JP7076966B2 - 基板および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに用いられる基板および半導体デバイスの製造方法に関する。

液体吐出ヘッドに用いられるシリコン基板では、インク供給口等の所望の構造を形成するためにシリコンのウエット処理である異方性エッチング技術が用いることがある。このような技術を用いてインク供給口となる多数の開口をシリコン基板に形成すると、シリコン基板に反りが生じることがある。また、シリコン基板上に樹脂層を積層して吐出口やインク流路を形成する場合、樹脂の硬化収縮によってもシリコン基板の反りが発生する。

シリコン基板の反りによる応力が大きくなると、シリコン基板上に成膜されたメンブレン膜や保護膜などの薄い膜は、場合によっては亀裂が入ったり、割れたりしてしまうことがある。

特許文献１では、ウエハの外縁部にダミーの開口を設けることで、作為的にダミーの開口に割れを生じさせて、インク供給口における割れを防ぐ方法が記載されている。

特開２００７－２５０７６１号公報

しかし、特許文献１の方法では、インク供給口における割れは防げるが、ウエハ自体に割れが生じており、ウエハ全体の剛性が低下してしまい、その後の工程でメンブレン膜やウエハが破損する虞がある。

よって本発明は、製造工程におけるメンブレン膜やウエハの破損の発生を抑制することができる液体吐出ヘッドに用いられる基板および半導体デバイスの製造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製造方法は、シリコンウエハに膜を成膜する成膜工程と、前記シリコンウエハの所定領域に、前記シリコンウエハを貫通する第１開口を形成する第１開口形成工程と、前記シリコンウエハの前記所定領域と前記シリコンウエハの外周端との間の領域である所定外領域に、前記シリコンウエハを貫通する第２開口を形成する第２開口形成工程と、前記シリコンウエハを、前記第１開口を備えた基板に切断する切断工程と、を有し、前記切断工程においては、前記シリコンウエハの表面から裏面に向かって切断することで該シリコンウエハから前記基板を分断し、前記シリコンウエハが切断される前において、前記第２開口は、該シリコンウエハの前記表面から前記裏面まで形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、製造工程におけるメンブレン膜やウエハの破損を抑制することができる。

有効チップ開口とダミー開口が設けられたシリコン基板の図である。 有効チップ開口とダミー開口が設けられたシリコン基板の図である。 有効チップ開口とダミー開口が設けられたシリコン基板の図である。 有効チップ開口とダミー開口との配置を示した図である。 液体吐出ヘッドの一例を示す模式的斜視図である。 液体吐出ヘッド用の基板の基本的な製造工程を示した図である。

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。なお、以下の説明において同一の機能を有する部位には同一の符号を付与し、その説明を省略する。

図１から図３は、液体吐出ヘッド用シリコン基板（以下、単にシリコン基板ともいう）１の有効領域（所定領域）内に配置された有効チップ開口３及び有効領域の外である有効外領域に配置されたダミー開口２配置の一例を示す平面図である。有効領域内は、図中の点線内の部分である。本実施形態におけるシリコン基板１は、図１のように、有効領域内に複数の有効チップ開口３が設けられており、その有効領域を囲むように、有効領域からシリコン基板１の外周端までの領域（所定外領域）に複数のダミー開口２が設けられている。ダミー開口２は、その数や形状が、シリコン基板１における有効外領域の形状に応じて設けられている。ダミー開口２の形状は、有効チップ開口３と同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。またダミー開口２は、同じ形状のものと異なる形状のものとが混在していてもよいし、全て同一の形状であってもよい。また、シリコン基板１のダミー開口２および有効チップ開口３は、矢印Ｘ方向の中心線と矢印Ｙ方向の中心線との交点である中心に対して点対称となっている。このようにダミー開口２を有効外領域の形状に応じて設けることで、メンブレン膜やウエハの破損の発生を抑制することができる。

図２のように、ダミー開口２の形状が有効チップ開口３の形状と同じで、ダミー開口２の長手方向が、有効チップ開口３の長手方向と同じであってもよいし、異なる向きのものがあってもよい。つまり、ダミー開口２の長手方向が、有効チップ開口３の短手方向と同じであってもよい。また、同じ向きと異なる向きとが混在していてもよいし、全て同じ向きであってもよい。

