(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化シリコンからなる層と、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子を駆動させるための電極とを、表面の上側に有する基板と、前記窒化シリコンからなる層の上側に配され、液体を吐出するための吐出口が設けられた吐出口形成部材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記窒化シリコンからなる層の上側に前記吐出口形成部材となる感光性を有する層を設ける工程と、
前記感光性を有する層に対して、感光性を有する層の上側からｉ線による露光を行い、前記吐出口を形成する工程と、
を有し、前記窒化シリコンからなる層は、前記エネルギー発生素子及び前記電極の上側に前記エネルギー発生素子及び前記電極を覆うように設けられており、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５以上であり、かつ前記露光において前記ｉ線が照射される層であり、前記窒化シリコンからなる層が設けられていることで、前記窒化シリコンからなる層が設けられていない場合よりも、前記ｉ線が前記基板の表面側から前記感光性を有する層の吐出口を形成する領域側に反射することが抑制されることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記感光性を有する層は、ネガ型感光性樹脂の層であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記吐出口は前記エネルギー発生素子と対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記感光性を有する層を設ける工程は、
前記基板の表面の上側に前記吐出口へと連通する流路の型となるパターンを設ける工程と、
前記パターンを被覆するように前記感光性を有する層を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５以上である窒化シリコンからなる層の上側に、さらに他の窒化シリコンからなる層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記他の窒化シリコンからなる層は、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５未満であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５以上である窒化シリコンからなる層は、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５未満である他の窒化シリコンからなる層の上側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記流路の型となるパターンの前記基板の表面上の厚みは１０〜２０μｍである請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記基板の表面と吐出口の開口との距離は２０〜３０μｍである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５以上である窒化シリコンからなる層の前記基板の表面上の厚みは２５０ｎｍ以上である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記流路の型となるパターンの前記基板の表面上の厚みは１０〜２０μｍであり、前記基板の表面と吐出口の開口との距離は２０〜３０μｍであり、前記波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５以上である窒化シリコンからなる層の前記基板の表面上の厚みは２５０ｎｍ以上である請求項４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、液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関し、具体的には被記録媒体にインクを吐出することにより記録を行う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】
液体を吐出する液体吐出ヘッドを用いる例としては、インクジェット記録方式に用いられるインクジェット記録ヘッドが挙げられる。
【０００３】
インクジェット記録ヘッドは、一般に流路、該流路の一部に設けられるインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子、インクを吐出するための微細なインク吐出口（「オリフィス」とも呼ばれる）とを備えている。
【０００４】
