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技術 構造体の製造方法

出願人 キヤノン株式会社
発明者 柳沼誠一郎村上遼太郎熊野秀臣渡部正久石川哲史
出願日 2019年4月17日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-078793
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-175569
状態 未査定
技術分野 マイクロマシン インクジェット(粒子形成、飛翔制御)
主要キーワード 物理加工 変形抑制効果 導電性構造体 電子ビーム加工 一連処理 MEMS基板 複数部材 接合方式
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月29日)のものです。
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図面 (6)

課題

樹脂層の変形を抑制可能な構造体の製造方法を提供すること。

解決手段

貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔を塞ぐように前記基板の表面上に設けられた樹脂層と、を有する構造体の製造方法であって、貫通孔を有し、前記貫通孔を塞ぐように裏面上に支持基板が設けられた基板を用意する工程と、支持部材と前記支持部材上に樹脂層が形成されたドライフィルムを、前記樹脂層が前記貫通孔を塞ぐように前記基板の表面上に貼り付け、前記基板と前記支持基板と前記ドライフィルムによって前記貫通孔を閉空間とする工程と、前記支持基板の側から前記閉空間となった貫通孔を開放する工程と、前記ドライフィルムから前記支持部材を分離し、前記基板の表面上に前記樹脂層を残す工程と、をこの順番で有することを特徴とする構造体の製造方法

概要

背景

貫通孔を有する基板上に樹脂層が設けられた構造体として、半導体基板などが存在する。特許文献1には、半導体基板の一種である液体吐出ヘッド用基板が記載されている。特許文献1に記載の液体吐出ヘッド用基板は、基板に貫通孔を形成し、貫通孔を塞ぐように樹脂層を有するドライフィルムフォトレジスト)を基板の表面上に設け、このドライフィルムをパターニングすることで製造されている。

概要

樹脂層の変形を抑制可能な構造体の製造方法を提供すること。貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔を塞ぐように前記基板の表面上に設けられた樹脂層と、を有する構造体の製造方法であって、貫通孔を有し、前記貫通孔を塞ぐように裏面上に支持基板が設けられた基板を用意する工程と、支持部材と前記支持部材上に樹脂層が形成されたドライフィルムを、前記樹脂層が前記貫通孔を塞ぐように前記基板の表面上に貼り付け、前記基板と前記支持基板と前記ドライフィルムによって前記貫通孔を閉空間とする工程と、前記支持基板の側から前記閉空間となった貫通孔を開放する工程と、前記ドライフィルムから前記支持部材を分離し、前記基板の表面上に前記樹脂層を残す工程と、をこの順番で有することを特徴とする構造体の製造方法

目的

本発明の目的は、樹脂層の変形を抑制可能な構造体の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔を塞ぐように前記基板の表面上に設けられた樹脂層と、を有する構造体の製造方法であって、貫通孔を有し、前記貫通孔を塞ぐように裏面上に支持基板が設けられた基板を用意する工程と、支持部材と前記支持部材上に樹脂層が形成されたドライフィルムを、前記樹脂層が前記貫通孔を塞ぐように前記基板の表面上に貼り付け、前記基板と前記支持基板と前記ドライフィルムによって前記貫通孔を閉空間とする工程と、前記支持基板の側から前記閉空間となった貫通孔を開放する工程と、前記ドライフィルムから前記支持部材を分離し、前記基板の表面上に前記樹脂層を残す工程と、をこの順番で有することを特徴とする構造体の製造方法。

請求項2

前記支持基板は自己粘着材料または粘着テープで形成されている請求項1に記載の構造体の製造方法。

請求項3

前記支持基板は静電式溶着によって前記基板に貼り合わされている請求項1に記載の構造体の製造方法。

請求項4

前記支持部材の軟化点は前記樹脂層の軟化点よりも高い請求項1乃至3のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項5

前記樹脂層は感光性樹脂で形成されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項6

前記ドライフィルムは、前記基板の表面に減圧下で貼り付けられる請求項1乃至5のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項7

前記ドライフィルムよりも前記支持基板が変形しやすい請求項1乃至6のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項8

前記支持基板の側から前記閉空間となった貫通孔を開放する工程は、前記基板に対して前記支持基板を除去することで行う請求項1乃至7のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項9

前記支持基板の側から前記閉空間となった貫通孔を開放する工程は、前記支持基板を貫通させて一部を除去することで行う請求項1乃至7のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項10

