JP2007130864A - Wafer fixing jig, nozzle substrate manufacturing method, and droplet discharge head manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】加工中にシリコン基板が割れたり欠けたりすることがない液滴吐出ヘッド用ノズル基板の製造方法及びそれに使用する治具を提案する。
【解決手段】内部に空間53が形成された基台51であって、該基台51の少なくとも片面はウェハ吸着面52として平坦に形成され、ウェハ吸着面52の外周部に空間53に連通しウェハを吸引する複数の吸引孔54が形成され、かつウェハ吸着面52側のウェハ配置領域内の少なくとも二カ所にウェハ位置決め用のピン55が形成されており、空間53を真空引き装置に連通するための排気孔56を備えているウェハ固定治具。
【選択図】図12
A method for manufacturing a nozzle substrate for a droplet discharge head, in which a silicon substrate does not break or chip during processing, and a jig used therefor are proposed.
A base 51 having a space 53 formed therein, at least one surface of the base 51 is formed flat as a wafer suction surface 52, and communicated with the space 53 at an outer peripheral portion of the wafer suction surface 52. A plurality of suction holes 54 for sucking the wafer are formed, and wafer positioning pins 55 are formed in at least two locations in the wafer arrangement area on the wafer suction surface 52 side, and the space 53 communicates with the vacuuming device. Wafer fixing jig provided with exhaust holes 56 for the purpose.
[Selection] Figure 12
Description
本発明の技術分野は液滴吐出装置の分野であり、特に、液滴吐出ヘッドの構成要素であるノズル基板の製造方法、その方法において利用するウェハ固定治具、並びに液滴吐出ヘッドの製造方法などに関する。 The technical field of the present invention is that of a droplet discharge device, and in particular, a method of manufacturing a nozzle substrate that is a component of a droplet discharge head, a wafer fixing jig used in the method, and a method of manufacturing a droplet discharge head And so on.
インクジェット記録装置などでは、インクジェットヘッドのノズルからインク液滴を吐出するようになっている。インクジェットヘッドにノズルを設ける方式には、インクジェットヘッドの側面側からインク液滴を吐出するサイドイジェクトタイプと、インクジェットヘッドの表面側からインク液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプがある。
フェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドでは、ノズルの孔の部分の流路抵抗を調整し、ノズルの長さが最適になるようにノズル基板の厚さを調整するのが望ましい。
In an ink jet recording apparatus or the like, ink droplets are ejected from nozzles of an ink jet head. There are two methods for providing nozzles in an ink jet head: a side eject type that ejects ink droplets from the side surface of the ink jet head, and a face eject type that ejects ink droplets from the surface side of the ink jet head.
In the face eject type ink jet head, it is desirable to adjust the thickness of the nozzle substrate so as to optimize the length of the nozzle by adjusting the flow resistance of the nozzle hole.
このため、従来のフェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では、シリコン基板を所望の厚さに研削した後に、シリコン基板の両面からドライエッチングによって第1のノズル孔と、この第1のノズル孔に連通する第2のノズル孔を形成するようにしていた(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら上記のような製造方法では、ドライエッチングによって第1のノズル孔と第2のノズル孔を形成する前に、シリコン基板を研削して薄くするため、製造工程の途中でシリコン基板が割れたり、欠けてしまうことがあるという問題点があった。そしてこのため、歩留まりが低くなり、製造コストが高くなってしまうという問題点があった。
さらに、このインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では、ドライエッチング加工の際に、加工形状を安定させるためにノズルプレートの加工面の反対側からヘリウムガス等で冷却を行うが、ノズルの貫通時にヘリウムガス等が加工面側にリークしてエッチングができなくなってしまうという問題点もあった。
However, in the manufacturing method as described above, the silicon substrate is ground and thinned before forming the first nozzle hole and the second nozzle hole by dry etching. There was a problem that it might be missing. For this reason, there is a problem that the yield decreases and the manufacturing cost increases.
Further, in this method of manufacturing a nozzle plate for an ink jet head, cooling is performed with helium gas or the like from the opposite side of the nozzle plate processing surface in order to stabilize the processing shape during dry etching processing. There is also a problem in that etching cannot be performed due to leakage of gas or the like to the processed surface side.
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、加工中にシリコン基板が割れたり欠けたりすることがないノズル基板の製造方法、それを適用した液滴吐出ヘッドの製造方法、並びにノズル基板の製造に利用するウェハ固定治具を提案するものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and a method for manufacturing a nozzle substrate in which a silicon substrate does not break or chip during processing, a method for manufacturing a droplet discharge head to which the nozzle substrate is applied, and a method for manufacturing a nozzle substrate. We propose a wafer fixing jig to be used for the above.
本発明のウェハ固定治具は、内部に空間が形成された基台であって、該基台の少なくとも片面はウェハ吸着面として平坦に形成され、前記ウェハ吸着面の外周部に前記空間に連通し前記ウェハを吸引する複数の吸引孔が形成され、かつ前記ウェハ吸着面側のウェハ配置領域にはウェハを位置決め可能な形状が形成されており、前記空間は真空引き装置に連通可能となっているものである。
この治具によれば、そのウェハ吸着面にウェハを位置決めして吸着固定できるので、ウェハに形成された孔などに充填された接着剤や充填材などを除去する処理を、ウェハに対して割れや欠けを生じさせることなく行うことが可能となる。
上記治具は、前記ウェハ吸着面側のウェハ配置領域内の少なくとも二カ所に、アラインメント用の光を通す貫通孔が、前記基台の片面側から他面側へ形成されていることが好ましい。これにより、その貫通孔を利用して、治部に吸着固定されたままのウェハを他の基板に位置決め接合することが可能となるため、その接合処理工程を簡素化できる。
The wafer fixing jig of the present invention is a base having a space formed therein, and at least one surface of the base is formed flat as a wafer suction surface, and communicates with the space at the outer periphery of the wafer suction surface. A plurality of suction holes for sucking the wafer are formed, and a shape capable of positioning the wafer is formed in the wafer arrangement area on the wafer suction surface side, and the space can be communicated with a vacuuming device. It is what.
