(57)【要約】【課題】  段状の液体流路を有する液体吐出記録ヘッドの製造において型材の材料選定を容易化させ、製造コストを抑えることが可能な液体吐出記録ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  ヒータ２が形成された素子基板１の上面に、インク流路の型材として流路樹脂層１１を単一の層で形成する。次いで、流路樹脂層１１上にマスク部材１２を形成してパターニングする。次いで、マスク部材１２をマスクとして、流路樹脂層１１を上面側からドライエッチングして部分的に薄膜化する。その後、素子基板１の上面を部分的に露出させるために流路樹脂層１１をパターニングし、その流路樹脂層１１を覆うようにノズル部材となる流路形成部材１５を形成し、流路樹脂層１１を溶解除去して記録ヘッドのインク流路を形成する。【選択図】  図２
2006027054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するための吐出口と、該吐出口から液体を吐出するための液体吐出エネルギー発生素子と、該吐出口に連通するとともに内部に前記液体吐出エネルギー発生素子を備える液流路と、を備える液体吐出記録ヘッドの製造方法において、
前記液体吐出エネルギー発生素子を備える基板上に、前記液流路を形成するための型材となる溶解可能な樹脂を塗布することで固体層を形成する工程と、
該固体層をドライエッチングすることで部分的に薄膜化する工程と、
該部分的に薄膜化された固体層をフォトリソグラフィーすることで前記液流路を形成する型材を形成する工程と、
該型材を被覆するように前記液流路となるインク流路形成部材となる被覆樹脂層を形成する工程と、
該被覆樹脂の、前記型材の薄膜化されていない領域と接する部分に前記インク吐出口を設ける工程と、
前記型材を除去する工程と、を有することを特徴とする液体吐出記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ドライエッチングは異方性ドライエッチングである、請求項１に記載の液体吐出記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記ドライエッチングは等方性ドライエッチングである、請求項１に記載の液体吐出記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載された製造方法により製造される液体吐出記録ヘッドであって、
前記吐出口は前記液体吐出エネルギー発生素子と対向するとともに、該液体吐出エネルギー発生素子から前記吐出口までの液流路が、前記基板からの高さ方向に形状が変化していることを特徴とする液体吐出記録ヘッド。
【請求項５】
液体吐出エネルギー発生素子から前記吐出口までの液流路の、前記吐出口との連通部分は、該連通部分から基板側に断面形状が徐々に大きくなる局面形状をなすことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を吐出させて被記録媒体に記録を行う液体吐出記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、特許文献１に示された従来の記録ヘッドの構成を示す図である。
【０００３】
図６の記録ヘッド１５０は、上面にヒータ１０２が形成された素子基板１０１と、吐出口１０７が形成されると共に素子基板１０１上に配置された流路形成部材１０５とを有している。素子基板１０１の上面にはインク供給口１１０が開口している。また、素子基板１０１と流路形成部材１０５との間には、インク供給口１１０から供給されるインクを吐出口１０７まで移送するためのインク流路１０６が形成されている。
【０００４】
この記録ヘッド１５０の特徴部は、インク流路１０６が、それぞれ高さの異なる低位部１０６ａと高位部１０６ｂとから構成されていることである。低位部１０６ａは、吐出口１０７よりややインク供給口１１０側に形成されており、流路形成部材１０５の内壁面の一部である突起部１３３が素子基板１０１側に向かって突起することによって構成されている。一方の高位部１０６ａは、その高さ寸法が低位部１０６よりも大きく形成されている。
【０００５】
