JP2005152693A - Method for manufacturing structure body, liquid drop delivery head and liquid drop delivery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス基板を含んでなる構造体の製造技術に関し、特に液滴吐出ヘッドなどの流体デバイスの製造に好適な製造技術に関する。 The present invention relates to a manufacturing technique of a structure including a glass substrate, and more particularly to a manufacturing technique suitable for manufacturing a fluid device such as a droplet discharge head.
近年、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）技術を用いたデバイス開発が盛んに行われており、例えば液滴吐出ヘッド、バイオチップ、マイクロポンプその他各種の流体デバイスの製造に応用されている。これらのデバイスの構造については種々研究されており、例えば、シリコン基板とガラス基板との接合体を用いる構造が採用される。このような流体デバイスでは、何らかの溶液をデバイス内に通すための流路を構成したり、所定の動作を実現するためのアクチュエータ（可動部）やその他の機能部などを構成するために、シリコン基板やガラス基板に溝、孔（窪み）、貫通孔などが形成される。 2. Description of the Related Art In recent years, device development using MEMS (micro electro mechanical systems) technology has been actively performed and applied to the manufacture of various fluid devices such as a droplet discharge head, a biochip, a micropump, and the like. Various studies have been conducted on the structures of these devices. For example, a structure using a bonded body of a silicon substrate and a glass substrate is employed. In such a fluid device, a silicon substrate is used to form a flow path for allowing some solution to pass through the device, or to configure an actuator (movable part) or other functional part for realizing a predetermined operation. In addition, grooves, holes (dents), through holes, etc. are formed in the glass substrate.
ガラス基板等に流路やその他の機能部等を形成するプロセスは比較的にガラス基板等の表面側での加工が中心となり、当該加工はフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を組み合わせて行われる場合が多い。これに対してガラス基板等に貫通孔等を形成するプロセスはガラス基板等の板厚方向への加工となり、当該加工はドリル等の切削工具を用いた機械的加工により行われることが多い。また、最近では、ガラス基板に対する微細加工を行う技術の１つとして、ガラス基板の所望位置に光を照射することにより光照射領域と非照射領域とにエッチング速度の差を生じさせ、光照射領域をエッチング処理により除去する加工技術が知られている。このような技術は、例えば特開平９−３０９７４４号公報（特許文献１）に記載されている。 The process of forming a flow path and other functional parts on a glass substrate or the like mainly involves processing on the surface side of the glass substrate or the like, and the processing is often performed by combining photolithography technology and etching technology. . On the other hand, the process of forming a through-hole or the like in a glass substrate or the like is processing in the thickness direction of the glass substrate or the like, and the processing is often performed by mechanical processing using a cutting tool such as a drill. Recently, as one of the techniques for performing microfabrication on a glass substrate, a difference in etching rate is caused between the light irradiation region and the non-irradiation region by irradiating light on a desired position of the glass substrate. A processing technique for removing the film by etching is known. Such a technique is described in, for example, JP-A-9-309744 (Patent Document 1).
ところで、従来の加工技術では、ガラス基板に対して深い孔または貫通孔と比較的に浅めの溝とを形成する場合、換言すれば互いに深さの異なる凹部を形成する場合に、以下のような不都合があった。例えば、貫通孔等の深い凹部を機械的加工によって行う場合には、加工時間が長くなり、全体の製造時間の短縮や製造コストの削減の妨げとなる。特に、貫通孔等を多数形成したい場合にはこの不都合が顕著となる。また、上述したように浅い凹部と深い凹部とはそれぞれ異なる加工技術を用いることから、これらの凹部を一括形成することは困難であり、この点からも製造時間の短縮や製造コストの削減が難しかった。 By the way, in the conventional processing technique, when forming a deep hole or a through hole and a relatively shallow groove with respect to the glass substrate, in other words, when forming recesses having different depths, the following is performed. There was an inconvenience. For example, when a deep recess such as a through hole is formed by mechanical processing, the processing time becomes long, which hinders the reduction of the entire manufacturing time and the manufacturing cost. In particular, when it is desired to form a large number of through holes or the like, this inconvenience becomes remarkable. In addition, as described above, since the shallow concave portion and the deep concave portion use different processing techniques, it is difficult to form these concave portions at the same time. From this point, it is difficult to shorten the manufacturing time and the manufacturing cost. It was.