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には以下のような製造方法が開示されている。すなわち、エネルギー発生素子を形成した基板上に感光性材料にて流路の型を形成し、次いで型を被覆するように前記基板上に流路形成部材となる被覆樹脂層を塗布形成する。ついで、該被覆樹脂層に吐出口を形成した後、型に使用した感光性材料を除去してなるインクジェット記録ヘッドの製造方法である。この製造方法によると、半導体分野に用いられるフォトリソグラフィーの手法を適用しているので、流路、吐出口等の形成に関して極めて高精度で微細な加工が可能である。近年では、記録スピードのさらなる高速化および記録のさらなる高品質化が求められており、インクジェットヘッドの吐出口の数が多くなるとともに、吐出口の寸法が極めて小さくなる傾向にある（具体的には吐出口径が数十μｍ程度から、数μｍ程度）。
【特許文献１】特公平６−４５２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、さらなる高精度な吐出口を形成するため、特許文献１の方法において、ｉ線単一波長の光を露光光源として吐出口を形成することを試みた。すると、発明者らは円形を意図して作成したにも係らず、形成された吐出口は、歪んだ形状となり、吐出性能への影響が見られる場合もあった。
【０００６】
発明者らの鋭意検討により、上述の歪みの原因として以下の点が見出された。すなわち、露光に用いた光が基板へと到達し、基板面で反射した後、吐出口形成用の樹脂に至り、その影響によって、吐出口の形状が所望のものと異なってしまうというものである。
【０００７】
本発明は上記点を鑑みなされたものであって、ｉ線露光によるフォトリソグラフィーの手法によってインクジェット記録ヘッドの吐出口を形成する際に、所望の吐出口形状を精度よく得ることができる方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明は、窒化シリコンからなる層と、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子を駆動させるための電極とを、表面の上側に有する基板と、前記窒化シリコンからなる層の上側に配され、液体を吐出するための吐出口が設けられた吐出口形成部材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、前記窒化シリコンからなる層の上側に前記吐出口形成部材となる感光性を有する層を設ける工程と、前記感光性を有する層に対して、感光性を有する層の上側からｉ線による露光を行い、前記吐出口を形成する工程と、を有し、前記窒化シリコンからなる層は、前記エネルギー発生素子及び前記電極の上側に前記エネルギー発生素子及び前記電極を覆うように設けられており、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５以上であり、かつ前記露光において前記ｉ線が照射される層であり、前記窒化シリコンからなる層が設けられていることで、前記窒化シリコンからなる層が設けられていない場合よりも、前記ｉ線が前記基板の表面側から前記感光性を有する層の吐出口を形成する領域側に反射することが抑制されることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造方法を用いることにより、ｉ線露光によるフォトリソグラフィーの手法によってインクジェット記録ヘッドの吐出口を形成する際に、所望の吐出口形状を精度よく得ることができる。さらに、微細な吐出口径のものであっても、良好な形状を再現よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では，同一の機能を有する構成には図面中で同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。
【００１１】
本説明では、本発明の適用例として、インクジェット記録方式を例に挙げて説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオッチプ作成や電子回路印刷等にも適用できる。
【００１２】
なお、液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。例えば、バイオッチップ作成や電子回路印刷、薬物を噴霧状に吐出するなどの用途としても用いることができる。
【００１３】
例えば、この液体吐出ヘッドを記録用途として用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うこともできる。なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。
【００１４】
まず、本発明の液体吐出ヘッドの一適用例としてのインクジェット記録ヘッド（以下記録ヘッド）について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る記録ヘッドを示す模式図である。
【００１６】