このように構成された従来の記録ヘッド１５０によれば、上記の通りインク流路１０６が段差を有する形状となっており、駆動時には、インクを吐出するためにインク流路１０６内で成長する気泡が突起部１３３に当接するため、気泡の圧力損失が抑制される。したがって、気泡が良好に成長し、インクに十分な圧力を与えることが可能となり、結果的にインクが良好に吐出されるという効果を奏するものである。
【０００６】
次に、図７を参照して、このような形状のインク流路１０６を形成するための方法を簡単に説明する。
【０００７】
まず、図７（ａ）に示すように、ヒータ１０２が形成された素子基板１０１上に、溶解可能な樹脂材料からなる第１の樹脂層１４２をスピンコート法などにより平坦に形成してパターニングする。第１の樹脂層１４２は、インク流路１０６のうちの低位部１０６ｂの高さに対応する厚さに形成される。
【０００８】
次いで、図７（ｂ）に示すように、第１の樹脂層１４２上に、同じく溶解可能な樹脂材材料からなる第２の樹脂層１４１をスピンコート法などにより平坦に形成してパターニングする。
【０００９】
なお、いずれの樹脂層１４１、１４２においてもその材質は感光性材料が用いられ、また、パターニングは、フォトリソグラフィー技術を利用して実施される。
【００１０】
そして、このように樹脂層１４１、１４２を積層したのち、両方の樹脂層１４１、１４２を覆うようにして流路形成部材１０５を形成する。以降の工程は図示しないが、その後、素子基板１０１にインク供給口１１０を開口させ、インク供給口１１０から樹脂層１４１、１４２を溶出させることにより、インク流路１０６（図６参照）が形成される。
【特許文献１】特開２００３‐２５５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のような従来の製造方法では、第１の樹脂層の材料と第２の樹脂層の材料とを異なる材料とする必要があり、しかもその材料の選定には多くの制限があった。例えば、両樹脂層の材料同士の相性や、それぞれの感光特性、現像性や現像液との相性、さらには流路形成部材１０５との相性などを考慮して材料を選定または開発しなければならなかった。
【００１２】
このような課題に対して、樹脂層を２層に積層することなく、単層の樹脂層を利用して段差を有する形状を形成することができれば、材料選定が容易となり、また、材料開発の必要性もなくなる。
【００１３】
そこで本発明の目的は、段状の液体流路を有する記録ヘッドの製造において型材の材料選定を容易化させ、製造コストを抑えることが可能な液体吐出記録ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出記録ヘッドの製造方法は、液体を吐出するための吐出口と、該吐出口から液体を吐出するための液体吐出エネルギー発生素子と、該吐出口に連通するとともに内部に前記液体吐出エネルギー発生素子を備える液流路と、を備える液体吐出記録ヘッドの製造方法において、
前記液体吐出エネルギー発生素子を備える基板上に、前記液流路を形成するための型材となる溶解可能な樹脂を塗布することで固体層を形成する工程と、該固体層をドライエッチングすることで部分的に薄膜化する工程と、
該部分的に薄膜化された固体層をフォトリソグラフィーすることで前記液流路を形成する型材を形成する工程と、
該型材を被覆するように前記液流路となるインク流路形成部材となる被覆樹脂層を形成する工程と、
該被覆樹脂の、前記型材の薄膜化されていない領域と接する部分に前記インク吐出口を設ける工程と、
前記型材を除去する工程と、を有するものである。
【００１５】
本発明の製造方法は、段差を有する形状の液体流路を形成する際に、従来の製造方法のように液体流路の型材を２層に積層するのではなく、型材を単一の層で形成した後、その型材を部分的に薄膜化することで段差を有する形状とするものである。したがって、積層する型材同士の相性などを考慮する必要がなく、型材に用いる材料選定が容易となる。
【００１６】
