JP2007158231A - 基板の加工方法、保護基板及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、一方の面側に複数の構造体が設けられた基板に、十分に補強効果を有するサポート基板を接着剤に気泡を混入させることなく貼り合わせ、他方の面側から加工する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、一方の面（１０ａ）側に複数の構造体（１２）が設けられた基板（１０）の他方の面（１０ｂ）側を加工する方法であって、構造体（１２）により構成される凹凸パターンが嵌合するように凹凸が設けられた保護基板（１６）を、一方の面（１０ａ）側に接着剤により貼り合わせる第１工程と、他方の面（１０ｂ）側を加工する第２工程と、基板（１０）から保護基板（１６）を剥離する第３工程と、を含む基板（１０）の加工方法を提供するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、一方の面側に複数の構造体が設けられた基板の他方の面側の加工方法、当該加工の際に用いられる保護基板、及び当該加工方法によって加工された基板を備える電子機器に関する。

シリコン基板をベースにするマイクロデバイスの製造工程において、一面側に構造物等が設けられることによって凹凸が形成されている基板の他面側を所定のパターンに加工しなければならない場合がある。このような場合、その構造物等を保護しながら上記他面側を加工する方法として、例えば特開２００５−１９１５５０号公報（特許文献１）には、まず当該一面側にサポート基板を貼り合わせてから上記他面側の加工を行い、加工後にサポート基板を取り外す方法が開示されている。

この方法において、サポート基板はシリコン基板に樹脂等の接着剤を塗布して貼り合わせられるが、このような接着剤には気泡が入りやすい。接着剤中の気泡は、真空処理プロセスで破裂して基板の破損を生じる原因となりうる。また、ドライエッチング等温度上昇を伴う加工を行う場合には基板の冷却処理を同時に行うことがあるが、接着剤中の気泡は、温度の低下が均一に伝わるのを妨げることがある。

このような問題を防ぐため、サポート基板とシリコン基板との貼り合わせを真空雰囲気中で行うことによって、気泡が入るのを防ぐ方法がとられている。

一方、シリコン基板を研削、研磨等よって薄板化する際、反対側に構造体のない領域は極めて薄く加工されるためわずかに撓みが生じることがある。そのため、サポート基板を貼り合わせてあっても十分な強度が得られず、構造体のパターンが加工面側に浮き出てしまい、平坦な面を形成できないという問題も起こりうる。
特開２００５−１９１５５０号公報

しかしながら、基板の貼り合わせを真空雰囲気で行う方法も十分とはいえず、微細な気泡が接着剤中に残存してしまうことがある。これらの微細な気泡は、樹脂の乾燥工程で凝集し、より大きな気泡へと成長しうる。

また、構造体のパターンが加工面側に浮き出るのを防ぐためには、構造体が形成されている方の面からより強く補強をすることが必要とされる。

そこで、本発明は、一方の面側に複数の構造体が設けられた基板に、十分に補強効果を有するサポート基板を接着剤に気泡を混入させることなく貼り合わせ、他方の面側から加工する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る基板の加工方法は、一方の面側に複数の構造体が設けられた基板の他方の面側を加工する方法であって、前記構造体により構成される凹凸パターンが嵌合するように凹凸が設けられた保護基板を、前記一方の面側に接着剤により貼り合わせる第１工程と、前記基板の他方の面側を加工する第２工程と、前記基板から前記保護基板を剥離する第３工程と、を含むことを特徴とする。

このような構成によれば、保護基板の表面は、基板表面に構造体によって生じる凹凸パターンに沿うように成形されているので、貼り合わせると保護基板表面と基板表面の距離が略一定となり、構造体の設けられている領域も設けられていない領域も、均一に補強することができる。保護基板と基板とを張り合わせる際、間に配置される接着剤に均一に圧力が加えられるので、接着剤内に気泡が残りにくいという効果も得られる。

また、保護基板として、接着剤中の気泡を逃がすための貫通孔が形成された保護基板を用いることが好ましい。このような構成によれば、保護基板を接着剤上に重ね合わせた後、貫通孔から気泡を逃がすことができる。

