JP5264327B2 - ダイモジュールアレイの位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、イメージングアレイに於けるシリコンダイモジュールを正確に配列する技術に関し、より具体的には、大型の部分ページ幅もしくは全ページ幅のイメージングアレイの製造時に、多数のシリコンダイモジュールを高精度に突合わせ配列するためのアライメント構造の形成に関する。

イメージングアレイは一般的に多数のシリコンダイモジュールをその内部に利用している。高品質の画像を得るためには、個別のダイモジュールを精密に配列し、それによって、イメージング装置のノズルアレイを正確に配列することが重要となる。

基板上へのダイモジュールの高精度組立ての要求に応えるために、高精度の自動組立、あるいは精密切断・突合わせ法の使用が知られている。これらの技術はいずれも複雑な資本設備を要し、場合によっては設計の自由度の制約を受けることがある。

自動組立が部品の複雑さを低減減することは知られているが、その代わりに正確なアライメントマークを必要とする。同じように、ダイ突合わせ方式では、精密切断とクリーンルーム内組立の両方が必要となる。これらは全て高額な先行投資を要し、したがって製造コストに直接影響を及ぼす可能性がある。

この問題に対して現在行われている解決策としては、マシンビジョン（製造における画像センシング応用技術）を利用してダイ配置を行う、自動ダイボンダの使用がある。ダイボンダの例として、フリップチップやダイ直接配置方式の装置の様々なベンダからの装置がある。価格に依るが、３σで±１２μｍの精度が達成できるし、より高額の設備ではさらに精度を上げられる。

したがって、これらおよびその他の、先行技術における問題点を克服し、部分ページ幅および全ページ幅のイメージングアレイを製造する際に、個別のシリコンダイモジュールに物理的な基準面を直接形成し、多数のシリコンダイモジュールの高精度の突合わせアライメントを行うためにこの物理的な基準面を使用する方法を提供することが必要である。
米国特許第５，６６８，４００号 米国特許第５，５４５，９１３号 米国特許第５，７３８，７９９号 米国特許第４，９７５，１４３号

本発明は、改良されたダイモジュールアレイの位置決め方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、
イメージングアレイに於けるダイモジュールのアレイを位置決めする方法であって、
個別のシリコンダイモジュール上に物理的な参照基準面を直接形成するステップと、
アライメントツールを含む仮ホールダを提供するステップと、
前記アライメントツールに対して前記物理的な参照基準面を突合わせることによって、前記仮ホールダ上にダイを配置するステップと、
前記仮ホールダ上に配置された前記ダイを仮固定するステップと、
前記仮ホールダ上に配置された前記ダイに、永久基板を接着するステップと、
を含むことを特徴とするダイモジュールアレイの位置決め方法、が提供される。
前記接着のステップは、前記永久基板と前記ダイモジュールの間に接着剤を塗布するステップと、前記永久基板を前記仮ホールダから取り出すステップと、前記永久基板と前記ダイモジュールアレイとをキュアするステップをさらに含んでもよい。
前記物理的な参照基準面を形成するステップは、シリコンウェーハのノズル層にフォトリソグラフィによるパターンを形成するステップと、前記参照基準面を画定するために前記ウェーハ上の前記パターンをエッチングするステップと、を含んでもよい。
さらに、前記物理的な参照基準面をそれぞれに含む複数の個別のシリコンダイモジュールを形成するために、所定のパターンに沿って前記シリコンウェーハを切断するステップをさらに含み、前記物理的な参照基準面が長端アライメント構造および側端アライメント構造を備えてもよい。

本発明の実施態様は、一般的に、個別のシリコンダイモジュールに高精度の参照端を作り込むこと、および、全ページ幅イメージングアレイを製造する際に、多数のシリコンダイモジュールを高精度に突合わせアライメントするためにこの参照端を使用することを含む。

