JP2012504059A - 自己整合穴を有する液滴吐出器 - Google Patents

Abstract

基板を貫通する自己整合穴を形成し、流体供給経路を形成する方法は、まず、２つの反対の面を有する基板の第一の面の上に絶縁層を形成するステップと、絶縁層の上に加工物を形成するステップを含む。次に、絶縁層を貫通する開口部をエッチングにより形成し、開口部が絶縁層の上の加工物と物理的に整合するようにし、特徴物を保護材料の層で被覆する。保護材料の層のパターン形成によって、絶縁層から開口部を露出させる。基板の第一の面からのドライエッチングによって、絶縁層の開口部の位置に対応する基板の止まり穴状態の供給穴が形成され、この止まり穴状態の供給穴は底を有する。その後、基板の第二の面を研磨し、全面エッチングによって基板全体を貫通する穴を形成する。

Description

本発明は一般に、流体供給装置(fluid feed)の形成、特にインクジェットデバイスおよびその他の液滴吐出器に用いられるインク供給装置に関する。

ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）液体放出デバイスがインクジェット印刷システムのインク印刷デバイスとして知られるようになって久しい。初期の装置は圧電アクチュエータに基づくものであり、たとえばカイザーらの米国特許第３，９４６，３９８号やステムらの米国特許第３，７４７，１２０号の中で開示されている。現在人気の高い形態のインクジェット印刷であるサーマルインクジェット（別名「サーマルバブルジェット（登録商標）」）は、電気抵抗ヒータを用いて蒸気泡（vapor bubble）を発生させ、これによって液滴放出を行うものであり、たとえば原らの米国特許第４，２９６，４２１号において開示されている。液滴吐出デバイスの市場の大部分がインク印刷用であるが、ポリマ、導電性インクの吐出や薬剤送達をはじめとする別の市場も現れている。

サーマルインクジェットシステムの液滴吐出に用いられる印刷ヘッドは、インクチャンバの上方にインクジェットノズルのアレイを有するノズルプレートを備える。インクチャンバの底部において、対応するノズルの反対側に、電気抵抗ヒータがある。インクチャンバ、ノズルプレート、およびヒータは、一般にシリコンで作製される基板の上に形成され、基板には電気抵抗ヒータを駆動するための回路もある。十分なエネルギーの電気パルスに応答して、ヒータはインクを蒸発させて気泡を発生させ、この気泡は急速に膨張して、インク滴をインクチャンバから吐出させる。インクは、インクチャンバに隣接して配置されたインク供給チャネルを通ってインクチャンバに補充され、インク供給チャネルは一般に、その上にインクチャンバが形成されるシリコン基板を通るように形成される。

先行技術におけるインク供給チャネルは、シリコンに対するレーザドリル、ウェットエッチング、またはドライエッチングを利用した各種の方法で形成されてきた。印刷ヘッドは一般に、シリコンウェハを使って作製される。先行技術によるインク供給チャネルは、シリコンウェハを裏面、すなわち非デバイス面からパターニングまたはエッチングによって形成された長いスロット（細孔）を有する。先行技術による印刷ヘッドのほとんどは、インク１色につき１つの長いスロットを備える。したがって、各色に１つずつの複数の長いスロットが、厚いシリコン基板に形成される。

印刷ヘッドに、１色あたりのノズル数を増やすことが望まれている。また、インク供給チャネル間の間隔を短縮して、印刷ヘッドのサイズを小さくし、低コスト化を図ることも好ましい。ノズルの数が増えると、印刷ヘッドが長くなるため、インク供給チャネルも長くなる。シリコン基板内にこのような長いチャネルを形成すると、印刷ヘッドが脆弱となり、その結果、応力割れが発生しやすくなる。本願と同時係属中の出願（米国特許出願公開第２００８／０１３６８６７Ａ１号）は、「ボッシュ」工程（パルスまたは時分割多重エッチングとも呼ばれる）によるシリコンの異方性ドライエッチングの利用を開示しており、それによれば、リブを形成してインク供給チャネルを小区分に分けることによって印刷ヘッドの強度を増して、印刷ヘッドをより長く延長できるようにしている。

しかしながら、液滴吐出周波数の増大も望まれている。液滴吐出周波数の１つの制約は、前回の液滴吐出後のインクチャンバへのインク再充填に要する時間である。液滴吐出周波数は、インクチャンバの再充填に必要な時間を短縮すれば増大させることができる。本願と同時係属中の出願（米国特許出願公開第２００８／０１８０４８５Ａ１号）は、インク供給チャネルの代わりに、インク１色につき複数のインク供給穴を用い、このインク供給穴がインクチャンバの両側に配置される、二重供給口(dual feed)印刷ヘッドを開示している。この場合、インクチャンバの両面に長いインク供給チャネルを利用することは、構造の強度を大幅に弱めるため、採用することができない。

