JP4306717B2 - シリコンデバイスの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

シリコンデバイスの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板を複数のチップに分割する基板分割方法及びその方法を用いたシリコンデバイスの製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
従来から、例えば、圧電素子等の圧力発生手段によって圧力発生室内の液体に圧力を付与することで、ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドが知られており、その代表例としては、液滴としてインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。そして、このインクジェット式記録ヘッドとしては、圧力発生室が形成された流路形成基板の一方面側に圧電素子等の圧力発生手段が設けられると共に、流路形成基板の他方面側にノズル開口が穿設されたノズルプレートが接合されたものが知られている。
また、このようなインクジェット式記録ヘッドを構成する流路形成基板としては、例えば、シリコン単結晶基板等によって形成されるものがある。このような流路形成基板は、一般的に、シリコンウェハ等の基板に複数一体的に形成された後、この基板を分割することによって形成されている。
基板の分割方法としては、例えば、シリコンウェハ（基板）に形成される各流路形成基板（チップ）間の切断予定線上に、複数の貫通孔が所定間隔で列設されてなるブレークパターンを形成しておき、シリコンウェハに外力を加えることによってシリコンウェハをこのブレークパターンに沿って分割する方法がある（例えば、特許文献１参照）。そして、例えば、このような分割方法をインクジェット式記録ヘッドの製造方法に適用してシリコンウェハを分割すると、ブレークパターンを構成する各貫通孔の間の脆弱部がシリコンウェハに外力が加わることによって分割され、その結果、複数の流路形成基板（チップ）が形成される。
このようにシリコンウェハにブレークパターンを設けておくことで、シリコンウェハを複数の流路形成基板に比較的容易に分割することができる。
特開２００２−３１３７５４号公報（第４〜９頁、第１及び２図）
しかしながら、シリコンウェハ（脆弱部）が破断する位置や形状を一定にするのは難しく、シリコンウェハの各貫通孔の間の脆弱部以外の部分が破断してしまうという問題がある。また、貫通孔の角部を起点として製品である流路形成基板上に亀裂が発生するという問題もある。
特に、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドを製造する場合には、破断状態によっては破断面から微細な割れカスが発生してこの割れカスが流路内等に付着してノズル詰まり等が発生するという問題がある。さらに、割れカスが流路形成基板上に付着すると、流路形成基板上に薄膜等を形成する場合には、形成不良が生じて歩留まりが低下するという問題もある。
また、脆弱部をレーザ光の照射により形成する場合、基板上に設けられた部品によってレーザ光が遮蔽されてしまうため、脆弱部を形成する領域から離れた位置に部品を形成するしかなく、シリコンデバイスの取り数が減少してしまい、製造コストが増大してしまうという問題がある。
特に、厚い基板にレーザ光を照射して脆弱部を形成する場合、基板上の部材を脆弱部が形成される領域から離した位置に配置しなくてはならず、さらにシリコンデバイスの取り数が減少してしまうという問題がある。
また、基板にレーザ光を照射して脆弱部を形成する場合、基板の厚さ方向に亘って脆弱部を形成すると、加工に時間がかかってしまうという問題がある。
なお、薄い基板を用いると、基板の剛性が低下して割れやクラックが発生し易く、基板の取り扱いが煩雑になってしまうという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑み、基板を複数のチップに良好に分割することができ、その際に、各チップの割れや割れカスがチップに付着するのを防止することができると共に、取り数を増大させてコストを低減させた基板分割方法及びシリコンデバイスの製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の態様は、基板を複数のチップに分割する基板分割方法であって、前記基板の一方面側からレーザ光を照射すると共に、前記基板のチップとなる各領域の境界線上における当該基板の他方面側に凹部を形成して、前記レーザ光の集光点を前記基板の前記境界線上における当該基板の内部に合わせることで、当該基板の一方面側及び他方面側の少なくとも一方の表層に連結部を残して前記基板の内部に所定幅で脆弱部を形成し、その後、前記基板に外力を加えることにより前記脆弱部に沿って当該基板を分割して複数のチップとすることを特徴とする基板分割方法にある。
