JP2008230141A - Machining method of silicon wafer and manufacturing process of liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のシリコン基板を一体的に有するシリコンウェハの加工方法、及び液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法、特に、シリコンウェハを用いて製造され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の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for processing a silicon wafer integrally having a plurality of silicon substrates, and a method for manufacturing a liquid jet head that ejects liquid droplets, and more particularly, an inkjet that is manufactured using a silicon wafer and ejects ink droplets as liquid droplets. The present invention relates to a method for manufacturing a recording head.
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。 Conventionally, for example, a liquid ejecting head that discharges liquid droplets from a nozzle by applying pressure to a liquid in a pressure generating chamber by pressure generating means such as a piezoelectric element has been known. As an example, an ink jet recording head that discharges ink droplets may be used. In this ink jet recording head, pressure generating means such as a piezoelectric element is provided on one side of the flow path forming substrate on which the pressure generating chamber is formed, and a nozzle is formed on the other side of the flow path forming substrate. One in which a provided nozzle plate is joined is known.
ここで、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は、例えば、表面が(110)面であるシリコン単結晶基板によって形成される。そして、この流路形成基板は、シリコンウェハに複数一体的に形成した後、シリコンウェハを分割することによって形成されている。 Here, the flow path forming substrate constituting such an ink jet recording head is formed of, for example, a silicon single crystal substrate having a (110) surface. Then, a plurality of the flow path forming substrates are integrally formed on the silicon wafer, and then formed by dividing the silicon wafer.
シリコンウェハの分割方法としては、例えば、シリコンウェハに形成される各流路形基板(シリコン基板)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イクパターンを形成しておき、シリコンウェハをこのブレイ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)。 As a method for dividing a silicon wafer, for example, a break pattern in which a plurality of through holes are arranged at predetermined intervals on a planned cutting line between each flow path type substrate (silicon substrate) formed on the silicon wafer is formed. There is a method of dividing the silicon wafer along the break pattern (see, for example, Patent Document 1).
このような複数の貫通孔からなるブレイクパターンを形成する際には、貫通孔内の一部にシリコンウェハの表面に対して傾斜する(111)面で構成される残存部が形成されてしまう。特許文献1に係る発明では、残存部を意図的に残している。このような残存部を残すことにより、ブレイクパターンを補強することはできる。ただし逆を言えば、ブレイク性が低下することになり、そればかりか残存部が存在することで切断予定線が安定しないという問題が生じる虞もある。このため、残存部は常に残せばよいというものではなく、シリコンウェハの厚さ等の各種条件によっては残存部を残すことなく各貫通孔を形成する必要がある。 When such a break pattern composed of a plurality of through holes is formed, a remaining portion composed of a (111) plane inclined with respect to the surface of the silicon wafer is formed in a part of the through holes. In the invention according to Patent Document 1, the remaining portion is intentionally left. By leaving such a remaining portion, the break pattern can be reinforced. However, in other words, the breakability is lowered, and there is also a possibility that the planned cutting line is not stable due to the presence of the remaining portion. For this reason, it is not always necessary to leave the remaining portion, and depending on various conditions such as the thickness of the silicon wafer, it is necessary to form each through hole without leaving the remaining portion.
しかしながら、上述のように残存部の表面は(111)面で構成されているため、この残存部をウェットエッチングで除去するには比較的長い時間を要し、製造効率が低くなってしまうという問題がある。 However, as described above, since the surface of the remaining portion is constituted by the (111) plane, it takes a relatively long time to remove the remaining portion by wet etching, resulting in low manufacturing efficiency. There is.
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法だけでなく、シリコンウェハを分割して複数のシリコン基板を得る場合には同様に存在する。 Such a problem exists not only in the manufacturing method of a liquid jet head such as an ink jet recording head but also in the case where a plurality of silicon substrates are obtained by dividing a silicon wafer.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、各基板の周囲にブレイクパターンを効率的且つ高精度に形成することができ、このブレイクパターンに沿って各基板を良好に分離することができるシリコンウェハの加工方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can form a break pattern around each substrate efficiently and with high accuracy, and each substrate can be satisfactorily separated along the break pattern. Another object is to provide a silicon wafer processing method and a liquid jet head manufacturing method.
