CN101204880A - 液体排出头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了制造液体排出头的方法，该液体排出头包括生成用于排出液体的能量的能量生成元件、和配备在面对能量生成元件的位置上并具有用于排出液体的排出口的排出部分。该方法包括如下步骤：在基板上形成用于形成排出口的构件的负光敏树脂层，以及将该层曝光于i线，以便形成在从基板到排出口的方向上变尖的排出部分，其中，对于用于曝光的光，该层具有每1μm厚度大约0.02到大约0.07的吸光度。

Description

液体排出头及其制造方法
技术领域
本发明涉及排出液体的液体排出头及其制造方法。具体地说，本发明涉及用于通过将墨排出到记录媒体上来进行记录的喷墨记录头及其制造方法。
背景技术
用在喷墨记录系统中的喷墨记录头是液体排出头的一个例子。喷墨记录头一般具有通道、配备在通道中以便生成用于排出墨的能量的能量生成元件、以及将墨排出在诸如纸的某种形式的媒体上的细墨排出口(被称为“孔”)。
美国专利第4,657,631号公开了一种制造这种喷墨记录头的传统方法的例子。具体地说，它公开了在已经形成能量生成元件的基板上利用光敏材料形成通道图案，然后将涂覆树脂层作为通道形成件施加在基板上以便覆盖所述图案。接着，在涂覆树脂层中形成排出口，然后除去用于图案的光敏材料。这种方法能够为形成通道和排出口进行精度极高的精细处理，因为它采用了用在半导体制造中的光刻方法。
鉴于排出微液滴的需要，最近的发展趋势是使喷墨记录头具有更小孔径。在这种情况下出现如下问题。墨在微型排出口和从其延续的排出部分中的流阻增加了，负面影响了墨的排出。此外，恢复(重灌墨)速度也增加了。另外，当由于来自孔的墨在待机模式下的蒸发使墨的粘性增加时，在排出的初始阶段可能不发生排出。
如公开在美国专利第7,048,358中的，控制流阻和墨蒸发的已知方法涉及形成直径朝向所述孔逐渐减小的所谓锥形排出部分。
但是，可能难以按所需形成这样的锥形排出部分，尤其是当它的尺寸足够小以排出微液滴时。
另一方面，当墨重灌速率增加时，在孔表面上稳定液滴弯月面所需的时间也趋向于增加。尤其是，这种趋势在排出大液滴的排出部分中更加明显。因此，根据液滴的尺寸，与基板平行的截面积与孔相同的直排出部分可能是优选的。
发明内容
本发明提供了一种包括形成精度高的锥形排出部分的液体排出头。此外，本发明还提供了一种包括在相同基板上形成的多个不同锥形排出部分或一个锥形排出部分和一个直排出部分的液体排出头。
按照本发明的一个实施例，提供了一种制造液体排出头的方法，该液体排出头包括生成用于排出液体的能量的能量生成元件、配备在面对能量生成元件的位置上并具有排出液体的孔的排出部分、以及将液体供应给排出部分的通道。该方法包括如下步骤：在基板上形成负光敏树脂层，使得对于365nm每1μm厚度的吸光度是大约0.02到大约0.07；以及利用i线来构图该层以形成排出部分，使得与基板平行的截面积从基板到孔逐渐减小。
按照本发明的另一方面，液体排出头包括生成用于排出液体的能量的能量生成元件、配备在面对能量生成元件的位置上并具有排出液体的孔的排出部分、以及将液体供应给排出部分的通道。该排出部分至少包括第一排出部分和第二排出部分，以及第二排出部分具有与第一排出部分不同的孔。与基板平行的第二排出部分的截面积以大于第一排出部分的速率朝向孔减小，即，第二排出部分更尖(tapered)。
按照本发明的制造液体排出头的方法能够提供具有形成精度高的锥形排出部分的液体排出头。具有在相同基板上形成并且每一个具有根据排出量的最佳形状的排出部分的液体排出头能够更有效地排出液体。
通过结合附图对本发明的示范性实施例进行如下描述，本发明其它目特征将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明实施例的喷墨记录头的示意性透视图；
图2A到2C是每一个都示出根据本发明实施例的喷墨记录头的示意性截面图；
图3A到3J是示出根据本发明实施例的制造喷墨记录头的方法的例子的示意性截面图；
图4示出了可以用在本发明中的化合物的例子；
图5示出了可以用在本发明中的化合物的例子；
图6示出了可以用在本发明中的化合物的例子；
图7是示出根据本发明实施例的喷墨记录头的示意性截面图；
