(57)【要約】  液滴噴射装置（１０；１０’）の製造プロセスであって、該液滴噴射装置は、該液滴噴射装置のノズル（５０）を定義するノズルウエハ（１６ａ）と、該ノズル（５０）に接続される圧力室（２０）内の液体中で圧力波を生成するためのアクチュエータ（３２）を薄膜（３０）上で保持する薄膜ウエハ（１４ａ）と、分配層（１２）を形成する分配ウエハ（１２ａ）であって、該分配層は該分配層の前記薄膜ウエハとは反対の側に形成される液体貯蔵部から前記圧力室（２０）に液体を供給するための供給線（１８）を定義する、分配ウエハとを共に接合することと、接合したウエハをダイシングすることとによって製造され、前記分配層（１２）の厚さは他の２つのウエハ層（１４ａ、１６ａ）のそれぞれの厚さよりも大きく、前記液体供給線（１８）のイナータンスを制御するための制限器（５６）が前記分配層の平面に垂直な方向に前記分配層（１２）を通過するように形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴噴射装置の製造プロセスであって、該液滴噴射装置は、該液滴噴射装置のノズルを定義するノズルウエハと、該ノズルに接続される圧力室内の液体中で圧力波を生成するためのアクチュエータを薄膜上で保持する薄膜ウエハと、分配層を形成する分配ウエハであって、該分配層は該分配層の前記薄膜ウエハとは反対の側に形成される液体貯蔵部から前記圧力室に液体を供給するための供給線を定義する、分配ウエハとを共に接合することと、接合したウエハをダイシングすることとによって製造され、
前記分配層の厚さは他の２つのウエハ層のそれぞれの厚さよりも大きく、前記液体供給線のイナータンスを制御するための制限器が前記分配層の平面に垂直な方向に前記分配層を通過するように形成される、プロセス。
【請求項２】
前記分配ウエハは、前記薄膜ウエハ及び前記ノズルウエハを含むウエハスタックが構築される基板として用いられる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記薄膜ウエハに接合される前記分配ウエハの面に制限器空隙を形成するステップと、
前記制限器空隙の底部内に入るように前記制限器を形成するステップと、
を含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記薄膜ウエハが接合される側とは反対の側の前記分配ウエハの面にトレンチを形成するステップと、
前記トレンチの底面から延びるように前記制限器を形成するステップと、
を含む、請求項２又は３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記制限器の長さは、既知厚さの前記分配ウエハを提供し、該ウエハに前記トレンチ及び前記制限器空隙の少なくとも１つをエッチングして形成し、前記トレンチ及び前記制限器空隙の少なくとも１つの深さを決定するためにエッチング時間を制御することによって制御される、請求項３又は４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記薄膜ウエハの前記分配ウエハに接合される側にアクチュエータが形成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記ノズルウエハを形成するために二重ＳＯＩウエハが用いられ、前記ノズルは該二重ＳＯＩウエハの２つの絶縁体層及び該２つの絶縁体層を介在するシリコン層を通るようにエッチングすることにより形成され、前記ノズルの長さは前記２つの絶縁体層の厚さ及び間隔によって決定される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
ノズルを定義するノズル層と、該ノズルに接続される圧力室内の液体中で圧力波を生成するためのアクチュエータを薄膜上で保持する薄膜ウエハと、分配層であって、該分配層は該分配層の前記薄膜ウエハとは反対の側に形成される液体貯蔵部から前記圧力室に液体を供給するための供給線を定義する、分配層とを含み、該分配層及び該ノズル層は該薄膜層の両側に接合される液滴噴射装置であって、
前記分配層の厚さは前記薄膜層及び前記ノズル層のそれぞれの厚さよりも大きく、前記分配層の厚さは少なくとも２００μｍであり、前記液体供給線は、所定のイナータンスを定義するために所定の長さ及び所定の断面積を有する制限器を含み、該制限器は前記ノズル層を通って前記ノズル層の厚さ方向に延在するように配置される、液滴噴射装置。
