JP2021059081A - 接合体の製造方法および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1乃至図6を参照しながら、本発明の第1実施形態による接合体の製造方法について、第1基板12と第2基板14とを接合した接合体を用いて、吐出口16へ液体を供給する流路18を備えた液体吐出ヘッド10を作製する場合を例として説明する。図1(a)〜(d)は、第1基板12と第2基板14とに対する処理を説明する図である。図2(a)〜(c)は、第1基板12と第2基板14との接合について説明する図である。図3(a)〜(c)は、第1基板12と第2基板14とを仮接合するプレス処理を説明する図である。図4(a)〜(d)は、第1基板12と第2基板14との仮接合後の処理を説明する図である。なお、図3については、理解を容易にするために、第1基板12の内部構造を省略して示している。
まず、表面に回路やエネルギー発生素子20が形成された第1基板12を用意する(図1(a)参照)。この第1基板12の表面12aには、配線膜や層間絶縁膜から構成された表面メンブレン層22が形成されている。なお、配線、絶縁膜、トランジスタ、電極用のコンタクトパッドなどの部材については図示を省略する。また、第1基板12の裏面12bは加工され、第1基板12は所望の厚さに薄加工される。薄加工する手法としては、研削や、フッ硝酸などの薬液によるウエットエッチングなど用いることができる。
第1基板12への加工が終わると、次に、第2基板14を用意し、第2基板14に対して、第1基板12と同様にして、所望の厚さに薄加工した後に、接合面となる表面14aを平滑化する。そして、表面14aに、接合材として感光性樹脂28を塗布する(図1(c)参照)。塗布方法として、スピン塗布、スリット塗布、スプレー塗布、ラミネートなどを用いることができる。なお、塗膜表面の平坦性が比較的高くなることから、塗布方法としては、スピン塗布やラミネートを用いることが好ましい。感光性樹脂28による塗膜の膜厚は、少なくとも、第1基板12および第2基板14における接合面(つまり、裏面12bおよび表面14a)の凹凸を埋めるのに十分な厚さを備える。なお、膜厚は、0.1〜300μmが好ましい。300μmを超えると、露光、現像によるパターニングが難しくなる。
次に、プレス処理により、第1基板12と第2基板14とを仮接合する(図2(a)参照)。このプレス処理では、例えば、接合用のアライナーでアライメントを行う。具体的には、図3(a)のように、仮固定治具30により、第1基板と第2基板14とを、第2基板14の表面14aに形成された感光性樹脂28に、第1基板12の裏面12bを当接した状態で固定する。このとき、第1基板12と第2基板14とはアライメントされて固定されている。なお、仮固定治具30では、第1基板12と第2基板14との間に、スペーサ32を配置し、互いの接合面がプレス処理するまで接触しないようにしたが、スペーサ32を用いることなく、互いの接合面同士が感光性樹脂28を介して接触しているようにしてもよい。
感光性樹脂28の樹脂反応率は、露光後に概ね50%以下であり、その後、5℃/minで昇温したときは60℃付近で概ね70%以下であった。さらに、PEB処理を実行した後の樹脂反応率は、概ね90%以下であった。
プレス処理が終わると、次に、第1基板12と第2基板14とが本硬化前の感光性樹脂28によって仮接合された仮接合体99を、オーブンやホットプレートで加熱してPEB処理を行う(図4(a)参照)。PEB処理での加熱温度は、通常、プレス処理時に昇温させたときの最高温度よりも高くする。PEB処理の効果として、まず、樹脂反応率を高めることで、解像性が向上する。また、感光性樹脂28が硬くなるため、仮接合状態にある仮接合体99をその後の工程に移動したときのアライメントずれが抑制される。
次に、本発明の第2実施形態による接合体の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、上記した第1実施形態と同一または相当する構成については、第1実施形態に用いた符号と同一の符号を用いることにより、その詳細な説明を省略する。
次に、図7乃至図8を参照しながら、本発明の第3実施形態による接合体の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、上記した第1実施形態と同一または相当する構成については、第1実施形態で用いた符号と同一の符号を用いることにより、その詳細な説明を省略する。
より詳細には、まず、第1基板12を用意し、第1流路24と第2流路26とを形成する(図7(a)参照)。なお、第1基板12として用いる材料について、表面メンブレン層22の形成などを含む第1基板12への各種処理などについては、上記第1実施形態による接合体の製造方法と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
