JP2005206401A - Method of manufacturing structural body, droplet discharge head, and droplet discharge apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス基板を含んでなる構造体の製造技術に関し、特に液滴吐出ヘッドなどの流体デバイスの製造に好適な製造技術に関する。 The present invention relates to a manufacturing technique of a structure including a glass substrate, and more particularly to a manufacturing technique suitable for manufacturing a fluid device such as a droplet discharge head.
近年、MEMS(micro electro mechanical systems)技術を用いたデバイス開発が盛んに行われており、例えば液滴吐出ヘッド、バイオチップ、マイクロポンプその他各種の流体デバイスの製造に応用されている。このようなデバイスは、例えばシリコン基板やガラス基板から構成され、当該基板には何らかの液体をデバイス内に通すための流路や液体を外部に吐出するための吐出孔などを構成するために複数の孔径の異なる孔が形成される。 2. Description of the Related Art In recent years, device development using MEMS (micro electro mechanical systems) technology has been actively performed and applied to the manufacture of various fluid devices such as a droplet discharge head, a biochip, a micropump, and the like. Such a device is composed of, for example, a silicon substrate or a glass substrate, and the substrate includes a plurality of channels for forming a flow path for allowing some liquid to pass through the device and a discharge hole for discharging the liquid to the outside. Holes with different hole diameters are formed.
ガラス基板等に貫通孔等を形成するプロセスはガラス基板等の板厚方向への加工となり、当該加工はドリル等の切削工具を用いた機械的加工により行われることが多い。また、最近では、ガラス基板に対する微細加工を行う技術の1つとして、ガラス基板の所望位置に光を照射することにより光照射領域と非照射領域とにエッチング速度の差を生じさせ、光照射領域をエッチング処理により除去する加工技術が知られている。このような技術は、例えば特開平9−309744号公報(特許文献1)に記載されている。
ところで、従来の加工技術では、ガラス基板に孔径の異なる複数の孔を形成する場合、例えば、複数の貫通孔を機械的加工によって行う場合には、加工時間が長くなり全体の製造時間の短縮や製造コストの削減の妨げとなるといった不都合があった。 By the way, in the conventional processing technique, when a plurality of holes having different hole diameters are formed in a glass substrate, for example, when a plurality of through holes are formed by mechanical processing, the processing time becomes long and the entire manufacturing time can be shortened. There was an inconvenience that the manufacturing cost was reduced.
また、上述した特許文献1には、孔径の異なる複数の孔を形成する方法については開示されておらず、従ってかかる課題を解決する技術が望まれている。
Further,
そこで、本発明は、ガラス基板に対して互いに異なる孔径の孔を形成する際の製造時間を短縮し、製造コストの低減を図ることを可能とする技術を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the technique which shortens the manufacturing time at the time of forming the hole of a mutually different hole diameter with respect to a glass substrate, and can aim at reduction of manufacturing cost.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、孔径の異なる複数の孔を有する構造体の製造方法であって、ガラス基板にレーザ光を照射して当該レーザ光の焦点を前記ガラス基板の厚さ方向に走査することにより、前記ガラス基板の厚さ方向の長さが異なる変質領域を前記ガラス基板に複数形成する第1工程と、前記ガラス基板をエッチング処理して、前記複数の変質領域に沿った孔径の異なる複数の孔を形成する第2工程と、を含む構造体の製造方法を提供するものである。 In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention is a method for manufacturing a structure having a plurality of holes having different hole diameters, and the glass substrate is irradiated with laser light to focus the laser light on the structure. A first step of forming a plurality of altered regions on the glass substrate having different lengths in the thickness direction of the glass substrate by scanning in the thickness direction of the glass substrate; And a second step of forming a plurality of holes having different hole diameters along the altered region.
かかる製造方法によれば、変質領域のガラス基板の厚さ方向の長さを変え、レーザ光の非変質領域(未照射部分)の厚みを調整することで、エッチングの開始時間を制御することが可能となる。よって、複雑なプロセスを必要とせず、異なる孔径の複数の孔を同時に製造することが可能となる。したがって、製造コストを低減することができ、量産性にも優れる。 According to this manufacturing method, the etching start time can be controlled by changing the length of the glass substrate in the thickness direction of the altered region and adjusting the thickness of the non-altered region (unirradiated portion) of the laser beam. It becomes possible. Therefore, it is possible to simultaneously manufacture a plurality of holes having different hole diameters without requiring a complicated process. Therefore, the manufacturing cost can be reduced and the mass productivity is excellent.