複数のインクチャネルを有するシリコン部材は、「ダイモジュール」あるいは「チップ」として知られる。それぞれのダイモジュールは、１インチに１００以上の等間隔に配置された流体エミッタを、何百、何千、あるいはそれ以上含んでいる。さらに、流体エミッタを１インチに１８０以上等間隔に配置することができる。またさらには、流体エミッタを１インチに２００以上等間隔に配置することができる。例示的な全ページ幅のサーマルジェット型液体吐出ヘッドは、画像が印刷される媒体の全幅に亘って延在する全ページアレイを形成する、1つ以上のダイモジュールを有する。多数のダイモジュールを有する液体吐出ヘッドでは、個別のダイモジュールがそれぞれのインク供給マニフォールドを含むか、または、多数のダイモジュールが１つのインク供給マニフォールドを共有することができる。

図１は、本教示の実施例によるデバイス設計の一部を示す平面図である。特に、図１は、ＭＥＭＳＪｅｔデバイス用の個別のダイモジュール（図３の３００）におけるノズル層１００の一部分を含んでいる。ＭＥＭＳＪｅｔデバイスでの使用は一例であり、本発明の要旨をこれに限定するものではない。一般的に、ノズル層１００は高品質で高精度のノズル穴１１０を実現するためにシリコンを含む。ノズル層１００に形成されたノズル穴１１０は、配列の上を横断して連番がつけられた直線配列であるかもしれない。ノズル層１００はさらに、アライメント構造１２０，１３０およびダイシングマーカ１５０で画定される切断代１４０を含むことができる。電気相互接続領域１６０もノズル層１００の中に示されている。

技術的に知られているように、図１に示すノズル層１００の部分は、個片に切断される前の同じモジュールの大きなアレイの一部分であることは理解されるであろう。ノズル層の機能の詳細は、例えば、印刷装置への接続やそれに類似した事柄を含め、本発明の理解のために必須ではないし、また、公知の内容でもあるので省略する。

切断代１４０は、ダイモジュールのアレイの中の所望のダイモジュールを全て囲むように形成することができる。切断代１４０は、水平切断代１４０ａおよび垂直切断代１４０ｂを含むことができる。水平切断代１４０ａは、配列されたノズル穴１１０に平行とし、垂直切断代１４０ｂは、水平切断代１４０ａに垂直とすることができる。切断代１４０を画定するために、個別のダイモジュールに対してダイシングマーカ１５０がノズル層１００の隅に配置される。ダイシングマーカ１５０は“Ｌ”字型のブラケットであり、この角に囲まれた内側が、水平切断代１４０ａと垂直切断代１４０ｂの線の交点であることを示す。一例として、この切断代に沿ってダイを個片化（切断）することによって、上述の特徴を有する複数のダイモジュール（図３の３００）が形成される。

アライメント構造１２０は、ノズル穴１１０の直線配列に対し実質的に平行に配置されている水平エッチライン（長端アライメント構造）を含む。アライメント構造１３０は、ノズルエッチ層１００の側部にあって切断代１４０の内部に向いたノッチエッチ部（側端アライメント構造）を含む。したがって、側端アライメント構造１３０が水平の長端アライメント構造に対して直交するように見える。

それぞれのノズル穴１１０、長端アライメント構造１２０および側端アライメント構造１３０は、共通のフォトマスクを使用してエッチングされる。したがって、ノズル穴１１０、長端アライメント構造１２０および側端アライメント構造１３０のエッチングが同一のフォトマスクを用いて行われるために、長端アライメント構造１２０はノズル穴１１０に対して完全に平行に形成できるし、側端アライメント構造１３０も長端アライメント構造１２０に対して正確に配向できると共にノズル穴１１０に正確に位置合わせすることができる。ウェーハプロセスにおいて、ノズル穴１１０の形成と同時にこれらのマーカがエッチングで形成される。エッチング工程は均一でよく制御されているために正確なエッチングができ、よって、エッチングされた部品間に精度の高い関係を実現できる。

