(57)【要約】  電子デバイスは、第１の表面及び第２の表面を含む基板（１１０）と、第１の表面及び第２の表面を含む基板キャリア（１０５）と、基板（１１０）の第２の表面及び基板キャリア（１０５）の第２の表面を接着する無機材料（１２０）とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面及び第２の表面を含む基板（１１０）と、
第１の表面及び第２の表面を含む基板キャリア（１０５）と、
前記基板の前記第２の表面及び前記基板キャリアの前記第２の表面を接着する無機材料（１２０）と
を備える、電子デバイス。
【請求項２】
前記無機材料（１２０）は、ＴＥＯＳ、酸化アルミニウム、アモルファスシリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸窒化物、インジウムリン、サファイア及びガラスフリット材料からなる群から選択される請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記基板（１１０）がシリコンを含み、前記基板キャリア（１０５）がセラミックを含む請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記基板（１１０、１１５）の前記第２の表面に接着される前記無機材料（１２０）の表面は、該表面のうちのどの４平方ミクロンの面積をとっても、２乗平均平方根値で約２ナノメートル程度の高さ変動を含む請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項５】
第１の表面及び第２の表面を含む別の基板（１１５）をさらに備え、前記無機材料（１２０）は、前記第１の基板（１１０）の前記第２の表面の第１の部分を前記基板キャリア（１０５）の前記第２の表面に接着し、該基板キャリア（１０５）の該第２の表面の第２の部分を前記別の基板（１１５）の前記第２の表面に接着する請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記基板（１１０、１１５）がその上に形成される流体吐出素子を含む請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項７】
光電気デバイス、フォトニックデバイス、流体吐出デバイス、及び微小電気機械デバイスのうちの１つである請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記基板キャリア（１０５）が、セラミック、金属、金属コーティングされている構造体、ポリマー及びそれらの組み合わせを含む請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項９】
流体吐出デバイス（２００）であって、
その上に形成される複数の流体吐出素子（２３０）を含む第１の表面と、第２の表面と、該第１の表面と該第２の表面との間にある少なくとも１つの流路（２４０）とを含む基板（２２０）と、
第１の表面及び第２の表面と、前記少なくとも１つの流路（２４０）と接続される少なくとも１つの流体排出口（２４５）とを含む基板キャリア（２０５）と、
前記基板（２２０）の前記第２の表面と前記基板キャリア（２０５）の前記第２の表面との間にあり、前記基板（２２０）の前記第２の表面と前記基板キャリア（２０５）の前記第１の基板とを接着する無機材料（２５０）と
を備える、流体吐出デバイス。
【請求項１０】
前記無機材料は、ＴＥＯＳ，酸化アルミニウム、アモルファスシリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸窒化物、インジウムリン、サファイア及びガラスフリット材料からなる群から選択される請求項９に記載の流体吐出デバイス。
【請求項１１】
前記基板（２２０）がシリコンを含み、前記ハウジング（２０５）がセラミックを含む請求項９に記載の流体吐出デバイス。
【請求項１２】
前記基板（２２０）の前記第２の表面に接着される前記無機材料（２５０）の表面は、該表面のうちのどの４平方ミクロンの面積をとっても、２乗平均平方根値で約２ナノメートル程度の高さ変動を含む請求項９に記載の流体吐出デバイス。
【請求項１３】
前記基板がプリントヘッドを含む請求項９に記載の流体吐出デバイス。
【請求項１４】
前記基板（２２０）が前記インク吐出素子からインクを吐出するように構成される請求項９に記載の流体吐出デバイス。
【請求項１５】
電子デバイスであって、
その上に形成される少なくとも１つの電子素子（２３０）を含む第１の表面と、第２の表面とを含む第１の基板（２２０）と、
第１の表面及び第２の表面を含む第２の基板（２０５）と、
前記第１の基板（２２０）の前記第２の表面と前記第２の基板（２０５）の前記第２の表面とを共有結合させる手段（２５０）と
を備える、電子デバイス。
【請求項１６】
前記第１の基板（２２０）がシリコンを含み、前記第２の基板（２０５）がセラミックを含む請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記電子素子が流体吐出素子を含む請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記第１の基板（２２０）が電流に応答して構成を変更する材料を含む請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
第１の表面及び第２の表面を含む第３の基板（２２０）をさらに備え、前記共有結合させる手段（２５０）が、前記第２の基板（２０５）の前記第２の表面の第１の部分を、前記第１の基板（２２０）の前記第２の表面に共有結合させ、前記第２の基板（２０５）の前記第２の表面の第２の部分を、前記第３の基板（２２０）の前記第２の表面に共有結合させる手段を含む請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
電子デバイスを形成する方法であって、
プラズマ処理されている第１の基板（１１０）の少なくとも１つの表面を湿式処理するステップと、
前記プラズマ処理されている基板の前記表面を、プラズマ処理されている無機材料をその上に形成されている、第２の基板（１０５）の表面に結合するステップと、
結合後に前記第１の基板及び前記第２の基板をアニールするステップであって、それによって、該第１の基板の前記表面と該第２の基板の前記表面上の前記無機材料との間に共有結合を形成する、アニールするステップと
を含む、電子デバイスを形成する方法。
【請求項２１】
前記プラズマ処理される第１の基板は、窒素、酸素及びアルゴンからなる群から選択される気体を利用してプラズマ処理される請求項２０に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項２２】
