JP2006281679A - 液体吐出ヘッドの製造方法および液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハから吐出素子チップを切り出すダイシングにおいて、ダイシングテープから粘着粒子が発生するのを防ぐ。
【解決手段】ウエハ１上に吐出口等を有する樹脂層７からなる吐出素子チップ１ａを形成し、切断ライン９に沿ってウエハ１をダイシングブレード５２によって切断する工程の前に、ウエハ裏面に被覆層１０を設け、切断ライン９に対応するように被覆層１０をパターニングして凹所１１を形成しておく。ダイシングブレード５２の切り込み量を、刃先がウエハ裏面の凹所１１内に位置し、かつダイシングテープ５１に切り込まないように制御することで、ダイシングテープ５１から粘着粒子が発生するのを防ぎ、しかも吐出素子チップ裏面にバリ等が発生することのない高精度なダイシングを行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等液体吐出方式の記録装置に用いる液体吐出ヘッドの製造方法および液体吐出ヘッドに関するものである。

インクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドの吐出部を構成する吐出素子チップは、半導体製造プロセスと同様の製造方法で製造されている。つまり、φ３〜φ８インチ程度のウエハに、フォトリソグラフィ技術を用いた薄膜プロセスにより吐出口部や吐出圧発生素子等のパターンを、数十から数百個単位で形成した後、それぞれを切り離して個々のチップにする。このときのウエハの切断方法として、先端の鋭利なダイヤモンドでウエハにスクラッチを入れた後、ウエハに曲げ力や引張力を加えて割るという方法があるが、寸法精度が非常に悪く、チッピングの発生も多いため、制御が極めて困難である。

そのほかに、特許文献１に開示された方法では、ウエハをサンドエロージョンで切断する方法が提案されているが、この方法では、ウエハの両面に、ドライフィルムを貼り、サンドエロージョンが施されるので、ウエハに吐出口等を形成した後、切断を行うと、吐出口面の撥水性の低下等が懸念される。加えて、ウエハから切り出される吐出素子チップに関しては、高度の寸法精度が要求されるだけではなく、チッピングの発生を極力防止することが必要であるため、前述の切断工程では、ダイシングブレードを用いることが提案されている。例えば、図１０に示すように、ウエハ１０１に一体的に作り込まれた複数の吐出素子チップ１０１ａを切断ライン１０９に沿って切断し、各チップに分離する工程において、ウエハ１０１をダイシングテープ１５１の粘着面にマウントし、回転するダイシングブレード１５２を切断ライン１０９に沿って移動させる。
特開平８−２８１９５４号公報

しかしながら、ダイシングブレードによる切断作業においては、ウエハ自体が高硬度の難加工性材料であるから、ダイシングブレードは、硬度を上げるためのダイヤモンド等が含まれている。従って高価なため、１枚のブレードで、多数のウエハを切断することが望まれる。さらに、１枚のウエハから多数のチップを分離するため、かなりの回数の切断が行われる。

すなわち、図１０に示すダイシングブレード１５２の先端は、切断の繰り返しにより磨耗し、その先端が、丸味を帯びてくる。このとき、図１０の（ｂ）に示すように、ダイシングブレード１５２のウエハ１０１への切り込み量が、ウエハ１０１の裏面ギリギリの深さであった場合、各チップの裏面部を所望のサイズで切断することができず、さらに、切断されなかった部分がバリとなり、ゴミ発生による不良の一因となる。そこで、図１０の（ｃ）に示すように、ダイシングブレード１５２のウエハ１０１への切り込み量を、ウエハ１０１の裏面より数十μｍ深い位置に設定する必要がある。このとき、ウエハ１０１を固定しているダイシングテープ１５１もウエハ１０１と同時に切断され、その時に切削されたダイシングテープ１５１が細かく飛散し、ウエハ１０１の表面に散布され、一部が、吐出素子チップ１０１ａの吐出口近傍に付着して性能不良の一因となった。特に、ダイシングテープ１５１から発する微粒は粘着力を有するため、後工程でのウエハ表面の洗浄でとれにくいものであった。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、ウエハ切断時に発生するバリによる形状劣化や、ダイシングテープから発生する粘着粒子付着による吐出性能の不良等を防ぐことができる液体吐出ヘッドの製造方法および液体吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、吐出圧発生素子を有する吐出素子チップを備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、ウエハ上に複数の吐出素子チップを形成する工程と、複数の吐出素子チップの間の切断ラインに対応するように、ウエハの裏面に凹所を形成する工程と、ウエハの裏面側をダイシングテープにマウントする工程と、ダイシングテープにマウントしたウエハを、切断ラインに沿ってダイシングブレードによって切断する切断工程と、を有し、前記切断工程において、ダイシングブレードがウエハの裏面側の凹所に突出するまで切り込むとともに、刃先がダイシングテープに到達しないように切り込み量を制御することを特徴とする。