また、上記第１工程は、基板に接着剤を塗布する工程と、保護基板を接着剤上に重ね、貫通孔から接着剤中の気泡を逃がすのに十分な圧力を該保護基板に加える工程と、を含むことが好ましい。このような構成によれば、凹凸パターンを有する基板表面上に塗布された接着剤上に均一に圧力を加えて、接着剤中の気泡を貫通孔から効率よく逃がすことが可能となる。

また、本発明は、一方の面側に複数の構造体が設けられた基板の他方の面側を加工する際に、該基板を補強するために貼り合わせられる保護基板であって、上記構造体により構成される凹凸パターンが嵌合するように凹凸が設けられた保護基板も提供する。

このような保護基板は上述した本発明に係る基板の加工方法に好適に用いられる。

上記基板には、前記凹凸のうち少なくとも凹部に貫通孔が形成されていることが好ましい。このような構成によれば、基板の構造体が設けられた面を上に向けて載置し、基板表面の凹凸パターンに嵌合するように保護基板を重ねて圧力を加えると、気泡は上方、即ち保護基板の凹部に浮上する。従って、保護基板の少なくとも凹部に貫通孔を設けておくことによって、浮上した気泡を当該貫通孔から逃がすことが可能である。

上記保護基板は、加工対象である基板と略同一の形状に成形されていることが好ましい。略同一の形状であれば、保護基板を貼り合わせてあっても基板を加工する場合と同じ装置等を使用して加工することができる。また、基板と保護基板とを貼り合わせる際の位置決めもしやすい。

本発明は、上述した本発明に係る基板の加工方法により加工された基板を備える電子機器も提供する。このような電子機器は、上記加工方法により加工された基板を備えるので高品質なものである。ここで、電子機器には、ビデオカメラ、テレビ、大型スクリーン、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯型情報機器（いわゆるＰＤＡ）、その他各種のものが含まれる。

以下に、図面を参照して、本発明に係る基板の加工方法を詳細に説明する。

まず、図１に本発明によって加工される基板の一例である半導体ウエハ１０を示す。尚、説明の便宜上、図の縮尺は統一されておらず、実際の比とは異なる。図１（Ａ）は半導体ウエハ１０の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図である。

図１（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、半導体ウエハ１０は、直径４〜８インチまたは１２インチ程度の円形のシリコン基板であり、その面１０ａ側には素子、回路等の構造体１２が島状に設けられている。構造体１２は断面が矩形状となっており、その高さは１００〜５００μｍである。

このような半導体ウエハ１０に、従来の保護基板、即ち表面が平坦な円形の保護基板を貼りあわせて加工する際の様子を図９に示す。まず、図９（Ａ）に示すように、基板１０の面１０ａ側に接着樹脂１４を塗布する。接着樹脂内には気泡Ａが巻き込まれており、特に、構造体１２の側面に付着した気泡は当該側面から離れにくく、接着樹脂１４の中に残留しやすい。次に、同図（Ｂ）に示すように、接着樹脂１４上に保護基板１６’を重ね合わせる。構造体１２が設けられていない領域は、構造体１２が設けられている領域に比べて接着樹脂１４層の厚さが厚くなるため、保護基板１６’によって加えられる圧力も低くなる。従って、構造体１２間に存在する気泡Ａを保護基板１６’による圧力によって接着樹脂１４から除去するのは困難である。また、保護基板１６’と接着樹脂１４との間にも気泡が残存しやすい。

次に、図９（Ｃ）に示すように、保護基板１６’を貼り合せた半導体ウエハ１０の上下を反転させ、半導体ウエハ１０の面１０ｂ側を加工する。マスク１８を形成してドライエッチングによって加工する場合、真空雰囲気中で行うので気泡Ａは膨張し、それによって半導体ウエハ１０に亀裂が入りやすい。また、ドライエッチング工程では半導体ウエハ１０の温度が上昇するため、保護基板１６’側から冷却するが、接着樹脂１４内に気泡が存在すると、温度が均一に伝わらず所望の形状に加工できないことがある。