また、ガラス基板等の表面側に対する加工をフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を組み合わせて行う場合についても、エッチングマスクにピンホールが生じることによるガラス基板の表面荒れやサイドエッチングによるパターンの乱れが発生するため、溝幅が狭く、かつ比較的に深い溝を形成することは難しかった。 Also, when processing on the surface side of a glass substrate or the like is performed by combining photolithography technology and etching technology, the surface roughness of the glass substrate due to the generation of pinholes in the etching mask and pattern disturbance due to side etching occur. It was difficult to form a relatively deep groove with a narrow groove width.
上述した特許文献１では、このような具体的な課題に対して対応可能な程度に詳細な技術内容は開示されておらず、従ってかかる課題を解決する技術が望まれている。
そこで、本発明は、ガラス基板に対して互いに深さの異なる凹部を形成する際の製造時間を短縮し、製造コストの低減を図ることを可能とする技術を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the technique which shortens the manufacturing time at the time of forming the recessed part from which a depth mutually differs with respect to a glass substrate, and can aim at reduction of manufacturing cost.
第１の態様の本発明は、ガラス基板に深さの異なる複数の凹部を形成してなる構造体の製造方法であって、ガラス基板の第１の凹部を形成すべき領域の表面近傍にレーザ光を照射して当該レーザ光の焦点をガラス基板の面方向に走査することにより、ガラス基板の表面近傍に第１の変質領域を形成する第１工程と、ガラス基板の一方面及び／又は他方面に、第１の凹部よりも深い第２の凹部を形成すべき領域にレーザ光を照射して当該レーザ光の焦点をガラス基板の厚さ方向に走査することにより、ガラス基板の厚さ方向に延在する第２の変質領域を形成する第２工程と、ガラス基板に対してエッチングを行い、第１の変質領域に沿った部位を除去して第１の凹部を形成するとともに、第２の変質領域に沿った部位を除去して第２の凹部を形成する第３工程と、を含む。 The first aspect of the present invention is a method of manufacturing a structure in which a plurality of recesses having different depths are formed on a glass substrate, and a laser is formed near the surface of the region where the first recesses of the glass substrate are to be formed. A first step of forming a first altered region near the surface of the glass substrate by irradiating light and scanning the focal point of the laser beam in the surface direction of the glass substrate; By irradiating a laser beam to a region where a second recess deeper than the first recess is to be formed and scanning the focal point of the laser beam in the thickness direction of the glass substrate, A second step of forming a second deteriorated region extending to the substrate, etching the glass substrate, removing a portion along the first deteriorated region to form a first recess, and a second step The second recess is formed by removing the part along the altered region of And a third step of, the.
かかる製造方法によれば、比較的に浅い第１の凹部に対応してガラス基板の表面近傍に第１の変質領域が形成され、深い第２の凹部に対応してガラス基板の厚さ方向に第２の変質領域が形成される。すなわち、凹部として望む深さに応じてガラス基板の表面からの深さを変えて変質領域を形成することにより、各部位のエッチング速度に差を生じさせている。これにより、エッチング処理を一括して行い、深さの異なる第１の凹部と第２の凹部とを一挙に形成することが可能となる。この利点は、第１の凹部及び／又は第２の凹部を多数形成する場合にも同様に得られる。したがって、ガラス基板に対して互いに深さの異なる凹部を形成する際の製造時間を短縮し、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、変質領域の有無によってガラスに対するエッチング速度に大きな差を生じさせ、エッチングを優先的に進めたい方向とそれ以外の方向とに異方性を持たせることができるので、溝幅が狭く、かつ深い溝、或いは孔径が狭く、かつ深い孔を容易に形成することが可能となる。 According to such a manufacturing method, the first altered region is formed in the vicinity of the surface of the glass substrate corresponding to the relatively shallow first recess, and in the thickness direction of the glass substrate corresponding to the deep second recess. A second altered region is formed. That is, by changing the depth from the surface of the glass substrate according to the desired depth as the recess, the altered region is formed, thereby causing a difference in the etching rate of each part. Accordingly, it is possible to collectively perform the etching process and form the first concave portion and the second concave portion having different depths at once. This advantage is similarly obtained when a large number of first and / or second recesses are formed. Therefore, it is possible to shorten the manufacturing time when forming concave portions having different depths from each other on the glass substrate, and to reduce the manufacturing cost. In addition, a large difference is caused in the etching rate with respect to the glass depending on the presence or absence of the altered region, and anisotropy can be imparted between the direction in which etching is preferentially advanced and the other direction, so that the groove width is narrow, and It is possible to easily form a deep groove or a narrow hole and a deep hole.
