JP2014019102A - 液体吐出ヘッドの基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 シリコンウェハに形成する凹部の厚さを揃え、製造する液体吐出ヘッドの基板の形状をより均一なものとし、かつ凹部内に簡易に貫通穴を形成すること。
【解決手段】 シリコンウェハに複数の未貫通穴を形成する工程と、前記シリコンウェハをエッチング液でエッチングし、前記シリコンウェハに、凹部と、前記凹部内に前記複数の未貫通穴から形成された複数の貫通穴とを形成する工程と、前記シリコンウェハを前記貫通穴単位で分割することにより、前記シリコンウェハから複数の液体吐出ヘッドの基板を製造する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
【選択図】 図１
【解決手段】 シリコンウェハに複数の未貫通穴を形成する工程と、前記シリコンウェハをエッチング液でエッチングし、前記シリコンウェハに、凹部と、前記凹部内に前記複数の未貫通穴から形成された複数の貫通穴とを形成する工程と、前記シリコンウェハを前記貫通穴単位で分割することにより、前記シリコンウェハから複数の液体吐出ヘッドの基板を製造する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
【選択図】 図１
Description
本発明は、液体吐出ヘッドの基板の製造方法に関する。
液体吐出ヘッドの基板を形成するシリコンウェハを局所的に薄型化する方法として、特許文献１には、シリコンウェハにレーザー光を照射して材料を変質させた変質部を用いる方法が記載されている。この方法では、シリコンウェハ内に形成しておいた変質部をエッチング液で除去し、シリコンウェハに凹部を形成することでシリコンウェハを局所的に薄型化している。
特許文献１に記載された方法では、レーザー光の照射制御が難しく、レーザー光の照射深さがばらつき、シリコンウェハに形成する凹部の厚さが凹部内で不均一になることがあった。また、凹部内に貫通穴を形成して供給口を形成する場合には、新たに貫通穴を形成する為の工程を要してしまうという課題があった。
そこで本発明は、シリコンウェハに形成する凹部の厚さを揃え、製造する液体吐出ヘッドの基板の形状をより均一なものとし、かつ凹部内に簡易に貫通穴を形成することが可能な液体吐出ヘッドの基板の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、液体吐出ヘッドの基板の製造方法であって、シリコンウェハに複数の未貫通穴を形成する工程と、前記シリコンウェハをエッチング液でエッチングし、前記シリコンウェハに、凹部と、前記凹部内に前記複数の未貫通穴から形成された複数の貫通穴とを形成する工程と、前記シリコンウェハを前記貫通穴単位で分割することにより、前記シリコンウェハから複数の液体吐出ヘッドの基板を製造する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの基板の製造方法である。
本発明によれば、シリコンウェハに形成する凹部の厚さを揃え、製造する液体吐出ヘッドの基板の形状をより均一なものとし、かつ凹部内に簡易に貫通穴を形成することができる。
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
本発明の液体吐出ヘッドの基板は、図１（ａ）に示されるシリコンウェハ１を分割することで得られる。即ち、シリコンウェハ１から複数の液体吐出ヘッドの基板が得られる。シリコンウェハ１には、複数の貫通穴４が形成されており、複数の貫通穴のうちの１つが、１つの液体吐出ヘッドの基板と対応している。貫通穴４は、例えば液体吐出ヘッドが有する基板に形成される供給口として用いることができる。
シリコンウェハ１は、凹部８を有する。凹部８は、シリコンウェハ１の端部を除いてシリコンウェハ１の全面に形成されている。図１（ａ）では、１枚のシリコンウェハに１つの凹部が形成されている。凹部８によって、シリコンウェハを局所的に薄型化することができる。
凹部内には、複数の貫通穴４が形成されている。図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）に示すように、貫通穴４は、凹部８から一段下がった位置に形成されている。
＜実施形態１＞
本発明の液体吐出ヘッドの基板の製造方法の一実施形態を、図２を用いて説明する。図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面である。
