(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を第１の面側に有する基板と、
前記第１の面の上に形成され、かつ前記液滴を吐出するための吐出口と該吐出口に液体を供給するための液体流路とを構成する流路形成部材と、
を含み、
前記液体流路の壁面であって前記基板に対向する面側に流体抵抗部を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記基板の第１の面の上に、前記液体流路の型材となる流路パターンを形成する工程と、
（２）前記流路パターンの上に、前記流路形成部材となるネガ型有機樹脂層を形成する工程と、
（３）前記吐出口及び前記流体抵抗部を形成する領域を除いて前記ネガ型有機樹脂層を露光し、かつ前記ネガ型有機樹脂層及び前記流路パターンを加熱し、前記ネガ型感光性樹脂層の前記流体抵抗部に対応する部分を前記基板に向かって移動させる工程と、
（４）前記ネガ型有機樹脂層のうち前記流体抵抗部を形成する領域を露光し、現像することにより、前記吐出口を形成する工程と、
（５）前記流路パターンを除去する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記流路パターンがポジ型有機樹脂から形成される請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記流体抵抗部は前記液体流路の壁面であって前記基板に対向する面側に凸形状を形成するものである請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【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する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドの特性を大きく左右する要因として、吐出口、吐出エネルギー発生素子と吐出口との位置関係、およびインク流路の内部構造などがある。これは、吐出するインク液滴の体積、速度および吐出方向が、前記位置関係、インク流路の流れ抵抗やインクの重量などによって決定されるためである。これらのうち、流れ抵抗に関する因子としては、吐出口およびインク流路の内部構造が重要である。インク流路の内部構造に関しては、インク流路の一部に段差を設けることにより、インクの吐出速度や吐出量を制御でき、インクを安定して吐出できることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、インク流路の基板面と対向する側（以下、インク流路上側）に段差を設ける手法が開示されている。特許文献１に記載の手法では、基板上のインク流路の型材をフォトリソ工程などを利用して形成し、該型材上にマスク層を設け、該マスク層で覆われていない部分の型材を選択的に一部分除去することで、インク流路上側に流体抵抗部を形成している。
【０００４】
また、特許文献２には、基板上に複数の異なる有機樹脂からなる型材を用い、フォトリソ工程を繰り返すことで、インク流路に複数の段差を設けて流体抵抗部とする手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１２４２０８号公報
【特許文献２】特開２００４−０４２３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らの検討によれば、特許文献１又は２に記載の手法では、マスク層や上側の有機樹脂を選択する際、基板上に直接設ける型材を溶解させずにパターニングが可能で、かつ該型材と密着する材料を選択する必要がある。
【０００７】
また、マスク層および上側に用いる有機樹脂のパターニングに活性線を用いる場合、基板上に直接設ける型材のパターニングに用いる活性線と異なる波長域でパターニングを行う必要があるなど、工程に制約がある。
【０００８】
そこで、本発明は、液体吐出ヘッドの液体流路の上壁に段差構造等からなる流体抵抗部を有する液体吐出ヘッドを、製造上の制約が少なく、かつ容易に形成できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
液滴を吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を第１の面側に有する基板と、
前記第１の面の上に形成され、かつ前記液滴を吐出するための吐出口と該吐出口に液体を供給するための液体流路とを構成する流路形成部材と、
を含み、
前記液体流路の壁面であって前記基板に対向する面側に流体抵抗部を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記基板の第１の面の上に、前記液体流路の型材となる流路パターンを形成する工程と、
（２）前記流路パターンの上に、前記流路形成部材となるネガ型有機樹脂層を形成する工程と、
