JP4076531B2 - ガラス基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はガラス基板へ貫通孔の部位によって孔径の異なる、所謂多段構造の貫通孔を形成する方法に関する。
インクジェット方式のプリンタヘッド用基板、あるいは両面配線用プリント基板として、多段構造の貫通孔を有するガラス基体が要求されている。
一般的にガラス基体に貫通孔を形成する方法として、感光性ガラスをその基体材料とし、フォトリソグラフィック工程を主体とする方法で形成する方法が知られている。
斯かる方法は、レーザー加工、ドリル加工、あるいは超音波加工による方法に比べて、一度に数千乃至数万個の貫通孔を形成することが可能であり、量産性の点で優れている。
感光性ガラス基板に、多段構造の貫通孔を形成する方法は、例えば、特許文献１、あるいは特許文献２に開示されている。
一般的にガラス基体に貫通孔を形成する方法として、感光性ガラスをその基体材料とし、フォトリソグラフィック工程を主体とする方法で形成する方法が知られている。
斯かる方法は、レーザー加工、ドリル加工、あるいは超音波加工による方法に比べて、一度に数千乃至数万個の貫通孔を形成することが可能であり、量産性の点で優れている。
感光性ガラス基板に、多段構造の貫通孔を形成する方法は、例えば、特許文献１、あるいは特許文献２に開示されている。
特許文献１に開示されている方法は、感光性ガラス基板の露光、熱処理、及びエッチングの各工程を２度繰り返すことにより、２段構造の貫通孔を形成する方法で、最初に孔径が小さく、かつ表裏面に連通する貫通孔を形成した後に、当該貫通孔をエレクトロンワックス等のシール材で充填することにより保護し、エッチング法により孔径が大きい部位を形成することを特徴とするものである。
特許文献２にも、同じく２段構造の貫通孔を形成する方法が開示されているが、本方法は、感光性ガラス基体の露光方法に特徴を有する方法である。すなわち、露光エネルギーの異なる複数回の露光工程により、２段貫通孔の形状に相当する露光部を形成した後、熱処理工程を経て、一度のエッチング工程により２段貫通孔を形成することを特徴とするものである。
前記した従来の方法には以下に記載する問題点があった。
すなわち、最初に孔径の小さい貫通孔を形成し、しかる後にエレクトロンワックス等のシール材を充填する上記方法においては、ワックスの充填不良が生じ易いため多段構造の貫通孔形状を制御し難いこと、さらには製造工程が複雑になること等により量産性の点で問題があった。
次に、露光エネルギーの異なる複数回の露光工程により、２段貫通孔の形状に相当する露光部を形成した後、一度のエッチング工程により２段貫通孔を形成する上記方法においては、露光部と未露光部とのエッチングレート比が充分とれないため、多段構造の貫通孔形状を安定して制御し難い、と云う問題点があった。
すなわち、最初に孔径の小さい貫通孔を形成し、しかる後にエレクトロンワックス等のシール材を充填する上記方法においては、ワックスの充填不良が生じ易いため多段構造の貫通孔形状を制御し難いこと、さらには製造工程が複雑になること等により量産性の点で問題があった。
次に、露光エネルギーの異なる複数回の露光工程により、２段貫通孔の形状に相当する露光部を形成した後、一度のエッチング工程により２段貫通孔を形成する上記方法においては、露光部と未露光部とのエッチングレート比が充分とれないため、多段構造の貫通孔形状を安定して制御し難い、と云う問題点があった。
上述の課題を解決するための手段として、第１の手段は、
深さ方向で孔径の変化する多段貫通孔を有するガラス基板の製造方法であって、前記多段貫通孔は、感光性ガラス基板の一方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理することで、所定の孔径を有する孔を感光性ガラス基板の他方の側まで貫通しない深さまで形成する工程を行い、次に、前記感光性ガラス基板の他方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理で除去することで、前記所定の孔径と異なる孔径を有する孔を、前記所定の孔径を有する孔の底部まで形成して貫通させる工程を行って、設けられることを特徴とするガラス基板の製造方法である。
深さ方向で孔径の変化する多段貫通孔を有するガラス基板の製造方法であって、前記多段貫通孔は、感光性ガラス基板の一方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理することで、所定の孔径を有する孔を感光性ガラス基板の他方の側まで貫通しない深さまで形成する工程を行い、次に、前記感光性ガラス基板の他方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理で除去することで、前記所定の孔径と異なる孔径を有する孔を、前記所定の孔径を有する孔の底部まで形成して貫通させる工程を行って、設けられることを特徴とするガラス基板の製造方法である。
第２の手段は、