また、型材を部分的に薄膜化する工程において、ドライエッチングの様々な手法を応用することで、型材のうち薄膜化されずに残される部位の形状を制御することが可能である。例えば、異方性のドライエッチングを用い、素子基板に対して垂直な方向にエッチングを行えば、上記残される部位の断面形状は、その周壁面が素子基板に対して垂直なものとなる。また、等方性エッチングを用いれば、型材はサイドエッチングの形態でエッチングされ、残される部位の形状は、吐出口が形成される方向に向かって徐々に先細りする形状となる。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明の液体吐出記録ヘッドの製造方法によれば、従来、材質の異なる２層の型材を積層して液体流路形成用の型材の形状を段状としていたものを、単一の層で型材を形成した後にドライエッチングにて部分的に薄膜化することで段状とするようにしたことにより、積層する型材同士の相性などを考慮する必要がなくなり、材料選定が容易になる。このように材料選定が容易になることは、例えば材料開発の必要がなくなることや、特別な材料を使用する必要がなくなることを意味し、結果的に製造コストを抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の製造方法で製造される記録ヘッドの構成を示す断面図である。図２、図３は、本発明の第１の実施形態の製造方法を説明するための工程図である。
【００２０】
図１に示すように、記録ヘッド５０は、図６に示した従来の記録ヘッド１５０とほぼ同様の構成となっており、すなわち、エネルギー発生素子としてヒータ２が形成された素子基板１と、吐出口７が形成された流路形成部材５とを有している。素子基板１には、共通液室８が基板を貫通した状態に形成されており、共通液室８は素子基板１の上面にインク供給口１０として開口している。
【００２１】
インク流路６は、素子基板１と流路形成部材５との間に形成されており、従来の構成と同様、低位部６ａと高位部６ｂとで構成される段差を有する形状となっている。高位部６ｂは、素子基板１の上面からの高さ寸法が相対的に大きく形成された構造部であり、本実施形態では吐出口７に対応する領域のみに形成されている。低位部６ａは、インク流路６のうち、高位部６ｂを除く部分を占める構造部であり、素子基板１の上面からの高さ寸法が相対的に小さく形成されている。低位部６ａにおいては、流路形成部材５の内壁面の一部である突起部３３が、素子基板１側に向かって突出するように形成されている。言い換えれば、流路形成部材５は、低位部６ａに対応する部位が肉厚となるように形成されている。
【００２２】
このように構成された記録ヘッド５０は、前述した特許文献１の中にも記載されている通り、インク流路６が段差を有する形状となっているため、インクを良好に吐出できるという効果を奏するものである。
【００２３】
なお、図１に示すインク流路６の形状は、本発明の製造方法を説明するために示した一例に過ぎず、これに限定されるものではなく種々変更可能である。例えば、インク供給口１０が開口している領域にわたって高位部６ｂを形成してもよい。このようなインク流路６の形状の変更は、後述する製造工程においてマスク部材１２（例えば図２（ｅ）参照）のパターニング形状を変更するだけで容易に実施可能である。
【００２４】
次に、図２、図３を参照しながら第１の実施形態の製造方法について説明する。なお、各工程におけるプロセスや、使用する部材の材質などの詳細については実施例として後述するものとする。本製造方法の主たる特徴は、インク流路を形成するための樹脂層を単層で形成し、それを部分的にエッチングすることで段差を有する形状とすることである。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる素子基板１を用意して、素子基板１の上面に複数のヒータ２を形成する。
【００２６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ヒータ２を覆うようにして素子基板１の上面全体に、インク流路６（図１参照）の型材となる流路樹脂層１１を形成する。流路樹脂層１１は、例えばスピンコート法を用いて、インク流路６（図１参照）のうちの高位部６ｂの高さに対応する厚さに形成する。また、その材質には、溶解可能な樹脂材料であって、光崩壊型のポジ型レジストを選定する。
【００２７】
次いで、図２（ｃ）に示すように、流路樹脂層１１をエッチングするときのマスクとなるマスク部材１２を、例えばスピンコート法を用いて、流路樹脂層１１上に形成する。
【００２８】