（３）前記吐出口及び前記流体抵抗部を形成する領域を除いて前記ネガ型有機樹脂層を露光し、かつ前記ネガ型有機樹脂層及び前記流路パターンを加熱し、前記ネガ型感光性樹脂層の前記流体抵抗部に対応する部分を前記基板に向かって移動させる工程と、
（４）前記ネガ型有機樹脂層のうち前記流体抵抗部を形成する領域を露光し、現像することにより、前記吐出口を形成する工程と、
（５）前記流路パターンを除去する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明により作製される液体吐出ヘッドの構成例を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態を説明するための断面工程図である。
【図３】本発明により作製される液体吐出ヘッドの構成例を表す模式図である。
【図４】本発明により形成される流体抵抗部の形状例を表す模式図である。
【図５】本発明の実施形態を説明するための断面工程図である。
【図６】本発明により作製される液体吐出ヘッドの構成例を表す模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の各実施形態で示される数値は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせるものであってもよく、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき技術に応用することができる。
【００１２】
図６に液体吐出ヘッドの模式的斜視図を示す。図６において、シリコン等からなる基板１上に流路形成部材４が形成されている。流路形成部材４は、インク流路等の液体流路３及び吐出口５を構成する。基板１上であって液体流路３内に吐出エネルギー発生素子２が形成されており、該吐出エネルギー発生素子２が発生するエネルギーにより液滴が吐出される。また、基板１には液体流路３にインク等の液体を供給するための供給口６が形成されている。また、液体流路３の壁面であって基板１に対向する面側に流体抵抗部８が設けられている。流体抵抗部８は流路形成部材４の一部として形成されている。
【００１３】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態における液体吐出ヘッドの模式図である。図１（ａ）は、液体吐出ヘッドの模式的な平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における点線ＡＡ'における模式的な垂直断面図である。図１において、インク等の液体からなる液滴を吐出するエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子２を表面側（第１の面側）に有する基板１上に、インク流路等の液体流路３及び吐出口５を構成する流路形成部材４が形成されている。基板１には液体流路３に液体を供給するためのインク供給口等の供給口６が形成されている。
【００１４】
また、図２に、図１（ｂ）に示す本実施形態における液体吐出ヘッドの製造工程を示す。以下、図２を参照して本実施形態における製造方法について説明する。なお、以下の実施形態では、主にインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明するが、本発明は特にこれに限定されるものではない。本発明における液体吐出ヘッドは、例えば、インク記録以外にも、バイオッチップの作製や電子回路の印刷に用いることができる。液体吐出ヘッドとしては、インクジェット記録ヘッドの他にも、例えばカラーフィルター製造用ヘッド等も挙げられる。
【００１５】
まず、図２に示すように、インクを吐出するエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子２を配置した基板１の上に、インク流路３の型材となる流路パターン７を形成する（図２（ａ））。
【００１６】
次に、流路パターン７上に流路形成部材４を形成する（図２（ｂ））。
【００１７】
流路形成部材４は、ネガ型感光性樹脂等のネガ型有機樹脂からなる層によって形成される。また、ネガ型有機樹脂層としては、高い機械的強度、耐インク性、基板との密着性等の観点から、エポキシ樹脂のカチオン重合組成物を好適に用いることができる。
【００１８】
また、流路パターン７は、流路形成部材４で用いられるネガ型有機樹脂によって溶解せず、微細パターンが形成可能で、かつノズル形成後に除去が可能なことが要求されるため、ポジ型レジスト等のポジ型有機樹脂からなる層により形成されることが好ましい。
【００１９】
次に、マスク（不図示）を介してフォトリソグラフィー技術により流路形成部材（ネガ型有機樹脂層）を露光する。この際、流体抵抗部８を形成しようとする領域である流体抵抗形成領域１０と吐出口５を形成しようとする領域である吐出口形成領域５'とを除いて、流路形成部材４を露光（第一の露光）する（図２（ｃ））。