前記結合するステップがピックアンドプレースツールで結合することを含む請求項２０に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項２３】
前記結合するステップが概ね室温において結合することを含む請求項２０に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項２４】
前記プラズマ処理される第１の基板は、前記第１の基板に約１２０ワットでバイアスをかけること、及び約５００ワットにおいて誘導性結合されるコイルによって生成される上流の高密度プラズマを用いることによってプラズマ処理される請求項２０に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項２５】
前記プラズマ処理される第１の基板が約４０秒間プラズマ処理される請求項２０に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項２６】
前記プラズマ処理される第１の基板が、誘導性結合型プラズマチャンバを利用して該基板の前記表面をプラズマ処理することによりプラズマ処理される請求項２０に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項２７】
前記表面のうちのどの４平方ミクロンの面積をとっても、２乗平均平方根値で約２ナノメートル程度の高さ変動を含むように、前記無機材料を平坦化するステップをさらに含む請求項２０に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項２８】
前記湿式処理するステップが、プラズマ処理中に、前記第１の基板を加湿源に晒すステップを含む請求項２０に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項２９】
電子デバイスを形成する方法であって、
基板キャリア（１０５）の１つの表面に無機材料（１２０）の層を被着させるステップと、
基板キャリア（１０５）の前記表面をプラズマ処理するステップと、
基板（１１０）の１つの表面をプラズマ処理するステップと、
少なくとも前記無機材料（１２０）を湿式処理するステップと、
前記基板（１１０）の前記表面を、前記基板キャリア（１０５）の前記表面上に形成される前記無機材料（１２０）と結合するステップと、
結合後に前記基板（１１０）及び前記基板キャリア（１０５）をアニールするステップであって、それによって、該基板の前記表面と、該基板キャリアの前記表面上の前記無機材料との間に共有結合（１２０）を形成する、ステップと
を含み、前記無機材料がプラズマ処理前に所望の高さ変動を有する、電子デバイスを形成する方法。
【請求項３０】
前記プラズマ処理するステップが、窒素、酸素及びアルゴンからなる群から選択される気体を利用することを含む請求項２９に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３１】
前記プラズマ処理するステップが、約１２０ワットでバイアスをかけること、及び約５００ワットにおいて誘導性結合されるコイルによって生成される上流の高密度プラズマを用いることを含む請求項２９に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３２】
前記プラズマ処理するステップが約１００秒間プラズマ処理することを含む請求項２９に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３３】
前記プラズマ処理するステップが、誘導性結合型プラズマチャンバを利用し、それによってプラズマ処理を実行する請求項２９に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３４】
前記結合するステップがピックアンドプレースツールで結合することを含む請求項２９に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３５】
前記結合するステップが概ね室温において結合することを含む請求項２９に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３６】
前記無機材料が前記所望の高さ変動を有するように、該無機材料を平坦化するステップをさらに含む請求項２９に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３７】
前記所望の変動は、結合する前の前記表面のうちのどの４平方ミクロンの面積をとっても、２乗平均平方根値で約２ナノメートル程度の高さの変動である請求項３６に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３８】
前記湿式処理するステップは、プラズマ処理中に、前記第１の無機材料を加湿源に晒すステップを含む請求項２９に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項３９】
第１の表面及び第２の表面を含む第１の基板（７１５）と、
第１の表面及び第２の表面を含む第２の基板（７１０）であって、該第２の基板（７１０）の該第１の表面が該第２の基板（７１０）の該第２の表面に接着される、該第２の基板と、
第１の表面及び第２の表面を含む第３の基板（７２５）と、
前記第３の基板（７２５）の前記第２の表面と前記第１の基板（７１５）の前記第１の表面とを接着する無機材料（７２０）と
を備える、微小電気機械デバイス。
【請求項４０】
前記無機材料は、ＴＥＯＳ，酸化アルミニウム、アモルファスシリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸窒化物、インジウムリン、サファイア及びガラスフリット材料からなる群から選択される請求項３９に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項４１】
前記基板はシリコンを含み、前記基板キャリアはセラミックを含む請求項３９に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項４２】
前記基板の前記第２の表面に接着される前記無機材料の表面は、該表面のうちのどの４平方ミクロンの面積をとっても、２乗平均平方根値で約２ナノメートル程度の高さ変動を含む請求項３９に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項４３】