次いで、図２（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いてマスク部材１２を所定の形状にパターニングする。ここで、「所定のパターン」とは、マスク部材１２の材料が、インク流路６（図１参照）の高位部６ｂに対応する領域に残る形状である。より詳細には、その残されたマスク部材１２の形状は、素子基板１の表面側から投影して見たときに、後の工程で形成される吐出口７を含む閉領域をなすような形状となっている。この閉領域の外形形状は例えば円形となっていてもよい。
【００２９】
次いで、図２（ｅ）に示すように、マスク部材１２をマスクとして反応性イオンエッチングを行い、流路樹脂層１１をエッチングする。これにより、マスク部材１２が存在していない領域の流路樹脂層１１が部分的に薄膜化され、流路樹脂層１１が段差を有する形状となる。このエッチングは、流路樹脂層１１が、インク流路６（図１参照）の低位部６ａの高さに対応する厚さとなるまで行われる。
【００３０】
次いで、図２（ｆ）に示すように、流路樹脂層１１上のマスク部材１２を除去する。そして、流路樹脂層１１をフォトリソグラフィーすることで所定の形状にパターニングして、素子基板１の上面を部分的に露出させる。
【００３１】
ここまでの工程で、段差を有する形状の流路樹脂層１１が形成される。以降、完成までの工程は従来の製造方法と同様に行うことが可能である。
【００３２】
次いで、図３（ｇ）に示すように、流路樹脂層１１を覆うようにして流路形成部材５を形成する。流路形成部材５の一部は、先のパターニング工程で露出した素子基板１の上面に部分的に接触する。
【００３３】
次いで、図３（ｈ）に示すように、流路形成部材５に吐出口７を形成する。なお、吐出口７は、それぞれのヒータ２に対向する位置に形成される。
【００３４】
次いで、図３（ｉ）に示すように、後述する共通液室形成のためのエッチングに対する保護層９を形成する。保護層９は、後述するエッチングに対して耐性を有する部材からなり、例えば吐出口７周辺の構造部を保護するように、基板上面側に形成される。
【００３５】
次いで、図３（ｊ）に示すように、異方性エッチングにて、素子基板１の一部を裏面側からエッチングして共通液室８を形成する。共通液室８は、素子基板１を貫通した状態に形成され、基板上面にインク供給口１０として開口する。
【００３６】
次いで、図３（ｋ）に示すように、まず保護層９を除去し、その後、溶解用の水溶液を用いて、流路樹脂層１１を溶出させる。
【００３７】
そして、図示しないが、その後、ダイシングソーなどを用いて記録ヘッド５０をチップ化し、ヒータ２を駆動するための電気配線を接続するなどの工程を行う。以上一連の工程によって記録ヘッド５０が製造される。
【００３８】
（実施例１）
第１の実施形態のより具体的な例について、図２、３に示した各工程に対応させて以下に説明する。
（ｂ）流路樹脂層１１には、次のような材料を選定した。
無水メタクリル酸／メタクリル酸メチルのラジカル共重合物（モノマ組成比１０／９０−モル比）
重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝２８０００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．３
この樹脂粉末をシクロヘキサノンに約３０ｗｔ％の固形分濃度にて溶解し、レジスト液として使用した。レジスト液の粘度は、６３０ｃｐｓであった。このレジスト液を、スピンコート方により塗布した後、１２０℃−３分間のプリベークを行い、さらに、窒素雰囲気内で２００℃−６０分間の熱処理を行った。このようなプロセスを経て、厚さが１５μｍのレジスト層（流路樹脂層１１）を得た。
（ｃ）マスク部材１２には、ＦＨ−ＳＰ（富士フィルムアーチ（株）製）を用い、９０℃−１．５分間のプリベークを行った。
（ｄ）マスク部材１２のパターニングには、マスクアライナーＭＰＡ−６００ＦＡ（キヤノン（株）製）を用いてマスク部材１２の露光、現像を行った。本実施例で用いた流路樹脂層１１の材料は、２６０ｎｍ以下の短波長のＵＶ光に対して感度を有するものであるため、この装置のＵＶ光では露光はされず、マスク部材１２と流路樹脂層１１とは選択的に露光された。
（ｅ）反応性イオンエッチングとしては、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチングを行い、流路樹脂層１１をその上面から約５μｍ掘り込んだ。これにより、彫り込まれた部位の流路樹脂層１１の高さは約１０μｍとなった。
