JP2889892B2

JP2889892B2 - 感光性ガラスの加工方法

Info

Publication number: JP2889892B2
Application number: JP27088091A
Authority: JP
Inventors: 宣裕近藤; 裕和大野; 智明高橋; 司長高橋; 敏雄松村
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1999-05-10
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: JPH04357133A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感光性ガラスをエッチ
ングにより加工する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、感光性ガラスにエッチングによる
加工を施し、インクジェットプリンタヘッドなどを製造
する方法がある。この方法は、紫外線ランプの照射によ
り感光性ガラスの所望の部分を露光し（露光工程）、感
光性ガラスを５００〜７００℃に加熱して露光部を結晶
化させ（熱現像工程）、結晶化した露光部をエッチング
液（フッ化水素酸溶液）により溶解させて除去する方法
である。なお、紫外線ランプとしては、水銀ランプなど
が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１７には、通常紫外
線ランプと称されている超高圧水銀ランプの分光分布を
示している。これによると、水銀ランプは紫外線ばかり
でなく広い波長域に亘る分光分布特性を有しているが、
感光性ガラスは２８０〜３５０ｎｍの波長の光のみにし
か感光されない。すなわち、水銀ランプを用いた場合、
３５０ｎｍ以上の波長域の分光は感光性ガラスの露光に
は関与しないので、照射エネルギーのうちの多くは無駄
に消費されることになり、露光の効率は低く、露光時間
は長くなる。

【０００４】そこで露光時間を短縮するために、図１６
に示すように感光性ガラス１６の下方に反射鏡１７を配
置して、反射光を感光性ガラスの下面に再入射させ効率
を高める方法が考えられる。しかし、水銀ランプ１８を
用いる方法では、光源から放射された光の直進性が低
く、±１度程度の広がりをもって進んでいく。そのた
め、露光すべき感光性ガラス１６の厚さが厚い場合は、
光の入射面１６ａでは精度よく露光できても、ガラス内
部を透過する際に光が広がってしまう。そして、反射鏡
１７で反射し、反対側の面１６ｂから入射して再び感光
性ガラス内を透過し、入射面１６ａに戻る時には、光は
入射時の露光範囲よりも遥かに広がってしまう。このよ
うに、露光部の寸法誤差が大きくなると、エッチング工
程において所望の部分だけを正確に除去することができ
ず、加工した製品の寸法精度が悪くなる。以上の理由に
より、従来の水銀ランプを用いる方法では、反射鏡を用
いて露光の効率を高めることは困難である。

【０００５】そこで本発明の目的は、露光工程の効率向
上および短時間化が可能で、厚い感光性ガラスにおいて
も寸法精度よく露光できる加工方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る感光性ガラ
スの加工方法の特徴は、発振波長が２８０〜３５０ｎｍ
のレーザーを感光性ガラスの一方の面に照射し、かつ感
光性ガラスと並置された反射鏡により感光性ガラスを透
過したレーザーを反射して感光性ガラスの他方の面に入
射させて、感光性ガラスを露光する工程と、感光性ガラ
スの露光部をエッチングする工程とを含むところにあ
る。なお、このレーザーとしてはＸｅＣｌエキシマレー
ザーを用いることが好ましい。

【０００７】露光後の感光性ガラスを露光方向と直交す
る方向に切断して複数に分割するようにすると、感光性
ガラスからなる部材を複数個得る場合の効率化が図れ
る。

【０００８】また、露光工程として、積層された複数の
感光性ガラスに同時に露光すると、多数の感光性ガラス
に加工を施す際の効率化が可能である。

【０００９】そして、感光性ガラスと同程度の屈折率を
有する液体中に感光性ガラスを配置した状態で、レーザ
ー照射による露光を行なうと、さらに露光の精度が向上
する。