According to this jig, since the wafer can be positioned and fixed by suction on the wafer suction surface, the process of removing the adhesive or filler filled in the holes formed in the wafer is cracked against the wafer. It is possible to carry out without causing any chipping.
In the jig, it is preferable that through holes through which light for alignment is passed are formed from one side of the base to the other side in at least two locations in the wafer arrangement region on the wafer suction surface side. This makes it possible to position and bond the wafer that has been attracted and fixed to the healing portion to another substrate using the through-hole, thereby simplifying the bonding process.
本発明のノズル基板の製造方法は、上記のウェハ固定治具を利用するノズル基板の製造方法であって、シリコン基板の片面にノズル孔となる凹部を形成する工程と、前記シリコン基板の前記凹部が形成されている面に支持基板を接着剤で貼り合わせる工程と、前記シリコン基板の前記支持基板が貼り合わせられた面の反対面を、前記凹部の先端部に到達するまで薄板化する工程と、前記シリコン基板から前記支持基板を剥離する工程と、前記支持基板が剥離された前記シリコン基板の薄板化された面を、前記ウェハ固定治具のウェハ吸着面に吸着固定して、前記シリコン基板から前記接着剤を剥離する工程と、を備えたものである。
これによれば、シリコン基板の周囲がウェハ固定治具に吸着されて密着固定されるため、シリコン基板の割れや欠けを防止しつつ、シリコン基板から接着剤を剥離することが可能となる。また、ノズル孔となる凹部内の接着剤も除去し易くなり、ノズル孔の適正な形状を得ることができるため、吐出液の飛行曲がりも防止にも大きく貢献できる。
A method for manufacturing a nozzle substrate according to the present invention is a method for manufacturing a nozzle substrate using the above-described wafer fixing jig, the step of forming a recess serving as a nozzle hole on one side of the silicon substrate, and the recess of the silicon substrate. Bonding the support substrate to the surface on which the support substrate is bonded with an adhesive, and thinning the surface of the silicon substrate opposite to the surface on which the support substrate is bonded until the tip of the recess is reached. Removing the support substrate from the silicon substrate; and fixing and thinning the thinned surface of the silicon substrate from which the support substrate has been peeled off to a wafer suction surface of the wafer fixing jig; And a step of peeling the adhesive.
According to this, since the periphery of the silicon substrate is attracted and fixed in close contact with the wafer fixing jig, it is possible to peel the adhesive from the silicon substrate while preventing the silicon substrate from being cracked or chipped. In addition, it is easy to remove the adhesive in the concave portion that becomes the nozzle hole, and an appropriate shape of the nozzle hole can be obtained, so that it is possible to greatly contribute to the prevention of the bending of the discharge liquid.
また、上記のウェハ固定治具を利用するノズル基板の製造方法であって、シリコン基板の片面にノズル孔となる凹部を形成する工程と、前記シリコン基板の前記凹部が形成されている面に支持基板を接着剤で貼り合わせる工程と、前記シリコン基板の前記支持基板が貼り合わせられた面の反対面を、前記凹部の先端部に到達するまで薄板化する工程と、前記シリコン基板と前記支持基板の接合体における前記シリコン基板の薄板化された面を、前記ウェハ固定治具のウェハ吸着面に吸着固定して、前記シリコン基板から前記支持基板及び前記接着剤を剥離する工程と、を備えたものである。
これによれば、シリコン基板の周囲がウェハ固定治具に吸着されて密着固定されるため、シリコン基板の割れや欠けを防止しつつ、シリコン基板から支持基板および接着剤を剥離することが可能となる。また、ノズル孔となる凹部内の接着剤も除去し易くなり、ノズル孔の適正な形状を得ることができるため、吐出液の飛行曲がりも防止にも大きく貢献できる。
Also, a method of manufacturing a nozzle substrate using the wafer fixing jig described above, the step of forming a recess serving as a nozzle hole on one side of the silicon substrate, and the surface of the silicon substrate on which the recess is formed A step of bonding the substrate with an adhesive, a step of thinning a surface opposite to the surface of the silicon substrate to which the support substrate is bonded until reaching the tip of the recess, the silicon substrate and the support substrate A step of adhering and fixing the thinned surface of the silicon substrate in the bonded body to the wafer adsorption surface of the wafer fixing jig, and peeling the support substrate and the adhesive from the silicon substrate. Is.
According to this, since the periphery of the silicon substrate is adsorbed and fixed in close contact with the wafer fixing jig, the support substrate and the adhesive can be peeled from the silicon substrate while preventing the silicon substrate from cracking or chipping. Become. In addition, it is easy to remove the adhesive in the concave portion that becomes the nozzle hole, and an appropriate shape of the nozzle hole can be obtained, so that it is possible to greatly contribute to the prevention of the bending of the discharge liquid.
前記接着剤の剥離は、前記シリコン基板の前記接着剤が塗布された面に粘着テープを貼り付け、その粘着テープを利用して前記接着剤を引き剥がすのが好ましい。この粘着テープを利用した処理は比較的簡易に行える利点がある。
また、前記シリコン基板の前記ウェハ吸着面との接合面にテープを貼り付けた後、前記シリコン基板を前記吸着面に取り付けるのが好ましい。このテープにより、ウェハ固定治具に固定されるシリコン基板の表面を保護することができる。
The adhesive is preferably peeled off by sticking an adhesive tape to the surface of the silicon substrate to which the adhesive has been applied, and peeling the adhesive using the adhesive tape. The treatment using the adhesive tape has an advantage that it can be relatively easily performed.