本発明の実施形態の記録ヘッドは、インクを吐出するために用いられるエネルギーを発生するエネルギー発生素子２が所定のピッチで形成された基板１を有している。基板１にはインクを供給する供給口３が、エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。基板１上には、各エネルギー発生素子２の上方に開口する吐出口５と、供給口３から各吐出口５に連通する個別のインクの流路６が形成されている。
【００１７】
また吐出口形成部材４は、供給口３から各吐出口５に連通する個別の流路６を形成する流路形成部材としても機能している。無論、吐出口形成部材４と別体で流路形成部材が設けられていてもよい。また、吐出口５の位置は、上記のエネルギー発生素子２と対向する位置に限定されるものではない。
【００１８】
この記録ヘッドは、吐出口５が形成された面が記録媒体の記録面に対面するように配置される。そして、供給口３を介して流路内に充填されたインクに、エネルギー発生素子２によって発生するエネルギーが利用され、吐出口５からインク液滴を吐出させ、これを記録媒体に付着させることによって記録を行う。エネルギー発生素子としては、熱エネルギーとして電気熱変換素子（所謂ヒーター）等、力学的エネルギーとして、圧電素子等があるが、これらに限定されるものではない。次いで本発明による記録ヘッドの構造の特徴について図２を参照して詳しく説明する。
【００１９】
図２は、図１におけるＡ−Ａ’を通り基板に垂直な面で見た本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの模式的断面図である。
【００２０】
図２（ａ）に示されるように、吐出口５は、吐出口形成部材４において、表面の開口部分とし、流路６と吐出口５を連通する部分を吐出部７として区別して呼称する。また吐出部７の形状は基板側から吐出口５に向かうにつれて、基板１に平行な断面の面積が小さくなっていくような所謂テーパー形状であってもよい。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、吐出口形成部材４と基板との間に流路６の壁をなす流路形成部材８が設けられていてもよい。
【００２２】
次いで、本発明のインクジェット記録ヘッドに用いられる基板１について詳細に説明する。
【００２３】
図３は供給口３が形成される前の状態の基板１を示す図であり、図２と同様の断面図である。
【００２４】
図３（ａ）に示されるように、本発明の基板１上には、熱酸化膜１０、熱酸化膜上に設けられた絶縁層としてのシリコン酸化膜９が設けられ、その上にエネルギー発生素子２が設けられている。さらにその上にエネルギー発生素子２を駆動させるための電極（不図示）が設けられ、さらにそれらを保護するように窒化シリコンの層１１が基板表面に設けられている。この窒化シリコンの層１１は、後述するｉ線を用いた露光の際に基板表面での反射を抑制するため、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０５以上である窒化シリコンの層を少なくとも１層以上含む。この窒化シリコンの層１１の厚みは２５０ｎｍ以上であると好適である。またインク供給口３を形成する際に精度を向上させる目的で犠牲層１３が設けられていてもよい。
【００２５】
また、図３（ｂ）に示されるように、窒化シリコンの層１１は、第１の窒化シリコンの層１１ａと第２の窒化シリコンの層１１ｂとの２層により構成されてよい。例えば波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．０以下である第１の窒化シリコンの層１１ａを形成した後、その上層に波長６３３ｎｍにおける屈折率が２．０５以上になるように設定された第２の窒化シリコンの層１１ｂを設けることができる。また、その逆に基板に近い側に波長６３３ｎｍの光における屈折率が２．０５以上の第１の窒化シリコンの層１１ａが設けられ、その上層（基板から遠い側）に波長６３３ｎｍにおける屈折率が２．０５未満の第２の窒化シリコンの層１１ｂが設けられていてもよい。
【００２６】
本発明においては、窒化シリコンの層１１が、波長６３３ｎｍにおける屈折率が２．０５以上の窒化シリコンの層１１を１層以上含んでいれば、特に構成上の制限がない。波長６３３ｎｍにおける屈折率が２．０５以上の窒化シリコンの層が複数設けられることも許容する。
【００２７】
なお、６３３ｎｍにおける窒化シリコンの屈折率と、シリコンと窒素との組成比と、はリニアに対応していることが知られている。
【００２８】
次いで本発明による記録ヘッドの製造方法の一例について詳しく説明する。
【００２９】
図４は、本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を工程に従って示す模式的断面図であり、断面の位置は図２と同様である。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、窒化シリコンの層１１が表面に設けられた基板１を準備する。ｉ線を用いた露光の際に基板表面での反射を抑制するため、窒化シリコンの層１１は波長６３３ｎｍにおける屈折率が２．０５以上になるように設定される。この窒化シリコンの層１１の厚みは２５０ｎｍ以上であると好適である。このような基板１は、流路６を構成する部材の一部として機能し、また、後述の流路６および吐出口５を形成する吐出口形成部材４の支持体として機能し得るものであれば、その形状、材質等に特に限定されることなく使用することができる。本例においては、後述する異方性エッチングにより基板を貫通する供給口３を形成するため、シリコン基板が用いられる。基板１上に設けられたエネルギー発生素子２は、窒化シリコンの層１１に被覆されている。