深さ方向で孔径の変化する多段貫通孔を有するガラス基板の製造方法であって、前記多段貫通孔は、感光性ガラス基板の一方の側から、レーザー加工、放電加工、ドリル加工、サンドブラスト加工、及び超音波加工のうちの少なくとも一の加工方法によって、所定の孔径を有する孔を感光性ガラス基板の他方の側まで貫通しない深さで形成する工程を行い、次に、前記感光性ガラス基板の他方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理で除去することで、前記所定の孔径と異なる孔径を有する孔を、前記所定の孔径を有する孔の底部まで形成して貫通させる工程を行って、設けられることを特徴とするガラス基板の製造方法である。
深さ方向で孔径の変化する多段貫通孔を有するガラス基板の製造方法であって、前記多段貫通孔は、感光性ガラス基板の一方の側から、レーザー加工、放電加工、ドリル加工、サンドブラスト加工、及び超音波加工のうちの少なくとも一の加工方法によって、所定の孔径を有する孔を感光性ガラス基板の他方の側まで貫通しない深さで形成する工程を行い、次に、前記感光性ガラス基板の他方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理で除去することで、前記所定の孔径と異なる孔径を有する孔を、前記所定の孔径を有する孔の底部まで形成して貫通させる工程を行って、設けられることを特徴とするガラス基板の製造方法である。
第３の手段は、
前記所定の孔径と異なる孔径とは、前記所定の孔径より太い孔径であることを特徴とする第１または第２のいずれかの手段にかかるガラス基板の製造方法である。
前記所定の孔径と異なる孔径とは、前記所定の孔径より太い孔径であることを特徴とする第１または第２のいずれかの手段にかかるガラス基板の製造方法である。
第４の手段は、
感光性ガラス基板の他方の側からエッチング処理を行う前に、感光性ガラス基板の一方の側に保護材を形成することを特徴とする第１から第３のいずれかの手段にかかるガラス基板の製造方法である。
感光性ガラス基板の他方の側からエッチング処理を行う前に、感光性ガラス基板の一方の側に保護材を形成することを特徴とする第１から第３のいずれかの手段にかかるガラス基板の製造方法である。
本発明により、形状の制御性に優れる深さ方向で孔径の変化する貫通孔が形成されたガラス基板を、高い生産性をもって製造することが可能となった。
本発明の実施形態例について図１、及び図２〜９を用いて説明する。
図１は、本発明に係る形状の制御性に優れる深さ方向で孔径の変化する貫通孔の例であって、多段貫通孔を有する感光性ガラス基板の概略側断面図である。図１中、符号１は貫通孔形成後の感光性ガラス基板、符号１２は多段構造を有する貫通孔、符号２ａは前記多段貫通孔１２の第１の部位で、孔径が最も小さい部位、符号２ｂは同じく第２の部位で、孔径が前記第１の部位２ａに比べて大きい部位である。
図１に示した多段構造を有する貫通孔（以下、多段構造貫通孔と記載する場合がある。）１２の形成工程は、概略、第１の部位２ａを形成するための、第１の露光工程、第１の加熱熱処理工程、第１のエッチング工程、及び第２の部位２ｂを形成するための第２の露光工程、第２の加熱熱処理工程、第２のエッチング工程、とを有する。
図１は、本発明に係る形状の制御性に優れる深さ方向で孔径の変化する貫通孔の例であって、多段貫通孔を有する感光性ガラス基板の概略側断面図である。図１中、符号１は貫通孔形成後の感光性ガラス基板、符号１２は多段構造を有する貫通孔、符号２ａは前記多段貫通孔１２の第１の部位で、孔径が最も小さい部位、符号２ｂは同じく第２の部位で、孔径が前記第１の部位２ａに比べて大きい部位である。
図１に示した多段構造を有する貫通孔（以下、多段構造貫通孔と記載する場合がある。）１２の形成工程は、概略、第１の部位２ａを形成するための、第１の露光工程、第１の加熱熱処理工程、第１のエッチング工程、及び第２の部位２ｂを形成するための第２の露光工程、第２の加熱熱処理工程、第２のエッチング工程、とを有する。
図２〜８は、図１に示した多段構造貫通孔１２の代表的な形成方法の概略を示すもので、各工程における感光性ガラス基板の概略側断面図を示したものである。
まず、図２は第１の露光工程を示す概略側断面図で、図２中、符号２は感光性ガラス基板、符号３はフォトマスク、符号３ａはフォトマスク３上に所望パターンに形成された遮光膜、符号４ａは感光性ガラス基板２に形成された第１の潜像である。図３は第１の加熱熱処理工程を経た後の感光性ガラス基板２の概略側断面図で、図３中、符号４ｂは第１の露光結晶化部である。図４は第１のエッチング工程を経た後の感光性ガラス基板２の概略側断面図で、図４中、符号４ｃは第１の孔である。図５は第２の露光工程を示す概略側断面図で、図５中、符号５はフォトマスク、符号５ａはフォトマスク５上に所望パターンに形成された遮光膜、符号６ａは感光性ガラス基板２に形成された第２の潜像である。図６は第２の加熱熱処理工程を経た後の感光性ガラス基板２の概略側断面図で、図６中、符号６ｂは第２の露光結晶化部である。図７は、第１の孔４ｃが形成された面に保護材が形成された感光性ガラス基板２の概略側断面図であり、図７中、符号７は保護材である。図８は第２のエッチング工程を経た後の感光性ガラス基板２の概略側断面図で、図８中、符号６ｃは第２の孔である。
図９は感光性ガラス基板のエッチング時間とエッチング深さとの関係を示したグラフである。