第1基板12への加工が終わると、次に、第2基板14を用意し、第2基板14に対して、第1基板12と同様にして、所望の厚さに薄加工した後に、接合面となる表面14aを平滑化する。その後、第2基板14の裏面14b側から表面14aまで貫通する第3流路46を形成する(図7(b)参照)。第3流路46の形成方法としては、第1基板12における第1流路24、第2流路26の形成と同様に、ドライエッチング、ウエットエッチングなどの各種加工方法を用いることができる。
こうして第1基板12および第2基板14への処理が終了すると、部材同士を接合する処理行うこととなる。具体的には、まず、プレス処理により、第1基板12と第2基板14とをプレスして(図8(a)参照)、第1基板12と第2基板14とが硬化前の感光性樹脂128、228によって仮接合された仮接合体199を取得する(図8(b)参照)。そして、仮接合体199に対して、必要な解像性を得るためのPEB処理を行った後に、現像処理を行って可溶部を溶解し、第2流路26と第3流路46とを連通する(図8(c)参照)。現像処理では、第1流路24および第2流路26側から現像液を注入するとともに、第3流路46側からも現像液を注入する。その後、仮接合体199に対して、感光性樹脂128、228を本硬化させるベーク処理を行って、接合体200を作製する。このベーク処理によって、感光性樹脂128、228よりなる接合材によって、第1基板12と第2基板14とが接合された接合体200が作製されることとなる。
次に、本願発明者による、上記各実施形態で作製した液体吐出ヘッドと、従来技術で作製した液体吐出ヘッドとにおけるボイドの発生を比較した実験結果について説明する。本実験では、それぞれ異なる製法により作製した、吐出口形成部材48および流路18を備えた複数のチップが形成された接合体としてのウエハをサンプルとした。そして、各サンプルにおけるボイドの発生の有無は、各チップに液体を供給したときにリークが生じたか否かを確認することにより判定した。
・サンプルO
まず、各サンプルの具体的な製法について説明する。サンプルOは、第1実施形態による接合体の製造方法により作製した。より詳細には、第1基板12として、厚さ730μm、8インチのシリコン基板を用いた。シリコン基板の表面12a上には、アルミの配線、酸化シリコン薄膜の層間絶縁膜、窒化タンタルのヒータ薄膜パターン、および外部の制御部と導通させるコンタクトパッドを形成した。なお、表面12aは、ミラー面となっている。
次に、サンプルOの比較例としてのサンプルO−1の製法について説明する。サンプルO−1は、下記の点においてのみ、サンプルOの製法と異なっている。即ち、第2基板14に塗布した感光性樹脂28への露光を行った後に、PEB処理、現像処理を行い、感光性樹脂28をパターニングし、その後、プレス装置36によるプレス処理を行った。なお、サンプルO−1では、プレス前の感光性樹脂28の樹脂反応率は92%であった。
また、サンプルPは、第2実施形態による接合体の製造方法により作製した。より詳細には、サンプルOと同様にして、第1流路24と第2流路26とが形成された第1基板12を取得する。次に、第2基板14上にアライメントマークを形成し、ドライエッチングにより第3流路46を形成した。具体的には、アライメントマークの形成は、サンプルOと同様の処理を行った。また、ドライエッチングは、第2基板14の表面14a側に保護テープを貼り合わせ、裏面14b側にレジストを形成して、第3流路46をボッシュプロセスにより形成した。
次に、サンプルQは、第1実施形態による接合体の製造方法により作製した。より詳細には、サンプルQは、サンプルPの製法と、プレス方法のみを変更している。即ち、第1基板12と第2基板14とを仮固定した仮固定治具30を下部プレス板42上に固定した後に、上部チャンバー40を下降させてプレス装置36を閉じた。次に、上部プレス板38を下降させて第1基板12と第2基板14とを、5kNでプレスした後に、上部プレス板38と下部プレス板42とを30℃から60℃まで昇温させた。昇温速度は5℃/minとした。また、60℃に昇温後10分間保持し、その後、30℃まで冷却して仮接合体99を作製した。なお、このサンプルQの製法については、主に、接合材の塗布方法および接合材の膜厚などが、サンプルOの製法と異なっている。
さらに、サンプルRは、第3実施形態による接合体の製造方法により作製した。より詳細には、サンプルOと同様にして、第1流路24と第2流路26とが形成された第1基板12を取得する。また、サンプルPと同様にして、第3流路46が形成された第2基板14を取得する。そして、サンプルPと同様にして、感光性樹脂128としてビスフェノールA型エポキシ樹脂を用い、感光性樹脂128がフィルム状に形成された転写体を作製し、表面14aに当該転写体におけるフィルムをラミネートして第1樹脂層56を形成した。
図9は、本実施形態による接合体の製造方法により作製したサンプルと比較例としてのサンプルとについて、ボイドの発生の有無を評価した評価結果を示す図である。
なお、上記実施形態は、以下の(1)乃至(4)に示すように変形してもよい。
12 第1基板
