(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク吐出エネルギー発生素子が形成された基板上に、ポジ型の樹脂により液流路型材を形成する工程と、
前記液流路型材が形成された基板上に、ネガ型の感光性樹脂により被覆樹脂層を形成する工程と、
前記被覆樹脂層を露光及び現像して、前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、
前記液流路型材を除去して、液流路を形成する工程と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記被覆樹脂層の露光時における、前記被覆樹脂層の、前記液流路型材の上方に位置する領域以外の露光領域に与えられる単位面積あたりの露光エネルギーが、前記被覆樹脂層の、前記液流路型材の上方に位置する露光領域に与えられる単位面積あたりの露光エネルギーより大きいことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記被覆樹脂層を露光する方法として、前記被覆樹脂層の、前記液流路型材の上方に位置する領域以外の露光領域を露光した後、前記被覆樹脂層の、前記液流路型材の上方に位置する露光領域を露光することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記液流路型材の上方に位置する露光領域に与えられる露光エネルギーが、４０〜１１０ｍＪ／ｃｍ2である請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録方式に用いるインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方式に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に微細なインク吐出口、液流路及び該液流路内の一部に設けられるインク吐出エネルギー発生素子を複数備えている。
【０００３】
従来、このようなインクジェット記録ヘッドを製造する方法として、特許文献１には次のような工程を有する方法が開示されている。
（１）インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程。
（２）常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上にソルベントコートすることによって、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程。
（３）前記インク吐出圧力発生素子上方の前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程。
（４）前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程。
【０００４】
通常、上記製造方法においては、感光性樹脂で被覆樹脂層を形成し、その被覆樹脂層をインク吐出口形成用パターンを有するマスクを介して露光し、その後に現像することでインク吐出口を形成する。この露光は、例えば、ネガ型の感光性樹脂で被覆樹脂層を形成した場合は、インク吐出口となる領域以外の領域全面に一度行われる。そして、このときの露光エネルギーは、被覆樹脂層が、基板との十分な密着性を発現するように設定される。
【０００５】
また、液滴の吐出速度の高速化に対応可能な液体吐出ヘッドとして、製造段階で製造するインク流路パターン（液流路型材）の高さを変化させ、異なる高さの液流路を有する液体吐出ヘッドも知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−２８６１４９号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
ここで、近年の記録技術の進展に伴い、インクジェット記録技術には、より高精細な記録が求められている。このような要求を満たす方法として、インクジェット記録ヘッドにより吐出されるインク滴を極小化する検討が進められている。その手法として、液流路型材の上方に形成する被覆樹脂層の厚さ（オリフィスプレートの厚さ）を薄くする傾向や、インク吐出口の径を小さくなる傾向が見られる。
【０００７】
しかし、オリフィスプレートの厚さが薄くなると、これまでの露光エネルギーではインク流路パターンの上方の被覆樹脂層については過剰照射となり、パターンエッジのダレや形状変化が発生するおそれがある。このため、極微小なインク吐出口や、多角形状のインク吐出口を精度高く形成するのは困難になる。
【０００８】
