JP4774852B2

JP4774852B2 - 構造体の製造方法

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Publication number: JP4774852B2
Application number: JP2005224014A
Authority: JP
Inventors: 豊山崎; 一成梅津
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: JP2007038245A

Description

本発明は、構造体の製造方法に関し、詳しくは、余剰の接着剤を溜めるための接着剤溜りを効率よく形成することが可能な構造体の製造方法に関する。

インクジェットヘッド又は微小な機械部品と電子回路を集積したシステム（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）等の各種デバイスを製造する際に、複数の基板を接合して形成する場合がある。この際、一般に、基板同士の位置決めを高精度かつ容易に行うために、各基板に位置決め孔を形成し、位置決めピンを挿入して位置決めが行われる。

しかし、複数の基板を接着剤で接着する場合、位置決め孔の内部へ余剰の接着剤がはみ出して位置決めピンが汚れたり、また、はみ出した接着剤が硬化して挿入した位置決めピンが外せない等の問題が生じる場合がある。また、同一の位置決め孔を複数回利用したい場合に、はみ出した接着剤が硬化して、次の位置決めピンを挿入し得ない場合がある。

このような問題を解決するために、様々な方法が採られている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、余剰の接着剤を溜めるための段差部を位置決め孔の内周部に設け、接着剤がはみ出すのを防止する方法が開示されている。
特開平８−１７４８２５号公報特開２００２−９６４７３号公報

しかしながら、これら従来の方法では、エッチングにより段差部を形成しているが、具体的な工程については開示されていない。通常、エッチングにより段差部を形成する場合、複数のエッチングパターンを形成する必要があり、二回以上のフォトリソグラフィー工程が必要となる。フォトリソグラフィー工程では、フォトレジストを塗布し、フォトマスクを通して紫外光等のフォトレジスト上に光を照射しマスクパターンを転写した後、現像を行うといった多くの工程が必要となる。したがって、作業工程が多く、作業工程数の増加に伴う歩留まりの低下や処理コストの増加を招く虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、余剰の接着剤を溜めるための接着剤溜りを効率よく形成することが可能な、構造体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る構造体の製造方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明に係る構造体の製造方法は、第一基板及び第二基板に位置決めピンを挿入するための位置決め孔をそれぞれ形成する第一工程と、前記第一基板に形成された前記位置決め孔における複数の位置決めピン接触部に対して、該複数の位置決めピン接触部の周辺のみを経由する走査軌跡を描くレーザを照射して、段差部からなる接着剤溜りを形成する第二工程と、前記第一基板及び前記第二基板に各々形成された前記位置決め孔に前記位置決めピンを挿入し、前記第一基板と前記第二基板とを接着剤を介して接合する第三工程と、を有することを特徴とする。
この発明によれば、複数の基板の位置決め（アライメント）を行うための位置決め孔の少なくとも一方に、余剰の接着剤を溜めるための接着剤溜りをレーザにより形成するので、複数のフォトリソグラフィー工程を行う必要がなく、作業工程数を減らすことが可能となる。そして、特に、レーザの走査軌跡を最適化することで、レーザによる加工時間の短縮ができる。よって、歩留まりよく、安価に複数の基板を接合した構造体を得ることが可能となる。

また、前記第二工程が、前記第一基板及び／又は前記第二基板の片面にエッチング保護膜を形成する工程と、前記エッチング保護膜に前記レーザを照射してパターニングする工程と、前記第一基板及び／又は前記第二基板をエッチングする工程と、を有するものでは、エッチング保護膜のパターニングをフォトリソグラフィーの代わりにレーザにより行うので、作業工程数を低減することが可能である。

前記レーザの走査軌跡としては、円形若しくは楕円形とすることで、レーザ走査における加減速の割合を低減することができ、これにより、レーザによる加工時間を短縮することができる。
また、前記レーザの走査軌跡としては、矩形とすることも可能である。

本発明の構造体の製造方法は、例えば、インクジェットヘッド、微小機械装置或いは半導体装置等の製造に好適に使用される。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態に係る構造体の製造方法について、インクジェットヘッドの製造方法を例に採り、図を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの一例を示す斜視図である。
インクジェットヘッド１００は、基板１２０、基台１１４、流路基板１４、加圧室基板１０、ノズル基板２０、枠体１２２から構成されている。
加圧室基板１０は、複数の短冊状の加圧室１０２、すべての加圧室１０２にインクを供給するための共通流路１０４を有する。また、位置決め孔１２も形成されている。
流路基板１４には、加圧室基板１０の加圧室１０２と図示しないインクタンクとを接続する流路が形成されている。また、位置決め孔１６も形成されている。
ノズル基板２０には、ノズル孔１０６及び位置決め孔２２が形成されている。