本明細書において、「ガラス基板」には、ソーダガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等の各種のガラスからなる基板を含む。また、「変質領域」とは、密度、屈折率、機械的強度又はその他の物理的特性が周囲とは異なっており、変質領域以外の領域に比べてエッチングされやすい状態(エッチング速度が速い状態)となった領域をいう。なお、変質領域には、微小なクラックが生じているものも含む。 In this specification, the “glass substrate” includes substrates made of various kinds of glass such as soda glass, quartz glass, borosilicate glass, and the like. In addition, the “modified region” means that the density, refractive index, mechanical strength, or other physical characteristics are different from the surroundings, and the region is more easily etched than the region other than the modified region (high etching rate). The area that became. The altered region includes those in which minute cracks are generated.
前記第1工程において、前記変質領域のうち少なくとも一の変質領域が、当該変質領域の両側にレーザ光が照射されない非変質領域が残存するように前記ガラス基板に形成されてもよい。これによれば、非変質領域をガラス基板の両面側に残すことで、エッチングの開始時間を調整することができる。両側からエッチングが進行するのでより短時間で所望の孔を形成し得る。また、両側からエッチングが進行するので、片側からエッチングを進行させる場合に比較して、孔の孔径をどの位置においてもより均一に近くすることが可能となる。なお、全ての変質領域の両側に非変質領域が残存するようガラス基板に変質領域を形成していてもよい。また、ガラス基板の両側に貫通した変性領域が形成されていてもよい。 In the first step, at least one of the altered regions may be formed on the glass substrate so that unmodified regions that are not irradiated with laser light remain on both sides of the altered region. According to this, the etching start time can be adjusted by leaving the non-altered regions on both sides of the glass substrate. Since etching proceeds from both sides, a desired hole can be formed in a shorter time. Further, since etching proceeds from both sides, the hole diameter can be made more uniform at any position than when etching is performed from one side. The altered region may be formed on the glass substrate so that the unaltered regions remain on both sides of all the altered regions. Moreover, the modified | denatured area | region penetrated on the both sides of the glass substrate may be formed.
前記第1工程において、前記変質領域のうち全ての変質領域が、当該変質領域の一方端が前記ガラス基板の一方面に露出するよう前記ガラス基板に形成されていてもよい。すなわち、レーザ光が照射されない非変質領域が前記ガラス基板の片面側にのみ形成されてもよい。これによれば、非変質領域をガラス基板の片面側に残すことで、エッチングの開始時間を調整することができる。 In the first step, all the altered regions of the altered region may be formed on the glass substrate such that one end of the altered region is exposed on one surface of the glass substrate. That is, an unaltered region that is not irradiated with laser light may be formed only on one side of the glass substrate. According to this, the etching start time can be adjusted by leaving the non-altered region on one side of the glass substrate.
前記第1工程の後に、前記ガラス基板の前記変質領域の一方端が露出した面側をエッチング保護膜で被覆する工程を含むことが好ましい。これにより、ガラス基板のエッチングの進行面を確実に一方側に定めることができる。 It is preferable that after the first step, a step of covering the surface side of the altered region of the glass substrate where one end of the altered region is exposed with an etching protective film is included. Thereby, the advancing surface of the etching of the glass substrate can be reliably determined on one side.
上記レーザ光がパルスレーザ光であることが好ましい。これにより、ガラス基板の変質領域を形成すべき領域以外の部位への不要なエネルギー付与を最小限に抑えることが可能となる。 The laser beam is preferably a pulsed laser beam. This makes it possible to minimize unnecessary energy application to a portion other than the region where the altered region of the glass substrate is to be formed.
上記パルスレーザ光がフェムト秒レーザ光であることが好ましい。これにより、変質領域を局所的に形成することが可能となり、より微細な孔を形成することが可能となる。ここで、「フェムト秒レーザ光」とは、パルス幅がフェムト秒オーダ(例えば、数十〜数百フェムト秒)のレーザ光をいう。 The pulse laser beam is preferably a femtosecond laser beam. As a result, the altered region can be locally formed, and finer holes can be formed. Here, “femtosecond laser light” refers to laser light having a pulse width on the order of femtoseconds (for example, several tens to several hundreds femtoseconds).