ダイシングブレードによってウエハを切断する工程で、ダイシングブレードの刃先がウエハの裏面側の凹所内にとどまり、裏面に接着されたダイシングテープには達しないように切り込み量を制御することで、ウエハを切り残すことなく、チップ間を完全にダイシングによって分割するとともに、粘着性を有するダイシングテープにダイシングブレードが切り込むのを防ぐことができる。これによって、吐出素子チップを高精度で切り出すとともに、ダイシングテープから発生する粘着粒子による吐出不良を低減することができる。

図１に示すように、ウエハ１に一体的に作り込まれた複数の吐出素子チップ１ａを切断ライン９に沿って切断し、各チップに分離する工程において、ウエハ１をダイシングテープ５１の粘着面にマウントし、回転するダイシングブレード５２を切断ライン９に沿って移動させる。

ウエハ１の裏面には被覆層１０が被着されており、この被覆層１０を、切断ライン９およびインク供給口５に対応するようにパターニングすることで、凹所１１および開口１２が形成される。ダイシングブレード５２による切断時には、ダイシングブレード５２の刃先が、ウエハ１の凹所１１の底面とウエハ裏面の間に位置するように切り込み量を制御する。すなわち、ウエハ１を切り残すことなく各チップを完全に分離するとともに、ダイシングテープ５１の粘着面にダイシングブレード５２の刃先が到達することのないように切り込み量を制御する。

凹所１１の深さＴは、ダイシングブレードのブレード厚をＴｂとしたとき、Ｔ ＞ Ｔｂ／２ となるように凹所１１を形成するとよい。

ウエハ裏面の被覆層１０は、感光性のドライフィルム、ポリエーテルアミド樹脂、酸化シリコンまたは窒化シリコンによって形成されることが望ましい。

図２および図３は、実施例１による液体吐出ヘッドの製造方法を示す工程図であって、図２の（ａ）に示すように、結晶面方位が＜１００＞もしくは＜１１０＞のウエハ１上（表面）に酸化シリコンもしくは窒化シリコンによって形成された表層２を介して電気熱変換素子あるいは圧電素子等の吐出圧発生素子３が所望の個数配置される。酸化シリコンもしくは窒化シリコンからなる表層２は、後述の異方性エッチングのストップ層として機能する。吐出圧発生素子３によって液体であるインクの小滴を吐出させるための吐出エネルギーがインクに与えられ、記録が行われる。

例えば、吐出圧発生素子３として電気熱変換素子が用いられるときには、この素子近傍のインクを加熱することにより、吐出エネルギーを発生する（この場合は、酸化シリコンあるいは窒化シリコンの表層２は蓄熱層を兼ねてもよい。）。

また、圧電素子が用いられるときは、この素子の機械的振動によって、吐出エネルギーが発生される。なお、これらの素子には、素子を動作させるための制御信号入力用電極（図示せず）が接続されている。また、一般にはこれら吐出圧発生素子の耐用性の向上を目的として、保護層等の各種機能層が設けられる。ここで、前記保護層に異方性エッチングのストップ層である酸化シリコンもしくは窒化シリコンの表層２を用いることもできる。

