(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度な振動が可能な薄膜振動板を備えた構造体を、シリコン基板上に簡便に製造できる方法を提供する。【解決手段】片面から第一の空洞１０２を形成し、反対側の面から前記第一の空洞と連通する第二の空洞１０４を形成したシリコン基体１００の前記第二の空洞形成面と、別のシリコン支持基板１０８とその表面に形成した熱酸化膜振動板１０６からなる振動板基体１１０の熱酸化振動板面を接合する。次に、ドライエッチング法により前記シリコン支持基板１０８の表面を、その厚さが所定の値になるまでエッチングする。【選択図】図１
2005144571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜振動板と支持基板から構成される振動板基体と、所定の構造を備えた構造体基体とを接合する工程を有し、該振動板基体と構造体基体を接合した後、支持基板の一部もしくは全てを選択的に除去する事によって、構造体へ薄膜を形成する工程を含む事を特徴とする、薄膜を備えた構造体の製造方法。
【請求項２】
前記振動板基体と構造体基体を接合した後、支持基板を選択的に除去する方法が、ドライエッチングを用いて為される事を特徴とする請求項１に記載の薄膜を備えた構造体の製造方法。
【請求項３】
前記振動板基体が有する薄膜振動板は、支持基板の一部を原料として得られた事を特徴とする請求項１に記載の薄膜を備えた構造体の製造方法。
【請求項４】
前記振動板基体が有する薄膜振動板は、支持基板に所望の材料を付着させ、薄膜を形成する事により得られた事を特徴とする請求項１に記載の薄膜を備えた構造体の製造方法。
【請求項５】
前記振動板基体が有する薄膜振動板は、支持基板に所望の材料の振動板材料を接合した後、振動板材料を薄片化する事により得られた事を特徴とする請求項１に記載の薄膜を備えた構造体の製造方法。
【請求項６】
前記構造体基体と振動板基体を接合する方法が、固相接合である事を特徴とする請求項１に記載の薄膜を備えた構造体の製造方法。
【請求項７】
前記構造体基体と振動板基体を接合する方法が、接着剤を用いる事を特徴とする請求項１に記載の薄膜を備えた構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜板を備えた構造体の製造方法に関するものであり、例えばダイアフラムを有するマイクロ圧力センサや、マイクロアクチュエータ、マイクロポンプなどの製造方法として好適に使用し得る。
【背景技術】
【０００２】
薄膜を備えた構造体の具体的な応用として、例えば液滴吐出装置が挙げられる。液滴吐出装置はインクジェットのプリンタヘッド等として用いられているが、近年、特にインクジェットプリンタ用ヘッドなどとして、小型、高密度なマルチノズル液滴吐出装置が求められている。圧電素子を用いるインクジェットでは、小型化・高密度化すると、圧電素子も小型化するため、所望の変位量を得るためには振動板の薄膜化並びに振動板の膜厚均一化が必要である。振動板を精度良く形成する方法として、特許文献１で開示されている方法がある。二枚のシリコン基板を貼り合わせ、片方を所望の厚みまで研磨して振動板を形成し、その後この振動板をエッチングストップ層として用いて他方の基板をエッチングし、圧力室などを形成する方法である。図４に特許文献１で開示されている実施例による製造工程を示す。該実施例では図４（ａ）に示される様に面方位（１１１）シリコン基板４００と面方位（１１０）シリコン基板４０２から構成される。まず厚み２２０μｍの面方位（１１１）であるシリコン基板４００と厚み４５０μｍの面方位（１１０）であるシリコン基板４０２を貼り合わせ、貼り合わせ基板４０４を得る（図４（ｂ））。次に貼り合わせ基板４０４を（１１１）シリコン基板４００側から、（１１１）シリコン基板を５μｍの厚さになるまで研磨を行う（図４（ｃ））。次に貼り合わせ基板４０４を熱酸化し、１．２μｍ厚さの熱酸化膜４０６を形成する（図４（ｄ））。次に貼り合わせ基板４０４のシリコン基板４０２側の熱酸化膜４０６の一部をフォトリソエッチングにより除去する（図４（ｅ））。熱酸化膜４０６をマスクとして貼り合わせ基板４０４の異方性エッチングを行って振動板を形成するとしている（図４（ｆ））。水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチングであるため、シリコン（１１１）面はほとんどエッチングされず、（１１１）シリコン基板４００の表面がエッチングストップ層になる。