本発明の第2の態様は、上記の製造方法によって製造される構造体を用いたデバイスである。ここで、「デバイス」には、液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)、マイクロ流体チップ(電気泳動チップ、マイクロリアクター等)、バイオセンサ、電気浸透流ポンプなどが含まれる。 The second aspect of the present invention is a device using the structure manufactured by the above manufacturing method. Here, the “device” includes a droplet discharge head (inkjet head), a microfluidic chip (electrophoresis chip, microreactor, etc.), a biosensor, an electroosmotic flow pump, and the like.
本発明の第3の態様は、上記デバイスとしての液滴吐出ヘッドを含んで構成される液滴吐出装置(インクジェット装置)である。 A third aspect of the present invention is a droplet discharge apparatus (inkjet apparatus) configured to include a droplet discharge head as the device.
本発明の第4の態様は、多種類の液体を収容する複数の収容部と、当該収容部の各々から供給された上記液体を個別に吐出する複数の吐出孔とを有し、当該複数の吐出孔の孔径が上記収容部に収容する液体の流動特性によって各々異なる液滴吐出ヘッドである。 A fourth aspect of the present invention includes a plurality of storage units that store various types of liquids, and a plurality of discharge holes that individually discharge the liquid supplied from each of the storage units. The droplet discharge heads have different diameters depending on the flow characteristics of the liquid stored in the storage portion.
これによれば、吐出する液体の流動特性に応じた孔径の孔を複数備えているので、異なる流動特性を有する複数種類の液体を吐出する場合においても吐出量のばらつきを低減させることが可能となる。 According to this, since a plurality of holes having a hole diameter corresponding to the flow characteristics of the liquid to be discharged are provided, it is possible to reduce variation in the discharge amount even when discharging a plurality of types of liquid having different flow characteristics. Become.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、液滴吐出ヘッドの構成要素として用いられる構造体を例としてその製造方法について説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a manufacturing method thereof will be described by taking a structure used as a component of a droplet discharge head as an example.
(第1の実施形態)
図1及び図2は、構造体の製造方法について説明するための工程図である。図1及び図2には、ガラス基板に対して、複数の異なる孔径の孔(貫通孔)を形成する工程が説明されている。
(First embodiment)
1 and 2 are process diagrams for explaining a structure manufacturing method. 1 and 2 illustrate a process of forming a plurality of holes (through holes) having different hole diameters on a glass substrate.
まず、図1(A)に示すように、貫通孔を設けたい部位である第1の貫通孔形成予定部位13a(図中、点線で表示)にガラス基板10の一方面側からレーザ光12を照射して当該レーザ光12の焦点をガラス基板10の厚さ方向に走査することにより、ガラス基板10の厚さ方向に延在する変質領域14a(図中、太線で表示)を形成する。このレーザ光12の照射は、ガラス基板10において貫通孔を形成したい位置に対応して行われる。本例では、ガラス基板10の一方面から他方面に渡って変質領域14aを形成している。
First, as shown in FIG. 1A, the
次に、同様にして、第2の貫通孔形成予定部位13b及び第3の貫通孔形成予定部位13cに各々未照射部(非変質領域)を残し、異なる深さの変質領域14b、14cを形成する。
Next, similarly, the non-irradiated portions (non-altered regions) are left in the second through-hole formation scheduled site 13b and the third through-hole planned site 13c, and the altered
このように、レーザ光12による変質領域の深さを種々に変更し、種々の厚みの未照射部を設けることで後の工程におけるエッチング処理の開始時間をずらすことが可能となる。
As described above, by changing the depth of the altered region by the
ここで、ガラス基板10としては、ソーダガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等の種々のガラスからなる基板を使用することが可能である。また、ガラス基板10として、ナトリウム、リチウムなどのアルカリイオンを含有するもの、例えば珪酸ガラス、ホウ珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、リン酸ガラスなどからなるガラス基板を用いた場合には、後にこのガラス基板10を半導体基板や金属基板等と接合したい場合に陽極接合法を用いることが可能となり都合がよい。
Here, as the
また、「変質領域」とは、例えば密度、屈折率、機械的強度又はその他の物理的特性が周囲とは異なる状態となった領域をいい、微小なクラックが生じているものも含まれる。 The “altered region” refers to a region where the density, refractive index, mechanical strength, or other physical characteristics are different from the surroundings, and includes those in which minute cracks are generated.
