JP2018144384A - 基板及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を保護基板から剥離する際に、基板に粘着剤が残存しにくくする。【解決手段】基板３０と保護基板２３とを発泡性を有する両面テープ３１を介して貼り合わせ、保護基板２３が貼り合わされた基板３０に所定の加工を行う。所定の加工が行われた後に、両面テープ３１を発泡させて保護基板２３と両面テープ３１とを分離し、保護基板２３が分離された両面テープ３１と基板３０とを分離する。両面テープ３１の基板３０に接する面は、保護基板２３に接する面よりも発泡性が低い。【選択図】図２

Description

本発明は基板の製造方法に関し、特に吐出口が形成された吐出口形成部材を備えた液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

液体吐出ヘッドは、一般に、インク液滴を吐出させるための複数の吐出口が形成された吐出口形成部材と、吐出口形成部材に接合され、吐出口形成部材との間で圧力室を形成する圧力室基板と、を有している。吐出口形成部材は、一端が圧力室に連通し、他端に吐出口が形成された貫通孔（以下、吐出流路という）を備えている。圧力室基板には圧電素子などの駆動部が形成されている。駆動部を駆動して圧力室のインクに圧力を加えることで、選択された吐出口からインク液滴が吐出する。
近年、液体吐出ヘッドの印字品質に対する要求が一段と強まり、吐出性能の更なる向上が要求されている。吐出性能を改善するためには、例えば吐出口形成部材の吐出流路の流路抵抗を調整することが望ましい。そのため、吐出口形成部材の厚さを研削や研磨で調整し、吐出流路の流路長を最適化することが行われている（特許文献１，２）。

特許文献１，２に記載された液体吐出ヘッドの製造方法では、研削や研磨によって薄化される吐出口形成部材を保護するため、吐出口形成部材に予め保護基板が取り付けられ、研削や研磨の終了後に吐出口形成部材が保護基板から剥離される。薄化された吐出口形成部材を保護基板から剥離する際に吐出口形成部材に割れやクラックが発生しないよう、吐出口形成部材は発泡性の両面テープで保護基板に貼り付けられる。発泡性の両面テープは、少なくとも片面に光や熱で発泡する自己剥離層を有している。自己剥離層は発泡性粘着層とも呼ばれる。両面テープに光または熱を照射し、自己剥離層で気泡を成長させることで、両面テープと吐出口形成部材との間に界面剥離が生じる。これによって、吐出口形成部材をわずかな外力で容易に保護基板から引き離すことができる。従って、剥離層界面での再密着による剥離性低下に起因するウェハの割れ、クラックといった不良が発生しにくくなり、生産性の向上と歩留まりの向上を同時に実現できる。発泡性の両面テープとしては、両面ＵＶ（紫外線）発泡タイプ（特許文献１）、片面熱発泡タイプ（特許文献２）などが知られている。また、両面テープの代わりに発泡性剥離層と樹脂層をコーティングする方法（特許文献３）も知られている。

特開２００９−６５０１号公報 特開２０００−９４６９５号公報 特開２００７−２５３６０８号公報

吐出口形成部材のように、保護基板を貼り付けた状態で薄化などの加工を行う基板（第１の基板という）は、発泡性の両面テープで保護基板に貼り付けることで、加工後の保護基板の取り外しが容易となる。しかし、発泡性粘着層に含まれる粘着剤は、両面テープの剥離後に第１の基板に残存しやすいという問題がある。特許文献１，２に記載された製造方法では、両面テープは発泡性粘着層が吐出口形成部材に接するように貼られているため、保護基板から第１の基板を剥離する際に、粘着剤が第１の基板に残存しやすい。

本発明は、第１の基板を保護基板から剥離する際に、第１の基板に粘着剤が残存しにくい基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の基板の製造方法は、第１の基板と保護基板とを発泡性を有する両面テープを介して貼り合わせることと、保護基板が貼り合わされた第１の基板に所定の加工を行うことと、所定の加工が行われた後に、両面テープを発泡させて保護基板と両面テープとを分離することと、保護基板が分離された両面テープと第１の基板とを分離することと、を有している。両面テープの第１の基板に接する面は、保護基板に接する面よりも発泡性が低い。