本発明の液体吐出ヘッドの基板の製造方法の一実施形態を、図２を用いて説明する。図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面である。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンウェハ１を用意する。シリコンウェハは第一面１１と第二面１２を有する。第二面１２側には、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子や、絶縁膜、流路や吐出口を形成する部材を必要に応じて形成する。尚、液体がインクである場合、液体吐出ヘッドはインクジェット記録ヘッドと呼ばれる。
第一面１１側にはシリコンの酸化膜が形成されていることがある。この場合、バッファードフッ酸等によるエッチングによって、シリコンの酸化膜を除去する。シリコンウェハの結晶方位、より詳細には第一面１１及び第二面１２の結晶方位は（１００）であることが好ましい。このような結晶方位を有するシリコンウェハであれば、凹部を良好に形成することができる。
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１に複数の未貫通穴２を形成する。未貫通穴２は、シリコンウェハ１の第一面１１側からレーザー照射またはドライエッチングを行って形成することが好ましい。レーザーで形成する場合、加工条件としては、例えば波長３５５ｎｍ、周波数１００ｋＨｚ、出力１０Ｗ、レーザーフォーカス０（基板表面）、狙い深さ６４４ｕｍとする。
次に、図２（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１の外周部を保護膜３で覆う。これにより、後の工程でシリコンウェハをエッチング液でエッチングする際、シリコンウェハ１の外周部をエッチング液から保護することができる。保護膜３としては、エッチング液に対する耐性があるものであればよい。例えば、環化ゴム系の樹脂やワックス等が挙げられる。具体的には、例えばＰｒｏＴＥＫ（商品名、ＢＲＥＷＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥ製）を用いることができる。尚、保護膜３は、シリコンウェハ１の外周部のみではなく、第一面１１側も一部覆うことが好ましい。図２（ｃ）では「ａ」で示す幅だけシリコンウェハ１の第一面１１を覆っている。この「ａ」の幅が、図２（ｆ）における「Ａ」の幅を決定する。即ち、「ａ」の幅がシリコンウェハ１の外周形状を決定することとなる。具体的には、「Ａ」の幅＝「ａ」の幅（ｕｍ）−エッチング時間（ｍｉｎ）×１．０４（ｕｍ／ｍｉｎ）となる。「ａ」の幅は、保護膜３を形成する際の条件によって決定することができる。例えば、保護膜３を回転装置で形成する場合、シリコンウェハ１の回転速度で調整することができる。
次に、図２（ｄ）に示すように、シリコンウェハ１をエッチング液でエッチングする。エッチング液は、シリコンウェハをエッチングできる液であればよく、シリコンウェハを異方性エッチングできる液であることが好ましい。具体的には、強塩基性の水溶液が挙げられ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化リチウム等の水溶液が挙げられる。中でも、ＴＭＡＨの水溶液を用いることが好ましい。ＴＭＡＨは、ＴＭＡＨの水溶液中に５質量％以上２５質量％以下含有させることが好ましい。エッチング液の温度は、７０℃以上８５℃以下とすることが好ましい。また、これらエッチング液には界面活性剤を添加してもよい。
エッチング液によるエッチングを続けると、図２（ｅ）に示すように、シリコンウェハ１に、凹部８と、貫通穴４とが形成される。凹部８は、シリコンウェハ１の第一面１１側から形成される。第一面１１の結晶方位が（１００）であった場合、異方性エッチングを続けると、凹部８の側面に結晶方位が（１１１）の面が現れる。（１１１）面は、液体に対する耐性が高いため好ましい。貫通穴４は、未貫通穴２からエッチングが進行することで形成される。複数の未貫通穴２が近接して形成されていた場合は、これらがまとまって１つの貫通穴４となる。貫通穴４は、シリコンウェハ１の凹部内に複数形成される。
エッチング液は、シリコンウェハ１の第二面１２側には接触させないことが好ましい。エッチングを行う装置の仕様によってエッチング液が第二面１２に接触する場合には、第二面を保護膜で覆うことが好ましい。この保護膜は、エッチング液に対する耐性があるものであればよく、保護膜３と同様のものを用いることができる。
このように、本発明では、シリコンウェハ１の第一面１１と未貫通穴２とが一度にエッチング液に接液することにより、シリコンウェハ１に凹部８と貫通穴４とを一度に形成することができる。貫通穴４は、液体吐出ヘッドの基板の供給口として用いることができる。
次に、図２（ｆ）に示すように、外周部を覆っていた保護膜３を、キシレン等によって除去する。シリコンウェハ１に形成した凹部８の深さ（幅Ｂで示す）や貫通穴４の深さ（幅Ｃで示す）は、シリコンウェハの厚みやエッチング時間によって決定することができる。
