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JP2018158404A - 基板の剥離方法 - Google Patents

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JP2018158404A
JP2018158404A JP2017056228A JP2017056228A JP2018158404A JP 2018158404 A JP2018158404 A JP 2018158404A JP 2017056228 A JP2017056228 A JP 2017056228A JP 2017056228 A JP2017056228 A JP 2017056228A JP 2018158404 A JP2018158404 A JP 2018158404A
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泰人 小寺
Yasuhito Kodera
泰人 小寺
関口 弘隆
Hirotaka Sekiguchi
弘隆 関口
鈴木 敏夫
Toshio Suzuki
敏夫 鈴木
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Abstract

【課題】作業効率を向上させつつ、支持基板を剥離する工程で発生するウエハの破損、割れを抑制する基板の剥離方法を提供する。【解決手段】第1の基板4の第1の面と、第2の基板2を、接着部材5を介して貼り合わせる第1の貼り合わせ工程と、第2の基板に、接続された複数の第3の基板1を形成する基板形成工程と、第1の基板の少なくとも一方の面が溝で分割されるように、第1の基板を加工する加工工程と、溝が形成された第1の基板と接着部材とを、第1の面と反対の第2の面が内側になるように曲げながら、複数の第3の基板が形成された第2の基板から剥離する剥離工程と、を有する。【選択図】図6

Description

本発明は、MEMS(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS)技術を用いて、ウエハを積層して複数の積層素子を製造する際に用いられる基板の剥離方法に関する。
近年の電子デバイスの小型化に伴い、MEMS技術を用いた電子デバイスの技術開発が盛んに行われている。中でも接合技術、研削研磨技術を用いた積層構造を有するものは多く開発されており、液体を吐出する液体吐出ヘッド等において、圧電素子によって容積が膨張収縮する圧力室から液体を吐出する技術に用いられている。このような液体吐出ヘッドの多くは、圧電素子部と、圧力室隔壁を有するウエハ基板と、吐出口を有する吐出口ウエハ基板と、を接合して積層する構造を有している。そして、このような積層素子の製造方法では、ウエハを研削研磨して薄く加工する工程が多用されており、薄板加工後のウエハのハンドリングの困難さを補うため、支持基板にウエハを貼り付けて製造することが行われている。
特許文献1には、ウエハを支持基板に貼り付け、加工、接合を行い、後工程でウエハを支持基板から剥がすことが記載されている。また、特許文献2には、ウエハと支持基板とを接合した状態で加工を行い、ダイシングでウエハを切削して切り出し、チップ化してから支持基板を除去することが記載されている。
特開2008−94018号公報 特開2009−238781号公報
特許文献1では、ウエハを支持基板から剥がす際に、UVを照射してウエハと支持基板との接着力を低下させてから剥がすことが記載されている。しかし、ウエハと支持基板とは、気泡なく貼り合わされ密着しているため、剛性が高い支持基板をウエハから剥がす際に生じる力がウエハに掛りウエハが割れることがある。
また特許文献2のように、チップ化してから支持基板を除去する場合、小片化されたチップのエッジ部等を保持しながらの作業となるため作業が困難であり、割れが発生し易く、チップ個別に剥離工程を行うため工数が増大するという課題がある。
よって本発明は、作業効率を向上させつつ、支持基板を剥離する工程で発生するウエハの破損、割れを抑制する基板の剥離方法を提供することを目的とする。