次に図２の（ｂ）に示すように、インク供給口５を形成するためのマスク材４をウエハ１の吐出圧発生素子３が形成されていない裏面に設ける。マスク材４は、シリコンの異方性エッチングのマスクとなるもので酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などが好適に用いられる。ここで、マスク材４は必要に応じてウエハ１の表面にも設置することが可能で、前述の保護層などを兼用しても構わない。

図２の（ｃ）に示すように、マスク材４のインク供給口５となる部分を通常のフォトレジストをマスクとして用い、ＣＦ₄ ガスを用いたドライエッチングにより除去し、マスク開口４ａを形成する。ここで両面マスクアライナー等の手段を用いることでインク供給口５の位置は表面の吐出圧発生素子３に対して正確に決定される。

次に、図２の（ｄ）に示すように、ウエハ１を強アルカリ溶液に代表されるシリコン異方性エッチング液に浸漬し、インク供給口５を形成する。ここで、ウエハ表面は必要に応じて保護される。また、シリコンの異方性エッチングは、アルカリ性エッチング液に対する結晶方位の溶解度の差を利用したもので、ほとんど溶解度を示さない＜１１１＞面でエッチングは停止する。したがって、ウエハ１の面方位によってインク供給口５の形状が異なる。面方位＜１００＞を用いた場合にはウエハ表面に対する傾斜角θ＝５４．７°となり、面方位＜１１０＞を用いた場合はθ＝９０°となる。

次に、ウエハ１上にノズル部を形成する。ここでウエハ１はインク供給口５上も酸化シリコンあるいは窒化シリコンの表層２で被われていており、スピンコートあるいはロールコートで溶解可能な層をウエハ１上に成膜し、パターニングして、図２の（ｅ）に示すインク流路パターン６を形成する。

次に、図２の（ｆ）に示すように樹脂層７を形成する。この樹脂は液体吐出ヘッドの構造材料となるため、高い機械的強度、耐熱性、ウエハ１に対する密着性およびインクに対する耐性やインクを変質せしめない等の特性が要求される。また、樹脂層７は光または熱エネルギーの付与により重合、硬化しウエハ１に対して強く密着するものが好適に用いられる。

樹脂層７が硬化された後、ウエハ１の裏面よりＣＦ₄ などでプラズマドライエッチングすることで、図３の（ａ）に示すように、インク供給口５上の酸化シリコンあるいは窒化シリコンの表層２を除去し、インク供給口５を貫通させる。ここで、インク供給口５上の酸化シリコンあるいは窒化シリコン膜の表層２の除去は次工程の吐出口形成後に行っても構わないが、インク流路パターン６を除去する前に行うことが好ましい。

ついで図３の（ｂ）に示すように、樹脂層７上に吐出口８および切断ライン９を形成する。吐出口８および切断ライン９の形成方法としては、樹脂層７が感光性の場合は、フォトリソ技術によってパターニングしても構わない。

ついで図３の（ｃ）に示すように、溶解可能なインク流路パターン６を溶出し、吐出圧発生素子３、吐出口８を含むノズル部等を有する吐出素子チップ１ａを製作する。

なお、上記の作成手順では異方性エッチング→ノズル部形成工程→異方性エッチングストップ層の除去工程の場合で説明したが、ノズル部形成工程→異方性エッチング工程→異方性エッチングストップ層除去工程の順番で行ってももちろん構わない。すなわち、ウエハ１の裏面にマスク材４を形成し、次いでノズル部を形成した後で、異方性エッチング工程を行う手順である。ただしこの場合には、多くのノズル形成部材が異方性エッチング液に対して耐性を持たないため、吐出口が形成されたウエハ表面に異方性エッチング液が回り込まないように適宜保護する必要がある。