（ｆ）マスク部材１２の除去は、希フッ酸緩衝液で処理した後、イソブチルケトンを用いることで行った。また、流路樹脂層１１のパターニングには、ＵＸ−３０００ＳＣ（ＵＳＨＩＯ（株）製）およびＵＶカットフィルタを用いて行った。具体的には、露光波長２３０〜２６０ｎｍ帯を選択的に照射、４０Ｊ／ｃｍ2の露光量にて露光、現像液にて現像、およびＩＰＡにてリンスのプロセスを行った。
現像液の組成は以下の通りである。
ジエチレングリコールモノブチルエーテル      ６０ｖｏｌ％
エタノールアミン                              ５ｖｏｌ％
モルフォリン                                ２０ｖｏｌ％
イオン交換水                                １５ｖｏｌ％
（ｇ）流路形成部材５には、表１に示すような組成の材料を用いた。
【００３９】
【表１】
2006027054.tif 000003
【００４０】
この材料を、メチルイソブチルケトン／キシレン混合溶媒に６０ｗｔ％の濃度で溶解し、スピンコート法にて厚さが１０μｍの流路形成部材５を形成した。
（ｈ）吐出口７の形成には、まず、マスク部材１２のパターニングと同じく、ＭＰＡ−６００ＦＡ（キヤノン製）を用い露光を行った。このときの露光条件は、２．５Ｊ／ｃｍ2、ＰＥＢは９０℃−４分とした。次いで、メチルイソブチルケトン／キシレンで現像を行い、φ１２μｍの吐出口７を形成した。
（ｉ）保護層９には、環化ゴムを選定した。
（ｊ）供給液室８は、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）を用いたシリコンの異方性エッチングを行うことで形成した。
（ｋ）流路樹脂層１１の溶出は、まず、ＣＥ−９０００（ＵＳＨＩＯ（株）製）を用いて２７Ｊ／ｃｍ2の全面照射を行い、その後、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬することで樹脂材料を溶出させた。そして、素子基板１全体を２００℃−１時間の条件で加熱し、流路形成部材５を完全に硬化させた。
【００４１】
以上一連の工程によって実施例１の記録ヘッド５０を製造した。
【００４２】
なお、マスク部材１２に用いる材料としては、露光特性に関して、下層の流路樹脂層１１の材料と分離していることが必要である。例えば、流路樹脂層１１が、上記実施例のような材料、またはポリメチルイソプロペニルケトンなどの材料の場合、それらはＤＥＥＰ‐ＵＶの領域に感光特性を有するため、マスク部材１２には通常のＵＶ領域に感光特性を有する一般的な材料を選定可能である。また、マスク部材１２は、インク流路６の型材ではなく流路形成部材５を形成する前に除去されるものであり、流路形成部材５と接触することはないため、マスク部材１２の材料に関しては、流路形成部材５の材料との相性、具体的には、流路形成部材５となる樹脂の塗布溶媒との相溶性を考慮する必要がない。また、マスク部材１２は、流路樹脂層１１にダメージを与えずに剥離除去可能なことが要求されるが、流路樹脂層１１がポジ型の感光性材料であれば、一般的な有機溶剤でマスク部材１２を溶解除去して差し支えない。さらに、図２（ｆ）の工程で、流路形成部材１１をパターニングする際に現像液としてメチルイソブチルケトンなどの有機溶剤を用いれば、現像と共にマスク部材１２を溶解除去することも可能であり、工程の削減になる。
【００４３】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、流路樹脂層１１に段差を付けるために反応性イオンエッチング（異方性ドライエッチング）を用いるものであったが、本発明はそれに限らず、ケミカルドライエッチング（等方性ドライエッチング）を用いるものであってもよい。
【００４４】
図４は、第２の実施形態の製造方法を説明するための工程図である。以下、図４を参照しながら第２の実施形態の製造方法について説明する。なお、第１の実施形態の製造方法と同一の工程および同一の部材についての詳細な説明は省略する。
【００４５】
図４（ａ）は、素子基板１上に、第１の実施形態と同様、流路樹脂層２１が単一の層で形成され、流路樹脂層２１上のマスク部材２２が既にパターニングされた状態を示している。
