のみがシリコンウェハに接合されているため、接合層を除去することにより、シリコンウェハから犠牲ウェハを短時間で剥離することができる。また、剥離した犠牲ウェハを再利用することができるため、製造コストを低減することができる。
【0026】
本発明の第8の態様は、第7の態様において、前記接合層が、二酸化シリコンからなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【0027】
かかる第8の態様では、接合層を比較的容易に形成でき、且つ比較的容易に除去することができる。
【0028】
本発明の第9の態様は、第8の態様において、前記突出部が前記犠牲ウェハの周縁部に亘って設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【0029】
かかる第9の態様では、シリコンウェハと犠牲ウェハとの接合面積が広くなるため、シリコンウェハの剛性が著しく向上する。
【0030】
本発明の第10の態様は、第9の態様において、前記犠牲ウェハの突出部によって画成される凹部が格子状となっていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【0031】
かかる第10の態様では、シリコンウェハと犠牲ウェハとの接合面積が広くなるため、シリコンウェハの剛性が著しく向上する。
【0032】
本発明の第11の態様は、第9又は10の態様において、前記犠牲ウェハの他方面側に当該犠牲ウェハと前記シリコンウェハとの間に画成される空間に連通する貫通孔を設け、前記犠牲ウェハを剥離する工程では、前記貫通孔から前記空間内にエッチング剤を供給して当該空間内から前記接合層をエッチングすることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【0033】
かかる第11の態様では、接合層をより短時間で除去することができ、製造効率が著しく向上する。
【0034】
本発明の第12の態様は、第7〜11の何れかの態様において、前記圧電素子を形成する工程の後に、前記シリコンウェハ上に当該圧電素子を封止する封止部を有する封止基板を接合する工程をさらに有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【0035】
かかる第12の態様では、封止基板によってシリコンウェハの剛性が著しく向上するため、犠牲ウェハを除去してもシリコンウェハを容易に取り扱うことができる。
【0036】
本発明の第13の態様は、第7〜12の何れかの態様において、前記シリコンウェハが単結晶シリコンからなり、前記圧電素子を薄膜及びリソグラフィ法で形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【0037】
かかる第13の態様では、高密度のノズル開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0039】
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。
【0040】
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)の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二酸化シリコンからなる、厚さ1〜2μmの弾性膜50が形成されている。
【0041】
この流路形成基板10には、シリコン単結晶基板をその一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12が幅方向に並設されている。また、その長手方向外側には、後述する封止基盤30のリザーバ部32と連通される連通部13が形成されている。また、この連通部13は、各圧力発生室12の長手方向一端部でそれぞれインク供給路14を介して連通されている。
【0042】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且つ上記(110)面と約35度の角度をなす第2の(111)面とが出現し、(110)面のエッチングレートと比較して(111)面のエッチングレートが約1/180であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(111)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室12を高密度に配列することができる。
【0043】
本実施形態では、各圧力発生室12の長辺を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で形成している。この圧力発生室12は、流路形成基板10をほぼ貫通して弾性膜50に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜50は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室12の一端に連通する各インク供給路14は、圧力発生室12より浅く形成されており、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。すなわち、インク供給路14は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング(ハーフエッチング)することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【0044】
このような圧力発生室12等が形成される流路形成基板10の厚さは、圧力発生室12を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、1インチ当たり180個(180dpi)程度に圧力発生室12を配置する場合には、流路形成基板10の厚さは、180〜280μm程度、より望ましくは、220μm程度とするのが好適である。また、例えば、360dpi程度と比較的高密度に圧力発生室12を配置する場合には、流路形成基板10の厚さは、100μm以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室12間の隔壁11の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。本実施形態では、圧力発生室12の配列密度を360dpi程度としているため、流路形成基板10の厚さを約70μmとしている。
【0045】
なお、このような流路形成基板10は、図3に示すように、シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハ100に複数個が一体的に形成され、詳しくは後述するが、このシリコンウェハ100に圧力発生室12等を形成した後、分割することによって複数の流路形成基板10となる。
【0046】
また、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14とは反対側で連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。
【0047】
一方、流路形成基板10の開口面とは反対側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70、及び上電極膜80を含む部分をいう。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、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子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。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、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圧電アクチュエータと称する。
【0048】
また、流路形成基板10の圧電素子300側には、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部31を有する封止基板30が接合され、圧電素子300はこの圧電素子保持部31内に密封されている。
【0049】
また、封止基板30には、各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ90の少なくとも一部を構成するリザーバ部32が設けられ、このリザーバ部32は、上述のように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ90を構成している。
【0050】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ90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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、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する。