。
【請求項９】
前記分配層の厚さは前記薄膜層及び前記ノズル層を組み合わせた厚さよりも大きい、請求項８に記載の液滴噴射装置。
【請求項１０】
前記ノズル層の厚さは１００ミクロン未満であり、前記薄膜層の厚さは１５０ミクロン未満であり、前記分配層の厚さは３００ミクロン以上である、請求項９に記載の液滴噴射装置。
【請求項１１】
前記制限器は、前記薄膜層が接合される前記分配層の面に形成される制限器空隙の底部の中に入り、前記制限器空隙の幅は前記制限器の幅よりも大きい、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の液滴噴射装置。
【請求項１２】
前記制限器は前記薄膜層が接合される前記分配層の側と反対の側に形成されるトレンチの底部から延在する、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の液滴噴射装置。
【請求項１３】
前記ノズルは、二重ＳＯＩウエハの２つの絶縁体層と介在するシリコン層との厚さによって前記ノズルの長さが定義されるように該２つの絶縁体層及び該介在するシリコン層を貫通する、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の液滴噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴噴射装置の製造プロセスであって、該液滴噴射装置は、該液滴噴射装置のノズルを定義するノズルウエハ（nozzle  wafer）と、該ノズルに接続される圧力室内の液体中で圧力波を生成するためのアクチュエータを薄膜上で保持する薄膜ウエハ（membrane  wafer）と、分配層（distribution  layer）を形成し、前記薄膜ウエハの反対側の分配層の側に形成される液体貯留部から前記圧力室に液体を供給するための供給線を定義する分配ウエハ（distribution  wafer）とを共に接合すること及び接合したウエハをダイシングすることにより製造されるプロセスに関する。
【０００２】
より具体的には、本発明はＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）により形成されるインクジェット装置の製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
噴射装置の必要な機能部品及び構造を効率的なプロセスで形成するために、ウエハスケールに一連の（フォト）リソグラフィステップ及び接合ステップを適用することによりウエハスタックを得て、その後にダイシングして個々の噴射装置又は一群の噴射装置を得る方法が一般的に行われている。リソグラフィステップでは、各ウエハ上に必要な構造が徐々に構築され、接合ステップはウエハを互いに積み重ねてそれらを互いに接合することによりウエハスタックを構築するのに用いられる。リソグラフィステップ及び接合ステップは交互の順番で行われ得るため、リソグラフィステップの一部が個々のウエハではなく完成したか又は未完成のウエハスタックに対して行われ得ることが分かる。
【０００４】
これらのプロセスステップを安全に且つ壊れ易い構造を破損することなく行うためには、各基板又は基板のスタックは一連のプロセスステップの間に扱われるために十分な厚さ及び機械的強度を有している必要がある。また、基板の最終的なスタックは十分な機械的強度を有している必要があるため所定の最小厚さが要求される。
【０００５】
一例として、特許文献１に記載の従来のプロセスでは、薄膜ウエハが基板として用いられる。薄膜ウエハは、様々なプロセスステップの間にハンドルとしての役割を果たすために十分な厚さを持ったシリコン層を有するＳＯＩ（シリコンオンインスレーター）ウエハから形成され得る。
【０００６】
分配ウエハは、薄膜ウエハ上のアクチュエータを保護するカバーの形成及び／又は圧力室の区画を行うことを目的とする。また、分配ウエハは、個々の圧力室に液体（例えばインク）を供給するための供給線を定義する。これらの供給線は、慎重に較正された長さ及び断面を有する通路によって形成された所謂制限器（restrictor）を含む。制限器は、圧力室内で圧力波が形成された場合に、制限器を通って供給側の方に流れが戻るのではなくノズルを通じて液体の液滴が噴出されるように液体フローシステムのイナータンスを適切に適合する役割を果たす。既知のデザインでは、分配ウエハの厚さは比較的小さく、制限器の長さ方向は分配ウエハの面と平行である。
