JP2004090637A - シリコンデバイスの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法並びに液体噴射ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 シリコンウェハ100の一方面に薄膜パターンを形成する際に、前記シリコンウェハ100上に第1導電層96と同一層で当該シリコンウェハ100の前記薄膜パターン全体を囲むように連続した第1透湿防止層96を形成し、該第1透湿防止層96上に絶縁層110と同一層で且つ当該第1透湿防止層96よりも幅狭の第2透湿防止層114を形成し、該第2透湿防止層114上に第2導電層120と同一層で且つ当該第2透湿防止層114を覆うように第3透湿防止層121を形成することで透湿防止パターン130を形成するようにし、その後、前記シリコンウェハ100上に前記透湿防止パターン130を介して前記封止基板を接合し、前記シリコンウェハ100の他方面からエッチングして凹部を形成することでシリコンデバイスを製造する。
【選択図】 図6
Description
かかる第1の態様では、シリコンウェハと封止基板とを透湿防止パターンを介して接合するため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して薄膜パターン保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第2透湿防止層が第1透湿防止層及び第3透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第2透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第2透湿防止層を介して薄膜パターン保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板とを透湿防止パターンを介して接合するため、シリコンウェハと封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、シリコンウェハと封止基板との接合を確実に行うことができる。
かかる第2の態様では、周縁部に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による薄膜パターンの破壊を防止することができる。
かかる第3の態様では、ウェットエッチングすることによりシリコンウェハを高精度にパターニングすることができる。
かかる第4の態様では、絶縁層からなる第2透湿防止層を比較的容易且つ高精度に形成できる。
かかる第5の態様では、所定の感光性樹脂を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
かかる第6の態様では、所定の材料を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
かかる第7の態様では、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第2透湿防止層が第1透湿防止層及び第3透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第2透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第2透湿防止層を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板との接合を確実に行うことができる。
かかる第8の態様では、周縁部に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による圧電素子の破壊を防止することができる。
かかる第9の態様では、分割する領域の外周に沿って連続して形成された透湿防止パターンによって、エッチング液による圧電素子の破壊を防止することができる。
かかる第10の態様では、個別透湿防止パターンを設けることで、分割して液体噴射ヘッドとした際に、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止することができ、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
かかる第11の態様では、ウェットエッチングすることによりシリコンウェハに圧力発生室を高密度且つ高精度に形成することができる。
かかる第12の態様では、絶縁層からなる第2透湿防止層を比較的容易且つ高精度に形成できる。
かかる第13の態様では、所定の感光性樹脂を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
かかる第14の態様では、所定の材料を用いることにより、高い絶縁性を有する絶縁層を比較的容易且つ高精度に形成することができる。
かかる第15の態様では、シリコンウェハと封止基板形成材とが透湿防止パターンを介して接合されるため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、透湿防止パターンを構成する第2透湿防止層が第1透湿防止層及び第3透湿防止層で覆われているため、エッチング液によって第2透湿防止層が溶かされることなく、エッチング液が第2透湿防止層を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができ、圧電素子の破壊を確実に防止できる。さらに、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板とを確実に接合した液体噴射ヘッドとすることができる。
かかる第16の態様では、透湿防止パターンを流路形成基板と封止基板との接合領域に形成してもよく、透湿防止パターンの形成を容易にすることができると共に、シリコンウェハの分割を容易に行える。
かかる第17の態様では、流路形成基板と封止基板との間に積層パターンを設けることによって、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止できるため、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
かかる第18の態様では、製造時にシリコンウェハと封止基板形成材とが透湿防止パターンを介して接合されるため、透湿防止パターン上の接着剤を比較的薄くして、シリコンウェハをエッチングした際のエッチング液が接着剤を介して圧電素子保持部内に侵入するのを防止することができる。また、シリコンウェハと封止基板形成材とを透湿防止パターンを介して接合するため、流路形成基板と封止基板との間に所望の厚さの接着剤を形成することができ、流路形成基板と封止基板とを確実に接合した液体噴射ヘッドとすることができる。
かかる第19の態様では、流路形成基板と封止基板との間に個別透湿防止パターンを設けることによって、圧電素子保持部内に外部から接着剤を介して透湿するのを防止できるため、圧電素子の外部環境に起因する破壊を確実に防止できる。
(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を示す分解斜視図であり、図2は、図1の断面図であり、図3は、実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの配線構造を示す平面図である。
また、この流路形成基板10の一方の面は開口面となり、他方の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。
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口21の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノズル開口21は数十μmの直径で精度よく形成する必要がある。