第１の表面及び第２の表面を含む別の基板をさらに備え、前記無機材料は、前記第１の基板の前記第２の表面の第１の部分を前記基板キャリアの該第２の表面に接着し、該基板キャリアの前記第２の表面の第２の部分を前記別の基板の前記第２の表面に接着する請求項３９に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項４４】
前記基板キャリアは、金属、セラミック、金属、金属コーティングされている構造体、ポリマー及びそれらの組み合わせを含む請求項３９に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項４５】
流体吐出デバイスであって、
その上に形成される複数の流体吐出素子（２３０）を含む第１の表面と、プラズマ処理にかけられる第２の表面とを含む（２２０）基板と、
第１の表面と、前記基板の前記第２の表面に接着される、プラズマ処理にかけられる第２の表面とを含む基板キャリア（２０８）と
を備える、流体吐出デバイス。
【請求項４６】
前記基板（２２０）がシリコンを含み、前記基板キャリア（２０５）がシリコンを含む請求項４５に記載の流体吐出デバイス。
【請求項４７】
前記基板キャリア（２０５）の前記第２の表面は、該第２の表面のうちのどの４平方ミクロンの面積をとっても、２乗平均平方根値で約２ナノメートル程度の高さ変動を含む請求項４５に記載の流体吐出デバイス。
【請求項４８】
第１の表面及び第２の表面を含む別の基板（２２０）をさらに備え、前記基板キャリアの前記第２の表面の第１の部分が前記第１の基板の前記第２の表面に接着し、前記基板キャリア（２０５）の前記第２の表面の第２の部分が前記別の基板（２２０）の前記第２の表面に接着する請求項４５に記載の流体吐出デバイス。
【請求項４９】
前記基板キャリアは半導体材料を含む請求項４５に記載の流体吐出デバイス。
【請求項５０】
前記基板キャリアは、前記基板の前記第２の表面及び前記基板キャリアの前記第２の表面において流体連通する少なくとも１つのインク供給路（２４０）を含み、前記基板内に少なくとも１つのインク供給スロット（２４５）が形成される請求項４５に記載の流体吐出デバイス。
【請求項５１】
プラズマ処理されている第１の基板の少なくとも１つの表面に液体を被着させるステップと、
前記プラズマ処理されている基板の前記表面を基板キャリアの１つの表面と結合するステップと、
結合後、前記第１の基板及び前記第２の基板をアニールするステップであって、それによって、前記第１の基板と前記基板キャリアとの間に共有結合を形成する、アニールするステップと
を含む、電子デバイスを形成する方法。
【請求項５２】
前記プラズマ処理させる第１の基板が、窒素、酸素及びアルゴンからなる群から選択される気体を用いてプラズマ処理される請求項５１に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項５３】
前記基板キャリアの前記表面に無機材料を被着させるステップをさらに含み、前記共有結合は、前記基板の前記表面、前記無機材料及び前記基板キャリアの前記表面の間に形成される請求項５１に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項５４】
プラズマ処理の前に、前記表面のうちのどの４平方ミクロンの面積をとっても、２乗平均平方根値で約２ナノメートル程度の高さ変動を含むように、前記無機材料を平坦化するステップをさらに含む請求項５３に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項５５】
前記液体を被着させるステップが湿式処理を施すことを含む請求項５１に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項５６】
前記プラズマ処理される第１の基板は、前記第１の基板に約１２０ワットでバイアスをかけること、及び約５００ワットにおいて誘導性結合されるコイルによって生成される上流の高密度プラズマを用いることによってプラズマ処理される請求項５１に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項５７】
前記プラズマ処理される第１の基板が約４０秒間プラズマ処理される請求項５１に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項５８】
前記プラズマ処理される第１の基板は、誘導性結合型プラズマチャンバを利用することであって、それによって、該基板の前記表面をプラズマ処理する、利用することによりプラズマ処理される請求項５１に記載の電子デバイスを形成する方法。
【請求項５９】
前記液体を被着させるステップは、プラズマ処理中に、前記第１の基板を加湿源に晒すことを含む請求項５１に記載の電子デバイスを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマボンディングのための方法及びプラズマボンディングによって形成される接着構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
［背景］
電子デバイスの市場では、低コストでより高い性能が絶えず求められている。これらの要件を満たすため、種々の電子デバイスを構成する部品は、より効率的に、且つより厳密な寸法公差で製造される必要がある。
【０００３】
ある特定の電子デバイスでは、シリコン基板が別の基板又は基板キャリアに接着又は他の方法で結合され、完成品のデバイスが形成される。そのような事例では、電子デバイスは、過酷な条件及び腐食性物質に晒されることも多い。既知のデバイスでは、基板が、有機系、多くの場合にポリマー系の接着剤又は粘着剤を用いることによって基板キャリアに接着される。しかしながら、溶媒が存在し、それに接着剤が晒される等の環境条件に起因して、時間の経過とともに、その接着は部分的に損傷を受けるか、又は完全に破壊されることがある。さらには、この結果として、影響を受けやすい電子部品が環境に晒されることがある。その際、これらの部品が損傷を受けることになり、そのデバイスは機能しなくなることがある。
【０００４】
基板がキャリアに接着される１つの応用形態は、インクジェットプリントヘッドのような流体吐出デバイスである。これらのデバイスでは、多くの場合、複数の流体吐出素子を含む基板が基板キャリアに接着される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、プラズマボンディングによって形成される接着構造物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の表面及び第２の表面を含む基板と、第１の表面及び第２の表面を含む基板キャリアと、前記基板の前記第２の表面及び前記基板キャリアの前記第２の表面を接着する無機材料とを備える、電子デバイスを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