そのため本発明の基板の剥離方法は、第1の基板の第1の面と、第2の基板を、接着部材を介して貼り合わせる第1の貼り合わせ工程と、前記第2の基板に、接続された複数の第3の基板を形成する基板形成工程と、前記第1の基板の少なくとも一方の面が溝で分割されるように、前記第1の基板を加工する加工工程と、溝が形成された前記第1の基板と前記接着部材とを、前記第1の面と反対の第2の面が内側になるように曲げながら、複数の前記第3の基板が形成された前記第2の基板から剥離する剥離工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、作業効率を向上させつつ、支持基板を剥がす工程で発生する剥離力を低減し、薄いウエハの破損、割れを抑制する基板の剥離方法を実現することができる。
液体吐出ヘッド要部の概略構成を示す断面図である。 流路基板の加工工程を順に示す断面図である。 吐出口基板の加工工程を示す断面図である。 接合工程を示す断面図である。 支持基板加工を示す平面図及び断面図である。 支持基板剥離工程を示す図である。 支持基板を示す平面図である。 支持基板加工及び支持基板剥離工程を示す断面図である。 支持基板加工及び支持基板剥離工程を示す断面図である。 支持基板加工及び支持基板剥離工程を示す断面図である。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
(流路基板)
図1は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド要部の概略構成を示す断面図である。液体吐出ヘッドにおける液体の吐出部は、流路基板1と吐出口基板2とが貼り合わされて形成されており、流路基板1の表面には、圧電アクチュエータのPZT圧電体10と、下部電極11と、上部電極12とを備えている。また、流路基板1における吐出口基板2が貼り合わされる側である裏面には、液室13の一部が形成されており、吐出口基板2と貼り合わせることで液室13が形成される。吐出口基板2には、液室13と対応する位置に吐出口14が設けられている。このように構成された流路基板の下部電極11と上部電極12とに電圧が印加されることで、PZT圧電体10が変形して液室13の容積が変化し、液室13に充填されている液体を吐出口14から吐出することができる。
図2(a)から(e)は、本実施形態の流路基板1の加工工程を順に示す断面図である。流路基板1を形成するにあたり、まず図2(a)に示すような、厚さ625μm直径150mmの6インチSiウエハ30を準備する。その後、図2(b)のように、Siウエハ30の一方の面に、振動板15、下部電極11、PZT圧電体10、上部電極12を順次形成する。振動板15には、LP−CVD(Low pressure chemical vapor deposition method)を用いて、Siウエハ30の第1面にSiN膜を0.8μm成膜する。続いてSiN薄膜からなる振動板15上に、PZT圧電体10に電圧を印加する下部電極11を形成する。下部電極11は、厚さ0.01μmのTiおよび厚さ0.15μmのPtをこの順に成膜することで形成される。
更に、PZT圧電体10として厚さ2.0μmのPZTをゾルゲル法により成膜し、700℃20分の焼成を行い結晶化させる。さらにPZT圧電体10に電圧を印加する上部電極12を成膜する。上部電極12は、厚さ0.01μmのTiおよび厚さ0.15μmのAuをこの順に成膜した。その後、図2(c)に示すように上部電極12、PZT圧電体10、下部電極11の順にエッチングでパターニングを行う。この結果、振動板15上には、下部電極11、PZT圧電体10、上部電極12で構成される圧力発生手段となる圧電アクチュエータが形成される。次に、図2(d)に示すように、Siウエハ30における圧電アクチュエータ部の反対面を研削及び研磨加工により厚さ100μmまで薄膜化する。この加工方法は、バックグラインダ、CMP法が適用可能である。その後、図2(e)に示すように、Siウエハ30の研削した面に、液室13の一部となる凹部と、液体の供給用の貫通孔(不示図)とをシリコン深堀加工deep−RIE法で形成する。
(吐出口基板)