【００４６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、マスク部材２２をマスクとしてケミカルドライエッチングを行い、流路樹脂層１１をエッチングする。ここで、ケミカルドライエッチングは、等方性エッチングであるため、流路樹脂層２１はサイドエッチングでエッチングされ、マスク部材２２の下方における形状は、マスク部材２２裏面に接触している部位を先端面として、エッチングにより掘り下げられた平坦な最下面からその先端面に向かって徐々に先細りするような突起形状となる。また、この突起構造部の周壁面はなだらかな曲面状となる。このようにして、段差を有する形状の流路樹脂層２１が形成される。
【００４７】
以下、完成までの工程は第１の実施形態と同様である。
【００４８】
すなわち、図４（ｃ）に示すように、流路樹脂層２１をパターニングして素子基板１の上面を部分的に露出させる。次いで、図４（ｄ）に示すように、流路樹脂層２１を覆うようにして流路形成部材１５を形成する。次いで、図４（ｅ）に示すように、流路形成部材１５に吐出口を形成し、図示しないがエッチング用の保護層を形成する。次いで、図４（ｆ）に示すように、素子基板１を異方性エッチングすることで共通液室８を形成し、流路樹脂層２１を溶出させる。その他、第１の実施形態で説明したような種々の後工程をさらに行い、記録ヘッド５１が製造される。
【００４９】
なお、流路樹脂層をドライエッチングにて部分的に薄膜化する工程は、上述した２つの実施形態の他にも、例えば図５に示すようなものであってもよい。図５で説明する工程は、上述の実施形態と比較して、ドライエッチングの条件や、マスク部材３２と流路樹脂層３１とのエッチング選択比を変更したものである。すなわち、図５（ａ）に示すように、エッチング選択比を下げることでマスク部材３２の両端部が除去されるように設定されており、かつ、残留部３１ａの周壁面が所定のテーパ角で傾斜した平面となるように、エッチング条件が設定されている。このような工程を行うことによって、図５（ｂ）に示すように、最終的に形成されるインク流路２６は、吐出口７の周辺において、内壁面が所定のテーパ角で傾斜した、吐出口７側に向かって徐々に先細りとなるようなものとなる。
【００５０】
このように、本発明においては、流路樹脂層３１の残留部３１ａを形成する際に、ドライエッチングの条件を種々変更することで、残留部３１ａの形状を変更可能である。例えば、等方性エッチングと異方性エッチングとを組み合わせてそれらを途中で切り替えることよって、残留部３１ａの根元部分のみが曲面状になだらかとなった形状を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態の製造方法で製造される記録ヘッドの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の製造方法を説明するための工程図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の製造方法を説明するための工程図である。
【図４】第２の実施形態の製造方法を説明するための工程図である。
【図５】ドライエッチング工程で残される流路樹脂層の残留部の形状を示す断面図である。
【図６】従来の記録ヘッドの構成を示す断面図である。
【図７】図６の従来の記録ヘッドを製造する方法の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  素子基板
２  ヒータ
５、１５  流路形成部材
６、１６、２６  インク流路
６ａ  低位部
６ｂ  高位部
７  吐出口
８  共通液室
９  保護層
１０  インク供給口
１１、２１、３１  流路形成部材
１２、２２、３２  マスク部材
３３  突起部
５０  記録ヘッド
【図１】
2006027054.tif 000004
【図２】
2006027054.tif 000005
【図３】
2006027054.tif 000006
【図４】
2006027054.tif 000007
【図５】
2006027054.tif 000008
【図６】
2006027054.tif 000009
【図７】
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