Moreover, it is preferable that the silicon substrate is attached to the suction surface after a tape is attached to the bonding surface of the silicon substrate with the wafer suction surface. With this tape, the surface of the silicon substrate fixed to the wafer fixing jig can be protected.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記ノズル基板の製造方法により前記支持基板および前記接着剤が剥離されたノズル基板を、液体吐出用圧力室を含む流路が形成されたキャビティ基板に接合するものである。これにより、液滴吐出ヘッドのノズル孔が適正な形状とされ、吐出液の飛行曲がりが防止された液滴吐出ヘッドを得ることができる。
なお、前記ウェハ固定治具に固定されたシリコン基板を、前記治具を利用して前記キャビティ基板に位置決めして、前記シリコン基板と前記キャビティ基板とを接合するようにしてもよい。これにより、ウェハ固定治具からノズル基板であるシリコン基板を外す工程を加えることなく、直ちにシリコン基板とキャビティ基板とを接合することができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a droplet discharge head, wherein the nozzle substrate from which the support substrate and the adhesive have been separated by the method for manufacturing a nozzle substrate is used as a cavity substrate having a flow path including a liquid discharge pressure chamber. It is what is joined. Accordingly, it is possible to obtain a liquid droplet ejection head in which the nozzle hole of the liquid droplet ejection head has an appropriate shape and the flying curve of the ejection liquid is prevented.
The silicon substrate fixed to the wafer fixing jig may be positioned on the cavity substrate using the jig, and the silicon substrate and the cavity substrate may be joined. Accordingly, the silicon substrate and the cavity substrate can be bonded immediately without adding a step of removing the silicon substrate that is the nozzle substrate from the wafer fixing jig.
(液滴吐出ヘッドについて)
図1は本発明の方法により製造された液滴吐出ヘッドの一例を示した縦断面図である。なお、図1では、静電駆動方式でフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを示しており、また駆動回路21の部分は模式的に示している。
この液滴吐出ヘッド1は、主にキャビティ基板2、電極基板3、及びノズル基板4が接合されることにより構成されている。ノズル基板4はシリコンからなり、例えば円筒状の第1のノズル孔6と、第1のノズル孔6と連通し、第1のノズル孔6よりも径の大きい円筒状の第2のノズル孔7を有するノズル8が形成されている。第1のノズル孔6は、液滴吐出面10(キャビティ基板2との接合面11の反対面)に開口するように形成されており、第2のノズル孔7は、キャビティ基板2との接合面11に開口するように形成されている。ノズル基板4は、後に示す所定の加工を施しやすいように単結晶シリコンを使用するのが望ましい。
(About droplet discharge head)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a droplet discharge head manufactured by the method of the present invention. In FIG. 1, a face ejection type liquid droplet ejection head using an electrostatic drive system is shown, and the
The
キャビティ基板2は、例えば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板12である吐出室(圧力室ともいう)13となる凹部が複数形成されている。なお複数の吐出室13は、図1の紙面手前側から紙面奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。またキャビティ基板2には、各吐出室13にインク等の液滴を供給するためのリザーバ14となる凹部と、このリザーバ14と各吐出室13を連通する細溝状のオリフィス15となる凹部が形成されている。図1に示す液滴吐出ヘッド1では、リザーバ14は単一の凹部から形成されており、オリフィス15は各吐出室13に対して1つずつ形成されている。なおオリフィス15は、ノズル基板4の接合面11に形成するようにしてもよい。
さらにキャビティ基板2の全面には、例えばCVD又は熱酸化によって酸化シリコン等からなる絶縁膜16が形成されている。この絶縁膜16は、液滴吐出ヘッド1の駆動時の絶縁破壊やショートを防止し、また吐出室13やリザーバ14の内部の液滴によりキャビティ基板2がエッチングされるのを防止するためのものである。
The
Furthermore, an
キャビティ基板2の振動板12側には、例えばホウ珪酸ガラスからなる電極基板3が接合されている。電極基板3には、振動板12と対向する複数の電極17がギャップ9を介して形成されている。この電極17は、例えばITO(Indium Tin Oxide)をスパッタすることにより形成する。また電極基板3には、リザーバ14と連通する液滴供給孔18が形成されている。この液滴供給孔18は、リザーバ14の底壁に設けられた孔と繋がっており、リザーバ14にインク等の液滴を外部から供給するために設けられている。
An
次に液滴吐出ヘッド1の動作について説明する。キャビティ基板2と各吐出室13に対応する個々の電極17には駆動回路21が接続されている。駆動回路21によりキャビティ基板2と電極17の間にパルス電圧が印加されると、振動板12が電極17の側に撓み、リザーバ14の内部に溜まっていたインク等の液滴が吐出室13に流れ込む。そして、キャビティ基板2と電極17の間に印加されていた電圧がなくなると、振動板12が元の位置に戻って吐出室13の内部の圧力が高くなり、ノズル8からインク等の液滴が吐出される。
なお本実施形態では、液滴吐出ヘッドの例として静電駆動方式の液滴吐出ヘッドを示しているが、本実施形態で示すノズル基板4の製造方法は圧電駆動方式やバブルジェット(登録商標)方式等の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。