さらに、過剰照射により被覆樹脂層を透過した露光エネルギーにより、液流路型材を構成する樹脂の一部が感光され、低分子化することがある。この低分子化した樹脂は、次工程の現像において現像液によるダメージを受けやすく、クラックが発生するおそれがある。このクラックの発生は、以後の工程中の熱履歴等により液流路型材中または液流路型材と被覆樹脂層の界面にてボイド状に成長し、最終的には基板の異方性エッチング時の保護材を破壊し、保護機能を劣化させてしまう。これは、不安定なインク吐出や、インク吐出方向の乱れによる印字品位低下につながる。なお、この現象は、インク吐出口の径が小さいほど発生しやすいことが確認されている。
【０００９】
液流路型材の高さを変化させて製造される液体吐出ヘッドにおいても、オリフィスプレートの厚みが薄い領域が存在するため、液流路を形成する部材の材料や、流路の寸法によっては上記と同様の問題が発生するおそれがある。
【００１０】
上記のようなパターンエッジのダレや形状変化、液流路型材におけるクラック発生を抑えるために露光エネルギーを小さくすると、被覆樹脂層と基板との十分な密着性を確保することが困難になってしまう。すなわち、オリフィスプレート及び被覆樹脂層の厚さによっては、被覆樹脂層と基板との十分な密着性を確保しつつ、高品位印字が可能なインクジェット記録ヘッドを製造することが困難であった。
【００１１】
本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものである。その目的は、オリフィスプレート及び被覆樹脂層の厚さによらず、被覆樹脂層と密着向上層または基板との十分な密着性を確保しつつ、高品位印字が可能なインクジェット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】
【００１２】
本発明は、
インク吐出エネルギー発生素子が形成された基板上に、ポジ型の樹脂により液流路型材を形成する工程と、
前記液流路型材が形成された基板上に、ネガ型の感光性樹脂により被覆樹脂層を形成する工程と、
前記被覆樹脂層を露光及び現像して、前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、
前記液流路型材を除去して、液流路を形成する工程と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記被覆樹脂層の露光時における、前記被覆樹脂層の、前記液流路型材の上方に位置する領域以外の露光領域に与えられる単位面積あたりの露光エネルギーが、前記被覆樹脂層の、前記液流路型材の上方に位置する露光領域に与えられる単位面積あたりの露光エネルギーより大きいことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法である。
【００１３】
前記被覆樹脂層を露光する方法として、前記被覆樹脂層の、前記液流路型材の上方に位置する領域以外の露光領域を露光した後、前記被覆樹脂層の、前記液流路型材の上方に位置する露光領域を露光することができる。本発明の方法は、前記インク吐出口が多角形状である場合に好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、オリフィスプレート及び被覆樹脂層の厚さによらず、被覆樹脂層と基板との十分な密着性を確保しつつ、高品位印字が可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供できる。
【００１６】
より具体的には、オリフィスプレートの厚さが薄い領域があっても、基板と被覆樹脂層との十分な密着性と、被覆樹脂層の高精細パターニングの両立が可能になる。さらに、液流路型材に生じるクラックの発生を抑制し、印字不良の抑制をも可能にする。これにより、インク吐出が安定した歩留りの高い、高印字品位可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（実施例１及び２）
図１−（Ａ）〜（Ｉ）は、本発明のインクジェット記録ヘッドの基本的な製造工程を示した断面模式図である。なお、図１−（Ａ）〜（Ｉ）は、インクジェット記録ヘッドの一部を破断して示す斜視模式図である図２のＡ−Ａ断面模式図に相当する。
【００１９】
まず、図１−（Ａ）に示すように、基板１の表面には発熱抵抗体等のインク吐出エネルギー発生素子２が複数個配置される。基板１としては、例えば結晶方位＜１００＞のシリコン基板を用いることができる。図１−（Ａ）に示すように、基板１の表面には保護層４、犠牲層５等が所望により形成され、基板１の裏面にはＳｉＯ2膜３等が所望により形成される。
【００２０】
