JP2015030881A - 開口プレート - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルプレートやフィルタープレートとして使用される開口プレートにおいて、開口部の口径寸法を均一に形成するための製造手法を提供する。
【解決手段】基板に積層したレジストパターン１７を越えて電鋳金属１９を成長させることで開口部を形成する開口プレート２４の製造方法であって、前記開口部を形成する前記レジストパターンの周囲にこのレジストパターンの寸法よりも小さい寸法のダミーレジストパターン１８を形成する工程と、前記電鋳金属を成長させることで前記ダミーレジストパターンにて形成されるダミー開口部２１の全部又は一部を塞ぐ工程とを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及び噴霧器に適用されるノズルプレート、又は粒子の分級や濾過に利用されるフィルタープレートとして使用される開口プレートの製造方法に関する。

開口プレートは、液体吐出ヘッドとして代表されるインクジェットプリンターのインクを吐出させるための開孔が規則的に配列されたノズルプレート（特許文献１参照）や、超音波を利用して気管支拡張剤を微粒化しつつ噴霧する噴霧器として代表されるネブライザーに搭載されるノズルプレート、粒子の大きさを分級するためのフィルタープレート、濾過に利用されるフィルタープレートとして非常に幅広い用途に利用されている。

この開口プレートの製造方法を図４に基づいて説明する。図４（ａ）に示すように、導電性を有する基板１に感光性レジスト２を所定の厚さに塗布する。そして図４（ｂ）に示すように、所定のパターンが描画された紫外線を遮断するパターンを有するリソグラフィーマスク３を介して紫外線４を照射し露光することにより、図４（ｃ）に示すように、基板１上に感光性レジストパターン５を形成する。

次に、図４（ｄ）に示すように、基板１の表面から電鋳によって金属６を析出させ、パターン化した感光性レジストパターン５を覆いかぶさるように電鋳金属６の析出成膜を連続的に実施し、所定の開口部７を残すところで電鋳を終了させる。
次に図４（ｅ）に示すように、形成した感光性レジストパターン５を除去し、最後に図４（ｆ）に示すように、基板１を剥離することにより、ベルマウス形状を有する開口プレート８が製作される。

このように、開口部７を形成する箇所に感光性レジストパターン５を形成し、電鋳金属６がレジストパターンを越えて電鋳金属６を成長させることで、基板１の外面へ向かって絞り込まれたベルマウス状の開口部７が形成され、開口プレート８が例えば液体吐出ヘッドのノズルとして使用されている。

この製造方法において、図５に示すように、電鋳における金属６の析出において成長は等方的であることから、成長方向に析出する量ｖと横方向に析出する量ｈはｖ＝ｈの関係にあり、レジスト寸法をｄ、レジストの厚みをｔ、電鋳によって析出する厚さをＴとすると開口部７の寸法ＤはＤ＝ｄ−２（Ｔ−ｔ）の関係にある。そして、ｄとｔはレジストパターンの形成により決定されていることからＴを例えば１μｍ大きくすることでノズル寸法Ｄは２μｍ小さくなる。このことから電鋳金属６の厚さ寸法は開口部７の寸法に対して重要な決定要素である。

このように、開口部７の寸法精度が電鋳金属６の厚さに大きく依存されることは一般に知られている。
しかしながら、レジストパターンが有る部分と、レジストパターンが無い部分においては、レジストパターンが有る部分に電流が集中しやすく、レジストパターンが無い部分との電流密度の差が生じることから、析出する電鋳金属６の厚さが異なってしまい、基板１の中心部と外周部に位置する開口部７の寸法にばらつきが発生し、開口部７の寸法を精度良く、均一に揃えて製造できない課題があった。

さらに、上記特許文献２では、母型上の外周部分と中心部分の電流密度の差による成長の差に主因して板厚に差が生じ、特にオーバーハング電鋳の場合に当該板厚の差が直接的に開口部の径のバラツキの要因となることから、このような開口部の口径のバラツキは画質に影響を及ぼすため、極力抑えることを課題としている。
そこで開口部の口径のバラツキを最小限に抑えるために、１０〜２０μｍ程度の薄肉からなる電鋳膜で開孔部を形成することでバラツキを抑えることが提案されている。これは後述する原理に基づいて、電鋳膜の厚さを増す程、開口部のバラツキが大きくなることから厚さを制限している。