［図面の詳細な説明］
本明細書において、特定のフィーチャサイズ、形状及び配列の例が示される。しかしながら、本明細書において記述される本発明の方法及び装置を用いて、任意のタイプのフィーチャサイズ及び幾何学的形状を製造してもよい。
【０００８】
図１を参照すると、電子デバイスの一実施形態の断面図が示される。電子デバイス１００は、基板１０５と、基板に接着されるいくつかの他の基板１１０及び１１５とを備える。無機材料１２０の層が基板１０５の表面上に形成され、その後、基板１０５と無機材料との組み合わせが、基板１１０及び１１５と共にプラズマ処理にかけられる。プラズマ処理後に、基板１１０及び１１５が無機層１２０に接着され、それにより、基板１１０と無機材料１２０との間、及び無機材料１２０と基板１０５との間に共有結合が形成され、同様に基板１１５と無機材料１２０との間、及び無機材料１２０と基板１０５との間に共有結合が形成される。
【０００９】
一実施形態では、保護材料１３０を、基板１０５に接着される基板１１０及び１１５の表面のうちの１つ又は複数の表面上に形成することができる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、プラズマボンディングを用いることによって、基板が、頑強なシロキサン共有結合で、原子レベルにおいて直に接合される。そのような実施形態では、基板１０５に用いられる材料に関係なく、無機材料１２０を利用することによって、そのような共有結合を形成できるようになる。無機材料が基板１０５の表面の全体に被着される必要はないことに留意されたい。無機材料１２０は、デバイスが形成され得るエリアに無機材料１２０が被着されないようにしながら、十分な接着強度が与えられるように、任意の幾何学的なパターンにおいて、たとえば基板１０５の周辺部に沿って形成することができる。
【００１１】
基板１０５の接点と基板１１０及び１１５の接点（図示せず）との間に導電性経路を設けるために、接点１２５が無機材料１２０の中に形成されるか、又は別の方法で設けられる。接点１２５は一般的に、基板１０５及び無機材料１２０のプラズマ処理の前に形成される。別法では、基板１１０及び１１５のエリアに電気的に接続されることになる基板１０５のエリアは、電子材料を被着されないこともある。
【００１２】
無機材料１２０は、プラズマ処理された後に、界面化学種の密度を高め、基板１０５と基板１１０及び１１５との間の接着を促進する任意の無機材料であり得る。いくつかの実施形態では、無機材料１２０は、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、酸化アルミニウム、アモルファスシリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸窒化物、サファイア、インジウムリン、又はガラスフリット材料を用いることができる。
【００１３】
基板１０５を形成するための材料（複数可）は、たとえば、製造される電子デバイスのタイプ、及びその電子デバイスが動作することになる環境を含む、種々の要因によって決まり得る。基板１０５は、セラミック、ガラス、半導体、金属、金属コーティングされた構造体、ポリマー、及びそれらの組み合わせ等であり得る。金属及び金属コーティングは、たとえば、アルミニウム、クロム、銅、金、鉛、ニッケル、プラチナ、はんだ、ステンレス鋼、スズ、チタン、それらの合金、それらの組み合わせ等を含んでもよい。セラミックは、たとえば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、それらの組み合わせ等を含んでもよく、別法では、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化シリコン、酸窒化シリコン、及びそれらの組み合わせを含んでもよい。
【００１４】
電子デバイス１００は、半導体デバイス、又は集積回路のような類似のデバイスが、チップキャリアのような基板に取り付けられる、任意の電子デバイスパッケージであり得る。電子デバイス１００は、シングルチップモジュール、マルチチップモジュール、スタックチップモジュール又は別のデバイスの一部であってもよい。電子デバイスは、光電気、フォトニック、流体吐出、微小電気機械又は標準的な集積回路の用途において用いることができる。
【００１５】
図２を参照すると、基板キャリアと接着されるプリントヘッドの一実施形態の断面図が示される。流体吐出デバイス２００は、基板キャリア２０５及びプリントヘッド２２０を備える。基板キャリア２０５は、第１の表面２１０及び第２の表面２１５を備える。基板キャリア２０５内に形成される複数のインク供給経路２４５が、プリントヘッド２２０の中及び／又は上に形成されるインク供給スロット２４０に流体連通する。
【００１６】
基板キャリア２０５の第２の表面２１５は、その上に配置される無機材料２５０を備える。無機材料２５０は、プラズマ処理後に、第１の表面２３０の反対側にある、プリントヘッド２２０の第２の表面２２５と結合される。
【００１７】
図２では、プリントヘッド２２０の正面すなわち第１の側（又は表面）２３０上に、薄膜層（又は活性層、薄膜スタック、導電層又は微小電子部品を有する層）２３５を形成、たとえば堆積するか、又は成長させる。プリントヘッド２２０の第１の側２３０は、プリントヘッド２２０の第２の側（又は表面）２２５の反対側にある。薄膜層２３５は、プリントヘッド２２０上に形成される少なくとも１つの層を含み、ある特定の実施形態では、プリントヘッド２２０の第１の側２３０の少なくとも一部をマスクする。それとは別に、又はそれに加えて、薄膜層２３５のうちの１つ又は複数が、プリントヘッド２２０の第１の表面２３０の少なくとも一部を電気的に絶縁する。
【００１８】
基板キャリア２０５は、セラミック、金属、金属コーティングされた構造体、ポリマー及びそれらの組み合わせ等であり得る。金属及び金属コーティングは、たとえば、アルミニウム、クロム、銅、金、鉛、ニッケル、プラチナ、はんだ、ステンレス鋼、スズ、チタン、それらの合金、それらの組み合わせ等を含んでもよい。セラミックは、たとえば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、それらの組み合わせ等を含んでもよく、別法では、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化シリコン、酸窒化シリコン及びそれらの組み合わせを含んでもよい。
【００１９】