また図３のように、シリコン基板１の１つの有効領域内に有効チップ開口が２つあってもよく、３つ以上であってもよい。また、その際のダミー開口２の配置は、シリコン基板１の有効外領域の形状に応じて配置されていれば、この配置に限定されるものではない。また、有効外領域の面積に応じてダミー開口２の数量を決めてもよい。

なお、本実施形態では矢印Ｘ方向の有効チップ開口３とダミー開口２を合わせた開口率と、矢印Ｙ方向の有効チップ開口３とダミー開口２を合わせた開口率との比が、０．８以上１．０以下となるように有効チップ開口３とダミー開口２を配置している。

図４は、有効チップ開口３とダミー開口２との配置を示した図であり、有効チップ開口３を白色、ダミー開口２を波線模様で示している。なお、図４では、ダミー開口２を有効チップ開口３の下側に配置した図を示しているが、これに限定するものではなく、横や上側に配置してもよい。また、有効チップ開口３に対するダミー開口２の位置が、上下左右の１ヶ所に限定されるものではなく、２つ以上もしくは４つ全てがダミー開口２であってもよい。ちなみに、有効チップ開口３と周囲のダミー開口２との間隔は、全て同一でもよいし、上下と左右で異なっていてもよいし、周囲全てが異なっていてもよい。また、有効チップ開口３やダミー開口２は長方形（四角形）に限定されるものではなく、シリコンの異方性エッチングにより加工できる形状であれば、円や三角形、多角形であってもよい。

図５は、液体吐出ヘッドの一例を示す模式的斜視図である。液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子６２が所定のピッチで配置され、メンブレン膜６３（後述する図６参照）が成膜されたシリコン基板１を有している。シリコン基板１上には、インク流路及びエネルギー発生素子６２の上方に開口する吐出口６９が、流路形成部材を成すオリフィス層６６により形成されている。また、面方位が［１００］の単結晶のシリコン基板１を異方性エッチングによって形成されたインク供給口６８が、エネルギー発生素子６２の列の間に開口している。オリフィス層６６は、インク供給口６８から各吐出口６９に連通するインク流路上部を形成している。

液体吐出ヘッドは、インク供給口６８を介してインク流路内に充填されたインク（液体）に、エネルギー発生素子６２が発生する圧力を加えることによって、吐出口６９から液滴を吐出させて記録媒体に付着させることにより記録を行う。

図６（ａ）～（ｈ）は、本発明における液体吐出ヘッド用の基板の基本的な製造工程を示しており、各工程における図５のＶＩ－ＶＩ断面を示した図である。以下、製造工程に沿って基板を形成する方法を説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、母材として、ウエハの一方の面が面方位［１００］であり、他方の面にエネルギー発生素子６２が設けられ、その表面にメンブレン膜６３が成膜されたシリコン基板１を用意する。なお、このメンブレン膜６３は、後の工程でウェットエッチングやドライエッチングにより不要部分を除去できるものであれば特に限定されるものではない。その後、図６（ｂ）に示すように、基板の両面に樹脂をスピンコート法、ダイレクトコート法やスプレー法等により塗布して、表面の密着層及び裏面のエッチングマスクとなる保護層６４を形成する。その後、レジストを塗布して、露光及び現像することによりレジストパターンを形成し、レジストをマスクとして保護層６４をエッチングすることで所望のエッチングパターンおよびダミーパターンを形成する。パターン形成後は、図６（ｃ）のように、感光性樹脂をスピンコート法、ダイレクトコート法やスプレー法等により塗布して、樹脂層６５を形成し、その後、露光及び現像することによって、樹脂層６５に所望の流路パターンを形成する。