上記課題を解決する本発明は、表面が(110)面であるシリコンウェハに複数の貫通孔が所定間隔で列設されたブレイクパターンを異方性エッチングによって形成し、このブレイクパターンに沿って前記シリコンウェハを分割することで複数のシリコン基板とする際に、前記貫通孔のそれぞれが(110)面に垂直な第1の(111)面及びこの第1の(111)面に相対向する第2の(111)面と、(110)面に垂直で且つ第1の(111)面と所定の角度で交差する第3の(111)面及びこの第3の(111)面に相対向し、前記第2の(111)面と所定の角度で交差する第4の(111)面とで構成されるように前記ブレイクパターンを形成し、且つ前記貫通孔を異方性エッチングによって形成する前又は形成中に、前記第1及び第2の(111)面と前記第3又は第4の(111)面とで構成される前記貫通孔の端部で且つ前記第1又は第2の(111)面と前記第3又は第4の(111)面との交差する角度が鋭角である鋭角部となる部分に、レーザ加工により前記シリコンウェハをその厚さ方向に貫通する少なくとも一つの穴部を形成することを特徴とするシリコンウェハの加工方法にある。
かかる本発明では、ブレイクパターンを構成する各貫通孔を比較的短時間で効率的に且つ良好に形成することができる。したがって、シリコンウェハのブレイク性を向上することができ、且つ製造コストの削減を図ることができる。
In the present invention for solving the above-mentioned problems, a break pattern in which a plurality of through holes are arranged at a predetermined interval is formed on a silicon wafer having a (110) surface by anisotropic etching, and the break pattern is formed along the break pattern. When the silicon wafer is divided into a plurality of silicon substrates, each of the through holes has a first (111) plane perpendicular to the (110) plane and a first (111) plane opposite to the first (111) plane. Two (111) planes, a third (111) plane perpendicular to the (110) plane and intersecting the first (111) plane at a predetermined angle, and the third (111) plane. Before the break pattern is formed so as to be constituted by a fourth (111) plane intersecting the second (111) plane at a predetermined angle and the through hole is formed by anisotropic etching Or during the formation, And an end of the through hole constituted by the second (111) plane and the third or fourth (111) plane, and the first or second (111) plane and the third or third Wherein at least one hole penetrating the silicon wafer in the thickness direction is formed by laser processing in a portion where the angle intersecting with the (111) plane of 4 is an acute angle portion. There is a method for processing a wafer.
In the present invention, each through-hole constituting the break pattern can be efficiently and satisfactorily formed in a relatively short time. Therefore, the breakability of the silicon wafer can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
ここで、前記第1の(111)面に沿って形成される前記ブレイクパターンを、各貫通孔の前記第1の(111)面と前記第2の(111)面とが交互に直線上配置されるように形成することが好ましい。これにより、シリコンウェハのブレイク性がさらに向上すると共にブレイク精度が向上する。つまり、シリコンウェハを切断予定線に沿って容易且つ良好に形成することができる。 Here, in the break pattern formed along the first (111) plane, the first (111) plane and the second (111) plane of each through hole are alternately arranged on a straight line. It is preferable to form as described above. Thereby, the breakability of the silicon wafer is further improved and the break accuracy is improved. That is, the silicon wafer can be easily and satisfactorily formed along the planned cutting line.
さらに本発明は、ノズルに連通すると共に当該ノズルから液滴を噴射するための圧力が付与される圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板に接合される接合基板とを有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、表面が(110)面であるシリコンウェハからなる接合基板用ウェハに前記接合基板を複数一体的に形成した後、上述したシリコンウェハの加工方法によって当該接合基板用ウェハを分割して複数の前記接合基板と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。かかる本発明では、液体噴射ヘッドを良好に形成することができると共に、製造コストを大幅に抑えることができる。 Furthermore, the present invention provides a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber is formed which communicates with a nozzle and is applied with a pressure for ejecting droplets from the nozzle, and a bonding substrate bonded to the flow path forming substrate. A plurality of the bonding substrates are integrally formed on a bonding substrate wafer made of a silicon wafer having a (110) surface, and then processed by the silicon wafer processing method described above. In the method of manufacturing a liquid jet head, the bonding substrate wafer is divided into a plurality of the bonding substrates. According to the present invention, it is possible to satisfactorily form the liquid jet head and to greatly reduce the manufacturing cost.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head manufactured by a manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG.
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では結晶面方位が(110)であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜50が形成されている。流路形成基板10には、隔壁11によって区画された複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。 As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is a silicon single crystal substrate having a crystal plane orientation of (110) in this embodiment, and an elastic film 50 made of an oxide film is formed on one surface thereof. In the flow path forming substrate 10, a plurality of pressure generating chambers 12 partitioned by a partition wall 11 are arranged in parallel in the width direction.