特開２００１−１８３９９ 特開２００１−３４７６６８

本発明は、上記課題に解決するものであり、電鋳膜の厚さを制限することなく、基板の中心部と外周部に位置する全ての開口部の寸法を精度良く均一化できる開口プレートの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は開口プレートの製造方法に関し、基板に積層したレジストパターンを越えて電鋳金属を成長させることで開口部を形成する開口プレートの製造方法であって、前記開口部を形成する前記レジストパターンの周囲にこのレジストパターンの寸法よりも小さい寸法のダミーレジストパターンを形成する工程と、前記電鋳金属を成長させることで前記ダミーレジストパターンにて形成されるダミー開口部の全部又は一部を塞ぐ工程とを有することを特徴とする。

前記開口プレートの製造方法においては、開口部を形成するためのレジストパターンの周囲にも、そのレジストパターンより小さい寸法のダミーレジストパターンを形成することにより、電鋳における基板の面内の電流密度分布に差が生じることがなくなる。
このため、電流密度が均一化され、析出する電鋳金属の厚さが均一化される。
従って、基板の中心部と外周部に位置する全ての開口部の口径寸法にばらつきがなくなり、開口部の口径寸法を精度良く均一に揃えて形成できるとともに、ダミー開口部は電鋳で析出した金属がオーバーハングすることにより全部が塞がれて無垢に形成されるか、又はダミー開口部は一部が塞がって小さな開口を中央に残した形状となり、所望の開口プレートが得られる。

本発明の第２の態様は、第１の態様の開口プレートの製造方法に関し、前記開口部の寸法ａ、前記レジストパターンの寸法ｂ、前記ダミーレジストパターンの寸法ｃにおいて、これらａ、ｂ、ｃが１０μｍ≦ｃμｍ≦（ｂ−ａ）μｍの関係であることを特徴とする。

前記開口プレートの製造方法においては、寸法ａの開口部を形成するために焼付する寸法ｂのレジストパターンの周囲には、１０[μｍ]≦ｃ[μｍ]≦（ｂ−ａ）[μｍ]からなる寸法ｃのダミーレジストパターンを形成することにより、このレジストパターンを搭載した基板に電鋳により金属が析出されて寸法ａの開口部の口径が均一な寸法で形成される。
その際には、周囲のレジストは電鋳で析出した金属がオーバーハングしてダミー開口部は塞がれて無垢に形成されるか、又はダミー開口部は一部が塞がって小さな開口を中央に残した形状となり、所望の開口プレートが確実に得られる。

本発明の第３の態様は、第１の態様の開口プレートの製造方法に関し、前記レジストパターン及び前記ダミーレジストパターンの形状が円形、矩形若しくは異形のスポット又はスリット状パターンであることを特徴とする。

前記開口プレートの製造方法においては、開口部の形状が円形、矩形、異形のスポット又はスリット状のパターンである場合、これと同形状のレジストパターンの周囲にもこのレジストパターンより小さい寸法の同形状のダミーレジストパターンを形成することにより、全ての開口部の口径寸法が精度良く均一に揃った所望の開口プレートが得られる。

本発明の第４の態様は、第１又は第２の態様の開口プレートの製造方法に関し、前記開口部がすり鉢状に広がったオリフィス形状であることを特徴とする。

前記開口プレートの製造方法においては、レジストパターンを搭載した基板に電鋳により金属を析出させ、電鋳膜の一面から他の面へかけてすり鉢状に広がった寸法ａの開口部が形成された所望の開口プレートが得られる。

本発明の第５の態様は、第１〜第３の態様の開口プレートの製造方法に関し、前記レジストパターンの厚さが０〜３０μｍであることを特徴とする。

前記開口プレートの製造方法においては、レジストパターンの厚さが０〜３０μｍであれば、開口部の口径寸法が精度良く均一に揃った所望の開口プレートが得られる。

本発明の第６の態様は、第１の態様の開口プレートの製造方法に関し、電鋳金属がニッケル、コバルト、銅、パラジウム、金、白金のいずれかを含む金属であることを特徴とする。

前記開口プレートの製造方法においては、ニッケル、コバルト、銅、パラジウム、金、白金を含むいずれかの金属を選択すれば、開口部の口径寸法が精度良く均一に揃った所望の開口プレートが得られる。