そのため、二重供給口印刷ヘッドを用いる場合、好ましいインク供給開口部は先行技術によるインク供給チャネルよりはるかに小さく、１−２個のノズルにわたる長さは２０−１００μｍに対応し、幅も同程度である。このような複数の供給穴を使用することによって、印刷ヘッドの強度が増し、延長可能となる。しかしながら、こうした小さな開口部の場合、製造面で問題が発生する。このように小さな加工物（feature）は、ウェットエッチングやレーザエッチングでは形成できない。その代わりに、「ボッシュ」工程を利用したドライ異方性エッチング工程を使用しなければならない。アスペクト比の高い、小さな開口部をドライエッチングで形成する場合、エッチング速度は大きなスロットの場合よりはるかに低速であり、エッチングが深く進むほど低速になり、したがって、この穴を形成するためのエッチング時間が長くなる。エッチング時間を短くするために、エッチングの前にシリコン基板を薄くすることが考えられる。また、基板を薄くすることによってこれらの小さな穴を通過するインクの粘性抵抗が低減し、それによりインク補給時間が短縮するので、この点においても基板が薄くなることは望ましい。具体的には、インク補給時間に対する粘性抵抗の影響を最小限にし、製造中にエッチング加工のスループットが高くなるようにアスペクト比を適正にするには、厚さ２００μｍ未満のシリコン基板が望ましい。しかしながら、このような薄いウェハを加工して、ウェハの裏からインク供給穴のパターン形成とエッチングを行うことは困難であり、ウェハが破損し、歩留まり損失が生じる。したがって、薄いウェハへの加工ステップをできるだけ少なくしながら、インク供給穴を形成することが望まれる。

粘性抵抗を低減させるためのその他の方法は、インク供給開口部と供給穴の深さの関係を変化させることである。先行技術では、ウェットエッチングを用いて、供給チャネル開口部が基板の裏面においてより広く、インクチャンバに隣接する、基板の小開口部に向かって狭くなるような異方性エッチングが行われている。しかしながら、このようなウェットエッチング工程の５４．７４°という側壁角度は大きく、間隔の狭いインク供給チャネルにはウェットエッチングは使用できない。「ボッシュ」工程を利用したシリコン異方性ドライエッチングによれば、一般的に基板を通じて同じ幅に保たれるか、あるいは反対方向に向かってくぼみ型(reentrant)の形状の開口部が形成され、これは好ましい形状である。そこで、インク供給開口部が基板の、インクチャンバに近い表面において狭く、基板の裏面で広いが、側壁角度が５４．７４°より大幅に小さくなる工程を提供することが好ましい。

二重供給口印刷ヘッドにおいて、インク補充時間を最小限にするために、インク開口部がインクチャンバに非常に近い位置に配置される。インク供給開口部をインクチャンバに整合させることが極めて重要である。先行技術において、インク供給チャネルのパターン形成は、マスクに裏または表とマスクとの整合を利用して行われる。しかしながら、整合状態を劣化させる、製造上の問題がある。シリコンウェハが湾曲すると、インク供給チャネルはマスクと正確に整合しなくなる。また、エッチング工程そのものの間にも、エッチング方向はイオンの方向のばらつきによってウェハ表面に対して完全に垂直ではなく、特にウェハの縁辺付近でその傾向が強い。また、シリコンウェハのデバイス側におけるアンダーカット（エッチマスクの直下がエッチングされる現象）の原因となるオーバーエッチングがないように、エッチング工程の時間を計測することも困難である。インク供給チャネルとインクチャンバとが自己整合する工程を提供することが好ましい。

ウェハの裏からインク供給穴を形成する中で、シリコンのエッチングは、インクチャンバを形成するために使用される材料で停止する。停止点のタイミングは、オーバーエッチングが表面のインク供給開口部のアンダーカットの原因となり、これがインク供給開口部の位置ずれを引き起こすため、非常に重要である。インク供給開口部のための領域がエッチング不足であると、インク供給開口部は部分的にしか形成されないか、あるいはインク供給開口部が完全に閉じたものとなり、望ましくない。エッチング速度はウェハ全体を通じて均一でないため、必ずオーバーエッチングのインク供給開口部ができる。均一でアンダーカットのないインク供給開口部が得られるような、インク供給開口部とインクチャンバが自己整合する工程を提供することが望ましい。

特開平１０−４４４３８号公報 米国特許出願公開第２００６／０４４３５２号明細書 米国特許第３９４６３９８号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１３６８６７号明細書 米国特許第３７４７１２０号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１８０４８５号明細書 米国特許第４２９６４２１号明細書 米国特許出願公開第２００９／０３１５９５１号明細書 国際公開第０２／０５９４６号

