JP6736374B2 - 液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法に関する。

半導体チップの製造工程では、ウェハーと呼ばれる１枚の基板に、複数の半導体チップに搭載する素子などを一括で形成した後、基板を切断して複数の半導体チップに分割することが多い。
このような基板を切断する方法として、特許文献１には、レーザーステルスダイシングと呼ばれる手法が開示されている。この手法は、基板内部にレーザー光を集光することによって内部を変質させた後、基板に外力を加えて変質部を起点にした亀裂を生じさせることにより基板を切断する。この特許文献１には、基板の結晶方位面に対して傾斜した方向に基板を切断する場合、切断精度が低下することを抑制するために、変質部を基板の厚み方向に対して複数形成することが記載されている。
しかしながら、変質部を基板の厚み方向に対して複数形成する場合、レーザー光の照射回数を増やす必要があるため、基板の切断に要する時間が長くなり、生産性が低下するという課題があった。
この課題に対して特許文献２には、基板の電極が設けられた表面からエッチングにより溝を形成し、基板の厚みが薄くなった部分に裏面からレーザー光を照射して内部を変質させて基板を切断する方法が開示されている。この方法では、切断する部分の基板の厚みが薄くなっているため、厚み方向に形成する変質部の数を少なくすることができ、レーザー光の照射回数を低減することができる。

特開２００５−２６８７５２号公報 特開２０１４−２２０４０３号公報

しかしながら、特許文献２に開示された方法では、基板の電極が形成された表面側に溝を形成しているため、この溝を形成するための領域を確保する必要があり、半導体チップの設計自由度が低下してしまうという課題があった。
さらに、レーザー光を照射する際には、レーザー光を照射する面の裏面である基板の電極が形成された表面側にダイシングテープを貼り、切断後にはこのダイシングテープを剥がす必要がある。液体吐出ヘッド用半導体チップの製造工程において特許文献２に開示された方法を用いる場合、基板上に設けられたエネルギー発生素子の上に流路形成部材が設けられており、流路形成部材にダイシングテープを貼ることになる。流路形成部材の表層には、撥水性を向上させるための表面処理を施してあることが多く、この面にダイシングテープを貼ると、撥水性が低下したり、流路形成部材の表面に粘着剤が残ってしまったりすることがあるという課題があった。
そこで本発明は、設計自由度を確保し、レーザー光の照射回数を低減し、流路形成部材の撥水性を保ちつつ、切断精度を良好に保つことが可能な液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法を提供することを目的とする。

本発明による液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、液体を前記エネルギー発生素子に供給するための複数の液体流路と、液体を吐出する複数の吐出口とが設けられた基板を、線状の切断予定部で切断することにより、前記基板から複数の液体吐出ヘッド用半導体チップを製造する方法であって、前記基板は前記エネルギー発生素子が設けられた第１の面と前記第１の面の裏面である第２の面とを有し、前記第２の面から、前記切断予定部に沿ってエッチングすることにより線状に延びる溝を形成する工程と、前記第１の面から前記切断予定部に沿ってレーザー光を照射することにより、前記基板の内部に変質部を形成する工程と、前記変質部に応力を加えることで、前記基板を切断して複数の液体吐出ヘッド用半導体チップに分ける工程と、を含み、前記切断予定部は、前記基板の結晶方位面に対して傾斜した方向に延びる傾斜部と、前記基板の結晶方位面に沿った方向に延びる非傾斜部とを有し、前記溝は少なくとも前記傾斜部に沿って形成されることを特徴とする。

本発明によれば、設計自由度を確保し、レーザー光の照射回数を低減し、流路形成部材の撥水性を保ちつつ、切断精度を良好に保つことが可能な液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法を提供することが可能である。

第１の実施形態に係る基板の切断予定部のレイアウトを示す模式図である。 第１の実施形態に係る製造方法を示す概略工程図である。 第３および第４の実施形態に係る基板の切断予定部のレイアウトを示す模式図である。 第４の実施形態が解決する課題を示す図３の交点部Ｄの拡大図である。 第４の実施形態における図３の交点部Ｄの拡大図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。