【００２０】
次に、ネガ型有機樹脂層及び流路パターンを加熱する。このとき、流路パターン７のガラス転移化点以上の温度で熱処理（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）することが好ましい。また、ネガ型有機樹脂層（流路形成部材４）の未露光部のガラス転移点以上の温度でもある温度で熱処理すると、ネガ型有機樹脂層（流路形成部材４）の未露光部の移動を促進できるのでより好ましい。
【００２１】
この熱処理により、流路形成部材４の露光部は硬化が促進されて樹脂が収縮する。また、加熱によって軟化させられている流路パターン７は、流路形成部材４の露光部の硬化収縮にともない、流路形成部材4との間に隙間が生じないように、流路形成部材４の硬化収縮に追随する動きを行う。そのため、流路形成部材４の未露光部である流体抵抗形成領域１０では、流路形成部材の硬化収縮に追随した体積におおよそ相当する流路パターン７が窪みを形成する。さらに、流路形成部材４の未露光部は未硬化状態であり、加熱により流動性が高くなっているため流路パターン７の窪みに追随する形で移動する。つまり、ネガ型感光性樹脂層の流体抵抗部に対応する部分が基板に向かって移動する。流路形成部材４の未露光部の流体抵抗形成領域１０は、流路パターンの窪みに追随して凸形状となることで、流体抵抗部８が形成される。
【００２２】
なお、流路パターンの窪みの形状及び配置、つまり流体抵抗部８の形状及び配置は、使用するヘッドの必要特性に応じて適宜マスクパターンを選択することにより、制御可能である。また、窪みの深さ、つまり流体抵抗部の高さは露光量、熱処理の温度および時間、流路形成部材の膜厚等によって制御することが可能である。
【００２３】
次に、マスク（不図示）を介して、吐出口形成領域５'を除いて、流路形成部材４の少なくとも流体抵抗部８を露光（第二の露光）する（図２（ｅ））。
【００２４】
その後、必要に応じて再び熱処理（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）を行ってから、現像を行い、吐出口５を形成する（図２（ｆ））。
【００２５】
次に、基板の背面にインク供給口６を形成するためのマスク（不図示）を配置し、基板１の表面をゴム膜（不図示）等によって保護した後、基板の異方性エッチングによってインク供給口６を形成する。そして、異方性エッチング処理後、ゴム膜を取り去り、溶剤を用いて流路パターン７を溶解除去する（図２（ｇ））。
【００２６】
また、流路形成部材４を完全に硬化させるため、２００℃で１時間加熱プロセスを実施することもできる。
【００２７】
最後に、電気的な接続及びインク供給の手段を適宜配置して液体吐出ヘッドを形成する。
【００２８】
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明は特に以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
本実施例では、図２に示す工程を用いて液体吐出ヘッドを作製し、図６に示した構成の液体吐出ヘッドを作製した。
【００３０】
まず、吐出エネルギー発生素子２を形成したシリコンからなる基板１上に、流路パターン７の材料としてポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業社製「ＯＤＵＲ−１０１０」）を１０μｍの膜厚で塗布し、１２０℃で６分間熱処理した。そして、露光および現像を行い、インク流路３の流路パターン７を形成した（図２ａ）。本実施例においては、インク流路幅を３０μｍで形成した。
【００３１】
次に、流路形成部材４としてカチオン重合性の光重合性樹脂組成物であるレジスト（日本化薬社製、商品名ＳＵ−８  ３０４５）を、流路パターン７上に基板１から１５μｍの膜厚で塗布し、９５℃で１０分間熱処理した（図２ｂ）。
【００３２】
次に、Ｉ線露光ステッパー（キヤノン社製）を用いて、吐出口形成領域５'及び流体抵抗形成領域１０を除いて、流路形成部材４を２５００Ｊ／ｍ2で露光した（図２ｃ）。
【００３３】
次に、１２０℃で４分間熱処理をして、露光が行われた部分をこの熱処理によって硬化させるとともに、流路パターン７を軟化させて上部の流路形成部材の未露光部を落ち込ませて窪みを形成し、流路形成部材4に流体抵抗部８を形成した（図２ｄ）。
【００３４】
なお、このとき、マスク上の吐出口寸法はφ２２μｍ、流体抵抗部８はφ１５μｍで形成してある。
【００３５】
次に、吐出口形成領域５'を除いて、少なくとも流体抵抗部８を含む領域を、Ｉ線露光ステッパーを用いて３５００Ｊ／ｍ2で露光し、流体抵抗部８を硬化した（図２ｅ）。
【００３６】