前記ドライフィルムを前記基板の表面上に貼り付けることで、前記樹脂層の一部を前記貫通孔に入り込ませる請求項1乃至9のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項11

前記貫通孔が前記基板の表面から裏面に向けて、前記基板の表面と平行方向の断面積が変化する形状である請求項1乃至10のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項12

前記樹脂層が2層の樹脂層を有する請求項1乃至11のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。

請求項13

前記2層の樹脂層は感光性樹脂で形成された樹脂層と、非感光性樹脂で形成された樹脂層である請求項12に記載の構造体の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、基板上に樹脂層を有する構造体の製造方法に関する。

背景技術

0002

貫通孔を有する基板上に樹脂層が設けられた構造体として、半導体基板などが存在する。特許文献1には、半導体基板の一種である液体吐出ヘッド用基板が記載されている。特許文献1に記載の液体吐出ヘッド用基板は、基板に貫通孔を形成し、貫通孔を塞ぐように樹脂層を有するドライフィルムフォトレジスト)を基板の表面上に設け、このドライフィルムをパターニングすることで製造されている。

先行技術

0003

特開2003−145780号公報

発明が解決しようとする課題

0004

基板の表面上にドライフィルムを設ける場合、基板の裏面側には支持基板を設けておくことが一般的である。ここで基板に貫通孔が形成されていると、基板と支持基板とドライフィルムによって、貫通孔が閉空間となってしまう。本発明者らは、貫通孔が閉空間となってしまうことで、貫通孔の内部と外部との間に圧力差が生じ、これが原因となってドライフィルムの樹脂層が変形してしまうという課題を見出した。

0005

従って、本発明の目的は、樹脂層の変形を抑制可能な構造体の製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔を塞ぐように前記基板の表面上に設けられた樹脂層と、を有する構造体の製造方法であって、貫通孔を有し、前記貫通孔を塞ぐように裏面上に支持基板が設けられた基板を用意する工程と、支持部材と前記支持部材上に樹脂層が形成されたドライフィルムを、前記樹脂層が前記貫通孔を塞ぐように前記基板の表面上に貼り付け、前記基板と前記支持基板と前記ドライフィルムによって前記貫通孔を閉空間とする工程と、前記支持基板の側から前記閉空間となった貫通孔を開放する工程と、前記ドライフィルムから前記支持部材を分離し、前記基板の表面上に前記樹脂層を残す工程と、をこの順番で有することを特徴とする構造体の製造方法である。

発明の効果

0007

本発明によれば、樹脂層の変形を抑制可能な構造体の製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0008

構造体の製造方法を示す図である。
製造過程における構造体を示す図である。
構造体の製造方法を示す図である。
構造体の製造方法を示す図である。
構造体の製造方法を示す図である。

実施例

0009

図1は、本発明の基板の製造方法の一例を示す図であり、各工程における基板の断面を図示している。図1(a)に示す基板1には、貫通孔3が形成されている。基板1は、表面1aと表面1aと反対側の面である裏面1bとを有する。貫通孔3は、基板1の表面1aから裏面1bまでを貫通する孔である。基板1としては、例えばシリコンで形成されたシリコン基板が挙げられる。基板1の表面1a側には、素子2が形成されている。素子2としては、電子部品MEMS、センサ機能膜エネルギー発生素子発熱抵抗体圧電素子)等が挙げられる。素子2は、基板の裏面1b側に設けてもよい。また、素子2は基板1の表面上(裏面上)に設けてもよいし、表面(裏面)に埋め込まれるように設けてもよい。

0010

図1(b)では、基板1の裏面上に、貫通孔3を塞ぐように支持基板2が設けられた様子を示している。支持基板20としては、フィルム状或いは板状の部材を用いることができる。支持基板20の形成材料としては、ガラス、金属、シリコン、プラスチックワックスレジスト等の感光性材料粘着剤を有さずに粘着する自己粘着材料、粘着層によって粘着する粘着テープ等が挙げられる。支持基板20は複数部材の積層で形成されていてもよく、構造体を有していてもよい。例えば、支持基板20は、再生しやすいように除去液で除去可能な犠牲層を有していてもよいし、帯電を抑制するための導電性構造体を有していてもよい。他にも、基板1を傷つけないように基板1よりも柔らかい部材を有していてもよい。支持基板20が可視光を透過する材料であれば、基板1と支持基板20の界面状態を確認が容易となるため、好ましい。また、後の工程での分離の容易さの点から、自己粘着材料または粘着テープで形成された支持基板20を用いることが好ましい。尚、本実施形態は記載された順番で工程を有することが好ましい。