＜第１の実施形態＞
図１は、基板１の切断予定部のレイアウトを示している。切断予定部６１１および６１２は、基板１の一部であり、基板１を切断する予定である部分である。基板１は、複数の切断予定部６１１と複数の切断予定部６１２とを有している。切断予定部６１１および６１２のそれぞれは、線状に延びており、複数の切断予定部６１１は、互いに平行に並んで設けられている。複数の切断予定部６１２もまた、互いに平行に並んで設けられており、切断予定部６１１の延びる方向と切断予定部６１２の延びる方向とは交わる。本発明の第１の実施形態に係る半導体チップ２の製造方法では、基板１を線状の切断予定部６１１および６１２に沿って切断することで、基板１を複数の半導体チップ２に分割する。切断予定部６１１は、基板１の結晶方位面に沿った方向に延びている非傾斜部である。切断予定部６１２は、基板１の結晶方位面に対して傾斜した方向に延びている傾斜部である。本実施形態では基板１はシリコン基板であり、結晶方位面は、ミラー指数（１１０）で示される面（以下、（１１０）面と称する）である。
ここで、結晶方位面に対して傾斜しているとは、切断予定部の延びる方向と結晶方位面とのなす角が３°以上を指す。本実施形態で用いたシリコン基板においては、切断予定部の延びる方向が（１１０）面Ａ軸となす角をα、（１１０）面Ｂ軸となす角をβとした場合に、αおよびβともに３°以上である場合に、切断予定部と結晶方位面とのなす角が３°以上とする。図１の例では、切断予定部６１２が延びる方向と（１１０）面Ｂ軸とのなす角βは３０°である。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体チップの製造方法を示す概略工程図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示している。Ａ−Ａ断面は、切断予定部６１２を含んでいる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体チップの製造方法は、複数のエネルギー発生素子３１と金属配線３２とが設けられている基板１を準備する工程を含む（図２（ａ））。基板１は、第１の面１１および第１の面１１の裏面である第２の面１２を有している。エネルギー発生素子３１および金属配線３２は、基板１の第１の面１１に設けられている。エネルギー発生素子３１は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子であり、例えば、ヒータ（電気熱変換素子）やピエゾ素子などである。本実施形態においては、基板１の厚みは７２５μｍである。
本実施形態に係る方法は、基板１の第２の面１２からエッチング技術を用いて、線状に延びる溝３３を形成する工程をさらに含む（図２（ｂ））。溝３３は、切断予定部６１１および６１２が溝３３の幅内に含まれるように、切断予定部６１１および６１２に沿って形成される。溝３３の深さは、第１の面１１まで貫通せず、且つ、基板１の強度を保つことが可能な範囲内で任意に選択してよい。本実施形態においては、溝３３の深さは４００μｍである。この工程で用いられるエッチング技術は、例えばドライエッチング技術やウェットエッチング技術などであり、ここではドライエッチング技術の１種であるリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を用いた。この工程では、溝３３と同時に複数の第１の液体供給路５５が形成される。第１の液体供給路５５は、エネルギー発生素子３１に液体を供給するための流路である。
半導体チップの製造方法は、第１の面１１から複数の第２の液体供給路５６を形成する工程をさらに含む（図２（ｃ））。第２の液体供給路５６は、第１の液体供給路５５と連通する流路であり、各エネルギー発生素子３１に液体を供給する。この工程においても第１の液体供給路５５と同様にエッチング技術を用いることができ、本実施形態ではＲＩＥを用いた。
半導体チップの製造方法は、基板１上に流路形成部材５１を用いて液体流路５２および吐出口５３を形成する工程をさらに含む（図２（ｄ））。流路形成部材５１は、感光性樹脂であり、フォトリソグラフィーの技術を用いて液体流路５２および吐出口５３が流路形成部材５１に形成される。流路形成部材５１の表層には、撥水剤を塗布して撥水性を向上させている。
半導体チップの製造方法は、切断予定部６１１および６１２に沿ってレーザー光６５を照射して、基板１の内部に変質部６６を形成する工程をさらに含む（図２（ｅ））。このとき、基板１の第２の面１２には、ダイシングテープ６９を貼りつけている。ダイシングテープ６９は、基板１のダイシング工程時に基板１を保護および固定するためのテープである。変質部６６とは、単結晶のシリコン基板が、レーザー光を照射することで多結晶化した部分のことを指す。この工程では、レーザー光６５を対物レンズ光学系で集光し、所定の切断予定部に沿って基板１に照射することで、基板１内に結晶強度が低い変質部６６を形成する。この方式はレーザーステルスダイシング方式と呼ばれる。本実施形態では、切断予定部６１１および６１２に沿って溝３３が形成されているため、切断対象となる切断予定部６１１および６１２の厚みａ＝７２５−４００＝３２５μｍである。この工程では、レーザー光６５の照射高さを変えながら、レーザー光６５を５回照射することによって、厚み方向に５層の変質部６６を形成した（図２（ｆ））。
続いて半導体チップの製造方法は、変質部６６に応力を加えることで変質部６６を起点とする亀裂を生じさせて基板１を分割する工程をさらに含む（図２（ｇ））。このときダイシングテープ６９を引っ張ることで変質部６６に応力を加えることができる。