さらに、圧電素子300の共通電極である下電極膜60は、圧力発生室12の並設方向に亘って連続的に延設され、且つ圧力発生室12のインク供給路14側でパターニングされている。すなわち、本実施形態では、下電極膜60は、流路形成基板10の引き出し電極90が延設される領域のみが除去され、その他の領域に全面に亘って設けられている。
また、本実施形態では、圧力発生室12の列の外側に対応する領域の下電極膜60上に、引き出し電極90と同一の層からなり且つ引き出し電極90とは電気的に独立した積層電極層95が設けられている。
また、この絶縁層110上には、導電材料からなる接続配線層120が連続的に設けられており、この接続配線層120と下電極膜60とは、絶縁層110に設けられた複数の貫通部112を介して電気的に接続されている。
また、本実施形態では、圧力発生室12の列の外側に対向する領域、すなわち、下電極膜60上に設けられた積層電極層95に対向する領域にも貫通部113が設けられており、この貫通部113を介しても積層電極層95(下電極膜60)と接続配線層120とが電気的に接続されている。
さらに、接続配線層120と下電極膜60とを絶縁層110の複数の貫通部112,113を介して電気的に接続するようにしたので、下電極膜60の各部分での抵抗値が略一定となり、各圧電素子300の駆動による振動板の変位量が安定する。これにより、各ノズル開口から吐出されるインクの吐出特性を均一化することができる。
なお、本実施形態では、各圧電素子300の引き出し電極90側の端部近傍に延設されている絶縁層110の各隔壁11に対向する領域に、それぞれ貫通部112を設けるようにしたが、この貫通部112の数及び位置は特に限定されるものではない。
この封止基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
さらに、封止基板30の圧電素子300に対向する領域には、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32が設けられ、圧電素子300はこの圧電素子保持部32内に密封されている。
まず、図5(a)に示すように、複数の流路形成基板となるシリコンウェハ100を約1100℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜55を全面に形成する。この二酸化シリコン膜55は、詳しくは後述するが、弾性膜50を構成すると共にシリコンウェハ100をエッチングする際のマスクとして用いられるものである。
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。
次に、図5(e)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。
また、このとき、透湿防止パターン130となる第2透湿防止層114を同時に形成する。すなわち、絶縁層形成膜210を第1透湿防止層96上に、第1透湿防止層96よりも幅狭に残すことにより第2透湿防止層114とする。
この接続配線層120は、上述したように下電極膜60の抵抗値を低下させるためのものであるため、第2導電層220として少なくとも下電極膜60よりも固有抵抗の小さい金属を用いることが望ましく、例えば、金(Au)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等が挙げられる。例えば、本実施形態では、金(Au)をスパッタリングによって形成している。
このように、シリコンウェハ100と封止基板形成材230とを接着剤140を介して接合すると、透湿防止パターン130上には他の接合領域に比べて比較的薄い接着層140aのみが形成される。
その後、シリコンウェハ100の封止基板形成材230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毎に透湿防止パターン130の形成された領域外を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。
図9は、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方法を示すシリコンウェハの上面図である。
図9に示すように、実施形態2では、透湿防止パターン130Aをシリコンウェハ10が1つのチップサイズに分割される領域全体を囲むようにその分割される領域の外周に沿って連続した矩形状に形成したものである。なお、透湿防止パターン130Aを含む膜形成プロセス及びその後のエッチング及び分割等の一連の製造工程は、上述した実施形態1と同様の製造工程なため、重複する説明は省略する。
このように、透湿防止パターン130Aをシリコンウェハ100上の流路形成基板10毎に分割される領域の外周に沿って連続して形成するようにしても、上述した実施形態1と同様にエッチングの際のアルカリ溶液等のエッチング液による圧電素子300の破壊を防止することができる。
以上、本発明の実施形態1及び2を説明したが、勿論、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態1及び2では、透湿防止パターン130、130Aをそれぞれ単独で形成するようにしたが、特にこれに限定されず、勿論、両者を組み合わせて2つの透湿防止パターン130、130Aを形成するようにしてもよい。これにより、エッチングの際のエッチング液による圧電素子300等の薄膜パターンの破壊をさらに確実に防止することができる。
そして、本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に限定されるものではなく、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方法に適用することができる。
Claims (19)
- 少なくとも第1導電層、絶縁層及び第2導電層が順次積層されて構成される薄膜パターンを有すると共に該薄膜パターンとは反対側の面に凹部を有するシリコン基板上に、前記薄膜パターンを密封する空間を画成する薄膜パターン保持部を有する封止基板が接合されたシリコンデバイスの製造方法において、
シリコンウェハの一方面に前記薄膜パターンを形成する際に、前記シリコンウェハ上に前記第1導電層と同一層で当該シリコンウェハの前記薄膜パターン全体を囲むように連続した第1透湿防止層を形成し、該第1透湿防止層上に前記絶縁層と同一層で且つ当該第1透湿防止層よりも幅狭の第2透湿防止層を形成し、該第2透湿防止層上に前記第2導電層と同一層で且つ当該第2透湿防止層を覆うように第3透湿防止層を形成することで透湿防止パターンを形成するようにし、その後、前記シリコンウェハ上に前記透湿防止パターンを介して前記封止基板を接合し、前記シリコンウェハの他方面からエッチングして前記凹部を形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。 - 請求項1において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハの周縁部に沿って連続して形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
- 請求項1又は2において、前記シリコンウェハをウェットエッチングすることにより、前記凹部を形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
- 請求項1〜3の何れかにおいて、前記第2透湿防止層が感光性樹脂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。