また、半導体ウエハ１０を研削、研磨等により薄板化する場合には、裏面構造体の反対側に構造体１２のない領域は極めて薄く加工されるためわずかに撓みが生じることがある。そのため、サポート基板を貼り合わせてあっても十分な強度が得られず、構造体のパターンが加工面側に浮き出てしまい、平坦な面を形成できないという問題も起こりうる。

次に、図２に、本発明に係る保護基板１６を示す。図２（Ａ）は、保護基板１６の平面図を、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った断面図を示す。図示されるように、保護基板１６には、半導体ウエハ１０（図１参照）の構造体１２に対応する位置に、凹部２２が設けられている。凹部２２は、構造体１２よりやや大きく形成されており、保護基板１６の面１６ｂと、半導体ウエハ１０の面１０ａを重ね合わせると、保護基板１６の凹部２２に、半導体ウエハ１０の構造体１２が嵌合する構成となっている。従って、凹部２２の深さは１００〜５００μｍ前後である。各凹部２２には、貫通孔２４が数箇所形成されており、保護基板１６を接着樹脂１４に重ねると、この貫通孔から気泡が除去される。

保護基板１６の材料は特に限定されないがガラス、Ｓｉ、プラスチック等が挙げられる。また、かかる保護基板は、円形の基板にサンドブラスト法やフライス法、エッチング等によって凹部を設けることによって作製することができる。

図３に、本発明に係る保護基板１０を用いることを特徴とする、本発明に係る基板の加工方法を示す。まず図３（Ａ）に示すように、半導体ウエハ１０の面１０ａ側に接着樹脂１４を塗布する。接着樹脂１４を塗布する方法としては、例えば、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法のような各種塗布法が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、接着樹脂１４としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリパラキシリレン、ベンゾシクロブテン、ポリビニルフェノール、ノボラック樹脂のような芳香族系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなアクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテンのようなポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂等が挙げられる他、ネガ型およびポジ型のレジスト材料が挙げられる。

レジスト材料等の感光性材料を用いれば、塗布した後に接着剤層を所望の形状に成形することができ、本実施形態では、このような感光性を有する樹脂を用いるものとする。感光性樹脂としては、ネガ型のレジスト材料である、ロジン−重クロム酸塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）−重クロム酸塩、セラック−重クロム酸塩、カゼイン−重クロム酸塩、ＰＶＡ−ジアゾ、アクリル系フォトレジスト等のような水溶性フォトレジスト、ポリケイ皮酸ビニル、環化ゴム−アジド、ポリビニルシンナミリデンアセタート、ポリケイ皮酸β−ビニロキシエチルエステル等のような油溶性フォトレジスト等、また、ポジ型のレジスト材料として、ｏ−ナフトキノンジアジド等のような油溶性フォトレジスト等を用いることができる。

上述した樹脂は、必要に応じて適宜溶媒または分散媒に溶解または分散して塗布に供される。溶媒または分散媒の具体例としては、例えば、硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、水、二硫化炭素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の無機溶媒や、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルイソプロピルケトン（ＭＩＰＫ）、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、グリセリン等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、テトラヒドロピラン（ＴＨＰ）、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグリム）、ジエチレングリコールエチルエーテル（カルビトール）等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系溶媒のような各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。

半導体ウエハ１０の面１０ａ側に塗布された接着樹脂１４には、図示されるように気泡Ａが含まれている。特に構造体１２の側面に付着した気泡Ａは当該側面から離れにくく、接着樹脂１４から除去するのが困難である。

しかしながら、図３（Ｂ）に示すように、本発明に係る保護基板１６を重ね合わせ、その上から十分な圧力を加えると、保護基板１６の凹部２２に構造体１２が嵌合する。そのため、半導体ウエハ１０の面１０ａにおいて構造体１２が形成されていない領域には、保護基板１６の凸部２３が接近するので、接着樹脂１４には略均一な圧力が加えられる。その結果、構造体１２の側面に付着していた気泡も接着樹脂１４中を浮上し、貫通孔２４から外部に放出される。