レーザ光12としては、このような変質領域14をガラス基板10に形成し得る限り、種々のものを採用し得る。さらには、レーザ光以外にも電子ビーム照射やその他、ガラス基板10の所望位置に局所的にエネルギーを与えることが可能であれば如何なる手段も採用し得る。本実施形態では、上記レーザ光12の好適な一例として、パルスレーザ光であってそのパルス幅がフェムト秒オーダ(例えば、数十〜数百フェムト秒)であるフェムト秒レーザ光を用いる。例えば、波長800nm、パルス幅100fs(フェムト秒)、繰り返し周波数1kHzのフェムト秒レーザ光が用いられる。
As the
フェムト秒レーザ光を照射した場合に、その集光点近傍ではエネルギー密度が極めて高くなり、瞬時に大きなエネルギーを局所的に注入することができる。フェムト秒レーザ光の照射された部分では、当該レーザ光とガラス基板10を構成する物質との様々な非線形相互作用(例えば、多光子吸収多光子イオン化等)により種々の微視的構造変化が誘起される。誘起される構造変化はレーザ光の強度によって異なり、(a)活性イオン(希土類、遷移金属等)の酸化還元による着色、(b)欠陥の精製と高密度化による屈折率変化、(c)溶融とレーザ衝撃波によるボイド形成、(d)オプティカルブレークダウンによる微小なクラック(マイクロクラック)の形成、などが含まれる。多くの場合、誘起される構造変化は複合的なものであり一定の空間分布をもつ。これらの構造変化のうち、本実施形態では特に上記(d)に述べたマイクロクラックを主として利用する。このマイクロクラックは、集光点近傍に応力歪みが生じる現象(ブレークダウン)によって誘起される。フェムト秒レーザ光を用いた場合には、パルス幅が電子とフォノンのカップリング時間(10-12秒オーダ)よりも短いため、レーザ光のエネルギーが材料の熱拡散速度に比べて十分に早く照射部分に集中して注入され、プラズマが発生する。このプラズマが拡散するときに生じる衝撃波によりクラックが誘起される。したがって、レーザ光12の照射条件(強度、パルス幅、モード、波長等)はガラス基板10に主としてマイクロクラックが生じるように、ガラス基板10の素材やその他の条件に合わせて適宜設定される。これにより、極めて微細な領域にのみ変質領域を形成可能となり、微細加工を達成することが可能となる。
When femtosecond laser light is irradiated, the energy density is extremely high in the vicinity of the condensing point, and large energy can be injected locally instantaneously. In the portion irradiated with the femtosecond laser beam, various microscopic structural changes are induced by various nonlinear interactions (for example, multiphoton absorption multiphoton ionization, etc.) between the laser beam and the substance constituting the
次に、図1(B)に示すように、ガラス基板10のレーザ光の照射面側をエッチング保護膜16により被覆する。エッチング保護膜16は、例えば金(Au)、クロム(Cr)、ポリシリコン(Si)などのマスク材料を用いて形成される。
Next, as shown in FIG. 1B, the laser beam irradiation surface side of the
次に、ガラス基板10をエッチング処理する。ここで、図1(B)の工程で、ガラス基板10のレーザ光の照射面(全ての変質領域が露出した面)側はエッチング保護膜16により覆われているので、エッチングはガラス基板10の他方面側、すなわちレーザ光の照射面と反対側から全面的に進行する。
Next, the
図1(C)に示すように、まず最初に裏面(他方面)に変質領域14aが露出した第1の貫通孔形成予定部位13aから選択的に高速にエッチングが進行し、変質領域14aに沿った領域がそれ以外の領域に比べ優先的に除去され、略V字状の小さな孔が形成される。それと同時にゆっくりと全面エッチングが進行する。その後、図1(D)に示すように、全面エッチングが進行して第2の貫通孔形成予定部位13bに形成された変質領域14bにまで達した時に、第2の貫通孔形成予定部位13bでも変質領域14bに沿った早い速度のエッチングが進行し、略V字状の小さな孔が形成される。このときには、第1の貫通孔形成予定部位13aでは孔はさらに広がり大きなものとなっている。さらに、全面エッチングが第3の貫通孔形成予定部位13cの変質領域14cに達した時に、図2(E)に示すように、変質領域14cに沿った選択的な高速エッチングが開始される。このように、未照射部を残して種々の深さの変質領域を形成することで、選択的な高速エッチングが開始されるタイミングをずらすことが可能となり孔径の異なる複数の孔を同時に形成することが可能となる。なお、図1(C)、(D)、図2(E)において、点線の矢印は、エッチング処理を行う方向を示す。