本発明によれば両面テープの第１の基板に接する面は、保護基板に接する面よりも発泡性が少ないため、第１の基板を保護基板から剥離する際の第１の基板に粘着剤が残存しにくい。

本発明が適用される液体吐出ヘッドの一例の模式的縦断面図である。 実施例に係る液体吐出ヘッドの製造工程図である。 図２の続きを示す製造工程図である。

図１は、本発明に係る製造方法により製造される液体吐出ヘッド１の一例を、縦断面で模式的に示している。図１にはピエゾ圧電体を用いた圧電方式の液体吐出ヘッドを示しているが、本発明は圧電方式に限定されるものではなく、吐出口形成部材４を有するインクジェットヘッドに広く適用することができる。液体吐出ヘッド１は、インクが貯留される圧力室１１が形成された圧力室基板２と、アクチュエータ３と、吐出口形成部材４と、を備えている。圧力室基板２はアクチュエータ３と吐出口形成部材４との間に位置している。圧力室１１の内部のインクが接触する部分には、耐インク保護膜（図示せず）が形成されている。アクチュエータ３は、振動板１２の上に下電極１３と、圧電体１４と、上電極１５とが積層された構造になっている。吐出口形成部材４はシリコンからなる。吐出口形成部材４には、圧力室１１と対向する位置で吐出口形成部材４を貫通する吐出流路１７が形成されている。吐出流路１７の一端は圧力室１１と連通しており、他端はインクが吐出する吐出口１７ａとなっている。吐出口形成部材４の圧力室１１と対向する面には第１の耐インク保護膜１８が、この面の裏面、すなわち吐出口１７ａが開口する面には第２の耐インク保護膜１９が、吐出流路１７の内壁には第３の耐インク保護膜２０が形成されている。第１〜第３の耐インク保護膜１８，１９，２０はアルカリインクに耐性をもつ酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル等で形成することができる。第２の耐インク保護膜１９は撥水膜２１で覆われている。上電極１５と下電極１３との間にパルス電圧が印加されると圧電体１４が変形し、振動板１２が撓む。これによって圧力室１１内の圧力が変化し、吐出口１７ａよりインクが吐出される。

次に、図２，３を参照して、上述した液体吐出ヘッド１の製造方法を実施例に基づいて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板５を用意した。ＳＯＩ基板５は、吐出口形成部材４の主要部となる第１のシリコン層１６と、後工程で除去される第２のシリコン層２２と、この一対のシリコン層１６，２２の間に挿入され、第１の耐インク保護膜１８となる第１の酸化シリコン層２８と、からなる。第２のシリコン層２２はＳＯＩ基板５のハンドル層である。第１のシリコン層１６の厚さは１０μｍ、第２のシリコン層２２の厚さは５２５μｍ、第１の酸化シリコン層２８の厚さは０．５μｍである。第１のシリコン層１６の第１の酸化シリコン層２８と反対側の表面は、吐出口１７ａが形成される第１の面１６ａとなる。

次に、図２（ｂ）に示すように、第１のシリコン層１６に後工程で吐出流路１７となる第１の凹部２４を形成した。具体的には、第１のシリコン層１６の第１の面１６ａにレジストパターンを形成し、シリコンの深堀加工（deep-RIE）で第１のシリコン層１６に貫通孔を形成した。続いて第１の酸化シリコン層２８をドライエッチングし、第１の凹部２４を形成し、レジストを除去した。第１の凹部２４（すなわち吐出流路１７）の直径は２０μｍとした。ドライエッチングされた第１の酸化シリコン層２８は第１の耐インク保護膜１８となる。

次に、図２（ｃ）に示すように、第１の面１６ａに第２の耐インク保護膜１９を形成した。本実施例では、熱酸化プロセスにより厚さ０．２μｍの酸化シリコン層を形成した。これと同時に、第１の凹部２４の側壁に同じく酸化シリコンからなる第３の耐インク保護膜２０が形成され、さらに第１の凹部２４の底部にも酸化シリコン層２９が形成された。