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、隔壁11によって区画され各圧力発生室12に連通するインク供給路13と連通路14とが設けられている。さらに、連通路14の外側には、各連通路14と連通する連通部15が設けられている。この連通部15は、後述する保護基板30のリザーバ部32と連通して、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。 Further, an ink supply path 13 and a communication path 14 that are partitioned by a partition wall 11 and communicate with each pressure generation chamber 12 are provided on one end side in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10. Furthermore, a communication portion 15 that communicates with each communication path 14 is provided outside the communication path 14. The communication portion 15 communicates with a reservoir portion 32 of the protective substrate 30 described later, and constitutes a part of the reservoir 100 that becomes a common ink chamber (liquid chamber) of each pressure generating chamber 12.
ここで、インク供給路13は、圧力発生室12よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部15から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。例えば、本実施形態では、インク供給路13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、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。各連通路14は、圧力発生室12の幅方向両側の隔壁11を連通部15側に延設してインク供給路13と連通部15との間の空間を区画することで形成されている。 Here, the ink supply path 13 is formed to have a narrower cross-sectional area than the pressure generation chamber 12, and the flow path resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 15 is kept constant. . For example, in this embodiment, the ink supply path 13 has a width smaller than the width of the pressure generation chamber 12 by narrowing the flow path on the pressure generation chamber 12 side between the reservoir 100 and each pressure generation chamber 12 in the width direction. It is formed with. In this embodiment, the ink supply path is formed by narrowing the width of the flow path from one side. However, the ink supply path may be formed by narrowing the width of the flow path from both sides. Further, the ink supply path may be formed by narrowing from the thickness direction instead of narrowing the width of the flow path. Each communication path 14 is formed by extending the partition walls 11 on both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12 to the communication part 15 side to partition the space between the ink supply path 13 and the communication part 15.
流路形成基板10の開口面側には、複数のノズル21が穿設されたノズルプレート20が、例えば、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されており、各ノズル21は、各圧力発生室12のインク供給路13とは反対側の端部近傍にそれぞれ連通している。なお、ノズルプレート20は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などからなる。 A nozzle plate 20 in which a plurality of nozzles 21 are formed is fixed to the opening surface side of the flow path forming substrate 10 by, for example, an adhesive or a heat-welded film, and each nozzle 21 has a pressure generating chamber. The ink supply paths 13 communicate with each other in the vicinity of the end on the opposite side. The nozzle plate 20 is made of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like.
一方、流路形成基板10の開口面とは反対側の面には、上述したように弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、弾性膜50とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には下電極膜60と、圧電体層70と、上電極膜80とからなる圧電素子300が形成されている。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。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。なお、各圧電素子300の上電極膜80には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。 On the other hand, the elastic film 50 is formed on the surface opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 as described above. The elastic film 50 is made of an oxide film made of a material different from that of the elastic film 50. An insulator film 55 is formed. Furthermore, a piezoelectric element 300 including a lower electrode film 60, a piezoelectric layer 70, and an upper electrode film 80 is formed on the insulator film 55. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. For example, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) is connected to the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300, and a voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90. It has become so.
このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、圧電素子300を接合するための圧電素子保持部31を有する接合基板である保護基板30が、例えば、接着層35によって接合されている。なお、圧電素子保持部31によって画成される空間は、密封されていても、密封されていなくてもよい。また、保護基板30には、複数の圧力発生室12に供給するインクが貯留されるリザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部32が設けられている。このリザーバ部32は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部15と連通されてリザーバ100を構成している。なお、流路形成基板10の連通部15を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバ部32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13を設けるようにしてもよい。また、保護基板30には、その厚さ方向に貫通する露出孔33が設けられており、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、この露出孔33内に露出されている。 On the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, a protective substrate 30 that is a bonding substrate having a piezoelectric element holding portion 31 for bonding the piezoelectric element 300 is bonded by, for example, an adhesive layer 35. Has been. Note that the space defined by the piezoelectric element holding portion 31 may be sealed or may not be sealed. Further, the protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 100 in which the ink supplied to the plurality of pressure generating chambers 12 is stored. In this embodiment, the reservoir portion 32 is formed through the protective substrate 30 in the thickness direction and across the width direction of the pressure generating chamber 12, and the communication portion 15 of the flow path forming substrate 10 as described above. And the reservoir 100 is configured. Note that the communication portion 15 of the flow path forming substrate 10 may be divided into a plurality for each pressure generation chamber 12 and only the reservoir portion 32 may be used as the reservoir. Further, for example, only the pressure generation chamber 12 is provided in the flow path forming substrate 10, and a reservoir and a member interposed between the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30 (for example, the elastic film 50, the insulator film 55, etc.) An ink supply path 13 that communicates with each pressure generation chamber 12 may be provided. Further, the protective substrate 30 is provided with an exposure hole 33 penetrating in the thickness direction, and the vicinity of the end portion of the lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 is exposed in the exposure hole 33. Yes.
