(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気ロール表面に、従来の機械加工または押出成形を通じては達成することができないパターンを生成するフォトリソグラフィプロセスを提供する。【解決手段】シリンダの外面にフォトレジストを形成し、シリンダを回転させながら、フォトレジストを光源に露光する。露光した後でフォトレジストを現像して、シリンダの外面においてフォトレジストをパターニングされた保護層に変化させる。次いで、シリンダを回転させながら、パターニングされた保護層を用いてシリンダの外面をパターニングして、パターニングされたシリンダを生成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料から成るシリンダの外面にフォトレジストを形成するステップと、
前記シリンダを回転させながら、前記フォトレジストを光源に露光するステップと、
前記露光するステップの後で前記フォトレジストを現像して、前記シリンダの前記外面において前記フォトレジストをパターニングされた保護層に変化させるステップと、
前記パターニングされた保護層を用いて前記シリンダの前記外面をパターニングして、パターニングされたシリンダを生成するステップと、を備える、方法。
【請求項２】
前記露光するステップが、前記シリンダが回転しながら、固定位置から前記フォトレジスト上に、レーザ光のパターンを向けるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記露光するステップが、前記シリンダが回転しながら、固定位置から前記シリンダを囲む光マスクを通して前記フォトレジスト上に、光のパターンを露光するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
材料から成るシリンダの外面にフォトレジストを形成するステップと、
前記シリンダを回転させながら、前記フォトレジストを光源に露光するステップと、
前記露光するステップの後で前記フォトレジストを現像して、前記シリンダの前記外面において前記フォトレジストをパターニングされた保護層に変化させるステップと、
前記シリンダを回転させながら、前記パターニングされた保護層を用いて前記シリンダの前記外面をパターニングして、パターニングされたシリンダを生成するステップと、を備える、方法。
【請求項５】
前記露光するステップが、前記シリンダが回転しながら、固定位置から前記フォトレジスト上に、レーザ光のパターンを向けるステップを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記露光するステップが、前記シリンダが回転しながら、固定位置から前記シリンダを囲む光マスクを通して前記フォトレジスト上に、光のパターンを露光するステップを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
プリンタ磁気ローラの完全な１回転の外面にフォトレジストを形成するステップと、
前記プリンタ磁気ローラを少なくとも完全な１回転、回転させながら、前記フォトレジスト光源に露光するステップと、
前記露光するステップの後で前記フォトレジストを現像して、前記プリンタ磁気ローラの前記完全な１回転の外面において前記フォトレジストをパターニングされた保護層に変化させるステップと、
前記プリンタ磁気ローラを少なくとも完全な１回転、回転させながら、前記パターニングされた保護層を用いて前記プリンタ磁気ローラの前記完全な１回転の外面をパターニングして、パターニングされたプリンタ磁気ローラを生成するステップと、を備える、方法。
【請求項８】
前記露光するステップが、前記プリンタ磁気ローラが回転しながら、固定位置から前記フォトレジスト上に、レーザ光のパターンを向けるステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記露光するステップが、前記プリンタ磁気ローラが回転しながら、固定位置から前記プリンタ磁気ローラを囲む光マスクを通して前記フォトレジスト上に、光のパターンを露光するステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
プリンタ磁気ローラであって、
固定された磁気コアと、
前記固定された磁気コアを囲むシリンダと、を備え、