0011

支持基板20は、必要に応じて接着剤やワックスを用いて基板1の裏面上に貼り合わせる。或いは、支持基板20を、静電式減圧、熱や超音波による接着プラズマイオンビームによる表面活性化接合等を用いて、基板1の裏面上に貼り合わせてもよい。また、支持基板20に基板1を嵌めこんでもよいし、支持基板20と基板1の摩擦を用いて支持基板20と基板1に保持させるようにしてもよい。後の工程での分離の容易さの点から、支持基板20は、静電式の溶着によって基板1に貼り合わせることが好ましい。

0012

以上のように基板1を用意した後に、図1(c)に示すように、支持部材30と支持部材30上に樹脂層4が形成されたドライフィルム9を、樹脂層4が貫通孔3を塞ぐように基板1の表面1a上に貼り付ける。この結果、基板1と支持基板20とドライフィルム9によって、貫通孔3が閉空間となる。ここでいう閉空間とは、一般的なラミネート方法において次工程に進むまでの時間スケールにおいて、閉空間の内と外の圧力差が残存するような状態となる空間を意味する。この時間スケールにおいて、閉空間が維持される程度のリークが存在しても、その空間は閉空間である。次工程に進むまでの時間スケールとしては、例えば同一のラミネート装置内での一連処理に関しては数十秒から数分(10秒以上300秒以下)である。装置を変更する場合には、数十分から数時間(10分以上300分以下)である。

0013

ドライフィルム9では、閉空間の内外の圧力差による樹脂層4の変形を抑制するために、樹脂層4が支持部材30によって支持されている。樹脂層4の変形を抑制するために、支持部材30の軟化点は樹脂層4の軟化点よりも高いことが好ましい。軟化点の差は、基板面内温度分布を考慮しても差が得やすい5℃以上であれば好ましく、10℃以上であればより好ましく、20℃以上あればより好ましい。

0014

支持部材上の樹脂層4は、感光性樹脂で形成することが好ましい。支持部材30は、ガラス、金属、シリコン、プラスチックの少なくともいずれかで形成することが好ましい。

0015

基板1の表面上へのドライフィルム9の貼り付けの際には、ドライフィルム9と基板1の密着性を高めるため、樹脂層4の軟化点以上に樹脂層4を加熱することが好ましい。また、基板1の表面1aに存在する段差部等によって、基板1の表面1aと樹脂層4との間に空隙が発生することを抑制するため、ドライフィルム9を減圧下で貼り付けることが好ましい。但し、加熱によって温度を上げたまま、閉空間となった貫通孔3を有する基板1を大気圧下に戻して圧力を増加させると、閉空間の内外に生じた圧力差により、樹脂層4が変形しやすい。よって、ドライフィルム9の貼り付けを減圧下で行い、樹脂層4の温度を下げることで樹脂層4の流動性を抑制し、その後に大気圧下に戻すなどして圧力を増加させると、樹脂層4の変形を抑制しやすい。温度の下げる際の温度の下げ幅は、基板面内の温度分布を考慮しても差が得やすい5℃以上であれば好ましく、10℃以上であればより好ましく、20℃以上あればより好ましい。温度は、樹脂層4の軟化点以下まで下げることが好ましい。基板1、支持部材30、支持基板20に、熱伝導効率を向上させるための構造体を形成していてもよい。

0016

基板1の表面上へのドライフィルム9の貼り付けは、支持部材30側と支持基板20側の両側から加熱して行ってもよい。この場合、支持基板20側よりも支持部材30側を高温とし、貼り付け後に支持部材30側の加熱体を分離することで、樹脂層4の温度を容易に下げることができる。この場合、支持部材30と支持基板20の温度に関しては、支持基板20の方が支持部材30よりも5℃以上低い、或いは支持基板20の温度が樹脂層4の軟化温度よりも低いことがより好ましい。或いは樹脂層4の温度が樹脂層4の軟化温度よりも高く、かつ支持基板20の温度が樹脂層4の軟化温度よりも低いことがより好ましい。ここで支持部材30から支持基板20の方向に対して温度が傾斜した分布を有していてもよい。支持基板側20の温度を相対的に下げられるため、熱応力抑制の効果がより得られる。