かかる態様では、脆弱部に沿って基板を容易に且つ良好に分割することができる。また、基板を分割する際に製品となるチップに亀裂等が生じるのを防止できる。さらに、基板に凹部を形成しておくことで、レーザ光の加工深さを浅くすることができ、安定したレーザ加工を行うことができると共に、加工時間を短縮してコストを低減することができる。
ここで、前記凹部を、前記基板をエッチングすることにより形成するのが好ましい。これによれば、凹部を短時間で高精度に形成することができる。
また、前記レーザ光を前記一方面側から照射する前に、前記基板の前記一方面を鏡面化することが好ましい。これによれば、基板の一方面に付着する異物や基板自体の微小な凹凸によるレーザ光の集光が乱されるのを防止して、基盤の内部の所定箇所に脆弱部を容易に形成することができる。
また、前記連結部の厚さが３０μｍ以下となるように前記脆弱部を形成することが好ましい。これによれば、連結部の厚さを比較的薄くすることで、基板をさらに容易に且つ良好に分割することができる。
また、前記脆弱部をその幅が１５μｍ以下となるように形成することが好ましい。これによれば、脆弱部を比較的狭い幅で形成することで、破断面がより確実に平滑化される。
また、前記基板の厚さ方向で集光点の位置を変化させて前記境界線上にレーザ光を複数回走査することによって前記脆弱部を形成することが好ましい。これによれば、脆弱部を比較的狭い幅で且つ良好に形成でき、また脆弱部の周囲の基板への悪影響も防止することができる。
さらに本発明は、上記態様の基板分割方法によって、前記基板であるシリコンウェハを複数のシリコンデバイスに分割することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。これによれば、脆弱部に沿ってシリコンウェハを容易に且つ良好に分割することができる。また、シリコンウェハを分割する際に製品となるシリコンデバイスに亀裂等が生じるのを防止できる。さらに、シリコンウェハに凹部を形成しておくことで、レーザ光の加工深さを浅くすることができ、安定したレーザ加工を行うことができると共に、加工時間を短縮してコストを低減することができる。
ここで、前記シリコンウェハにレーザ光を照射する前に、前記シリコンウェハの一方面に部品を形成することが好ましい。これによれば、凹部を形成することで、レーザ光の加工深さを浅くすることができ、部品がレーザ光を遮蔽するのを防止することができるため、部品を境界部に近接して形成することができる。したがって、１枚のシリコンウェハから製造できるシリコンデバイスの取り数を増大させることができ、コストを低減することができる。
また、前記部品を前記シリコンウェハの一方面に接着剤を介して接着すると共に、前記シリコンウェハの一方面の前記部品が接着される領域のシリコンデバイスとなる各領域の境界側に溝部を形成してから、前記部品を接着剤を介して接着することが好ましい。これによれば、部品を接着する接着剤が溝部内に溜まり、境界部側に接着剤が流出するのを防止することができる。したがって、流出した接着剤がレーザ光の照射が遮蔽されるのを防止することができる。
さらに、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とが形成された流路形成基板が複数一体的に形成された流路形成基板用ウェハの接合面と、前記流路形成基板に対応して設けられる保護基板が複数一体的に形成された保護基板用ウェハの接合面とを接合した後、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを分割して液体噴射ヘッドとする際に、前記流路形成基板用ウェハの前記流路形成基板となる各領域の境界線上における当該流路形成基板用ウェハの前記接合面とは反対側の面に凹部を形成する工程と、前記保護基板用ウェハの前記接合面とは反対の面側からレーザ光を照射して、当該レーザ光の集光点を前記保護基板用ウェハの前記境界線上における当該保護基板用ウェハの内部に合わせることで、当該保護基板用ウェハの前記接合面側又は当該接合面とは反対の面側の少なくとも一方の表層に連結部を残して前記保護基板用ウェハの内部に所定幅で脆弱部を形成する工程と、その後、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハに外力を加えることにより前記脆弱部に沿って前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを複数の液体噴射ヘッドに分割する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、脆弱部に沿って流路形成基板用ウェハを容易に且つ良好に分割することができる。また、流路形成基板用ウェハを分割する際に製品となる液体噴射ヘッドに亀裂等が生じるのを防止できる。さらに、流路形成基板用ウェハに凹部を形成しておくことで、レーザ光の加工深さを浅くすることができ、安定したレーザ加工を行うことができると共に、加工時間を短縮してコストを低減することができる。