次に、９０℃で４分間熱処理（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）した後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで現像し、吐出口５を形成した（図２ｆ）。
【００３７】
その後、前述の手法でインク供給口６を形成し、表面全体に紫外線を照射して流路パターン７を分解し、乳酸メチルを用いて流路パターン７を溶解除去し、液体吐出ヘッドを作製した。
【００３８】
得られた液体吐出ヘッドのインク流路３の断面を切断し、流体抵抗部８の形状を測定したところ、インク流路の上壁と同平面のおける径が１５μｍ、高さが５μｍであった。
【００３９】
また、図２（ｄ）で工程をとめ、吐出口形成領域５'および流体抵抗部８の断面を観察したところ、吐出口形成領域５'および流体抵抗部８となる流路パターン部分のいずれにも窪みが見られた。また、吐出口形成領域５'より径が小さくなるように露光した流体抵抗部８の方が、深い窪み形状を形成していた。
【００４０】
本実施例においては、流路パターン７としてポリメチルイソプロペニルケトンからなるポジ型レジストを用いた。本材料のガラス転移点は約７０度℃である。そのため、流路形成部材４の露光後の熱処理をそれ以上の温度とすることで流路パターンに窪みを形成することができる。そのため、流路パターン７としてポリメチルイソプロペニルケトンを用いる場合、１００℃から１４０℃の範囲で熱処理を行うことが望ましい。この程度の温度であれば、ポリメチルイソプロペニルケトンが変質を起こすことなく、特別に困難な作業をおこなわずとも流路パターンの除去を行うことができる。
【００４１】
また、本実施例においては流体抵抗部８を液体流路の上壁と同平面における断面が丸形状となるように形成したが、図４（ａ）から（ｃ）に示すような形状とすることもできる。図４（ａ）及び（ｂ）では、流体抵抗部８の液体流路上壁と同平面における断面において、吐出エネルギー発生素子２側の形状がそれぞれ凹形状や平らに形成されている。また、流体抵抗部８は、供給口から一つの吐出口に向かうまでの液体流路中に複数形成することもできる（例えば図４（ｃ））。また、流体抵抗部８は、吐出が安定するために最適となる形状で形成することが望ましい。
【００４２】
さらに、本実施例においては記載していないが、流路形成部材４の上層に撥水層を形成しても構わない。撥水層はインクに対する撥水性と、ワイパー等による接触を伴う拭き取りに対する高い機械的強度が求められる。そこで、フッ素、ケイ素等の撥水性を有する官能基を含有するネガ型レジストや、フッ素含有基を有する加水分解性シラン化合物と、カチオン重合性基を有する加水分解性シラン化合物とを含む縮合物が好適に用いられる。撥水層を形成する場合は、流路形成部材４の塗布および熱処理後に撥水層を形成して流路形成部材４の露光と同時にパターニングするなど、好適な手法で形成して構わない。
【００４３】
（実施例２）
本実施例では、図３の模式図に示した液体吐出ヘッドを作製した。図３（ａ）は液体吐出ヘッドの模式的な平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）における点線Ｂ−Ｂ´における模式的な垂直断面図である。
【００４４】
本実施例において、インク流路３の高さを１５μｍ、流路形成部材４の高さを２５μｍ（インク流路の上壁を構成する部分の流路形成部材の厚さは１０μｍ）、インク流路３の幅を３４μｍ、吐出口５の径をφ１３μｍとした。
【００４５】
流体抵抗部８は、図３に示すように中心を吐出口５の中心と一にして、φ２５からφ３０の範囲で形成されるようにした。つまり、流路形成部材４の第一の露光において、上述のφ２５からφ３０の範囲および吐出口５のφ１３の範囲を除いた部分が露光されるマスクを使用して流路形成部材を露光した。なお、インク流路３および吐出口５の寸法、流体抵抗部８の形状および寸法を変更した以外は、実施例１と同様の工程で液体吐出ヘッドを作製した。
【００４６】
このようにして形成した液体吐出ヘッドの断面を切断し、流体抵抗部８の形状を測定したところ、流体抵抗部８は外径３０μｍ、内径２５μｍ、高さ５μｍで形成されていた。このように流体抵抗部８を吐出口５のインク流路３側の外周に形成することで、より効率的に液滴の吐出速度の高速化や、吐出量の安定化を図ることができる。つまり、吐出口５の液体流路側の外周に沿って流体抵抗部８を形成することができる。
【００４７】
本実施例においては、流体抵抗部８を、吐出口５と同心円状で形成したが、楕円形状など、吐出が最適となる形状を考慮して形成しても構わない。また、本実施例においては、流体抵抗部８の外縁と内縁形状が相似形で形成したが、流体抵抗部８の外縁をインク流路３形状に合わせて形成するなど、吐出が安定するために最適となる形状を考慮して形成しても構わない。
【００４８】
（実施例３）
本実施例では、図５に記載の製造方法によって液体吐出ヘッドを作製した。また、図５は、図１の点線Ａ−Ａ´の断面における液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面工程図である。