そして、流路基板１４、加圧室基板１０及びノズル基板２０が接着剤により接合されている。これらの接合の際には、位置決め孔１２，１６，２２に位置決めピン２６（図２参照）を挿入することで、各基板の位置決めが行われる。なお、以下、加圧室基板１０とノズル基板２０を接合したものを接合体Ｘと呼ぶ。
更に、流路基板１４、加圧室基板１０及びノズル基板２０の接合体Ｘは、基板１２０上に固定された基台１１４に枠体１２２を用いて固定されている。
なお、基台１１４の振動子ユニット収容孔１１０内には、複数の図示しない圧電振動子を固定して構成された振動子ユニット１０８が収容されている。また、基板１２０は、インクジェットヘッド１００を図示しないキャリッジに固定するためのものである。

次に、本実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
図２は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法、特に接合体Ｘの製造方法の一例を説明するための図である。
まず、図２（ａ）に示すように、位置決め孔１２を形成した加圧室基板１０を準備する。加圧室基板１０は、例えば一のシリコン単結晶基板上に複数の加圧室基板１０のパターンを露光して、異方性エッチングして形成し、各加圧室基板１０に分離することにより得られる。この際、位置決め孔１２も同時又は別個にパターニングしてエッチングすることにより形成する。
位置決め孔１２の形状は、特に限定するものではなく、矩形状、円形状、平行四辺形状等のいずれの形状であってもよい。なお、位置決め孔１２は、エッチングによらず、レーザ照射により形成してもよい。
そして、加圧室基板１０と、別途位置決め孔１６が形成された流路基板１４とを接合する。なお、流路基板１４と加圧室基板１０とは、例えば接着剤等により接合する。

次に、図２（ｂ）に示すように、加圧室基板１０に形成された位置決め孔１２の周囲にレーザＬを照射することにより、接着剤溜りとしての段差部１８を形成する。
段差部１８は、後の工程でノズル基板２０を接合する際に、位置決め孔１２内にはみ出す余剰の接着剤を収容し得る大きさに段差高さＨ及び段差幅Ｄを適宜調整する。段差部１８の形成方法については、後に詳述する。
なお、レーザ照射による飛散物（デブリ等）を除去するため、水等の液体中で加工を行ってもよい。また、レーザ加工後に、アンモニア水、ＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液等のアルカリ水溶液を用いて、飛散物の除去を行ってもよい。

次に、図２（ｃ）に示すように、位置決め孔２２を形成したノズル基板２０を接合する。具体的には、加圧室基板１０及びノズル基板２０に形成された位置決め孔１２及び２２に位置決めピン２６を挿入し、加圧室基板１０とノズル基板２０とを位置合わせしながら、接着剤２４を介して接合する。
すると、図２（ｄ）に示すように、余剰の接着剤２４が段差部１８に収容される。これにより、位置決めピン２６に接着剤２４が付着することが回避可能となる。また、接着剤２４が、位置決め孔１２，２２内に入り込むことがないので、この位置決め孔１２，２２を、繰り返し位置合わせに使用することが可能となる。
こうして、接合体Ｘの組立が完成する。

その後、位置決めピン２６を引き抜き、基板１２０上に固定された基台１１４に、ノズル基板２０と加圧室基板１０と流路基板１４を貼り合せた接合体Ｘを取り付け、更に、枠体１２２により接合体Ｘを固定する。
これにより、圧電駆動方式によるインクジェットヘッド１００を得ることができる。

次に、段差部１８の形成方法について説明する。
段差部１８を形成するための加工光学系は、固定光学系であっても走査光学系であってもよい。すなわち、被加工対象である加圧室基板１０を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能な移動テーブル等により移動することでパターンを形成してもよいし、ミラー又は光ファイバ等により集光側を移動することによりパターンを形成してもよい。

図３は段差部を形成する部位の例を示す図、図４はレーザの走査軌跡を説明するための図、図５は段差部を形成する際のレーザの走査軌跡を説明するための図である。
段差部１８を形成する際には、位置決め孔１２に沿ってレーザＬを走査させることが考えられる。しかし、レーザＬがこのような走査軌跡を描く場合には、必要以上に段差部１８が形成されてしまう。
このため、図３（ａ），（ｂ）に示すように、位置決め孔１２ａ，１２ｂと位置決めピン２６との接触部周辺５２ａ，５２ｂのみに段差部１８を形成することが好ましい。これにより、レーザ加工する（段差部１８を形成する）部位を最小限に留めることができ、加工時間の短縮を図られる。更に、インクジェットヘッド１００の製造コストを低減させることが可能となる。