ここで、前記流路形成基板用ウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室を形成すると共に、前記凹部を、前記圧力発生室と同時に前記流路形成基板用ウェハをエッチングすることにより形成することが好ましい。これによれば、製造工程を簡略化してさらにコストを低減することができる。
以下、実施形態に基づいて本発明を説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、流路形成基板の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。
すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが約０．１〜０．５μｍの下電極膜６０と、圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなり厚さが例えば、約１．１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
このような圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が挙げられる。
また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出された引き出し配線として、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。そして、このリード電極９０は、詳しくは後述する貫通孔３３で駆動回路１２０と接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられた保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、上述したように、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通の液体室となるリザーバ１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
また、保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接着剤３６を介して接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
さらに、保護基板３０のコンプライアンス基板４０が接合される領域には、溝部３７が形成されている。この溝部３７は、詳しくは後述する製造方法において、保護基板用ウェハにレーザ光を照射して脆弱部を形成する際に、コンプライアンス基板４０を接着した接着剤３６がレーザ光の照射領域に流出して、レーザ光の照射を遮蔽するのを防止している。すなわち、溝部３７は、保護基板３０のコンプライアンス基板４０が接着される領域で、保護基板用ウェハの保護基板３０となる各領域の境界側に設けられていればよい。
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図１１を参照して説明する。なお、図３〜図７及び図１１は、圧力発生室の長手方向を示す断面図であり、図８は、保護基板用ウェハを示す平面図であり、図９は、圧力発生室の短手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数個一体的に形成されるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。
次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。なお、下電極膜６０は、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。
次に、図４（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板１０の全面に形成後、図４（ｂ）に示すように、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。また、圧電体層７０の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法等を用いるようにしてもよい。
次に、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
次に、図５（ａ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０の接合面を、流路形成基板用ウェハ１１０の接合面上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