次に、図３の（ｄ）に示すように、ウエハ裏面の被覆層１０として、膜厚１００μｍ程度の感光性を有するドライフィルムを、ラミネーターにより、ウエハ１の裏面にラミネートする。さらに、インク供給口５および切断ライン９に対応する部位を、フォトリソグラフィ手法により、図３の（ｅ）に示すようにパターニングし、凹所１１および開口１２を形成する。切断ライン９は、吐出素子チップ１ａを作り込んだウエハ１を各チップに切断・分離する際に、図１に示すダイシングブレード５２が切り込む部分である。

前述のように、ウエハ１を切断して、複数のチップに分離する工程では、まず、切断時にウエハ１がバラバラにならないように、ウエハ１の裏面側をダイシングテープ５１に貼り付ける。ダイシングテープ５１は、ポリプロピレンの基材の上に、粘着性を有するアクリル系の材質の接着層が形成されたものが一般的であり、上記アクリル系の接着層でウエハ１が保持固定される。

次に、ダイシングテープ５１に固定されたウエハ１を、ダイサー装置の５０μｍ〜１００μｍ程度のブレード厚のダイシングブレード５２を回転させ、切断ライン９に沿って移動させることで、所望のサイズのチップに切断する。

ダイシングブレードは、硬度を上げるため、ダイヤモンド等が含まれており、高価なため、１枚のブレードで、多数のウエハを切断することが望まれ、さらに、１枚のウエハから多数のチップを分離するため、かなりの回数の切断が行われる。従って、ブレード先端は、切断の繰り返しにより磨耗し、その先端が、丸味を帯びてくる。このとき、ブレードのウエハへの切り込み量が、ウエハの裏面ギリギリの深さであった場合、チップの裏面部を所望のサイズで切断することができず、さらに、切断されなかった部分がバリとなり、ゴミ不良の一因となる。そこで、ダイシングブレードのウエハへの切り込み量を、ウエハの厚みより深い位置に設定する必要がある。

すなわち、ダイシングブレードの切り込み量は、ブレード先端が丸みを帯びたとき、最悪の状態で、その断面が半円状になるため、ブレード厚をＴｂとしたとき、Ｔｂの１／２以上深い位置に進入させる必要がある。従って、ウエハ裏面に凹所１１が形成されていないと、ダイシングテープ５１もウエハ１と同時に切断され、その時に切削されたダイシングテープ５１の粘着層が細かく飛散し、ウエハ１の表面の吐出口８の近傍に付着して、吐出不良の一因となる。

本実施例は、ダイシングブレード５２の切り込み量より深い凹所１１をウエハ裏面に設けることにより、ダイシングテープ５１を切断することなく、所望のサイズのチップを高精度で切り出すことが可能とする。すなわち、基板裏面の被覆層１０の厚さをＴ、ブレード厚をＴｂとしたとき、Ｔ ＞ Ｔｂ／２ にする必要がある。

切断後の吐出素子チップ１ａは、図４に示すように、支持板１３に接着剤１４で接着固定され、液体吐出ヘッドの主要部であるチップユニットを形成する。接着剤１４は、低粘度で硬化温度が低く、耐インク性を有するエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤を使用することが望ましい。

次に、このようにして形成したチップユニットに対して、インク供給部材および吐出圧発生素子を駆動するための電気的接合を行って液体吐出ヘッドが完成する。

本実施例では、ウエハ裏面に被覆層を形成して、切断ラインに対応する凹所を開口する手法を用いたが、ウエハをダイシングテープに固定する前に、ダイシングブレード等によって切削してもよい。

しかしながら、ダイシングブレードでウエハの裏面を切削する場合は、切断ラインの表裏の切断面の位置合わせが難しい。さらに、ウエハの裏面を切削する手法では、ウエハの強度が弱くなってしまうという問題がある。従って本実施例のように、ウエハ裏面に被覆層を設け、フォトリソグラフィによって凹所をパターニングすることが望ましい。

また、ウエハ裏面に被覆層を設ける構成においては、ウエハの表裏が樹脂等で覆われるため、従来のように、表面だけ樹脂で覆われる構成よりも、ウエハの反り防止に対して効果的である。