そこで、製造が容易で歩留まりの高い、インク供給チャンバと整合する小さなインク供給穴を有する印刷ヘッドに対するニーズがある。この印刷ヘッドはまた、高周波数で液滴を吐出でき、この吐出周波数を満たすことのできるインクチャンバの再充填能力も備えているべきである。

基板を貫通する自己整合穴を形成し、流体供給経路を提供するための方法は、まず、２つの対向する面を有する基板の第一の面に絶縁層を形成するステップと、絶縁層の上に加工物を形成するステップを含む。次に、絶縁層を貫通する開口部を、この開口部が絶縁層の上の加工物と物理的に整合するようにエッチングし、加工物を保護材料の層で被覆する。保護材料の層をパターン形成すると、絶縁層の開口部が露出する。基板の第一の面からのドライエッチングによって、基板に、絶縁層の開口部の位置に対応する止まり穴(blind hole)が形成され、この止まり穴は底を有する。続いて、基板の第二の面を研磨して、全面エッチング（ブランケットエッチング、blanket etching）によって基板全体を貫通する穴を形成する。

本発明の別の実施形態は、複数の液体吐出デバイスを形成する方法を提供し、この方法は、
２つの反対の面を有するシリコンウェハの第一の面に絶縁層を形成するステップと、
シリコンウェハの上の絶縁層の上に液滴形成機構のアレイを形成するステップと、
シリコンウェハの上の絶縁層を貫通する複数の穴をエッチングするステップと、
シリコンウェハの上の絶縁層の上に、各液滴形成機構の間の壁を有するチャンバ層を形成するステップと、
チャンバ層をフォトレジストで被覆するステップと、
フォトレジスト層をパターン形成して、絶縁層の開口部を露出させるステップと、
シリコンウェハの第一の面からドライエッチングを行って、シリコンウェハに、絶縁層の開口部の位置に対応する、底を有する止まり穴を形成するステップと、
チャンバ層の上にノズル層を形成するステップと、
ノズル層をパターン形成して、液滴形成機構のアレイに対応するノズルアレイを提供するステップと、
シリコンウェハの第二の面を、止まり穴の底から５０マイクロメートル以内の距離まで研磨するステップと、
シリコンウェハの第二の面に全面エッチングを行って、止まり穴を開け、シリコンウェハ全体を貫通する複数の穴を形成するステップと、
を含む。

本発明の第三の実施形態は、チャンバの列を持つ第一の面と、研磨面を持つ第二の面を有するシリコンウェハを含む印刷ヘッドを提供する。また、チャンバの列の第一の面に沿って配置された複数の自己整合穴と、チャンバの列の第二の面に沿って配置され、シリコンウェハの第一の面から第二の面に延びる複数の自己整合穴も有する。自己整合穴の各々は、シリコンウェハの第一の面において、シリコンウェハの第二の面より小さく、逆テーパのプロファイル角を成す。チャンバ内の液滴形成機構、液滴形成機構に隣接するノズルプレートと、穴に流体を供給するための液滴供給源もこの印刷ヘッドに含まれる。

本発明の好ましい実施形態の詳細な説明においては、添付の図面を参照する。

本発明を取り入れた液体吐出システムの概略図である。 本発明による液体吐出印刷ヘッドの一部の概略上面図である。 本発明による、図２に概略を示した液体吐出印刷ヘッドを形成する方法の１つの実施形態を示す図である。 本発明による、図２に概略を示した液体吐出印刷ヘッドを形成する方法の１つの実施形態を示す図である。 本発明による、図２に概略を示した液体吐出印刷ヘッドを形成する方法の１つの実施形態を示す図である。 本発明による、図２に概略を示した液体吐出印刷ヘッドを形成する方法の１つの実施形態を示す図である。 本発明による、図２に概略を示した液体吐出印刷ヘッドを形成する方法の１つの実施形態を示す図である。 本発明による、図２に概略を示した液体吐出印刷ヘッドを形成する方法の１つの実施形態を示す図である。 本発明による、図２に概略を示した液体吐出印刷ヘッドを形成する方法の１つの実施形態を示す図である。 その上に、本発明によるダイシングマークを使って液体吐出印刷ヘッドが作製されるウェハの概略上面図である。 その上に、本発明によりストリート状に形成された溝を使って液体吐出印刷ヘッドが作製されるウェハの概略上面図である。 本発明による、図３−９に示された液体吐出印刷ヘッドを作製するステップを説明するフローチャートである。

以下の説明は特に、本発明による装置の一部を形成する、またはその装置とより直接的に協働する要素に関するものである。理解すべき点として、図または文で具体的には説明されていない要素は、当業者がよく知る各種の形態をとることができる。以下の説明においては、可能なかぎり、同じ要素を指し示すのに同じ参照番号を用いる。