また、保護基板用ウェハ１３０の流路形成基板用ウェハ１１０とは反対側の面は、予め、例えば、ドライポリッシュ加工などの研磨等を行うことにより鏡面化している。このように保護基板用ウェハ１３０の流路形成基板用ウェハ１１０とは反対側の面を鏡面化しておくことで、詳しくは後述する保護基板用ウェハ１３０にレーザ光を照射する際に、レーザ光が保護基板用ウェハ１３０の表面で異物や表面の微小な凹凸で乱反射するのを防止して、レーザ光による加工を高精度に行うことができる。
さらに、保護基板用ウェハ１３０には、コンプライアンス基板４０が接合される領域に予め溝部３７を形成しておく。この溝部３７は、後の工程で保護基板用ウェハ１３０にレーザ光を照射する際に、コンプライアンス基板４０を接着した接着剤３６がレーザ光の照射領域に流出してレーザ光の照射を遮蔽するのを防止している。すなわち、溝部３７は、保護基板用ウェハ１３０のコンプライアンス基板４０が接着される領域で、保護基板用ウェハ１３０の保護基板３０となる各領域の境界側に設けられていれば、コンプライアンス基板４０を接着する際の接着剤３６がレーザ光の照射側に流出するのを防止できる。
次いで、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。
次いで、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上にマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
また、流路形成基板用ウェハ１１０の流路形成基板１０となる領域の境界線上に凹部１６を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０を弾性膜５０に達するまで異方性エッチングすることにより、凹部１６を圧力発生室１２と同時に形成するようにした。すなわち、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０の厚さ方向に貫通した凹部１６を形成するようにした。なお、圧力発生室１２及び凹部１６の形成方法は、特にこれに限定されず、例えば、圧力発生室１２及び凹部１６をイオンミリングや反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより形成してもよく、凹部１６と圧力発生室１２とを別途形成するようにしてもよい。また、凹部１６を、流路形成基板用ウェハ１１０を貫通することなく流路形成基板用ウェハ１１０の厚さ方向の一部に形成するようにしてもよく、また、凹部１６を流路形成基板用ウェハ１１０を貫通して、保護基板用ウェハ１３０の厚さ方向の一部に達するまで形成するようにしてもよい。凹部１６の深さについては、詳しくは後述する工程で、保護基板用ウェハ１３０にレーザ光を照射した際の集光点の到達位置によって適宜決定すればよい。
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０のマスク膜５２を除去し、各流路形成基板１０となる領域にノズル開口２１の設けられたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接着剤３６を介して接着する。
このとき、保護基板用ウェハ１３０のコンプライアンス基板４０が接着される領域には予め溝部３７が設けられているため、コンプライアンス基板４０を接着した際の接着剤３６が溝部３７内に溜まり、接着剤３６がコンプライアンス基板４０の外側、特に、保護基板３０となる各領域の境界側に流出するのを防止することができる。これにより、後の工程で、保護基板用ウェハ１３０の保護基板３０となる各領域の境界にレーザ光を照射した際に、流出した接着剤３６によって、レーザ光の照射が遮蔽されるのを防止することができる。
次に、図７（ａ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０の流路形成基板用ウェハ１１０とは反対側から例えば、ＹＡＧレーザ等のレーザ光２００を照射して、レーザ光２００の集光点を保護基板用ウェハ１３０の保護基板３０となる各領域の図８中点線で示す境界線（切断予定線）上に合わせる。これにより、図７（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０のレーザ光２００を照射する側の表層に連結部１３１を残して保護基板用ウェハ１３０に所定幅で脆弱部１３２を形成する。この連結部１３１は、保護基板用ウェハ１３０のレーザ光２００を照射する側の表層のみに形成してもよいが、保護基板用ウェハ１３０の接合面側の表層にも形成するようにしてもよい。いずれにしても保護基板用ウェハ１３０の内部に脆弱部１３２を形成すればよい。
具体的には、保護基板用ウェハ１３０の内部に集光点を合わせて所定条件でレーザ光２００を照射して保護基板用ウェハ１３０の内部に多光子吸収を発生させて脆弱部１３２を形成する。このような脆弱部１３２は、流路形成基板用ウェハ１１０に設けられた凹部１６に相対向する領域に設けられることになる。