前記シリンダは外面を有し、
前記外面は、前記プリンタ磁気ローラの長さに沿って変化するパターンを有し、前記外面上にトナーの指向性の流れを誘発する、プリンタ磁気ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書におけるデバイスおよび方法は、一般にパターニング（パターン形成）された項目およびパターニングプロセスに関し、詳細にはフォトリソグラフィ処理中にシリンダを回転させるパターニングに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なプリンタでは、レーザ光線は、印刷対象のページの潜像を電気的に帯電された回転ドラム上へ投影する。光伝導性により、露光された領域から離れる方に、電荷が漏洩することが可能となる。次いで粉末状のインク（トナー）粒子が、露光されていない、ドラムの帯電領域によって、静電的に拾い上げられる。次いでドラムは、直接接触かつ加熱して画像を用紙へ印刷し、インクを用紙に定着する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
印刷デバイスでは、磁気ローラを用いて、トナーを現像デバイス（ドラム）に供給する。特に、一般に半導電性磁気ブラシ現像（ＳＣＭＢ）と呼ばれるトナー供給デバイスは、回転スリーブによって囲まれた固定磁石を用いて、感光体上に潜像を現像する。このようなデバイスのパラメータは、一般にマス・オン・ロール（ロール上の量）（ＭＯＲ）と呼ばれるが、これは、ローラスリーブ上にある、現像に利用可能な現像剤の量を意味する。マス・オン・ロールは、固定磁石、現像剤バイアス、およびトリムバーの位置が生成する磁界を制御することによって調整される。しばしばスリーブは、ランダム化された欠陥パターンを導入するためにグリットブラスト加工され、またはスリーブは、溝付面を生成するために機械加工される。しかしながら、スリーブをグリットブラスト加工したり機械加工したりすると、費用がかかる。スリーブは押出成形することもできるが、押出成形プロセスは、表面パターンの設計自由度を２次元に制限し、それによってスリーブの全長の下方に同一の一様なパターンを形成する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書における典型的な方法は、シリンダ上（例えば、プリンタ磁気ローラの完全な１回転の外面）にフォトレジストを形成し、シリンダを回転（例えば、少なくとも完全な１回転）させながら、フォトレジストを光源に露光する。このような方法は、露光した後でフォトレジストを現像して、シリンダの外面においてフォトレジストをパターニングされた保護層に変化させる。次いで、これらの方法は、シリンダを回転（例えば、少なくとも完全な１回転）させながら、パターニングされた保護層を用いてシリンダの外面をパターニングして、パターニングされたシリンダを生成する。露光プロセスは、シリンダが回転しながら、固定位置からフォトレジスト上に、レーザ光のパターンを向けることができる。代替策としては、露光プロセスは、シリンダが回転しながら、固定位置から（シリンダを囲む）光マスクを通してフォトレジスト上に、光のパターンを露光することができる。
【０００５】
このような方法によって生成されたプリンタ磁気ローラは、固定された磁気コア、および固定された磁気コアを囲むパターニングされたシリンダを備える。シリンダ上に生成されたパターンは、例えば、プリンタ磁気ローラの長さに沿って変化するパターンを備える。一例において、同パターンは、プリンタ磁気ローラの外面に、ピッチが増大するらせん状パターンを備えることができる。このようなパターンは、パターニングされたプリンタ磁気ローラ上にトナーの指向性の流れを誘発することができるので、有益である。さらに具体的には、ピッチが増大するらせん状パターンは、パターニングされたプリンタ磁気ローラ上のトナーを、パターニングされたプリンタ磁気ローラの一端の方に流させる。別の例では、プリンタ磁気ローラの外面のパターンは、正弦波周波数、振幅、および溝間隔を有し、最適なマス・オン・ローラ（ローラ上の最適量）（ＭＯＲ）を提供して、可視ノイズを最小化する、トナーの伝達関数を生成する。
【０００６】
種々の典型的なデバイスおよび方法は、添付の図面を参照して、以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本明細書における種々の方法のフローチャートである。