次に、図２（ｄ）に示すように、第２の耐インク保護膜１９上に撥水膜２１を形成した。撥水膜２１は、フッ素原子を含有した化合物をスピンコーター、ディッピング、真空蒸着等の成膜方法で形成する。本実施例では、真空蒸着法でフッ素含有膜を形成した。撥水膜２１は第１の凹部２４の内部にも進入し、第３の耐インク保護膜２０と酸化シリコン層２９の上にも形成される。以上の工程により、ＳＯＩ基板５に第１の凹部２４が形成され、第１の面１６ａに第２の耐インク保護膜１９と撥水膜２１が形成された第１の基板３０が形成される。

次に、図２（ｅ）に示すように、第１の基板３０と保護基板２３とを、発泡性の両面テープ３１を用いて貼り付けた。第１の基板３０の第１の凹部２４が形成された第１の面３０ａ（すなわち、撥水膜２１の表面）が保護基板２３と対向する。保護基板２３は厚さ５２５μｍのガラス基板である。発泡性の両面テープ３１は、一般的に基材（図示せず）の一方の面にＵＶ光や熱により発泡する発泡性粘着層が、基材の他方の面に発泡性のない非発泡性粘着層が形成されている。非発泡性粘着層としては感圧型の粘着剤やＵＶ硬化型の粘着剤が用いられる。本実施例では、発泡性粘着層３２が保護基板２３に接するように貼り付けられ、それによって、後述するように保護基板２３を浮かせて剥離することができる。両面テープ３１として、日東電工株式会社製の発泡性の熱剥離型両面テープであるリバアルファ３１９５Ｖを用い、撥水膜２１すなわち第１の基板３０の第１の面３０ａが非発泡性粘着層３３に接するように第１の基板３０と貼り合わせた。つまり、非発泡性粘着層３３の発泡性がない粘着面が第１の基板３０の第１の面３０ａに接する面となっている。リバアルファは基材と、基材の一方の面に形成された加熱発泡型の発泡性粘着層と、基材の他方の面に形成された感圧型の非発泡性粘着層と、で構成され、熱剥離温度は１７０℃である。この他、加熱発泡型の発泡性粘着層とＵＶ硬化型の非発泡性粘着層を備える日東電工株式会社製ＮＷＳ−Ｕ２２８Ｆ、ＵＶ発泡型の発泡性粘着層とＵＶ硬化型の非発泡性粘着層を備える積水化学工業株式会社製ＳＥＬＦＡを用いることもできる。

両面テープ３１の代わりに、樹脂層と発泡性剥離層をコーティングすることも可能である。例えば、図２（ｅ）において、第１の基板３０の第１の面３０ａ（撥水膜２１の表面）に樹脂層、発泡性剥離層の順で塗布すれば、両面テープ３１と同等の機能を持つ接着層が得られる。しかし、この方法は樹脂層を剥離する際、剥離された樹脂層が第１の基板３０に残りやすく、除去のための追加の工程が必要となる。また、撥水膜２１に樹脂を塗布する際、樹脂層が撥水膜２１に弾かれ、樹脂層を均一に塗布することが困難である。さらに、樹脂層が吐出口の内部に流入してしまい、その除去の工程が必要となる。両面テープ３１はこれらの弊害がなく、特に、両面テープ３１の剥離後に非発泡性粘着層３３の粘着剤が第１の基板３０（撥水膜２１の表面）に残存しにくい点で有利である。なお、撥水膜２１を省略した場合、第２の耐インク保護膜１９が両面テープ３１と接することになるが、この場合も同様のことが言える。