一実施形態では、プリントヘッド２２０はシリコンである。種々の実施形態において、プリントヘッドは、以下の単結晶シリコン、多結晶シリコン、ガリウムヒ素、ガラス、シリカ、セラミック又は半導体材料のうちの１つであってもよい。用いることができる基板材料として列挙される種々の材料は必ずしも入れ替えることができるわけではなく、それらが用いられることになる用途に応じて選択される。
【００２０】
いくつかの実施形態では、無機材料２５０は存在する必要はなく、基板キャリア２０５の第２の表面２１５をプリントヘッド２２０の第２の表面２２５と直に結合することができる。そのような実施形態では、基板キャリア２０５及びプリントヘッド２２０はいずれも半導体材料を含むことができる。
【００２１】
図３Ａ〜図３Ｅを参照すると、一実施形態による流体吐出デバイスを形成するための工程の複数のステップの断面図が示される。基板キャリア又は他の基板構造３００が、第１の表面３０５と、第１の表面３０５の概ね反対側にある第２の表面３１０とを含む（図３Ａ）。
【００２２】
無機材料３１５が第２の表面３２に被着される（図３Ｂ）。無機材料３１５は、いくつかの実施形態では、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、たとえばプラズマＣＶＤ，低温ＣＶＤ、低圧ＣＶＤ、又は電子ビーム堆積によって被着させることができる。
【００２３】
堆積後に、無機材料３１５は平坦化され、１つ又は複数の接点３２０及び３２５がその中に形成され、基板構造３００の第１の表面３０５の上又は中に形成される電気的接点と接触できるようにする。平坦化は、たとえば、知られているような化学機械研磨によって実行することができる。いくつかの実施形態では、化学機械研磨の結果として、無機材料３１５の表面３３０は、表面３００のどの４平方ミクロンの面積をとっても、変動が２乗平均平方根値で２ナノメール以下である粗さを有することができる。
【００２４】
平坦化後に、基板３００上の無機材料３１５は、プラズマ処理工程を用いることによって処理される。一実施形態では、プラズマ処理工程は、誘導型プラズマチャンバを利用することを含み、基板構造が約１２０ワットにバイアスをかけられ、同時に、約５００ワットの電力で、上流にある誘導性コイルによって高密度のプラズマが生成される。他の実施形態では、限定はしないが、コロナ放電処理、誘電体バリア放電処理及びグロー放電処理を含む、種々のタイプのプラズマ処理工程を用いることができる。グロー放電処理は、低気圧グロー放電又は大気圧グロー放電から選択されるプラズマを用いて実行することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ処理は、適当な大気圧プラズマ装置を用いる連続した工程において大気圧で実行することができる。他のプラズマ処理工程を用いることもできる。
【００２５】
プラズマ処理のための厳密な条件は、材料の選択、プラズマ処理と接着との間の保管時間、用いられるプラズマ処理のタイプ及び方法、用いられるプラズマチャンバの設計等を含む種々の要因によって変わるであろう。しかしながら、いくつかの実施形態では、プラズマ処理は、概ね大気圧までの圧力において実行することができる。
【００２６】
一実施形態では、プラズマ処理は約１００秒間続く。他の実施形態では、プラズマ処理の長さは、処理されるべき材料、選択される接触条件、プラズマ処理のモード（たとえば、バッチ、連続）及びプラズマ装置の設計を含む種々の要因によって決まる。プラズマ処理は、処理されるべき材料の表面を、高い密度の共有結合を形成するほど十分に反応させるだけの十分な時間にわたって実行される。
【００２７】
一実施形態では、プラズマ処理中に利用される気体として、窒素、酸素、アルゴン又はそれらの組み合わせを用いることができる。他の実施形態では、プラズマ処理において用いられる気体は、空気、アンモニア、二酸化炭素、一酸化炭素、ヘリウム、水素、亜酸化窒素、オゾン、水蒸気、それらの組み合わせ等であり得る。さらに、用いられる気体は、空気、二酸化炭素、一酸化炭素、ヘリウム、窒素、亜酸化窒素、オゾン、水蒸気及びそれらの組み合わせから選択することができる。別法では、その気体は、空気、アルゴン、二酸化炭素、ヘリウム、窒素、オゾン及びそれらの組み合わせから選択することができる。別法では、その工程においてかけられる圧力においてその気体の標準状態にあるか、又はそうでない場合には液体状態から適当なデバイスで気化された状態にある、ヘキサメチルジシロキサン、シクロポリジメチルシロキサン、シクロポリハイドロゲンメチルシロキサン（cyclopolyhydrogenmethylsiloxanes）、シクロポリハイドロゲンメチル−ｃｏ−ジメチルシロキサン（cyclopolyhydrogenmethyl-co-dimethylsilo-xanes）、反応性シラン、それらの組み合わせ等の他のより反応性の高い有機気体又は蒸気を用いることができる。
【００２８】
プラズマ処理後に、基板を洗浄するためのプラズマ処理及び接着のための親水化処理にかけられた１つ又は複数の表面に湿式処理が施される。いくつかの実施形態では、湿式処理は脱イオン水を含む液体を利用することができる。他の実施形態では、利用される液体はＳＣ１を含むことができ、それは構造（２５Ｈ２Ｏ：２Ｈ２Ｏ２：１ＮＨ４ＯＨ）を有することができる。その表面はＳＣ１流体に４０秒間晒され、脱イオン水で洗浄され、その後、空気又は窒素内で乾かされる。ＳＣ１が利用されるとき、ＳＣ１は、表面を親水性にし、終端された−ＯＨ基を生成する。湿式処理を利用することによって、２つの親水性表面が室温で接触するとき、それらの基板が自然に水素結合を形成するという利点をもたらす。
【００２９】
１つ又は複数の基板３３５及び３４０が設けられる（図３Ｄ）。基板３３５及び３４０は、それぞれの第１の表面３５０及び３６５上に形成される１つ又は複数の構造３５５及び３７０を備えることができる。これらの構造３５５及び３７０は、センサ、光学的構造、電気的構造又は電気機械的構造、あるいは所望のように種々の機能を実行する回路を含むことができる。その後、基板３３５及び３４０のそれぞれの第２の表面３４５及び３６０が、無機材料３１５及び基板構造３００のために利用されるのと同様のプラズマ処理工程にかけられる。
【００３０】
その後、基板３３５及び３４０は、基板３００上の無機材料３１５と結合される。結合は、知られているようなピックアンドプレースツールを用いて、適当な位置合わせが達成されるように、基板３３５及び３４０と基板構造３００とを位置決めすることができる。たとえば、基板３３５及び３４０内の接点又は流路が、無機材料３１５及び基板構造３００内の対応する構造と適当に位置合わせされる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、基板３３５及び３４０と無機材料３１５及び基板構造３００との結合は、無機材料３１５及び基板構造３００上で湿式処理した直後に行うことができる。他の実施形態では、結合は、流体で処理してから概ね２４時間以内に行うことができる。