図２Ａ、図２Ｂは、図１について平面図と側面図をそれぞれより詳細に示したものである。したがって、図１に対応する参照番号が図２Ａ、図２Ｂに用いられている。図２Ａでは、側端アライメント構造１３０のノッチ部の特徴が、ノズル穴１１０の列の端に示されている。側端アライメント構造１３０は、ノッチを突合わせ、あるいは位置決めの構造として使うときに、個片モジュール３００を動かないように安定させることができるだけの寸法であることが理解されるであろう。同様に、長端アライメント構造１２０がその全長に亘って高精度であることと、ノズル穴１１０に対して正確に平行にエッチングされていることとによって、水平のアライメント構造を突合わせるときに、モジュールを水平方向に正確に安定させることができる。

ノズル層１００の一段下がった領域１７０が図２Ｂに示されている。この一段下がった領域１７０は電気相互接続領域１６０に対応し、図に示すように、長端アライメント構造１２０のところから始まる。長端アライメント構造１２０から下への段差により電気相互接続領域１６０へのアクセスが与えられる。それに加えて、長端アライメント構造１２０に沿うエッチングと水平切断線１４０ａに沿った切断との組み合わせによって、電気相互接続領域１６０を覆うシリコンリッド（図示せず）をなくすことができる。電気相互接続領域１６０へアクセスできるようにすることは「窓開け」と呼ばれる。従来は、窓開けには追加のエッチング工程が必要であった。ここでは、シリコンリッドの除去および電気相互接続領域１６０へのアクセスは、長端アライメント構造１２０ａのエッチングとともに実行され、水平切断で完成される。さらに、長端アライメント構造１２０のエッチングによって、完全に直線的な窓の端部が、ノズル穴１１０に平行に形成される。

切断線１４０ａ，１４０ｂに沿って、ノズル層１００が一旦個片化されると、複数の個別のダイモジュール３００ができる。個別のダイモジュールは、典型的には基板上に互い違いに（千鳥状に）搭載される。個片のダイモジュール３００の互い違いのアレイの一例を図３に示す。より具体的には、図３は、ＭＥＭＳＪｅｔプリントヘッド用の互い違いアレイのパターン例を示している。個片化されたダイモジュール３００はそれぞれが約１２ｍｍｘ２ｍｍの寸法である。大きな部分ページ幅のアレイ、もしくは全ページ幅のアレイを作製するためには、個別のダイモジュール３００を直線状に突合わせて配列するか、図３に示すように互い違いの構成とする。互い違いの構成は切断およびダイ配置の公差が緩い。さらに、他の利点に加えて互い違いの配置は潜在的なリワークを許容できる。

直線のアレイであれ、互い違いのアレイであれ、ダイモジュールの正確な配置を得るために、本発明の一態様は、図４Ａ（平面図）、図４Ｂ（側面図）に一例として示すマスタアライメントツールを提供する。アライメントツールは、仮ホールダ４８０および参照部材４９０を含む。参照部材４９０が、例として、長端アライメント用のピン４９０ａ、および側端アライメント用のピン４９０ｂを含む。ピン４９０ａ，４９０ｂが参照点として作用し、そこに個別のダイモジュール４５０がアレイとして整列するように正確に突合わされる。仮ホールダ４８０が１つのダイモジュール４５０を支持するように描かれているが、全ページ幅のイメージングアレイ用のダイモジュールアレイを正確に配置するために、実際には同様なアライメント部材４９０に突合わされた複数のこのようなダイモジュール４５０を仮ホールダ４８０が支持することは理解されるであろう。参照点はピンとして記述されたが、代わりに、ここでのパラメータに合致した他の適切な位置決め要素が使われ得ることは理解されるであろう。