（第１の実施形態の効果）
本実施形態に係る液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法によれば、非傾斜部である切断予定部６１１の切断精度は±３μｍであり、傾斜部である切断予定部６１２の切断精度は±６μｍであった。
比較のため、溝３３を形成せずに、厚さ７２５μｍのシリコン基板１をレーザーステルスダイシング方式を用いて、レーザー光を厚み方向に高さを変えて６回照射して基板１を切断した。このとき、切断予定部６１１の切断精度は±５μｍであり、切断予定部６１２の切断精度は±１５μｍであった。
上記より、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法を用いることで、切断精度が大幅に向上することが確認できた。本実施形態では、レーザー光の照射回数は５回であるため、照射回数を減らしたにも関わらず切断精度が向上した。これは、切断する部分の基板１の厚みａ＝３２５μｍと薄いため、変質部６６同士の距離は、約１２０μｍから約６５μｍと狭くなっており、変質部６６間に生じる亀裂の進行方向を制御しやすくなるためと考えられる。
本実施形態によれば、レーザー光の照射回数を増やすことなく、条件によってはレーザー光の照射回数を減らして生産性を向上させながら、切断精度を向上させることができる。さらに溝３３を第２の面１２に形成するため、第１の面１１には溝を設ける領域を確保する必要がない。この構成により流路形成部材５１にダイシングテープを貼りつける必要がなく、流路形成部材５１の表層の撥水性を低下させず、流路形成部材５１の表層に粘着剤が残ってしまうこともなくなる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法は、図１に示すようにレイアウトされた切断予定部６１１および６１２で基板１を切断する。その工程は図２を用いて説明した第１の実施形態と同様であるが、溝３３を形成する条件が第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と異なる部分について主に説明する。
切断予定部のうち結晶方位面に対して傾斜していない非傾斜部である切断予定部６１１と傾斜部である切断予定部６１２の双方に溝３３を形成した場合、溝３３の深さや本数によっては、基板１の強度低下が問題となる場合がある。
上述の通り、基板１は、非傾斜部である切断予定部６１１と傾斜部である切断予定部６１２とを含む。傾斜部である切断予定部６１２では、結晶方位面に沿って切断されやすいため、非傾斜部と比較すると切断精度が良好である。このため、本実施形態では、非傾斜部である切断予定部６１１に沿って形成する溝３３の深さを、傾斜部である切断予定部６１２に沿って形成する溝３３の深さよりも浅くする。具体的には、切断予定部６１１に沿って形成する溝３３の深さは１５０μｍであり、切断予定部６１２に沿って形成する溝３３の深さは４００μｍである。このとき、切断予定部６１１に溝３３を形成するときのレーザー光の照射回数は６回とし、切断予定部６１２に溝３３を形成するときのレーザー光の照射回数は５回とした。
本実施形態において、傾斜部である切断予定部６１２の切断精度は±６μｍ、非傾斜部である切断予定部６１１の切断精度は±４μｍであった。形成する溝３３の深さを浅くした切断予定部６１１では、第１の実施形態よりは切断精度が低下したものの、溝３３を形成しない場合の切断精度±５μｍと比較すると、切断精度が向上した。
非傾斜部である切断予定部６１１に沿って形成する溝３３の深さを浅くしたことで、第１の実施形態と比較すると、基板１の強度低下を軽減することができる。
さらに、非傾斜部である切断予定部６１１の切断精度が十分であり、精度を向上させる必要がない場合には、傾斜部である切断予定部６１２にのみ溝３３を形成し、非傾斜部である切断予定部６１１には溝３３を形成しなくてもよい。この構成により、さらに基板１の強度低下を抑制することができる。この場合、非傾斜部である切断予定部６１１はダイシングテープと密着しているため、切断予定部６１１に関してはレーザーステルスダイシング方式以外にも、ブレードダイシング方式で切断してもよい。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係る液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法は、第１および第２の実施形態と切断予定部のレイアウトが異なる。図３は、本発明の第３の実施形態に係る切断予定部のレイアウトを示す図である。以下、第１および第２の実施形態と異なる部分について主に説明する。
溝３３を形成することによる基板１の強度低下を抑制するもう１つの方法として、切断予定部を非連続とすることが考えられる。図３に示すレイアウトでは、非傾斜部である複数の切断予定部６１１が平行に並んで配置されている。隣接する切断予定部６１１の間には、傾斜部である切断予定部６１２が設けられており、切断予定部６１１が並ぶ方向で隣接する複数の切断予定部６１２は繋がっておらず連続していない。これにより、傾斜部である切断予定部６１２が隣接する半導体チップ同士で非連続となるため、それに沿って形成する溝３３も非連続となる。したがって、基板１の強度低下を抑制することができる。
さらに、本実施形態においても第２の実施形態と同様に、切断予定部６１１に沿って形成する溝３３の深さを浅くしたり、切断予定部６１１に沿って溝３３を形成しないこともできる。この構成により、強度低下をさらに抑制することが可能になる。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態に係る液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法は、第３の実施形態に係る方法における基板１の切断精度をさらに向上させるものである。以下、第３の実施形態と異なる部分について主に説明する。
図４（ａ）は、第３の実施形態における切断予定部６１１と切断予定部６１２の交点部Ｄの拡大図である。傾斜部である切断予定部６１２に沿って形成された溝３３は、切断予定部６１１と接する部分まで形成されている。このときレーザー光の照射位置は誤差があり、例えば±３μｍ程度の範囲で照射位置が変動する。図４ａには、切断予定部６１１に沿って照射したレーザー光が実際に照射された位置を示すライン６２が示されている。このライン６２は、切断予定部６１１から切断予定部６１２と離れる方向にずれている。切断予定部６１２に沿って形成された溝３３は、ずれて照射されたライン６２まで届いておらず、半導体チップ２の端部領域Ｆは基板１の厚みが薄くなっていない。この状態でダイシングテープを引っ張って基板１を分割すると、端部領域Ｆでは基板１の深さ方向に十分な変質部が形成されていないため、図４（ｂ）に示すように端部領域Ｆの切断ラインに蛇行が生じ、切断精度が低下する。
そこで本実施形態では、レーザー光の照射位置の誤差を予め考慮し、レーザー光の照射位置がずれても溝３３とレーザー光が照射されるライン６２とが接するように、溝３３を切断予定部６１２よりも長く形成する。この場合、溝３３は、隣接するチップ２２に入り込む（図５（ａ））。このような構成により、レーザー光の照射位置がずれても、傾斜部である切断予定部６１２に沿って切断した切断部７５には基板１が薄くなっていない部分が生じ難く、基板１の切断精度の低下を抑制することができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、上記実施形態では、基板１はシリコン基板であり、結晶方位面は（１１０）面であることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、基板１はシリコン以外の半導体基板であってもよい。この場合、結晶方位面は基板を形成する半導体の性質に応じて切断しやすい面とすることができる。