その後、図６（ｄ）のように、樹脂層６５上にオリフィス層６６となる被覆樹脂をスピンコート法、ダイレクトコート法やスプレー法等により塗布する。その後、吐出口６９に相当する部分を露光及び現像して除去することにより、吐出口６９を有するオリフィス層６６を形成する。オリフィス層６６形成後は、図６（ｅ）のように、シリコン基板１の裏面に未貫通孔６７を形成する。未貫通孔６７を形成する手段としては、レーザー光照射、ドリル等を用いることができる。その後、図６（ｆ）のように、シリコン基板１の裏面の保護層６４をマスクとしてエッチング処理を行うことによって、シリコン基板１にインク供給口６８を形成する（開口形成工程）。なお、シリコンを異方性エッチングするためのエッチング液は、シリコンをエッチングするための所望のアルカリ性を示す化合物であれば、特に限定されるものではない。エッチング液としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（以下、ＴＭＡＨ）、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等が挙げられる。また、これらの溶液を単独、もしくは２種類以上の液を混合して使用しても良いし、エッチングレートの向上のために一種類以上の添加物を添加してもよい。更に、エッチング液はエッチングレートをより向上させるために、４０℃以上１００℃以下、より好ましくは７０℃以上９５℃以下に加温することが好ましい。なお、エッチング処理は、オリフィス層６６の表面を環化ゴムやテープ等により保護して、エッチング溶液を容器中に貯めてバッチ式で処理してもよいし、シリコン基板１と容器とをシールして、処理面のみをエッチング溶液に触れさせる枚葉式で処理してもよい。

その後、図６（ｇ）のように、シリコンのエッチング後に不要となった裏面の保護層６４及びインク流路中にあるメンブレン膜６３を除去する。これは、溶液中にシリコン基板１を浸漬させて処理を行うウエット方式を用いてもよいし、エッチングガスで処理をするドライ方式を用いてもよい。そして図６（ｈ）のように、樹脂層６５及びオリフィス層６６が形成されたシリコン基板１を樹脂層６５が溶解する溶剤に浸漬させて、シリコン基板１から樹脂層６５の除去を行う。

このような工程を経て、吐出口６９及びインク供給口６８と、これらを連通する供給路とを備えるシリコン基板１が得られる。このようにして得られたシリコン基板１をレーザーソータやダイシングソータ等によって切断分離してチップ化する。各チップにエネルギー発生素子６２を駆動させる電気配線の接合を行った後、インク供給用のチップタンク部材を接合することにより、液体吐出ヘッドを製造することができる。

なお、本実施形態ではシリコンウエハを例に説明したが、これに限定するものではなく、シリコン以外、例えばシリコンカーバイトウエハ等に用いてもよい。

また本発明は、切断して分離する前のウエハ状態である半導体デバイスの製造方法に適用してもよい。

このように、有効外領域の形状に応じた配置および形状の少なくとも一方を有した、ウエハを貫通するダミー開口２を有効外領域に設ける。これによって、製造工程におけるメンブレン膜やウエハの破損の発生を抑制することができる液体吐出ヘッドに用いられる基板および半導体デバイスの製造方法を実現することができた。

（実施例１）
メンブレン膜６３としての窒化シリコンが成膜されたウエハを用い、シリコン基板１のエッチングパターン及びダミーパターンに、レーザーにより先導孔を形成した。続いて、レーザー加工されたシリコン基板１をＴＭＡＨ２２重量部のエッチング液を用い、８３℃でウェットエッチング処理することで、インク供給口６８となる有効チップ開口３及びダミー開口２を形成した。このシリコン基板１におけるメンブレン不良率は０％であった。

（実施例２）
実施例１と同様の方法を用い、ダミーパターン形状とエッチングパターン形状とを異ならせて、インク供給口６８となる有効チップ開口３及びダミー開口２を形成した。このシリコン基板１におけるメンブレン不良率は０％であった。

（実施例３）
実施例１と同様の方法を用い、ダミーパターンの長手方向とエッチングパターンの長手方向とを異ならせて、インク供給口６８となる有効チップ開口３及びダミー開口２を形成した。このシリコン基板１におけるメンブレン不良率は０％であった。

（実施例４）
実施例１と同様の方法を用い、矢印Ｘ方向における有効チップ開口３とダミー開口２とを合わせた開口率と、矢印Ｙ方向における有効チップ開口３とダミー開口２とを合わせた開口率との比が、１となるように、有効チップ開口３とダミー開口２とを配置した。このシリコン基板１におけるメンブレン不良率は０％であった。