Next, the operation of the
In the present embodiment, an electrostatic drive type droplet discharge head is shown as an example of the droplet discharge head. However, the manufacturing method of the
図2はノズル基板4を液滴吐出面10側から見た上面図である。図2に示すように、第1のノズル孔6がノズル基板4の液滴吐出面10側に複数開口している。なお、第2のノズル孔7は、図2の個々のノズル孔6の紙面奥側に形成されている。また、キャビティ基板2の吐出室13は、個々の第1のノズル孔6(ノズル8)ごとに形成されており、個々の吐出室13は図2の破線A−A方向に細長いものとする。
以下において、ノズル基板4を製造するためのシリコン基板の加工方法について説明する。なお本実施形態に係る液滴吐出ヘッド1では、第1のノズル孔6と第2のノズル孔7の中心軸が高い精度で一致しているものとする。これにより、ノズル8から液滴を吐出する際の液滴の直進性を向上させることができる。
FIG. 2 is a top view of the
Below, the processing method of the silicon substrate for manufacturing the
(液滴吐出ヘッドの製造方法について)
図3から図8は本発明の実施形態で示した液滴吐出ヘッドの製造工程を示した縦断面図である。なお、この工程中の図3〜図6は本発明に係るノズル基板4の製造方法を、図7及び図8はキャビティ基板2と電極基板3の接合体である接合基板5を含めた液滴吐出ヘッドの製造工程を、それぞれ示している。
(About manufacturing method of droplet discharge head)
3 to 8 are longitudinal sectional views showing manufacturing steps of the droplet discharge head shown in the embodiment of the present invention. 3 to 6 in this process show the manufacturing method of the
まずノズル基板4の素材として、例えば厚さが525μmのシリコン基板(シリコンウェハ)30を準備し、このシリコン基板30の全面にシリコン酸化膜31を均一に成膜する(図3(A))。このシリコン酸化膜31は、例えば熱酸化装置により温度1075℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中で4時間熱酸化することにより形成する。
次に、シリコン基板30の片面にレジスト32をコーティングし、第2のノズル孔7となる部分7aをパターニングして、第2のノズル孔7となる部分7aのレジスト32を除去する(図3(B))。なおレジスト32のコーティングされた面は、後にノズル基板4の接合面11となる面である。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を1対6で混合した緩衝フッ酸水溶液でシリコン酸化膜31をハーフエッチングし、第2のノズル孔7となる部分7aのシリコン酸化膜31を薄くする(図3(C))。なおこのときレジスト32の形成されていない面のシリコン酸化膜31も薄くなる。
それから、シリコン酸化膜31の片面に形成されたレジスト32を剥離する(図3(D))。
First, as a material for the
Next, a resist 32 is coated on one surface of the
Then, for example, the
Then, the resist 32 formed on one surface of the
その後、再度接合面11となる面にレジスト33をコーティングし、第1のノズル孔6となる部分6aをパターニングして、第1のノズル孔6となる部分6aのレジスト33を除去する(図4(E))。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を1対6で混合した緩衝フッ酸水溶液でシリコン酸化膜31をハーフエッチングし、第1のノズル孔6となる部分6aのシリコン酸化膜31を除去する(図4(F))。なおこのときレジスト33の形成されていない面のシリコン酸化膜31も除去される。
それから、図4(E)の工程で形成されたレジスト33を剥離する(図4(G))。
次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)放電によるドライエッチングによって第1のノズル孔6となる部分6aから異方性エッチングを行い、例えば深さ25μmの凹部6bを形成する(図4(H))。なおこの凹部6bは、第1のノズル孔6となる凹部6cの元となるものである(図5(J)参照)。この異方性ドライエッチングのエッチングガスとして、C4F8、SF6を交互に使用することができる。このとき、C4F8は凹部6bの側面方向にエッチングが進行しないように凹部6bの側面を保護するために使用し、SF6は凹部6bの垂直方向のエッチングを促進するために使用する。
Thereafter, the resist 33 is again coated on the surface to be the
Then, for example, the
Then, the resist 33 formed in the step of FIG. 4E is peeled off (FIG. 4G).
Next, anisotropic etching is performed from the
その後、シリコン酸化膜31をハーフエッチングして、第2のノズル孔7となる部分7aのシリコン酸化膜31を除去する(図5(I))。なおこのとき、シリコン酸化膜31のその他の部分も薄くなる。
そして、再度ICP放電によるドライエッチングによって第2のノズル孔7となる部分7a(凹部6bを含む)から例えば深さ40μmだけ異方性ドライエッチングを行い、第1のノズル孔6となる凹部6c及び第2のノズル孔7となる凹部7bを形成する(図5(J))。
それから、シリコン基板30に残ったシリコン酸化膜31を例えばフッ酸水溶液ですべて除去した後、シリコン基板30の全面に例えば厚さ0.1μmのシリコン酸化膜34を均一に成膜する(図5(K))。このシリコン酸化膜34は、例えば熱酸化装置により温度1000℃、酸素雰囲気中で2時間熱酸化することにより形成する。なお図5(K)では熱酸化によりシリコン酸化膜34を成膜するため、第1のノズル孔6となる凹部6c及び第2のノズル孔7となる凹部7bの内壁にも均一にシリコン酸化膜34を形成することができる。
Thereafter, the
Then, by dry etching by ICP discharge again, anisotropic dry etching is performed by a depth of, for example, 40 μm from the
Then, after all the
次に、例えばガラス等の透明材料からなる支持基板40の片面に剥離層41をスピンコートし、その上に接着剤として、例えば樹脂からなる樹脂層(又は樹脂)42をスピンコートする。そして支持基板40の剥離層41及び樹脂層42をスピンコートした面と、シリコン基板30の第2のノズル孔7となる凹部7b等が形成されている面を向かい合わせて樹脂層42を硬化させることにより、第1の支持基板40とシリコン基板30を貼り合わせる(図5(L))。なお図5(L)以降の工程では、シリコン基板30の向きが図3から図5までと上下逆にしている。