【００１０】

【作用】レーザーは直進性がよく、例えばＸｅＣｌエキ
シマレーザーの場合、光の広がりを±約０．０２度にす
ることができるため、厚い感光性ガラスにおいてもガラ
ス内部での光の広がりを小さくできる。従って、レーザ
ーが感光性ガラスを透過した後反射鏡により反射させ
て、再び感光性ガラス内に入射させても、当初の入射時
と同じ寸法で感光性ガラスを透過するため、露光部分の
寸法誤差が生じない。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１２】まず、図１〜図５に基づいて、本発明に係
る加工方法により感光性ガラス製のインクジェットプリ
ンタヘッドを製造する方法を工程順に説明する。まず、
図１に示すように、上下両面１ａ，１ｂが研磨された感
光性ガラス１（本実施例においては厚さ１ｍｍの板部
材）の下方に、反射鏡２を間隔をおいて並置する。そし
て、感光性ガラス１の上方に設けられたエキシマレーザ
ー発振器３から、ＸｅＣｌエキシマレーザーを照射す
る。図１に示すように、ＸｅＣｌエキシマレーザーは発
振器３から発射されると直進して、感光性ガラス１の上
面１ａに入射する。

【００１３】感光性ガラス１内を透過すると、反射鏡２
に反射され、下面１ｂより感光性ガラス１内に再び入射
する。そして、レーザーは感光性ガラス１の下面１ｂか
ら上面１ａに向けて透過し、上方へ進行する。レーザー
発振器３から反射鏡２の間を往復する間において、レー
ザーは実質的に直進する。このように往復するレーザー
光によって、感光性ガラス１は露光される。

【００１４】そして図示しない移動手段により感光性ガ
ラス１を移動して、図２に示すように、エッチングを行
なう範囲全てをレーザーにより露光する。

【００１５】露光が完了すると、感光性ガラス１を５０
０〜７００℃程度の高温に加熱し、図３に示すように、
露光部１ｃを結晶化する熱現像工程を行なう。

【００１６】次に、この感光性ガラス１に、フッ化水素
酸（ＨＦ）５〜１０％溶液からなるエッチング液をシャ
ワー状に浴びせて、エッチングを行なう。この時、感光
性ガラスの部所によってエッチング液をかける時間を変
えることにより、エッチングにより溶解される量を変
え、図４に示すように、所望の形状のインク流路１ｄを
形成する。なお本実施例では、感光性ガラス１の両面に
それぞれエッチング工程を行なうことによって、表裏両
面にインク流路１ｄを設けている。

【００１７】このようにして感光性ガラスからなる流路
基板１を形成したら、この表裏両面のインク流路１ｄを
塞ぐように振動板４を貼り付け、さらに振動板４上に圧
電素子５を設けて、図５に示すインクジェットプリンタ
ヘッドが完成する。このプリンタヘッドは、図示しない
供給手段からインク流路１ｄ内にインクが充填されてお
り、圧電素子５に電力が供給されたとき、振動板４が振
動して流路内のインクが加圧されて突出するものであ
る。

【００１８】本発明では、図１に示すようにレーザーを
用いて感光性ガラス１の露光を行なっているが、レーザ
ーより発振された光の広がりは±０．０２度程度（Ｘｅ
Ｃｌエキシマレーザーの場合）と極めて小さくでき、実
質的に光を直進させることができる。これにより、多少
厚い感光性ガラス１において反射鏡２を用いレーザー光
の往復による露光を行なっても、光の入射面１ａおよび
その反対側の面１ｂのいずれも、精度よく露光が行なえ
る。従って、両面にエッチングを施す場合、両面に同一
形状の流路などを正確に形成できる。

【００１９】そして本発明では、発振器３から照射され
たレーザーと、反射鏡２により反射されたレーザーとに
より表裏両面から感光性ガラス１の露光が行なわれるた
め、露光時間が短縮できる。なお、感光性ガラス１は１
ｍｍあたり約９０％のレーザー光を透過することが実験
的に求められている。これに基づいて計算すると、本実
施例では、厚さ１ｍｍの感光性ガラス１を用いており往
復の２ｍｍで約８１％のレーザー光が透過されるため、
反射鏡を用いない場合と比べて１８０％程度の光強度で
露光でき、露光時間は従来の５５％程度に短縮できる。
また、入射面１ａ側と反対面１ｂ側での光強度が均一化
されるため、露光のばらつきがなくなる。