このようにして、従来より歩留りおよび信頼性が高い液体吐出ヘッドを製造することができる。

図５および図６は、実施例２による液体吐出ヘッドの製造方法を示す工程図である。図５の（ａ）に示すように、実施例１と同様に表面に酸化シリコンもしくは窒化シリコンの表層２と吐出圧発生素子３が形成されたウエハ１の裏面に、（ｂ）に示すように、インク供給口５を形成するためのシリコンの異方性エッチングのマスク材を兼ねた膜厚数十μｍの被覆層２０を被着させる。この被覆層２０として、例えば、ポリエーテルアミドからなる樹脂を用いることにより、図４に示す支持板１３に吐出素子チップ１ａを接着する際の接着力を向上させることが可能となる。

ついで図５の（ｃ）に示すように、被覆層２０のインク供給口５および切断ライン９に対応する部分をフォトリソグラフィ手法によりパターニングして、開口２２および凹所２１を形成する。

次に、実施例１と同様に、ウエハ１を強アルカリ溶液に代表されるシリコン異方性エッチング液に浸漬し、図５の（ｄ）に示すようにインク供給口５を形成し、続いて、図５の（ｅ）、（ｆ）、図６の（ａ）〜（ｃ）に示す工程で、実施例１と同様にウエハ１上に吐出口８等を有する吐出素子チップ１ａと切断ライン９を形成する。このようにして吐出素子チップ１ａを形成したウエハ１を実施例１と同様にダイシングによって切断して、複数のチップに分離する。

ダイシングブレードのウエハへの切り込み量より厚い膜厚の被覆層を被着させて凹所を形成しておくことで、ダイシングテープにダイシングブレードが切り込むことによる吐出不良を防ぎ、しかもチップを所望のサイズに切断することが可能となった。

本実施例は、実施例１と同様に、ウエハ切断時のダイシングテープへの切り込みを防ぐことができるうえに、インク供給部材と一体化される支持板と吐出素子チップの接着力を強化することができるという利点が付加される。

図７および図８は、実施例３を示す。実施例１と同様に、図７の（ａ）に示すように表面に酸化シリコンもしくは窒化シリコンの表層２と吐出圧発生素子３が形成されたウエハ１に対して、（ｂ）に示すように裏面側に、シリコンの異方性エッチングのマスク材を兼ねた被覆層３０を、ＣＶＤ等の膜形成用装置で、膜厚数十μｍの厚さで形成する。被覆層３０は、シリコンの異方性エッチングのマスク材として実施例１に用いられた酸化シリコンもしくは窒化シリコンが用いられる。

ついで被覆層３０の、インク供給口５および切断ライン９に対応する部分を、通常のフォトレジストをマスクとして用い、ＣＦ₄ ガスを用いたドライエッチングにより除去し、図７の（ｃ）に示すように、凹所３１および開口３２を形成する。このときのドライエッチングのマスク材をウエハ１の切断工程にまで残しておき、凹所３１内にブレード刃先が納まるようにダイシングブレード５２の切り込み量を制御するものである。

なお、図９に示すように、被覆層３０の切断ライン９に対応する凹所３１の開口幅Ｗはダイシングブレード５２のブレード厚Ｔｂより狭く開口させることが望ましい。これは、上述の構成で、後述するようにウエハ１を異方性エッチングしてインク供給口５を開口するときに、ウエハ裏面の切断ライン９に対応する部位もエッチングされることになるが、このとき、ウエハ１裏面の開口が大きいと、ウエハ１自身の強度が弱くなるという問題が生じるためである。さらに、ウエハ１の切断時に、その切断の条件によっては、ウエハ１の裏面側のエッジ部が欠けるチッピングと呼ばれる現象が発生することがある。そこで、被覆層３０の凹所３１の開口幅Ｗをダイシングブレード５２のブレード厚Ｔｂより狭くすることにより、被覆層３０を、切断ライン９の裏面側のエッジ部を保護する部材としても機能させることができる。