【０００７】
特許文献２には液滴噴射装置が開示され、分配ウエハは、貯蔵部の底部を通ってウエハの面に垂直な方向に延びる供給線により圧力室に接続された液体貯蔵部を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願第１９９７６３７号明細書
【特許文献２】米国特許第７３１４２７０号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、製造プロセスの効率性及び歩留まり並びに結果物の品質を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る方法では、上記の目的を実現するために、分配層の厚さは、作製されるウエハ構造が十分な機械的強度を有するように他の２つの層のそれぞれの厚さよりも大きく、液体供給線のイナータンスを制御するために制限器が分配層の面に垂直な方向に分配層を通過するように形成されている。
【００１１】
本発明は、ノズルウエハの厚さを低減できつつも分配ウエハが製造したウエハ構造の安全な取扱いを可能にするという利点を有する。そのような安全な取扱い及び／又は結果物のウエハスタックの十分な機械的強度及び剛性を提供するための分配ウエハの好適な厚さは２００ミクロンよりも大きく、好ましくは３００ミクロンよりも大きく、より好ましくは４００ミクロンよりも大きい。
【００１２】
従来の装置では、ノズルウエハの層は、所謂フィードスルーを形成する。フィードスルーはノズルをそれらの圧力室に接続するが、その断面はノズルの断面よりも大幅に大きい。本発明によれば、ノズルウエハの厚さを低減することにより、これらのフィードスルーの長さを低減することができ、その結果として液体の流れ抵抗及びイナータンスが低減される。これによって液滴生成頻度がより高くなり、その結果インクジェット装置の生産性を高めることができる。
【００１３】
さらに、分配ウエハの厚さを大きくすることで、プリントヘッドを形成するウエハスタックの必要な機械的強度及び剛性を提供できるだけでなく供給線が制限器として機能するのに必要な好適な長さを提供することもできる。供給線は分配ウエハの貫通孔として提供され得る。任意で、制限器の長さは、貫通孔の一端又は各端にトレンチを設けることにより、音響デザイン（流れ抵抗、イナータンス、コンプライアンス）を考慮に入れた所望の長さに従って設計され得る。例えば、イナータンスＩはＩ＝ρＬ／Ａによって与えられ、１つ又は２つのトレンチを用いることで、制限器の長さＬ及び制限器の断面積Ａの所望の組み合わせを事実上自由に選択することができる。
【００１４】
分配ウエハは単層ウエハ、例えばシリコンウエハであり得るため、高い熱伝導性（例えばＳＯＩノズルウエハよりも高い）を有し、その大きな厚さのおかげで分配ウエハは熱容量も比較的高いため、印刷の間の温度条件を安定させ且つ均一にするのに役立つ。
【００１５】
本発明のより具体的な任意の特徴及びさらなる展開は従属クレームで示される。
【００１６】
一実施形態では、厚さの大きい分配ウエハが制限器がウエハの面に垂直に、即ち分配ウエハの厚さ方向に延在するよう配置されるために用いられる。これは、ノズルがより密に配置されるデザインを可能にし、その結果インクジェットプリンタの解像度をより高くすることができる。
【００１７】
ノズルウエハはもはや大きな厚さを有する必要がないため、ノズルウエハとして二重ＳＯＩウエハを用いることが有利である。二重ＳＯＩウエハはノズルの長さを高精度で制御できるようにし、それにより再現可能な液滴生成特性を確かなものにする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
例示の実施形態を図面を併用しながら説明する。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る液滴噴射装置の断面図である。
【図２】図２は、図１に示す装置の分配ウエハの処理ステップを示す。
【図３】図３は、図１に示す装置の分配ウエハの処理ステップを示す。
【図４】図４は、図１に示す装置の分配ウエハの処理ステップを示す。