次に、図２（ｆ）に示すように第２のシリコン層２２を除去した。具体的には、図２（ｅ）において保護基板２３が下方となるように全体を反転させ、グラインダーで第２のシリコン層２２を、第１の面３０ａの裏面３０ｂから約５００μｍ削った（減肉した）。その後、第１の耐インク保護膜１８（第１の酸化シリコン層２８）をエッチストップ層として残りの第２のシリコン層２２をドライエッチングによって除去した。第２のシリコン層２２は、ウエットエッチング法とグラインダーの組合せ、あるいはウエットエッチング法とドライエッチング法の組み合わせを用いてもよい。この工程後、第１の基板３０は、厚さ約１０μｍ程度の薄い状態となるが、保護基板２３と貼り合されているためハンドリング性に問題はなく、研削中及び研削後の破損の可能性も低い。この工程終了時には、図２（ｃ）で形成した酸化シリコン層２９と撥水膜２１が第１の凹部２４の底部に残っており、第１の凹部２４は未貫通状態である。

次に、図２（ｇ）に示すように、第１の凹部２４の底部の酸化シリコン層２９と撥水膜２１を除去し、第１の凹部２４を貫通させ、吐出流路１７を形成した。第１の凹部２４の側壁に形成された第３の耐インク保護膜２０がエッチングで除去されるのを防ぐため、酸化シリコン層２９は異方性ドライエッチングで除去した。酸化シリコン層２９と同時に第１の耐インク保護膜１８もエッチングされる。このため、酸化シリコン層２９が除去されたときに第１の耐インク保護膜１８が第１の面３０ａ上に残存するように、酸化シリコン層２９（第２の耐インク保護膜１９）は第１の耐インク保護膜１８より薄く形成することが望ましい。第１の凹部２４の酸化シリコン層２９と撥水膜２１を除去するため、第１の凹部２４以外をレジストマスクで保護して異方性エッチングを行うことも可能である。

次に、図３（ｈ）に示すように吐出流路１７の側壁に付着した撥水膜２１を除去した。吐出流路１７の開口からＯ_２プラズマ処理を行い、吐出流路１７の側壁に付着した撥水膜２１を分解除去した。吐出流路１７の側壁に第３の耐インク保護膜２０の表面が現れ、吐出流路１７をアルカリインクから保護できるようになる。第１の面３０ａの撥水膜２１は両面テープ３１と第２の耐インク保護膜１９によって保護されている。以上の工程により吐出口形成部材４が形成される。

次に、図３（ｉ）に示すように、吐出口形成部材４が保護基板２３に貼り合された状態で、圧力室１１を形成する第２の凹部２６や流路（図示せず）が形成された圧力室基板（第２の基板）２を吐出口形成部材４に接合し、接合体２７を形成した。圧力室基板２には予めアクチュエータ３が形成されている。圧力室基板２の吐出口形成部材４との対向部にエポキシ接着剤２５を塗布し、第２の凹部２６が第１の基板３０の裏面３０ｂ、すなわち第１の耐インク保護膜１８と対向する向きで吐出口形成部材４と位置合せし、１００℃で１時間の加熱接合をした。これにより、第２の凹部２６が吐出流路１７を除いて吐出口形成部材４で覆われ、インクが滞留する圧力室１１が形成される。

次に、図３（ｊ）に示すように、接合体２７を１７０℃のホットプレート３５に載置した。発泡性粘着層３２に気泡３２１が生じ、保護基板２３は浮いた状態となる。次に、図３（ｋ）に示すように、保護基板２３と両面テープ３１とを分離する。両面テープ３１は非発泡性粘着層３３の粘着力によって、吐出口形成部材４に付着したままである。吐出口形成部材４は発泡性粘着層３２と直接接していないため、発泡圧力は吐出口形成部材４に直接加わらず、両面テープ３１を介して間接的に加わるだけである。従って、吐出口形成部材４が薄くても発泡に伴い破損する可能性が低減する。また、発泡性粘着層３２を発泡させる前は、吐出口形成部材４の撥水膜２１と非発泡性粘着層３３の界面、及び発泡性粘着層３２と保護基板２３の界面の密着性は高く、気泡がほとんど混入しない。すなわち、これらの界面は、吐出口形成部材４と非発泡性粘着層３３、及び発泡性粘着層３２と保護基板２３が真空状態で互いに吸着されたのと同様の状態になっているため、容易に剥離できない状態となっている。しかし、加熱によって発泡性粘着層３２に気泡３２１が生じるため、発泡性粘着層３２と保護基板２３の界面の真空状態が破れ、保護基板２３を両面テープ３１から容易に剥離することができる。なお、以上のことから理解できるように、発泡性粘着層３２がない場合、保護基板２３を両面テープ３１から剥離することは困難である。これは、吐出口形成部材４と保護基板２３が両面テープの非発泡性粘着層で接合されている状態では、両面テープの界面の真空状態を破壊することが難しく、かつ後述するように両面テープを丸めながら剥離することもできないためである。