本発明の第７の態様は、第１の態様の開口プレートの製造方法に関し、前記開口プレートがノズルプレートであることを特徴とする。

前記開口プレートの製造方法においては、開口プレートを、医療用ネブライザーに適用する噴霧デバイスのノズルプレート、化粧液の噴霧に適用した噴霧デバイスのノズルプレート、空気清浄を目的とした除菌液の噴霧に適用した噴霧デバイスのノズルプレート、精油を基本としたアロマ液や合成された香水など香りの噴霧に適用した噴霧デバイスのノズルプレートなどに好適である。

本発明の第８の態様は、第１の態様の開口プレートの製造方法に関し、前記開口プレートがフィルタープレートであることを特徴とする。

前記開口プレートの製造方法においては、開口プレートを、異物を除去するための異物除去フィルタープレート、血液等の体液からの末梢循環腫瘍細胞や、希少細胞を分離するためのフィルタープレート、全血中における血中成分を分離するための分離フィルタープレートなどの濾過、分離、回収、評価などに好適である。

以上説明したように、本発明の第１態様によれば、基板の中心部と外周部に位置する全ての開口部の口径寸法を精度良く均一に揃えて形成できるとともに、ダミー開口部は電鋳で析出した金属がオーバーハングすることにより塞がれて無垢に形成されるか、又はダミー開口部は一部が塞がって小さな開口を中央に残した形状となり、所望の開口プレートを製造できる、という優れた効果が得られる。

本発明の第２態様によれば、レジストパターンとダミーレジストパターンの寸法を設定することにより、基板の中央と周辺部における開口部の口径寸法が均一に形成されるとともにダミー開口部の全部か又は一部が塞がれ、所望の開口プレートを確実に製造できる、という優れた効果が得られる。

本発明の第３態様によれば、開口部の形状が、円形、矩形、異形のスポット、スリット状のパターンのさまざまの場合によっても、基板の中央と周辺部における開口部の寸法はバラツキが無くなり、均一化した寸法精度の高いものができる、という優れた効果が得られる。

本発明の第４態様によれば、ノズルプレートやフィルタープレートの開口形状に最適な、すり鉢状に広がった開口部を形成できる、という優れた効果が得られる。

本発明の第５態様によれば、レジストの厚さが基板平面を基準として０〜３０μｍの寸法に設定することで、開口プレートに形成される段差の高さを変えても開口部の寸法が均一化した寸法精度の高いものができる、という優れた効果が得られる。

本発明の第６態様によれば、ニッケル、コバルト、銅、パラジウム、金、白金のいずれかを含む電鋳金属を選択して使用でき、例えば、ニッケルは安価な金属として、パラジウム、金、白金などの貴なる金属は耐食性が高いことから液体噴霧や液体濾過などに使用される際の金属の溶出を防ぐことができ医療にも適応している、という優れた効果が得られる。

本発明の第７態様によれば、特に、医療用のネブライザーのノズルプレートとして利用すると、気管支拡張剤などの薬液を微粒化する粒子径が開口部の口径寸法に大きく依存されるノズルプレートに最適である、という優れた効果が得られる。

本発明の第８態様によれば、特に体液中の末梢循環腫瘍細胞CTC(Circulating Tumor Cell)、または希少細胞を分離するためのフィルタープレートとして利用すると、細胞を捕獲したり、通過させるための開口部の口径寸法は精度が非常に重要であり、開孔の寸法精度が均一化したフィルタープレートに最適である、という優れた効果が得られる。

本発明の実施形態を示す開口プレートの製造方法の工程断面図である。 本発明の実施形態を示す開口プレートの製造工程におけるレジストパターンの平面図である。 本発明の他の実施形態を示す開口プレートの製造工程におけるレジストパターンの平面図である。 従来例を示す開口プレートの製造方法の工程断面図である。 開口プレートの断面図である。

以下に本発明の実施例を図１、図２に基づいて説明する。
図１（ａ）において、１１はステンレス製の基板であり、表面にフォトレジスト１２を厚さ２ミクロンになるようにスピンコーターを用いて塗布する。この基板１１は、ガラス等の不導体材料からなる表面へ蒸着やスパッタ等を利用し、銅、ニッケルなどの金属材料を成膜したものでも良い。又、フォトレジスト１２は、フィルム状のレジストをラミネーター装置などによってコートしても良い。