以下に詳細に説明するように、本発明の少なくとも１つの実施形態は、液滴吐出器のためのインク供給穴または経路を形成する方法を提供する。このような装置のもっとも一般的なものは、インクジェット印刷システム内の印刷ヘッドとして使用される。それ以外にも、インクジェット印刷ヘッドと同様のシステムの液体供給穴を利用し、インク以外の液体を吐出し、単純で、自己整合液体供給穴の構造を必要とする多くの応用分野が現れている。インクジェットおよび液滴吐出機という用語は、本明細書においては相互互換的に使用されている。以下に説明する発明は、液滴吐出器のための、特にインクの改良された液体供給形成のための方法を提供する。

図１を参照すると、本発明により作製された印刷ヘッドを利用した液体吐出システム１００の概略が示されている。液体吐出システム１００は、データ（たとえば、画像データ）の発生源１２を備え、これはコントローラ１４によって液滴吐出命令として解釈される信号を供給する。コントローラ１４は、電気エネルギーパルスの発生源１６に信号を出力し、このパルスは、その一部が図に示されている液体吐出器印刷ヘッドダイ１８（インクジェット印刷ヘッド等）に送信される。一般に、液体吐出器印刷ヘッドダイ１８は、少なくとも１つのアレイ、たとえば略直線状の列に配置された複数の液体吐出器２０を備える。動作中、液体または流体、たとえばインク滴２２の形のインクが記録媒体２４の上に堆積される。

図２は、インク用液体吐出器印刷ヘッドダイ１８の一部の概略上面図である。液体吐出器印刷ヘッドダイ１８は、アレイ状または複数の液体吐出器２０を備え、その１つが図２において破線で示されている。液体吐出器２０は、たとえば、基板２８から延び、チャンバ３０を区画する壁２６を有する構造を含む。壁２６は、他の液体吐出器２０と隣り合って配置される液体吐出器２０を分離する。各チャンバ３０は、ノズルプレート３１のノズル孔３２を有し、そこから液体が吐出される。液滴形成機構、たとえば抵抗ヒータ３４も、各チャンバ３０の中に配置される。図２において、抵抗ヒータ３４は、チャンバ３０の底の、ノズル孔３２と反対の基板２８の上表面に配置されているが、他の構成でもよい。言い換えれば、この実施形態においては、チャンバ３０の底面は基板２８の上面より上にあり、チャンバ３０の上面はノズルプレート３１である。

図１，２参照すると、供給穴３６は、チャンバ３０に液体を供給する供給穴３６ａ，３６ｂの２本の直線的アレイで構成される。供給穴３６ａ，３６ｂは、チャンバ３０とノズル孔３２を含む液体吐出器２０のそれぞれ反対側に配置される。図２において、供給穴３６の配列は、供給穴３６ａが基本的に液体吐出器２０の各ペアに隣接して配置され、供給穴３６ｂが基本的に印刷ヘッドアレイの中のチャンバ３０の次のペアに隣接して配置されるようになっている。他の配置も可能であり、これは本願と同時係属中の出願（米国特許出願公開第２００８／０１８０４８５Ａ１号）に開示されており、同出願は引用によって本願に援用される。

図２を参照すると、液体吐出器は、１インチ当たりのノズル数が大きい線形アレイに形成される。本発明の１つの実施例において、液体吐出器２０は、２０−４２μｍの周期で離間される。供給開口部４２の長さＬは、設計に応じて１０μｍから１００μｍの範囲とすることができる。供給開口部４２の幅Ｗもまた同様に、１０μｍから１００μｍの範囲とすることができる。

図３−９は、液体吐出器２０に整合された複数の小さな供給穴３６を有する、高周波動作のための液体吐出印刷ヘッド１８を形成するための、本発明の実施例による製造方法を示す。図３−９に示される製造方法は図１２にまとめられており、図１２は液体吐出印刷ヘッド１８の製造の一連のステップのフローチャートである。

基板２８からスタートするが、図１２のフローチャートのステップ６０に記されているように、シリコンウェハを使用する。図１２のステップ６２に記され、図３に印刷吐出印刷ヘッドダイ１８の一部として示されているように、液滴形成機構、この場合は、抵抗ヒータ３４のアレイを、シリコン基板２８の上に形成された絶縁誘電層４０の上に形成する。液体吐出印刷ヘッド１８には、図示されていないが、抵抗ヒータ３４への電気接続のほか、電源ＬＤＭＯＳおよび液滴吐出を制御するためのＣＭＯＳ論理回路を作製する。絶縁誘電層４０も、これらの工程中に堆積させる。ヒータ構造の製造は、本願と同時係属中の出願（米国特許出願第１２／１４３，８８０号）に記されており、同出願は引用によって本願に援用される。

図１２のステップ６４に記されているように、図４は、シリコン基板２８に絶縁誘電層４０のパターン形成、エッチングを行い、供給開口部４２を形成した後の液体吐出印刷ヘッドダイ１８の一部を示す。