このような保護基板30としては、流路形成基板10と同一の材料である、シリコン単結晶基板を用いている。 As such a protective substrate 30, a silicon single crystal substrate, which is the same material as the flow path forming substrate 10, is used.
さらに、このような保護基板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有機材料からなり、この封止膜41によってリザーバ部32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となっており、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。 Further, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of an organic material having low rigidity and flexibility, and one surface of the reservoir portion 32 is sealed by the sealing film 41. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal. A region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, and one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. ing.
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と接続されたインク導入口からインクを取り込み、リザーバ100からノズル21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路(図示なし)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圧電素子300を撓み変形させることによって、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル21からインク滴が吐出される。 In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown), and the interior from the reservoir 100 to the nozzle 21 is filled with ink. In accordance with a recording signal from (not shown), a voltage is applied between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 to bend and deform the piezoelectric element 300, whereby each pressure generation chamber 12. The internal pressure increases and ink droplets are ejected from the nozzle 21.
ここで、このような本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを構成する、例えば、流路形成基板10、保護基板30等は、上述したように表面が(110)面であるシリコン単結晶基板からなる。例えば、図3に示すように、保護基板30は、6インチ程度のシリコンウェハである保護基板用ウェハ130に複数一体的に形成された後、すなわち、保護基板用ウェハ130を異方性ウェットエッチングすることによって圧電素子保持部31、リザーバ部32等を複数形成した後、保護基板用ウェハ130を図中一点鎖線で示す第1及び第2の切断予定線150A,150Bに沿って分割することによって形成されている。 Here, for example, the flow path forming substrate 10, the protective substrate 30, and the like constituting the ink jet recording head according to this embodiment are formed from a silicon single crystal substrate having a (110) surface as described above. Become. For example, as shown in FIG. 3, a plurality of protective substrates 30 are integrally formed on a protective substrate wafer 130 which is a silicon wafer of about 6 inches, that is, the protective substrate wafer 130 is anisotropically etched. By forming a plurality of piezoelectric element holding portions 31, reservoir portions 32, etc., the protective substrate wafer 130 is divided along the first and second scheduled cutting lines 150A and 150B indicated by the one-dot chain line in the figure. Is formed.
なお、第1の切断予定線150Aは、(110)面に垂直な第1の(111)面に沿って配され、第2の切断予定線150Bは、第1の(111)面の軸方向に沿って配されている。本実施形態では、保護基板用ウェハ130のオリフラ(オリエンタル・フラット)が、第1の(111)面に沿って形成されているため、第1の切断予定線150Aは、オリフラに沿った方向となり、第2の切断予定線150Bは、オリフラに垂直な方向となる。 The first planned cutting line 150A is arranged along the first (111) plane perpendicular to the (110) plane, and the second planned cutting line 150B is the axial direction of the first (111) plane. It is arranged along. In this embodiment, since the orientation flat (oriental flat) of the protective substrate wafer 130 is formed along the first (111) plane, the first planned cutting line 150A is in the direction along the orientation flat. The second planned cutting line 150B is in a direction perpendicular to the orientation flat.
これら第1及び第2の切断予定線150A,150B上には、複数の貫通孔が所定間隔で配列されてなるブレイクパターンが形成されている。例えば、本実施形態では、第1の切断予定線150A上に、図4に示すように、開口形状が略矩形である複数の貫通孔201Aを有するブレイクパターン200Aが形成されている。一方、第2の切断予定線150B上には、図5に示すように、第2の切断予定線150Bとは直交する方向に延設される直交部201aと、この直交部201aの両端から、直交部201aとは所定の角度傾斜する方向に第2の切断予定線150Bまで延設される延設部201bとで構成される複数の貫通孔201Bからなるブレイクパターン200Bが形成されている。そして、これら各貫通孔201(201A,201B)の間が脆弱部202となっており、保護基板用ウェハ130に外力を加えることでこれら脆弱部202に亀裂が入り、ブレイクパターン200(切断予定線150)に沿って保護基板用ウェハ130が分割される。つまり、保護基板用ウェハ130が各保護基板30に分離されることになる。 A break pattern in which a plurality of through holes are arranged at a predetermined interval is formed on the first and second planned cutting lines 150A and 150B. For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, a break pattern 200A having a plurality of through holes 201A having a substantially rectangular opening shape is formed on the first planned cutting line 150A. On the other hand, on the second planned cutting line 150B, as shown in FIG. 5, from an orthogonal part 201a extending in a direction orthogonal to the second planned cutting line 150B, from both ends of the orthogonal part 201a, A break pattern 200B composed of a plurality of through-holes 201B formed of an extending portion 201b extending to the second planned cutting line 150B in a direction inclined at a predetermined angle with the orthogonal portion 201a is formed. And between these each through-hole 201 (201A, 201B) becomes the weak part 202, when an external force is applied to the protective substrate wafer 130, the weak part 202 is cracked, and the break pattern 200 (scheduled cutting line) 150), the protective substrate wafer 130 is divided. That is, the protective substrate wafer 130 is separated into the protective substrates 30.