【００３２】
結合した後に、結合された構造がアニールされる。アニーリングは、概ね摂氏１１０度よりも高い温度において行うことができる。他の実施形態では、アニーリング温度は摂氏約２００度であってもよい。いくつかの実施形態では、アニーリングによって、結合界面を通してウェーハから拡散するか、又は自然酸化物を通して拡散して、シリコン基板と反応することによって、水分子が、無機材料３１５と基板３３５及び３４０の第２の表面３４５及び３６０との間の界面から離れ始めることができるものと考えられる。そのような実施形態では、水分子が除去されるのに応じて、より強いシロキサン結合が形成され始める。たとえば、以下の化学式が成り立つ。
Ｓｉ−ＯＨ  ＨＯ−Ｓｉ⇒Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ＋（Ｈ２Ｏ）ｎ
【００３３】
特定の実施形態、たとえばＭＥＭＳの応用形態では、アニーリング温度を摂氏約４００度未満に維持し、パッケージ内に残留内部応力が発生するのを防ぐか、又はＣＭＯＳデバイスの劣化を避けることができるようにすることが望ましいことがある。
【００３４】
図３Ａ〜図３Ｅに関する記述は、プラズマ処理後の湿式処理を説明するが、そのような処置は利用しなくてもよい。他の実施形態では、湿式処理を用いることなく、基板３３５及び３４０並びに基板構造３００をプラズマ処理及び接着して、それらを直に結合することもできる。代替的な実施形態では、プラズマ処理中に、又はプラズマ処理後に、その表面を加湿源に晒すことによって水和させることもできる。この手法は、パッケージに湿気を全く取り込まないので、特定のタイプのＭＥＭＳパッケージングのために好都合である場合がある。
【００３５】
図３Ａ〜図３Ｅに関して記述される手法は、頑強なシロキサン共有結合で原子レベルにおいて直に２つの基板を接合するような接着を可能にするものと考えられる。
【００３６】
図４Ａ〜図４Ｈを参照すると、一実施形態による流体吐出デバイスの部分を形成するための工程の複数のステップの断面図が示される。基板４００が、第１の表面４１０上に形成される複数の薄膜層４１５を含む。薄膜層４１５内に多数のチャンバ４３０が形成される。チャンバ４３０は、薄膜層４１５に与えられる信号に基づいて吐出されることになる、ある量の流体を含む。基板４００の処理中に薄膜層４１５を保護するため、薄膜層４１５上に保護層４２０が形成される。
【００３７】
背面４２５の処理にかけられない部分を保護するため、基板４００の第２の表面４２５上にも保護層４３５が設けられる。特定の実施形態では、第２の表面４２５は、保護層４３５を被着させる前に、たとえば、化学機械研磨工程によって平坦化される。他の実施形態では、基板４００は、処理する前に両面を研磨されたウェーハを含む。いくつかの実施形態では、保護層４３５は、既知のように、窒化物層、炭化物層又は酸化物層を含んでもよい。
【００３８】
図４Ｂでは、流体チャネル４４０及び４４５が、ある処理方法によって、第２の表面４２５の中に形成される。いくつかの実施形態では、レーザアブレーション、ウエットエッチング、ドライエッチング、並びに砥粒噴射加工及び鋸引き等の機械的に除去する工程、又はそれらの組み合わせのような工程が用いられる。
【００３９】
図４Ｃでは、流体チャネル４４０及び４４５がさらに、所望の流体の流れと一致する所望の形状を有するように形成される。流体チャネル４４０及び４４５の形削りは、たとえば、ウエットエッチング工程によって実行することができる。さらに、流体チャネル４４０及び４４５が第１の表面４１０と第２の表面４２５との間に貫通チャネルを形成した後に、流体チャネル４４０及び４４５を形削りすることもできる。さらに、第２の表面４２５の中に流体チャネル４４０及び４４５を形成する前に、第１の表面４１０の流体チャネル４４０及び４４５が形成されることになる部分の中にトレンチを形成することができる。さらに、流体チャネルの形状及び幾何学的配列は、図４Ａ〜図４Ｈに示されるものとは違うものにすることができる。
【００４０】
図４Ｄでは、基板キャリア４５０がその中に、基板４００の流路４４０及び４４５に流体を与えることになる流路４７０及び４７５を含む。流路４７０及び４７５は、基板キャリア４５０の第１の表面４５５と第２の表面４６５との間に流体が流れる経路を提供する。第２の表面４６５において、流路４７０及び４７５は、基板４００上に形成されるチャンバ４３０から吐出するための流体を供給することになる流体供給源に流体連通する。
【００４１】
基板キャリア４５０は、たとえば、セラミック、金属又は他の材料を含んでもよい。ウェーハ４００及び基板キャリア４５０の接着を容易にするため、第１の表面４５５に無機材料４６０が被着される。特定の実施形態では、無機材料４６０は、数ある中でも、ＴＥＯＳ、酸化アルミニウム、アモルファスシリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸窒化物、インジウムリン、サファイア及びガラスフリット材料を含むことができる。
【００４２】
その後、無機材料４６０は平坦化され（図４Ｅ）、流路４７０及び４７５を遮断するように設けられていることがある任意の材料が除去される。特定の実施形態では、基板４００と基板キャリア４５０との間の接着を強化するため、平坦化が実行される。いくつかの実施形態では、平坦化後の無機材料４６０の粗さは、どの４平方ミクロンの面積をとっても、変動が２乗平均平方根値で２ナノメートル程度である。
【００４３】
図４Ｆ及び図４Ｇでは、基板キャリア４５０の第１の表面４５５上の無機材料４６０、及び基板４００の第２の表面４３５が、プラズマ処理工程にかけられる。プラズマ処理工程は、図３Ａ〜図３Ｅに関して記載され、説明された工程と同じようにすることができる。さらに、基板キャリア４５０の第１の表面４５５上の無機材料４６０及び基板４００の第２の表面４２５のプラズマ処理は、同時に又は異なる時点で行うことができる。
【００４４】
第２の表面４２５のプラズマ処理の前に保護層４３５が除去されることに留意されたい。
【００４５】
プラズマ処理後に、接着するための洗浄及び親水化処理のために、無機材料４６０に対して湿式処理が施される。特定の実施形態では、湿式処理は、脱イオン水を含んでもよい液体を利用することができる。他の実施形態では、その液体はＳＣ１を含んでもよく、それは構造（２５Ｈ２Ｏ：２Ｈ２Ｏ２：１ＮＨ４ＯＨ）を有してもよい。
【００４６】