As shown in FIG. 1C, first, etching proceeds selectively at a high speed from the first through-hole formation scheduled site 13a where the altered region 14a is exposed on the back surface (the other surface), and along the altered region 14a. The region is removed preferentially over the other regions, and a small V-shaped hole is formed. At the same time, the entire surface etching proceeds slowly. Thereafter, as shown in FIG. 1D, when the entire surface etching proceeds to reach the altered region 14b formed in the second through-hole formation planned portion 13b, the second through-hole formation planned portion 13b also Etching at a high speed along the altered region 14b proceeds to form a substantially V-shaped small hole. At this time, the hole further expands and becomes large at the first through-hole formation scheduled site 13a. Further, when the entire surface etching reaches the altered
各貫通孔が所望の大きさに達した際にエッチングを止め、エッチング保護膜16を除去することにより、図2(F)に示すようなテーパ状(略V字状)の孔径の異なる複数の貫通孔を有する構造体が完成する。図3は、完成した構造体を上面からみた概略図を示す。
Etching is stopped when each through-hole reaches a desired size, and the etching
ここで、本工程におけるエッチングとしては、フッ酸溶液を用いたウェットエッチングや、フッ素化合物ガスを用いたドライエッチング等を採用することができる。また、各孔同士の相対的な孔径の相違は、上述のように変質領域の深さ、すなわち未照射部の厚み(深さ、距離)により定まるが、各孔の絶対的な孔径はエッチング処理時間によって調整することができる。 Here, as the etching in this step, wet etching using a hydrofluoric acid solution, dry etching using a fluorine compound gas, or the like can be employed. In addition, the difference in relative hole diameter between the holes is determined by the depth of the altered region, that is, the thickness (depth, distance) of the unirradiated portion as described above, but the absolute hole diameter of each hole is an etching process. Can be adjusted by time.
また、上述したように変質領域14を主にマイクロクラックにより構成することで、本工程において、エッチング溶液又はエッチングガスがガラス基板10の板厚方向に沿って浸透しやすくなる。これにより、高いエッチング選択比を実現し、孔径のより微小な貫通孔を得ることが可能となる。
Further, as described above, the altered
図4は、本発明に用いられる液滴吐出ヘッドの一例を概略的に説明する上面図である。図5は、図4におけるa点〜j点に沿って液滴吐出ヘッドの断面を説明する断面図を示す。図4及び図5に示す液滴吐出ヘッド100は、静電アクチュエータを用いて所望の液体を微少量に制御して吐出するためのデバイスであり、上述した製造方法により製造される構造体を含んで構成される。
FIG. 4 is a top view schematically illustrating an example of a droplet discharge head used in the present invention. FIG. 5 is a sectional view for explaining a section of the droplet discharge head along points a to j in FIG. A
図4及び図5に示すように、本発明に用いられる液滴吐出ヘッド100では、上述したガラス基板10をノズル基板として用い、このガラス基板10に対して更に4つの基板26、28、30、32を接合した積層構造を有する。基板10、26、28より液体を外部に吐出するためのヘッド部110が構成され、基板30、32よりヘッド部に供給する液体を収容するための収容部120が構成される。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the
収容部120を構成する基板30、32としては、例えば樹脂基板を加工したものが用いられる。基板32には、多種類の液体(試料溶液)を貯留するための複数の収容室40が設けられている。また、基板30及び基板32により、収容室40に貯留する試料溶液をヘッド部120に設けられた加圧室34に供給するための微細な流路36が形成されている。
As the board |
図10に、ヘッド部110の一例を示す斜視図を、図11にヘッド部110の機構を説明するための上面図を示す。 FIG. 10 is a perspective view showing an example of the head unit 110, and FIG. 11 is a top view for explaining the mechanism of the head unit 110.