そして、本実施形態に係るブレイクパターン200A,200Bを構成する各貫通孔201A,201Bは、開口形状は異なるものの、何れも、保護基板用ウェハ130の表面((110)面)に垂直な第1の(111)面130a及びこの第1の(111)面130aに相対向する第2の(111)面130bと、(110)面に垂直で且つ第1の(111)面130aと所定の角度で交差する第3の(111)面130c及びこの第3の(111)面130cに相対向し、第2の(111)面130bと所定の角度で交差する第4の(111)面130dとで構成されている。 The through-holes 201A and 201B constituting the break patterns 200A and 200B according to the present embodiment have different opening shapes, but both are first to be perpendicular to the surface ((110) plane) of the protective substrate wafer 130. The (111) plane 130a, the second (111) plane 130b opposite to the first (111) plane 130a, and a predetermined angle with the first (111) plane 130a perpendicular to the (110) plane A third (111) surface 130c that intersects with the third (111) surface 130c and a fourth (111) surface 130d that faces the second (111) surface 130b at a predetermined angle. It consists of
なお、各ブレイクパターン200の各貫通孔201の配置は、適宜決定されればよいが、第1の切断予定線150A上に設けられるブレイクパターン200Aの各貫通孔201は、各貫通孔201の第1の(111)面130aと第2の(111)面130bとが交互に直線上、すなわち、第1の切断予定線150A上に配置されるように形成されていることが好ましい(図4参照)。これにより、ブレイクパターン200(切断予定線150)に沿って保護基板用ウェハ130を精度よく分割することができる。 The arrangement of the through holes 201 of each break pattern 200 may be determined as appropriate, but each of the through holes 201 of the break pattern 200A provided on the first planned cutting line 150A is the number of each through hole 201. It is preferable that the first (111) surface 130a and the second (111) surface 130b are alternately arranged on a straight line, that is, on the first planned cutting line 150A (see FIG. 4). ). Thereby, the protective substrate wafer 130 can be accurately divided along the break pattern 200 (scheduled cutting line 150).
そして、このようなブレイクパターン200を構成する各貫通孔201は、以下に説明するように、保護基板用ウェハ130にウェットエッチングによってリザーバ部32等を形成する際に同時に形成される。図6は、圧力発生室の長手方向における保護基板用ウェハ130の断面図である。 Each of the through holes 201 constituting the break pattern 200 is formed at the same time when the reservoir portion 32 and the like are formed on the protective substrate wafer 130 by wet etching, as will be described below. FIG. 6 is a cross-sectional view of the protective substrate wafer 130 in the longitudinal direction of the pressure generating chamber.
まず、図6(a)に示すように、面方位(110)のシリコンウェハである保護基板用ウェハ130を熱酸化してその表面に二酸化シリコンからなる保護膜131を形成する。次に、図6(b)に示すように、レジスト膜等を介してエッチングすることにより保護膜131を所定形状にパターニングする。すなわち、圧電素子保持部31、リザーバ部32及び露出孔33と、ブレイクパターン200の各貫通孔201が形成される部分の保護膜131に開口部132を形成する。 First, as shown in FIG. 6A, a protective substrate wafer 130 which is a silicon wafer having a plane orientation (110) is thermally oxidized to form a protective film 131 made of silicon dioxide on the surface thereof. Next, as shown in FIG. 6B, the protective film 131 is patterned into a predetermined shape by etching through a resist film or the like. That is, the opening 132 is formed in the protective film 131 where the piezoelectric element holding portion 31, the reservoir portion 32, the exposure hole 33, and the through holes 201 of the break pattern 200 are formed.