まず、図２は第１の露光工程を示す概略側断面図で、図２中、符号２は感光性ガラス基板、符号３はフォトマスク、符号３ａはフォトマスク３上に所望パターンに形成された遮光膜、符号４ａは感光性ガラス基板２に形成された第１の潜像である。図３は第１の加熱熱処理工程を経た後の感光性ガラス基板２の概略側断面図で、図３中、符号４ｂは第１の露光結晶化部である。図４は第１のエッチング工程を経た後の感光性ガラス基板２の概略側断面図で、図４中、符号４ｃは第１の孔である。図５は第２の露光工程を示す概略側断面図で、図５中、符号５はフォトマスク、符号５ａはフォトマスク５上に所望パターンに形成された遮光膜、符号６ａは感光性ガラス基板２に形成された第２の潜像である。図６は第２の加熱熱処理工程を経た後の感光性ガラス基板２の概略側断面図で、図６中、符号６ｂは第２の露光結晶化部である。図７は、第１の孔４ｃが形成された面に保護材が形成された感光性ガラス基板２の概略側断面図であり、図７中、符号７は保護材である。図８は第２のエッチング工程を経た後の感光性ガラス基板２の概略側断面図で、図８中、符号６ｃは第２の孔である。
図９は感光性ガラス基板のエッチング時間とエッチング深さとの関係を示したグラフである。
以下、図２〜８を用いて、多段構造貫通孔１２の形成工程について説明する。
＜第１の露光工程＞
図２に示すように、感光性ガラス基板２の表面にフォトマスク３を配置し、感光性ガラス基板２において、多段構造貫通孔２の第１の部位２ａを形成すべき部分のみに選択的に紫外線を照射する。ここで用いられる感光性ガラス基板２の材料としては、感光性成分を含有し、感光性を示すものであれば特に制限なく使用可能である。但し、この感光性成分は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ2Ｏ又はＣｅＯ2のうち少なくとも１種を含むことが好ましく、これらのうち２種以上を含むことは更に好ましい。
＜第１の露光工程＞
図２に示すように、感光性ガラス基板２の表面にフォトマスク３を配置し、感光性ガラス基板２において、多段構造貫通孔２の第１の部位２ａを形成すべき部分のみに選択的に紫外線を照射する。ここで用いられる感光性ガラス基板２の材料としては、感光性成分を含有し、感光性を示すものであれば特に制限なく使用可能である。但し、この感光性成分は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ2Ｏ又はＣｅＯ2のうち少なくとも１種を含むことが好ましく、これらのうち２種以上を含むことは更に好ましい。
本発明においては、感光性ガラス基板２として、例えば、重量％で、ＳｉＯ2：５５〜８５％、Ａｌ2Ｏ3：２〜２０％、Ｌｉ2Ｏ：５〜１５％であって、ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋Ｌｉ2Ｏ＞８５％であるものを基本成分とし、Ａｕ：０．００１〜０．０５％、Ａｇ：０．００１〜０．５％、Ｃｕ2Ｏ：０．００１〜１％を感光性金属成分とし、更にＣｅＯ2：０．００１〜０．２％を光増感剤として含有する感光性ガラスを用いることが特に好ましい。
また、フォトマスク３としては、所望位置に開口部を有し、感光性ガラス基板２に密着でき、感光性ガラス基板２の選択的な露光を可能にするものであれば特に制限なく使用可能である。このようなフォトマスクとしては、例えば、透明な薄板ガラスにクロム膜等の実質的に紫外線などの露光光を通さない遮光膜３ａからなるパターンを形成したものを用いることができる。
また、フォトマスク３を用いず、集光光束を用いた露光方式を適用することで、感光性ガラス基板２の選択的な露光を行うこともできる。
また、フォトマスク３としては、所望位置に開口部を有し、感光性ガラス基板２に密着でき、感光性ガラス基板２の選択的な露光を可能にするものであれば特に制限なく使用可能である。このようなフォトマスクとしては、例えば、透明な薄板ガラスにクロム膜等の実質的に紫外線などの露光光を通さない遮光膜３ａからなるパターンを形成したものを用いることができる。
また、フォトマスク３を用いず、集光光束を用いた露光方式を適用することで、感光性ガラス基板２の選択的な露光を行うこともできる。
いずれの露光方法を採る場合においても、図２に示したように、第１の潜像４ａが形成される領域が、感光性ガラス基板２の紫外光照射面側の反対面側に迄、到達することがないよう、当該露光のエネルギーを調節することが必要である。換言すると、図１において、第１の部位２ａの深さが所望の値となるように適宜露光のエネルギーを調節して、第１の潜像４ａを形成する。露光のエネルギーは、露光強度あるいは露光時間等を調節することにより調節可能である。
＜第１の加熱熱処理工程＞
次に、第１の潜像４ａが形成された感光性ガラス基板２を熱処理する。この熱処理は、用いられる感光性ガラス基板２の転移点と屈伏点との間の温度で行なわれることが好ましい。転移点以上の温度では熱処理効果が十分に得られ、一方、屈伏点以下の温度では、不測の収縮による寸法精度の低下を回避することができるからである。熱処理時間としては、３０分〜５時間程度とすることが好ましい。図３に示したように、この熱処理により、第１の潜像４ａが形成された部分に第１の露光結晶化部４ｂが形成される。