続いて、シリコンウェハ１を、形成した貫通穴４単位で分割する。シリコンウェハの分割は、例えばダイシングブレードを用いてシリコンウェハを切断することで行う。貫通穴単位での分割とは、例えば１つの貫通穴を１つの分割物に対応させて分割することを意味する。この他にも、例えば２つの貫通穴を１つの分割物に対応させてもよい。１つの分割物は、１つの液体吐出ヘッドの基板を構成する。即ち、シリコンウェハを貫通穴単位で分割することにより、１枚のシリコンウェハから複数の液体吐出ヘッドの基板を製造することができる。
＜実施形態２＞
本発明の液体吐出ヘッドの基板の製造方法の一実施形態を、図３を用いて説明する。図３は、図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面である。
本発明の液体吐出ヘッドの基板の製造方法の一実施形態を、図３を用いて説明する。図３は、図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハ１を用意する。シリコンウェハは第一面１１と第二面１２を有する。本実施形態においては、第二面１２側に保護膜５が形成されている。保護膜５としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等が挙げられる。例えば保護膜５としてシリコン酸化膜を形成する場合、シリコンウェハ１を熱酸化すればよい。
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１に複数の未貫通穴２を形成する。未貫通穴２は、シリコンウェハ１の第二面１２側にレーザー照射またはドライエッチングを行って形成することが好ましい。第二面１２側には保護膜５が形成されており、未貫通穴２は保護膜５を貫通するように形成する。レーザー加工条件は、実施形態１と同様にすればよい。尚、未貫通穴２の形成の後、或いは未貫通穴２の形成と同時に、未貫通穴２とは別の穴６を形成してもよい。穴６は、未貫通穴２よりも深さが浅く（長さが短く）、第二面１２側の保護膜５を貫通し、シリコンウェハ１を露出させる。或いは、シリコンウェハ１を露出させるだけでなく、シリコンウェハ１を掘りこむように形成しておいてもよい。穴６は、レーザー照射やドライエッチングによって形成する。穴６を形成することで、後の工程でシリコンウェハ１を貫通穴４単位で分割する際に、分割が容易となる。特にダイシングブレードによって分割を行う際には、穴６が形成されていることで加工性が非常に上がる。また、穴６は、シリコンウェハ１を掘りこむだけでなく、さらにシリコンウェハ１を貫通させるように形成してもよい。穴６のシリコンウェハ１の貫通は、例えば穴６を深く形成することで貫通させてもよいし、第一面１１側からのエッチングによって貫通させてもよい。穴６がシリコンウェハ１を貫通している場合には、ダイシングブレード等を用いなくとも、シリコンウェハ１を分割することができる。穴６はシリコンウェハ１の分割を行う点となるので、液体吐出ヘッドの基板単位で形成する。穴６は未貫通穴２を囲むように形成されることが好ましい。
次に、実施形態１と同様に、シリコンウェハ１の外周部を保護膜３で覆う（図３（ｃ））。続いて、実施形態１と同様に、シリコンウェハ１をエッチング液でエッチングする（図３（ｄ））。エッチング液によるエッチングを続けると、図３（ｅ）に示すように、シリコンウェハ１に、凹部８と、貫通穴４とが形成される。尚、第二面１２側の保護膜５は第二面上に残っている。また、穴６からエッチングが進み、ダイシングライン７が形成される。
次に、図３（ｆ）に示すように、外周部を覆っていた保護膜３を、キシレン等によって除去する。続いて、第二面１２側の保護膜５を除去する。保護膜５がＳｉＯ２で形成されている場合には、フッ化水素等で除去する。また、保護膜５がＳｉＮで形成されている場合には、ドライエッチング等で除去する。
次に、シリコンウェハ１を、形成した貫通穴４単位で分割する。シリコンウェハの分割は、例えばダイシングブレードを用いてシリコンウェハを切断することで行う。この際、ダイシングライン７に沿って、ダイシングブレードによる切断を行う。一方、ドライエッチング等で形成した穴６がシリコンウェハを貫通している場合は、ダイシングブレードによるシリコンウェハの切断は不要である。なぜなら、穴６がシリコンウェハを貫通しており、既に分割が完了しているからである。このように、穴６、或いはダイシングライン７は、液体吐出ヘッドの基板の分割を行う部分となるので、貫通穴４を囲むように形成することが好ましい。
以上のようにして、シリコンウェハから複数の液体吐出ヘッドの基板を製造することができる。
＜実施形態３＞
本発明の液体吐出ヘッドの基板の製造方法の一実施形態を、図４を用いて説明する。図４は、図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面である。