【特許文献１】特開平９−２１６３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この手法では、振動板形成後のエッチングにウェットエッチングを用いているため、使用できるシリコン基板の面方位などが、例えば（１１１）面あるいは（１１０）面など、限られた面方位の基板しか使用できないという問題点がある。更に、振動板形成後に振動板をエッチングストップ層として用い、振動板を形成した面の反対側からエッチングを行って圧力室などを形成するとしているが、圧力室等を形成する為のエッチングが片側だけからしか行えないため、作製できる構造が極めて単純なものに制限されてしまうという問題点がある。また、ウェットエッチングを用いているため、作製できる形状も結晶方位に左右されてしまうという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記問題点を鑑みて為されたものである。すなはち、本出願に係る第一の発明は、薄膜振動板と支持基板から構成される振動板基体と、所定の構造を備えた構造体基体とを接合する工程を有し、該振動板基体と構造体基体を接合した後、支持基板を選択的に除去する事によって、構造体へ薄膜を形成する工程を含む事を特徴とする、薄膜を備えた構造体の製造方法である。構造体基体に所望の構造を作り込んだ後に薄膜振動板と支持基板からなる振動板基体を接合し、支持基板を除去して薄膜振動板を形成するため、構造体基体に作り込む構造の自由度を保ちつつ、精度の良い薄膜振動板を備えた構造体を得る事が出来る。また、本出願に係る第二の発明は、前記振動板基体と構造体基体を接合した後、支持基板を選択的に除去する方法が、ドライエッチングを用いて為される事を特徴とする、薄膜を備えた構造体の製造方法である。構造体基体と振動板基体を接合した後に支持基板を除去する方法にドライエッチングを用いる事により、振動板基体の面方位による制限が無くなり、基板の選択範囲が大幅に広がる。また、大面積化などにも対応出来、コスト的にも有利である。また、本出願に係る第三の発明は、前記振動板基体が有する薄膜振動板は、支持基板の一部を原料として得られた事を特徴とする、薄膜を備えた構造体の製造方法である。例えば支持基板としてシリコン基板を使用し、このシリコン基板を熱酸化して得られる二酸化シリコンを振動板材料とすれば、均一性の良い薄膜振動板を簡便に得る事が出来る。また、本出願に係る第四の発明は、前記振動板基体が有する薄膜振動板は、支持基板に所望の材料を付着させ、薄膜を形成する事により得られた事を特徴とする、薄膜を備えた構造体の製造方法である。支持基板に例えばスパッタ法やＣＶＤ法などを用いて薄膜を成膜する事により、振動板薄膜として使用できる材料と支持基板として使用できる材料の組み合わせが広がる。更に本出願に係る第五の発明は、前記振動板基体が有する薄膜振動板は、支持基板に所望の材料の振動板材料を接合した後、振動板材料を薄片化する事により得られた事を特徴とする、薄膜を備えた構造体の製造方法である。支持基板に振動板材料を接合した後に振動板の薄片化を行うため、振動板材料として使用できる材料の選択範囲が広がるという利点がある。本出願に係る第六の発明は、構造体基体と振動板基体を接合する方法が、固相接合である事を特徴とする、薄膜を備えた構造体の製造方法である。陽極接合などの固相接合を用いて構造体基体と振動板基体を接合する事により、強固な接合部分を得る事が出来る。本出願に係る第七の発明は、前記構造体基体と振動板基体を接合する方法が、接着剤を用いる事を特徴とする、薄膜を備えた構造体の製造方法である。構造体基体と振動板基体を接合する方法として接着剤を用いる事により、簡便に接合を行う事が出来る。また、接着剤が緩衝材として作用するものを選択すれば、薄膜振動板と構造体基体との間で応力が発生した場合の応力緩和にも役立つ。
【発明の効果】
【０００５】