【0051】
以下、このような本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図4は、犠牲ウェハの概略を示す斜視図であり、図5及び図6は、シリコンウェハ100の圧力発生室12の幅方向の断面図である。
【0052】
まず、図4(a)に示すように、シリコン単結晶基板からなる犠牲ウェハ110の一方面の一部に他の部分よりも突出する突出部111を形成する。すなわち、犠牲ウェハ110の一方面の突出部111となる領域以外に凹部112を形成する。例えば、本実施形態では、犠牲ウェハ110の中央部に凹部112を設けることによって、犠牲ウェハ110の周縁部に突出部111を形成している。
【0053】
ここで、この犠牲ウェハ110は、圧電素子300等を形成する際のシリコンウェハ100の剛性を確保するためのものである。すなわち、シリコンウェハ100の厚さは、本実施形態では、約70μmと比較的薄く取り扱いが困難なため、シリコンウェハ100に犠牲ウェハ110を接合することによりシリコンウェハ100の剛性を確保して比較的容易に取り扱うことができるようにしている。このような犠牲ウェハ110の厚さは、シリコンウェハ100の剛性を確保できる厚さであれば特に限定されないが、本実施形態では、200〜300μmとしている。
【0054】
次に、図4(b)に示すように、複数の流路形成基板10となるシリコンウェハ100の一方面に犠牲ウェハ110の突出部111側の面を、接合層120を介して接合する。すなわち、犠牲ウェハ110の周縁部の突出部111のみを接合層120を介してシリコンウェハ100に接合する。このため、シリコンウェハ100と犠牲ウェハ110との間には、犠牲ウェハ110の凹部112によって所定の空間が確保されることになる。
【0055】
なお、この接合層120は、例えば、二酸化シリコンからなり、本実施形態では、犠牲ウェハ110の突出部111側の面を熱酸化することによって形成している。
【0056】
次に、図5(a)に示すように、シリコン単結晶基板からなり複数の流路形成基板10となるシリコンウェハ100を約1100℃の拡散炉で熱酸化して、シリコンウェハ100の一方面に二酸化シリコンからなる弾性膜50を形成する。
【0057】
次に、図5(b)に示すように、弾性膜50上にスパッタリングで下電極膜60を形成する。この下電極膜60の材料としては、白金(Pt)等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層70は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜1000℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜60の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層70としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【0058】
次に、図5(c)に示すように、圧電体層70を成膜する。この圧電体層70は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層70とした。圧電体層70の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層70の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【0059】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【0060】
何れにしても、このように成膜された圧電体層70は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層70は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に0.2〜5μmである。
【0061】
次に、図5(d)に示すように、上電極膜80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【0062】
次に、図6(a)に示すように、圧電体層70及び上電極膜80のみをエッチングして圧電素子300のパターニングを行う。
【0063】
次に、図6(b)に示すように、シリコンウェハ100の圧電素子300側に圧電素子300を封止する圧電素子保持部31を有する封止基板30となる封止基板形成材130を接合する。この封止基板30は、例えば、400μm程度の厚さを有するため、この封止基板30を接合することにより、シリコンウェハ100の剛性は著しく向上することになる。
【0064】
次いで、図6(c)に示すように、シリコンウェハ100と犠牲ウェハ110との間に介在する接合層120を、例えば、フッ化ナトリウム等のエッチング剤で犠牲ウェハ110の外周面側からエッチングすることによって除去して、犠牲ウェハ110をシリコンウェハ100から剥離する。
【0065】
ここで、本実施形態の犠牲ウェハ110は、上述したように、突出部111のみがシリコンウェハ100と接合されている。すなわち、接合層120は、犠牲ウェハ110のシリコンウェハ100との接合面の一部のみに設けられているため、比較的短時間で除去することができる。
【0066】
したがって、シリコンウェハ100から犠牲ウェハ110を比較的短時間で剥離することができ製造効率を向上することができる。また、このように剥離した犠牲ウェハ110は、再利用することができるため、製造コストを著しく低減することができる。
【0067】
また、本実施形態では、犠牲ウェハ110は、その周縁部に突出部111が設けられ、シリコンウェハ100の周縁部に接合されている。したがって、シリコンウェハ100の剛性が確実に向上し、取り扱いが容易となる。
【0068】
なお、犠牲ウェハ110をシリコンウェハ100から剥離する際には、シリコンウェハ100には封止基板形成材130が接合されて所定の剛性が確保されているため、犠牲ウェハ110を剥離後もシリコンウェハ100は容易に取り扱うことができる。
【0069】
また、その後、シリコンウェハ100上にマスクパターン140を形成すると共に、このマスクパターン140を介して、前述したアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことにより、図6(d)に示すように、シリコンウェハ100に圧力発生室12等を形成する。
【0070】
さらに、シリコンウェハ100の封止基板30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を接合し、シリコンウェハ100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毎に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【0071】
(実施形態2)
図7及び図8は、実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す図であり、図7は犠牲ウェハの概略斜視図であり、図8はシリコンウェハの圧力発生室12の幅方向の断面図である。
【0072】
本実施形態の製造工程では、まず、図7(a)に示すように、犠牲ウェハ110Aの一方面側に格子状の凹部112Aを設けることによって、突出部111Aを形成する。また、同時に、犠牲ウェハ110Aの突出部111Aとは反対面側に、凹部112Aに連通する貫通孔113を形成する。
【0073】
次に、図7(b)に示すように、犠牲ウェハ110Aの突出部111A側の面に接合層120を形成し、この接合層120を介してシリコンウェハ100と犠牲ウェハ110Aとを接合する。
【0074】
このような本実施形態の犠牲ウェハ110Aを用いることにより、犠牲ウェハ110Aのシリコンウェハ100との接合面積が大きくなるため、シリコンウェハ100の剛性が著しく向上し、シリコンウェハ100に割れ等を発生させることなく、比較的容易に取り扱うことができる。
【0075】
次いで、実施形態1と同様に、弾性膜50、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を順次形成し、その後、パターニングすることによって圧電素子300を形成する。さらに、シリコンウェハ100の圧電素子300側に圧電素子300を封止する圧電素子保持部31を有する封止基板30となる封止基板形成材130を接合する(図5(a)〜図6(b)参照)。
【0076】
次いで、図8(a)に示すように、犠牲ウェハ110Aとシリコンウェハ100との間に介在する接合層120を、例えば、フッ化ナトリウム等のエッチング剤によってエッチングすることにより除去して、犠牲ウェハ110Aをシリコンウェハ100から剥離する。このとき、本実施形態では、犠牲ウェハ110Aの外周面側から接合層120をエッチングすると共に、貫通孔113を介して凹部112A内にエッチング剤を供給して凹部112A内からも接合層120をエッチングする。