【図５】図５は、装置の薄膜ウエハの処理ステップを示す。
【図６】図６は、装置の薄膜ウエハの処理ステップを示す。
【図７】図７は、装置の薄膜ウエハの処理ステップを示す。
【図８】図８は、分配ウエハと薄膜ウエハとを互いに接合するステップを示す。
【図９】図９は、分配ウエハと薄膜ウエハとにより形成されたウエハスタックのさらなる処理ステップを示す。
【図１０】図１０は、装置のノズルウエハの処理ステップを示す。
【図１１】図１１は、装置のノズルウエハの処理ステップを示す。
【図１２】図１２は、図９に示すスタックの薄膜ウエハにノズルウエハを接合することによって形成されるウエハスタックを示す。
【図１３】図１３は、ウエハスタックに対して行われる最終プロセスステップを示す。
【図１４】図１４は、ウエハスタックに対して行われる最終プロセスステップを示す。
【図１５】図１５は、複数のユニットの液滴噴射装置を得るためにウエハスタックをダイシングするステップを示す。
【図１６】図１６は、別の実施形態に係る液滴噴射装置の断面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す装置の製造ステップを示す。
【図１８】図１８は、図１６に示す装置の製造ステップを示す。
【図１９】図１９は、図１６に示す装置の製造ステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、１つの液滴噴射装置１０を示す。液滴噴射装置１０は、デザインが同一であるとともに例えばインクジェットプリントで用いられ得る共通のＭＥＭＳチップに一体化された複数の噴射装置のうちの１つである。ＭＥＭＳチップ及びそれに故に噴射装置１０は、主な層として分配層１２、薄膜層１４及びノズル層１６を含む層構造を有する。
【００２０】
分配層１２は少なくとも２００ミクロン、好ましくは３００ミクロン、より好ましくは４００ミクロンよりも大きい比較的大きな厚さを有する単一のシリコン層である。本例での厚さは４００ミクロンである。分配層１２はインク供給線１８を定義する。液体インクはインク供給線１８を通ってインク貯蔵部１９から、薄膜層１４の底部側に形成される圧力室２０に供給され得る。図１で概略的に示すインク貯蔵部１９は複数の噴射装置と共通しており、分配層の上側で分配層１２から分かれて、即ち薄膜層１４の反対側に形成されている。これには、貯蔵部を形成する空隙によって分配層１２が弱まらないという利点がある。
【００２１】
薄膜層１４は、絶縁体層２２と絶縁体層２２の両側に形成されたシリコン層２４及び２６とを有するＳＯＩウエハから得られる。本実施形態では、最終的な薄膜層１４の厚さは約７５ミクロンであり得る。圧力室２０は下側のシリコン層２６に形成される。上側のシリコン層２４と絶縁体層２２とは連続した柔軟な薄膜３０を形成する。薄膜３０は厚さが均一で、ＭＥＭＳチップの全体にわたって広がるとともにインク供給線を圧力室２０に接続するためにインク供給線１８の位置でだけ開口２８が貫通している。圧電アクチュエータ３２は圧力室２０を覆う薄膜３０の部分の上側に形成されている。アクチュエータ３２は、分配層１２の底側に形成されたアクチュエータ室３４内に収容されている。
【００２２】
電気絶縁シリコン酸化物層３６はアクチュエータ３２及びその電極をシリコン層２４から絶縁し、アクチュエータ３２の上側及び下側の電極と接触するように配置された導線３８を保持する。導線３８は露出しており、分配層１２が取り除かれた接触領域４０で接触可能である。
【００２３】
ノズル層１６は二重ＳＯＩウエハから得られ、上側シリコン層４２と、シリコン層４２よりも厚さが小さく且つ２つの絶縁体層４６及び４８の間に挟まれたシリコン層４４とを有する。本実施形態では、最終的なノズル層の厚さは約１２５ミクロンであり得る。ノズル５０は２つの絶縁体層４６及び４８並びにそれらの間に介在するシリコン層４４において形成されている。そのため、これらの３つの層の厚さはノズルの長さを定義する。ノズル層１６の上側シリコン層４２はフィードスルー（feedthrough）５２を定義する。フィードスルー５２は圧力室２０をノズル５０に接続するが、ノズル５０よりも大幅に大きい断面を有する。
【００２４】