本発明の液体吐出ヘッドの基板の製造方法の一実施形態を、図４を用いて説明する。図４は、図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面である。
まず、実施形態１と同様にして、図４（ａ）に示すようにシリコンウェハ１を用意する。
次に、図４（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１のエッチングを行う面、即ち第一面１１を研削する。研削は、例えば機械的研削加工によって行う。このとき、シリコンウェハ１の外周部付近の領域を残すようにする。外周部付近の領域とは、図４（ｂ）の幅「ｂ」で示す部分である。機械的研削加工は、バックグラインド装置等を用いて行う。機械的研削加工を行うと、研削面１３には結晶歪層が発生する。
次に、実施形態１と同様にして、図４（ｃ）に示すようにシリコンウェハ１の外周部を保護膜３で覆う。この際、外周部付近の領域も保護膜３で覆うようにする。
次に、実施形態１と同様にして、図４（ｄ）に示すようにシリコンウェハ１に複数の未貫通穴２を形成する。未貫通穴２は、シリコンウェハ１の第一面１１側からレーザー照射またはドライエッチングを行って形成することが好ましい。
次に、実施形態１と同様にして、図４（ｅ）に示すようにシリコンウェハ１をエッチング液でエッチングする。本実施形態では、このエッチングによって、研削面１３に発生した結晶歪層を除去することができる。エッチング液は、実施形態１と同様の液を用いることができる。エッチング液によるエッチングを続けると、図４（ｆ）に示すように、シリコンウェハ１に、凹部８と、貫通穴４とが形成される。凹部の端は、外周部付近の領域の分（幅「Ｄ」で示す部分）だけ残っている。
次に、図４（ｇ）に示すように、外周部を覆っていた保護膜３を、キシレン等によって除去する。続いて、シリコンウェハ１を、形成した貫通穴４単位で分割する。分割は、実施形態１と同様にして行うことができる。
以上のようにして、シリコンウェハから複数の液体吐出ヘッドの基板を製造することができる。本実施形態では、液体吐出ヘッドの基板を局所的に薄型化する為にシリコンウェハ１の第一面１１側を機械的研削加工によって削っている。これによって結晶歪層が発生するが、エッチングによって結晶歪層を除去することができるので、結晶歪層による凹部形状の変化を抑制することができる。
Claims (9)
- 液体吐出ヘッドの基板の製造方法であって、
シリコンウェハに複数の未貫通穴を形成する工程と、
前記シリコンウェハをエッチング液でエッチングし、前記シリコンウェハに、凹部と、前記凹部内に前記複数の未貫通穴から形成された複数の貫通穴とを形成する工程と、
前記シリコンウェハを前記貫通穴単位で分割することにより、前記シリコンウェハから複数の液体吐出ヘッドの基板を製造する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの基板の製造方法。 - 前記シリコンウェハをエッチング液でエッチングする際、前記シリコンウェハの外周部は保護膜で覆われている請求項１に記載の液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
- 前記シリコンウェハに複数の未貫通穴を形成する工程の前に、前記シリコンウェハのエッチング液によるエッチングを行う面を研削する工程を有する請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
- 前記未貫通穴はレーザー照射またはドライエッチングによって形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
- 前記貫通穴は液体吐出ヘッドの供給口である請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
- 前記シリコンウェハに前記複数の未貫通穴とは別の穴を形成する工程を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
- 前記別の穴を、前記シリコンウェハを前記貫通穴単位で分割する際のダイシングラインとして用いる請求項６に記載の液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
- 前記シリコンウェハをエッチング液でエッチングすることにより、前記別の穴から前記貫通穴とは別の貫通穴を形成し、前記別の貫通穴によって前記シリコンウェハを分割する請求項６に記載の液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
- 前記別の穴の形成をドライエッチングによって行う請求項６〜８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの基板の製造方法。
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