【図２】図２は、本明細書におけるデバイスを図示する概略図である。
【図３】図３は、本明細書におけるデバイスを図示する概略図である。
【図４】図４は、本明細書におけるデバイスを図示する概略図である。
【図５】図５は、本明細書におけるデバイスを図示する概略図である。
【図６】図６は、本明細書におけるデバイスを図示する概略図である。
【図７】図７は、本明細書におけるデバイスを図示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上述したように、プリンタ磁気ローラ用のグリットブラスト加工プロセス、機械加工プロセス、および押出成形プロセスは、費用がかかりかつ制約があることがある。したがって、本明細書におけるデバイスおよび方法は、磁気ロール表面に、従来の機械加工または押出成形を通じては達成することができないパターンを生成するフォトリソグラフィプロセスを提供する。さらに、本明細書におけるいくつかの例においてプリンタ磁気ローラが用いられるが、本明細書における方法は、磁気ローラに限定されず、パターニングすべきすべての円筒面に適用可能である。
【０００９】
磁気ローラのデジタル式化学加工の一例において、ローラスリーブはフォトレジストでコーティングされて、レーザに露光される。ローラスリーブは、レーザを用いて平らな面を横断するのではなくて、レーザの下で、一定速度で回転する。代わりに、ローラスリーブは、透明性のあるパターンで覆うことができる。透明部はフォトマスクであり、ローラスリーブ全体が露光されてフォトレジストを現像する。フォトマスクは、再利用することができる。
【００１０】
露光した後で、フォトレジストは現像されて、ローラスリーブ上に保護パターンを残す。保護パターンが形成されたフォトレジストによって保護されていない、ローラスリーブの露光部分は、適切な期間適切な酸との接触などの、任意の周知の材料除去プロセスを受けて、所望の深さまでスリーブ材料を除去する。
【００１１】
このように、本明細書における方法は、任意の所望のパターンをシリンダの外面に形成することができる。任意のパターンが、コンピュータ処理機材を用いて発生することができ、レーザまたは光マスク印刷デバイスはこのようなパターンを高精度で複製することができる。このような処理は、シリンダ／スリーブ内にほとんど任意のパターンの凹所を設けることができるので、有益である。例えば、長手方向寸法のパターンは変動性があり、機械加工で達成するのは極めて困難であり、押出成形で達成するのはほぼ不可能である。
【００１２】
図１は、本明細書における典型的な方法を図示するフローチャートである。項目１００において、本明細書における方法は、任意の材料構成から成るシリンダ上に（有機系フォトレジストなどの）フォトレジストを形成する。多くの実施形態においてフォトレジストは、シリンダの完全な１回転の外面に形成され、したがってパターンはシリンダの全周の周りに形成することができる。
【００１３】
項目１００において、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、ポリ（メチルグルタルイミド）（ＰＭＧＩ）、ならびにフェノールホルムアルデヒド樹脂、ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）およびエポキシ系ポリマーなどの種々の化学薬品を、フォトレジストとして用いることができる。フォトレジスト用の具体的な化学薬品は、シリンダの材料構成およびシリンダをパターニングするために適用されることになる材料除去プロセスの種類に依存して、変化することになる。このような化学薬品は、液体として塗布することができ、一般にシリンダは、フォトレジスト形成プロセス中に回転して、フォトレジストの厚さの均一性を確実にする。フォトレジストの最終の厚さは、フォトレジストからの液体溶媒の蒸発によっても決定することができる。同様に、このようなフォトレジスト化学薬品は、（可能性としてシリンダが回転しながら）シリンダ上へ積層される半固体フィルムとして塗布することができる。
【００１４】