图8A到8F是示出根据本发明实施例的制造喷墨记录头的方法的例子的示意性截面图；
图9A和9B分别是根据本发明实施例的喷墨记录头的平面图和示意性截面图；
图10A和10B是示出根据本发明实施例的制造喷墨记录头的方法的例子的示意性截面图；
图11是示出用于制造根据本发明实施例的喷墨记录头的负光敏树脂的光吸收谱的图形；
图12A和12B是示出根据本发明实施例的制造喷墨记录头的方法的例子的示意性截面图；
图13是示出可用于制造根据本发明实施例的喷墨记录头的照射光的光谱的图形；
图14A和14B是示出根据本发明实施例的制造喷墨记录头的方法的例子的示意性截面图；
图15A和15B是每一个都示出可被用于制造根据本发明实施例的喷墨记录头的掩模吸收的光的波长区的图形；
图16是示出根据本发明实施例的制造喷墨记录头的方法的例子的示意性截面图；以及
图17A和17B是示出根据本发明实施例的制造喷墨记录头的方法的例子的示意性截面图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的实施例。在本说明书中，具有相同功能的部件用相同的标号表示，并且可能省略对这种部件的描述。
应该明白，喷墨记录头被描述成液体排出头的非限制性例子，但本发明不局限于此。本发明可以用于在电路印刷领域中形成生物芯片等。
首先，下面描述可以按照本发明形成的喷墨记录头(下文称为“记录头”)。
图1是根据本发明实施例的记录头的示意性透视图。
这个记录头包括以预定间距在其上形成能量生成元件2的基板1，能量生成元件2生成用于排出墨的能量。此外，在基板1上的两行能量生成元件2之间形成用于供应墨的供应口3。并且，利用通道形成件4，在基板1上形成在每个能量生成元件2上方开放的排出口5、和从供应口3与每个排出口5连通的墨通道6。
记录头被设置成使得形成排出口5的表面面对记录媒体的表面。在记录头中，由能量生成元件2生成的压力施加给通过墨供应口3灌入每个通道中的墨，以便从排出口5排出墨滴，并且使墨滴粘到记录媒体上以进行记录。
接着，参照图2A到2C来描述记录头的结构特征。
图2A到2C是沿着图1中的直线II-II取出的每一个都示出根据本发明实施例的记录头的示意性截面图。
图2A示出了包括延续到各排出口5的排出部分7和8的记录头。在每个排出部分7和8中，排出口5在与基板侧相对的方向上具有开口。第一排出部分7具有其中与基板1平行的截面积从排出口5到基板侧基本上恒定的直形(straight shape)。第二排出部分8具有截面积靠近排出口5逐渐减小的锥形。作为锥角，φ最好是75°到85°，但也可以小于75°。术语“直形”代表θ大约是90±2°。
当从第一排出部分7排出的液滴大于从第二排出部分8排出的液滴时，最好使用具有上述形状的记录头。
如图2B所示，第一排出部分7可以具有锥形。在这种情况下，可以选择第一排出部分7的各种锥形倾角。例如，第一排出部分7的角度θ可以大于相同位置的第二排出部分8的角度φ。在这种情况下，第一排出部分7没有第二排出部分8那么尖。角度θ和φ可以相同。
并且，如图2C所示，第一和第二排出部分7和8两者或之一(未示出)可以是这样的，与基板1平行的截面积在较接近基板的地方保持恒定。然后，这个面积在作为边界的局部点101处减小，并且靠近排出部分5逐渐减小。也就是说，排出部分可以具有带有所谓台阶的锥形。
接着，参照图3A到3J来描述根据本发明实施例的制造记录头的方法。这些图形是示出制造在像图1那样的完整状态下沿着直线II-II取出的记录头的方法的例子的示意性截面图。
首先，如图3A所示，制备基板1。基板1的形状和制成它的材料没有特别限制，只要该基板可以作为通道形成件的一部分以及作为形成通道和墨排出口的材料层的支承件。在本例中，使用硅基板，以便通过如下所述的各向异性蚀刻来形成穿过基板1的墨供应口。
如图3B所示，将所需数量的电热换能器或压电元件作为能量生成元件2放置在基板1上。能量生成元件2将能量提供给墨以便排出墨滴进行记录。例如，当电热换能器用作能量生成元件2时，记录液体被换能器加热以便使墨的状态发生变化并生成排出能量。例如，当使用压电元件时，排出能量通过元件的机械振动而生成。并且，将控制信号输入电极(未示出)与能量生成元件2连接以便操作这些元件2。
另外，通常提供诸如用于提高能量生成元件2的耐用性的保护层(未示出)和用于提高通道形成件与基板之间的粘附性的粘附性提高层(未示出)的各种功能层。在本发明中，可以不引起任何问题地提供这些功能层。