仮ホールダ４８０は、永久基板４９５に移す前に整列したダイモジュール４５０を所定の位置に保持できるように配置された真空部品４８５を含む。個別のダイモジュール４５０の位置決めに関しては、ダイモジュールの長端アライメント構造４２０を、対応する参照ピン４９０ａ、例えば一対の参照ピンに突合わす。さらに、側端アライメント構造４３０、特にはノッチを対応する側端参照ピン４９０ｂに突合わす。長端参照ピン４９０ａおよび側端参照ピン４９０ｂの両方にダイモジュール４５０が突合わされれば、正確なアレイを形成するために仮ホールダ４８０に保持された位置決め済みの他のダイモジュールに対して、このダイモジュールが精密かつ正確に配列される。

図４Ｂの例で示すように、参照ピン４９０ｂの高さはダイ４５０の高さより低くすることができる。図に示すような参照ピンの高さであれば、ダイ４５０と基板４９５を一緒にプレスするときに参照ピンが基板４９５と干渉しない。さらには、図２Ｂの領域１３０に対応するために、参照ピン４９０ｂの高さはダイ４５０の高さの半分より小さくできる。同じように、参照ピン４９０ａはダイ４５０の高さより低くすることができる。

複数の個別ダイモジュールが一旦精密に位置決めされ真空部品４８５で固定されると、位置決めされたダイモジュールのアレイが、イメージングアレイとして使用される永久基板４９５（図４Ｂ）に移される。永久基板４９５に接着層４５５を塗布し、仮ホールダ上のダイモジュールアレイの露出面に永久基板を接触させる。永久基板４９５をダイモジュールアレイ４５０に対して固定した後に真空部品４８５を解除する。こうしてダイモジュールと部品のアレイが永久基板へ移される。接着剤は、永久基板にではなく代わりに、仮止めされているダイモジュールのアレイの側に塗布することもできることは理解されるであろう。そして、このいずれの方法も本発明の範囲内である。

固定手段の一例として接着剤を挙げたが、テープ、半田、あるいはダイ接着のいかなる既知の方法を含む、他の接着方法を選択することができる。

ダイアレイを永久基板４９５に移した後に、永久基板４９５およびダイモジュールアレイ４５０を含むサブコンポーネントを既知の方法でキュア（硬化処理）する。

高精度アライメントツールの参照ピンは、どのような方法ででも形成することができる。例として、電鋳ニッケル、フォトエッチングした金属、エッチングしたシリコン、および、正確に位置決めされた突起を有するマスタツール形成に適したその他の類似の方法などがあるが、これに限定されるものではない。最新のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）装置を用いて、工具鋼を穿孔、固定することによっても、許容範囲の精度が得られる。ＣＮＣとは、ジグなかぐり盤、縦フライス盤、およびその他の類似の機械などをコンピュータ制御した加工装置を指す。

高精度の突合わせアライメント法を図５に関連して説明する。ステップをある順番で説明するが、本発明の範囲から外れることなしに、あるステップを追加、削除、もしくは変更ができることは理解されるであろう。

多数のシリコンダイモジュールを高精度に突合わせアライメントする方法５００は、個別のダイモジュールの形成が始まる、シリコンウェーハにノズル層を形成するステップ５１０を含む。シリコンノズル層には、電気相互接続部および画像デバイスのノズル層に必要な部品が含まれることは理解されるであろう。既知の必要部品に加えて、ノズル穴、側端ノッチ、および長端アライメント構造がステップ５２０でノズル層にエッチングされる。側端アライメント構造および長端アライメント構造は、ノズル穴と同じ層内にある。

側端と長端のアライメント構造、およびノズル穴のエッチングの次にステップ５３０でノズル層が個片化される。アライメント構造による位置決めがあるので、個片化は低精度の切断でよい。ステップ５４０で、個片化されたダイがアレイ状あるいは所定のパターンで仮ホールダ上に配置される。仮ホールダに付帯しているアライメントツールの部品に対して、側端および長端アライメント構造を突合わせることによって位置決めがなされる。仮に位置決めされた個片のダイが、ステップ５５０で真空によって仮に固定される。ステップ５６０で、接着剤が、永久基板および／またはダイモジュールアレイに塗布され、永久基板が仮固定されたダイモジュールに接着される。ステップ５７０において、基板と、ホールダに仮固定されたダイとが張り合わせられるか、もしくは他の方法で合体される。ダイモジュールを永久基板に固定した後に、基板／モジュールサブコンポーネントを仮ホールダから外して取り出すために、ステップ５８０で真空が仮ホールダから解除される。全てのダイが永久基板上に正確に配置された状態で、ステップ５９０でダイ／接着剤のキュア（硬化処理）が行われる。