１ 基板
２ 半導体チップ
３１ エネルギー発生素子
３３ 溝
６１１ 切断予定部（非傾斜部）
６１２ 切断予定部（傾斜部）

Claims (8)

1. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、液体を前記エネルギー発生素子に供給するための複数の液体流路と、液体を吐出する複数の吐出口とが設けられた基板を、線状の切断予定部で切断することにより、前記基板から複数の液体吐出ヘッド用半導体チップを製造する方法であって、
   前記基板は前記エネルギー発生素子が設けられた第１の面と前記第１の面の裏面である第２の面とを有し、
   前記第２の面から、前記切断予定部に沿ってエッチングすることにより線状に延びる溝を形成する工程と、
   前記第１の面から前記切断予定部に沿ってレーザー光を照射することにより、前記基板の内部に変質部を形成する工程と、
   前記変質部に応力を加えることで、前記基板を切断して複数の液体吐出ヘッド用半導体チップに分ける工程と、を含み、
   前記切断予定部は、前記基板の結晶方位面に対して傾斜した方向に延びる傾斜部と、前記基板の結晶方位面に沿った方向に延びる非傾斜部とを有し、
   前記溝は少なくとも前記傾斜部に沿って形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法。
2. 前記溝を形成する工程では、前記傾斜部および前記非傾斜部に沿って前記溝を形成し、前記傾斜部に沿って形成される溝を、前記非傾斜部に沿って形成される溝よりも深く形成する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法。
3. 前記溝を形成する工程では、前記傾斜部に沿って前記溝を形成し、前記非傾斜部には前記溝を形成しない、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法。
4. 前記複数の非傾斜部は、互いに平行に並んで配置され、
   隣り合う前記非傾斜部を結ぶ前記複数の傾斜部は、それぞれが他の前記非傾斜部と連続する線を形成しないように配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法。
5. 前記溝を形成する工程では、前記傾斜部に沿って形成する溝を前記傾斜部の長さよりも長く形成する、請求項４に記載の液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法。
6. 前記基板はシリコン基板であり、前記結晶方位面は、ミラー指数（１１０）で示される面である、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法。
7. 前記溝はドライエッチングにより形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法。
8. 前記傾斜部の延びる方向と前記結晶方位面とのなす角が３°以上である、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用半導体チップの製造方法。

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