図10及び図11に示すように、ヘッド部110は基板10、26、28から構成される。基板26、28としては、例えば半導体基板を加工したものが用いられる。基板28には、収容室40からの試料溶液を基板26に設けられた加圧室34に供給するための供給口37が千鳥状に形成されている。この供給口37から供給された試料溶液は、基板26、28に形成された流路36を介して各加圧室34に運ばれる。また、基板28には、加圧室34に対向する位置に形成された溝内にITO膜などからなる電極38が形成されている。この電極38と基板26に設けられた電極(図示せず)との間に外部電源(図示せず)からの出力電源を接続端子42を介して印加することにより、加圧室34の底部に設けられた振動板35が当該電極38に引き寄せられて弾性変形する。その後、電圧が解除されると、振動板35が元の位置に戻ろうとする復元力により、加圧室34に供給された試料溶液はノズル孔22から液滴として吐出される。なお、ノズル孔22には、上述の孔22a、22b、22cを含む。
As shown in FIGS. 10 and 11, the head unit 110 includes
図6は、上述した液滴吐出ヘッドを用いて構成される液滴吐出装置の一例を説明する図(斜視図)である。図6に示す液滴吐出装置500は、テーブル510、Y方向駆動軸520、液滴吐出ユニット300、X方向駆動軸530、駆動部540、制御用コンピュータ600を含んで構成されている。この液滴吐出装置は、例えば、バイオテクノロジー関連の検査、実験等に用いられるマイクロアレイ(バイオチップ)を製造するために用いられるものである。
FIG. 6 is a diagram (perspective view) for explaining an example of a droplet discharge apparatus configured using the above-described droplet discharge head. A
テーブル510は、マイクロアレイを構成する基板を載置するためのものである。このテーブル510は、複数の基板を載置可能となっており、例えば真空吸着によって各基板を固定可能に構成されている。 The table 510 is for mounting a substrate constituting the microarray. The table 510 can mount a plurality of substrates, and is configured to be able to fix each substrate by, for example, vacuum suction.
Y方向駆動軸520は、テーブル510を図示のY方向に沿って自在に移動させるためのものである。このY方向駆動軸520は、駆動部540に含まれる駆動モータ(図示せず)と接続されており、当該駆動モータによる駆動力を得てテーブル510を移動させる。X方向駆動軸530は、液滴吐出ユニット300を図示のX方向に沿って自在に移動させるためのものである。このX方向駆動軸530は、駆動部540に含まれる駆動モータ(図示せず)と接続されており、当該駆動モータによる駆動力を得て液滴吐出ユニット300を移動させる。
The Y-
液滴吐出ユニット300は、制御用コンピュータ600から供給される駆動信号に基づいて、生体分子溶液を基板に向けて吐出するものであり、溶液を吐出するノズル面がテーブル510に向かうように、X方向駆動軸530に組み付けられている。この液滴吐出ユニット300は、溶液を吐出するヘッドとして上述した静電駆動方式により駆動される液滴吐出ヘッド100を用いている。静電駆動方式のインクジェットヘッドは、比較的に構造が簡単で、溶液の吐出量が安定しており、熱を用いないので溶液中の生体分子の変質を回避し、活性を維持することが可能となる。また、装置の小型化、低消費電力化を実現することができる。
The
駆動部540は、Y方向駆動軸520、X方向駆動軸530をそれぞれを駆動するモータやその他の駆動機構を含んで構成される。これらのモータ等が制御用コンピュータ600から供給される駆動信号に基づいて動作することにより、基板が載置されたテーブル510と液滴吐出ユニット300との相対位置が制御される。制御用コンピュータ600は、駆動部540の筐体内に設置されており、液滴吐出ユニット300の動作(溶液の吐出タイミング、吐出回数等)を制御する。
The
このように、本実施形態の製造方法によれば、レーザ光12を照射して形成する変質領域の深さを調節し、レーザ照射を行わない未照射部分の厚みを種々の厚みに調整することで、エッチングの開始時間を制御することが可能となる。よって、複雑なプロセスを必要とせず、異なる孔径の複数の孔を同時に製造することが可能となる。したがって、製造コストを低減することができ、量産性にも優れる。また、レーザ光12の照射深さの相違による作用を利用した加工方法を採用するので、ガラス基板10へのフォトレジストの成膜が不要となり、容易に複数の異なる孔径の孔を形成することが可能となる。また、エッチング処理により孔を形成するので、表面が平滑な孔を形成することができる。したがって、特に、液滴吐出ヘッドのノズル基板として構造体を利用した場合、ノズル孔に段差が生じないのでヘッド内に生じた気泡をトラップすることなく外部に出すことができる。よって、気泡による吐出特性の変動を低減することが可能となる。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the depth of the altered region formed by irradiating the
また、本実施形態によれば、異なる孔径の複数のノズル孔を備えた液滴吐出ヘッドを容易に作成することが可能となる。したがって、吐出液体の流動特性に合わせて孔径の異なる孔を容易に製造することが可能となる。このような吐出液体の流動特性に応じて異なる孔径を有する液滴吐出ヘッドを用いると、流動特性の異なる複数種類の液体を吐出する場合においても吐出量のばらつきを低減させることが可能となる。これにより、マイクロアレイ等のバイオチップを作成する際においてもスポット径の大きさを容易に揃えることが可能となる。また、ノズル基板がガラス基板で形成されているので液滴吐出ヘッドの加圧室内を外部から観察することも可能となる。 In addition, according to the present embodiment, it is possible to easily create a droplet discharge head including a plurality of nozzle holes having different hole diameters. Therefore, it is possible to easily manufacture holes having different hole diameters according to the flow characteristics of the discharged liquid. When a droplet discharge head having different hole diameters according to the flow characteristics of the discharge liquid is used, it is possible to reduce variations in discharge amount even when discharging a plurality of types of liquids having different flow characteristics. As a result, even when a biochip such as a microarray is produced, the spot diameters can be easily made uniform. Further, since the nozzle substrate is formed of a glass substrate, it is possible to observe the pressure chamber of the droplet discharge head from the outside.