次いで、この保護膜131をマスクとして保護基板用ウェハ130をその両面側からそれぞれ異方性ウェットエッチングを開始する。ここで、各貫通孔201は、保護基板用ウェハ130表面の(110)面に垂直な上記第1〜第4の(111)面130a〜130dが露出されながら深さ方向にエッチングが進行する(図4,図5参照)。 Next, anisotropic wet etching is started on both sides of the protective substrate wafer 130 using the protective film 131 as a mask. Here, in each through-hole 201, etching proceeds in the depth direction while the first to fourth (111) surfaces 130a to 130d perpendicular to the (110) surface of the surface of the protective substrate wafer 130 are exposed ( (See FIGS. 4 and 5).
またその際、第1及び第2の(111)面130a,130bと第3又は第4の(111)面130c,130dとで構成される貫通孔201の端部で且つ第1の(111)面130a又は第2の(111)面130bと第3の(111)面130c又は第4の(111)面130dとの交差角度が鋭角である鋭角部205には(図4,図5参照)、図7(a)に示すように、保護基板用ウェハ130の表面((110)面)と約35°の角度をなす第5及び第6の(111)面が保護基板用ウェハ130の厚み方向において露出されながらエッチングが進行する。このため、貫通孔201の開口径が小さいと、単に保護基板用ウェハ130を異方性エッチングするだけでは、図7(b)に示すように、各鋭角部205には、貫通孔201内に庇状に張り出した残存部280が形成されてしまう。 At that time, the end portion of the through-hole 201 constituted by the first and second (111) surfaces 130a and 130b and the third or fourth (111) surfaces 130c and 130d and the first (111) surface. In the acute angle portion 205 in which the intersection angle between the surface 130a or the second (111) surface 130b and the third (111) surface 130c or the fourth (111) surface 130d is an acute angle (see FIGS. 4 and 5). As shown in FIG. 7A, the thickness of the protective substrate wafer 130 is the fifth and sixth (111) surfaces that form an angle of about 35 ° with the surface ((110) surface) of the protective substrate wafer 130. Etching proceeds while being exposed in the direction. For this reason, when the opening diameter of the through hole 201 is small, simply by anisotropically etching the protective substrate wafer 130, each acute angle portion 205 is placed in the through hole 201 as shown in FIG. A remaining portion 280 protruding in a bowl shape is formed.
これに対し、本実施形態では、保護基板用ウェハ130に貫通孔201を形成中、すなわち、保護基板用ウェハ130を異方性エッチングしている途中に、この残存部280が形成される領域、つまり保護基板用ウェハ130の鋭角部205となる部分に、図8及び図9に示すように、保護基板用ウェハ130を厚さ方向に貫通する穴部210を形成するようにした。この穴部210の大ききは、その内部にエッチング液が流れ込む程度の大きさであれば、特に限定されない。また、その数も特に限定されず、少なくとも一つ設けられていればよい。 In contrast, in the present embodiment, a region where the remaining portion 280 is formed during the formation of the through hole 201 in the protective substrate wafer 130, that is, during the anisotropic etching of the protective substrate wafer 130, That is, as shown in FIGS. 8 and 9, a hole 210 that penetrates the protective substrate wafer 130 in the thickness direction is formed in a portion that becomes the acute angle portion 205 of the protective substrate wafer 130. The size of the hole 210 is not particularly limited as long as the hole is large enough to allow the etching solution to flow into the hole 210. Moreover, the number is not specifically limited, At least 1 should just be provided.
そして、このように保護基板用ウェハ130に穴部210を形成した後、再び、保護基板用ウェハ130を異方性エッチングする。これにより、図6(c)に示すように、保護基板用ウェハ130に圧電素子保持部31、リザーバ部32及び露出孔33が形成される。また、同時にブレイクパターン200を構成する各貫通孔201が形成される。 Then, after the hole 210 is formed in the protective substrate wafer 130 in this way, the protective substrate wafer 130 is again anisotropically etched. Thereby, as shown in FIG. 6C, the piezoelectric element holding portion 31, the reservoir portion 32, and the exposure hole 33 are formed in the protective substrate wafer 130. At the same time, the through holes 201 constituting the break pattern 200 are formed.
このように保護基板用ウェハをエッチングして貫通孔を形成している途中に、レーザ加工により穴部を形成することで、エッチング時間を短縮することができる。したがって、各貫通孔を高精度に形成することができる。また、同時に形成する圧電素子保持部31等も高精度に形成することができる。 Thus, the etching time can be shortened by forming the hole by laser processing while the through hole is formed by etching the protective substrate wafer. Therefore, each through hole can be formed with high accuracy. In addition, the piezoelectric element holding portion 31 and the like that are simultaneously formed can be formed with high accuracy.