ここで本明細書において、「ガラス基板」とは、ソーダガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等種々のガラスからなる基板を含む。また「凹部」とは、周囲よりも窪んだ形状を有するものであればよく、溝、孔及び貫通孔を含む。また「変質領域」とは、密度、屈折率、機械的強度その他の物理的特性が周囲とは異なっており、変質領域以外の領域に比べてエッチングがされやすい状態（エッチング速度が速い状態）となった領域をいい、微小なクラックが生じるものも含まれる。 Here, in this specification, the “glass substrate” includes substrates made of various glasses such as soda glass, quartz glass, borosilicate glass and the like. In addition, the “recessed portion” may have any shape that is recessed from the surroundings, and includes grooves, holes, and through holes. In addition, the “modified region” means that the density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from those of the surroundings, and it is easier to etch than the region other than the modified region (the state where the etching rate is high). This includes areas that have become small and cause microcracks.
好ましくは、上述した第２の凹部は貫通孔或いはこれに類する深い孔である。ここで「深い孔」とは、例えば第１の凹部よりもその深さが数倍に形成された孔をいう。 Preferably, the second recess described above is a through hole or a deep hole similar thereto. Here, the “deep hole” refers to a hole formed several times as deep as the first recess, for example.
従来技術では、ガラス基板に対して浅い溝と貫通孔等のように基板表面からの深さの比が大きい凹部を一括に形成するのは難しかったが、本発明によりこれが容易となる。 In the prior art, it was difficult to collectively form recesses having a large depth ratio from the substrate surface, such as shallow grooves and through-holes, with respect to the glass substrate, but this is facilitated by the present invention.
上述した第１工程において照射するレーザ光は、パルスレーザ光であることが好ましい。 The laser beam irradiated in the first step described above is preferably a pulsed laser beam.
パルスレーザ光を用いることにより、ガラス基板の変質領域を形成すべき領域以外の部位への不要なエネルギー付与を最小限に抑えることが可能となる。 By using pulsed laser light, it is possible to minimize unnecessary energy application to a portion other than the region where the altered region of the glass substrate is to be formed.
更に好ましくは、上述したパルスレーザ光として、そのパルス幅がフェムト秒オーダ（例えば、数十〜数百フェムト秒）であるフェムト秒レーザ光を用いる。 More preferably, femtosecond laser light having a pulse width on the order of femtoseconds (for example, several tens to several hundreds femtoseconds) is used as the above-described pulse laser light.
フェムト秒レーザ光を用いることにより、変質領域を局所的に形成可能となり、第１の凹部のより一層の微細化が可能となる。 By using the femtosecond laser beam, the altered region can be locally formed, and the first recess can be further miniaturized.
上述した第１の態様の本発明において、ガラス基板に第１の変質領域を形成する工程（第１工程）と、ガラス基板に第２の変質領域を形成する工程（第２工程）とは順番を入れ替えることが可能である。この場合においても、第１の態様の本発明と同様の技術的効果が得られる。第１の変質領域を形成する工程と第２の変質領域を形成する工程とを、他の製造上の都合等に応じて所望の順番に入れ替えることが可能となり、製造プロセスのバリエーションを広げることができる。 In the present invention of the first aspect described above, the step of forming the first altered region on the glass substrate (first step) and the step of forming the second altered region on the glass substrate (second step) are in order. Can be replaced. Even in this case, the same technical effect as that of the first aspect of the present invention can be obtained. The step of forming the first altered region and the step of forming the second altered region can be interchanged in a desired order according to other manufacturing conveniences, thereby widening variations in the manufacturing process. it can.