【００３１】
次いで、図４（ｂ）に示すように、窒化シリコンの層上に、インクの流路の型となるパターン１４を形成する。パターン１４の材料としてはポリメチルイソプロペニルケトンや、ポリメチルメタクリレート等のポジ型感光性樹脂を用いることができる。パターン１４は膜厚１０〜２０μｍ程度で設定されると好適であるが、これは本発明を限定するものではない。
【００３２】
また、後工程で形成する流路形成部材と、基板１との密着性を高める目的で，ポリエーテルアミドなどの密着層１５を形成することもできる。
【００３３】
次いで図４（ｃ）に示すように、流路パターン１４を形成した基板１上に、吐出口形成部材となる感光性の樹脂層１６をスピンコート法、ロールコート法、スリットコート法等の方法で形成する。このとき、このとき、吐出口５と基板１との距離が最終的に、２０〜３０μｍ程度になるように、樹脂層を形成することが好適であるが、これは本発明を限定するものではない。
【００３４】
また、樹脂層１６はネガ型感光性樹脂によって形成されることが望ましい。樹脂層１６は、最終的には吐出口形成部材として、例えば天井などの流路の一部を形成する部材としても機能するものである。そこで、構造材料としての高い機械的強度、下地との密着性、耐インク性と、同時にインク吐出口の微細なパターンをパターニングするための解像性が要求される。これらの特性を満足する材料としては、カチオン重合型のエポキシ樹脂組成物を好適に用いることができる。
【００３５】
エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、ノボラック型のエポキシ樹脂や、ビスフェノールＡ骨格を有するエポキシ樹脂や、オキシシクロヘキサン骨格を有する多官能エポキシ樹脂を好適に用いることができる。これらのエポキシ樹脂は常温で固体であることが好ましい。
【００３６】
上記エポキシ樹脂を硬化させるための光カチオン重合開始剤としては、光照射により酸を発生する化合物を用いることができる。そのような化合物としては、特に制限はないが、例えば、芳香族スルフォニウム塩、芳香族ヨードニウム塩を用いることができる。芳香族スルフォニウム塩の一例としては、旭電化工業（株）より市販されているＳＰ−１７０、１７２等を挙げることができる。
【００３７】
さらに上記組成物に対して必要に応じて添加剤など適宜添加することが可能である。例えば、エポキシ樹脂の弾性率を下げる目的で可撓性付与剤を添加したり、あるいは下地との更なる密着力を得るためにシランカップリング剤を添加したりすること等が挙げられる。
【００３８】
次いで、図４（ｄ）に示すように、吐出口５を形成するために、マスク１７を用いてネガ型感光性樹脂の層１６に対して露光を行う。このとき、露光にはｉ線を用いる。本発明でいうところのｉ線とは、３６５ｎｍを中心波長とする光である。かならずしも３６５ｎｍの波長のみの光ではなく、ある程度の半値幅を持ったスペクトルとなる場合もある。
【００３９】
次いで現像を行い、図４（ｅ）に示すように、吐出口５とともに吐出部７を形成する。以上のようにして吐出口形成部材４が形成される。このとき、吐出口５の口径は５〜１５μｍ程度に設定されることが、微小液滴の吐出という観点で好適である。
【００４０】
次いで、図４（ｆ）に示すように、基板１を貫通するインク供給口３を形成する。インク供給口の形成方法としては、エッチング液耐性を有する樹脂組成物をエッチングマスクとして用い、異方性エッチングにより行うことができる。
【００４１】
次いで、図４（ｇ）に示すように、パターン１４を除去することでインク流路６を形成する。さらに、必要に応じて加熱処理を施し、インク供給のための部材（不図示）の接合、エネルギー発生素子２を駆動するための電気的接合（不図示）を行って、記録ヘッドを完成させる。
【００４２】
次いで実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
【００４３】
（実施例１）
まず、エネルギー発生素子としてのＴａＳｉＮからなるヒーター２を有し、ヒーター２を覆うようにして設けられた窒化シリコンの層１１を表面に有する基板１を用意した（図４（ａ））。なお窒化シリコンの層の波長６３３ｎｍにおける屈折率は２．１とした。Ｓｉ／Ｎ比は１である。窒化シリコン層の成膜は、プラズマＣＶＤで下記の条件で行った。
ＳｉＨ４流量      １６０ＳＣＣＭ
ＮＨ３流量          ４０ＳＣＣＭ
Ｎ２流量          １５００ＳＣＣＭ
ガス圧            ７００Ｐａ
基板温度          ３５０℃
ＲＦパワー        ５００Ｗ