なお、この脆弱部１３２は、レーザ光２００が照射されることで、保護基板用ウェハ１３０が改質された領域であり、例えば、微小クラックが複数存在するクラック領域、溶融状態又は溶融後再固化した状態である溶融処理領域等のことを言う。そして、保護基板用ウェハ１３０の保護基板３０となる各領域は、この脆弱部１３２では実質的に分離された状態になる。すなわち、保護基板用ウェハ１３０の保護基板３０となる各領域は、実質的に連結部１３１のみで連結された状態となっている。このような脆弱部１３２を形成する際に、脆弱部１３２の一部が剥がれ落ちる場合もあるが、特に問題はない。
また、レーザ光２００を照射することで形成される脆弱部１３２は、レーザ光２００の出力、走査速度等の各種条件によっても異なるが、いずれにしても集光点近傍のみに形成される。このため、図９に示すように、切断予定線上の同一領域に、保護基板用ウェハ１３０の厚さ方向で集光点Ｐの位置を変えて複数回レーザ光２００を所定速度で走査させることによって脆弱部１３２を形成する。走査回数は、保護基板用ウェハ１３０の厚さによっても異なるが、例えば、本実施形態では、３００ｍｍ／ｓの走査速度で、レーザ光２００を１０回走査することで、脆弱部１３２を形成している。
このように、本発明では、保護基板用ウェハ１３０の切断予定線上に、レーザ光２００の照射側の表層に連結部１３１を残して保護基板用ウェハ１３０に所定幅で脆弱部１３２を形成するようにした。すなわち、保護基板用ウェハ１３０の内部に集光点を合わせてレーザ光２００を照射することによって脆弱部１３２を形成するようにした。流路形成基板用ウェハ１１０の圧力発生室１２が開口する面側からレーザ光２００を照射することで脆弱部１３２を形成することも考えられるが、凹部１６が形成されていると共にノズルプレート２０が接合されているため、詳しくは後述するが保護基板用ウェハ１３０の流路形成基板用ウェハ１１０とは反対側の面までレーザ光２００の集光点を到達させるには、ノズルプレート２０の互いに隣接する幅を広げてノズルプレート２０がレーザ光２００を遮蔽しないようにしなくてはならず、チップの取り数が減少してしまう。また、レーザ光２００を流路形成基板用ウェハ１１０側から保護基板用ウェハ１３０に向けて照射すると、流路形成基板用ウェハ１１０の圧力発生室１２及び凹部１６等を異方性エッチングで形成した表面は荒れているため、レーザ光２００が乱反射してしまいレーザ加工を行うことができない。そして、上記照射方法によって連結部１３１と脆弱部１３２とを保護基板用ウェハ１３０の厚さ方向の所定の場所に形成することで、後述する工程で、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０を比較的容易に且つ良好に分割することができ、またその際に、割れカス等が破片として飛散することがなく、異物（破片）が流路形成基板用ウェハ１１０や保護基板用ウェハ１３０などに付着することはほとんどない。また、保護基板用ウェハ１３０のレーザ光２００が照射される表面を予め鏡面化しておくことで、レーザ光２００が保護基板用ウェハ１３０の表面で乱反射するのを防止して、脆弱部１３２が乱れて形成されるのを防止することができ、保護基板用ウェハ１３０を分割する際に不具合が生じるのを防止することができる。
なお、脆弱部１３２を形成する際に残す連結部１３１の厚さｄ（図７（ｂ）参照）は、できるだけ薄いことが好ましい。つまり、連結部１３１の厚さｄは、保護基板用ウェハ１３０の保護基板３０となる各領域がヘッド製造過程において分離されない程度にできるだけ薄くすることが好ましい。具体的には、連結部１３１の厚さｄは３０μｍ以下とすることが好ましい。また、脆弱部１３２は、保護基板用ウェハ１３０にレーザ光２００を照射することによって形成されるため、その幅は比較的狭く形成されるが、この幅はできるだけ狭い方が好ましい。具体的には、脆弱部１３２の幅は、１５μｍ以下が好ましい。
このような寸法で脆弱部１３２及び連結部１３１を形成することで、後述する工程で、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０を良好に分割することができる。
ここで、本実施形態の基板である流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０上に接着剤３６を介して接着される部品であるコンプライアンス基板４０の位置と、レーザ光２００の加工深さ（集光点の到達深さ）との関係について説明する。なお、図７（ｂ）は寸法を示す要部拡大断面図であり、図１０（ａ）は、部品とレーザ光の入射幅との関係を示すグラフ、図１０（ｂ）は、部品とレーザ光の加工深さとの関係を示すグラフである。
図７（ｂ）では、コンプライアンス基板４０の接着剤３６を含めた高さｈ、コンプライアンス基板４０の互いに隣接する幅Ｌ、レーザ光２００の保護基板用ウェハ１３０への入射幅Ｗ、レーザ光２００の保護基板用ウェハ１３０への入射角度θ１、レーザ光２００の保護基板用ウェハ１３０への入射角度θ２、レーザ光２００の加工深さＺ、レーザ光２００の保護基板用ウェハ１３０への入射位置から到達点までの距離ｓで表している。