次に図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により後述する開口部を形成するために、図２に示すような円形状のレジストパターン１３を直径寸法１００μｍ、その周囲に円形状のダミーレジストパターン１４を直径寸法８０μｍになるパターンが描画されたクロムマスク１５を介して紫外線１６を照射して露光する。尚、紫外線１６の代わりにＸ線を光源とする場合はクロムマスク１５の代わりにＸ線マスクを用いることになる。

次に、図１（ｃ）、図２に示すように、現像工程を経ることで基板１１上に感光性レジスト１７、１８をパターン化する。
次に図１（ｄ）に示すように、スルファミン酸ニッケル浴の電鋳槽中において所定の電鋳工程により感光性レジストパターン１７、１８を除いて外面に露出する導電性を有した基板１１の表面から電鋳によってニッケルである電鋳金属１９を析出させる。
このように、電鋳金属１９が析出し、徐々に層の厚みを増して行き、この電鋳金属１９の厚みがレジストパターン１７、１８の厚みを越えるまでに析出が進むと、図１（ｅ）に示すように、電鋳金属１９の層はレジストパターン１７、１８の外周上面へ覆いかぶさるように析出し、電鋳金属１９の成膜を連続的に析出することで、図１（ｆ）に示すように、電鋳金属１９の生成範囲を拡げ、その上面に下すぼまり状のベルマウス形の円形状である開口部２０が形成される。

同時に、図１（ｆ）に示すように、ダミーレジストパターン１４の部分は上述と同じ要領で電鋳金属１９は連続的に析出することにより、電鋳金属１９でオーバーハングされ完全に覆いかぶさってダミー開口部２１が塞がれ、溝２２を残した無垢部２３が形成される。
そして、開口部２０の口径寸法ａが１０μｍになったところで電鋳を終了させ、基板１１を剥離する。
尚、この基板１１がシリコン基板などのエッチングで容易に除去できるものであればエッチングで除去しても良い。
又、電鋳金属１９はニッケル以外に、コバルト、銅、パラジウム、金、白金のいずれかを含む電鋳金属を選択して使用しても良い。

最後に予め形成した感光性レジスト１７、１８を有機溶媒により除去する。尚、この感光性レジストの除去は酸素プラズマによるドライエッチングを利用しても良い。
以上の工程を経て、図１（ｇ）に示すように、全ての開口部２０が１０μｍの口径寸法ａで均一に形成された開口プレート２４が完成する。

このように、開口部２０を形成するためのレジストパターン１７の周囲にも、そのレジストパターンより小さい寸法からなるダミーレジストパターン１８を形成させることにより、電鋳における基板１１の面内の電流密度分布に差が生じることがなくなるため、電流密度が均一化され、析出する電鋳金属１９の厚さが均一化される。

従って、基板１の中心部に位置する開口部２０Ａと外周部に位置する開口部２０Ｂの口径寸法にばらつきがなくなり、開口部２０Ａ、２０Ｂの口径寸法を精度良く均一に揃えて形成できるとともに、ダミー開口部２１は電鋳で析出した金属がオーバーハングすることにより塞がれて溝１２を残した無垢部２３が形成され、所望の開口プレート２４が得られる。

かかる製造工程において、図１（ｇ）に示す開口部２０の寸法ａを形成するために、図１（ｃ）に示すレジストパターン７の寸法ｂの周囲に、１０μｍ≦ｃμｍ≦（ｂ−ａ）μｍからなる寸法ｃのダミーレジストパターン１８を形成する際、寸法ｃをｃ＝ｂ−２ｎ（ｎ≧１）とすることにより開口部２０の寸法ａを形成した際には周囲に配置したダミー開口部２１の口径寸法は寸法aよりｎμｍだけ小さくなることから、開口部２０の口径寸法が均一化した精度の高いものができる。
尚、上記ｎを小さくして寸法ｃを大きくすることにより、ダミー開口部２１が上記実施例のように全部が塞がらないで、一部が塞がって中央に小さな開口を残した形状としても良い。これは、無垢に形成しないで小さな開口を残してもこの開口から粒子が通過することがないからである。