なお、上述した実施形態では、ガラス基板10のレーザ光の照射面側をエッチング保護膜で被覆することにより、エッチングを進行させる方向を確定させたが、これに限定されない。すなわち、例えばエッチング液にガラス基板10を浸潤させる場合に、レーザ光の照射面側にエッチング液が触れないようにし得る場合には、エッチング保護膜を設けなくてもよい。また、エッチング液又はエッチングガスをガラス基板10のレーザ光の照射面と反対側から吹き付けることにより、エッチングの進行方向を選択的に制御し得る場合にもエッチング保護膜を設けなくてもよい。
In the above-described embodiment, the direction in which etching proceeds is determined by covering the laser beam irradiation surface side of the
また、エッチング保護膜16は、上記例ではレーザ光12の照射後に形成したが、これに限らず、レーザ光12の照射前に形成してもよい。
In addition, the etching
また、上述した実施形態では、貫通孔が生じるまでエッチングを行ったが、貫通孔が生じる前にエッチングを止め、ガラス基板を任意の位置で切断することにより貫通孔としてもよい。 In the above-described embodiment, etching is performed until a through hole is generated. However, the etching may be stopped before the through hole is generated, and the glass substrate may be cut at an arbitrary position to form a through hole.
また、上述した実施形態では、本発明にかかる構造体を用いたデバイスの一例として液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)を採り上げて説明していたが、これ以外にもマイクロ流体チップ(電気泳動チップ、マイクロリアクター等)、バイオセンサ、電気浸透流ポンプなど種々のデバイスの製造に本発明を適用可能である。 In the above-described embodiment, a liquid droplet ejection head (inkjet head) has been described as an example of a device using the structure according to the present invention. In addition, a microfluidic chip (electrophoresis chip, The present invention can be applied to the production of various devices such as microreactors and the like, biosensors, electroosmotic flow pumps and the like.
また、本実施形態では、液滴吐出ヘッドとして、静電駆動方式を例示したが、本発明はこれに限らず、ピエゾ素子を用いた圧電駆動方式であってもよい。 In this embodiment, the electrostatic drive system is exemplified as the droplet discharge head. However, the present invention is not limited to this, and a piezoelectric drive system using a piezoelectric element may be used.
さらに、レーザの照射方向も所望の位置に変質領域を形成し得る限り特に限定されるものではない。 Further, the laser irradiation direction is not particularly limited as long as the altered region can be formed at a desired position.
(第2の実施形態)
図8及び図9は、他の態様に係る構造体の製造方法について説明するための工程図である。第1の実施形態においては、ガラス基板10の片面側にレーザ光12の未照射部を残し、当該未照射部側よりエッチングを行うことにより孔22a〜22cを形成した。これに対し、本実施形態では、図8(A)に示すようにガラス基板10の両面側にレーザ光12の未照射部を残存させ、両面側からエッチングを行う。
(Second Embodiment)
8 and 9 are process diagrams for explaining a method for manufacturing a structure according to another embodiment. In the first embodiment, the holes 22 a to 22 c are formed by leaving an unirradiated portion of the
これにより、図8(B)〜(C)及び図9(D)に示すようにエッチングが進行し、最終的には図9(E)に示されるような断面略X字状の孔径の異なる孔22a〜22cが形成される。 As a result, the etching proceeds as shown in FIGS. 8B to 8C and FIG. 9D, and finally the hole diameter having a substantially X-shaped cross section as shown in FIG. 9E is different. Holes 22a to 22c are formed.