図１２のステップ６６に記されているように、図５は、各液体吐出器２０の間の壁２６を有するチャンバ層４４と、インク等の液体または流体から回路を保護するために、液体吐出印刷ヘッドダイ１８の残りの部分の上に延びる外側パシベーション層４６を形成した後の液体吐出印刷ヘッドダイ１８の一部を示す。チャンバ層４４は、ノボラック樹脂ベースのエポキシ、たとえば東京応化工業から入手可能なＴＭＭＲ等の感光性(photoimageable)エポキシを使って、スピンコーティング、露光、現像により形成できる。チャンバ層４４の厚さは８−１５μｍの範囲である。

図１２のステップ６８に記されているように、図６ａは、フォトレジスト４８の層をコーティング、パターン形成した後の、液体吐出印刷ヘッドダイ１８の一部を示す。このフォトレジスト層４８は、供給穴のエッチング中にチャンバ層４４を侵食から保護するようにパターン形成する。フォトレジスト層４８は、絶縁誘電層４０の中にパターン形成された供給開口部画定部４２から距離ｄだけ後退するようにパターン形成する。１つの実施形態において、この距離ｄは０−２μｍである。図６ｂは、フォトレジスト層４７をコーティング、パターン形成した後の、液体吐出印刷ヘッドダイ１８の一部の上面を示す。図６ｂのＢ−Ｂの断面が図６ｃに示され、絶縁誘電層４０の中にパターン形成された供給開口部画定部４２からの、パターン形成されたフォトレジスト層４８の後退距離ｄが示されている。コーティングされたフォトレジストの厚さはチャンバ層４４の厚さによって異なり、フォトレジストはエッチング工程中に幾分薄くなるため、チャンバ層４４の上のその厚さが、供給開口部のエッチング中にチャンバ層を侵食から保護できる程度となるように設計される。

図１２のステップ７０に記されているように、図７ａは、シリコンの異方性ドライエッチングを行って、シリコン基板２８に止まり穴状態の供給穴(blind feed hole)３７をエッチングした後の、液体吐出印刷ヘッドダイ１８の一部を示している。絶縁誘電層には、シリコンのドライエッチングに対して高い選択性があり、止まり穴状態の供給穴は供給開口部４２に自己整合する。これは、供給開口部の縁辺からチャンバ壁と抵抗ヒータの縁辺までの間隔が０．５μｍであるため、非常に好ましい。エッチストップはなく、エッチングは、止まり穴状態の供給穴の深さが５０−３００μｍの範囲となるように時間計測される。ある実施例での止まり穴状態の供給穴のアスペクト比は、５：１より低い。エッチストップがなく、アスペクト比が低いため、２０μｍ／分より速いエッチング速度、したがって短時間でのエッチングを市販の設備で実現できる。このような設備は、ＡＶＩＺＡやＳｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ等のエッチング機器メーカから入手可能である。図７ｂは、止まり穴状態の供給穴をエッチングした後の、図６ｂのＢ−Ｂの断面を示す。エッチング速度の速い市販のシステムで利用される工程は、止まり穴状態の供給穴を、逆テーパ角φが１°より大きい、また好ましくは４°より大きい逆テーパプロファイルとなるような方法でエッチングする。この逆テーパプロファイル（基板２８の裏に向かって広くなり、基板２８の表または上面の付近でより狭くなる）は、それによってインクの流れまたはその他の液体に対するインピーダンスが低下するため、有利である。これはまた、液体吐出器からの気泡の継続的発生にも役立つ。いくつかの実施形態において、逆テーパ角φの好ましい範囲は１°から１０°である。フォトレジスト層４８はその後、液体溶剤を使って剥離される。

図１２のステップ７２に記されているように、図８は、感光性エポキシノズルプレート層３１を積層させ、パターン形成して、ノズル３２を形成した後の、液体吐出印刷ヘッドダイ１８の一部を示す。感光性ノズルプレート層３１は、ノボラック樹脂に基づくエポキシ等のドライフィルム感光性エポキシ、たとえば東京応化工業のＴＭＭＦドライフィルムレジストを使って形成することができる。感光性ノズルプレート層３１の厚さは、５−１５μｍの範囲、好ましい実施形態では１０μｍである。ノズルプレートにドライフィルム積層体を使用することによって、インク供給穴３６のような高トポグラフィの加工物を有する液体吐出印刷ヘッドの上にノズルプレート３１を形成できる。また、インク供給開口部は基板を貫通しておらず、この時点では依然として止まり穴の状態であるため、積層中に基板を押し下げるために真空を作用させるのに困難が伴わない。