上述したように、接触部周辺５２ａ，５２ｂのみに段差部１８を加工する際には、通常、各接触部周辺５２ａ，５２ｂの夫々に、レーザＬを往復走査させて照射することが考えられる。
例えば、接触部周辺５２ａをレーザ加工する際には、図４（ａ）に示すように、レーザＬを走査距離１００μｍで往復走査しつつ、５μｍのピッチで３００μｍステップ移動させる必要がある。このような往復走査を行う場合、レーザＬの移動方向が変化する部分及びその前後部分ではレーザＬを加減速移動させる必要がある。レーザＬを加減速移動させる部分の割合は、レーザＬの走査速度が高いほど大きくなる。つまり、段差部１８の加工時間を短縮するために、レーザＬの走査速度を上げた場合には、加減速させる部分の割合が大きくなるために、加工時間の短縮は困難となってしまう。

そこで、図４（ｂ）に示すように、レーザＬが略円形（直径８００μｍ）の軌跡を描くように走査する（以下、円形走査という）。このような軌跡を描く場合には、レーザＬを外周側（或いは内周側へ）へ５μｍずつステップ移動させる部分及びその前後部分において加減速移動するだけである。つまり、レーザＬが略円形の軌跡を描くことで、加減速移動させる部分を大幅に減らすことができる。なお、レーザＬが螺旋形の軌跡を描くようにすれば、加減速移動させる部分を略無くすことも可能である。
具体的には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、レーザＬが略円形の軌跡を描きつつ、全ての接触部周辺５２ａ，５２ｂを含むように走査する。レーザＬを円形走査させると走査距離は増大してしまうが、レーザＬを加減速移動させる部分が占める割合は確実に少なくなるので、走査速度を上げることが可能となる。このため、容易かつ確実に加工時間の短縮が図られる。

なお、図５（ｃ）に示すように、接触部周辺５２ａ，５２ｂをレーザ加工する際に、レーザＬが略矩形の軌跡を描きつつ、全ての接触部周辺５２ａ，５２ｂを含むように走査してもよい。レーザＬを円形走査する場合に比べると不利ではあるが、レーザＬを往復走査する場合に比べると、レーザＬを加減速移動させる部分の割合が少なくなるので、走査速度を上げて、加工時間の短縮を図ることができる。

図６は、レーザの走査速度と加工時間の関係を示す図である。
レーザＬの走査速度が低い場合には、レーザＬを往復走査させる場合に比べて、円形走査させる方が加工時間が長くなってしまう。これは、円形走査の方が走査距離の長いためである。
しかし、走査速度が約１３０ｍｍ／ｓでは、往復走査の場合と円形走査の場合との加工時間は略同一となる。
そして、走査速度が約１５０ｍｍ／ｓ以上では、往復走査の場合に比べて、円形走査の方が加工時間が短くなる。
このように、レーザＬを円形走査させる場合には、レーザＬを加減速させる部分の割合が少ない、言い換えれば、レーザＬを等速移動させる部分の割合が多くなる。このため、レーザＬの走査速度を上げることが容易となり、加工時間を確実に短縮することができる。

なお、集光用固定光学系又は走査光学系では、レーザＬのスポット径の大きさは特に限定するものではないが、スポット径を大きくすることで、走査回数を少なくすることが可能となる。
また、レーザＬは、ビームスプリッタ、回折格子（位相格子）等により分岐して用いてもよい。分岐したレーザを同時に走査することで、一本のレーザ光で照射する場合に比して走査回数を低減することが可能となり、加工時間の短縮化が図れる。

本実施形態によれば、レーザＬにより接着剤溜りとしての段差部１８を形成するため、レーザＬを用いて形成するので、複数のフォトリソグラフィー工程を行う必要がなく、作業工程数を減らすことが可能となる。特に、レーザＬの走査軌跡を最適化することで、レーザＬによる加工時間の短縮ができる。したがって、歩留まりよく、安価に複数の基板を接合したインクジェットヘッド１００を形成することが可能となる。

（第二実施形態）
次に、段差部をエッチングにより形成し、段差部を形成するためのエッチング保護膜のパターニングをレーザＬにより行う例について説明する。
図７は、第二実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。

まず、図７（ａ）に示すように、位置決め孔１２を備えた加圧室基板１０に位置決め孔１６を備えた流路基板１４を接合した複合体を準備する。

次に、図７（ｂ）に示すように、加圧室基板１０の上面にエッチング保護膜３０を形成する。エッチング保護膜３０としては、加圧室基板１０を後の工程でエッチングする際にエッチング液又はエッチングガスに対して耐性のある材料であれば特に限定されない。エッチング保護膜３０は、エッチング液又はエッチングガスの種類に応じて適宜選択され、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、各種金属又は樹脂等が挙げられる。