第２の態様の本発明は、上記した製造方法によって製造される構造体を用いたデバイスである。ここで「デバイス」には、液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロ流体チップ（電気泳動チップ、マイクロリアクター等）、バイオセンサ、電気浸透流ポンプなどが含まれる。 The present invention of the second aspect is a device using the structure manufactured by the above-described manufacturing method. Here, the “device” includes a droplet discharge head (inkjet head), a microfluidic chip (electrophoresis chip, microreactor, etc.), a biosensor, an electroosmotic flow pump, and the like.
第３の態様の本発明は、上述した第３の態様の本発明にかかるデバイスとしての液滴吐出ヘッドを含んで構成される液滴吐出装置（インクジェット装置）である。 The third aspect of the present invention is a liquid droplet ejection apparatus (inkjet apparatus) including the liquid droplet ejection head as the device according to the third aspect of the present invention.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、液滴吐出ヘッドの構成要素として用いられる構造体を例としてその製造方法について説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a manufacturing method thereof will be described by taking a structure used as a component of a droplet discharge head as an example.
図１は、一実施形態の構造体の製造方法について説明する図（工程図）である。図１では、ガラス基板に対して、第１の凹部としての溝とこの第１の凹部よりも深い第２の凹部としての貫通孔を形成する場合の工程が説明されている。
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０の一方面側から表面近傍にレーザ光１２を照射して当該レーザ光１２の焦点をガラス基板１０の面方向に走査することにより、ガラス基板１０の表面近傍に第１の変質領域１４（図中、点線で表示）を形成する。このレーザ光１２の照射は、ガラス基板１０において溝（第１の凹部）を形成したい位置に対応して行われる。本工程では、形成したい溝が複数ある場合には複数の第１の変質領域１４が形成される。これにより、複数の溝を一挙に形成可能となる。また、ガラス基板１０の両面に溝を形成したい場合には、ガラス基板１０の両面に第１の変質領域１４を形成すればよい。
First, as shown in FIG. 1A, the
また、図１（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０の一方面側（または他方面側）からレーザ光１２を照射して当該レーザ光１２の焦点をガラス基板１０の厚さ方向に走査することにより、ガラス基板１０の厚さ方向に延在する第２の変質領域１６（図中、点線で表示）を形成する。このレーザ光１２の照射は、ガラス基板１０において貫通孔（第２の凹部）を形成したい位置に対応して行われる。本例では、ガラス基板１０の一方面から他方面に渡って第２の変質領域１６を形成している。なお、図示の例ではレーザ光の照射を一箇所だけ示しているが、本工程においては複数箇所をレーザ光により照射可能である。これにより、複数の貫通孔を一挙に形成可能となる。
As shown in FIG. 1B, the
ここで、ガラス基板１０としては、ソーダガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等種々のガラスからなる基板を採用可能である。ガラス基板１０としてナトリウム、リチウムなどのアルカリイオンを含有するもの、例えばケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、リン酸ガラスなどからなるガラス基板を用いた場合には、後にこのガラス基板１０を半導体基板や金属基板等と接合したい場合に陽極接合法を用いることが可能となり都合がよい。
Here, as the
また「変質領域」とは、例えば密度、屈折率、機械的強度その他の物理的特性が周囲とは異なる状態となった領域をいい、微小なクラックが生じるものも含まれる。このような変質領域１４又は１６をガラス基板１０に形成し得る限り、レーザ光１２としては種々のものを採用し得る。更には、レーザ光以外にも電子ビーム照射やその他、ガラス基板１０の所望位置に局所的にエネルギーを与えることが可能であれば如何なる手段も採用し得る。本実施形態では、上記レーザ光１２の好適な一例として、パルスレーザ光であってそのパルス幅がフェムト秒オーダ（例えば、数十〜数百フェムト秒）であるフェムト秒レーザ光を用いる。例えば、波長８００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓ（フェムト秒）、繰り返し周波数１ｋＨｚのフェムト秒レーザ光が用いられる。