接着，如图3C所示，在基板1和能量生成元件2上形成正光敏树脂层9。
接着，如图3D所示，通过光刻技术来构图正光敏树脂层9以形成诸如墨通道图案的图案10。由于图案10随后必须例如通过在后面的过程中被溶解而除去，所以使用可溶解的正光敏树脂。具体地说，可以使用诸如聚甲基异丙烯基酮或聚乙烯基酮的乙烯基酮或丙烯酸系可光降解高分子化合物。可以通过诸如旋涂或狭缝涂覆的通用溶剂涂覆方法来形成正光敏树脂层。
接着，如图3E所示，在已经形成图案10的基板1上形成负光敏树脂层11。下面描述优选的负光敏树脂。树脂层11可以通过例如诸如旋涂、滚涂或狭缝涂覆的方法来形成。
尽管在本实施例中提供了用作通道图案的图案，但它不是必要部件。按照本发明，可以不用这样的图案来形成通道。
接着，如图3F所示，如果需要，在层11上形成具有负光敏性的抗墨剂层12。抗墨剂层12可以通过诸如旋涂、滚涂或狭缝涂覆的施加方法来形成。但是，在本例中，抗墨剂层12是在未硬化的负光敏树脂层11上形成的，因此，这两层最好不过分相互兼容。
接着，如图3G所示，通过掩模(未示出)曝光和显影来构图负光敏树脂层11以形成锥形排出部分。作为锥角，φ最好是75°到85°，但也可以小于75°。其结果是，形成通道形成件4。
当喷墨记录头包括在相同基板上形成的锥形排出部分和直排出部分时，可以形成锥形排出部分8和直排出部分7。术语“直形”代表θ大约是90±2°。可以通过将例如所谓的步进曝光机(未示出)用作曝光装置来改变负光敏树脂层11的聚焦量的曝光方法，来分开地形成锥形排出部分和直排出部分。根据另一种方法，利用具有不同照射波长的多个曝光装置来进行多次曝光。根据又一种方法，利用照射宽带光通过有选择地透射不同波长区中的光的多个光掩模的曝光装置进行多次曝光。还可以使用另一种方法，其中，利用照射宽带光通过配有有选择地透射不同波长区中的光的多个带通滤波器的光掩模的曝光装置来进行曝光。
为了形成满意的锥形，控制负光敏树脂层11在曝光波长上的透射率和曝光量以便衰减在厚度方向上伴随曝光的光反应是有效的。但是，当厚度方向上的衰减过分小时，不能形成具有满意形状的锥形。当衰减过分大时，涂覆树脂中的硬化在更接近基板表面的地方趋于不充分，从而使机械强度、抗墨性、和对基板的粘附性下降。在一些情况下，不能形成直形。
另一方面，鉴于作为构成材料的硬化产物的机械强度、用作记录头时的抗墨性和分辨力，最好将光致阳离子可聚合环氧树脂组合物用于负光敏树脂层11。尤其是，可以使用包含双酚A环氧树脂、可溶可熔酚醛环氧树脂或甲酚可溶酚醛环氧树脂、或具有氧环已烷骨架的多官能环氧树脂作为基的光致阳离子可聚合环氧树脂组合物。在这样的环氧化合物中，环氧当量最好是2000或更小，更优选是1000或更小。这是因为，当环氧当量超过2000时，在硬化反应中交联密度可以会下降，从而引起与粘附性和抗墨性有关的问题。
优选将芳香族锍盐或芳香族碘鎓盐用作硬化环氧树脂的光致阳离子聚合引发剂。尤其是，由于其高反应性，最好使用包含锑作为阴离子组分的引发剂。含锑光致阳离子聚合引发剂的例子包括如图4所示的分子式(1)到(10)以及如图5所示的分子式(11)到(13)所代表的化合物。由于含锑光致阳离子聚合引发剂对于环氧树脂呈现极好的聚合特性，所以反应产物(硬化产物)具有极好的物理特性。实现阳离子聚合的敏感波长处于相对短的波长区内。因此，例如，当利用波长为大约300nm或更小的光来进行构图时，呈现相对较高的灵敏度。
在环氧树脂的光致阳离子聚合中，通过光照射来产生源自光致阳离子聚合引发剂的阳离子(一般是质子)，以及环氧基的开环和聚合反应以链式聚合方式进行。因此，只需少量光能就可以有效地引发聚合反应，因此使负光敏树脂的灵敏度显著提高。示范在图4中的光致阳离子聚合引发剂的敏感波长(发生反应产生阳离子的波长)主要处在大约300nm或更小的短波长区域内。
另一方面，如图5所示的化合物具有达到相对较长波长区的敏感波长。因此，在利用一般是用在光刻技术中的曝光装置的波长的i线(365nm)的照射中，使用上述化合物使所得聚合物可以起优选负抗蚀剂的作用。