本実施形態では、図5(L)の支持基板40とシリコン基板30の貼り合わせを真空中で行い、樹脂層42を構成する樹脂が第1のノズル孔6となる凹部6c及び第2のノズル孔7となる凹部7bに充填されるようにする。このように支持基板40とシリコン基板30の貼り合わせを真空中で行うことにより、第1のノズル孔6となる凹部6c及び第2のノズル孔7となる凹部7bに気泡等が溜まることを防止することができる。
Next, a
In the present embodiment, the
ここで、図5(L)の工程における剥離層41及び樹脂層42について説明する。
剥離層41は、レーザー光等の光が当てられることにより剥離層41内部やシリコン基板31との界面において剥離(層内剥離又は界面剥離という)を起こすものである(図6(O)参照)。即ち剥離層41は、一定の強度の光を受けることにより剥離層41を構成する材料の原子又は分子間の結合力が消失若しくは減少することにより、アブレーション(ablation、切除又は除去)を生じる。剥離層41は一定の強度の光を受けると、剥離層41を構成する材料の成分が気体となることにより剥離を起こす。これにより、以下の図6(O)の工程において薄板化されたシリコン基板30から支持基板40を取り外すことができる。
なお、支持基板40は、光を透過するガラス等からなるものを用いるのが望ましい。これによりシリコン基板30から支持基板40を剥離するときに、支持基板40の裏面(シリコン基板30が接合された面の反対面)から剥離層41に光を照射して十分な剥離エネルギーを与えることが可能となる。
Here, the
The
The
剥離層41を構成する材料は、上記のような機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば非晶質シリコン(a−Si、アモルファスシリコン)、酸化ケイ素、ケイ酸化合物や、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化セラミックス、光の照射によって原子間結合が切断される有機高分子材料、又はアルミニウム、リチウム、チタン、マンガン、インジウム、錫、イットリウム、ランタン、セリウム、ネオジウム、プラセオジム、ガドリニウム、サマリウム等の金属、若しくは上記の金属を少なくとも1種以上含んだ合金等が挙げられる。これらの材料のうち、剥離層41の構成材料として非晶質シリコンを用いるのが好ましく、この非晶質シリコンの中に水素が含まれているのがさらに好ましい。このような材料を用いることにより、剥離層41が光を受けた場合に水素が放出されて剥離層41に内圧が発生し、剥離を促進させることができる。この場合の剥離層41の水素の含有量は、2重量%以上が好ましく、2〜20重量%であるとさらに好ましい。
The material constituting the
また、樹脂層42は、シリコン基板30の凹凸を吸収し、且つシリコン基板30と支持基板40を接合するためのものである。樹脂層42を構成する材料としては、シリコン基板30と第1の支持基板40を接合する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば熱硬化性接着剤や光硬化性接着剤等の硬化性接着剤を用いることができる。なお樹脂層42は、耐ドライエッチング性の高い材料を主材料としているものが望ましい。
The
本実施形態では、剥離層41と樹脂層42は別々の層として形成されているが、例えばこれらの層を1つの層から構成するようにしてもよい。これは例えば、シリコン基板30と支持基板40を接着する機能を有し、且つ光エネルギーや熱エネルギーによって剥離を引き起こす機能を持った層を形成することで実現できる。なおこのような機能を持った材料については、例えば特開2002−373871号公報を参照されたい。
In the present embodiment, the
ここで再び製造工程の説明に戻る。シリコン基板30と支持基板40を接合した後に、シリコン基板30の支持基板40が接合された面の反対面からバックグラインダー、ポリッシャー、CMP(Chemical Mechamical Polishing)等によって研磨加工を行い、第1のノズル孔6となる凹部6cの先端のシリコン酸化膜34が除去されるまでシリコン基板30を薄板化する(図6(M))。なおこのとき、例えばバックグラインダーで第1のノズル孔6となる凹部6cの先端のシリコン酸化膜34の付近までシリコン基板30を薄板化し、薄板化の仕上げをポリッシャー又はCMPによって行うようにすれば、シリコン基板30の表面を鏡面状に仕上げることができる。
Here, it returns to description of a manufacturing process again. After the
次に、シリコン基板30の支持基板40が接合された面の反対面に、スパッタ装置を用いて酸化シリコンからなる耐インク保護膜35を、例えば厚さ0.1μmで形成する。なお本実施形態では、耐インク保護膜35を形成するのにECR(Electorn Cyclotron Resonance)スパッタ装置等の常温スパッタ装置を用いる。これは、ECRスパッタ装置を用いて緻密な耐インク保護膜35を形成するためと、樹脂層42が熱によって劣化するのを防止するためである。なお樹脂層42が劣化しない温度(約200℃以下)のものであれば、他のスパッタ装置や他の方法で耐インク保護膜35を形成してもよい。
そしてシリコン基板30の耐インク保護膜35の表面に、例えば蒸着やディッピング(浸漬)等によって、撥インク膜36を形成する(図6(N))。撥インク膜36の材料としては、フッ素原子を含有した撥インク材料を用いることができる。この段階でシリコン基板30自体の加工は終了し、ノズル基板4が完成する。なお図6(N)の工程では、樹脂が第1のノズル孔6及び第2のノズル孔7に充填されているため、ノズル8の内部が撥インク処理されることがない。
Next, an ink-resistant
Then, an
次に、支持基板40側からレーザー光等を照射して、剥離層41の部分から支持基板40を剥離し、ノズル基板を分離させる(図6(O))。
その後、本発明に係る治具にシリコン基板を固定して、シリコン基板30から樹脂層42をゆっくりと引き剥がす(図6(P))。この際、ノズル8の内部の樹脂も樹脂層42と共に引き抜かれるようにする。この工程及び治具については後で詳細に説明する。
Next, laser light or the like is irradiated from the
Thereafter, the silicon substrate is fixed to the jig according to the present invention, and the
次に、図7及び図8を用いてキャビティ基板2と電極基板3の接合体である接合基板5を含めた液滴吐出ヘッド1の製造工程の一例を説明する。
まず、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基板を、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより凹部19を形成する。なおこの凹部19は、電極17の形状より少し大きい溝状のものであって複数形成するものとする。
そして凹部19の内部に、例えばスパッタによってITO(Indium Tin Oxide)からなる電極17を形成する。
その後、ドリル等によって液滴供給孔18となる孔部18aを形成して電極基板3を形成する(図7(a))。