The “altered region” refers to a region where the density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from the surroundings, and includes those in which minute cracks are generated. As long as the altered
フェムト秒レーザ光を照射した場合に、その集光点近傍ではエネルギー密度が極めて高くなり、瞬時に大きなエネルギーを局所的に注入することができる。フェムト秒レーザ光の照射された部分では、当該レーザ光とガラス基板１０を構成する物質との様々な非線形相互作用（例えば、多光子吸収や多光子イオン化等）により種々の微視的構造変化が誘起される。誘起される構造変化はレーザ光の強度によって異なり、（ａ）活性イオン（希土類、遷移金属等）の酸化還元による着色、（ｂ）欠陥の生成と高密度化による屈折率変化、（ｃ）溶融とレーザ衝撃波によるボイド形成、（ｄ）オプティカルブレークダウンによる微小なクラック（マイクロクラック）の形成、などが含まれる。多くの場合、誘起される構造変化は複合的なものであり一定の空間分布をもつ。これらの構造変化のうち、本実施形態では特に上記（ｄ）に述べたマイクロクラックを主として利用する。このマイクロクラックは、集光点近傍に応力歪みが生じる現象（ブレークダウン）によって誘起される。フェムト秒レーザ光を用いた場合には、パルス幅が電子とフォノンのカップリング時間（１０-12秒オーダ）よりも短いため、レーザ光のエネルギーが材料の熱拡散速度に比べて十分に早く照射部分に集中して注入され、プラズマが発生する。このプラズマが拡散するときに生じる衝撃波によりクラックが誘起される。したがって、レーザ光１２の照射条件（強度、パルス幅、モード、波長等）はガラス基板１０に主としてマイクロクラックが生じるように、ガラス基板１０の素材やその他の条件に合わせて適宜設定される。これにより、極めて微細な領域にのみ変質領域１４又は１６を形成可能となり、微細加工を達成することが可能となる。
When femtosecond laser light is irradiated, the energy density is extremely high in the vicinity of the condensing point, and large energy can be injected locally instantaneously. In the portion irradiated with the femtosecond laser beam, various microscopic structural changes are caused by various nonlinear interactions (for example, multiphoton absorption, multiphoton ionization, etc.) between the laser beam and the substance constituting the
ガラス基板１０に対して第１の変質領域１４及び第２の変質領域１６が形成されると、次に、図１（Ｃ）に示すようにガラス基板１０に対してエッチングを行い、第１の変質領域１４に沿った部位を除去して溝１８を形成するとともに、第２の変質領域１６に沿った部位を除去して貫通孔２０を形成する。これにより、図１（Ｄ）に示すように本実施形態にかかる構造体が完成する。本例の実施形態では、貫通孔２０の形成にかかるエッチングがガラス基板１０の両面から進行するので、より短いエッチング時間で貫通孔２０を形成することが可能となる。また貫通孔２０にかかるエッチング時間が短くて済む分、溝１８についてもより溝幅の狭いものを形成することが可能になる。また、貫通孔２０の形状については略Ｘ字状のものが得られる。
When the first altered
ここで、本工程におけるエッチングとしては、フッ酸溶液を用いたウェットエッチングや、フッ素化合物ガスを用いたドライエッチングを採用することが可能である。ガラス基板１０の第１及び第２の変質領域の部分ではそれ以外の部分に比べてエッチング速度が速くなり、当該変質領域に沿った領域が優先的に除去されるようになる。また、上述したように第１及び第２の変質領域を主としてマイクロクラックにより構成することで、本工程において、エッチング溶液又はエッチングガスがガラス基板１０の板厚方向に沿って浸透しやすくなる。これにより、高いエッチング選択比を実現し、溝幅のより狭い溝１８や、孔径のより狭い貫通孔２０を得ることが可能となる。
Here, as the etching in this step, wet etching using a hydrofluoric acid solution or dry etching using a fluorine compound gas can be employed. The first and second altered regions of the
図２は、本実施形態の製造方法を用いて製造される構造体を含む液滴吐出ヘッドの一例の構造を説明する図である。図２（Ａ）は液滴吐出ヘッド１００の平面図、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は部分断面図をそれぞれ示している。図２に示す液滴吐出ヘッド１００は、静電アクチュエータを用いて所望の液体を微少量に制御して吐出するためのデバイスであり、上述した製造方法を適用して、吐出対象液体を供給するための流路が形成されている。図２（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０の表面側に当該面と略平行な方向へ液体を通すための流路としての複数の溝１８が形成されている。これらの溝１８の寸法は、レーザ光の照射条件やエッチング時間等の条件にもよるが、例えば溝幅１００μｍ、溝の相互間が４０μｍ、深さが３００μｍ程度が得られる。また、図２（Ｃ）に示すように、溝１８に対してガラス基板１０の他方面側から液体を通すための流路としての貫通孔２０が形成されている。この貫通孔２０の寸法についても、レーザ光の照射条件やエッチング時間等の条件にもよるが、例えば孔径１００μｍ、深さ（ガラス基板１０の厚み）が１ｍｍ程度が得られる。