図3(a)から(h)は、本実施形態における吐出口基板2の加工工程を示す断面図である。吐出口基板2を形成するにあたり、まず図3(a)に示すような、第1のシリコン層21と第2のシリコン層22との間に、第1の酸化シリコン膜23を有するSOI(Silicon on Insulator)基板3を準備する。本実施形態では、第1の酸化シリコン膜23の厚さを0.5μm、第1のシリコン層21の厚さが10μm、第2のシリコン層22の厚さが厚さ625μm、直径150mmの6インチSOI基板3を用いる。その後、図3(b)に示すように、第1のシリコン層21を最終的に吐出口基板2とし、第1のシリコン層21の表面側が吐出面側になる様に吐出口14の加工を行う。ここで、吐出口14の直径はΦ20μmで、第1のシリコン層21表面上にレジストパターンを形成し、シリコン深堀加工deep−RIE法で第1のシリコン層21に孔加工を行う。引き続き第1の酸化シリコン膜23をドライエッチングしレジストを剥離する。
その後、図3(c)に示すように、吐出口加工面に、第1の耐インク保護膜24、25を形成する。本実施形態では、酸化シリコン層を熱酸化プロセスにより厚さ0.2μm形成した。これにより吐出口底及び側壁にも酸化シリコン層が形成される。次に図3(d)に示すように、耐インク保護膜上に撥水膜26を形成する。撥水膜26は、フッ素原子を含有した化合物をスピンコータ、ディッピング、真空蒸着等の成膜方法で形成する。本実施形態では、真空蒸着法でフッ素含有膜を形成した。この時吐出口内部へも化合物が回り込んで撥水膜26が形成される。
次に、図3(e)に示すように、撥水膜26を形成した面に支持基板4であるガラスを貼り付ける。支持基板4のガラスは厚さ525μmで、接着部材として厚さ100μmのポリエステルフィルム基材シートの両面に粘着層(不示図)を有する両面テープ5を使用し、真空中で貼り合わせた。本実施形態では、両面テープ5に日東電工株式会社製のリバアルファ両面テープを使用した。両面の粘着材含めた両面テープの総厚は、158μmである。
次に図3(f)に示すように、SOI基板3のハンドル層である第2のシリコン層22を除去する。除去方法は、支持基板4側を固定してグラインダで第2のシリコン層22を約500μm削り、その後第1のシリコン層21をストップ層として残りのシリコン層をドライエッチングで除去した。この工程後、吐出口基板2は、厚さ約10μm程度の薄い状態となるが、支持基板4と貼り合わされているためハンドリング性に問題はなく、破損の危険性も低く加工することができる。ここまで加工した状態では、図3(c)で形成した第1の耐インク保護膜が吐出口底部に残留しており、吐出口14は未貫通状態である。その後、図3(g)に示すように、吐出口底部の耐インク保護膜及び撥水膜を除去し、吐出口を貫通させる。耐インク保護膜の除去には、異方性ドライエッチングを用いた。
次に、図3(h)に示すように、吐出口内に回り込んだ撥水膜を除去する。除去方法は、貫通開口した面からO2プラズマ処理を行い、吐出口側壁の撥水膜を分解除去する。
(接合)
図4は、本実施形態における接合工程を示す断面図である。吐出口基板2が支持基板4に貼り合わされた状態で、吐出口基板2の吐出口が開口している面に、圧電アクチュエータ及び液室13の一部と液体供給用の貫通孔とが形成された流路基板1を接合する。図4に示すように、流路基板1の液室側の凸部に接着剤(不示図)を塗布して、吐出口基板2と位置合せし、荷重をかけながら加熱して、接着剤を硬化させて接合した。これにより支持基板4が貼り合わされた状態の吐出口基板2と流路基板1と、が接合された積層基板となる。これによって積層基板は、後工程で分割されることになるチップが、接続された状態で複数形成(基板形成)された積層基板となる。
(支持基板加工)
図5は、本実施形態における支持基板加工を示す平面図及び断面図である。積層基板が形成されると、次に、支持基板4をブレードダイサを用いて分断加工する。積層基板の流路基板1側の面とダイシングテープ27とを接合し、支持基板4側をブレードダイサで短冊状にカットする。その際、ブレードは、幅100μmで、ブレードの下端を支持基板4の下に配置されている両面テープ5のポリエステルフィルム基材を分断しない高さに調整して、図5(a)に示すようにピッチ1mmの間隔で短冊状に支持基板4をカットする。つまり、この状態では支持基板4は、短冊状に分断されているが、両面テープ5のポリエステルフィルム基材は分断されておらず積層基板全体と繋がった状態である。