Next, an example of a manufacturing process of the
First, a
Then, an
Thereafter, a
次に、例えば厚さが525μmのシリコン基板2aの両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板2aの片面にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によってTEOS(TetraEthylOrthosilicate)からなる厚さ0.1μmのシリコン酸化膜22を形成する(図7(b))。なおシリコン酸化膜22を形成する前に、エッチングストップのためのボロンを表面にドープして、ボロンドープ層を形成するようにしてもよい。振動板12をボロンドープ層から形成することにより、厚み精度の高い振動板12を形成することができる。
それから、図7(b)に示すシリコン基板2aと、図7(a)に示す電極基板3を例えば360℃に加熱し、シリコン基板2aに陽極、電極基板3に陰極を接続して800V程度の電圧を印加して陽極接合を行う(図7(c))
シリコン基板2aと電極基板3を陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で図7(c)の工程で得られた接合基板をエッチングすることにより、シリコン基板2aの全体を例えば厚さ140μmになるまで薄板化する(図7(d))。
Next, for example, after both surfaces of a
Then, the
After anodic bonding of the
それから、シリコン基板2aの上面(電極基板3が接合されている面の反対面)の全面にプラズマCVDによって例えば厚さ1.5μmのTEOS膜を形成する。
そしてこのTEOS膜に、吐出室13となる凹部13a、リザーバ14となる凹部14a及びオリフィスとなる凹部15aとなる部分を形成するためのレジストをパターニングし、この部分のTEOS膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基板2aを水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、吐出室13となる凹部13a、リザーバ14となる凹部14a及びオリフィスとなる凹部15aを形成する(図8(e))。このとき、電極取出し部23となる部分もエッチングして薄板化しておく。なお図8(e)のウェットエッチングの工程では、例えば初めに35重量%の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後3重量%の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板12の面荒れを抑制することができる。
Then, a TEOS film having a thickness of, for example, 1.5 μm is formed on the entire upper surface of the
The TEOS film is patterned with a resist for forming a
Thereafter, the
シリコン基板2aのエッチングが終了した後に、接合基板をフッ酸水溶液でエッチングしてシリコン基板2aに形成されたTEOS膜を除去する。また電極基板3の液滴供給孔18となる孔部18aにレーザー加工を施し、液滴供給孔18が電極基板3を貫通するようにする(図8(f))。
次に、シリコン基板2aの吐出室13となる凹部13a等の形成された面に、例えばCVDによってTEOS等からなる液滴保護膜24を、例えば厚さ0.1μmで形成する(図8(g))。
それからRIE(Reactive Ion Etching)等によって電極取出し部23を開放する。またシリコン基板2aに機械加工又はレーザー加工を行って、液滴供給孔18をリザーバ14となる凹部14aまで貫通させる。これにより、キャビティ基板2と電極基板3が接合された接合体である接合基板5が完成する(図8(h))。
After the etching of the
Next, a droplet
Then, the electrode take-out
液滴吐出ヘッド1を製造するには、この接合基板5に、先にシリコン基板30から製造したノズル基板4を接合する。この接合は、ノズル基板4の第2のノズル孔7が形成されている面に接着剤を転写して接着剤層を形成し、そのノズル基板4を接合基板5のキャビティ基板2と接合することにより行うことができる(図8(i))。
そして最後に、例えばキャビティ基板2、電極基板3、及びノズル基板4が接合された接合基板をダイシング(切断)により分離することで、液滴吐出ヘッド1が完成する。
In order to manufacture the
Finally, for example, the junction substrate on which the
上記のノズル基板および液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、まず、シリコン基板30の一方の面をエッチングすることによりノズル8となる凹部を形成し、ノズル8となる凹部が形成されている面に支持基板40を貼り合わせた後に、支持基板40が貼り合わせられた面の反対面からシリコン基板30を薄板化するため、ノズル8となる凹部を形成するときに厚いシリコン基板30を使用することができ、シリコン基板30が割れたり欠けたりするのを防止することができる。また薄板化したシリコン基板30をさらに加工する工程がないため、シリコン基板30が割れたり欠けたりするのを効果的に防止することができる。従って、ノズル基板4の製造歩留まりが向上する。
また、シリコン基板30に支持基板40を貼り合わせる工程において、樹脂が第1のノズル孔6となる凹部6c及び第2のノズル孔7となる凹部7bに充填されるようにするため、シリコン基板30を薄板化する際にノズル8の先端部が欠けるのを防止することができる。
さらに、厚いシリコン基板30に非貫通状態でノズル8となる凹部を形成するため、ヘリウムガス等が加工面側にリークしてエッチングができなくなるのを防止することができる。
According to the manufacturing method of the nozzle substrate and the droplet discharge head described above, first, a recess that becomes the
In addition, in the step of bonding the
Furthermore, since the concave portion that becomes the
(ウェハ固定治具とその利用方法について)
次に、図6(P)の工程の説明中に言及した本発明に係るウェハ固定治具とその治具を利用して、シリコン基板30から樹脂層42を剥離する方法を説明する。
図9は本発明の実施形態に係るウェハ固定治具50の平面図、図10はそのB−B断面図である。
ウェハ固定治具50は、内部に空間53が形成された基台51であって、該基台51の少なくとも片面はシリコンウェハなどの半導体ウェハの吸着面52として平坦に形成され、吸着面52の外周部には空間53に連通し吸着面52上のウェハを吸引する複数の吸引孔54が形成されている。また、ウェハ吸着面52側のウェハ配置領域には、ウェハを位置決め可能な形状としてのピン55が二カ所に形成されており、空間53は排気孔56を介して真空引き装置(図示せず)に連通可能となっている。空間53は複数の部屋に別れて形成されていてもよく、その場合には各部屋毎に真空引き用の排気孔56を設けるのが好ましい。