次に、図７（ｃ）に示すように、エッチング保護膜３０を、レーザＬを照射することによりパターニングする。
この際、用いられるレーザＬとしては、上記第一実施形態で説明したものと同様のものを用いることができ、エッチング保護膜３０を構成する材料、パターン形成方法等に応じて適宜選択される。また、レーザＬの走査軌跡についても第一実施形態と同様に行う。

次に、図７（ｄ）に示すように、エッチング処理を行い、段差部１８を形成する。エッチング処理は、エッチングガス３２を用いたドライエッチングであっても、エッチング液を用いたウェットエッチングであってもよい。

次に、図７（ｅ）に示すように、位置決め孔２２を形成したノズル基板２０を接合する。具体的には、加圧室基板１０及びノズル基板２０に形成された位置決め孔１２及び２２に位置決めピン２６を挿入し、加圧室基板１０とノズル基板２０とを位置合わせしながら、接着剤２４を介して接合する。
そして、図７（ｆ）に示すように、余剰の接着剤２４が段差部１８に収容される。これにより、位置決めピン２６に接着剤２４が付着することが回避可能となる。また、接着剤２４が、位置決め孔１２，２２内に入り込むことがないので、この位置決め孔１２，２２を、繰り返し位置合わせに使用することが可能となる。

本実施形態によれば、エッチング保護膜３０をフォトリソグラフィーによらず、レーザＬによりパターニングしているので、フォトリソグラフィーに伴う感光及び現像といった複数の工程を行う必要がなくなり、製造工程数を低減することが可能となる。
したがって、歩留まりよく、安価に複数の基板を接合したインクジェットヘッド１００を形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、圧電駆動方式のインクジェットヘッド１００を例に採り説明したが、これに限定されない。例えば、静電駆動方式であっても、バブルジェット（登録商標）方式（サーマルインクジェット方式）であってもよい。
また、本発明の構造体の製造方法は、インクジェットヘッドの製造方法に限定されず、例えば、複数の基板を位置合わせをしながら接合して形成する、ＭＥＭＳデバイス等の微小機械装置や半導体装置の製造方法にも好適に適用することができる。

また、上記例では、本発明の製造工程に用いられる基板として半導体基板（シリコン基板）を用いた場合を例に採り説明したが、これに限定されず、半導体基板の他、金属、セラミックス、ガラス又は樹脂等のレーザによる加工が可能な材料から構成される基板が用いられる。

インクジェットヘッドの一例を示す斜視図である。第一実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す図である。段差部を形成する部位の例を示す図である。レーザの走査軌跡を説明するための図である。段差部を形成する際のレーザの走査軌跡を説明するための図である。レーザの走査速度と加工時間の関係を示す図である。第二実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す図である。

符号の説明

１０…加圧室基板（第一基板）、１２（１２ａ，１２ｂ）…位置決め孔、１４…流路基板、１６…位置決め孔、１８…段差部、２０…ノズル基板（第二基板）、２２…位置決め孔、２４…接着剤、２６…位置決めピン、５２（５２ａ，５２ｂ）…接触部周辺（位置決めピン接触部）、１００…インクジェットヘッド、Ｌ…レーザ、Ｘ…接合体（構造体）

Claims

第一基板及び第二基板に位置決めピンを挿入するための位置決め孔をそれぞれ形成する第一工程と、
前記第一基板に形成された前記位置決め孔における複数の位置決めピン接触部に対して、該複数の位置決めピン接触部の周辺のみを経由する走査軌跡を描くレーザを照射して、段差部からなる接着剤溜りを形成する第二工程と、
前記第一基板及び前記第二基板に各々形成された前記位置決め孔に前記位置決めピンを挿入し、前記第一基板と前記第二基板とを接着剤を介して接合する第三工程と、
を有することを特徴とする構造体の製造方法。
前記第二工程は、
前記第一基板及び／又は前記第二基板の片面にエッチング保護膜を形成する工程と、
前記エッチング保護膜に前記レーザを照射してパターニングする工程と、
前記第一基板及び／又は前記第二基板をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の構造体の製造方法。
前記レーザの走査軌跡は、円形若しくは楕円形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の構造体の製造方法。
前記レーザの走査軌跡は、矩形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の構造体の製造方法。
前記構造体は、インクジェットヘッド、微小機械装置或いは半導体装置であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の構造体の製造方法。