（実施例５）
実施例１と同様の方法を用い、矢印Ｘ方向における有効チップ開口３とダミー開口２とを合わせた開口率と、矢印Ｙ方向における有効チップ開口３とダミー開口２とを合わせた開口率との比が、０．８となるように、有効チップ開口３とダミー開口２とを配置した。このシリコン基板１におけるメンブレン不良率は０％であった。

（比較例１）
実施例１と同様の方法を用い、ダミーパターンを配置しないでシリコン基板１のエッチングを行った。この場合、ウェットエッチングによるインク供給口形成時にメンブレン不良が発生し、その不良率は６％であった。

（比較例２）
実施例１と同様の方法を用い、矢印Ｘ方向における有効チップ開口３とダミー開口２とを合わせた開口率と、矢印Ｙ方向における有効チップ開口３とダミー開口２とを合わせた開口率との比が、０．７５となるように、有効チップ開口３とダミー開口２とを配置した。この場合、ウェットエッチングによるインク供給口形成時にメンブレン不良が発生し、その不良率は３％であった。

このような実施例と比較例とにおける不良率から、本願発明の効果が得られることを確認することができた。

１ シリコン基板
２ ダミー開口
３ 有効チップ開口
６３ メンブレン膜
６８ インク供給口
６９ 吐出口

Claims (11)

1. シリコンウエハに膜を成膜する成膜工程と、
   前記シリコンウエハの所定領域に、前記シリコンウエハを貫通する第１開口を形成する第１開口形成工程と、
   前記シリコンウエハの前記所定領域と前記シリコンウエハの外周端との間の領域である所定外領域に、前記シリコンウエハを貫通する第２開口を形成する第２開口形成工程と、
   前記シリコンウエハを、前記第１開口を備えた基板に切断する切断工程と、
   を有し、
   前記切断工程においては、前記シリコンウエハの表面から裏面に向かって切断することで該シリコンウエハから前記基板を分断し、
   前記シリコンウエハが切断される前において、前記第２開口は、該シリコンウエハの前記表面から前記裏面まで形成されていることを特徴とする基板の製造方法。
2. 前記第２開口形成工程は、前記所定外領域の面積に基づいた数量の、前記第２開口を形成する請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 前記第１開口形成工程と前記第２開口形成工程とは、エッチングによって開口を形成する工程である請求項１または請求項２に記載の基板の製造方法。
4. 前記第１開口形成工程および前記第２開口形成工程では、前記シリコンウエハの中心に対して点対称に前記第１開口および前記第２開口を形成する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
5. 前記第１開口形成工程では、前記第１開口の形状を長方形に形成する請求項１ないし請
   求項４のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
6. 前記第１開口の長手方向における前記第１開口と前記第２開口とを合わせた開口率と、前記第１開口の短手方向における前記第１開口と前記第２開口とを合わせた開口率との比を、０．８以上１．０以下とする請求項５に記載の基板の製造方法。
7. 前記第２開口形成工程では、前記第２開口の形状を長方形に形成する請求項５または請求項６に記載の基板の製造方法。
8. 前記第１開口の長手方向と前記第２開口の長手方向とは、異なる方向である請求項７に記載の基板の製造方法。
9. 前記第２開口形成工程では、前記第２開口を複数の異なる形状に形成する請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
10. 前記第２開口形成工程は、前記第２開口を多角形に形成する請求項９に記載の基板の製造方法。
11. シリコンウエハに膜を成膜する成膜工程と、
    前記シリコンウエハの所定領域に、前記シリコンウエハを貫通する第１開口を形成する第１開口形成工程と、
    前記シリコンウエハの前記所定領域と前記シリコンウエハの外周端との間の領域である所定外領域に、前記シリコンウエハを貫通する第２開口を形成する第２開口形成工程と、
    前記シリコンウエハを、前記第１開口を備えた基板に切断する切断工程と、
    を有し、
    前記切断工程においては、前記シリコンウエハの表面から裏面に向かって切断することで該シリコンウエハから前記基板を分断し、
    前記シリコンウエハが切断される前において、前記第２開口は、該シリコンウエハの前記表面から前記裏面まで形成されていることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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