(支持基板剥離)
図6(a)、(b)は、本実施形態における支持基板剥離工程を示す図である。分断加工後に、支持基板4及び接着部材である両面テープ5を吐出口基板2から剥離する。先の分断加工時に使用したダイシングテープ27に積層基板を貼り付けた状態で固定し、図6(a)、(b)に示すように、積層基板の端部の両面テープ5と吐出口基板2とを機械的に剥がす。その際、支持基板4を短冊状に分断した方向と略直交した方向に両面テープ5を内側に曲げながら引張ることで、吐出口基板2の表面から両面テープ5の粘着面を剥離する。
支持基板4を短冊状に分断したことで、両面テープ5を曲げることが可能となり、図6(b)に示すような剥離が可能となった。このように両面テープ5を曲げながら吐出口基板2から剥離することで、剥離時に両面テープ5から吐出口基板2にかかる力であり、吐出口基板2の割れに大きく寄与すると考えられる引張り力を低減することができる。以下、なぜ吐出口基板2にかかる引張り力を低減することができるのかを説明する。
まず、支持基板4に剛性があり、両面テープを曲げずに吐出口基板から剥離する場合について説明する。この場合、剥離を開始してから剥離完了までの間、吐出口基板の表面には継続的に両面テープから引張り力が加えられる。この引張り力は、吐出口基板の表面にほぼ垂直に作用する力であり、吐出口基板の表面全体に均等に引張り力が加えられていれば吐出口基板が割れることは無い。しかし、吐出口基板の表面における引張り力のバランスが悪くなり、吐出口基板に曲げを生じさせる状態で継続的に引張り力が加えられると、吐出口基板は容易に割れてしまう。そして、剥離時に吐出口基板の表面全体にかかる引張り力を均等に保ちつつ剥離を完了するのは困難であり、剥離完了までの間に引張り力の不均等な状態が継続的に生じると吐出口基板に割れが生じることになる。
これに対し、両面テープ5を曲げながら吐出口基板2から剥離する場合には、両面テープ5から吐出口基板2の一部分に対して瞬間的な引張り力とせん断力とが加えられる。引張り力は、吐出口基板2の表面にほぼ垂直に作用する力であり、せん断力は、吐出口基板2の表面とほぼ平行に作用する力である。一般的にせん断力が作用すると、接着面全体が一様な応力を受けることになり、引張り力と比較して、薄板に作用しても割れが生じにくい。
そして、吐出口基板2からの剥離時には、両面テープ5を剥がし始める吐出口基板2の一方の端部から他方の端部へ、瞬間的な剥離力(引張り力とせん断力)が作用する部分が移動しながら剥離される。吐出口基板2に作用する剥離力は、引張り力とせん断力とに分けられることから、その引張り力は、両面テープ5を曲げずに吐出口基板2から剥離する場合よりも弱いものとなる。更に、力の作用する部分が移動しながら剥離されるため、吐出口基板2の任意の一部分に引張り力が継続的作用することがない。そのため、両面テープ5を曲げずに吐出口基板2から剥離する場合と比較して、剥離時の吐出口基板2の割れの発生を抑制することができる。
また、両面テープ5のポリエステルフィルム基材は分断されておらず、積層基板全体と繋がっているので、一度の剥離で、積層基板に形成された複数のチップから連続して剥離することができる。
(チップ分割)
その後、支持基板4に溝を形成する際に用いたものと同じブレードダイサを用いて、個々のチップに分割することで液体吐出ヘッドが完成する。
なお、本実施形態では、断面が矩形状の溝を支持基板に形成したがこれに限定するものでなく、断面が三角形の楔状の溝でもよい。
このように、支持基板4に溝を形成して、支持基板4と両面テープ5とを曲げながら吐出口基板2から剥離する。これによって、剥離時における吐出口基板2に掛る引張り応力を低減することができる。その結果、薄く脆い吐出口基板2の破損、及び流路基板1との接着部の剥れ等なく支持基板4を剥離することができた。また両面テープ5のポリエステルフィルム基材を分断していないため、連続して剥離することで、一度の剥離作業で積層体全体の剥離ができ作業性効率が向上した。
(第2の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図7は、本実施形態における支持基板4を示す平面図である。本実施形態では、支持基板4を図7のように格子状に分断した。両面テープ5のポリエステルフィルム基材は、第1の実施形態と同様に分断されておらず、基板全体と繋がった状態である。