次に、第１の潜像４ａが形成された感光性ガラス基板２を熱処理する。この熱処理は、用いられる感光性ガラス基板２の転移点と屈伏点との間の温度で行なわれることが好ましい。転移点以上の温度では熱処理効果が十分に得られ、一方、屈伏点以下の温度では、不測の収縮による寸法精度の低下を回避することができるからである。熱処理時間としては、３０分〜５時間程度とすることが好ましい。図３に示したように、この熱処理により、第１の潜像４ａが形成された部分に第１の露光結晶化部４ｂが形成される。
＜第１のエッチング工程＞
続いて、露光結晶化部４ｂが形成された感光性ガラス基板２を、例えば希フッ化水素酸に浸漬しエッチング処理を施す。この場合、露光結晶化部４ｂのエッチング速度はそれ以外の部分に比べて速いため、露光結晶化部４ｂが優先的にエッチングされ、図４に示すように感光性ガラス基板２の片面にのみ、第１の孔４ｃが形成される。
なお、エッチングの方法としては、単にエッチング液に浸漬する方法のみならず、エッチング液を噴霧するスプレーエッチング法等、露光結晶化部４ｂとその他の部分とのエッチングレートの比率において、必要十分な値が確保される限りにおいて、他の方法を用いることもできる。
以後、感光性ガラス基板２において、第１の孔４ｃが形成された側の面を「表面」、その反対側の面を「裏面」と記す。
続いて、露光結晶化部４ｂが形成された感光性ガラス基板２を、例えば希フッ化水素酸に浸漬しエッチング処理を施す。この場合、露光結晶化部４ｂのエッチング速度はそれ以外の部分に比べて速いため、露光結晶化部４ｂが優先的にエッチングされ、図４に示すように感光性ガラス基板２の片面にのみ、第１の孔４ｃが形成される。
なお、エッチングの方法としては、単にエッチング液に浸漬する方法のみならず、エッチング液を噴霧するスプレーエッチング法等、露光結晶化部４ｂとその他の部分とのエッチングレートの比率において、必要十分な値が確保される限りにおいて、他の方法を用いることもできる。
以後、感光性ガラス基板２において、第１の孔４ｃが形成された側の面を「表面」、その反対側の面を「裏面」と記す。
＜第２の露光工程＞
図５に示すように、第１の孔４ｃが形成された感光性ガラス基板２の裏面にフォトマスク５を配置し、図１に示した、多段構造貫通孔１２の第２の部位２ｂを形成すべき部分のみに選択的に紫外線を照射する。本実施の形態においては、図１に示したように、第１の部位２ａと第２の部位２ｂとの位置がほぼ同心関係にある。そこで、図５に示すように、フォトマスク５の開口部の中心位置が、第１の孔４ｃの中心位置とほぼ一致するように、感光性ガラス基板２とフォトマスク５の位置関係を調節する。
本露光工程においては、当該露光により形成される潜像６ａが感光性ガラス基板２の表面に迄、達するように、露光エネルギーを調節して露光を行うことが肝要であり、この点で第１の露光工程とは異なる。他の諸条件等は、第１の露光工程と同様で良い。
図５に示すように、第１の孔４ｃが形成された感光性ガラス基板２の裏面にフォトマスク５を配置し、図１に示した、多段構造貫通孔１２の第２の部位２ｂを形成すべき部分のみに選択的に紫外線を照射する。本実施の形態においては、図１に示したように、第１の部位２ａと第２の部位２ｂとの位置がほぼ同心関係にある。そこで、図５に示すように、フォトマスク５の開口部の中心位置が、第１の孔４ｃの中心位置とほぼ一致するように、感光性ガラス基板２とフォトマスク５の位置関係を調節する。
本露光工程においては、当該露光により形成される潜像６ａが感光性ガラス基板２の表面に迄、達するように、露光エネルギーを調節して露光を行うことが肝要であり、この点で第１の露光工程とは異なる。他の諸条件等は、第１の露光工程と同様で良い。
＜第２の加熱熱処理工程＞
次に、第２の潜像６ａが形成された感光性ガラス基板２を熱処理し、図６に示すように第２の露光結晶化部６ｂを形成する。熱処理条件等は、第１の加熱熱処理工程における条件と同様で良い。
次に、第２の潜像６ａが形成された感光性ガラス基板２を熱処理し、図６に示すように第２の露光結晶化部６ｂを形成する。熱処理条件等は、第１の加熱熱処理工程における条件と同様で良い。
＜第２のエッチング工程＞
第２の加熱熱処理工程を経た感光性ガラス基板２の表面側に、図７に示すように、保護材７を形成する。保護材７を形成する目的は、引き続き行われる露光結晶化部６ｂのエッチングの際に、第１の孔４ｃがエッチングされ、その形状が変化するのを防止するためである。保護材７としては、希フッ化水素酸等のエッチング液に対して耐性を有するものであって、感光性ガラス基板２の表面に形成、及び除去が可能なものであれば制限は無く、例えばPMMA系あるいはウレタン系の剥離接着剤、耐酸性あるいは耐希フッ酸耐性を有する樹脂テープ、もしくは炭化水素系のワックス等を用いることができる。
また、保護材７として、ダミーのガラス基板等をワックス等によって感光性ガラス基板２の表面に貼り付けることとしても良い。
更には、第２の加熱熱処理工程を経た２枚の感光性ガラス基板２の表面同士をワックス等で貼り合わせることとしても良い。当該構成によれば、特に保護材７を設ける必要は無い。
保護材７を形成した後、第１のエッチング工程とほぼ同様の条件でエッチング処理を施し、図８に示すように、第２の孔６ｃを形成する。本エッチング工程においては、感光性ガラス２の表面側は保護材７で保護されているため、エッチングは感光性ガラス基板２の裏面側から表面側に向かって進行する。