【００２０】本実施例で用いたＸｅＣｌエキシマレーザ
ーの分光分布を図６に示している。このＸｅＣｌエキシ
マレーザーの発振波長は３０８ｎｍであり、それ以外の
波長の光強度は殆ど０である。すなわち、感光性ガラス
の感光領域（波長２８０〜３５０ｎｍ）以外の分光が殆
どなく、照射エネルギーは全て感光性ガラスの露光に使
われる。従って、水銀ランプよりも露光の効率がよい。

【００２１】この実施例では、レーザーを直接照射して
感光性ガラス１を露光したが、露光しない部分をマスキ
ングしてから感光性ガラスにレーザー照射を行なっても
よい。そのような露光工程の例を図７，８に示してい
る。すなわち、インク流路１ｄの形状の透光部１９ａと
それ以外の形状の遮光部１９ｂとからなるフォトマスク
１９を、感光性ガラス１上に配置し、このフォトマスク
１９を介してレーザーを感光性ガラス１に照射する。こ
のときレーザーは、発振器３から感光性ガラス１に入射
するとともに、下方の反射鏡２によって反射し感光性ガ
ラス１に再度入射するため、感光性ガラス１は効率よく
露光される。そして図８に示すように、透光部１９ａ全
域にレーザー照射を行なう。その後は、前述の例と同様
に、図３に示す熱現像工程およびエッチング工程により
図４に示すインク流路１ｄを形成し、振動板４，圧電素
子５を固着して図５に示すインクジェットヘッドを完成
する。

【００２２】この方法によると、遮光部１９ｂはレーザ
ーを透過せずその部分の感光性ガラスは露光されないた
め、インクジェットヘッドのノズルのようにレーザーの
幅よりも細い溝の形成など、極めて微細な加工が可能で
ある。また、フォトマスク１９を精度よく形成すること
によって、加工精度の向上が可能である。

【００２３】また、上記のようにＸｅＣｌエキシマレー
ザーを用いるのが最適ではあるが、発振波長が２８０〜
３５０ｎｍであれば、他のエキシマレーザーや炭酸ガス
レーザーなどを用いることも可能である。

【００２４】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図９は５ｍｍ程度の厚みをもった感光性ガラスのブ
ロック６を、第１の実施例と同様に、ＸｅＣｌレーザー
の照射および反射鏡７による反射によって露光するもの
である。露光が終了すると、切断線８に沿ってブロック
６を切断し、小片６ａ〜６ｅに分割する。ブロック６の
切断には、半導体のウエハー切断用として周知のスライ
シングマシーンまたはダイシングマシーンなどが用いら
れる。そして、分割した小片６ａ〜６ｅを熱現像した
後、図１０のように小片６ａ〜６ｅを並べて片面を保護
部材９で覆った状態で、図面上方からエッチング液（図
示せず。）を浴びせてエッチングを行なう。こうして一
方の面のエッチングが終了したら、小片６ａ〜６ｅを反
転させて他方の面を同様にエッチングする。このように
して表裏両面に同一の加工を施された複数の小片６ａ〜
６ｅを得る。

【００２５】これによると、多数の小片６ａ〜６ｅの露
光工程が同時に行なえるため、作業効率が非常に向上し
作業の短時間化が可能である。そして、図１０のように
エッチング工程も複数個同時に行なうことにより、さら
に作業を短時間化することができる。特に、本実施例の
ように同一形状の小片を多数製造する場合には、作業が
極めて効率的である。

【００２６】また、露光時の光の入射を正常に行なうた
めに、感光性ガラスの表面には研磨加工が施されるが、
従来は複数の板部材を製造する場合には各板部材にそれ
ぞれ研磨加工を行なう必要があったが、本実施例による
とブロック６の表面にのみ研磨しておけばよく、研磨加
工の回数が大幅に減り、作業効率が向上する。

【００２７】この実施例では５ｍｍの感光性ガラスブロ
ック６を用いているため、往復の１０ｍｍでレーザー光
の透過率は約３５％である。従って、反射鏡を用いない
場合に比べて１３５％の光強度で露光でき、露光時間は
７４％程度に短縮できる。