ＭＥＭＳチップの液滴噴射装置１０は、それらのノズル５０が、例えばプリントヘッドの空間解像度を決定するノズル間の間隔が均一な１つ又は２つ以上の平行なノズル線で構成されるノズルアレイを定義するように配置される。接触領域４０内では、各導線３８は、電圧パルスの形の通電信号が各アクチュエータ３２に個々に印加され得るように、例えばバンプ５４を通じて接触できる。アクチュエータ３２の電極に電圧が印加されると、アクチュエータの圧電材料は撓みモードで変形するため、薄膜３０が撓み、その結果圧力室２０の体積が変化する。一般に、圧力室２０の体積を増やすための変形を起こさせるためにアクチュエータに電圧パルスが印加される。その結果、インクが供給線１８から吸引される。そして、電圧パルスが低下するか又は逆極性のパルスに変化すると、圧力室２０の体積が突然減少するため、音圧波が生成されて圧力室２０を通じて且つフィードスルー５２を通じてノズル５０に伝搬し、その結果としてインクの液滴がノズル５０から噴射される。
【００２５】
安定的で再現可能な液滴生成及び噴射挙動を得るために、噴射装置１０のデザインの一部の重要なパラメータを高精度で制御する必要がある。これは、とりわけノズル５０の長さ及び断面領域並びにインク供給線１８の音響特性及びフロー特性に当てはまる。
【００２６】
アクチュエータ３２が吸引ストロークを行うと、インクがインク供給線１８から吸引される一方でノズル５０内の毛管力により周囲空気がノズルを通って進入するのを防止する。そして、アクチュエータ３２の後続の圧縮ストロークの間、ノズル５０からインクを噴射させる音圧はノズル内の毛管力に加えて、液体インクの所定の粘度に起因するノズル５０内及びフィードスルー５２内で生成される摩擦力を解消しなければならない。インク供給線１８は、これらの抵抗にかかわらずインクの大半がインク供給線１８内に押し戻されるのではなくノズル５０を通じて液滴として排出されるように設計されなければならない。そのために、インク供給線１８は、吸引ストロークの間に流れる液体の慣性が圧縮ストロークの間に液体を反対方向に戻るように促す力を相殺するように所定のイナータンスを有するように設計されている。
【００２７】
インク供給線１８のイナータンスを制御するために、この供給線は制限器５６、即ち、所定長さＬ及び所定の断面積Ａを有する液体流路を形成する。液体インクの密度をρとした場合、イナータンスＩはＩ＝ρＬ／Ａによって与えられる。
【００２８】
そのため、イナータンスは理論的には断面積Ａを小さくすることによって好きなだけ大きくすることができ得る。しかしながら、これは、インクの粘度により摩擦流れ抵抗も高め得る。そのため、実際には断面積Ａを所定の下限よりも小さくすることはできない。その結果、制限器５６は必ず所定の長さＬを有する必要がある。
【００２９】
本願で提案するデザインでは、制限器５６が分散層１２にわたって垂直に延びるように配置するために厚さが比較的に大きい分散層１２が用いられる。即ち、制限器５６の長手軸は、装置の層１２、１４及び１６の面に対して垂直である。これは、層１２〜１６の面において寸法が小さい噴射装置１０のデザインを可能にする。これには、所与の直径を有する１つのウエハから多数のＭＥＭＳチップを作ることができるという利点がある。また、コンパクトなデザインによって、チップ１０内で個々の装置１０を密にパッキングできるとともに、高ノズル密度と、その結果としてプリントヘッドの高い空間解像度が可能になる。制限器５６の垂直配置の別の利点は、確立されているリソグラフィ法を用いることによって制限器の長さ及び断面積を高精度で制御できる点である。
【００３０】
図示の例では、制限器５６は分配層１２の上面及び底面にそれぞれ形成されたインク供給線１８の端部を形成するトレンチ５８と制限器空隙（restrictor  cavity）６０との間で延在する。これは、分配層１２の厚さ全体から独立して制限器５６の長さＬを選択することを可能にする。しかしながら、制限器の長さＬは、分配層１２の厚さ全体がわかっているか又は高精度で測定することができ、トレンチ５８及び制限器空隙６０の各深さをエッチングによりトレンチ及び／又は制限器空隙を形成するときにエッチング時間を制御することにより正確に決定することができるため高精度で制御できる。
【００３１】
図１に示すように、分配層１２は接合層６２によって薄膜層１４に接続されている。同様に、薄膜層１４は接合層６４によりノズル層１６に接続されている。接合層６２及び６４は接着剤の層であり、それらの物理特性は制御が困難である。しかしながら、本願で提案するデザインでは、接合層はそれらの特性が設計の重要なパラメータに影響を与えないように配置されている。