図６にて説明したように、露光結晶化部６ｂは、感光性ガラス基板２の表面側まで達しているため、図８に示したような第２の孔６ｃを得るためには、エッチング進行面が感光性ガラス２の表面側に到達する前、すなわち第１の孔４ｃの底部に到達した状態で、エッチングを強制的に停止させる必要がある。斯かる制御は、エッチング時間の制御等により容易に実現することができる。例えば、図９に示す、予め所定の希フッ化水素酸溶液に対する露光結晶化部のエッチング速度を求めておけば、所望深さの孔をエッチングするために要する時間を容易に求めることができる。
第２の加熱熱処理工程を経た感光性ガラス基板２の表面側に、図７に示すように、保護材７を形成する。保護材７を形成する目的は、引き続き行われる露光結晶化部６ｂのエッチングの際に、第１の孔４ｃがエッチングされ、その形状が変化するのを防止するためである。保護材７としては、希フッ化水素酸等のエッチング液に対して耐性を有するものであって、感光性ガラス基板２の表面に形成、及び除去が可能なものであれば制限は無く、例えばPMMA系あるいはウレタン系の剥離接着剤、耐酸性あるいは耐希フッ酸耐性を有する樹脂テープ、もしくは炭化水素系のワックス等を用いることができる。
また、保護材７として、ダミーのガラス基板等をワックス等によって感光性ガラス基板２の表面に貼り付けることとしても良い。
更には、第２の加熱熱処理工程を経た２枚の感光性ガラス基板２の表面同士をワックス等で貼り合わせることとしても良い。当該構成によれば、特に保護材７を設ける必要は無い。
保護材７を形成した後、第１のエッチング工程とほぼ同様の条件でエッチング処理を施し、図８に示すように、第２の孔６ｃを形成する。本エッチング工程においては、感光性ガラス２の表面側は保護材７で保護されているため、エッチングは感光性ガラス基板２の裏面側から表面側に向かって進行する。
図６にて説明したように、露光結晶化部６ｂは、感光性ガラス基板２の表面側まで達しているため、図８に示したような第２の孔６ｃを得るためには、エッチング進行面が感光性ガラス２の表面側に到達する前、すなわち第１の孔４ｃの底部に到達した状態で、エッチングを強制的に停止させる必要がある。斯かる制御は、エッチング時間の制御等により容易に実現することができる。例えば、図９に示す、予め所定の希フッ化水素酸溶液に対する露光結晶化部のエッチング速度を求めておけば、所望深さの孔をエッチングするために要する時間を容易に求めることができる。
第２のエッチング工程を終了した後、保護材７を除去すれば、図１に示したような所望の形状を有する多段構造の貫通孔１２を得ることができる。この結果、形状の制御性に優れる多段貫通孔が形成されたガラス基板を、高い生産性をもって製造することが可能となった。
以上、説明した本実施の形態における多段構造の貫通孔形成方法は、全てフォトリソグラフィック工程によるものであるが、レーザー加工、放電加工、ドリル加工、ブラスト加工、及び超音波加工等の孔形成方法の少なくとも一の加工方法とフォトリソグラフィック工程とを併用することにより、多段構造の貫通孔を形成することもできる。
この場合には、幾つかの実施態様が存在するが、例えば、図４に示す第１の孔４ｃを、上述した第１の露光工程から第１のエッチング工程を経ることにより形成し、図８に示す第２の孔６ｃをレーザー加工法等により形成する方法、あるいは図４に示す第１の孔４ｃをレーザー加工法で形成し、図８に示す第２の孔６ｃを、上述した第２の露光工程から第２のエッチング工程を経ることにより形成する方法がある。
いずれの方法を採るにしても、図４に示す第１の孔４ｃを、図８に示す第２の孔６ｃに先んじて、かつ感光性ガラス基板２の表裏面を貫通しないように形成することが肝要である。この結果、レーザー加工、放電加工、ドリル加工、ブラスト加工、及び超音波加工等の孔形成方法の少なくとも一の加工方法とフォトリソグラフィック工程とを併用することによっても、形状の制御性に優れる多段貫通孔が形成されたガラス基板を、高い生産性をもって製造することが可能となった。
この場合には、幾つかの実施態様が存在するが、例えば、図４に示す第１の孔４ｃを、上述した第１の露光工程から第１のエッチング工程を経ることにより形成し、図８に示す第２の孔６ｃをレーザー加工法等により形成する方法、あるいは図４に示す第１の孔４ｃをレーザー加工法で形成し、図８に示す第２の孔６ｃを、上述した第２の露光工程から第２のエッチング工程を経ることにより形成する方法がある。
いずれの方法を採るにしても、図４に示す第１の孔４ｃを、図８に示す第２の孔６ｃに先んじて、かつ感光性ガラス基板２の表裏面を貫通しないように形成することが肝要である。この結果、レーザー加工、放電加工、ドリル加工、ブラスト加工、及び超音波加工等の孔形成方法の少なくとも一の加工方法とフォトリソグラフィック工程とを併用することによっても、形状の制御性に優れる多段貫通孔が形成されたガラス基板を、高い生産性をもって製造することが可能となった。
上述した実施形態例においては、第１の露光工程またはレーザー加工法等で形成した孔の孔径よりも、第２の露光工程で形成した孔の孔径の方が太いものであったが、逆に、第２の露光工程で形成した孔の孔径よりも、第１の露光工程またはレーザー加工法等で形成した孔の孔径の方が太いものであっても良い。
また、上述した実施形態例においては、第２の露光工程を１回実施しているが、所望により複数回の実施もできる。当該、第２の露光工程の複数回実施により、深さ方向で孔径が所望の段階をもっての変化する貫通孔を形成することができる。