さらに、図１−（Ｂ）に示すように、基板１の表面に密着向上層６、裏面にポリエーテルアミド樹脂層７を形成することもできる。以下、その形成方法を例示する。まず、基板１の表裏面にポリエーテルアミド樹脂を塗布し、ベークにより硬化させる。そして、基板１の表面の密着向上層６となるポリエーテルアミド樹脂をパターニングするために、レジストをスピンコート等により塗布、露光、現像する。次に、このレジストをマスクとしてドライエッチング等によりパターニングして密着向上層６を形成した後、前記レジストを剥離する。同様の工程により、基板１の裏面側のポリエーテルアミド樹脂をドライエッチング等によりパターニングしてポリエーテルアミド樹脂層７を形成した後、前記ポジ型レジストを剥離する。
【００２１】
次に、図１−（Ｃ）に示すように、基板１の表面に溶解可能な樹脂により液流路型材８を形成する。基板１上に溶解可能な樹脂としてのポジ型レジストを塗布し、液流路となるパターン形状にパターンニングすることで液流路型材８を形成することができる。液流路型材８の厚さは、通常５μｍ〜３０μｍの範囲に設定される。特に、厚さが１７μｍ〜３０μｍの液流路型材８を形成する場合に、本発明の効果が大きい。ここでは、厚さが１４μｍ（実施例１）及び２０μｍ（実施例２）の液流路型材８を形成した。
【００２２】
液流路型材８を形成する溶解可能な樹脂として使用するポジ型レジストとして、本実施例では東京応化製ＯＤＵＲ（商品名）を使用した。
【００２３】
次に、図１−（Ｄ）に示すように、液流路型材８が形成された基板１上に、ネガ型の感光性樹脂により被覆樹脂層９をスピンコート等の方法により形成する。さらに、被覆樹脂層９上には、所望により撥水層１０となるドライフィルムがラミネートされる。被覆樹脂層９の厚さは、基板１の表面からの厚さで通常１０μｍ〜６０μｍの範囲に設定される。特に、オリフィスプレートの厚さ（被覆樹脂層９の厚さ−液流路型材８の厚さ）が、基板１の表面からの厚さの１／２．５倍より小さくなる場合に、本発明の効果が大きい。ここでは、基板１の表面からの厚さで２５μｍとなるように被覆樹脂層９を形成した。すなわち、オリフィスプレートの厚さとしては、１１μｍ（実施例１）及び５μｍ（実施例２）となる。
【００２４】
被覆樹脂層９を形成するネガ型感光性樹脂として、例えばカチオン重合型のエポキシ樹脂等が挙げられる。
【００２５】
次に、被覆樹脂層９を露光及び現像して、被覆樹脂層９にインク吐出口１１を形成する。ここで、被覆樹脂層９の露光時には、被覆樹脂層９の、液流路型材８の上方に位置する領域以外の露光領域に与えられる単位面積あたりの露光エネルギーを、被覆樹脂層９の他の露光領域に与えられる単位面積あたりの露光エネルギーより大きくする。液流路型材８の上方に位置する領域以外の露光領域は厚く、被覆樹脂層９の他の露光領域（：液流路型材８の上方に位置する露光領域）は薄いことから、それぞれに適した露光エネルギーが異なる。そこで、上記のように、被覆樹脂層８の露光領域によって露光エネルギーを変えることで、それぞれに適した露光エネルギーを与えることができる。露光にあたっては、被覆樹脂層９の形成に用いたネガ型レジストの感光性に応じて、紫外光やＤｅｅｐＵＶ光などを必要量照射すればよい。具体的には、例えば次のような方法により露光を行うことができる。
【００２６】
まず、図１−（Ｅ）に示すように、液流路型材８の上方に位置する領域以外の露光領域のみをマスク１４を介して露光する。この領域の被覆樹脂層９は、液流路型材８の上方に位置する領域よりも厚さが厚く、被覆樹脂層９と基板１との十分な密着性を確保するために必要な露光量が大きい。したがって、この領域に必要な露光エネルギーで露光することで、被覆樹脂層９と基板１との十分な密着性を確保することができる。照射光は、前記のように紫外光やＤｅｅｐＵＶ光を使用することが好ましく、その波長は２９０ｎｍ〜４００ｎｍから選択することが好ましい。必要な露光エネルギーは、被覆樹脂層９を形成するネガ型感光性樹脂の感光性、被覆樹脂層９の厚さ、照射光の波長等を考慮して、適宜設定することができる。ここでは、オリフィスプレートの厚さが１１μｍ（実施例１）の場合は露光エネルギーが１１０ｍＪ／ｃｍ2となるように照射した。またオリフィスプレートの厚さが５μｍ（実施例２）の場合は露光エネルギーが１５０ｍＪ／ｃｍ2となるように照射した。
【００２７】