上述したように保護基板用ウェハ130のエッチングは、鋭角部205に対応する部分に残存部280が形成されながら深さ(厚み)方向に進行するが、穴部210が形成された部分では、(111)面以外の面が露出されるため、エッチングがウェハの平面方向にも進行するようになる。したがって、鋭角部205に残存部280の無い貫通孔201を比較的短時間で良好に形成することができる。 As described above, the etching of the protective substrate wafer 130 proceeds in the depth (thickness) direction while the remaining portion 280 is formed in the portion corresponding to the acute angle portion 205, but in the portion where the hole portion 210 is formed ( Since the surface other than the (111) surface is exposed, the etching also proceeds in the planar direction of the wafer. Therefore, the through-hole 201 having no remaining portion 280 in the acute angle portion 205 can be satisfactorily formed in a relatively short time.
勿論、(111)面のエッチングレートは遅いものの全くエッチングされない訳ではないので、エッチングによって残存部を完全に除去することは可能である。しかしながら、保護基板用ウェハをかなり長時間に亘ってエッチングする必要があり、製造効率が大幅に低下してしまうだけでなく、リザーバ部32等、他の部分の形状が不安定になり、インク吐出特性に悪影響を及ぼす虞もある。 Of course, although the etching rate of the (111) plane is slow, it is not not etched at all. Therefore, the remaining portion can be completely removed by etching. However, it is necessary to etch the protective substrate wafer for a considerably long time, which not only greatly reduces the manufacturing efficiency, but also makes the shape of other parts such as the reservoir 32 unstable and causes ink ejection. There is also a possibility of adversely affecting the characteristics.
なお、このような保護基板用ウェハ130は、その後、ブレイクパターンに沿って分割される。すなわち、保護基板用ウェハ130は各保護基板30に分離される。実際には、複数の流路形成基板が一体的に形成される流路形成基板用ウェハに接合された後、この流路形成基板用ウェハと共に分割される。具体的には、図10(a)に示すように、このような保護基板用ウェハ130を、成膜及びフォトリソグラフィ法により圧電素子300が形成された流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、エポキシ系の接着剤等からなる接着層35を介して接合する。次いで、図10(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さまで薄くした後、図11(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、絶縁膜52を新たに形成して所定形状にパターニングする。そして、図11(b)に示すように、この絶縁膜52をマスクとして流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチング(ウェットエッチング)して、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15を形成する。また、弾性膜50及び絶縁体膜55を除去して連通部15とリザーバ部32とを連通させる。 Such a protective substrate wafer 130 is then divided along a break pattern. That is, the protective substrate wafer 130 is separated into the protective substrates 30. Actually, a plurality of flow path forming substrates are bonded to a flow path forming substrate wafer formed integrally, and then divided together with the flow path forming substrate wafer. Specifically, as shown in FIG. 10A, such a protective substrate wafer 130 is formed on a flow path forming substrate wafer 110 on which a piezoelectric element 300 is formed by film formation and photolithography, for example. Bonding is performed through an adhesive layer 35 made of an epoxy adhesive or the like. Next, as shown in FIG. 10B, after the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a certain thickness, as shown in FIG. 11A, on the flow path forming substrate wafer 110, for example, An insulating film 52 is newly formed and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 11B, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) using the insulating film 52 as a mask, and the pressure generating chamber 12 is applied to the flow path forming substrate wafer 110. The ink supply path 13, the communication path 14, and the communication part 15 are formed. Further, the elastic film 50 and the insulator film 55 are removed, and the communication part 15 and the reservoir part 32 are communicated.
その後は、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130とは反対側の面に、ノズル21が穿設さ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を接合する。そして、これら流路形成基板用ウェハ110と共に、保護基板用ウェハ130をブレイクパターン200に沿って分割する。つまり、図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割する。これにより上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。 Thereafter, the nozzle plate 20 having the nozzles 21 is bonded to the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. To do. Then, along with the flow path forming substrate wafer 110, the protective substrate wafer 130 is divided along the break pattern 200. That is, the substrate is divided into one chip size flow path forming substrate 10 as shown in FIG. Thereby, an ink jet recording head having the above-described structure is manufactured.
(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、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、保護基板用ウェハに形成されたブレイクパターンを例示して本発明を説明したが、本発明は、例えば、流路形成基板用ウェハにブレイクパターンを形成する際にも勿論適用することができる。
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiments, the present invention has been described by exemplifying the break pattern formed on the protective substrate wafer. Of course, it can be applied.