【0077】
このように、犠牲ウェハ110Aの凹部112A内からも接合層120をエッチングすることにより、比較的短時間で接合層120を除去することができるため、犠牲ウェハ110Aとシリコンウェハ100との接合面積が比較的大きくても、短時間で犠牲ウェハ110Aを剥離することができる。
【0078】
また、このように剥離した犠牲ウェハ110Aも、勿論、再利用することができるため、製造コストを著しく低減することができる。
【0079】
なお、その後は、実施形態1と同様に、シリコンウェハ100を異方性エッチングすることにより圧力発生室12等を形成し、シリコンウェハ100にノズルプレート20を接合後、シリコンウェハ100等を分割して本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【0080】
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【0081】
また、例えば、上述の実施形態では、インクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、勿論、これに限定されず、例えば、半導体等、シリコン基板上に薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造にも適用することができる。
【0082】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の製造方法では、犠牲ウェハの突出部を接合層を介してシリコンウェハに接合すると共に、この接合層をエッチングによって除去するようにしたので、犠牲ウェハをシリコンウェハから比較的短時間で剥離することができ、製造効率を向上することができる。また、剥離した犠牲ウェハは、再利用することができるため、製造コストを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
【図3】本発明の実施形態1に係るシリコンウェハを示す斜視図である。
【図4】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す斜視図である。
【図5】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図6】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図7】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す斜視図である。
【図8】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
10 流路形成基板
11 隔壁
12 圧力発生室
13 連通部
14 インク供給路
20 ノズルプレート
21 ノズル開口
30 封止基板
50 弾性膜
60 下電極膜
70 圧電体層
80 上電極膜
100 シリコンウェハ
110、110A 犠牲ウェハ
120 接合層
300 圧電素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a silicon device having a thin film pattern on a silicon substrate, and in particular, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a diaphragm, and the surface of the diaphragm is The present invention is suitable for application to an ink jet recording head in which a piezoelectric layer is formed and ink droplets are ejected by displacement of the piezoelectric layer.
[0002]
[Prior art]
A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator.
[0003]
The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the vibration plate, and it is possible to manufacture a head suitable for high-density printing, while the piezoelectric element is arranged in an array of nozzle openings. There is a problem that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the pitch into a comb-like shape and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are necessary.
[0004]
On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.
[0005]
On the other hand, in order to eliminate the inconvenience of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as seen in Japanese Patent Laid-Open No. 5-286131. A material in which a piezoelectric layer is formed so that a material layer is cut into a shape corresponding to a pressure generation chamber by a lithography method and is independent for each pressure generation chamber has been proposed.
[0006]
This eliminates the need to affix the piezoelectric element to the diaphragm, and not only enables the piezoelectric element to be densely formed by a precise and simple technique called lithography, but also reduces the thickness of the piezoelectric element. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When the piezoelectric elements are arranged at high density in this way, it is necessary to ensure the rigidity of the partition walls defining the pressure generation chamber by relatively reducing the thickness of the flow path forming substrate. However, since the flow path forming substrate is formed using, for example, a silicon wafer having a diameter of about 6 to 12 inches, if the thickness of the silicon wafer is reduced, cracks and the like are likely to occur and handling is difficult. There is a problem.
[0008]
In addition, a method has been proposed in which a sacrificial wafer is bonded to one surface of a silicon wafer and a piezoelectric element or the like is formed in a state in which the rigidity of the silicon wafer is ensured. There is a problem of low efficiency.
[0009]
Furthermore, since a sacrificial wafer is required for each silicon wafer, there is a problem that the cost increases.