次に、図１−（Ｆ）に示すように、液流路型材８の上方に位置する露光領域をマスク１４を介して露光する。ここで、液流路型材８の上方に位置する領域は、先に照射した領域よりも厚さが薄く、少ない露光量で十分な領域である。したがって、この領域には、小さい露光エネルギーで露光する。このとき、図１−（Ｆ）に示すように、被覆樹脂層９の露光領域全面に光を照射してもよい。照射光は、図１−（Ｅ）と同様に紫外光やＤｅｅｐＵＶ光を使用することが好ましい。必要な露光エネルギーは、被覆樹脂層９を形成するネガ型感光性樹脂の感光性、オリフィスプレートの厚さ、照射光の波長等を考慮して、適宜設定することができ、例えば４０〜１１０ｍＪ／ｃｍ2から選択される。ここでは、オリフィスプレートの厚さが１１μｍ（実施例１）の場合は露光エネルギーが９０ｍＪ／ｃｍ2となるように照射した。またオリフィスプレートの厚さが５μｍ（実施例２）の場合は露光エネルギーが５０ｍＪ／ｃｍ2となるように照射した。すなわち、図１−（Ｅ）と図１−（Ｆ）の２工程で露光された領域は、合わせて２００ｍＪ／ｃｍ2となるように露光を行ったことになる。もちろん、図１−（Ｆ）において、前工程において露光エネルギーを与えられている領域をマスキングして、その領域には照射を行わなくてもよい。ただし、この場合には上記で示す合計露光エネルギーとなる２００ｍＪ／ｃｍ2の露光を図１−（Ｅ）で行う必要がある。
【００２８】
本例では、液流路型材８の上方に位置する領域以外の露光領域を先に露光したが、先に液流路型材８の上方に位置する露光領域の被覆樹脂層９、または被覆樹脂層９の露光領域全面を露光してもよい。また、液流路型材８の上方に位置する領域以外の露光領域と、液流路型材８の上方に位置する露光領域とで、所望の露光エネルギーが得られるような露光エネルギーの透過率が異なるマスクを使用して、上記の露光を一度に行うこともできる。
【００２９】
以上のような手法によれば、液流路型材８の上方に位置する領域の被覆樹脂層９に与える露光エネルギーを選択的に小さくすることができ、インク吐出口１１のエッジ（露光／未露光部境界）部のダレや形状変化を小さくすることができる。したがって、より微細で複雑な形状のパターニングが可能になる。例えば、一般的な円形状のインク吐出口だけでなく、多角形状のインク吐出口や、更なる微小液滴に対応した極微小円形状、多角形状のインク吐出口であっても、高精細に形成することができる。
【００３０】
さらに、先に述べた通り、過剰照射をすると、被覆樹脂層９を透過した露光エネルギーにより液流路型材８の一部が感光され、低分子化するため、液流路型材８中でのクラック発生の原因となる。このクラックの発生は、最終的に不安定なインク吐出や、インク吐出方向の乱れによる印字品位低下につながる。ところが、本発明によれば、このクラック発生を抑えることができる。
【００３１】
その後、図１−（Ｇ）に示すように、被覆樹脂層９を現像することにより、インク吐出口１１が形成される。
【００３２】
次に、図１−（Ｈ）のように、液流路型材８及び被覆樹脂層９が形成されている基板１の表面及び側面を覆うように、保護材１２をスピンコート等により形成する。基板１の裏面のＳｉＯ2膜３は、基板１をウエットエッチングする際のエッチング開始面となるＳｉ面が露出するようウエットエッチング等によって除去される。次に、基板１にインク供給口１３を設ける。このインク供給口１３は、基板１を化学的にエッチング、例えばＴＭＡＨ等の強アルカリ溶液による異方性エッチングすることで形成することができる。そして、基板１の裏面からの異方性エッチングが犠牲層５に到達し、基板が開口する。さらに前記基板開口面上の保護層４を除去することで、インク供給口１３が形成される。
【００３３】
次に、ポリエーテルアミド樹脂層７及び保護材１２を除去する。さらに液流路型材８をインク吐出口１１及びインク供給口１３から溶出させることにより、液流路及び発泡室が形成される。
【００３４】
そして、基板１をダイシングソー等により切断分離、チップ化し、インク吐出エネルギー発生素子２を駆動させるための電気的接合を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドが完成する。
【００３５】
（比較例１及び２）
図３−（Ａ）〜（Ｈ）は、従来のインクジェット記録ヘッドの基本的な製造工程を示した断面模式図である。なお、図３−（Ａ）〜（Ｈ）は、インクジェット記録ヘッドの一部を破断して示す斜視模式図である図２のＡ−Ａ断面模式図に相当する。
【００３６】
まず、図３−（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、図１−（Ａ）〜（Ｄ）に示す前記工程と同様に行い、インク吐出エネルギー発生素子２が複数個配置された基板１上に、液流路型材８、被覆樹脂層９、及び撥水層１０が形成される。基板１の表面には保護層４、犠牲層５、密着樹脂層６等が所望により形成され、基板１の裏面にはＳｉＯ2膜３、ポリエーテルアミド樹脂層７等が所望により形成される。ここでは、ポジ型レジストとして、東京応化製ＯＤＵＲ（商品名）を使用して、厚さ１４μｍ（比較例１）及び２０μｍ（比較例２）の液流路型材８を形成した。また、ネガ型レジストとして、光重合型エポキシ樹脂を使用して、基板１の表面からの厚さが２５μｍとなるように被覆樹脂層９を形成した。すなわち、オリフィスプレートの厚さとしては、１１μｍ（比較例１）及び５μｍ（比較例２）となる。