従って、ノズルと同一層に高精度の参照端を形成することによって、アライメント用の直接的な絶対参照を得ることができる。高品質の参照端を切断線から離して配置することによって精度がさらに保障される。

部品間の関係を一般的な用語で説明したが、当業者であれば、例示した実施例の範囲から逸脱することなしに、部品を追加、削除、変更することができることは理解されるであろう。

ここで説明した実施例によって幾つかの利点が達成できること、そしてその１つとして、電気相互接続領域へのアクセス形成のための不必要な切断工程を省略でき、互い違いのアレイに対して誤差の累積なしに高いレベルの精度が得られ、また、視覚技術に基づく標準のダイボンダの高精度自動機よりも実質的により高い精度が得られる、ということが当業者に理解されるであろう。

本発明の実施例に基づくデバイス設計の一部分を示す平面図である。 本発明の実施例に基づく図１のデバイス設計の詳細を示す平面図である。 本発明の実施例に基づく図２Ａの線Ａ−Ａに沿った側面図である。 本発明の実施例で使用される互い違いのアレイの例を示す平面図である。 本発明の実施例に基づくアライメントツールに係合するダイの例を示す概略平面図である。 本発明の実施例に基づく図４Ａの側面図である。 本発明の実施例に基づく方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ ノズル層
１１０ ノズル穴
１２０ 長端アライメント構造
１３０ 側端アライメント構造
１４０ａ 水平切断代
１４０ｂ 垂直切断代
１５０ ダイシングマーカ
１６０ 電気相互接続領域
１７０ 一段下がった領域
３００ 個別ダイモジュール
４２０ 長端アライメント構造
４３０ 側端アライメント構造
４５０ ダイモジュール
４５５ 接着層
４８０ 仮ホールダ
４８５ 真空部品
４９０ａ 参照部材（長端アライメント用ピン）
４９０ｂ 参照部材（側端アライメント用ピン）
４９５ 永久基板

Claims (3)

1. イメージングアレイに於けるダイモジュールのアレイを位置決めする方法であって、
   シリコンウェーハに形成された個別のダイモジュール上に複数のノズル穴及び位置決め用の物理的な参照基準面を共通のフォトマスクを用いてエッチングにより直接形成するステップと、
   アライメントツールを含む仮ホールダを提供するステップと、
   所定のパターンに沿って前記シリコンウェーハを切断することにより、前記複数のノズル穴及び前記物理的な参照基準面がそれぞれに形成された複数の個別のダイモジュールに切断するステップと、
   前記アライメントツールに対して前記個別のダイモジュールの前記物理的な参照基準面を突合わせることによって前記個別のダイモジュールを位置決めし、前記仮ホールダ上に前記個別のダイモジュールを配置するステップと、
   前記仮ホールダ上に配置された前記個別のダイモジュールを仮固定するステップと、
   前記仮ホールダ上に配置された前記個別のダイモジュールに、永久基板を接着するステップと、
   を含むことを特徴とするダイモジュールアレイの位置決め方法。
2. 前記接着のステップが、前記永久基板と前記個別のダイモジュールの間に接着剤を塗布するステップと、
   前記永久基板を前記仮ホールダから取り出すステップと、
   前記永久基板と前記個別のダイモジュールのアレイとをキュアするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のダイモジュールアレイの位置決め方法。
3. 前記物理的な参照基準面が長端アライメント構造および側端アライメント構造を備えることを特徴とする請求項１に記載のダイモジュールアレイの位置決め方法。

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