図１２のステップ７４に記されているように、液体吐出印刷ヘッドダイ１８を含む基板２８をテープフレームの上に取り付け、裏から研磨する。図９ａ，９ｂは図６に示すＢ−Ｂの断面であって、図９ａは研磨前、図９ｂは研磨後である。基板を、供給開口部からの距離ｔが０−４０μｍ以内となるまで研磨する。好ましい実施形態において、距離ｔは、以下の理由で２０μｍである。第一に、研磨工程を使って供給ラインを完全に開ける場合、研磨工程によって供給開口部に残留物が残る可能性がある。第二に、研磨工程は一般に、微小亀裂の原因となり、その結果、基板内の深さ１０−２０μｍの厚さの部分が損傷を受ける。この損傷によって基板が弱くなり、取り除かなければひび割れする。第三に、供給開口部のエッチング深さには基板全体にわたってばらつきがあるほか、研磨工程後の基板の厚さにもばらつきがある。供給開口部のエッチング深さのばらつきと基板厚さのばらつきの合計は、一般に約１２μｍである。

図１２のステップ７６に記されているように、基板をその後、テープフレームの上に残し、マスクを除去して、六フッ化硫黄のエッチングガスを含有するプラズマに曝露する。このような全面エッチング（blanket etching）システムは、たとえばＴＥＰＬＡ社から入手可能であり、研磨後のシリコン基板の損傷を取り除くのに使用される。このシステムは、基板温度が７０℃より低く保たれるように保持される。これにより、テープフレームは影響を受けず、チャンバ４４とノズルプレート３１のポリマ層はエッチングされないことが確実となる。このシステムは、基板２８に全面エッチングを行い、供給開口部が露出するまで、基板２８からシリコンが除去される。図９ｃは、供給開口部が開いた状態の、図６ｂのＢ−Ｂの断面を示す。この方法の利点は次のとおりである。第一に、エッチングによって、残留物を発生させることなく、供給開口部をきれいに開けることができる。第二に、当業界でよく知られているように、このステップによって、ウェハ研磨中に生じた損傷が取り除かれる。第三に、基板がテープフレーム上に取り付けられることから、薄いウェハの取扱いが格段に容易となる。第四に、基板裏面のパターン形成が不要であるため、工程がはるかに単純となる。基板をこのステップから直接ダイシング段階に移せるため、薄いウェハを取り扱う機会が最小限となる。シリコン基板２８の最終的な厚さは、供給穴３６の深さより小さいか、同等であり、好ましい実施形態では５０−３００μｍの範囲である。

本発明にしたがってデバイスを作製した。シリコン基板から始め、１μｍの酸化シリコンの絶縁誘電層をプラズマ加速化学気相成長法によって堆積させた。タンタル窒化シリコン合金の厚さ６００Åの抵抗ヒータを物理気相成長法によって堆積させ、パターン形成して、ヒータのアレイを形成した。次に、０．６μｍのアルミニウム層を物理気相成長法によって堆積させ、パターン形成して、抵抗ヒータ層への接続を形成した。次に、０．２５μｍの窒化シリコン層をプラズマ加速化学気相成長によって堆積させ、０．２５μｍのタンタル層を物理気相成長法で堆積させた。これらの層は、抵抗ヒータ材料をインクから保護するのに使用される。

その後、１．７μｍのレジスト層をコーティング、パターン形成し、ドライエッチングによって酸化シリコンと窒化シリコン層を貫通するようにエッチングされた供給開口部を形成した。ＴＭＭＲ感光性永久レジストを厚さ１２μｍにスピンコートし、マスクを使用して紫外線光でパターン形成して、チャンバ層を形成した。ＴＭＭＲレジストは次に、２００℃で１時間硬化した。

ＳＰＲ２２０−７フォトレジストをチャンバ層の上に厚さ１０μｍまでスピンコーティングし、これによって供給開口部の上の厚さを〜２２μｍとした。レジストを露出させ、その際、供給開口部とレジスト縁辺との間に０．２５μｍのギャップを残した。供給開口部の中で露出したシリコンは次に、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製のＤＲＩＥシリコンエッチングシステムを使って、深さ２３０μｍまでエッチングした。その後、レジストを、Ｂａｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製の溶剤ＡＬＥＧ−３１０の中で剥離した。

厚さ１０μｍのＴＭＭＦ感光性永久ドライフィルムレジストを、Ｔｅｉｋｏｋｕ Ｔａｐｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製のドライフィルムラミネータを使って、チャンバ層の上に積層させた。ドライフィルムレジストを、マスクを使って紫外線光で露光させ、現像し、ノズルを形成した。

次に、ウェハの表面に保護テープを貼り、ウェハを裏側から厚さ２５０μｍまで研磨した。続いて、ウェハをＯｘｆｏｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．社製の誘導結合プラズマエッチングシステムの中に入れ、ＳＦ_６／Ａｒガス化学薬品を使って全面エッチングし、ウェハの裏に供給用穴を開けた。