そして、この開口プレート２４を医療用ネブライザー、噴霧デバイス等のノズルプレートとして用いる場合や分離装置のフィルタープレートとして用いる場合、有機系、もしくは無機系接着剤等により開口プレート２４を接着する際に、この溝２２が接着のアンカー効果をもたらすことで平坦の無垢部よりも、接着強度を上げる副次的効果が得られる。
例えば医療用ネブライザーにおいては、開口プレート２４にこの開口プレート２４を振動させるための圧電セラミックスを接着した場合、その接着強度は平坦の無垢部を有する従来のノズルプレートに接着した場合と比較して、２倍以上の接着強度を上げることができた。
また、溝２２を有することにより開口プレート２４は弾力性が増すため、圧電セラミックスによって効果的に振動するので、例えば医療用ネブライザーに好適である、副次的効果が得られる。

上述実施例と同様に、図１に示すように、開口部２０を形成するためのレジストパターン１７のみを有しダミーレジストパターン１８がない場合の従来例の開口プレートと、本発明の開口プレート２４とを比較（寸法バラツキ）した検証結果を表１に示す。

表１の結果から、ダミーレジストパターン１８を有する本発明の実施例の方が、ダミーレジストパターン１８を有していない従来例よりも、開口部２０Ａ、２０Ｂの口径寸法のバラツキが小さいことが判明した。

尚、上記実施例では、レジストパターン１７とダミーレジストパターン１８の形状が図３（ａ）に示すように円形の場合について説明したが、図３（ｂ）の矩形、図３（c）の異形のスポット、図３（ｄ）のスリット状のパターンでも良い。
この場合、それぞれの形状を得るためのレジストパターン１７の周囲にもそのレジストパターン１７より少なくとも小さい同形状、もしくは図３（ｅ）に示すように異形状のダミーレジストパターン１８を形成しても良い。
この場合も、上記実施例と同様にレジストパターン１７を搭載した基板１１に電鋳により金属１９を析出させ、開口面積が電鋳膜の一面から他の面へかけてすり鉢状に広がった開口部２０を形成することができる。

上述したように、本発明の開口プレート２４を医療用ネブライザーのノズルプレートに適用することができる。ノズルプレートを搭載した医療用のネブライザーは、気管支拡張剤などの薬液を微粒化することで人に吸入することで加療、治療を実施する医療デバイスであるため、薬液を微粒化する粒子径の制御が必要とされる。
本発明によれば、その粒子径が依存されるネブライザーに適した開口部２０を有する開口プレート２４を提供でき、極めて有用である。

また、開口プレート２４を例えば血液中の末梢循環腫瘍細胞CTC(Circulating Tumor Cell)、または希少細胞を分離するためのフィルターとして利用することができる。このようなフィルタープレートはそれぞれの細胞の大きさを利用しフィルター上での捕獲や、通過させるために開口部２０の寸法精度は非常に重要である。
本発明によれば、寸法精度が均一化した開口部２０を有する開口プレート２４を提供でき、極めて有用である。

１１ 基板
１３（１７） レジストパターン
１４（１８） ダミーレジストパターン
１９ 電鋳金属
２０ 開口部
２１ ダミー開口部
２４ 開口プレート

Claims (8)

1. 基板に積層したレジストパターンを越えて電鋳金属を成長させることで開口部を形成する開口プレートの製造方法であって、前記開口部を形成する前記レジストパターンの周囲にこのレジストパターンの寸法よりも小さい寸法のダミーレジストパターンを形成する工程と、前記電鋳金属を成長させることで前記ダミーレジストパターンにて形成されるダミー開口部の全部又は一部を塞ぐ工程とを有することを特徴とする開口プレートの製造方法。
2. 前記開口部の口径寸法ａ、前記レジストパターンの幅寸法ｂ、前記ダミーレジストパターンの幅寸法ｃにおいて、これらａ、ｂ、ｃが１０μｍ≦ｃμｍ≦（ｂ−ａ）μｍの関係である請求項１に記載の開口プレートの製造方法。
3. 前記レジストパターン及び前記ダミーレジストパターンの形状が円形、矩形若しくは異形のスポット又はスリット状パターンである請求項１に記載の開口プレートの製造方法。
4. 前記開口部がすり鉢状に広がったオリフィス形状である請求項１又は２に記載の開口プレートの製造方法。
5. 前記レジストパターンの厚さが０〜３０μｍからなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の開口プレートの製造方法。
6. 前記電鋳金属がニッケル、コバルト、銅、パラジウム、金、白金のいずれかを含む金属である請求項１に記載の開口プレートの製造方法。
7. 請求項１に記載の前記開口プレートがノズルプレートである噴霧用デバイス。
8. 請求項１に記載の前記開口プレートがフィルタープレートである濾過用フィルター。