以下、実施例を用いて本発明を、更に詳細に説明する。
（実施例１）
本実施例における製造方法は、前述した第１の露光工程、第１の加熱熱処理工程、第１のエッチング工程、第２の露光工程、第２の加熱熱処理工程、及び第２のエッチング工程から成る。以下、図２〜９を用いて説明する。
本実施例における製造方法は、前述した第１の露光工程、第１の加熱熱処理工程、第１のエッチング工程、第２の露光工程、第２の加熱熱処理工程、及び第２のエッチング工程から成る。以下、図２〜９を用いて説明する。
＜第１の露光工程＞
図２に示すように、4インチ角で、厚みが1.0mmtの両面が研磨されたＨＯＹＡ（株）製の感光性ガラス基板（商品名：ＰＥＧ３）２に、１０，０００個の第１の潜像４ａを形成した。用いたフォトマスク３は石英ガラス上に遮光膜３ａとしてＣｒが形成されたものであり、６μm径の円形パターンが形成されている。本フォトマスク３を感光性ガラス基板２に密着させ、ディープUVを光源とする紫外線露光装置を用いて、３１０ｎｍに感度を有する紫外線照度計で１０００ｍＪ／ｃｍ２に相当する露光強度で紫外線露光を行った。
図２に示すように、4インチ角で、厚みが1.0mmtの両面が研磨されたＨＯＹＡ（株）製の感光性ガラス基板（商品名：ＰＥＧ３）２に、１０，０００個の第１の潜像４ａを形成した。用いたフォトマスク３は石英ガラス上に遮光膜３ａとしてＣｒが形成されたものであり、６μm径の円形パターンが形成されている。本フォトマスク３を感光性ガラス基板２に密着させ、ディープUVを光源とする紫外線露光装置を用いて、３１０ｎｍに感度を有する紫外線照度計で１０００ｍＪ／ｃｍ２に相当する露光強度で紫外線露光を行った。
＜第１の加熱熱処理工程＞
次いで、露光された感光性ガラス基板２を流気式電気抵抗加熱炉内に設置し、５８０℃で２時間の条件で熱処理を施した。この熱処理により、図３に示すように、感光性ガラス基板２の表面より０．５ｍｍの深さまで、直径が１０μmの円筒形の第１の露光結晶化部４ｂが形成された。
次いで、露光された感光性ガラス基板２を流気式電気抵抗加熱炉内に設置し、５８０℃で２時間の条件で熱処理を施した。この熱処理により、図３に示すように、感光性ガラス基板２の表面より０．５ｍｍの深さまで、直径が１０μmの円筒形の第１の露光結晶化部４ｂが形成された。
＜第１のエッチング工程＞
次いで、５ｗｔ％のフッ化水素酸を基板の表面に均一にスプレーし、基板に形成された第１の露光結晶化部４ｂをエッチングした。エッチング時間を80minに調整することによって、図４に示すように、感光性ガラス基板２の表面より、平均深さが平均６００μm、直径１３μmの第１の孔４ｃが形成された。
なお、本工程の終了後、任意箇所の穴の断面形状を観察した結果、第１の孔４ｃの深さのバラツキは僅かに３％であった。
次いで、５ｗｔ％のフッ化水素酸を基板の表面に均一にスプレーし、基板に形成された第１の露光結晶化部４ｂをエッチングした。エッチング時間を80minに調整することによって、図４に示すように、感光性ガラス基板２の表面より、平均深さが平均６００μm、直径１３μmの第１の孔４ｃが形成された。
なお、本工程の終了後、任意箇所の穴の断面形状を観察した結果、第１の孔４ｃの深さのバラツキは僅かに３％であった。
＜第２の露光工程＞
第１のエッチング工程を経た感光性ガラス基板２の表裏面には、第１のエッチングによって微小凹凸が生じる。そこで、第２の露光を施す前に、基板の裏面を僅かに研磨して表面の平坦化を行った。この結果、感光性ガラス基板２の厚さは１．０ｍｍから０．８５ｍｍに減少した。
第１のエッチング工程を経た感光性ガラス基板２の表裏面には、第１のエッチングによって微小凹凸が生じる。そこで、第２の露光を施す前に、基板の裏面を僅かに研磨して表面の平坦化を行った。この結果、感光性ガラス基板２の厚さは１．０ｍｍから０．８５ｍｍに減少した。
第２の露光は、図５に示すように、第１の露光工程における条件とほぼ同様の条件で行った。ただし、感光性ガラス基板２の露光面は、裏面、すなわち、第１の孔４ｃが形成されている面と反対側の面である。用いたフォトマスク５には、各辺の長さが１００μm、及び２５０μmの矩形パターンが形成されており、露光に際しては、矩形パターンの中心が、先に形成された孔４ｃの中心と一致するようにフォトマスク５と感光性ガラス基板２の位置を調整した。なお、露光強度は、３１０ｎｍに感度を有する紫外線照度計で３０００ｍＪ／ｃｍ２と、前述した第１の露光工程での露光強度の３倍とした。本露光強度に設定することにより、感光性ガラス基板２の表面側に達する、第２の潜像６ａが形成された。
＜第２の加熱熱処理工程＞
本工程における熱処理条件は、第１の加熱熱処理工程と同一である。本熱処理により、図６に示すように、露光結晶化部６ｂが形成された。
本工程における熱処理条件は、第１の加熱熱処理工程と同一である。本熱処理により、図６に示すように、露光結晶化部６ｂが形成された。
＜第２のエッチング工程＞
エッチングに先立ち、図７に示すように、第１の孔４ｃを保護するため、保護材７として３Ｍ社製のマスキングテープを用い、感光性ガラス基板２の表面の全面にわたって添付した。