以上説明したように、本出願に係る第一の発明によれば、構造体基体に所望の構造を作り込んだ後に薄膜振動板と支持基板からなる振動板基体を接合し、支持基板を除去して薄膜振動板を形成するため、構造体基体に作り込む構造の自由度を保ちつつ、精度の良い薄膜振動板を備えた構造体を得る事が出来る。また、本出願に係る第二の発明によれば、構造体基体と振動板基体を接合した後に支持基板を除去する方法にドライエッチングを用いる事により、振動板基体の面方位による制限が無くなり、基板の選択範囲が大幅に広がる。また、大面積化などにも対応出来、コスト的にも有利である。また、本出願に係る第三の発明によれば、例えば支持基板としてシリコン基板を使用し、このシリコン基板を熱酸化して得られる二酸化シリコンを振動板材料とすれば、均一性の良い薄膜振動板を簡便に得る事が出来る。また、本出願に係る第四の発明によれば、支持基板に例えばスパッタ法やＣＶＤ法などを用いて薄膜を成膜する事により、振動板薄膜として使用できる材料と支持基板として使用できる材料の組み合わせが広がる。更に本出願に係る第五の発明によれば、支持基板に振動板材料を接合した後に振動板の薄片化を行うため、振動板材料として使用できる材料の選択範囲が広がるという利点がある。本出願に係る第六の発明によれば、陽極接合などの固相接合を用いて構造体基体と振動板基体を接合する事により、強固な接合部分を得る事が出来る。本出願に係る第七の発明によれば、構造体基体と振動板基体を接合する方法として接着剤を用いる事により、簡便に接合を行う事が出来る。また、接着剤が緩衝材として作用するものを選択すれば、応力緩和にも役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
(第１実施例)
本発明の第１実施例として半導体圧力センサ１１２を作製した例を示す。図１は本発明の製造方法による半導体圧力センサの製造工程を示す図である。まず図１（ａ）に示す様な、断面構造が平坦であるシリコンから成る基体１００を用意する。次いで片面から異方性エッチングを行い、第一の空洞１０２を形成する。このエッチングの方法としては、例えば水酸化カリウム水溶液、エチレンジアミンピロカテコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイトなどの異方性エッチング液を用いたウェットエッチングや、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）装置やイオンミリング装置などのドライエッチング装置を用いてドライエッチングなどを使用する事が出来る。次に図１（ｃ）に示すように、第一の空洞１０２を形成した面と反対側の面から第二の空洞１０４のエッチングを行う。このときのエッチング方法としては、第一の空洞１０２と同様に水酸化カリウム水溶液、エチレンジアミンピロカテコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイトなどの異方性エッチング液を用いたウェットエッチングや、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）装置やイオンミリング装置などのドライエッチング装置を用いてドライエッチングなどを使用する事が出来る。次に、２００μｍ厚さの支持基板１０８を熱酸化して３μｍ厚さの熱酸化膜の振動板１０６を形成した振動板基体１１０と、第一の空洞１０２と第二の空洞１０４が作製されたシリコン基板１００とを接合する（図１（ｄ））。本実施例ではシリコン基板１００の第二の空洞１０４が形成された面と、振動板基体１１０の振動板１０６が形成された面とを固相接合を用いて接合を行った。次に２００μｍ厚さのシリコン支持基板１０８を、振動板１０６と反対側の面からエッチングを行う。この時のエッチング方法としては、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）装置やイオンミリング装置などのドライエッチング装置を用いてドライエッチングを行う。この時のエッチングガスとしては、ＣＦ４やＳＦ６、Ａｒなどを使用する事が出来る。本実施例ではエッチング装置として、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）−ＲＩＥ装置を用い、エッチングガスはＳＦ６を用いて支持基板１０８のエッチングを行った。支持基板１０８が概略３μｍの厚さになるまでエッチングを行った後、不図示の歪み抵抗ゲージを１０８に作り込み、図１（ｅ）に示す半導体圧力センサ１１２を作製した。
【０００７】
(第２実施例)