ウェハを次にダイシングソーによってダイシングし、単独の液体吐出印刷ヘッドをインクジェット印刷ヘッドの中にパッケージングした。パッケージング歩留まりは非常に高く、二重供給口構造の堅牢さが実証された。印刷ヘッドにインクを充填し、液滴吐出を測定した。この液体吐出印刷ヘッドは、周波数６０ｋＨｚ未満で２．５ｐＬの液滴を吐出した。

本発明の別の実施形態は、ウェハを裏側からダイシングするステップを含む。一般に、ダイシング工程では、ウェハ表面を上にして取り付けて、ダイシングのための整合を実行できるようにする必要がある。本発明ではウェハを裏面からダイシングすることが好ましいが、これは、最終ステップでのウェハの取付状態がそうなっているからである。しかしながら、ダイシング用の通路（street）をチップに整合させるのに、ダイシングマークを取り付ける必要がある。

図１０は、図７に示した供給穴３５をエッチングした後の、多数の液体吐出印刷ヘッドダイ１８を含むシリコンウェハ５５の上面の概略図である。ウェハの上には通路５２が示され、ここでダイシングが行われる。供給開口部４２と供給穴３６の形成中に、通路の交差点でパターン形成されたダイシングマーク５０も形成される。これらのダイシングマーク５０の開口部は、これらが供給穴３６と同じ深さまでエッチングされるように設計される。供給穴３６が図９ｃに示される全面プラズマエッチング中に露出すると、これらのダイシングマーク５０もまた露出する。すると、これらのダイシングマーク５０は、ダイシング加工中にダイシングソーを通路に整合させるのに使用できる。

本発明の別の実施形態において、液体吐出印刷ヘッドダイ１８は個々のチップに分離され（業界熟練者の間では、「単体化(singulate)」と呼ばれることもある）、すなわち、言い換えれば、ソーを使わずにウェハからダイシングできる。図１１は、図７に示される供給穴３６のエッチングを行った後の、多くの液体吐出印刷ヘッドダイ１８を含むシリコンウェハ５４の上面を概略的に示す。ウェハの上には、ダイシングが行なわれる通路５２が示されている。供給開口部４２と供給穴３６の形成中に、通路５２に沿ってパターン形成された溝５６も形成されることになる。これらの溝５６の掘り込み領域は、これらが供給穴３６と同じ深さまでエッチングされるように設計される。図９ｃに示されるように、全面プラズマエッチング中に供給穴３６が開くと、これらの溝５６もまた開く。この時点で、液体吐出印刷ヘッドダイ１８は、ソーによるダイシング加工を必要とせずに分離される。すると、液体吐出印刷ヘッドダイ１８をダイシングテープから直接取り出して、液体吐出印刷ヘッドの中にパッケージングすることができる。

１０ 液体吐出システム、１２ データ供給源、１４ コントローラ、１６ 電気パルス発生源、１８ 液体吐出印刷ヘッドダイ、２０ 液体吐出器、２２ インク滴、２４ 記録媒体、２６ 壁、２８ 基板、３０ チャンバ、３１ ノズルプレート、３２ ノズル孔、３４ 抵抗ヒータ、３６ 供給穴、３７ 止まり穴状態の供給穴、４０ 絶縁誘電層、４２ 供給開口部、４４ チャンバ層、４６ 外側パシベーション膜、４８ フォトレジスト層、５０ ダイシングマーク、５２ 通路、５４ シリコンウェハ、５６ 溝。

Claims (19)