接着，描述一般记录头。排出墨的量由通道6和排出部分7的体积以及能量生成元件所生成的能量的量来决定。因此，在排出最近照相印刷所需的微液滴(大约1pl到大约5pl)的记录头中，需要减小排出部分的厚度(图2A到2C中的a)。例如，在如图2A所示的记录头中，为了排出大约3 pl的墨滴，最好使排出部分的厚度是大约5μm到大约10μm，以及通道6的高度b是大约10μm到大约15μm。排出部分具有两级形状的如图2C所示的记录头用于排出大约1pl的微液滴。在这样的排出部分中，与基板平行的截面积局部变化的部分被称为局部点101。在这样的记录头中，当排出1pl液滴时，最好使局部点101到排出口5的厚度c是大约3μm到大约7μm，局部点101到基板的厚度d是大约3μm到大约7μm，以及通道的高度e是大约10μm到大约15μm。
另外，典型引发剂只稍微吸收365nm的光，以及实现形成锥形所需的光反应的衰减的有效方法是加入吸收365nm的光的化合物。这样的添加剂没有特别限制，但从即使加入少量也可以达到强吸收的观点来看，最好使用具有萘或蒽骨架的多环芳香化合物。具有增感效果的化合物可以用作上述光致阳离子聚合引发剂。具有增感效果的化合物的优选例子包括如图6所示的分子式(14)到(15)所代表的蒽衍生物。
当如上所述形成厚度为大约3μm到大约10μm的排出部分时，作为形成满意锥形的吸收强度，在365nm每1μm厚度的吸光度最好在大约0.02到大约0.07的范围内。当每1μm厚度的吸光度小于大约0.02时，在厚度方向上发生小的光反应的衰减，因此基本上不会形成锥形。当每1μm厚度的吸光度大于大约0.07时，在厚度方向上发生过分的光反应的衰减，因此即使改变曝光聚焦，也不能形成所需形状的排出部分，并且在光敏树脂层的较低部分中可能发生有缺陷的硬化。
上述理论可以应用于非i线的波长用于曝光的情况。例如，当利用具有单峰的短波长区内的光来进行负光敏树脂的曝光时，负光敏树脂在峰波长上的吸光度可被设置成从大约0.02到大约0.07。在这种情况下，在具有单峰的波长上的光代表从宽带光提取的特定波长上的激光束或光。
并且，添加剂可被包括在上述组合物中。例如，为了降低环氧树脂的弹性模量，可以加入塑化剂，或为了获得对基层的较强粘附性，可以加入硅烷耦合剂。由于抗墨剂层6一般以极薄厚度(大约0.5μm或更小)形成，可以忽略不计抗墨剂层6所引起的光衰减。
如图3H所示，在基板1的背面上形成由抗蚀刻溶液的树脂组成的蚀刻掩模13。
接着，如图3I所示，通过在加热条件下，在诸如氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化铵的水溶液的碱性蚀刻溶液中的浸没蚀刻，来形成墨供应口3。在这个蚀刻过程中，正如公开在已公开日本专利申请第2001-10070中那样，具有包括氧化硅或氮化硅的电介质层和树脂的双层结构的掩模可以用于防止诸如针孔的缺陷。蚀刻掩模可以在形成正光敏树脂层9和负光敏树脂层11之前形成。
如图3J所示，在硬化分离步骤(未示出)之后，通过溶解除去通道图案10以形成通道6，并且如果需要除去蚀刻掩模13。此外，如果需要，通过热处理来完全硬化通道形成件4和抗墨剂层12中的负光敏树脂。然后，进行供墨构件(未示出)的接合和用于驱动能量生成元件的电接合(未示出)以完成记录头。
上述制造记录头的方法能够形成精度高的锥形，并能够通过精度高的简单方法来制造具有在相同基板上形成的锥形和直形排出部分的记录头。
尽管上面描述了曝光通道图案上的负光敏树脂的方法，但本发明不局限于这种方法。也可以使用另一种方法，其中分开曝光负光敏树脂，以形成具有锥形排出部分的通道形成件，然后将所述通道形成件与基板接合在一起。
此外，上述喷墨记录头包括能量生成元件和布置成与各自能量生成元件相对的排出口，但本发明不局限于这种安排。
下面参照例子进一步详细描述本发明。
例1
负光敏树脂的制备
制备包含如下成分的负光敏树脂。
环氧树脂：EHPE-3150(由Daicel Chemical Industries有限公司制造)
                                                        120g
光致阳离子聚合引发剂：SP-172(由Asahi Denka Kogyo K.K.制造)
                                                        6g
增感剂：SP-100(由Asahi Denka Kogyo K.K.制造)