このように、支持基板4を格子状に分断して、支持基板4と両面テープ5とを曲げながら吐出口基板2から剥離する。これによって、剥離時における吐出口基板2に掛る引張り応力を低減することができる。その結果、薄く脆い吐出口基板2の破損、及び流路基板1との接着部の剥れ等なく支持基板4を剥離することができた。また両面テープ5のポリエステルフィルム基材を分断していないため、連続して剥離することで、一度の剥離作業で積層体全体の剥離ができ作業性効率が向上した。
(第3の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図8(a)、(b)は、本実施形態における支持基板加工及び支持基板剥離工程を示す断面図である。本実施形態では、支持基板4を分断せず図8(a)のように(一体の状態で)溝加工(溝形成)を施した。使用したブレードは、幅100μmで、支持基板4の厚さ525μm対して溝深さが425μmになる様にブレードの下端を調整し、ピッチ1mmの間隔で短冊状に加工した。つまり各短冊は、支持基板4の底部の100μmと、両面テープ5のポリエステルフィルム基材で繋がっている。
このように支持基板4に溝を形成して、支持基板4と両面テープ5とを曲げながら吐出口基板2から剥離する。これによって、溝を形成していない支持基板に比べて剛性が低く、両面テープ5に追随して曲げることが可能となり、剥離時における吐出口基板2に掛る引張り応力を低減することができる。その結果、薄く脆い吐出口基板2の破損、及び流路基板1との接着部の剥れ等なく支持基板4を剥離することができた。また両面テープ5のポリエステルフィルム基材を分断していないため、連続して剥離することで、一度の剥離作業で積層体全体の剥離ができ作業性効率が向上した。
(第4の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第4の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図9(a)から(c)は、本実施形態における支持基板加工及び支持基板剥離工程を示す断面図である。本実施形態における支持基板4は、第3の実施形態と同様に溝加工したものであるが、溝加工するタイミングが第3の実施形態とは異なる。第3の実施形態では、第1の実施形態と同様に撥水膜26を形成した吐出口基板2に支持基板4を貼り付けてから溝加工を行ったが、本実施形態では、支持基板4に溝加工を施してから吐出口基板2に支持基板4を貼り付ける。
図9(a)に示すように、単体の支持基板4に、ブレードダイサを用いて幅100μm、深さ425μm、ピッチ1mmで溝加工を行った。その後、図9(b)に示すように、支持基板4の溝加工を行っていない面と吐出口基板2の撥水膜形成面とを第1の実施形態と同様に、両面テープ5を介して貼り合わせた。そして、ハンドル層の除去、吐出口底部の耐インク保護膜及び撥水膜の除去を行い、図9(c)のように、吐出口基板2と流路基板1との接合を行った。
このように、吐出口基板2に貼り付け前の支持基板4に溝を形成し、その後、吐出口基板2に貼り付ける。これによって、溝の無い状態の支持基板に比べて剛性が低く、両面テープ5に追随して曲げることが可能となり、剥離時における吐出口基板2に掛る引張り応力を低減することができる。その結果、薄く脆い吐出口基板2の破損、及び流路基板1との接着部の剥れ等なく支持基板4を剥離することができた。また両面テープ5のポリエステルフィルム基材を分断していないため、連続して剥離することで、一度の剥離作業で積層体全体の剥離ができ作業性効率が向上した。