そして、レーザ光２００の入射角度θ１が４５度、θ２が１１度とすると、コンプライアンス基板４０の高さｈ及び互いに隣接する幅Ｌからレーザ光の入射幅Ｗを算出すると図１０（ａ）に示す結果となる。すなわち、レーザ光２００は、コンプライアンス基板４０によって遮蔽されないように入射幅Ｗを変える必要があるため、レーザ光２００の入射幅Ｗは、コンプライアンス基板４０の互いに隣接する幅Ｌとコンプライアンス基板４０の高さｈとによって変化することが分かる。
また、コンプライアンス基板４０の高さｈ及び互いに隣接する幅Ｌから照射可能なレーザ光２００の入射幅Ｗを算出し、この算出した入射幅Ｗからレーザ光２００の加工深さＺを算出すると、図１０（ｂ）に示す結果となる。すなわち、レーザ光２００の入射幅Ｗによって、レーザ光２００の加工深さＺが変化することが分かる。したがって、図１０（ｂ）に示す結果から、コンプライアンス基板４０の高さｈが４０μｍで、コンプライアンス基板４０の互いに隣接する幅Ｌが１４０μｍのときは、レーザ光２００の加工深さＺは約１５０μｍとなり、コンプライアンス基板４０の互いに隣接する幅Ｌが１８０μｍのときは、レーザ光２００の加工深さＺは約２５０μｍとなるため、コンプライアンス基板４０の互いに隣接する幅Ｌを４０μｍ狭くすると、レーザ光２００の加工深さＺは約１００μｍ浅くなることになる。
なお、図７（ｂ）から、レーザ光２００の入射幅Ｗと、加工深さＺとの関係は、下記式（１）で表すことができる。
Figure 0004306717
 したがって、レーザ光２００の加工深さＺ、レーザ光２００の入射幅Ｗ又はコンプライアンス基板４０の互いに隣接する間隔Ｌが分かれば、式（１）に基づいて各種寸法を決定することができる。
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０に外力を加えることによって、複数の流路形成基板１０及び保護基板３０に分割する。なお、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０に外力を加える方法は、特に限定されず、例えば、エキスパンドリング等を用いて流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０に外力を加えればよい。これにより、図１１に示すように、脆弱部１３２に沿って流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０が分割、すなわち、連結部１３１が分割（割断）され、これによる複数の流路形成基板１０及び保護基板３０が形成される。
以上説明したように、保護基板用ウェハ１３０の一方面（保護基板用ウェハ１３０の接合面とは反対側の面）を鏡面化して、レーザ光２００によってレーザ加工することで、レーザ光２００が表面で乱反射するのを防止して、高精度なレーザ加工を行うことができる。また、流路形成基板用ウェハ１１０に凹部１６を形成し、凹部１６に対応する保護基板用ウェハ１３０をレーザ光２００により加工することで、レーザ光２００による加工深さＺを浅くすることができ、部品であるコンプライアンス基板４０の互いに隣接する間隔Ｌを狭くすることができる。これにより、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０を分割した際に、１枚の流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０から形成されるインクジェット式記録ヘッドの取り数を増やすことができ、製造コストを低減することができる。すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０に凹部１６を形成せずに、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の厚さ方向に亘ってレーザ光２００によって脆弱部１３２を形成するには、コンプライアンス基板４０の互いに隣接する間隔Ｌを広くしなくてはならず、１枚の流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０から形成されるインクジェット式記録ヘッドの取り数が減少してしまう。
また、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより凹部１６を形成し、レーザ光２００による加工深さＺを浅くすることで、加工時間のかかるレーザ加工が短時間で済ませることができる。これにより、製造時間を短縮して製造コストを低減することができる。
さらに、レーザ光２００による加工深さＺを浅くすることで、脆弱部１３２のラインが乱れて形成されるのを防止して、安定した加工を行うことができる。すなわち、レーザ光２００による加工深さＺが深いと、脆弱部１３２のラインが暴れ、安定した加工を行うことができない。