                                                        1.2g
甲基异丁基酮                                            100g
以1μm的厚度将负光敏树脂施加到石英玻璃基板上。在365nm测量的吸光度是0.024。
记录头的形成
利用负光敏树脂来形成如图7所示的记录头。
图7是例1的记录头的示意性截面图并与图3A到3J的截面图相对应。
参照图8A到8F的描述对应于图3A到3J的截面图。
首先，制备包括用作墨排出能量生成元件2的电热换能器(由HfB2组成的加热器)和配备在要形成通道的位置上的SiN/Ta分层膜(未示出)的硅基板(图8A)。
接着，通过旋涂将聚甲基异丙烯酮(Tokyo Ohka Kogyo有限公司制造的ODUR)作为正光敏树脂9施加在基板和能量生成元件2上，然后在150℃下烘烤3分钟。在烘烤之后抗蚀剂层的厚度是15μm(图8B)。
然后，构图正光敏树脂9。将Ushio Electric公司的Deep-UV曝光装置UX-3000用作曝光装置来进行图案曝光，曝光量为23,000mJ/cm2，接着利用甲基异丁基酮进行显影并利用异丙醇进行清洗。其结果是，形成高度为15μm的通道图案10(对应于图8C和图7中的b)(图8C)。
接着，通过旋涂将如上所述制备的负光敏树脂11施加到基板上(图8D)。从基板开始负光敏树脂的厚度是23μm(对应于图7和8D中的(a+b))，以及在要形成排出部分的部分的厚度是8μm(对应于图7和8D中的a)。在本例中，省略了抗墨剂层的形成。
接着，构图负光敏树脂11。利用i线步进曝光机(stepper)(Canon公司制造)，在半带宽(半最大值全宽度)为5nm的365nm中心波长，通过-15μm的散焦量(在从负光敏树脂11的表面到基板1为15μm的位置上)和1000J/m2的曝光量，通过光掩模(未示出)来进行图案曝光。然后，在热板上在90℃下烘烤180秒，利用甲基异丁基酮进行显影，利用异丙醇进行清洗，并在100℃下热处理60分钟。在本例中，形成每一个都具有直径为10μm的排出口5的第一和第二排出部分7和8(图8E)。此外，使构成排出部分7和8的构件与通道形成件4一体化。
通过负光敏树脂，以25,000mJ/cm2的曝光量，利用与用于构图正光敏树脂相同的Ushio Electric公司的Deep-UV曝光装置UX-3000进行整体曝光，以便溶解通道图案10。然后，将基板浸没在乳酸甲酯中，并且经受超声波处理，以通过溶解来除去通道图案10(图8F)。
不描述供应口3的形成。
作为电子显微镜观察如上所述形成的模拟记录头中的排出部分的截面的结果，每个排出部分具有80°的锥角(图7中的D)。此外，在排出口5的边缘没有观察到诸如圆形的变形，因此，排出口5是令人满意的。
在本例中，第一和第二排出部分7和8具有相同的形状。
例2
下面参照图9A和9B来描述按照本发明的例2的记录头。
图9A示意性地示出了沿着从排出口5到基板1的方向看过去本发明的例2的记录头。图9B是沿着图9A中的直线IXB-IXB取出的与基板1垂直的示意性截面图。
在本实施例中，排出头具有在相同排出部分形成件(在本例中通道形成件4的一部分)中形成的锥形排出部分8和直排出部分7。
下面描述制造例2的记录头的方法。
直到如图8D所示的那个步骤的制作步骤都与例1相同，并且使用的负光敏树脂11与例1相同。
下面参照图10A和10B来描述后续步骤。
利用i线步进曝光机(Canon公司制造)，在半带宽(半最大值全宽度)为5nm的365nm中心波长，通过布置成与要形成锥形排出部分8的部分相对应的第一光掩模(未示出)，以-15μm的散焦量(在从负光敏树脂11的表面到基板1为15μm的位置上)来进行图案曝光。曝光量是1000J/m2。然后，以1000J/m2曝光量，通过布置成在聚焦在负光敏树脂11的表面上的同时与要形成直排出部分7的部分相对应的第二光掩模(未示出)，来进行图案曝光。然后，放在热板上在90℃下烘烤180秒，利用甲基异丁基酮进行显影，利用异丙醇进行清洗，并在100℃下热处理60分钟(图10A)。
接着，通过与例1相同的方法来除去通道图案，然后形成供应口(图10B)。
在本例中，在每个锥形排出部分8中形成直径为10μm的排出口5，并在每个直排出部分7中形成直径为15μm的排出口5。