次に図３（Ｃ）に示すように、保護基板１６が貼り合わされた半導体ウエハ１０の上下を反転させ、マスク１８を介してドライエッチング法により半導体ウエハ１０を面１０ｂ側から加工する。

最後に、保護基板１６及び接着樹脂１４を半導体ウエハ１０から除去する。除去方法は、例えば、大気圧または減圧下において酸素プラズマやオゾン蒸気に暴露する方法、または保護基板１６や接着樹脂１４を溶解し得るアセトン、アルキルベンゼンスルホン酸、等の有機溶媒に浸漬する方法が挙げられる。

上述のような、本発明に係る保護基板を用いた基板の加工方法によれば、接着樹脂中に気泡が残留するのを防いで、基板の破損を防ぐとともに加工精度を高め、品質を向上させることができる。また、基板の構造体が設けられていない面側を加工する際に、裏面の構造体の形状が浮き出てしまうことも抑制することができる。また、接着材の量を少なくすることが可能であり、これによってドライエッチング処理時の冷却効果を上げることもできる。

次に、本発明に係る基板の加工方法によって加工された基板を備える電子機器の一例として、インクジェット式プリンタのインクジェットヘッドを例に挙げて説明する。

本実施形態で製造されるインクジェットヘッド１は、図４に示されるインクジェット式プリンタ２のインクジェットヘッド１であり、図５及び図６に示されるように、ノズルプレート３２０と、流路形成基板１００と、弾性膜５０と弾性膜５０上に設けられた圧電素子３００と、リザーバ形成基板３０と、リザーバ形成基板３０上に設けられた圧電素子３００と、リザーバ形成基板３０と、リザーバ形成基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１２０とを備えている。このインクジェットヘッド１は、ピエゾジェット式ヘッドを構成する。

このようなインクジェットヘッド１は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、流路形成基板１００となるシリコン基板１００’を熱酸化することによって、二酸化シリコン膜からなる弾性膜５０及び酸化膜５１を形成し、続いて弾性膜５０上に絶縁体膜５５及び下電極膜６０を形成する。次に、下電極膜６０上に圧電素子３００、リード電極９０を形成した後、貫通孔１１０を完成する。そして、流路形成母材１００’の圧電素子３００が設けられている側の面とリザーバ形成基板３０とを接着剤層３５により接着する。この段階の断面図を図７（Ａ）に示す。このように、この段階では、流路形成母材１００’の一面側に、弾性膜５０、絶縁体膜５５、及びリザーバ形成基板３０等からなる構造体３６が設けられている。

この後、流路形成母材１００’にインク室１０２と、インク供給路１０４及び連通部１０３により構成される凹部とを形成して、流路形成基板１００を得るが、この凹部形成工程において、本発明に係る基板の加工方法が用いられる。

まず図７（Ｂ）に示されるように、流路形成母材１００’の構造体３６が設けられている面を上向きにして、接着樹脂４００を塗布する。接着樹脂４００には、気泡Ａが含まれており、構造体３６の側面に付着している。接着樹脂４００及びその塗布方法は既述の通りである。

次に図７（Ｃ）に示されるように、構造体３６の凹凸パターンに嵌合するように凹凸が設けられた保護基板４２０を、接着樹脂４００を介して流路形成母材１００’に貼り合わせる。これにより、図７（Ｄ）に示されるように、接着樹脂４００には均一に圧力が加えられ、構造体３６に付着していた気泡Ａも接着樹脂４００中を浮上して、貫通孔４２２から外部に放出される。