[0010]
Such a problem exists not only in the ink jet recording head but also in other silicon devices having a thin film pattern on a silicon substrate.
[0011]
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a silicon device and a method for manufacturing an ink jet recording head that can efficiently use a sacrificial wafer and reduce costs.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem, in a method for manufacturing a silicon device having a thin film pattern on a silicon substrate, a protruding portion that protrudes more than the other portion is formed on a part of one surface of the sacrificial wafer. A step of bonding the surface of the sacrificial wafer on the protruding portion side to the surface of the silicon wafer via a bonding layer, a step of forming the thin film pattern on the silicon wafer, and removing the bonding layer by etching. And a step of peeling the sacrificial wafer from the silicon wafer.
[0013]
In the first aspect, since only the protruding portion of the sacrifice wafer is bonded to the silicon wafer, the sacrifice wafer can be peeled from the silicon wafer in a short time by removing the bonding layer. Moreover, since the peeled sacrificial wafer can be reused, the manufacturing cost can be reduced.
[0014]
A second aspect of the present invention is the method for manufacturing a silicon device according to the first aspect, wherein the bonding layer is made of silicon dioxide.
[0015]
In the second aspect, the bonding layer can be formed relatively easily and can be removed relatively easily.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the projecting portion is provided over a peripheral portion of the sacrificial wafer.
[0017]
In the third aspect, the rigidity of the silicon wafer is reliably improved by the sacrificial wafer.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the silicon device manufacturing method according to the third aspect, wherein the concave portions defined by the protruding portions of the sacrificial wafer are in a lattice shape.
[0019]
In the fourth aspect, since the bonding area between the silicon wafer and the sacrificial wafer is increased, the rigidity of the silicon wafer is remarkably improved.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, a through hole communicating with a space defined between the sacrificial wafer and the silicon wafer is provided on the other surface side of the sacrificial wafer, In the step of peeling the sacrificial wafer, the silicon device manufacturing method is characterized in that an etching agent is supplied into the space from the through hole and the bonding layer is etched from the space.
[0021]
In the fifth aspect, the bonding layer can be removed in a shorter time, and the manufacturing efficiency is significantly improved.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in the method according to any one of the first to fifth aspects, the silicon wafer is made of single crystal silicon.
[0023]
In the sixth aspect, the silicon wafer can be processed with high accuracy by etching.
[0024]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening is defined, and a pressure plate disposed on the flow path forming substrate via a vibration plate to apply pressure to the pressure generating chamber. In a method of manufacturing an ink jet recording head comprising a piezoelectric element to be applied, a step of forming a protruding portion protruding from a portion of one surface of a sacrificial wafer from the other portion, and a step of forming the sacrificial wafer on the surface of a silicon wafer Bonding the surface on the protrusion side via a bonding layer; forming the diaphragm and the piezoelectric element on the silicon wafer; and removing the bonding layer by etching to remove the sacrificial wafer from the silicon An ink jet recording head manufacturing method comprising: a step of peeling from a wafer; and a step of dividing the silicon wafer into a plurality of flow path forming substrates.
[0025]
In the seventh aspect, since only the protruding portion of the sacrificial wafer is bonded to the silicon wafer, the sacrificial wafer can be peeled from the silicon wafer in a short time by removing the bonding layer. Moreover, since the peeled sacrificial wafer can be reused, the manufacturing cost can be reduced.
[0026]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head manufacturing method according to the seventh aspect, wherein the bonding layer is made of silicon dioxide.
[0027]
In the eighth aspect, the bonding layer can be formed relatively easily and can be removed relatively easily.
[0028]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head manufacturing method according to the eighth aspect, wherein the protrusion is provided over a peripheral edge of the sacrificial wafer.
[0029]
In the ninth aspect, since the bonding area between the silicon wafer and the sacrificial wafer is widened, the rigidity of the silicon wafer is remarkably improved.
[0030]
A tenth aspect of the present invention is the method of manufacturing an ink jet recording head according to the ninth aspect, wherein the concave portions defined by the protruding portions of the sacrificial wafer have a lattice shape.
[0031]
In the tenth aspect, since the bonding area between the silicon wafer and the sacrificial wafer is widened, the rigidity of the silicon wafer is remarkably improved.
[0032]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth or tenth aspect, a through hole communicating with a space defined between the sacrificial wafer and the silicon wafer is provided on the other surface side of the sacrificial wafer, In the step of peeling the sacrificial wafer, an etching agent is supplied from the through hole into the space, and the bonding layer is etched from the space.
[0033]
In the eleventh aspect, the bonding layer can be removed in a shorter time, and the production efficiency is significantly improved.
[0034]
According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the seventh to eleventh aspects, a sealing substrate having a sealing portion for sealing the piezoelectric element on the silicon wafer after the step of forming the piezoelectric element. The method of manufacturing an ink jet recording head, further comprising the step of bonding the ink jet recording head.