0017

基板1の表面上へのドライフィルム9の貼り付けは、樹脂層4或いは基板1と支持基板20の積層体を部分的に加熱して行ってもよい。部分的に加熱するとは、基板1の面内で部分的に温度を変化させることを示す。例えば、部分的に加熱体と接触させる方法、電磁波やレーザー電子ビームやプラズマを照射する方法、電磁誘導で加熱する方法、或いは支持基板等に配線を用意し抵抗加熱で部分的に加熱する方法等を用いることができる。加熱は、フラッシュランプ或いはパルスレーザー等を用いたパルス的な方法によって行うこともできる。

0018

尚、基板1の表面1aと裏面1bとに対して、支持基板20と、ドライフィルム9とを一度に貼り付けてもよい。このようにすれば、図1(a)〜(c)を一度に行うことができるため、工程数を削減する効果が得られる。

0019

樹脂層4が感光性樹脂の場合、ドライフィルム9の貼り付けの後であって支持基板20の分離の前に、支持部材30を介して樹脂層4の露光を行ってもよい。このようにすることで、特に樹脂層4がネガ型感光性樹脂であれば、樹脂層4が硬化することで閉空間内外の圧力差による変形を抑制しやすい。

0020

尚、圧力差によって支持基板20側が変形することで、ドライフィルム9の樹脂層4の変形を抑制することができる。よってドライフィルム9よりも支持基板20が変形しやすいことが好ましい。

0021

貫通孔3を閉空間とした後、図1(d)に示すように、基板1に対して支持基板20の側から支持基板20を除去(分離)し、閉空間となった貫通孔3を開放する。貫通孔3は、支持基板20の一部を除去することでも開放することができる。即ち、支持基板20をすべて取り除くだけでなく、支持基板20を貫通させて一部を除去し、貫通した部分で貫通孔3の内部を外部と連通させてもよい。

0022

また、閉空間となった貫通孔3を開放した後、支持基板20を再利用して基板1に貼りつけてもよい。ドライフィルム9の貼り付けを減圧下で行った場合、圧力を増加させる前に閉空間となった貫通孔3を開放することで、樹脂層4の変形を抑制することができる。

0023

支持基板20を加工して、構造体として再利用する場合について説明する。支持基板20を構造体として利用する場合、支持基板20を、例えばリソグラフィウェットエッチングドライエッチングレーザー加工電子ビーム加工イオンビーム加工サンドブラスト切削加工等によって加工する。支持基板20として感光性樹脂を用いて、リソグラフィで加工すると、精度が高い構造体が得られるため好ましい。加工した支持基板20と基板1を接合する場合には、接着剤を用いた接合方式であってもよいが、化学結合を用いて接合する方式か、熱や光で硬化する樹脂で接着する方式であることが、信頼性の点で好ましい。

0024

次に、図1(e)に示すように、ドライフィルム9から支持部材30を分離し、基板1の表面1a上に樹脂層4を残す。閉空間となった貫通孔3を開放した後に支持部材30を分離することにより、樹脂層4の変形を抑制することができる。支持部材30の分離は、例えばウェットエッチングやドライエッチング、或いは研削研磨やレーザーやウォータージェット、またはサンドブラストなどの物理加工で行うことが好ましい。支持部材30を物理的に剥がすためには、支持部材30が柔軟性を有していることが好ましい。

0025

閉空間となった貫通孔3を開放せずに支持部材30の分離を行うと、特に基板1の温度が常温(25℃)以上の際に、樹脂層4の変形が大きくなる場合がある。よって、支持部材30の分離を常温以上の温度で行う場合に、樹脂層4の変形抑制効果がより得られる。

0026

図2は、製造過程における構造体を示したものであり、図1(c)と同様の過程における構造体である。図2(a)では、ドライフィルム9の貼り付けによって、樹脂層4の一部を貫通孔3に入り込ませている。このようにすることで、貫通孔3部分の樹脂層4の厚みを増加させて、樹脂層4の変形をより抑制することができる。基板1の表面1a上の樹脂層4の厚みXと、貫通孔3部分の樹脂層4の厚みYを比べたときに、YがXの1.2倍以上であることが好ましく、1.5倍以上であることがより好ましく、2.0倍以上であることがより好ましい。また、5.0倍以下であることが好ましい。

0027

図2(b)では、貫通孔3が基板1の表面1aから裏面1bに向けて、表面1aと平行方向の断面積が変化する形状を示している。このような構造であれば、樹脂層4が変形しにくいため好ましい。