エッチングに先立ち、図７に示すように、第１の孔４ｃを保護するため、保護材７として３Ｍ社製のマスキングテープを用い、感光性ガラス基板２の表面の全面にわたって添付した。
ここで、図１に示したような２段構造の貫通孔１２を形成するためには、図８に示すように、第２の孔６ｃの底面部が、第１の孔４ｃの底面部とほぼ一致するように、第２の孔６ｃのエッチング深さを制御する必要がある。本実施例においては、当初の感光性ガラス基板２の板厚が１ｍｍ、第１の孔４ｃの深さが約６００μmであったが、第１のエッチング工程終了後、感光性ガラス基板２の両面を研磨し板厚が０．８５ｍｍとなっていることから、当該２段構造の貫通孔を得るために必要な第２の孔６ｃのエッチング深さは、約３２５μmとなる。
そこで、予め、第２の露光工程、及び第２の加熱熱処理工程を経た感光性ガラス基板について、エッチング時間とエッチング深さの関係を検討し、図９に示す結果を得た。図９は、第１のエッチング工程における条件と同様の条件下における、エッチング時間とエッチング深さとの関係である。同図に示した結果より、エッチング時間を１８分間とした。
エッチング終了後、洗浄し、マスキングテープを剥離した。
以上説明した方法で、孔径が１３μmで深さが５２５μmの円筒形の第１の部位と、辺の長さが１０３μm、及び２５３μmで深さが３２５μmの第２の部位とを有する、図１に示す２段構造の貫通孔１２を有する貫通孔形成後の感光性ガラス基板１を得た。
そこで、予め、第２の露光工程、及び第２の加熱熱処理工程を経た感光性ガラス基板について、エッチング時間とエッチング深さの関係を検討し、図９に示す結果を得た。図９は、第１のエッチング工程における条件と同様の条件下における、エッチング時間とエッチング深さとの関係である。同図に示した結果より、エッチング時間を１８分間とした。
エッチング終了後、洗浄し、マスキングテープを剥離した。
以上説明した方法で、孔径が１３μmで深さが５２５μmの円筒形の第１の部位と、辺の長さが１０３μm、及び２５３μmで深さが３２５μmの第２の部位とを有する、図１に示す２段構造の貫通孔１２を有する貫通孔形成後の感光性ガラス基板１を得た。
（実施例２）
本実施例において、第１の露光工程から第２の加熱熱処理工程における諸条件は、第１の実施例と同様とした。以下、第２のエッチング工程について説明する。
本実施例において、第１の露光工程から第２の加熱熱処理工程における諸条件は、第１の実施例と同様とした。以下、第２のエッチング工程について説明する。
＜第２のエッチング工程＞
図６に示す、第２の加熱熱処理工程を経た２枚の感光性ガラス基板２の表面同士、すなわち第１の孔４ｃが形成された面同士を、化研テック社製ＰＭＭＡ系の剥離接着剤で貼り合わせた後、第１のエッチング工程とほぼ同様の条件でエッチングした。この場合、エッチング液は、貼り合わせた２枚の感光性ガラス基板の両面から噴霧した。エッチング時間は、第２のエッチング工程における時間と同様の１８分間である。
エッチング終了後、ＰＭＭＡ系剥離接着剤で接合された感光性ガラス基板を洗浄し、更に沸騰水へ１０分間浸漬して、当該接合された感光性ガラス基板を分離した。
以上説明した方法で、第１実施例と同様の図１に示す２段構造の貫通孔１２を有する貫通孔形成後の感光性ガラス基板１を得た。
図６に示す、第２の加熱熱処理工程を経た２枚の感光性ガラス基板２の表面同士、すなわち第１の孔４ｃが形成された面同士を、化研テック社製ＰＭＭＡ系の剥離接着剤で貼り合わせた後、第１のエッチング工程とほぼ同様の条件でエッチングした。この場合、エッチング液は、貼り合わせた２枚の感光性ガラス基板の両面から噴霧した。エッチング時間は、第２のエッチング工程における時間と同様の１８分間である。
エッチング終了後、ＰＭＭＡ系剥離接着剤で接合された感光性ガラス基板を洗浄し、更に沸騰水へ１０分間浸漬して、当該接合された感光性ガラス基板を分離した。
以上説明した方法で、第１実施例と同様の図１に示す２段構造の貫通孔１２を有する貫通孔形成後の感光性ガラス基板１を得た。
（実施例３）
本実施例は、フォトリソグラフィック工程による孔形成工程と、サンドブラスト加工による孔形成工程を併用する方法である。本実施例においては、第１の露光工程から第１のエッチング工程までは、実施例１に記載された方法と同様である。
本実施例は、フォトリソグラフィック工程による孔形成工程と、サンドブラスト加工による孔形成工程を併用する方法である。本実施例においては、第１の露光工程から第１のエッチング工程までは、実施例１に記載された方法と同様である。
図４に示す、第１のエッチング工程を経た感光性ガラス基板２の表裏面には、第１のエッチングによって微小凹凸が生じる。そこで、第２の露光を施す前に、基板の裏面を僅かに研磨して表面の平坦化を行った。この結果、感光性ガラス基板２の厚さは１．０ｍｍから０．８５ｍｍに減少した。この結果、第１の孔４ｃの深さは、５２５μmとなった。
平坦化された感光性ガラス基板２の裏面に、ＤｕＰｏｎｔ社製の感光性を有するウレタン系のドライレジストフィルムを基板全面に貼り付けた。フィルム厚は５０μmである。なお、本ドライレジストフィルムは弾性体であるため、当該フィルム厚でも、以下に続くサンドブラスト加工に充分耐えることができた。