次いで、基板１の表面上にポジ型感光性樹脂（ＯＤＵＲ：東京応化社製）をスピンコートにより形成し、パターニングして流路のパターン１４を形成した（図４（ｂ））。
【００４４】
次いで、パターン１４上に、下記組成物をキシレンに溶解させ、スピンコートし、ベークを行って、ネガ型感光性樹脂の層１６を形成した（図４（ｃ））。
【００４５】
名称                  メーカー              重量部（ｗｔ％）
ＥＨＰＥ−３１５０      ダイセル化学（株）製        ９４
Ａ−１８７              日本ユニカー（株）製        ４５
ＳＰ−１７０            旭電化工業（株）製          ０．１５
次いで、ｉ線ステッパーを用いて３６５ｎｍの光によりネガ型感光性樹脂の層１６を５０００Ｊ／ｍ２で露光した（図４（ｄ））。円形の吐出口パターンをもつマスクを用いて行った。
【００４６】
次いで、露光後のネガ型感光性樹脂の層１６に対してキシレンを用いて現像を行って口径１０μｍの吐出口５を形成した（図４（ｅ）。
【００４７】
次いで基板１に対して裏面からＴＭＡＨ溶液を用いた異方性エッチングをおこない供給口３を形成した（図４（ｆ））。
【００４８】
次いで乳酸メチル溶液を用いてパターン１４を除去して流路６を形成した（図４（ｇ））。
【００４９】
最後に、必要な電気的接続を行い（不図示）記録ヘッドが完成した。
【００５０】
（実施例２）
窒化シリコンの層の波長６３３ｎｍにおける屈折率を２．０５。ＳｉＮ比は０．９５とした窒化シリコンの層は実施例１のＳｉＨ４流量とＮＨ３流量を調整し成膜を行った。それ以外は実施例１と同様にして記録ヘッドを作成した。
【００５１】
以上のようにして作成した各実施例の記録ヘッドを記録装置に搭載し、印字評価を行ったところ、良好な結果が得られた。
【００５２】
（実施例３）
実施例１と異なる点は、窒化シリコンの層１１として２層（上層１１ｂ、下層１１ａ（図３（ｂ）参照））の窒化シリコンの層を用意したことである。上層１１ｂの波長６３３ｎｍにおける屈折率は２．０、下層１１ａの波長６３３ｎｍにおける屈折率は２．４とした。ＳｉＮ比は１．４５とした窒化シリコンの層は実施例１のＳｉＨ４流量とＮＨ３流量を調整し成膜を行った。
【００５３】
それ以外は実施例１と同様にして記録ヘッドを作成した。
【００５４】
以上のようにして作成した各実施例の記録ヘッドを記録装置に搭載し、印字評価を行ったところ、良好な結果が得られた。
【００５５】
（実施例４）
実施例１と異なる点は、窒化シリコンの層１１として２層（上層１１ｂ、下層１１ａ（図３（ｂ）参照））の窒化シリコンの層を用意したことである。上層１１ｂの波長６３３ｎｍにおける屈折率は２．１、下層１１ａの波長６３３ｎｍにおける屈折率は２．４とした。上記の窒化シリコンの層は実施例１のＳｉＨ４流量とＮＨ３流量を調整し成膜を行った。
【００５６】
（実施例５）
実施例１と異なる点は、窒化シリコンの層１１として２層（上層１１ｂ、下層１１ａ（図３（ｂ）参照））の窒化シリコンの層を用意したことである。上層１１ｂの波長６３３ｎｍにおける屈折率は２．４、下層１１ａの波長６３３ｎｍにおける屈折率は２．０とした。上記の窒化シリコンの層は実施例１のＳｉＨ４流量とＮＨ３流量を調整し成膜を行った。
【００５７】
（実施例６）
実施例１と異なる点は、窒化シリコンの層１１として２層（上層１１ｂ、下層１１ａ（図３（ｂ）参照））の窒化シリコンの層を用意したことである。上層１１ｂの波長６３３ｎｍにおける屈折率は１．９、下層１１ａの波長６３３ｎｍにおける屈折率は２．６とした。上記の窒化シリコンの層は実施例１のＳｉＨ４流量とＮＨ３流量を調整し成膜を行った。
【００５８】
（比較例）
実施例１と異なる点として基板１の表面に設けられた窒化シリコンの層の波長６３３ｎｍの光における屈折率を２．０とした。ＳｉＮ比を０．８５とし、窒化シリコンの層は実施例のＳｉＨ４流量とＮＨ３流量を調整し成膜を行った。それ以外は実施例と同様にして記録ヘッドを作成した。
【００５９】
（評価）
比較例の記録ヘッドにより印字を行った結果、しばしばヨレ等に起因すると思われるスジムラが発生した。比較例の記録ヘッドの吐出口を観察したところ、歪んだ円形の吐出口が見られた。
【００６０】
吐出口のＸ／Ｙ比（Ｘは直径、ＹはＸに直交する方向の径）で、比較例のヘッドは約１１７％に対し、実施例のヘッドは約１００％と真円に近かった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの一例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの基板の一例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  基板
２  エネルギー発生素子
３  供給口
４  吐出口形成部材
５  吐出口
６  流路
７  吐出部
１６  樹脂層
【図１】
0005328334.tif 000002
【図２】
0005328334.tif 000003
【図３】
0005328334.tif 000004
【図４】
0005328334.tif 000005