また、本実施形態では、保護基板用ウェハ１３０のコンプライアンス基板４０が接着される領域に溝部３７を設け、コンプライアンス基板４０を接着した際の接着剤３６が溝部３７内に溜まるようにしたため、保護基板３０となる各領域の境界側に流出するのを防止することができる。これにより、保護基板用ウェハ１３０の保護基板３０となる各領域の境界にレーザ光を照射した際に、流出した接着剤３６によって、レーザ光の照射が遮蔽されるのを防止することができる。また、溝部３７を設けることによって、レーザ光２００が接着剤３６により遮蔽されるのを防止するために、コンプライアンス基板４０の接着位置、すなわち、コンプライアンス基板４０の互いに隣接する開口Ｌを広くする必要が無くなり、１枚の流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０から形成されるインクジェット式記録ヘッドの取り数をさらに増大させることができる。
なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２及び凹部１６等をエッチングにより形成した後、保護基板用ウェハ１３０にレーザ光２００を照射して脆弱部１３２を形成するようにしたが、これに限定されず、勿論、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２及び凹部１６を形成する前に、保護基板用ウェハ１３０に脆弱部１３２を形成するようにしてもよい。また、本実施形態では、保護基板用ウェハ１３０に切断予定線に沿って連続する脆弱部１３２を形成するようにしたが、この脆弱部１３２は、図１２に示すように、切断予定線に沿って断続的（いわゆるミシン目状）に形成するようにしてもよい。
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドを例示して本発明を説明したが、本発明は、勿論、液体噴射ヘッドの製造以外のシリコンウェハを用いたシリコンデバイスの製造方法に用いることができる。すなわち、上述した実施形態１では、シリコンデバイスに用いられるシリコン基板として流路形成基板用ウェハ１１０と保護基板用ウェハ１３０とが接合されたものを例示したものである。また、本発明は、例えば、シリコンウェハの他、ガラス基板、ＭｇＯ基板等の比較的割れやすい材料からなる基板を分割する際に用いて特に好適な方法である。なお、基板に脆弱部を形成する際に照射するレーザ光の種類は、基板の材料に応じて適宜選択する必要がある。
また、本発明では、基板に脆弱部を形成するようにしているため、基板に加える外力が比較的弱くても、基板を確実に各チップに分割することができる。このため、例えば、分割する基板が吸着可能なものである場合、連結部によって連結されている各チップを吸着移動させることによっても基板を各チップに良好に分割することができる。具体的には、例えば、図１３（ａ）に示すように、まず、連結部１３１Ａ及び脆弱部１３２Ａが形成された基板１３０Ａの各領域３０Ａをその一方面側から真空ポンプ等に接続される吸着保持手段２１０によってそれぞれ吸着保持する。そして、図１３（ｂ）に示すように、吸着移動手段２１１によって各領域３０Ａを基板１３０Ａの他方面側から吸着すると共に、吸着移動手段２１１が吸着した各領域３０Ａに対応する吸着保持手段２１０による吸着を停止する。そして、図１３（ｃ）に示すように、吸着保持手段２１０を上方に移動させ、この移動時に基板１３０Ａに加わる外力によって基板１３０Ａの連結部１３１Ａ及び脆弱部１３２Ａを分割することもできる。
インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。 インクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。 インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 保護基板用ウェハを示す平面図である。 インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 部品とレーザ光との関係を示すグラフである。 インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 脆弱部の他の例を示す保護基板用ウェハの平面図である。 基板分割方法の他の例を説明する概略図である。
符号の説明
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １６ 凹部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ リザーバ形成基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ３５、３６ 接着剤、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 ９１ 密着層、 ９２ 金属層、 １００ リザーバ、 １１０ 流路形成基板用ウェハ、 １２０ 駆動回路、 １２１ 駆動配線、 １３０ リザーバ形成基板用ウェハ、 １３０Ａ 基板、 １３１、１３１Ａ 連結部、 １３２、１３２Ａ 脆弱部、 １９０ 配線層、 １９１ 屈曲部、 ２００ レーザ光、 ３００ 圧電素子