本発明の第２実施例として半導体圧力センサ１１２を作製した例を示す。図２は本発明の製造方法による半導体圧力センサの製造工程を示す図である。まず図２（ａ）に示す様な、断面構造が平坦であるシリコンから成る基体１００を用意する。次いで片面から異方性エッチングを行い、第一の空洞１０２を形成する。このエッチングの方法としては、例えば水酸化カリウム水溶液、エチレンジアミンピロカテコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイトなどの異方性エッチング液を用いたウェットエッチングや、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）装置やイオンミリング装置などのドライエッチング装置を用いてドライエッチングなどを使用する事が出来る。次に図２（ｃ）に示すように、第一の空洞１０２を形成した面と反対側の面から第二の空洞１０４のエッチングを行う。このときのエッチング方法としては、第一の空洞１０２と同様に水酸化カリウム水溶液、エチレンジアミンピロカテコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイトなどの異方性エッチング液を用いたウェットエッチングや、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）装置やイオンミリング装置などのドライエッチング装置を用いてドライエッチングなどを使用する事が出来る。次に、２００μｍ厚さの支持基板１０８にスパッタ法により、３μｍ厚さの熱酸化膜の振動板２０６を形成した振動板基体１１０と、第一の空洞１０２と第二の空洞１０４が作製されたシリコン基板１００とを接合する（図２（ｄ））。本実施例ではシリコン基板１００の第二の空洞１０４が形成された面と、振動板基体１１０の振動板１０６が形成された面とを接着剤を用いて接合を行った。固相接合に比較すれば接合強度は低下するが、より簡便に接合を行うことが出来た。次に２００μｍ厚さのシリコン支持基板１０８を、振動板２０６と反対側の面からエッチングを行う。この時のエッチング方法としては、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）装置やイオンミリング装置などのドライエッチング装置を用いてドライエッチングを行う。この時のエッチングガスとしては、ＣＦ４やＳＦ６、Ａｒなどを使用する事が出来る。本実施例ではエッチング装置として、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）−ＲＩＥ装置を用い、エッチングガスはＳＦ６を用いて支持基板１０８のエッチングを行った。支持基板１０８が概略３μｍの厚さになるまでエッチングを行った後、不図示の歪み抵抗ゲージを１０８に作り込み、図２（ｅ）に示す半導体圧力センサ１１２を作製した。
【０００８】
(第３実施例)
本発明の第３実施例として液滴吐出装置を作製した例を示す。図３（ａ）に示すように、４００μｍ厚のシリコン基板３００に液滴吐出孔用及び液供給溝用のエッチングマスク３０２をフォトリソグラフィーによって形成する。本実施例に於いては、エッチングマスクとして８μｍ厚さのノボラック系樹脂を主成分とするフォトレジストを用いた。次に図３（ｂ）に示すように、形成したエッチングマスク３０２を用いてシリコン基板３００のエッチングを行い、３００μｍ深さの液滴吐出孔３０４と液供給溝３０６を形成する。本実施例では、エッチング装置としてＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ（ＩＣＰ）を用いるリアクティヴイオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用い、シリコンの深溝形成技術として公知である、ボッシュプロセスを用いて、３００μｍ深さの液滴吐出孔３０４と液供給溝３０６を形成した。次に図３（ｃ）に示すように、液滴吐出孔３０４と液供給溝３０６と反対側の面に圧力室用溝のエッチングマスク３０８を、液滴吐出孔用及び液供給溝用のエッチングマスク３０２と同様にフォトリソグラフィーによって形成する。この形成したエッチングマスク３０８を用いてシリコン基板３００をエッチングし、深さ１００μｍの圧力室用溝３１０を形成した（図３（ｄ））。