- 請求項4において、前記感光性樹脂が、ポリイミドであることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
- 請求項1〜3の何れかにおいて、前記第2透湿防止層が、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、酸化珪素、窒化珪素又は酸化タンタル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。
- 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、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
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、前記シリコンウェハ上の前記封止基板となる封止基板形成材が接合される接合領域に前記引き出し電極を形成すると共に当該引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立した第1透湿防止層を当該シリコンウェハ上に形成された前記圧電素子全体を囲むように連続して形成し、前記絶縁層を形成すると共に当該絶縁層と同一層の第2透湿防止層を前記第1透湿防止層上に当該第1透湿防止層よりも幅狭で形成し、前記接続配線層を形成すると共に当該接続配線層と同一層で且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第3透湿防止層を前記第2透湿防止層上に当該第2透湿防止層を覆うように形成することで、前記第1透湿防止層、第2透湿防止層及び第3透湿防止層からなる透湿防止パターンを形成する工程と、前記シリコンウェハ上に前記透湿防止パターンを介して前記封止基板形成材を接合する工程と、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室を形成する工程と、前記シリコンウェハ及び前記封止基板形成材を所定の大きさに分割する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項7において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハの周縁部に沿って連続して形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項7又は8において、前記透湿防止パターンを前記シリコンウェハを分割する領域の外周に沿って連続して形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項7〜9の何れかにおいて、前記透湿防止パターンが前記圧電素子保持部のそれぞれを囲む個別透湿防止パターンを含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項7〜10の何れかにおいて、前記シリコンウェハをウェットエッチングすることにより、前記圧力発生室を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項7〜11の何れかにおいて、前記絶縁層が感光性樹脂からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項12において、前記感光性樹脂が、ポリイミドであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 請求項7〜11の何れかにおいて、前記絶縁層が、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、酸化珪素、窒化珪素又は酸化タンタルからなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
- 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、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
前記振動板及び前記圧電素子が形成されたシリコンウェハ上の前記封止基板となる封止基板形成材が接合される接合領域に形成され、前記引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立して、前記圧電素子全体を囲むように連続して形成された第1透湿防止層と、前記絶縁層と同一層で、前記第1透湿防止層上に当該第1透湿防止層よりも幅狭で形成された第2透湿防止層と、前記接続配線層と同一層で、前記第2透湿防止層上に当該第2透湿防止層を覆うように形成され且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第3透湿防止層とからなる透湿防止パターンを介して前記シリコンウェハと前記封止基板形成材とを接合した後、前記シリコンウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室が形成されたものを所定の大きさに分割したものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項15において、前記流路形成基板と前記封止基板との接合領域の少なくとも一部には、前記透湿防止パターンの一部が存在することを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 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、前記圧電素子の個別電極から引き出された引き出し電極と、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って前記引き出し配線の少なくとも一部を覆うように連続的に設けられると共に複数の圧電素子に共通する共通電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に前記圧電素子の並設方向に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記共通電極と電気的に接続される接続配線層と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
前記流路形成基板と前記封止基板との間の接合領域の少なくとも一部に、前記引き出し電極と同一層で且つ当該引き出し電極とは電気的に独立して形成された第1導電層と、前記絶縁層と同一層で、前記第1導電層上に当該第1導電層よりも幅狭で形成された層間絶縁層と、前記接続配線層と同一層で、前記層間絶縁層上に当該層間絶縁層を覆うように形成され且つ当該接続配線層とは電気的に独立した第2導電層とからなる積層パターンを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項17において、前記積層パターンが、前記流路形成基板に分割されるシリコンウェハ状態では、前記圧電素子全体を囲むように連続して設けられて、前記シリコンウェハと、分割されることで前記封止基板となる封止基板形成層との接合領域に形成された透湿防止パターンであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項17又は18において、前記積層パターンが、前記圧電素子保持部を囲むように連続して設けられた個別透湿防止パターンを含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
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