【００３７】
次に、被覆樹脂層９を露光及び現像して、被覆樹脂層９にインク吐出口１１を形成する。ここで、図３−（Ｅ）に示すように、被覆樹脂層９の露光は、インク吐出口１１となる領域以外の領域全面に対して行われる。ここでは、各比較例について、実施例１および実施例２と同様の波長で、それぞれ３種の露光エネルギーで露光を行った。オリフィスプレートの厚さが１１μｍ（比較例１）の場合は、９０ｍＪ／ｃｍ2、１５０ｍＪ／ｃｍ2、２００ｍＪ／ｃｍ2とした。オリフィスプレートの厚さが５μｍ（比較例２）の場合は、５０ｍＪ／ｃｍ2、１５０ｍＪ／ｃｍ2、２００ｍＪ／ｃｍ2とした。
【００３８】
その後、図３−（Ｆ）〜（Ｈ）に示すように、図１−（Ｇ）〜（Ｉ）に示す前記工程と同様に行い、インク吐出口１１、インク供給口１３、並びに液流路及び発泡室が形成される。そして、基板１をダイシングソー等により切断分離、チップ化し、インク吐出エネルギー発生素子２を駆動させるための電気的接合を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドが完成する。
【００３９】
（作製したインクジェット記録ヘッドの評価）
以上の実施例１及び２、並びに比較例１及び２で作製したインクジェット記録ヘッドについて、クラック発生及び密着性の評価を行った。結果を表１に示す。なお、クラック発生の評価としては、被覆樹脂層９を露光及び現像して、被覆樹脂層９にインク吐出口１１を形成した後の液流路型材８に発生するクラックの有無を検査する。そして、クラック発生がない場合に「○」、クラック発生がある場合に「×」とした。また、密着性の評価としては、基板１上の密着向上層６と被覆樹脂層９とが密着しているか否かを検査する。具体的には、例えば液流路内にインク等の液体を充填させ、密着向上層６と被覆樹脂層９との界面にインクが介在するかどうかで評価できる。そして、密着向上層６と被覆樹脂層９との界面にインクが介在しない場合に「○」、インクが介在する場合に「×」とした。
【００４０】
実施例１及び２の結果より、本発明によれば、オリフィスプレート及び被覆樹脂層の厚さによらず、液流路型材におけるクラックの発生がなく、被覆樹脂層と基板との十分な密着性を確保できることが確認できる。一方、比較例１及び２の結果より、従来の方法では、オリフィスプレートの厚さが薄くなると、液流路型材におけるクラックの発生がなく、被覆樹脂層と基板との十分な密着性を確保することが困難であることが確認できる。
【００４１】
【表１】
0004834426.tif 000002
【００４２】
（他の実施形態）
本発明は、製造段階での液流路型材の高さを変化させ、異なる高さの液流路を有するインクジェット記録ヘッドの製造にも好適である。例えば、図４に示すような構造を有するインクジェット記録ヘッドが挙げられる。このインクジェット記録ヘッドの製造は、液流路型材８を二段に形成し、露光の際には、オリフィスプレートの厚さの異なる領域のそれぞれに最適な露光エネルギーが与えられるようにすること以外は、前記実施例と同様の方法で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す断面模式図である。
【図２】インクジェット記録ヘッドの一部を破断して示す斜視模式図である。
【図３】従来のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す断面模式図である。
【図４】異なる高さの液流路を有するインクジェット記録ヘッドの断面模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：基板
２：インク吐出エネルギー発生素子
３：ＳｉＯ2膜
４：保護層
５：犠牲層
６：密着向上層
７：ポリエーテルアミド樹脂層
８：液流路型材
９：被覆樹脂層
１０：撥水層
１１：インク吐出口
１２：保護材
１３：インク供給口
１４：マスク
【図１】
0004834426.tif 000003
【図２】
0004834426.tif 000004
【図３】
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【図４】
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