FIG. 2 is a view for explaining the structure of an example of a droplet discharge head including a structure manufactured by using the manufacturing method of the present embodiment. 2A is a plan view of the
図３は、上述した液滴吐出ヘッドを用いて構成される液滴吐出装置の一例を説明する図（斜視図）である。図３に示す液滴吐出装置２００は、テーブル２０１、Ｙ方向駆動軸２０２、液滴吐出ユニット２０３、Ｘ方向駆動軸２０４、駆動部２０５、制御用コンピュータ２０６を含んで構成されている。この液滴吐出装置は、例えば、バイオテクノロジー関連の検査、実験等に用いられるマイクロアレイ（バイオチップ）を製造するために用いられるものである。
FIG. 3 is a diagram (perspective view) for explaining an example of a droplet discharge apparatus configured using the above-described droplet discharge head. A
テーブル２０１は、マイクロアレイを構成する基板を載置するためのものである。このテーブル２０１は、複数の基板を載置可能となっており、例えば真空吸着によって各基板を固定可能に構成されている。 The table 201 is for placing a substrate constituting the microarray. The table 201 can mount a plurality of substrates, and is configured to be able to fix each substrate, for example, by vacuum suction.
Ｙ方向駆動軸２０２は、テーブル２０１を図示のＹ方向に沿って自在に移動させるためのものである。このＹ方向駆動軸２０２は、駆動部２０５に含まれる駆動モータ（図示せず）と接続されており、当該駆動モータによる駆動力を得てテーブル２０１を移動させる。Ｘ方向駆動軸２０４は、液滴吐出ユニット２０３を図示のＸ方向に沿って自在に移動させるためのものである。このＸ方向駆動軸２０４は、駆動部２０５に含まれる駆動モータ（図示せず）と接続されており、当該駆動モータによる駆動力を得て液滴吐出ユニット２０３を移動させる。
The Y-
液滴吐出ユニット２０３は、制御用コンピュータ２０６から供給される駆動信号に基づいて、生体分子溶液を基板に向けて吐出するものであり、溶液を吐出するノズル面がテーブル２０１に向かうように、Ｘ方向駆動軸２０４に組み付けられている。この液滴吐出ユニット２０３は、溶液を吐出するヘッドとして上述した静電駆動方式により駆動される液滴吐出ヘッド１００を用いている。静電駆動方式のインクジェットヘッドは、比較的に構造が簡単で、溶液の吐出量が安定しており、熱を用いないので溶液中の生体分子の変質を回避し、活性を維持することが可能となる。また、装置の小型化、低消費電力化を実現することができる。
The
駆動部２０５は、Ｙ方向駆動軸２０２、Ｘ方向駆動軸２０４をそれぞれを駆動するモータやその他の駆動機構を含んで構成される。これらのモータ等が制御用コンピュータ２０６から供給される駆動信号に基づいて動作することにより、基板が載置されたテーブル２０１と液滴吐出ユニット２０３との相対位置が制御される。制御用コンピュータ２０６は、駆動部２０５の筐体内に設置されており、液滴吐出ユニット２０３の動作（溶液の吐出タイミング、吐出回数等）を制御する。
The
このように、本実施形態の製造方法によれば、比較的に浅い第１の凹部としての溝１８に対応してガラス基板の表面近傍に第１の変質領域が形成され、深い第２の凹部としての貫通孔２０に対応してガラス基板の厚さ方向に第２の変質領域１６が形成される。すなわち、凹部として望む深さに応じてガラス基板１０の表面からの深さを変えて各変質領域を形成することにより、各部位のエッチング速度に差を生じさせている。これにより、エッチング処理を一括して行い、深さの異なる溝１８と貫通孔２０とを一挙に形成することが可能となる。この利点は、溝（第１の凹部）及び／又は貫通孔（第２の凹部）を多数形成する場合に特に顕著となる。したがって、ガラス基板に対して互いに深さの異なる凹部を形成する際の製造時間を短縮し、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、変質領域の有無によってガラスに対するエッチング速度に大きな差を生じさせ、エッチングを優先的に進めたい方向とそれ以外の方向とに異方性を持たせることができるので、溝幅が狭く、かつ深い溝、或いは孔径が狭く、かつ深い孔を容易に形成することが可能となる。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the first altered region is formed in the vicinity of the surface of the glass substrate corresponding to the
次に、他の実施形態について説明する。なお、以下では上述した実施形態と共通する内容については適宜省略して説明を行う。 Next, another embodiment will be described. In the following description, contents common to the above-described embodiment will be omitted as appropriate.