次に、図３（ｌ）に示すように、吐出口形成部材４と両面テープ３１とを分離する。図３（ｍ）に示すように、両面テープ３１と吐出口形成部材４とは完全に分離される。非発泡性粘着層３３が吐出口形成部材４（撥水膜２１）に接しているため、吐出口形成部材４に残存する粘着剤が少なくなる。また、吐出口形成部材４と非発泡性粘着層３３の界面は概ね真空状態が維持されているが、保護基板２３がすでに剥離されているため、図示するように、端部から両面テープ３１を丸めながら容易に剥離することができる。

以上述べた実施例では、第１の基板３０に両面テープ３１を貼ったが、別の基板に両面テープ３１を貼って、当該基板に所定の加工を行う場合も本発明を適用することができる。また、本実施例では片側に非発泡性粘着層３３を備えた両面テープ３１を使用したが、両面で発泡性に差のある両面テープ３１を用いてもよい。この場合、保護すべき基板（例えば、実施例の第１の基板３０）に発泡性の低い面が、保護基板２３に発泡性の高い面が接するように、保護基板２３と第１の基板３０とを両面テープ３１で貼り合せることができる。

本実施例に従って製造された液体吐出ヘッドは、インクの吐出安定性に優れ、高精度に画像を記録することが可能であった。本発明は、画像を記録する用途のみならず、例えば導電材料を含む液体で描画して配線パターンを形成するなどの産業用途にも幅広く利用することが可能である。

２３ 保護基板
３０ 第１の基板
３１ 両面テープ
３２ 発泡性粘着層
３３ 非発泡性粘着層

Claims (5)

1. 第１の基板と保護基板とを発泡性を有する両面テープを介して貼り合わせることと、前記保護基板が貼り合わされた前記第１の基板に所定の加工を行うことと、前記所定の加工が行われた後に、前記両面テープを発泡させて前記保護基板と前記両面テープとを分離することと、前記保護基板が分離された前記両面テープと前記第１の基板とを分離することと、を有し、
   前記両面テープの前記第１の基板に接する面は、前記保護基板に接する面よりも発泡性が低い、基板の製造方法。
2. 前記両面テープの前記第１の基板に接する面は発泡性がない粘着面である、請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 前記所定の加工が行われる前の前記第１の基板の第１の面に第１の凹部が形成され、前記両面テープは、前記第１の基板の前記第１の面と貼り合わされ、前記所定の加工では、前記第１の基板を前記第１の面の裏面から減肉して、前記第１の基板に貫通孔を形成する、請求項１または２に記載の基板の製造方法。
4. 前記貫通孔が形成された後、前記保護基板が前記両面テープから離される前に、第２の凹部を備えた第２の基板が、前記第２の凹部が前記裏面と対向する向きで前記第１の基板に貼り合わせられる、請求項３に記載の基板の製造方法。
5. 請求項４に記載の基板の製造方法による液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記第１の基板は一対のシリコン層と当該一対のシリコン層の間に挟まれた酸化シリコン層とからなるＳＯＩ基板を含み、前記貫通孔は液体が吐出する吐出口を備えた吐出流路であり、前記第２の凹部は前記液体が貯留される圧力室である、液体吐出ヘッドの製造方法。

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