また、ウェハを位置決め可能な形状はピン55に限られるものではなく、他の形状としてもよい。例えば、ウェハ配置領域に低い外周壁を設けて、その外周壁にウェハの外縁を当接させるようにしても、ウェハの位置決めは可能である。
なお、図9中に符号60で示した破線はシリコンウェハの配置予定範囲を、符号60aは載置されたシリコンウェハのチップエリアを、それぞれ示している。
(Wafer fixing jig and how to use it)
Next, a method for peeling the
FIG. 9 is a plan view of a
The
Further, the shape capable of positioning the wafer is not limited to the
In FIG. 9, the broken line indicated by
図11には図9のウェハ固定治具50に載置されるシリコン基板30の平面図(a)と、そのうちの1つのチップ(各ノズル基板4となるもの)の拡大図(b)を示した。この段階のノズル基板4は、図6(O)の段階まで加工されたものである。すなわち、全体としてはシリコンウェハ30の状態であり、最終的に切り出されてノズル基板4となる各チップにはそれぞれ複数のノズル孔8が形成されているとともに、支持基板40との接合に使用した接着剤としての樹脂又は樹脂層42が、ノズル孔8(6,7)の内部及シリコン基板30の表面に貼り付いた状態となっている。
なお、シリコン基板30は図9の符号60に対応する位置に配置されるものであり、そのチップエリア30aは図9の符号60aに対応する。また、シリコン基板30には、ウェハ固定治具50のピン55に嵌る位置決め孔39が形成されているものとする。
FIG. 11 shows a plan view (a) of the
The
図12はウェハ固定治具50にシリコン基板30を載置した状態を示す説明図である。図12において、符号71はシリコン基板30に貼り付けられた基板用粘着テープを、符号72はシリコン基板30に付着している接着剤としての樹脂に貼り付けられた樹脂用テープを、それぞれ示している。基板用粘着テープ71はシリコン基板30の表面保護を目的とし、樹脂用テープ72はそれを利用しての樹脂引き剥がしを目的としている。
シリコン基板30(図12ではノズル孔と樹脂の図示を省略)は基板用粘着テープ71をウェハ吸着面52に接触させた状態でウェハ固定治具50に配置されている。この場合、シリコン基板30は、ウェハ固定治具50のピン55を位置決め孔39に通すことで、ウェハ固定治具50に対する位置決めがなされている。
FIG. 12 is an explanatory view showing a state in which the
The silicon substrate 30 (the nozzle holes and the resin are not shown in FIG. 12) is disposed on the
図12に示した状態において、排気孔56を真空ポンプなどの真空引き装置に連通させて、ウェハ固定治具50のウェハ吸着面52に置かれたシリコン基板30を吸引孔54を介して吸引し、ウェハ固定治具50の基台51に吸着固定する。そして、このように固定されたシリコン基板30から樹脂を剥離する。次に、その工程を図13により説明する。
図13(a)は、ウェハ固定治具50のウェハ吸着面52にシリコン基板30が吸着固定されている状態を示している。その状態から、樹脂用粘着テープ72を引張って、シリコン基板30から樹脂42を引き剥がし、図13(b)と13(c)のような状態に分離する。このときシリコン基板30はウェハ固定治具50にしっかりと固定されているため、割れや欠けを生じることなく、樹脂層42が取り除かれる。その後、ウェハ固定治具50からシリコン基板30を外し、さらにシリコン基板30から基板用粘着テープ71を剥がすと、ノズル基板が完成する。
In the state shown in FIG. 12, the
FIG. 13A shows a state in which the
ところで、シリコン基板30をウェハ固定治具50に固定したまま、そのシリコン基板30を他の基板へ接合させることも可能である。その場合には、ウェハ固定治具50に固定されたシリコン基板30と他の基板とのアライメントが取れるようにする必要がある。図14はウェハ固定治具50を利用してノズル基板4と接合基板5とのアラインメントを取る方法の一例を示す説明図である。図14では、ウェハ吸着面52のウェハ配置領域内の少なくとも二カ所に、アラインメント用の光を通す貫通孔が矢印のラインに沿って、基台51の厚さ方向に片面側から他面側へ形成されている。一方、シリコン基板30にも同様の貫通孔を形成しておき、それらの貫通孔を一致させて、シリコン基板30をウェハ固定治具50に吸着固定しておく。このようにしておけば、アラインメントカメラ80からウェハ固定治具50及びシリコン基板30を通して、接合基板5に予め形成していたアラインメントマークへ光を当てて、シリコン基板30と接合基板5とのアライメントを取りながらそれらを接合させることができる。これにより、ノズル基板4をウェハ固定治具50から外してその後位置決めするという2つ工程を、1つの工程で済ませることが可能となり、液滴吐出ヘッドの生産性が向上する。
なお、ウェハ固定治具50にシリコン基板30を吸着固定する場合、ウェハ固定治具50のウェハ吸着面52にある吸引孔54の利用箇所を選択できるようにすれば、シリコン基板30のなかの必要なチップのみを取り出すことも可能となる。
By the way, it is also possible to bond the
In the case where the
上記実施形態では、支持基板40が取り外されたシリコン基板30をウェハ固定治具50に装着して、ウェハ固定治具50上ではシリコン基板30から接着剤としての樹脂42を剥離する方法を説明した。しかしながら、シリコン基板30と支持基板5の接合体である接合基板5をウェハ固定治具50に固定する方法をとっても良い。すなわち、接合基板5におけるシリコン基板30の薄板化された面を、ウェハ固定治具50のウェハ吸着面に吸着固定して、まずシリコン基板30から支持基板5を剥離して外し、その後にシリコン基板30に残った樹脂42を、上記の方法により剥離するようにしてもよい。
In the above embodiment, the method of mounting the
また、上記の製造方法で得られた液滴吐出ヘッドは、一般的にはインクジェットプリンタに適用される。しかし、吐出する液滴に種々の材料を含有させて、カラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出装置などにも適用することができる。 Further, the droplet discharge head obtained by the above manufacturing method is generally applied to an ink jet printer. However, various materials can be contained in the discharged droplets, and the present invention can also be applied to the manufacture of color filters, the formation of the light emitting portion of an organic EL display device, and the discharge device for biological liquids.
