技術 構造体の製造方法

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。

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。

0003

特開２００３−１４５７８０号公報

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。

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。

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。

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。

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、プラズマや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。

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、電磁波やレーザーや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上には撥水性の撥水層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の上方には液体の吐出口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