無機材料に対して湿式処理が施された後に、第２の表面４２５が、第１の表面４５５上の無機材料４６０に結合される（図４Ｈ）。結合は、たとえば、ピックアンドプレースツールによって実行することができる。その後、結合された構造がアニールされる。アニーリングは、摂氏約１１０度よりも高い温度において行うことができる。他の実施形態では、アニーリング温度は、摂氏約２００度にすることができる。
【００４７】
図５Ａを参照すると、一実施形態による電子デバイスを形成するための工程が示される。ブロック５００において、基板キャリア又は固定具の、基板が接着されることになる表面に無機材料が被着される。その後、ブロック５０５において、無機材料が平坦化される。一実施形態では、平坦化は、どの４平方ミクロンの面積をとっても、無機材料４６０の高さ変動が２乗平均平方根値で２ナノメール程度であるように実行される。他の実施形態では、同じ尺度又は異なる尺度を用いる他の高さ変動を利用することができる。
【００４８】
ブロック５１０では、平坦化された無機材料が、プラズマ処理にかけられる。ブロック５１５では、基板キャリア又は固定具に接着されることになる基板又は基板もプラズマ処理される。基板及び基板キャリアの両方のプラズマ処理は、同じ又は異なる工程を用いることができ、同時に又は異なる時点で行うことができる。プラズマ処理後に、ブロック５２０では、基板洗浄及び親水化処理のために、無機材料に対して湿式処理が施される。いくつかの実施形態では、そのような湿式処理は、基板に対して施すこともできる。
【００４９】
ブロック５２５では、プラズマ処理後に、その上に無機材料を有する基板キャリア表面と基板とが互いに結合される。その後、ブロック５３０では、無機材料と基板との間の共有結合を促進するため、結合された基板キャリア及び基板がアニールされる。
【００５０】
図５Ｂを参照すると、微小電気機械デバイスを形成するための工程が示される。ブロック５５０では、ＭＥＭＳデバイスが製造される。ＭＥＭＳデバイスは、任意の既知の工程を利用して、又は既知の工程の任意の組み合わせを用いて製造することができる。その後、ブロック５５５では、キャリア又は支持構造に接着されることになるＭＥＭＳデバイスの１つ又は複数の表面に無機材料が被着される。ブロック５６０では、ＭＥＭＳデバイスと接着されることになる構造の１つ又は複数の表面にも、同じ又は異なる無機材料が被着される。ブロック５６５及び５７５ではそれぞれ、どの４平方ミクロンの面積をとっても、無機材料の高さ変動が２乗平均平方根値で約２ナノメートル程度になるように、平坦化を実行することができる。他の実施形態では、ＭＥＭＳデバイスとキャリア又は支持構造との接着を容易にする構造の小さな面積、たとえば４平方ミクロンの面積にわたって所望の高さ変動を与える原子層又は他の堆積を利用することができる。
【００５１】
ステップ５８５では、所望の高さ変動を有する、ＭＥＭＳデバイスの無機材料がプラズマ処理にかけられる。ブロック５８０では、小さな面積にわたって所望の高さ変動を有する、キャリア又は支持構造の無機材料もプラズマ処理される。支持構造及びＭＥＭＳデバイスの両方のプラズマ処理は、同じ又は異なる工程を用いることができ、同時に又は異なる時点で行うことができる。ブロック５８５では、プラズマ処理された無機材料に対して湿式処理が施される。いくつかの実施形態では、そのような湿式処理は、基板に対しても施すことができる。
【００５２】
ブロック５９０では、その上に無機材料を有するＭＥＭＳデバイスと支持基板とが互いに結合される。その後、ブロック５９５では、共有結合を促進するため、結合された構造がアニールされる。
【００５３】
図５Ｃを参照すると、一実施形態による流体吐出デバイスを形成するための工程が示される。プリントヘッドのような流体吐出デバイスは、基板の表面上に形成される多数の流体吐出素子を含む。ブロック６００では、流体吐出素子が形成される表面の反対側にある基板の表面がプラズマ処理される。また、ブロック６０５では、流体吐出素子への流路、及び制御デバイスへの電気的接続を提供することになる基板キャリアもプラズマ処理される。その処理は、基板の表面に接着されるべき表面を処理することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、互いに接着されることになる基板又は基板キャリアの表面のいずれかに無機材料が被着される必要はない。そのような実施形態では、基板キャリア及び基板は、シリコンのような半導体材料を含むことができる。
【００５５】
その後、ブロック６１０では、プラズマ処理された基板の表面が湿式処理にかけられる。また、ブロック６１５では、プラズマ処理された基板キャリアの表面が湿式処理にかけられる。その湿式処理は、同時に行うことができるか、又は異なる時点において行うことができる。ブロック６２０では、基板の湿式処理された表面と基板キャリアの湿式処理された表面とが互いに結合される。その後、ブロック６２５では、結合された構造がアニールされる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、プラズマ処理にかけられることになる基板の表面及び基板キャリアの表面のうちの一方又は両方が、プラズマ処理の前に平坦化される場合があることに留意されたい。
【００５７】
図６を参照すると、ＭＥＭＳデバイスの一実施形態の断面図が示される。図６の実施形態では、微小電気機械デバイス６００として、光電気デバイスを用いることができる。他の実施形態では、微小電気機械デバイス７００として、互いに接着される複数の基板、又は基板キャリアに接着される基板を含む、圧力センサ、フォトニックデバイス、流体吐出デバイス、又は他の微小電気機械デバイスを用いることができる。
【００５８】
図６では、光学デバイス７０５が、信号を受信するか、又は信号を送信するための電気部品、及び他の処理機能を含む基板７１０上に形成される。光学デバイス７０５を保護するために、光エネルギー透過性の無機材料７１５の膜が光学デバイス７０５を包囲することができる。その表面上に無機材料７２０を形成された透過性材料７２５が、無機材料７１５に接着される。
【００５９】
一実施形態では、透過性材料７２５を配設して、光エネルギーを減衰させることができ、且つ／又は光学デバイス７０５を外部環境から保護することができる。いくつかの実施形態では、透過性材料７２５として、ガラス又はガラスの混合物及び１つ又は複数の他の材料を用いることができる。外部環境と相互作用する透過性材料７２５の１つ又は複数の表面に反射防止コーティング７３０を被着させることができる。
【００６０】
微小電気機械デバイス７００は、光学スイッチとして、ライトプロジェクタのミラー素子として、又は他の光学デバイスとして利用することができる。さらに、微小電気機械デバイス７００は、機械的に変形可能な素子、信号伝送素子又はそれらの組み合わせを含む、フォトニックデバイスを含むことができる。
【００６１】