14 第2基板
28、128、228 感光性樹脂
100、200 接合体
Claims (17)
- 光と処理液とによってパターニングが可能な感光性樹脂による接合材によって部材同士が接合された接合体の製造方法であって、
一方の部材上に形成された前記接合材に対して、光を照射して露光する露光工程と、
前記露光工程で露光された前記接合材を介して他方の部材が前記一方の部材に当接した状態で、前記一方の部材と前記他方の部材とをプレスするプレス工程と、
前記露光工程による露光により形成されたパターンを安定させるために前記接合材を加熱する加熱工程と、
前記接合材に形成された可溶部を、処理液を用いて溶解して除去する除去工程と、
を有することを特徴とする接合体の製造方法。 - 前記プレス工程では、前記一方の部材と前記他方の部材とを接合する前記接合材の接合領域における樹脂反応率が90%以下である、請求項1に記載の接合体の製造方法。
- 前記樹脂反応率は50%以下である、請求項2に記載の接合体の製造方法。
- 前記プレス工程では、前記一方の部材と前記他方の部材とを接合する前記接合材の接合領域の室温における粘度に対するプレス中の前記接合領域の粘度の比率は、少なくとも30%以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の接合体の製造方法。
- 前記比率は少なくとも10%以下である、請求項4に記載の接合体の製造方法。
- 前記加熱工程では、前記一方の部材と前記他方の部材とを接合する前記接合材の接合領域における樹脂反応率は90%以上となる、請求項1から5のいずれか1項に記載の接合体の製造方法。
- 前記一方の部材および前記他方の部材は、無機材料により形成される、請求項1から6のいずれか1項に記載の接合体の製造方法。
- 前記接合材は、少なくとも、主剤と、光照射により酸を発生し得る光酸発生剤と、前記主剤および前記光酸発生剤を可溶な溶媒とを含み、
前記主剤は、メタクリル樹脂、ビニル樹脂、スチレン樹脂、ビニルエーテル樹脂、オキセタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、あるいはポリアミド樹脂である、請求項1から7のいずれか1項に記載の接合体の製造方法。 - 前記接合材は、ネガ型の感光性樹脂であり、
前記主剤は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂である、請求項8に記載の接合体の製造方法。 - 前記露光工程における露光量は、前記接合材のゲル化露光量以上、該ゲル化露光量の20倍以下である、請求項9のいずれか1項に記載の接合体の製造方法。
- 前記プレス工程では、
前記一方の部材に当接する第1プレス板と、前記他方の部材に当接する第2プレス板とを備え、前記第1プレス板と前記第2プレス板とを相対移動して、前記一方の部材と前記他方の部材とを前記接合材を介して押圧し合うようにプレスするプレス手段を用い、
プレス中に、前記第1プレス板と前記第2プレス板とを昇温速度3℃/min以上で昇温させる、請求項1から10のいずれか1項に記載の接合体の製造方法。 - 前記プレス工程では、
前記一方の部材に当接する第1プレス板と、前記他方の部材に当接する第2プレス板とを備え、前記第1プレス板と前記第2プレス板とを相対移動して、前記一方の部材と前記他方の部材とを前記接合材を介して押圧し合うようにプレスするプレス手段を用い、
前記第2プレス板を前記第1プレス板よりも20℃以上高い温度まで昇温させた後に、プレスを行う、請求項1から10のいずれか1項に記載の接合体の製造方法。 - 前記第1プレス板は室温とする、請求項12に記載の接合体の製造方法。
- 前記一方の部材上に、第1感光性樹脂により第1樹脂層を形成し、前記第1樹脂層上に、前記第1感光性樹脂よりも低粘度の第2感光性樹脂による第2樹脂層を形成することで、前記一方の部材上に、前記第1樹脂層および前記第2樹脂層による前記接合材を形成する形成工程をさらに有し、
前記露光工程では、前記形成工程で形成された前記接合材に対して露光を行う、請求項1から13のいずれか1項に記載の接合体の製造方法。 - 前記形成工程では、前記第1樹脂層を露光した後に、前記第1樹脂層上に前記第2樹脂層を形成する、請求項14に記載の接合体の製造方法。
- 前記形成工程では、前記第1感光性樹脂を前記一方の部材上にラミネートして前記第1樹脂層を形成する、請求項14または15に記載の接合体の製造方法。
- 液体を供給する流路を備えた接合体上に、前記流路を介して供給される液体を吐出する吐出口を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記接合体を、請求項1から16のいずれか1項に記載の接合体の製造方法により作製する、ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
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