[0035]
In the twelfth aspect, since the rigidity of the silicon wafer is remarkably improved by the sealing substrate, the silicon wafer can be easily handled even if the sacrificial wafer is removed.
[0036]
A thirteenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the seventh to twelfth aspects, wherein the silicon wafer is made of single crystal silicon, and the piezoelectric element is formed by a thin film and a lithography method. It is in the manufacturing method.
[0037]
In the thirteenth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in large quantities and relatively easily.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0039]
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view showing an outline of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG.
[0040]
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment, and one surface thereof is made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation, and has a thickness of 1 to 2 μm. The elastic film 50 is formed.
[0041]
In the flow path forming substrate 10, pressure generation chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction by anisotropically etching a silicon single crystal substrate from one surface side thereof. Further, on the outer side in the longitudinal direction, a communication portion 13 is formed which communicates with a reservoir portion 32 of the sealing base 30 described later. The communication portion 13 is in communication with each other at one end in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12 via an ink supply path 14.
[0042]
Here, the anisotropic etching is performed by utilizing the difference in etching rate of the silicon single crystal substrate. For example, in this embodiment, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded, and the first (111) plane. And a second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (110) plane and an angle of about 35 degrees appears, and the (111) plane is compared with the etching rate of the (110) plane. This is performed using the property that the etching rate is about 1/180. By this anisotropic etching, precision processing can be performed based on the parallelogram depth processing formed by two first (111) surfaces and two oblique second (111) surfaces. The pressure generating chambers 12 can be arranged with high density.
[0043]
In the present embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generation chamber 12 is formed by etching until it substantially passes through the flow path forming substrate 10 and reaches the elastic film 50. Here, the amount of the elastic film 50 that is affected by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small. In addition, each ink supply path 14 communicating with one end of each pressure generation chamber 12 is formed shallower than the pressure generation chamber 12, and the flow path resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 is kept constant. That is, the ink supply path 14 is formed by etching the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction (half etching). Half etching is performed by adjusting the etching time.
[0044]
As the thickness of the flow path forming substrate 10 on which such a pressure generation chamber 12 and the like are formed, it is preferable to select an optimum thickness in accordance with the density at which the pressure generation chamber 12 is disposed. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged at about 180 (180 dpi) per inch, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably about 180 to 280 μm, more preferably about 220 μm. is there. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged at a relatively high density of about 360 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably 100 μm or less. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall 11 between the adjacent pressure generation chambers 12. In this embodiment, since the arrangement density of the pressure generating chambers 12 is about 360 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is about 70 μm.
[0045]
As shown in FIG. 3, a plurality of such flow path forming substrates 10 are integrally formed on a silicon wafer 100 made of a silicon single crystal substrate, and will be described later in detail. After the generation chamber 12 and the like are formed, the plurality of flow path forming substrates 10 are obtained by dividing.
[0046]
Further, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12 on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 is an adhesive, a heat-welded film, or the like. It is fixed through.
[0047]
On the other hand, on the elastic film 50 opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm and a piezoelectric layer having a thickness of, for example, about 1 μm. 70 and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
[0048]
Further, on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate 10, there is a sealing substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 capable of sealing the space while ensuring a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300. The piezoelectric element 300 is sealed in the piezoelectric element holding portion 31.
[0049]
Further, the sealing substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of a reservoir 90 that becomes a common ink chamber of each pressure generating chamber 12, and the reservoir portion 32 is formed with a flow path as described above. A reservoir 90 is formed which communicates with the communicating portion 13 of the substrate 10 and serves as a common ink chamber for the pressure generating chambers 12.
[0050]
Note that such an ink jet recording head takes in ink from an external ink supply means (not shown), fills the interior from the reservoir 90 to the nozzle opening 21, and then externally in accordance with a recording signal from a drive circuit (not shown). By applying a voltage between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 via the wiring, the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are bent and deformed. The pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.
[0051]
Hereinafter, a method for manufacturing the ink jet recording head according to the present embodiment will be described. 4 is a perspective view schematically showing the sacrificial wafer, and FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views in the width direction of the pressure generation chamber 12 of the silicon wafer 100. FIG.
[0052]
First, as shown in FIG. 4A, a protruding portion 111 protruding from the other portion is formed on a part of one surface of a sacrificial wafer 110 made of a silicon single crystal substrate. That is, the recess 112 is formed in a region other than the region that becomes the protrusion 111 on one surface of the sacrificial wafer 110. For example, in the present embodiment, the protrusion 111 is formed on the peripheral edge of the sacrificial wafer 110 by providing the recess 112 in the center of the sacrificial wafer 110.
[0053]
Here, the sacrificial wafer 110 is for ensuring the rigidity of the silicon wafer 100 when the piezoelectric element 300 and the like are formed. That is, in this embodiment, the thickness of the silicon wafer 100 is relatively thin, about 70 μm, and is difficult to handle. Therefore, the sacrificial wafer 110 is bonded to the silicon wafer 100 to ensure the rigidity of the silicon wafer 100 and relatively. It can be handled easily. The thickness of the sacrificial wafer 110 is not particularly limited as long as the rigidity of the silicon wafer 100 can be secured, but in the present embodiment, the thickness is set to 200 to 300 μm.