1. 基板を貫通する自己整合穴を形成し、流体供給経路を形成する方法であって、
   ２つの対向する面を有する基板の第一の面に絶縁層を形成するステップと、
   前記基板上の前記絶縁層の上に加工物を形成するステップと、
   前記基板上の前記絶縁層を貫通する開口部をエッチングし、前記開口部が前記絶縁層の前記加工物と物理的に整合するようにするステップと、
   前記加工物を保護材料の層で被覆するステップと、
   前記保護材料の層をパターン形成して、前記絶縁層を貫通する前記開口部を露出させるステップと、
   前記基板の前記第一の面からドライエッチングを行い、前記基板に、前記絶縁層の前記開口部の位置に対応する、底を有する止まり穴状態の供給穴を形成するステップと、
   前記基板の第二の面を、前記止まり穴状態の供給穴の前記底から５０マイクロメートル以内の距離まで研磨するステップと、
   前記基板の前記第二の面を全面エッチングして前記止まり穴状態の供給穴を貫通させることによって前記基板全体を貫通する穴を形成するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記止まり穴状態の供給穴を形成するステップは、逆テーパプロファイル角を有する止まり穴を形成し、前記シリコンウェハの前記第一の面の付近の開口部が、前記止まり穴の前記底の開口部より狭くなるようにすることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記逆テーパプロファイル角度は１度より大きいことを特徴とする方法。
4. 複数の液体吐出デバイスを形成する方法であって、
   ２つの対向する面を有するシリコンウェハの第一の面に絶縁層を形成するステップと、
   前記シリコンウェハ上の前記絶縁層の上に液滴形成機構のアレイを形成するステップと、
   エッチングによって、前記シリコンウェハ上の前記絶縁層を貫通する複数の開口部を形成するステップと、
   前記シリコンウェハ上の前記絶縁層の上にチャンバ層を形成するステップであって、前記チャンバ層は各液滴形成機構の間の壁を含むようなステップと、
   前記チャンバ層をフォトレジスト層で被覆するステップと、
   前記フォトレジスト層をパターン形成して、前記絶縁層を貫通する前記開口部を露出させるステップと、
   前記シリコンウェハの前記第一の面からドライエッチングを行い、前記シリコンウェハに、前記絶縁層の前記開口部の位置に対応する、底を有する止まり穴を形成するステップと、
   前記チャンバ層の上にノズル層を形成するステップと、
   前記ノズル層をパターン形成して、前記液滴形成機構のアレイに対応するノズルのアレイを形成するステップと、
   前記シリコンウェハの第二の面を、前記止まり穴の前記底から５０マイクロメートル以内の距離まで研磨するステップと、
   前記シリコンウェハの前記第二の面を全面エッチングして前記止まり穴を貫通させることによって前記シリコンウェハ全体を貫通する複数の穴を形成するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記シリコンウェハの前記第一の面をダイシングし、複数の単体化されたデバイスを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   前記止まり穴状態の供給穴を形成するステップは、ドライエッチングによって、ダイシングのための整合マークを提供するステップをさらに含み、前記全面エッチングのステップによって、ダイシングのための前記整合マークを露出させることを特徴とする方法。
7. 請求項４に記載の方法であって、
   前記止まり穴状態の供給穴を形成するステップは、隣接するデバイス間の溝をドライエッチングにより単体化するステップをさらに含み、前記全面エッチングによって、前記単体化のための溝を開放し、それによって、単体化された複数のデバイスを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
8. 請求項４に記載の方法であって、
   前記止まり穴状態の供給穴を形成するステップは、時間計測されたエッチング工程を使って、深さ５０マイクロメートルから３００マイクロメートルの止まり穴を形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
9. 請求項４に記載の方法であって、
   前記止まり穴状態の供給穴を形成するステップは、逆テーパプロファイル角を有し、前記シリコンウェハの前記第一の面の付近の開口部は、前記止まり穴の前記底の前記開口部より狭い止まり穴を提供することを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    前記逆テーパプロファイル角は１度より大きいことを特徴とする方法。
11. 請求項４に記載の方法であって、
    前記フォトレジスト層をパターン形成するステップは、
    前記フォトレジスト層を、前記フォトレジスト層の縁辺が前記絶縁層の縁辺からずれるようにパターン形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記フォトレジストの前記縁辺の位置ずれは０−２マイクロメートルであることを特徴とする方法。
13. 請求項４に記載の方法であって、
    前記シリコンウェハ全体を貫通して形成される前記複数の穴は、幅が５０−６０マイクロメートルであることを特徴とする方法。
14. 請求項４に記載の方法であって、
    前記シリコンウェハ全体を貫通して形成される前記複数の穴は、幅が１０−１００マイクロメートルであることを特徴とする方法。
15. 印刷ヘッドであって、
    チャンバの列を含む第一の面と、研磨面を含む第二の面を有するシリコンウェハと、
    前記チャンバの列の第一の側に沿って配置される複数の自己整合穴と、前記チャンバの列の第二の側に沿って配置される複数の自己整合穴であって、前記シリコンウェハの前記第一の面から前記第二の面に延び、前記シリコンウェハの前記第一の面において前記シリコンウェハの前記第二の面より小さく、逆テーパプロファイル角を形成するような自己整合穴と、
    前記チャンバ内の液滴形成機構と、
    全液滴形成機構に隣接するノズルプレートと、
    前記穴に液体を供給するための液体供給源と、
    を備えることを特徴とする印刷ヘッド。
16. 請求項１５に記載の印刷ヘッドであって、
    前記逆テーパプロファイル角は１度より大きいことを特徴とする印刷ヘッド。
17. 請求項１５に記載の印刷ヘッドであって、
    前記基板を貫通する前記複数の自己整合穴は、幅が５０−６０マイクロメートルであることを特徴とする印刷ヘッド。
18. 請求項１５に記載の印刷ヘッドであって、
    前記基板を貫通する前記複数の自己整合穴は、幅が１０−１００マイクロメートルであることを特徴とする印刷ヘッド。
19. 請求項１６に記載の印刷ヘッドであって、
    前記逆プロフィル角は１０度より小さいことを特徴とする印刷ヘッド。

Images