1 液滴吐出ヘッド、2 キャビティ基板、3 電極基板、4 ノズル基板、5 接合基板、6 第1のノズル孔、7 第2のノズル孔、8 ノズル、9 ギャップ、10 液滴吐出面、11 接合面、12 振動板、13 吐出室、14 リザーバ、15 オリフィス、16 絶縁膜、17 電極、18 液滴供給孔、21 駆動回路、30 シリコン基板(シリコンウェハ)、30a チップエリア、39 シリコン基板30の位置決め孔、40 支持基板、42 樹脂層(又は樹脂)、50 ウェハ固定治具、51 基台、52 ウェハ吸着面、53 空間、54 吸引孔、55 ピン、56 排気孔、71 基板用粘着テープ、72 樹脂用粘着テープ、80 アラインメントカメラ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
シリコン基板の片面にノズル孔となる凹部を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記凹部が形成されている面に支持基板を接着剤で貼り合わせる工程と、
前記シリコン基板の前記支持基板が貼り合わせられた面の反対面を、前記凹部の先端部に到達するまで薄板化する工程と、
前記シリコン基板から前記支持基板を剥離する工程と、
前記支持基板が剥離された前記シリコン基板の薄板化された面を、前記ウェハ固定治具のウェハ吸着面に吸着固定して、前記シリコン基板から前記接着剤を剥離する工程と、
を備えたことを特徴とするノズル基板の製造方法。 A method for manufacturing a nozzle substrate using the wafer fixing jig according to claim 1 or 2,
Forming a recess to be a nozzle hole on one side of the silicon substrate;
Bonding the support substrate to the surface of the silicon substrate where the recess is formed with an adhesive;
Thinning the surface of the silicon substrate opposite to the surface to which the support substrate is bonded until reaching the tip of the recess;
Peeling the support substrate from the silicon substrate;
Adhering and fixing the thinned surface of the silicon substrate from which the support substrate has been peeled off to the wafer suction surface of the wafer fixing jig, and peeling the adhesive from the silicon substrate;
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising:
シリコン基板の片面にノズル孔となる凹部を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記凹部が形成されている面に支持基板を接着剤で貼り合わせる工程と、
前記シリコン基板の前記支持基板が貼り合わせられた面の反対面を、前記凹部の先端部に到達するまで薄板化する工程と、
前記シリコン基板と前記支持基板の接合体における前記シリコン基板の薄板化された面を、前記ウェハ固定治具のウェハ吸着面に吸着固定して、前記シリコン基板から前記支持基板及び前記接着剤を剥離する工程と、
を備えたことを特徴とするノズル基板の製造方法。 A method for manufacturing a nozzle substrate using the wafer fixing jig according to claim 1 or 2,
Forming a recess to be a nozzle hole on one side of the silicon substrate;
Bonding a support substrate with an adhesive to the surface of the silicon substrate on which the recess is formed;
Thinning the surface of the silicon substrate opposite to the surface to which the support substrate is bonded until reaching the tip of the recess;
The thinned surface of the silicon substrate in the bonded body of the silicon substrate and the support substrate is adsorbed and fixed to the wafer adsorption surface of the wafer fixing jig, and the support substrate and the adhesive are peeled off from the silicon substrate. And a process of
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising:
8. The bonding between the nozzle substrate and the cavity substrate is performed using positioning means provided on the wafer fixing jig while the nozzle substrate is held on the wafer fixing jig. A method for manufacturing the liquid droplet ejection head as described.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015080900A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | キヤノン株式会社 | Silicon substrate processing method |
| CN111941124A (en) * | 2020-08-17 | 2020-11-17 | 深圳市大富方圆成型技术有限公司 | Fixtures and Machine Tools |
| JP2023164549A (en) * | 2018-03-20 | 2023-11-10 | パテック フィリップ ソシエテ アノニム ジュネーブ | Method for manufacturing component for manufacturing of silicon watch |
-
2005
- 2005-11-10 JP JP2005325788A patent/JP2007130864A/en not_active Withdrawn
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