図４は、他の実施形態の製造方法について説明する図（工程図）である。図４では、第２の凹部としての貫通孔の形状をテーパ状にする場合の例が示されている。 FIG. 4 is a diagram (process diagram) for explaining a manufacturing method according to another embodiment. In FIG. 4, the example in the case of making the shape of the through-hole as a 2nd recessed part into a taper shape is shown.
まず、上述した実施形態と同様にして（図１（Ａ）、図１（Ｂ）参照）、ガラス基板１０に第１の変質領域１４及び第２の変質領域１６をそれぞれ形成する。
First, similarly to the above-described embodiment (see FIGS. 1A and 1B), the first altered
次に、図４（Ａ）に示すように、ガラス基板１０の他方面上に当該面からのエッチングの進行を抑制するエッチングマスクとして機能する保護膜２２を形成する。当該保護膜は、例えばポリイミド等の感光性樹脂膜によって構成される。
Next, as shown in FIG. 4A, a
次に、図４（Ｂ）に示すようにガラス基板１０に対してエッチングを行い、各変質領域に沿った部位を除去する。このとき、第２の変質領域１６に沿った部位に対するエッチングは、図４（Ｂ）に示すようにガラス基板１０の一方面側からのみ進行するので当該部位は略Ｖ字状に除去される。エッチングを更に進めることにより、図４（Ｃ）に示すようにテーパ状（略Ｖ字状）の貫通孔２０ａが得られる。また、第１の変質領域に対応する部位には溝１８が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, the
このように本例の実施形態では、貫通孔２０ａの形成にかかるエッチングをガラス基板１０の片面から進行させることにより、上述した実施形態における略Ｘ字状とは異なるテーパ状の貫通孔が得られる。したがって、貫通孔の形状の選択肢を増やし、各種の用途等に応じて貫通孔の形状を使い分けることが可能となる。
As described above, in the embodiment of the present example, the etching for forming the through hole 20a proceeds from one surface of the
図５は、他の実施形態の製造方法について説明する図（工程図）である。図５では、ガラス基板に対して、第２の凹部として周囲よりも窪んでいるが貫通していない孔を形成する場合の製造工程が示されている。 Drawing 5 is a figure (process drawing) explaining the manufacturing method of other embodiments. In FIG. 5, the manufacturing process in the case of forming the hole which is depressed rather than the periphery as a 2nd recessed part but is not penetrated with respect to a glass substrate is shown.
まず、上述した実施形態と同様にして（図１（Ａ）、図１（Ｂ）参照）、ガラス基板１０に第１及び第２の変質領域をそれぞれ形成する。このとき、上述した実施形態のようにガラス基板１０の一方面から他方面に渡って第２の変質領域１６を形成せずに、図５（Ａ）に示すように、ガラス基板１０の他方面側からある程度の深さの範囲に変質領域１６ａが形成されるようにレーザ光１２の集光位置の走査を行う。
First, similarly to the above-described embodiment (see FIGS. 1A and 1B), first and second altered regions are formed on the
次に、ガラス基板１０に対してエッチングを行い各変質領域に沿った部位を除去する。このとき、第２の変質領域１６ａに沿った部位は図５（Ｂ）に示すように略Ｖ字状に除去されていく。適当なタイミングでエッチングをやめることにより、図５（Ｂ）に示すような略Ｖ字状の孔２０ｂが得られる。また、エッチングを継続したときには、第２の変質領域１６ａに沿った部位の除去が終わった後にエッチングが等方的に進行するため、底側の形状が半球状となった孔２０ｃが得らえる。
Next, the
このように本例の実施形態では、エッチング時間の長短や変質領域の深さ（範囲）を加減することにより、貫通孔以外の孔や溝も形成可能であり、更にこれらの孔等の底形状にも変化をつけることが可能となる。 Thus, in the embodiment of the present example, by adjusting the length of the etching time and the depth (range) of the altered region, holes and grooves other than the through holes can be formed, and the bottom shape of these holes and the like can be formed. Can also be changed.