次に、実施例１と同様に、ウエハ１を強アルカリ溶液に代表されるシリコン異方性エッチング液に浸漬し、図７の（ｄ）に示すインク供給口５を形成する。このとき、前述のように、ウエハ裏面の切断ライン部も開口されるが、凹所３１の幅が狭いためにウエハ１の強度は問題ない。その後、図７の（ｅ）、（ｆ）および図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す工程により、ウエハ１上に吐出口８等を有する樹脂層７からなる吐出素子チップ１ａを形成する。

次に、図９に示すように、このようにして形成した吐出素子チップ１ａを有するウエハ１をダイシングブレード５２によって切断して、複数のチップに分離する。このとき、ダイシングブレード５２の切り込み量より厚い膜厚の被覆層３０が設けられているため、ダイシングブレード５２がダイシングテープ５１に切り込んで吐出不良の原因となる粘着粒子を発生させることなく、所望のチップサイズに高精度で切断することが可能となる。さらに、前述のように、被覆層３０の凹所３１の開口幅Ｗをダイシングブレード５２のブレード厚Ｔｂより狭くすることによって、被覆層３０が、ウエハ裏面のエッジ部を保護し、チッピングを抑制することも可能となる。このとき、ダイシングブレード５２が、被覆層３０の一部も切断することとなるが、酸化シリコンもしくは窒化シリコンで形成される被覆層３０から発生する粒子は、吐出素子チップ１ａの吐出口８や撥水面に付着しても、通常の切断時の洗浄やブローで簡単に除去できるので、問題とはならない。

実施例１によるウエハの切断工程を示すもので、（ａ）は切断されるウエハの一部分を示す模式斜視図、（ｂ）はその断面図である。 実施例１による液体吐出ヘッドの製造方法の前半の工程を示す工程図である。 実施例１による液体吐出ヘッドの製造方法の後半の工程を示す工程図である。 実施例１の吐出素子チップを支持板に接着した状態を示す模式断面図である。 実施例２による液体吐出ヘッドの製造方法の前半の工程を示す工程図である。 実施例２による液体吐出ヘッドの製造方法の後半の工程を示す工程図である。 実施例３による液体吐出ヘッドの製造方法の前半の工程を示す工程図である。 実施例３による液体吐出ヘッドの製造方法の後半の工程を示す工程図である。 実施例３によるウエハの切断工程を示す図である。 従来例によるウエハの切断工程を説明する図である。

符号の説明

１ ウエハ
３ 吐出圧発生素子
４ マスク材
５ インク供給口
６ インク流路パターン
７ 樹脂層
８ 吐出口
９ 切断ライン
１０、２０、３０ 被覆層
１１、２１、３１ 凹所
１２、２２、３２ 開口
１３ 支持板
１４ 接着剤
５１ ダイシングテープ
５２ ダイシングブレード

Claims (7)

1. 吐出圧発生素子を有する吐出素子チップを備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、
   ウエハ上に複数の吐出素子チップを形成する工程と、
   複数の吐出素子チップの間の切断ラインに対応するように、ウエハの裏面に凹所を形成する工程と、
   ウエハの裏面側をダイシングテープにマウントする工程と、
   ダイシングテープにマウントしたウエハを、切断ラインに沿ってダイシングブレードによって切断する切断工程と、を有し、
   前記切断工程において、ダイシングブレードがウエハの裏面側の凹所に突出するまで切り込むとともに、刃先がダイシングテープに到達しないように切り込み量を制御することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. ウエハの裏面に被覆層を形成し、該被覆層をパターニングすることで凹所を形成することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. ウエハの裏面の凹所の深さが、ダイシングブレードのブレード厚の１／２以上であることを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 請求項１ないし３いずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法によって製造されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 請求項２または３記載の液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された液体吐出ヘッドであって、ウエハ裏面の被覆層が、感光性のドライフィルムで形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 請求項２または３記載の液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された液体吐出ヘッドであって、ウエハ裏面の被覆層が、ポリエーテルアミド樹脂で形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 請求項２または３記載の液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された液体吐出ヘッドであって、ウエハ裏面の被覆層が、酸化シリコンまたは窒化シリコンで形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。

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