続いて、図８（Ａ）に示すように、保護基板４２０を貼り合わされた流路形成母材１００’の上下を反転させ、ドライエッチング法により、該母材１００’を加工する。ドライエッチング処理では、基板温度が上昇するので、同図（Ｂ）の矢印の方向に冷却媒体を吹き付けて基板を冷却する。このように冷却処理を行っても、接着樹脂４００中に気泡Ａが存在せず、また、比較的熱の伝わりにくい接着樹脂４００が略均一な厚さであることから、流路形成母材１００’も均等に冷却され、高い加工精度を得ることができる。エッチング処理によって、流路形成母材１００’が非常に薄くなる領域においても、保護基板４２０が裏面から支持することから、十分な剛性を得られ、安定した加工を行うことができ、流路形成基板１００を得ることができる。

最後に図８（Ｃ）に示すように、接着樹脂４００及び保護基板４２０を流路形成基板１００から取り外し、ノズルプレート３２０を接合した後、駆動ＩＣ１２０を実装し、コンプライアンス基板４０を接合する。さらに、駆動ＩＣ１２０と下電極膜６０及びリード電極９０の接続部６０ａ、９０ａとの間をワイヤボンディングすることにより接続配線を形成し、インクジェットヘッド１が形成される。

以上、本発明の基板の加工方法を、半導体ウエハの加工方法及び、インクジェットヘッドの製造方法を例に挙げて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々のマイクロデバイスの製造工程に用いることができる。

本発明により加工するシリコンウエハを示す概略平面図および断面図である。 本発明に係る保護基板を示す概略平面図および断面図である。 本発明に係る基板の加工方法を説明する工程図である。 インクジェット式プリンタの実施形態を示す概略図である。 インクジェット式記録ヘッドの実施形態を示す分解斜視図である。 インクジェット式記録ヘッドの実施形態を示す平面図および断面図である。 本発明に係る基板の加工方法を説明する工程図である。 本発明に係る基板の加工方法を説明する工程図である。 従来技術を説明する工程図である。

１０…半導体ウエハ、１２…構造体、１６…保護基板、１８…エッチングマスク、２２…凹部、２４…貫通孔、１…インクジェットヘッド、２…インクジェットプリンタ、３０…リザーバ形成基板、３１…リザーバ部、３２…圧電素子保持部、３５…接着剤層、３７…空間、４０…コンプライアンス基板、４３…開口部、５０…弾性膜、５５…絶縁体膜、６０…下電極膜、７０…圧電体層、８０…上電極層、９０…リード電極、１００…流路形成基板、１０１…側壁、１０２…インク室、１０３…連通部、１０４…インク供給路、１１０…貫通部、１２０…駆動ＩＣ、３００…圧電素子、３２０…ノズルプレート、３２１…ノズル孔、４００…接着樹脂、４２０…保護基板、４２２…貫通孔、

Claims (7)

1. 一方の面側に複数の構造体が設けられた基板の他方の面側を加工する方法であって、
   前記構造体により構成される凹凸パターンが嵌合するように凹凸が設けられた保護基板を、前記一方の面側に接着剤により貼り合わせる第１工程と、
   前記基板の他方の面側を加工する第２工程と、
   前記基板から前記保護基板を剥離する第３工程と、を含む基板の加工方法。
2. 前記保護基板として、前記接着剤中の気泡を逃がすための貫通孔が形成された保護基板を用いる、請求項１に記載の基板の加工方法。
3. 前記第１工程は、
   前記基板に接着剤を塗布する工程と、
   前記保護基板を前記接着剤上に重ね、前記貫通孔から接着剤中の気泡を逃がすのに十分な圧力を該保護基板に加える工程と、を含む、請求項２に記載の基板の加工方法。
4. 一方の面側に複数の構造体が設けられた基板の他方の面側を加工する際に、該基板を補強するために貼り合わせられる保護基板であって、
   前記構造体により構成される凹凸パターンが嵌合するように凹凸が設けられた保護基板。
5. 前記凹凸のうち少なくとも凹部に貫通孔が形成されている、請求項４に記載の保護基板。
6. 前記基板と略同一の形状に成形されている、請求項４または５に記載の保護基板。
7. 請求項１から３のいずれか１項に記載の基板の加工方法により加工された基板を備える電子機器。
   
   

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