平坦化された感光性ガラス基板２の裏面に、ＤｕＰｏｎｔ社製の感光性を有するウレタン系のドライレジストフィルムを基板全面に貼り付けた。フィルム厚は５０μmである。なお、本ドライレジストフィルムは弾性体であるため、当該フィルム厚でも、以下に続くサンドブラスト加工に充分耐えることができた。
その後、フォトマスクを介してドライレジストフィルムに紫外線を照射することにより露光した。用いたフォトマスクは、図５に示す、実施例１における第２の露光工程で用いたフォトマスク５と同様である。露光後、ＤｕＰｏｎｔ社製の炭酸ナトリウム水溶液系の現像液を用いて現像し、所望のパターン形状を得た。なお、形成した開口部の形状は、辺の長さを、１００μm及び２５０μmとする矩形である。
次に、感光性ガラス基板２の裏面、すなわちドライレジストフィルムに所望のパターンが形成された面に、＃１０００のアルミナ砥粒を高圧のエアと共に吹き付けて、基板にサンドブラスト加工を施した。感光性ガラス基板２の切削深さは時間を調整することによって行った。１００分間が経過した時点で、第１の孔４ｃと、サンドブラスト加工により形成した孔が繋がり、切削深さは約３２５μmに達した。さらに５分間、同一条件で切削を続けた後、サンドブラスト加工孔を終了した。
サンドブラストにより形成した孔の形状は、感光性ガラス基板２の裏面においては、辺の長さを１１０μm及び２６０μmとする矩形であった。
以上説明した方法で、２段構造の貫通孔を有する貫通孔形成後の感光性ガラス基板を得た。
サンドブラストにより形成した孔の形状は、感光性ガラス基板２の裏面においては、辺の長さを１１０μm及び２６０μmとする矩形であった。
以上説明した方法で、２段構造の貫通孔を有する貫通孔形成後の感光性ガラス基板を得た。
以上、実施例を用いて本発明について詳細に説明したが、露光条件、加熱熱処理条件、及びエッチング条件等に関しては、本実施例に記載した条件、及び方法等に限定されるものではない。また、機械的な加工方法としてサンドブラスト法について説明したが、超音波加工法等の他の方法についても、通常の周知慣用の手段によって、本発明への適用化条件を見出すことができるものである。
本発明により、複雑なプロセスを経ることなく、多段構造を有する貫通孔をガラス基板に形成することが可能となる。本発明は、インクジェットプリンタ用ヘッド、あるいはプリント配線基板等に適用することが可能である。
１ 貫通孔形成後の感光性ガラス基板
２ 感光性ガラス基板
２ａ 多段貫通孔の第１の部位
２ｂ 多段貫通孔の第２の部位
３、５ フォトマスク
３ａ、５ａ フォトマスク上に所望パターンに形成された遮光膜
４ａ 感光性ガラス基板２に形成された第１の潜像
４ｂ 第１の露光結晶化部
６ａ 感光性ガラス基板２に形成された第２の潜像
６ｂ 第２の露光結晶化部
６ｃ 第２の孔
７ 保護材
１２ 多段構造を有する貫通孔
２ 感光性ガラス基板
２ａ 多段貫通孔の第１の部位
２ｂ 多段貫通孔の第２の部位
３、５ フォトマスク
３ａ、５ａ フォトマスク上に所望パターンに形成された遮光膜
４ａ 感光性ガラス基板２に形成された第１の潜像
４ｂ 第１の露光結晶化部
６ａ 感光性ガラス基板２に形成された第２の潜像
６ｂ 第２の露光結晶化部
６ｃ 第２の孔
７ 保護材
１２ 多段構造を有する貫通孔
Claims (4)
- 深さ方向で孔径の変化する多段貫通孔を有するガラス基板製造方法であって、
前記多段貫通孔は、
感光性ガラス基板の一方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理することで、所定の孔径を有する孔を感光性ガラス基板の他方の側まで貫通しない深さまで形成する工程を行い、
次に、前記感光性ガラス基板の他方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理で除去することで、前記所定の孔径と異なる孔径を有する孔を、前記所定の孔径を有する孔の底部まで形成して貫通させる工程を行って、
設けられることを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 深さ方向で孔径の変化する多段貫通孔を有するガラス基板の製造方法であって、前記多段貫通孔は、
感光性ガラス基板の一方の側から、レーザー加工、放電加工、ドリル加工、サンドブラスト加工、及び超音波加工のうちの少なくとも一の加工方法によって、所定の孔径を有する孔を感光性ガラス基板の他方の側まで貫通しない深さで形成する工程を行い、
次に、前記感光性ガラス基板の他方の側から、紫外線を照射して露光し、加熱処理し、紫外線が照射された部分をエッチング処理で除去することで、前記所定の孔径と異なる孔径を有する孔を、前記所定の孔径を有する孔の底部まで形成して貫通させる工程を行って、
設けられることを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記所定の孔径と異なる孔径とは、前記所定の孔径より太い孔径であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。
- 感光性ガラス基板の他方の側からエッチング処理を行う前に、感光性ガラス基板の一方の側に保護材を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。
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