[0054]
Next, as shown in FIG. 4B, the surface on the protruding portion 111 side of the sacrificial wafer 110 is bonded to one surface of the silicon wafer 100 to be a plurality of flow path forming substrates 10 via a bonding layer 120. That is, only the protrusion 111 at the peripheral edge of the sacrificial wafer 110 is bonded to the silicon wafer 100 via the bonding layer 120. For this reason, a predetermined space is secured between the silicon wafer 100 and the sacrificial wafer 110 by the recess 112 of the sacrificial wafer 110.
[0055]
The bonding layer 120 is made of, for example, silicon dioxide. In this embodiment, the bonding layer 120 is formed by thermally oxidizing the surface of the sacrificial wafer 110 on the protruding portion 111 side.
[0056]
Next, as shown in FIG. 5A, a silicon wafer 100 made of a silicon single crystal substrate and serving as a plurality of flow path forming substrates 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. Then, an elastic film 50 made of silicon dioxide is formed.
[0057]
Next, as shown in FIG. 5B, a lower electrode film 60 is formed on the elastic film 50 by sputtering. As a material of the lower electrode film 60, platinum (Pt) or the like is suitable. This is because a piezoelectric layer 70 described later formed by sputtering or sol-gel method needs to be crystallized by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. Because. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere, particularly when lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70. It is desirable that the change in conductivity due to diffusion of lead oxide is small, and platinum is preferable for these reasons.
[0058]
Next, as shown in FIG. 5C, a piezoelectric layer 70 is formed. The piezoelectric layer 70 preferably has crystals oriented. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method is obtained in which a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied and dried to be gelled, and further baked at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of metal oxide Thus, the piezoelectric layer 70 in which the crystals are oriented is obtained. As a material of the piezoelectric layer 70, a lead zirconate titanate-based material is suitable when used for an ink jet recording head. In addition, the film-forming method of this piezoelectric material layer 70 is not specifically limited, For example, you may form by sputtering method.
[0059]
Furthermore, after forming a lead zirconate titanate precursor film by a sol-gel method or a sputtering method, a method of crystal growth at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used.
[0060]
In any case, the piezoelectric layer 70 thus formed has crystals preferentially oriented unlike the bulk piezoelectric body, and in this embodiment, the piezoelectric layer 70 is formed in a columnar shape. Has been. Note that the preferential orientation refers to a state in which the orientation direction of the crystal is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. A columnar thin film refers to a state in which substantially cylindrical crystals are aggregated over the surface direction with the central axis substantially coincided with the thickness direction to form a thin film. Of course, it may be a thin film formed of preferentially oriented granular crystals. Note that the thickness of the piezoelectric layer manufactured in this way in the thin film process is generally 0.2 to 5 μm.
[0061]
Next, as shown in FIG. 5D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a highly conductive material, and many metals such as aluminum, gold, nickel, and platinum, conductive oxides, and the like can be used. In this embodiment, the platinum film is formed by sputtering.
[0062]
Next, as shown in FIG. 6A, the piezoelectric element 300 is patterned by etching only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80.
[0063]
Next, as shown in FIG. 6B, a sealing substrate forming material 130 to be a sealing substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 for sealing the piezoelectric element 300 is bonded to the piezoelectric element 300 side of the silicon wafer 100. To do. Since the sealing substrate 30 has a thickness of about 400 μm, for example, the rigidity of the silicon wafer 100 is significantly improved by bonding the sealing substrate 30.
[0064]
Next, as shown in FIG. 6C, the bonding layer 120 interposed between the silicon wafer 100 and the sacrificial wafer 110 is etched from the outer peripheral surface side of the sacrificial wafer 110 with an etchant such as sodium fluoride, for example. Then, the sacrificial wafer 110 is peeled off from the silicon wafer 100.
[0065]
Here, in the sacrificial wafer 110 of this embodiment, only the protruding portion 111 is bonded to the silicon wafer 100 as described above. That is, since the bonding layer 120 is provided only on a part of the bonding surface of the sacrificial wafer 110 with the silicon wafer 100, it can be removed in a relatively short time.
[0066]
Therefore, the sacrificial wafer 110 can be peeled from the silicon wafer 100 in a relatively short time, and the manufacturing efficiency can be improved. Further, since the sacrificial wafer 110 thus peeled can be reused, the manufacturing cost can be significantly reduced.
[0067]
Further, in this embodiment, the sacrificial wafer 110 is provided with a protruding portion 111 at the periphery thereof and is bonded to the periphery of the silicon wafer 100. Therefore, the rigidity of the silicon wafer 100 is reliably improved, and handling becomes easy.
[0068]
Note that when the sacrificial wafer 110 is peeled from the silicon wafer 100, the sealing substrate forming material 130 is bonded to the silicon wafer 100 to ensure a predetermined rigidity. 100 can be handled easily.