【００４９】
インクを吐出するエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子２を配置した基板１に、インク流路壁１３となる流路形成壁材料１１を形成する（図５（ａ））。本発明で用いられる流路形成壁材料１１は、実施例１における流体形成部材４と同様にカチオン重合性の光重合性樹脂組成物であるＳＵ−８レジスト（日本化薬社製、商品名ＳＵ−８  ３０１５）を用いた。
【００５０】
次に、Ｉ線露光ステッパー（キヤノン社製）を用いて、流路パターンとなる領域を除いて、３５００Ｊ／ｍ2で流路形成壁材料１１を露光し、９５℃で１０分間熱処理（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）した。そして、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで現像し、インク流路壁１３を形成した（図５（ｂ））。
【００５１】
次に、インク流路壁１３上に溶解可能な流路パターン７の材料７'を配置する（図５ｃ）。
【００５２】
配置する流路パターン材料７'の膜厚は、インク流路壁１３の高さよりも、十分厚くする。流路パターン材料の配置方法としては、スピンコート法、ダイレクトコート法、ラミネート転写法などの方法があるが、これに限られるものではない。なお、本実施例では、流路パターン材料としてクレゾールノボラック樹脂を用いた。
【００５３】
次に、流路パターン材料７'を研磨し、インク流路壁１３により囲われた領域に埋め込まれた流路パターン７を形成する（図５（ｄ））。
【００５４】
研磨方法としては、スラリーを用いて化学機械的研磨方法であるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ）技術を用いることができる。この場合、先に形成したネガ型感光性樹脂からなるインク流路壁１３は十分に架橋されているため、被覆した溶解可能な樹脂からなる流路パターン材料との硬度に差異があり、研磨ストップ層としての役割を十分に果たす。これにより、安定してネガ型感光性樹脂層の上部まで溶解可能な樹脂からなる流路パターン材料を研磨することが可能であり、再現良く流路パターンの膜厚を得ることが可能である。研磨の際に使用する研磨砥粒は、例えば、アルミナ、シリカなどを使用することができる。
【００５５】
次に、流路壁１３および流路パターン７の上に、ネガ型ドライフィルムレジスト（以下、ＤＦとも称す）をラミネート処理することで、吐出口プレート１２を形成した（図５（ｅ））。ＤＦは、前記ＳＵ−８レジスト（日本化薬社製、商品名）をドライフィルム化して作製した。また、ラミネート処理後、９５℃１０分間熱処理した。
【００５６】
次に、マスク（不図示）を介してフォトリソグラフィー技術により流体抵抗形成領域１０及び吐出口形成領域５'を除いて、吐出口プレートを露光した（図５（ｆ））。
【００５７】
次に、流路パターン７のガラス転移点以上の温度で熱処理を行い、流路パターン７に窪みを形成した。また、その窪みに応じて流路形成部材４が凸形状を形成することで、流体抵抗部８が形成された（図５（ｇ））。
【００５８】
次に、マスク（不図示）を介して流体抵抗部８を含み、吐出口形成領域５'を含まない領域を露光する（図５（ｈ））。
【００５９】
次に、熱処理を行い、現像することで、吐出口を形成した（図５（ｉ））。
【００６０】
その後、前述の工程を行い、インク供給口６を形成し、溶剤を用いて流路パターン７を溶解除去することで、液体吐出ヘッドを作製した（図５（ｊ））。
【００６１】
得られた液体吐出ヘッドのインク流路３の断面を切断し、流体抵抗部８の形状を測定したところ、インク流路の上壁と同平面の断面における径が１５μｍ、高さが５μｍの流体抵抗部８が形成されていた。
【００６２】
なお、本実施例においては吐出口プレート１２の形成にＤＦのラミネート手法を用いたが、スピンコート法、ダイレクトコート法、スプレーコート法などの手法を用いても構わない。
【００６３】
本発明の構成によれば、製造上の制約が少なく、かつ容易に流体抵抗部を形成することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１    基板
２    吐出エネルギー発生素子
３    液体流路
４    流路形成部材
５    吐出口
５'  吐出口形成領域
６    供給口
７    流路パターン
８    流体抵抗部
１０  流体抵抗形成領域
１１  流路形成部材
１２  吐出口プレート
１３  液体流路壁（インク流路壁）
【図１】
0005744653.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005744653.tif 000007