項目１０２において、このような方法は、シリンダを回転させながら、フォトレジストを光源に露光する。光リソグラフィは、紫外線などの任意の種類の電磁放射（本明細書では「光」と呼ばれる）を用いることができる。このプロセスにおいて、シリンダは、少なくとも完全な１回転、回転することができ、したがってパターンはフォトレジストの全周に形成することができる。例えば、露光プロセス１０２は、プリンタ磁気ローラが回転しながら、固定位置からフォトレジスト上に、レーザ光のパターンを向けることができる。代替策としては、露光プロセスは、シリンダが回転しながら、固定位置からシリンダを囲む（シリンダに取り付けられたまたは積層された）光マスクを通してフォトレジスト上に、光のパターンを露光することができる。別の実施形態において、シリンダから分離した光マスクが、シリンダが種々の回転位置へ「ステップ的に進み」ながら、フォトレジストの種々の部分上へ連続して露光することができる（このように、単一のマスクは、シリンダがフォトレジストの全周をステッパでパターニングするように回転しながら、シリンダの全周の周りをステップ的に進むことができる）。ＰＥＢ（露光後ベーク）は、現像する前に実行されて、典型的には、入射光における弱め合う干渉パターンおよび強め合う干渉パターンによって引き起こされる定在波現象を低減するのに役立つことができる。
【００１５】
項目１０４において、このような方法は、露光した後でフォトレジストを現像して、シリンダの外面においてフォトレジストをパターニングされた保護層（例えば、エッチング用マスク）に変化させる。さらに具体的には、フォトレジストは、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、および水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの金属イオン非含有現像剤、などの化学薬剤を用いて現像される。シリンダが回転して均一な塗布を確実にしながら、現像化学作用を加えることもできる。非化学増幅フォトレジストが、典型的には２０分〜３０分間に１２０℃〜１８０℃で用いられた場合、現像されたフォトレジストは、「堅焼きにされた」（堅く焼き固められた）とすることができる。堅焼きは、残りのフォトレジストを凝固させて、より耐久的に保護するマスク層を形成する。
【００１６】
この現像プロセスは、フォトレジストのうちの露光された部分の物理的特性を変化させる。これにより、フォトレジストの一方の部分をすすぎ落とすことができて、フォトレジストの他方の部分を、シリンダ外面を保護するための保護マスクとして残すことが可能になる（フォトレジストのうちのすすぎ落とされる部分は、フォトレジストがポジ型フォトレジスト（照射部分が残っている）かそれともネガ型フォトレジスト（照射部分がすすぎ落とされる）かに依存する）。
【００１７】
次いで、項目１０６において、保護パターンが形成されたフォトレジストマスクが適切な位置にある場合、これらの方法は、シリンダを回転させながら、パターニングされた保護層を用いてシリンダの外面をパターニングして、パターニングされたシリンダを生成する。パターニングプロセスは、酸浴槽、グリットブラスト加工、イオン注入、ウェット化学エッチングなどの任意の従来の材料除去プロセスを用いて、パターニングされたフォトレジストマスクによって保護されていない、シリンダの領域を除去することができる。このようなエッチングにおいて、液体（「ウェット」）化学薬剤またはプラズマ（「ドライ」）化学薬剤が、パターニングされたフォトレジストマスクによって保護されていない領域内のシリンダの材料を除去する。ドライエッチング技術は、フォトレジストパターンの著しいアンダーカッティングを回避するために、異方性にすることができる。このプロセスにおいて、シリンダは、この場合も少なくとも完全な１回転、回転することができ、したがってパターンはシリンダの全周に形成することができる。
【００１８】
項目１０８において、フォトレジストは、類似の化学リンス剤を用いて除去されて、パターニングされたシリンダ１１０を残す。例えば、シリンダにもはや付着しないようにフォトレジストを化学的に変化させる液体「フォトレジスト剥離剤」を用いて、フォトレジストを除去することができる。代替策としては、フォトレジストは、フォトレジストを酸化させる酸素を含有するプラズマによって除去することができる（このプロセスは灰化と呼ばれ、ドライエッチングに似ている）。
【００１９】