[0069]
After that, a mask pattern 140 is formed on the silicon wafer 100, and anisotropic etching using the above-described alkaline solution is performed through the mask pattern 140, so that silicon as shown in FIG. A pressure generation chamber 12 and the like are formed on the wafer 100.
[0070]
Further, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 is bonded to the surface of the silicon wafer 100 opposite to the sealing substrate 30 so that the silicon wafer 100 and the like have a single chip-size flow path as shown in FIG. The ink jet recording head according to the present embodiment is obtained by dividing each of the formation substrates 10.
[0071]
(Embodiment 2)
7 and 8 are diagrams showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the second embodiment. FIG. 7 is a schematic perspective view of the sacrificial wafer, and FIG. 8 is a width direction of the pressure generation chamber 12 of the silicon wafer. FIG.
[0072]
In the manufacturing process of the present embodiment, first, as shown in FIG. 7A, a protrusion 111A is formed by providing a lattice-shaped recess 112A on one surface side of the sacrificial wafer 110A. At the same time, a through hole 113 communicating with the recess 112A is formed on the side opposite to the protrusion 111A of the sacrificial wafer 110A.
[0073]
Next, as shown in FIG. 7B, a bonding layer 120 is formed on the surface of the sacrificial wafer 110 </ b> A on the protruding portion 111 </ b> A side, and the silicon wafer 100 and the sacrificial wafer 110 </ b> A are bonded via the bonding layer 120.
[0074]
By using the sacrificial wafer 110A of this embodiment, the bonding area of the sacrificial wafer 110A with the silicon wafer 100 is increased, so that the rigidity of the silicon wafer 100 is remarkably improved, and cracks and the like are generated in the silicon wafer 100. And can be handled relatively easily.
[0075]
Next, as in the first embodiment, the elastic film 50, the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80 are sequentially formed, and then the piezoelectric element 300 is formed by patterning. Further, a sealing substrate forming material 130 to be the sealing substrate 30 having the piezoelectric element holding portion 31 for sealing the piezoelectric element 300 is joined to the piezoelectric element 300 side of the silicon wafer 100 (FIGS. 5A to 6 (). b)).
[0076]
Next, as shown in FIG. 8A, the bonding layer 120 interposed between the sacrificial wafer 110A and the silicon wafer 100 is removed by etching with an etchant such as sodium fluoride, and the sacrificial wafer. 110A is peeled from the silicon wafer 100. At this time, in this embodiment, the bonding layer 120 is etched from the outer peripheral surface side of the sacrificial wafer 110A, and an etching agent is supplied into the recess 112A through the through hole 113 to etch the bonding layer 120 also from the recess 112A. To do.
[0077]
Thus, since the bonding layer 120 can be removed in a relatively short time by etching the bonding layer 120 also from the inside of the recess 112A of the sacrifice wafer 110A, the bonding area between the sacrifice wafer 110A and the silicon wafer 100 is increased. Even if it is relatively large, the sacrificial wafer 110A can be peeled off in a short time.
[0078]
In addition, the sacrificial wafer 110A thus peeled off can be reused, so that the manufacturing cost can be significantly reduced.
[0079]
After that, as in the first embodiment, the silicon wafer 100 is anisotropically etched to form the pressure generation chamber 12 and the like, and after joining the nozzle plate 20 to the silicon wafer 100, the silicon wafer 100 and the like are divided. In this embodiment, the ink jet recording head is used.
[0080]
(Other embodiments)
While the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above.
[0081]
For example, in the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example. However, the present invention is of course not limited to this, and the present invention is also applicable to the manufacture of a silicon device having a thin film pattern on a silicon substrate such as a semiconductor. be able to.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, in the manufacturing method of the present invention, the protruding portion of the sacrificial wafer is bonded to the silicon wafer via the bonding layer, and the bonding layer is removed by etching. It can be peeled off in a short time, and the production efficiency can be improved. Moreover, since the peeled sacrificial wafer can be reused, the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an ink jet recording head according to a first embodiment of the invention.
FIGS. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention. FIGS.
FIG. 3 is a perspective view showing a silicon wafer according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 7 is a perspective view illustrating a manufacturing process of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate 11 Partition 12 Pressure generation chamber 13 Communication part 14 Ink supply path 20 Nozzle plate 21 Nozzle opening 30 Sealing substrate 50 Elastic film 60 Lower electrode film 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 100 Silicon wafer 110, 110A Sacrificial Wafer 120 Bonding layer 300 Piezoelectric element

Claims (13)

シリコン基板上に薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造方法において、
犠牲ウェハの一方面の一部に他の部分よりも突出する突出部を形成する工程と、シリコンウェハの表面に前記犠牲ウェハの突出部側の面を接合層を介して接合する工程と、前記シリコンウェハ上に前記薄膜パターンを形成する工程と、前記接合層をエッチングにより除去することによって前記犠牲ウェハを前記シリコンウェハから剥離する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。
In a method for manufacturing a silicon device having a thin film pattern on a silicon substrate,
A step of forming a protruding portion protruding from the other portion on one side of the sacrificial wafer, a step of bonding the surface on the protruding portion side of the sacrificial wafer to the surface of the silicon wafer via a bonding layer, A method of manufacturing a silicon device, comprising: a step of forming the thin film pattern on a silicon wafer; and a step of peeling the sacrificial wafer from the silicon wafer by removing the bonding layer by etching.