図７を参照すると、プリンタの一実施形態の斜視図が示される。この実施形態では、印刷装置はプリンタ８００を含む。ここで図示されるプリンタは、インクジェットプリンタの形で具現される。プリンタ８００は、白黒及び／又はカラーで印刷することができる。用語「印刷装置」は、スロット付基板（複数可）を利用して、その機能の少なくとも一部を達成する任意のタイプの印刷装置及び／又は画像形成デバイスを指している。そのような印刷装置の例は、限定はしないが、プリンタ、ファクシミリ装置及び写真複写機を含むことができる。この例示的な印刷装置では、スロット付基板は、プリントカートリッジ内に組み込まれるプリントヘッドの一部を含み、そのプリントカートリッジの一例が以下に示される。
【００６２】
図７は、一実施形態によるプリントカートリッジを有するプリンタを示す。一般的に、プリンタ８００は、１つのタイプの流体吐出デバイスである１つ又は複数のプリントカートリッジ８１０を組み込むことができる。またプリンタ８００は、印刷媒体を保持するためのトレイ８０５も備えることができる。印刷動作が開始されるとき、紙のような印刷媒体が、好ましくはシートフィーダ（図示せず）を用いて、トレイ８０５からプリンタ８００内に供給される。その後、シートはＵ字方向に向きを変えて、出力トレイ８１５に向かって逆方向に進行する。直線の用紙経路のような他の用紙経路を用いることもできる。そのシートは、印刷ゾーン８２０において停止し、その後、１つ又は複数のプリントカートリッジ８１０を支持する走査キャリッジ８２５が、シート上に帯状のインクを印刷するため、そのシート上で走査される。一度又は何度も走査した後に、シートは、たとえば、ステッパモータ及びフィードローラを用いて、印刷ゾーン８２０内の次の位置まで漸進的にシフトされる。キャリッジ８２５は、次の帯状のインクを印刷するため、シートを再び走査する。その過程は、シート全体が印刷されるまで繰り返され、全体が印刷された時点で、シートが出力トレイ８１５に排出される。
【００６３】
プリントカートリッジ８１０は、走査キャリッジ８２５に取外し可能に取り付けることができるか、又は永久的に取り付けることができる。また、プリントカートリッジ８１０は、内蔵式のインク容器を有することができる（たとえば、その容器は、プリントヘッドアセンブリ本体、たとえば、図１の流体吐出デバイス５の実施形態の中に配置することができる）。プリントカートリッジ８１０を再利用するために、内蔵式のインク容器にインクを補充することができる。別法では、各インクカートリッジ８１０は、可撓性の導管８３０を介して、インク供給源としての役割を果たす複数の固定インク供給源又は取外し可能インク供給源８３５のうちの１つに流体連通させることができる。さらに別の変形形態では、インク供給源８３５として、プリントヘッドアセンブリとは別個の、すなわち分離可能な１つ又は複数のインク容器を用いることができる。
【００６４】
本発明の概念が、構造的な特徴及び方法のステップに特有の用語で説明されてきたが、添付の特許請求の範囲が、説明された具体的な特徴又はステップに限定されないことは理解されたい。むしろ、具体的な特徴及びステップは、本発明の概念を実現する好ましい形態として開示される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】電子デバイスの一実施形態の断面図である。
【図２】基板キャリアと接着されるプリントヘッドの一実施形態の断面図である。
【図３Ａ】一実施形態による、１つの例示的な基板と基板キャリアとの接着を示す工程のステップの断面図である。
【図３Ｂ】一実施形態による、１つの例示的な基板と基板キャリアとの接着を示す工程のステップの断面図である。
【図３Ｃ】一実施形態による、１つの例示的な基板と基板キャリアとの接着を示す工程のステップの断面図である。
【図３Ｄ】一実施形態による、１つの例示的な基板と基板キャリアとの接着を示す工程のステップの断面図である。
【図３Ｅ】一実施形態による、１つの例示的な基板と基板キャリアとの接着を示す工程のステップの断面図である。
【図４Ａ】一実施形態による、流体吐出デバイスの部分を形成するための工程のステップの断面図である。
【図４Ｂ】一実施形態による、流体吐出デバイスの部分を形成するための工程のステップの断面図である。
【図４Ｃ】一実施形態による、流体吐出デバイスの部分を形成するための工程のステップの断面図である。
【図４Ｄ】一実施形態による、流体吐出デバイスの部分を形成するための工程のステップの断面図である。
【図４Ｅ】一実施形態による、流体吐出デバイスの部分を形成するための工程のステップの断面図である。
【図４Ｆ】一実施形態による、流体吐出デバイスの部分を形成するための工程のステップの断面図である。
【図４Ｇ】一実施形態による、流体吐出デバイスの部分を形成するための工程のステップの断面図である。
【図４Ｈ】一実施形態による、流体吐出デバイスの部分を形成するための工程のステップの断面図である。
【図５Ａ】一実施形態による、電子デバイスを形成するための工程を示す図である。
【図５Ｂ】一実施形態による、微小電気機械デバイスを形成するための工程を示す図である。
【図５Ｃ】一実施形態による、流体吐出デバイスを形成するための工程を示す図である。
【図６】ＭＥＭＳデバイスの一実施形態の断面図である。
【図７】プリンタの一実施形態の斜視図である。
【図１】
2008518470.tif 000003
【図２】
2008518470.tif 000004
【図３Ａ】
2008518470.tif 000005
【図３Ｂ】
2008518470.tif 000006
【図３Ｃ】
2008518470.tif 000007
【図３Ｄ】
2008518470.tif 000008
【図３Ｅ】
2008518470.tif 000009
【図４Ａ】
2008518470.tif 000010
【図４Ｂ】
2008518470.tif 000011
【図４Ｃ】
2008518470.tif 000012
【図４Ｄ】
2008518470.tif 000013
【図４Ｅ】
2008518470.tif 000014
【図４Ｆ】
2008518470.tif 000015
【図４Ｇ】
2008518470.tif 000016
【図４Ｈ】
2008518470.tif 000017
【図５Ａ】
2008518470.tif 000018
【図５Ｂ】
2008518470.tif 000019
【図５Ｃ】
2008518470.tif 000020
【図６】
2008518470.tif 000021
【図７】
2008518470.tif 000022
【国際調査報告】
2008518470.tif 000023
2008518470.tif 000024
2008518470.tif 000025