【００２８】この加工方法において、フォトマスクを用
いて露光工程を行なう例を図１１に示している。すなわ
ち、感光性ガラスのブロック６の上面に、透光部１９ａ
と遮光部１９ｂとからなるフォトマスク１９を配置し、
ブロック６の下方に反射鏡７を配置して、フォトマスク
１９を介してブロック６にレーザー照射を行なう。その
後の熱現像工程，エッチング工程などは上記の例と同様
である。このように、フォトマスク１９を用いて露光工
程を行なうことにより、極めて微細かつ精密な加工が可
能である。

【００２９】図１２に示す第３の実施例は、複数の感光
性ガラス板１０ａ〜１０ｅを積層した状態で、これらの
下方に反射鏡１１を配置し、レーザー光の照射および反
射で一度に露光を行なう方法である。この方法でも露光
工程が短縮でき、作業効率が向上する。この実施例でも
１ｍｍ厚の感光性ガラス板を５枚積層しているので、第
２の実施例と同様に約１３５％の光強度で露光でき、露
光時間を７４％程度に短縮できる。また図１３に示すよ
うに、フォトマスク１９を用いて露光工程を行い、精密
な加工を行なうこともできる。

【００３０】レーザーから放射された光は極めて直進性
がよいので、第２の実施例のように感光性ガラスの厚さ
が厚い場合や、第３の実施例のように複数の感光性ガラ
ス板を積層した場合にも、ガラス内を光が透過し、さら
に反射されて再透過した後も、光は殆ど広がらず上端か
ら下端に至るまで精度よく露光できる。従って、第２，
３の実施例に基づいて製造した小片６ａ〜６ｅ，１０ａ
〜１０ｅは、寸法精度よくエッチング加工できる。

【００３１】そして、レーザー光の照射とその反射とに
よって露光するため、露光部の上面側と下面側とで均一
な露光ができる。従って第２，第３の実施例によると、
同程度の露光がなされた複数の感光性ガラス片６ａ〜６
ｅ、１０ａ〜１０ｅを得ることができる。

【００３２】なお、前述のように感光性ガラスの厚さに
よってレーザー光の透過率が変わり、それに伴なって露
光効率が決まるので、照射時の光強度とガラス厚を適宜
に設定することにより、所望の露光時間とすることがで
きる。

【００３３】第１〜３の実施例では、空気中に感光性ガ
ラスを置いた状態で露光を行なっているが、感光性ガラ
スをそれと近い屈折率をもつ液体中に入れて露光を行な
うと、感光性ガラスの端面における光の屈折の影響が小
さく、より精度よく露光することができる。その一例を
図１４に示している。これによると、感光性ガラス（屈
折率１．５１１１７）と近い屈折率をもつとともに光の
透過性のよい液体１２，例えばベンゼン（屈折率１．５
０１２）を満たした容器１３内に、感光性ガラス板１４
ａ〜１４ｅを入れ、その下方に反射鏡１５を並置してい
る。なお、本実施例では、図示しない治具を用いて各ガ
ラス板１４ａ〜１４ｅを間隔を置いて積層し、その間隙
に液体１２が介在するようにしている。そして、第３の
実施例と同様にレーザーにより露光を行なうと、感光性
ガラス表面での光の屈折の影響を受けず、感光性ガラス
板１４ａ〜１４ｅが精度よく露光される。

【００３４】なお、感光性ガラスを入れる液体１２は屈
折率が１．５前後で光の透過性が高ければよく、例えば
四塩化炭素（屈折率１．４６０７）やパラフィン油（屈
折率１．４８）などの液体が利用できる。また、この実
施例では複数の感光性ガラス板を間隔を置いて積層した
状態で液体１２中に入れているが、第１の実施例のよう
に１枚の板部材のみを露光する場合や、第２の実施例の
ようにブロックの状態で露光する場合にも、このように
液体１２中で感光性ガラスを露光することによって精度
を高めることができる。

【００３５】もちろんこの場合も、図１５に示すように
フォトマスク１９を介して感光性ガラス板１４ａ〜１４
ｅにレーザー照射を行なうことにより、より微細な加工
が可能になる。