【００３２】
とりわけ、接合層６２を形成する接着剤の一部が制限器空隙６０内に押し出された場合、制限器空隙６０の幅に影響を与え得るが、幅が小さくなることは制限器空隙６０の幅全体に比べた場合取るに足らないものである。最も重要なのは、接合層６２の接着剤は制限器５６の重要な断面積Ａ又は長さＬに影響を与えないため、イナータンスを高精度で制御できることである。
【００３３】
同様に、接合層６４からフィードスルー５２内に押し出され得る接着剤は（あまり重要ではない）フィードスルーの幅に影響を与えるがノズル５０の断面積には影響を与えない。
【００３４】
上述したように、分配層１２は４００ミクロンであり、薄膜層１４及びノズル層１６は合わせて２００ミクロンの厚さであり得る。そのため、作製したウエハスタックの取り扱いを可能にする機械的強度及び剛性は分配層１２の厚さに起因するものである。なお、アクチュエータ３２の撓みの際に液滴が効率的に形成されるには剛性及び機械的強度も必要になる。十分な剛性がなければ、アクチュエータ３２は薄膜３０だけでなく潜在的にスタック全体を変形し得るため、撓みエネルギーの大幅な損失と対応する作動効率の悪化がもたらされる。また、分配層が機械的強度及び剛性を提供するため、薄膜層及びノズル層は任意の所望の厚さを有し得る。それによりデザインの自由度がより高くなり、プリントヘッドのより効率的な流体／音響デザインが潜在的にもたらされる。この場合、効率はエネルギー効率又はコスト効率又は寸法の効率又は最適化され得る任意の他の特性に関連し得る。
【００３５】
それぞれが複数の液滴噴射装置１０を含む多数のＭＥＭＳチップの製造プロセスを図２〜図１５を併用して説明する。
【００３６】
図２は、噴射装置の分配層１２を形成するための分配ウエハ１２ａの一部の断面を示す。図示の例では、分配ウエハ１２ａは全体の厚さが４００μｍのＤＳＰ（両面研磨（Double  Side  Polished））シリコンウエハである。
【００３７】
図３に示すように、マスクキング及びエッチングの既知のフォトリソグラフィ法を用いて、分配ウエハ１２ａの上面にトレンチ５８が形成され、底面に制限器空隙６０及びアクチュエータ室３４が形成される。また、図１の接触領域４０を形成するために用いられる接触室６６はウエハの底面に形成される。
【００３８】
本願で提示する簡素な例では、各ＭＥＭＳチップは一列の噴射装置１０のみで構成され（紙面に垂直な面に延在する列）、図３〜図１５は、２つの異なるＭＥＭＳチップに最終的に属する２つの隣接する噴射装置のための構造を示す。
【００３９】
そして、図４に示すように、制限器５６を形成するためにＤＲＩＥ（深堀り反応性イオンエッチング）等のエッチングプロセスが用いられる。
【００４０】
図５〜図７は、噴射装置１０の薄膜層１４を形成するための薄膜ウエハ１４ａを処理するステップを示す。
【００４１】
図５に示すように、シリコン層２４及び２６並びにこれらの間に挟まれた絶縁体層２２を有するＳＯＩウエハを提供することからプロセスはスタートする。シリコン層２４の上面に酸化物層３６が形成される。
【００４２】
そして、図６に示すように、アクチュエータ３２及び導線３８の様々な層が酸化物層３６の上面に段階的に構築される。
【００４３】
図７は、導線３８を形成する１つの又は複数の層間及び酸化物層３６及びＳＯＩウエハの最初の２つの層に亘ってエッチングすることにより薄膜３０に開口２８を形成するステップを示す。シリコンをエッチングするためのＤＲＩＥ等の周知で好適なエッチングプロセスがここでも用いられ得る。エッチングプロセスは、後のステップで圧力室２０が形成されるＳＯＩウエハの底層２６内まで続けられ得る。そのため、開口２８を形成するエッチングプロセスの深さは重要ではない。とりわけ当業者であれば分かるように、ＳｉＯ２のエッチングはＳｉエッチングに選択的であるため、シリコンにおける大幅な過剰エッチングは予期されない。
【００４４】
そして、図４に示す状態の分配ウエハ１２ａ及び図７に示す状態の薄膜ウエハ１４ａは、図８に示すように第１の接合ステップで互いに接合される。この接合ステップでは、制限器５６を開口２８に整合させるためにウエハ１２ａ及び１４ａが調整される。比較的幅広の制限器空隙６０によって、小さな整合誤差が液体供給線１８の特性に悪影響を及ぼさないようにすることが保証されるため、整合ステップが促進される。