この処理は、図２〜図５にも示される。さらに具体的には、図２において、フォトレジスト２０２は、（例えば、固定された磁気コアを有する）シリンダ２００の外面に形成される。上述したように、種々の有機系化学薬品を用いることができ、このような化学薬品は、液体、半固体フィルムなどとして塗布することができ、塗布チャンバまたは化学薬品タンク２０４の内部において塗布することができる。図２に矢印で示すように、シリンダは、フォトレジスト形成プロセス中に回転して、フォトレジストの厚さの均一性を確実にすることができる。
【００２０】
上述したように、光源は、シリンダ２００が回転しながらフォトレジスト２０２を露光するのに用いられる。図３に示すように、光源は、（シリンダが回転しながら）固定位置からフォトレジスト２０２上に、コンピュータの制御下で光のパターンを向けるレーザ２１０とすることができる。代替策としては、図４に示すように、接触または非接触光マスク２２０は、シリンダを囲むように形成することができ、露光プロセスは、固定位置に位置決めされた放送光２２２を用いて、シリンダが（例えば、少なくとも完全な１回転）回転しながら、光マスク２２０を通してフォトレジストを露光する。図面内の混乱を回避するため単一の光源が図示されるが、各種類の多数の光源を用いることもでき、光源は、回転しているシリンダの位置に関して固定位置にあるとすることができまたは移動することができる。
【００２１】
このような方法は、露光した後でフォトレジストを現像して、シリンダの外面に、パターニングされた保護マスク層２３２（図５に示される）を生成する。次いで、図５に示すように、このような方法は、（グリット分与器、プラズマ発生器などの）任意の形式の印加デバイス２３０を用いて任意の材料除去プロセスを実行して、シリンダを（例えば、少なくとも完全な１回転）回転させながら、シリンダの外面をパターニングする。これらの方法は、パターニングされた保護層２３２をマスクとして用いて、シリンダの覆われた部分を保護し、パターニングされた保護フォトレジストマスクによって保護されていない、シリンダの外面の部分を（処理能力および処理時間によって制御される深さまで）除去することを可能にする。
【００２２】
保護フォトレジストマスクが除去された後で、シリンダ表面内に溝から成る種々のパターンを有する、項目２４０および項目２４２などのパターニングされたシリンダが、以下で説明される図６および図７に示すように残っている。上述したフォトレジスト現像プロセス、フォトレジスト除去プロセス、および材料除去プロセスは、ウェット処理を実行しているかそれともドライ処理を実行しているかに依存して、塗布チャンバ／化学薬品タンク２０４内で実行することもできる。
【００２３】
図６に示されたスリーブ／シリンダ表面２４０は、数学的方程式ｙ＝ａ＊ｓｉｎ（ｂ＊ｘ）から導き出された、トレンチまたは溝から成る典型的なパターンを含み、ここでｘはドラムの長手方向距離、ａは振幅、および周期（ｐ）＝２ｐｉ／ｂである。周波数（ｆ）＝１／ｐ。機械加工または押出成形を用いてこのパターンを生成することは可能ではないが、上述したフォトリソグラフィ処理によって容易に生成される。
【００２４】
シリンダの表面へのパターンカット加工は、できる限り最小の可視ノイズで最適なマス・オン・ロールを提供する伝達関数を生成するように、変化することができる。ｙ＝ａ＊ｓｉｎ（ｂ＊ｘ）の場合、正弦波周波数、振幅および溝間隔から成る３つの係数による設計を用いて、伝達関数に最適な設計パラメータを提供することができる。他の方程式を用いて溝を定義することは可能であり、ｙ＝ａ＊ｓｉｎ（ｂ＊ｘ）は単に一例である。
【００２５】
さらに、図７のパターニングされたシリンダ２４２に示すように、パターンは、ロールの長さに沿って変化して、材料の指向性の流れを誘発することができる。本例において、パターニングされたシリンダ２４２は、ピッチが増大するらせん状パターンを有する。このパターンは、材料を、シリンダ２４２の一端の方に流させる。これは、現像ニップ内でトナーおよび現像材料を新鮮にしておき、かつ古い材料を廃棄物オーガへ移動させるのに、しばしば有益である。
【図１】
2015018236.tif 000002
【図２】
2015018236.tif 000003
【図３】
2015018236.tif 000004
【図４】
2015018236.tif 000005
【図５】
2015018236.tif 000006
【図６】
2015018236.tif 000007
【図７】
2015018236.tif 000008