Claims (10)

  1. シリコンウェハを複数のシリコンデバイスに分割してシリコンデバイスを製造するシリコンデバイス製造方法であって、
    部品を前記シリコンウェハの一方面に接着剤を介して接着すると共に、前記シリコンウェハの一方面の前記部品が接着される領域のシリコンデバイスとなる各領域の境界側に溝部を形成してから前記部品を接着剤を介して接着し、
    その後、前記シリコンウェハの一方面側からレーザ光を照射すると共に、前記レーザ光の集光点を前記シリコンウェハの前記シリコンデバイスとなる各領域の境界線上における当該シリコンウェハの内部に合わせることで、当該シリコンウェハの一方面側及び他方面側の少なくとも一方の表層に連結部を残して前記シリコンウェハの内部に所定幅で脆弱部を形成し、
    その後、前記シリコンウェハに外力を加えることにより前記脆弱部に沿って当該シリコンウェハを分割して複数のシリコンデバイスとするシリコンデバイス製造方法。
  2. 前記シリコンデバイスとなる各領域の境界線上における当該シリコンウェハの他方面側に凹部を形成することを特徴とする請求項１記載のシリコンデバイス製造方法
  3. 前記凹部を、前記シリコンウェハをエッチングすることにより形成することを特徴とする請求項２記載のシリコンデバイス製造方法。
  4. 前記レーザ光を前記一方面側から照射する前に、前記シリコンウェハの前記一方面を鏡面化することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のシリコンデバイス製造方法。
  5. 前記連結部の厚さが３０μｍ以下となるように前記脆弱部を形成することを特徴とする
    請求項１乃至４いずれかに記載のシリコンデバイス製造方法。
  6. 前記脆弱部をその幅が１５μｍ以下となるように形成することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンデバイス製造方法。
  7. 前記シリコンウェハの厚さ方向で集光点の位置を変化させて前記境界線上にレーザ光を複数回走査することによって前記脆弱部を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のシリコンデバイス製造方法。
  8. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力を発生させる
    圧力発生手段とが形成された流路形成基板が複数一体的に形成された流路形成基板用ウェ
    ハの接合面と、前記流路形成基板に対応して設けられる保護基板が複数一体的に形成され
    た保護基板用ウェハの接合面とを接着剤を介して接合する工程と、
    前記接合する工程に先立って、前記保護基板用ウェハの前記流路形成基板が接合される領域に溝部を形成する工程と、
    前記保護基板用ウェハの前記接合面とは反対の面側からレーザ光を照射して、当該レー
    ザ光の集光点を前記保護基板用ウェハの前記境界線上における当該保護基板用ウェハの内
    部に合わせることで、当該保護基板用ウェハの前記接合面側又は当該接合面とは反対の面
    側の少なくとも一方の表層に連結部を残して前記保護基板用ウェハの内部に所定幅で脆弱
    部を形成する工程と、
    その後、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハに外力を加えることにより前記脆弱部に沿って前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを複数の液体
    噴射ヘッドに分割する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
  9. 前記流路形成基板用ウェハの前記流路形成基板となる各領域の境界線上における当該流
    路形成基板用ウェハの前記接合面とは反対側の面に凹部を形成する工程をさらに具備することを特徴とする請求項８記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  10. 前記流路形成基板用ウェハをエッチングすることにより前記圧力発生室を形成すると共
    に、前記凹部を、前記圧力発生室と同時に前記流路形成基板用ウェハをエッチングすることにより形成することを特徴とする請求項９記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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