【００４５】
図８に示す接合ステップによって、分配ウエハ１２ａ及び薄膜ウエハ１４ａを含む半完成のウエハスタック６８が得られる。分配ウエハ１２ａの厚さが大きいため、後続のプロセスステップにおいてウエハスタック６８全体を取扱うためのハンドルとして分配ウエハを用いることができる。なお、実際には、図５〜図７に示す薄膜ウエハ１４ａに追加のハンドル層を設けてもよいし、処理の間に取り扱うためにシリコン層２６が大きな厚さをしていてもよい。分配ウエハ１２ａに接合した後、そのようなハンドル層は取り除かれるか又はシリコン層２６の厚さが好適な裏面研削により低減され得る。
【００４６】
図９に示すように、分配ウエハ１２ａは薄膜ウエハ１４ａを保持する基板として用いられる一方、薄膜ウエハの底面にはエッチングプロセスが施され、各圧力室２０と対応する制限器５６との間の流体接続が確立されるまでシリコン層２６内にエッチングで圧力室２０が形成される。開口２８の外側の圧力室２０の部分では、絶縁体層２２はエッチングストップとしての役割を果たす。
【００４７】
図１０は、噴射装置１０のノズル層１６を形成するための役割を果たす二重ＳＯＩウエハ７０を示す。図１０に示す状態では、二重ＳＯＩウエハ７０は図１との関連で既に説明したシリコン層４２及び４４並びに絶縁体層４６及び４８を有するとともに絶縁体層４８の底面側に別のシリコン層７２を有する。
【００４８】
図１１に示すように、上側シリコン層４２に対してエッチングプロセスが施されフィードスルー５２が形成される。このプロセスでは、上側絶縁体層４６はエッチングストップとしての役割を果たす。二重ＳＯＩウエハ７０の様々な層のうち、下側シリコン層７２が最も大きい厚さを有する。したがって、この層は図１１のエッチングプロセスが行われる間にウエハを取り扱うためのハンドルとしての役割を果たし得る。しかしながら、二重ＳＯＩウエハ７０の厚さ全体は依然として分配ウエハ１２ａの厚さ全体よりも小さい。とりわけ、ウエハの上側シリコン層４２の厚さは例えば７０μｍと比較的小さく、それに対応して長さ及びフロー抵抗が小さいフィードスルー５２が得られる。
【００４９】
図１２は、分配ウエハ１２ａを基板として用いて図１１に示す状態の二重ＳＯＩウエハ７０を薄膜ウエハ１４ａの表面に接合することにより分配ウエハ１２ａ、薄膜ウエハ１４ａ及び二重ＳＯＩウエハ７０で構成される完全なウエハスタック７４を得る第２の接合ステップを示す。この第２の接合ステップでは、フィードスルー５２を圧力室２０と整合させるために二重ＳＯＩウエハ７０が調整される。ここでも、フィードスルー５２の幅が比較的大きいことにより整合プロセスが促進される。何故なら、液体フローシステムのフロー特性及び音響特性を大きく変えることなく特定の整合許容度が可能になるからである。
【００５０】
そして、ウエハスタック７４が分配ウエハ１２ａで支持及び保持される間に、二重ＳＯＩウエハ７０の下側シリコン層７２に研削又はエッチングが施され、二重ＳＯＩウエハが図１３に示すノズルウエハ１６ａに変わり、最終的なプリントヘッドチップの厚さが定義される。
【００５１】
二重ＳＯＩウエハ７０はウエハスタック７４を構築するための基板としての役割を果たす必要がないため、シリコン層７２の厚さを比較的小さくできるため、図１３に示す状態のウエハスタック７４を得るために必要なエッチング又は研削プロセスの効率が高まる。
【００５２】
そして、図１４に示すように、分配ウエハ１２ａは、ノズルウエハ１６ａに別のエッチングプロセスを行い先の二重ＳＯＩウエハの２つの絶縁体層及び介在シリコン層をエッチングすることによりノズル５０を形成するために再びハンドル又は基板として用いられる。このプロセスでは、ノズル５０の長さは二重ＳＯＩウエハの対応する層の厚さによって決まるためエッチング時間の正確な制御は要求されない。
【００５３】
図１５に示す最後のダイシングステップでは、ウエハスタック７４は、それぞれが一列の液滴噴射装置１０を含む複数のＭＥＭＳチップ７６に分割される。図１４に示すように、スタック接触室６６の一端の位置で３つのウエハ全てに対して主ダイシング切断Ｃ１が行われ、接触室６６の他端の位置で分配ウエハ１２ａだけに対して補助ダイシング切断Ｃ２が行われることにより、アクチュエータに電気接触するための接触領域４０（図１）が形成される。
【００５４】