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態において、ガラス基板に変質領域を形成する工程（図１（Ａ）等参照）と、ガラス基板上にエッチングマスクを形成する工程（図１（Ｂ）等参照）とは順番を入れ替えることも可能である。このように、製造上の都合等に応じて各工程を所望の順番に入れ替えることが可能である。いずれの場合にも本発明にかかる効果を得ることが可能であり、製造プロセスのバリエーションを広げることができる。また、複数のレーザ照射手段を用いる等によりレーザ光１２のガラス基板１０の面方向への走査と厚さ方向への走査とを同時に行えるようにし、上記した各工程を並行して（同時に）行ってもよい。
In addition, this invention is not limited to the content of embodiment mentioned above, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, the step of forming the altered region on the glass substrate (see FIG. 1A and the like) and the step of forming an etching mask on the glass substrate (see FIG. 1B and the like) are in order. Can also be replaced. Thus, it is possible to change each process in a desired order according to the manufacturing convenience. In either case, the effects according to the present invention can be obtained, and variations in the manufacturing process can be expanded. In addition, scanning of the
また、上述した実施形態では、本発明にかかる構造体を用いたデバイスの一例として液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を採り上げて説明していたが、これ以外にもマイクロ流体チップ（電気泳動チップ、マイクロリアクター等）、バイオセンサ、電気浸透流ポンプなど種々のデバイスの製造に本発明を適用可能である。 In the above-described embodiment, a liquid droplet ejection head (inkjet head) has been described as an example of a device using the structure according to the present invention. In addition, a microfluidic chip (electrophoresis chip, The present invention can be applied to the production of various devices such as microreactors and the like, biosensors, electroosmotic flow pumps and the like.
１０…ガラス基板、 １２…レーザ光、 １４…第１の変質領域、 １６…第２の変質領域、 １８…溝（第１の凹部）、 ２０…貫通孔（第２の凹部）、 １００…液滴吐出ヘッド
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ガラス基板の第１の凹部を形成すべき領域の表面近傍にレーザ光を照射して当該レーザ光の焦点を前記ガラス基板の面方向に走査することにより、前記ガラス基板の表面近傍に第１の変質領域を形成する第１工程と、
前記ガラス基板の一方面及び／又は他方面に、前記第１の凹部よりも深い第２の凹部を形成すべき領域にレーザ光を照射して当該レーザ光の焦点を前記ガラス基板の厚さ方向に走査することにより、前記ガラス基板の厚さ方向に延在する第２の変質領域を形成する第２工程と、
前記ガラス基板に対してエッチングを行い、前記第１の変質領域に沿った部位を除去して前記第１の凹部を形成するとともに、前記第２の変質領域に沿った部位を除去して前記第２の凹部を形成する第３工程と、
を含む、構造体の製造方法。 A manufacturing method of a structure formed by forming a plurality of recesses having different depths on a glass substrate,
By irradiating the vicinity of the surface of the region where the first concave portion of the glass substrate is formed with laser light and scanning the focal point of the laser light in the surface direction of the glass substrate, the first vicinity of the surface of the glass substrate is obtained. A first step of forming an altered region;
A region where a second recess deeper than the first recess is to be formed on one surface and / or the other surface of the glass substrate is irradiated with laser light to focus the laser light in the thickness direction of the glass substrate. A second step of forming a second altered region extending in the thickness direction of the glass substrate by scanning
Etching is performed on the glass substrate to remove the portion along the first altered region to form the first recess, and remove the portion along the second altered region to remove the first altered region. A third step of forming two recesses;
A method for manufacturing a structure including:
A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 5.
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