(第5の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第5の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図10(a)から(c)は、本実施形態における支持基板加工及び支持基板剥離工程を示す断面図である。本実施形態では、支持基板4に溝加工するまでは、第4に実施形態と同様である(図10(a))。支持基板4に溝加工を行った後、図10(b)に示すように、支持基板4の溝加工を行った面と吐出口基板2の撥水膜形成面とを第1の実施形態と同様に、両面テープ5を介して貼り合わせる。そして、ハンドル層の除去、吐出口底部の耐インク保護膜及び撥水膜の除去を行い、図10(c)のように、吐出口基板2と流路基板1との接合を行った。その後、支持基板4の貼り合わせた面とは反対側の面(溝を形成していない面)から支持基板4を薄く加工して溝を表出させる。この加工には、例えば、研削、研磨、エッチングなどが用いられる。この状態は、前述した図5に示す状態とほぼ同じである。その後は第1の実施形態と同様に処理した。
このように、吐出口基板2に貼り付け前の支持基板4に溝を形成して、支持基板4の溝を形成した面を吐出口基板2に貼り付け、その後、支持基板4を加工して溝を表出させる。これによって、剥離時における吐出口基板2に掛る引張り応力を低減することができる。その結果、薄く脆い吐出口基板2の破損、及び流路基板1との接着部の剥れ等なく支持基板4を剥離することができた。また両面テープ5のポリエステルフィルム基材を分断していないため、連続して剥離することで、一度の剥離作業で積層体全体の剥離ができ作業性効率が向上した。
1 流路基板
2 吐出口基板
3 SOI基板
4 支持基板
5 両面テープ

Claims (13)

  1. 第1の基板の第1の面と、第2の基板を、接着部材を介して貼り合わせる第1の貼り合わせ工程と、
    前記第2の基板に、接続された複数の第3の基板を形成する基板形成工程と、
    前記第1の基板の少なくとも一方の面が溝で分割されるように、前記第1の基板を加工する加工工程と、
    溝が形成された前記第1の基板と前記接着部材とを、前記第1の面と反対の第2の面が内側になるように曲げながら、複数の前記第3の基板が形成された前記第2の基板から剥離する剥離工程と、を有することを特徴とする基板の剥離方法。
  2. 前記第1の基板は、前記加工工程の後、複数に分割されていることを特徴とする請求項1に記載の基板の剥離方法。
  3. 前記加工工程では、前記第1の基板を格子状に分割することを特徴とする請求項2に記載の基板の剥離方法。
  4. 前記第1の基板は、前記加工工程の後も一体であることを特徴とする請求項1に記載の基板の剥離方法。
  5. 前記加工工程は、前記第1の貼り合わせ工程の後に実施されることを特徴とする請求項4に記載の基板の剥離方法。
  6. 前記加工工程は、前記第1の貼り合わせ工程の前に実施されることを特徴とする請求項4に記載の基板の剥離方法。
  7. 前記加工工程は、前記第1の貼り合わせ工程の後に実施されることを特徴とする請求項2に記載の基板の剥離方法。
  8. 前記第1の貼り合わせ工程の前に、前記第1の基板に溝を形成する溝形成工程を実施することを特徴とする請求項7に記載の基板の剥離方法。
  9. 前記基板形成工程は、前記第1の貼り合わせ工程の後に、前記第2の基板を削って厚さを薄くする削り工程を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の基板の剥離方法。
  10. 前記基板形成工程は、前記削り工程の後に、前記第2の基板に、圧電アクチュエータを備えた第4の基板を貼り合わせる第2の貼り合わせ工程を含むことを特徴とする請求項9に記載の基板の剥離方法。
  11. 前記剥離工程は、前記第2の貼り合わせ工程の後に実施されることを特徴とする請求項10に記載の基板の剥離方法。
  12. 前記接着部材は、基材シートの両面に粘着層が形成された両面テープであることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の基板の剥離方法。
  13. 第1の基板の第1の面と、第2の基板を、接着部材を介して貼り合わせる第1の貼り合わせ工程と、
    前記第1の基板の少なくとも一方の面が溝で分割されるように、前記第1の基板を加工する加工工程と、
    溝が形成された前記第1の基板と前記接着部材とを、前記第1の面と反対の第2の面が内側になるように曲げながら、複数の接続された第3の基板が形成された前記第2の基板から剥離する剥離工程と、を有することを特徴とする基板の剥離方法。
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