図１６は、本発明の別の実施形態に係る液滴噴射装置１０’を示す。液滴噴射装置１０’の主な構成要素は図１に示す噴射装置１０のものと同じである。そのため、同じ機能及び同じ一般デザインの構成要素には図１と同じ参照符号を印す。
【００５５】
図１６に示す装置１０’と図１に示す装置１０との主な違いは、アクチュエータ３２が下向きの状態で薄膜層１４がノズル層１６に接合されている点である。そのため、アクチュエータは、ノズル層１６の上側シリコン層に形成されているアクチュエータ室３４’内に収容されている。図１の実施形態のように、薄膜層１４はＳＯＩウエハから得られるが、ウエハは、酸化物層３６がノズル層１６に対向し且つ接合され、圧力室２０は薄膜層１４の上側のシリコン層に形成されるようにウエハが引っ繰り返されている。
【００５６】
分配層１２はトレンチ５８及び制限器５６を有するが、制限器５６は、圧力室２０の端部からわずかにずれた位置で圧力室２０に直接接続されている。そのため、接合層６２は制限器の幅に影響を与えない。制限器５６の底端にある制限器空隙６０（図１）は本例では分配されている（dispensed）。
【００５７】
薄膜層１４は、アクチュエータ室３４’と同じノズル層１６のシリコン層に形成されている段状のフィードスルー５２’に圧力室２０の出口端を接続するための開口２８’を形成する。
【００５８】
アクチュエータ３２を電気的に接続するための導線は薄膜層１４の底面側に形成されているため、接触領域４０も、ノズル層１６の一部を取り除くことにより装置の底面側に形成されている。
【００５９】
ここでも、ノズル層１６は上述した図１の実施形態の場合と同様の又は同じ厚さを有する、フィードスルー５２’及びアクチュエータ室３４’が形成される二重ＳＯＩウエハから得られ得る。フィードスルー５２’の長さが図１の場合よりも大きいことは、上部の幅が長いフィードスルーの段状構成によって補償される。これは、薄膜層１４における開口２８’に対するノズル層１６の整合を促進する。
【００６０】
ウエハスケールに装置１０’を製造するための製造プロセスの一般的なステップを図１７〜図１９に示す。
【００６１】
図１７に示すように、分配ウエハ１２ａは、ウエハスタックの他の全ての構成要素が徐々に構築される基板として用いられる。トレンチ５８及び制限器５６はエッチングによって形成される。なお、図１７〜図１９では図１６と比較して上下方向が逆になっている。
【００６２】
図１８では、薄膜ウエハ１４ａは分配ウエハ１２ａに接合されている。圧力室２０及び開口２８’は薄膜層に既に形成されているが、このウエハはまだアクチュエータ３２を保持していない。アクチュエータ３２は、図１９に示すように薄膜ウエハ１４ａが分配ウエハ１２ａに接合された後に薄膜ウエハ１４ａの上面に続けて構築される。別の実施形態では、アクチュエータ３２は、薄膜ウエハ１４ａが分配ウエハ１２ａに接合される前に薄膜ウエハ１４ａに設けられ得る。
【００６３】
本実施形態では、アクチュエータ３２を形成するためのフォトリソグラフィステップは、分配ウエハ１２ａの高い熱容量及び良好は熱伝導性の恩恵を受け得る。
【００６４】
図示しない最後のステップでは、（図１６でノズル層１６を形成する）ノズルウエハを薄膜ウエハ１４ａに接合することによってウエハスタックが完成する。ここでも、ノズル５０は最後のエッチングステップにより形成され、該エッチングステップでは分配層１２ａはウエハスタックを取り扱うためのハンドルとして用いられる。
【００６５】
本発明に係る方法に従ったプロセスの間に、比較的厚い分配ウエハを基板として用いることの利点にも関わらず、本発明に係るプリントヘッドは異なったやり方で製造され得る。例えば、先ず、上述した薄膜ハンドル層を用いて薄膜ウエハが準備され得る。そして、ノズルハンドル層を有するノズルウエハが準備され得る。ノズルウエハ及び薄膜ウエハが接合され、薄膜ハンドル層が当該技術分野で既知の裏面研削又はエッチングにより取り除かれ得る。そして、分配ウエハはノズルウエハ及び薄膜ウエハのスタックに接合され、その後にノズルハンドル層が取り除かれ、機械的強度及び剛性を提供するための基板層としての厚い分配層が残る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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