0028

図3に、図1で説明した実施形態とは異なる実施形態を示す。

0029

図3(a)では、支持部材30上に樹脂層4と樹脂層5の2層が形成された形成された多層のドライフィルム9を、基板に貼り付けている。基板1の表面1aと接触する樹脂層4は、基板1との密着性確保、また空隙の発生抑制のために、変形しやすい軟化点の材料を用いることが好ましい。よって、樹脂層4よりも樹脂層5の軟化点を高くすることで、多層のドライフィルムとしての変形しにくさと、基板1との密着性確保、空隙の発生抑制が達成できる。樹脂層4と樹脂層5とは、例えば感光性樹脂で形成することができる。この場合、樹脂層4と樹脂層5とは、光に対する感度感光波長吸光度に差を有することが好ましい。他にも、樹脂層4と樹脂層5とは、熱硬化性樹脂で形成することができる。この場合、樹脂層4と樹脂層5とは、熱に対する感度に差を有することが好ましい。

0030

図3(b)は、支持基板20の側から支持基板20を分離し、閉空間となった貫通孔3を開放した様子を示す図である。

0031

図3(c)は、ドライフィルム9から支持部材30を分離し、基板1の表面1a上に樹脂層4と樹脂層5とを残し、さらに樹脂層4と樹脂層5とを加工して流路8を形成した様子を示す図である。また、樹脂層5上には撥水性撥水層6を形成している。

0032

図3(d)は、基板1の裏面1b上に流路形成部材21を設けた様子を示す図である。流路形成部材21も、流路8を形成している。このようにして、構造体によって液体吐出ヘッド用基板を形成することができる。流路8の上方には液体吐出口8aが形成されている。素子2はエネルギー発生素子であり、素子2によって液体にエネルギーを与え、吐出口8aから液体を吐出する。

0033

図4に、図1で説明した実施形態とはさらに異なる実施形態を示す。図4(a)では、支持部材30上に樹脂層4、樹脂層5、樹脂層11、及び樹脂層7が形成された形成された多層のドライフィルム9を、基板1に貼り付けている。ここで、樹脂層4、樹脂層5、樹脂層11は感光性樹脂で形成されており、樹脂層7は感光性を有さない非感光性樹脂で形成されている。露光と加熱によって硬化する樹脂を感光性樹脂、硬化しない樹脂を非感光性樹脂とする。

0034

図4(b)は、支持基板20の側から支持基板20を分離し、閉空間となった貫通孔3を開放し、さらに支持部材30を分離した様子を示す図である。

0035

図4(c)は、非感光性樹脂で形成した樹脂層7を除去し、樹脂層4と樹脂層5と樹脂層11とを加工して流路8を形成した様子を示す図である。本実施形態では、樹脂層7を用いることで、ドライフィルム9の全体としての樹脂層の厚みを厚くしている。そして最後には樹脂層7を除去する。このようにすることで、樹脂層7によって樹脂層4の変形をより抑制することができる。

0036

図5に、図1で説明した実施形態とはさらに異なる実施形態を示す。図5(a)では、図4に対して、支持基板20が積層構造となっている。具体的には、支持基板20は、第1の支持基板21と第2の支持基板22で構成されている。第1の支持基板21には、穴200が形成されている。この時点で、穴200は貫通孔3に連通し、貫通孔3とともに閉空間となっている。このように支持基板が積層構造であることで、基板1と支持基板20を接合する前に、支持基板20の加工をすることができる。基板1と支持基板20を接合した後に支持基板20を加工するよりも、支持基板20の加工が容易である。

0037

図5(b)は、第2の支持基板22を分離し、閉空間となった貫通孔3を開放し、支持部材30も分離した様子を示す図である。第1の支持基板21は、基板1に構造体として残している。

0038

図5(c)は、樹脂層7を除去し、樹脂層4と樹脂層5と樹脂層11とを加工して流路8を形成した様子を示す図である。

0039

以上のようにしても、構造体を製造することができる。

0040

本発明は貫通孔が形成された基板と、貫通孔を塞ぐように基板の表面上に設けられた樹脂層とを有する構造体に適用可能である。構造体としては、例えば、液体吐出ヘッド用基板、半導体基板、MEMS基板プリント基板等が挙げられる。中でも貫通孔を有する基板の上に感光性樹脂で液体流路を形成する場合がある、液体吐出ヘッド用基板の製造工程において効果が大きい。

0041

1基板
3貫通孔
4樹脂層
9ドライフィルム
20支持基板
30 支持部材

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