また、上述の実施形態では、保護基板用ウェハ130にエッチングにより貫通孔を形成している途中に、穴部を形成するようにしたが、勿論、保護基板用ウェハ130のエッチングを開始する前に、穴部を形成するようにしてもよい。この場合でも、勿論、所定形状の貫通孔を良好且つ効率的に形成することができる。 In the above-described embodiment, the hole is formed in the middle of forming the through hole in the protective substrate wafer 130 by etching. Of course, before the etching of the protective substrate wafer 130 is started. A hole may be formed. Even in this case, of course, the through hole having a predetermined shape can be formed satisfactorily and efficiently.
また、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the above-described embodiments, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention broadly applies to all liquid ejecting heads and ejects liquids other than ink. Of course, the present invention can also be applied to a method of manufacturing a liquid jet head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
また、上述した液体噴射ヘッドの製造以外であっても、シリコンウェハを複数のシリコン基板に分割する場合には、勿論、本発明を採用することができる。 Further, even when the silicon wafer is divided into a plurality of silicon substrates, the present invention can of course be employed even when the liquid jet head is not manufactured as described above.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 20 ノズルプレート、 21 ノズル、 30 保護基板、 31 圧電素子保持部、 32 リザーバ部、 33 露出孔、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 110 流路形成基板用ウェハ、 130 保護基板用ウェハ、 200 ブレイクパターン、 201 貫通孔、 202 脆弱部、 205 鋭角部、 210 穴部、 300 圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generating chamber, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle, 30 Protection board | substrate, 31 Piezoelectric element holding | maintenance part, 32 Reservoir part, 33 Exposed hole, 40 Compliance board | substrate, 50 Elastic film, 55 Insulator film | membrane, 60 Lower electrode film, 70 Piezoelectric layer, 80 Upper electrode film, 90 Lead electrode, 100 Reservoir, 110 Flow path forming substrate wafer, 130 Protective substrate wafer, 200 Break pattern, 201 Through hole, 202 Vulnerable portion, 205 Acute angle portion 210 holes 300 piezoelectric elements
Claims (3)
前記貫通孔のそれぞれが(110)面に垂直な第1の(111)面及びこの第1の(111)面に相対向する第2の(111)面と、(110)面に垂直で且つ第1の(111)面と所定の角度で交差する第3の(111)面及びこの第3の(111)面に相対向し、前記第2の(111)面と所定の角度で交差する第4の(111)面とで構成されるように前記ブレイクパターンを形成し、
且つ前記貫通孔を異方性エッチングによって形成する前又は形成中に、前記第1及び第2の(111)面と前記第3又は第4の(111)面とで構成される前記貫通孔の端部で且つ前記第1又は第2の(111)面と前記第3又は第4の(111)面との交差する角度が鋭角である鋭角部となる部分に、レーザ加工により前記シリコンウェハをその厚さ方向に貫通する少なくとも一つの穴部を形成することを特徴とするシリコンウェハの加工方法。 A break pattern in which a plurality of through holes are arranged at predetermined intervals on a silicon wafer having a (110) surface is formed by anisotropic etching, and the silicon wafer is divided along the break pattern to form a plurality of When using a silicon substrate,
Each of the through holes is perpendicular to the (110) plane, a first (111) plane perpendicular to the (110) plane, a second (111) plane opposite to the first (111) plane, and The third (111) plane that intersects the first (111) plane at a predetermined angle and the third (111) plane are opposed to each other and intersect the second (111) plane at a predetermined angle. Forming the break pattern to be composed of a fourth (111) plane;
And before or during the formation of the through hole by anisotropic etching, the through hole constituted by the first and second (111) planes and the third or fourth (111) plane. The silicon wafer is formed by laser processing on an end portion and an acute angle portion where an angle between the first or second (111) surface and the third or fourth (111) surface is an acute angle. A method of processing a silicon wafer, comprising forming at least one hole penetrating in the thickness direction.
表面が(110)面であるシリコンウェハからなる接合基板用ウェハに前記接合基板を複数一体的に形成した後、請求項1又は2に記載のシリコンウェハの加工方法によって当該接合基板用ウェハを分割して複数の前記接合基板とすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 A liquid ejecting head having a flow path forming substrate that is in communication with a nozzle and has a pressure generating chamber to which a pressure for ejecting droplets from the nozzle is formed, and a bonding substrate that is bonded to the flow path forming substrate A manufacturing method of
A plurality of bonded substrates are integrally formed on a bonded substrate wafer made of a silicon wafer having a (110) surface, and the bonded wafer is divided by the silicon wafer processing method according to claim 1 or 2. A manufacturing method of a liquid ejecting head, wherein a plurality of the bonding substrates are used.
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