本実施例では、液滴吐出孔３０４と液供給溝３０６と同様に、エッチング装置としてＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ（ＩＣＰ）を用いるリアクティヴイオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用い、シリコンの深溝形成技術として公知である、ボッシュプロセスを用いて、１００μｍの圧力室用溝３１０を形成した。また、図には示して無いが、この圧力室用溝３１０を形成する時のエッチングによって、先に形成してある液滴吐出孔３０４と液供給溝３０６が損傷を受けないように液滴吐出孔３０４と液供給溝３０６を保護する保護膜を、必要な場合には形成しておく。こうして所望の構造を作り込んだシリコン基板３００のエッチングマスクを除去して洗浄を行った後、支持基板３１２と支持基板３１２の片面に形成された薄膜振動板３１４とから成る振動板基体３１６と貼り合わせる（図３（ｅ））。本実施例では支持基板３１２として２００μｍ厚のシリコン（厚さむら５μｍ程度）を用い、この２００μｍ厚のシリコン支持基板３１２を熱酸化する事により、表面に３μｍ厚の二酸化シリコンを形成し、薄膜振動板３１４として振動板基体３１６を作製した。薄膜振動板３１４形成後、エリプソメトリによって測定した膜厚分布は０．１μｍ程度であった。こうして所望の構造を作り込んだシリコン基板３００と振動板基体３１６とを固相接合によって貼り合わせた後、支持基板３１２のみを除去して液滴吐出装置３１８を作製した（図３（ｆ））。本実施例ではエッチング装置としてＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ（ＩＣＰ）を用いるリアクティヴイオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用い、エッチングガスとしてＳＦ６及びＣ４Ｆ８を用いた。チャンバー内にＳＦ６とＣ４Ｆ８が概略２：１になるように導入し、圧力３Ｐａ、ソースパワー１８００Ｗ、バイアスパワー３０Ｗの条件の下でエッチングを行い、支持基板３１２を除去した。本実施例に用いたエッチング��件に於いては、シリコンのエッチング速度は二酸化シリコンのエッチング速度の２００倍以上であり、薄膜振動板３１４をエッチングストップ層として使用する事が出来た。本出願に係る発明のように、支持基板を除去して薄膜振動板を得る手法では、支持基板の厚みむらが出来上がりの薄膜振動板の厚みむらに影響するが、本実施例では振動板の二酸化シリコンと支持基板のシリコンの選択比が高いため、支持基板の厚みむらによる影響は０．０５μｍ程度と、極めて高精度な薄膜振動板を得ることが出来た。
【０００９】
尚、本発明は実施例に記載されている材料系、エッチング方法、接合方法、薄膜振動板の作成方法に限定されるものでは無く、構造体を形成した基板に、薄膜振動板と支持基板からなる振動板基体を貼り合わせた後に支持基板を除去し、薄膜振動板を備えた構造体を作製する方法全てに適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例である圧力センサの製造工程の断面図
【図２】本発明の第２の実施例である圧力センサの製造工程の断面図
【図３】本発明の第３の実施例である液滴吐出装置の製造工程の断面図
【図４】従来の製造工程を示す図
【符号の説明】
【００１１】
１００  シリコン基板
１０２  第一の空洞
１０４  第二の空洞
１０６  熱酸化膜振動板
１０８  シリコン支持基板
１１０  振動板基体
１１２  半導体圧力センサ
２０６  スパッタ酸化膜振動板
２１０  振動板基体
２１２  圧力センサ
３００  シリコン基板
３０２  液滴吐出孔用及び液供給溝用のエッチングマスク
３０４  液滴吐出孔
３０６  液供給溝
３０８  圧力室用溝のエッチングマスク
３１０  圧力室用溝
３１２  ２００μｍ厚のシリコン支持基板
３１４  薄膜振動板
３１６  振動板基体
３１８  液滴吐出装置
４００  面方位（１１１）シリコン基板
４０２  面方位（１１０）シリコン基板
４０４  貼り合わせ基板４０４
４０６  １．２μｍ厚さの熱酸化膜
【図１】
2005144571.tif 000003
【図２】
2005144571.tif 000004
【図３】
2005144571.tif 000005
【図４】
2005144571.tif 000006