本実施形態によれば、レーザ光の未照射部(非変質領域)をガラス基板の両面側に残すことで、エッチングの開始時間を調整することができる。また、ガラス基板の両面側からエッチング処理が進行するため、片側からエッチング処理を行う場合に比べ、早く所望の異なる孔径を有する孔を得ることが可能となる。これによれば、両側からエッチングが進行するのでより短時間で所望の孔を形成し得る。また、両側からエッチングが進行するので、片側からエッチングを進行させる場合に比較して、孔の孔径をどの位置においてもより均一に近くすることが可能となる。 According to the present embodiment, the etching start time can be adjusted by leaving the unirradiated portions (non-altered regions) of the laser light on both sides of the glass substrate. In addition, since the etching process proceeds from both sides of the glass substrate, it is possible to obtain holes having different desired hole diameters faster than when the etching process is performed from one side. According to this, since etching proceeds from both sides, a desired hole can be formed in a shorter time. Further, since etching proceeds from both sides, the hole diameter can be made more uniform at any position than when etching is performed from one side.
次に、本発明を実施例に基づいて説明する。 Next, this invention is demonstrated based on an Example.
パイレックス(登録商標)ガラスからなる厚さ約1mmのガラス基板に、下記のレーザ光照射条件に従って、レーザ光を照射した。このガラス基板のレーザ光照射面(変質領域が露出している面)側をエッチング保護膜で保護した後、3%のフッ酸溶液に90時間浸漬させ異なる孔径のノズル孔を5つ形成した。 A glass substrate made of Pyrex (registered trademark) glass having a thickness of about 1 mm was irradiated with laser light according to the following laser light irradiation conditions. After the laser beam irradiation surface (surface where the altered region is exposed) of this glass substrate was protected with an etching protective film, it was immersed in a 3% hydrofluoric acid solution for 90 hours to form five nozzle holes having different diameters.
下記表1及び図7に、レーザ未照射部の厚み(距離)とノズル孔径との関係を示す。図7は、表1のデータをグラフ化したものである。なお、ここでノズル孔径は、最小部分の孔径を測定した。
(レーザ光照射条件)
レーザ光源:Ti−サファイヤ
波長:800nm
パルス幅:100fs
繰り返し周波数:1kHz
レーザ出力:10mW
スキャン速度:0.5mm/s
開口数(NA):0.8
Table 1 below and FIG. 7 show the relationship between the thickness (distance) of the laser non-irradiated portion and the nozzle hole diameter. FIG. 7 is a graph of the data in Table 1. In addition, the nozzle hole diameter measured the hole diameter of the minimum part here.
(Laser irradiation conditions)
Laser light source: Ti-sapphire Wavelength: 800nm
Pulse width: 100 fs
Repeat frequency: 1kHz
Laser power: 10mW
Scan speed: 0.5mm / s
Numerical aperture (NA): 0.8
10・・・ガラス基板、12・・・レーザ光、13a、13b、13c・・・貫通孔形成予定部位、14a、14b、14c・・・変質領域、16・・・エッチング保護膜、18・・・レーザ光、22a、22b、22c・・・(ノズル)孔、26、28、30、32・・・基板、34・・・加圧室、35・・・振動板、36・・・流路、38・・・電極、40・・・収容室、100・・・液滴吐出ヘッド、300・・・液滴吐出ユニット、500・・・液滴吐出装置、600・・・制御用コンピュータ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
ガラス基板にレーザ光を照射して当該レーザ光の焦点を前記ガラス基板の厚さ方向に走査することにより、前記ガラス基板の厚さ方向の長さが異なる変質領域を前記ガラス基板に複数形成する第1工程と、
前記ガラス基板をエッチング処理して、前記複数の変質領域に沿った孔径の異なる複数の孔を形成する第2工程と、
を含むことを特徴とする構造体の製造方法。 A method for producing a structure having a plurality of holes having different hole diameters,
A plurality of altered regions having different lengths in the thickness direction of the glass substrate are formed on the glass substrate by irradiating the glass substrate with laser light and scanning the focal point of the laser light in the thickness direction of the glass substrate. The first step;
A second step of etching the glass substrate to form a plurality of holes having different hole diameters along the plurality of altered regions;
A structure manufacturing method comprising:
It has a plurality of storage parts for storing various types of liquids, and a plurality of discharge holes for individually discharging the liquid supplied from each of the storage parts, and the hole diameters of the plurality of discharge holes are in the storage part A liquid droplet ejection head, which differs depending on the flow characteristics of the liquid to be stored.
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