【００３６】上記第１〜４の実施例のように、発振波長
が２８０〜３５０ｎｍ程度であるレーザーと反射鏡とを
用いて感光性ガラスを露光すると、光の広がりが極めて
小さく加工精度が向上するとともに、レーザーの照射エ
ネルギーに無駄がなく、しかも反射光も利用するため、
極めて効率よく露光できる。特に、フォトマスクを介し
て感光性ガラスにレーザー照射を行なうと、より精密な
加工が可能になる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によると、感光性ガ
ラスの露光にレーザーを用いているため、感光性ガラス
を透過したレーザー光を反射鏡で反射させて感光性ガラ
スを再透過させることが可能であり、高い寸法精度でか
つ高い効率で露光を行なうことができる。従って作業時
間の短縮化も可能である。また、感光性ガラスの感度領
域外の波長の発振を行なわないレーザー発振器を用いて
いるため、照射エネルギーに無駄がなく効率的である。

【００３８】ブロック状の感光性ガラスを露光後分割し
たり、複数の感光性ガラスを積層した状態で一度に露光
すると、さらに短時間で効率よく多数の感光性ガラス部
材が製造できる。

【００３９】感光性ガラスと同程度の屈折率を有する液
体中に感光性ガラスを配置した状態で露光工程を行なう
と、感光性ガラス表面での光の屈折の影響を殆ど受け
ず、さらに精度よく露光が行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の露光工程を示す正面図

【図２】図１に示す露光工程終了時の感光性ガラスの正
面図

【図３】熱現像工程における感光性ガラスの正面図

【図４】エッチング工程後の感光性ガラスの断面図

【図５】感光性ガラスを用いて製造したインクジェット
プリンタヘッドの断面図

【図６】塩化キセノンエキシマレーザーの分光分布図

【図７】第１の実施例においてフォトマスクを用いた露
光工程を示す正面図

【図８】図７に示す露光工程終了時の感光性ガラスの正
面図

【図９】本発明の第２の実施例の露光工程を示す正面図

【図１０】第２の実施例のエッチング工程を示す縮小正
面図

【図１１】第２の実施例においてフォトマスクを用いた
露光工程を示す正面図

【図１２】本発明の第３の実施例の露光工程を示す正面
図

【図１３】第３の実施例においてフォトマスクを用いた
露光工程を示す正面図

【図１４】本発明の第４の実施例の露光工程を示す正面
図

【図１５】第４の実施例においてフォトマスクを用いた
露光工程を示す正面図

【図１６】従来の露光工程を示す正面図

【図１７】５００Ｗ超高圧水銀ランプの分光分布図

【符号の説明】

１感光性ガラス２反射鏡３レーザー発振器６感光性ガラス７反射鏡１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ感光性ガ
ラス１１反射鏡１２液体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ感光性ガラ
ス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋司長東京都墨田区太平四丁目１番１号株式会社精工舎内 (72)発明者松村敏雄東京都墨田区太平四丁目１番１号株式会社精工舎内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C03C 15/00 B41J 2/16 C03B 33/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発振波長が２８０〜３５０ｎｍのレーザ
ーを感光性ガラスの一方の面に照射し、かつ上記感光性
ガラスと並置された反射鏡により上記感光性ガラスを透
過した上記レーザーを反射して上記感光性ガラスの他方
の面に入射させ、上記感光性ガラスを露光する工程と、
上記感光性ガラスの上記露光部をエッチングする工程と
を含むことを特徴とする感光性ガラスの加工方法。
【請求項２】上記レーザーはＸｅＣｌエキシマレーザ
ーであることを特徴とする請求項１に記載の感光性ガラ
スの加工方法。
【請求項３】露光後の上記感光性ガラスを露光方向と
直交する方向に切断して複数に分割する工程を含むこと
を特徴とする請求項１または２に記載の感光性ガラスの
加工方法。
【請求項４】上記露光工程は、積層された複数の上記
感光性ガラスに同時に行なうものであることを特徴とす
る請求項１または２に記載の感光性ガラスの加工方法。
【請求項５】上記露光工程は、上記感光性ガラスと同
程度の屈折率を有する液体中に上記感光性ガラスを配置
した状態で上記レーザー照射を行なうものであることを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の感光性ガラ
スの加工方法。