請求項1において、前記接合層が、二酸化シリコンからなることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。2. The method of manufacturing a silicon device according to claim 1, wherein the bonding layer is made of silicon dioxide. 請求項1又は2において、前記突出部が前記犠牲ウェハの周縁部に亘って設けられていることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。3. The method of manufacturing a silicon device according to claim 1, wherein the protrusion is provided over a peripheral edge of the sacrificial wafer. 請求項3において、前記犠牲ウェハの突出部によって画成される凹部が格子状となっていることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。4. The method of manufacturing a silicon device according to claim 3, wherein the concave portions defined by the protruding portions of the sacrificial wafer are in a lattice shape. 請求項3又は4において、前記犠牲ウェハの他方面側に当該犠牲ウェハと前記シリコンウェハとの間に画成される空間に連通する貫通孔を設け、前記犠牲ウェハを剥離する工程では、前記貫通孔から前記空間内にエッチング剤を供給して当該空間内から前記接合層をエッチングすることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。5. The method according to claim 3, wherein a through hole communicating with a space defined between the sacrificial wafer and the silicon wafer is provided on the other surface side of the sacrificial wafer, and in the step of peeling the sacrificial wafer, A method of manufacturing a silicon device, comprising: supplying an etching agent into the space from a hole to etch the bonding layer from the space. 請求項1〜5の何れかにおいて、前記シリコンウェハが、単結晶シリコンからなることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。6. The method of manufacturing a silicon device according to claim 1, wherein the silicon wafer is made of single crystal silicon. ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、
犠牲ウェハの一方面の一部に他の部分よりも突出する突出部を形成する工程と、シリコンウェハの表面に前記犠牲ウェハの突出部側の面を接合層を介して接合する工程と、前記シリコンウェハ上に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記接合層をエッチングにより除去することによって前記犠牲ウェハを前記シリコンウェハから剥離する工程と、前記シリコンウェハを分割して複数の流路形成基板とする工程とを有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
An ink jet comprising: a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined; and a piezoelectric element provided on the flow path forming substrate via a vibration plate to apply pressure to the pressure generating chamber. In the manufacturing method of the recording head,
A step of forming a protruding portion protruding from the other portion on one side of the sacrificial wafer, a step of bonding the surface on the protruding portion side of the sacrificial wafer to the surface of the silicon wafer via a bonding layer, Forming the diaphragm and the piezoelectric element on the silicon wafer; removing the sacrificial wafer from the silicon wafer by removing the bonding layer by etching; and dividing the silicon wafer into a plurality of streams. And a step of forming a path forming substrate.
請求項7において、前記接合層が、二酸化シリコンからなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。8. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 7, wherein the bonding layer is made of silicon dioxide. 請求項8において、前記突出部が前記犠牲ウェハの周縁部に亘って設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。9. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 8, wherein the protrusion is provided over a peripheral edge of the sacrificial wafer. 請求項9において、前記犠牲ウェハの突出部によって画成される凹部が格子状となっていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。10. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 9, wherein the concave portions defined by the protruding portions of the sacrificial wafer are in a lattice shape. 請求項9又は10において、前記犠牲ウェハの他方面側に当該犠牲ウェハと前記シリコンウェハとの間に画成される空間に連通する貫通孔を設け、前記犠牲ウェハを剥離する工程では、前記貫通孔から前記空間内にエッチング剤を供給して当該空間内から前記接合層をエッチングすることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。11. The process according to claim 9, wherein a through-hole communicating with a space defined between the sacrificial wafer and the silicon wafer is provided on the other surface side of the sacrificial wafer, and in the step of peeling the sacrificial wafer, An ink jet recording head manufacturing method comprising: supplying an etching agent into a space from a hole to etch the bonding layer from the space. 請求項7〜11の何れかにおいて、前記圧電素子を形成する工程の後に、前記シリコンウェハ上に当該圧電素子を封止する封止部を有する封止基板を接合する工程をさらに有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。12. The method according to claim 7, further comprising a step of bonding a sealing substrate having a sealing portion for sealing the piezoelectric element on the silicon wafer after the step of forming the piezoelectric element. A method for manufacturing an ink jet recording head. 請求項7〜12の何れかにおいて、前記シリコンウェハが単結晶シリコンからなり、前記圧電素子を薄膜及びリソグラフィ法で形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。13. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 7, wherein the silicon wafer is made of single crystal silicon, and the piezoelectric element is formed by a thin film and a lithography method.
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