作为电子显微镜观察如上所述形成的记录头中的排出部分的截面的结果，每个锥形排出部分8具有80°的锥角E，以及每个直排出部分7具有处于90°的角度F，即与基板垂直的侧壁。此外，在排出口5的边缘没有观察到诸如圆形的变形，因此，排出口5是令人满意的。
例3
负光敏树脂的制备
制备包含如下成分的负光敏树脂。
环氧树脂：EHPE-3150(由Daicel Chemical Industries有限公司制造)
                                                       120g
光致阳离子聚合引发剂：SP-172(由Asahi Denka Kogyo K.K.制造)
                                                       6g
增感剂：SP-100(由Asahi Denka Kogyo K.K.制造)
                                                       1.5g
甲基异丁基酮                                           100g
以1μm的厚度将负光敏树脂施加在石英玻璃基板上。在365nm测量的吸光度是0.030。
利用上述负光敏树脂，通过与例2相同的方法来形成如图9A和9B所示的记录头。
记录头的形成
在本例中，负光敏树脂11从基板的顶端开始的厚度是20μm(图8D中的(a+b))，以及从通道图案6的顶端开始的厚度是5μm(图8D中的a)。
作为电子显微镜观察在本例中形成的记录头中的排出部分的截面的结果，每个锥形排出部分8具有82°的锥角E，以及每个直排出部分7具有处于90°的角度F，即与基板垂直的侧壁。此外，在排出口5的边缘没有观察到诸如圆形的变形。
比较例子1
除了使用未包含增感剂的负光敏树脂11以及负光敏树脂11的曝光量是2000 J/m2之外，通过与例1相同的方法来形成记录头。未包含增感剂的负光敏树脂11在365nm测量的吸光度是0.0016。
作为电子显微镜观察所得记录头中的排出部分的截面的结果，角度D是90°以及未形成锥形排出部分。
比较例子2
除了加入负光敏树脂11中的增感剂的量是3.9g之外，通过与例1相同的方法来形成记录头。负光敏树脂11在365nm测量的吸光度是0.078。
在这个比较例子中，即使曝光量增加了，负光敏树脂也未完全硬化，从而造成在显影过程中发生分离。
除了上述例子和比较例子之外，除了改变加入的增感剂(SP-100)的量以便变更负光敏树脂在365nm的吸光度之外，可以通过与例1相同的方法来形成记录头。记录头中的排出部分的形状的评估结果总结在表1和2中。在如下的每个例子中，在曝光过程中还改变聚焦位置(从负光敏树脂的表面开始-15μm和0μm)。其它条件与例1相同。
表1(在形成排出部分的部分中8μm的厚度a(参照图8D))
  负光敏树脂的吸光度(在365nm每μm)     聚焦＝-15μm     聚焦＝0μm
    角度(°)     截面形状     角度(°)     截面形状
  0.0016     90(#1)     好(#1)     90     极好
  0.018     88     极好     90     极好
  0.020     83     极好     90     极好
  0.024     80(*1，2)     极好(*1，2)     90(*2)     极好(*2)
  0.030     78     极好     90     极好
  0.048     75     极好     88     好
  0.060     73     好     88     好
  0.070     72     好     87     好
  0.072     非可解     差     87     好
  0.078     不充分硬化(#2)     不充分硬化
*1：例1(聚焦-15μm)，*2：例2(形成锥形和直形)
#1：比较例子1，#2：比较例子2
表2(在形成排出部分的部分中5μm的厚度a(参照图8D))
 负光敏树脂的吸光度(在365nm每μm)     聚焦＝-15μm     聚焦＝0μm
    角度(°)     截面形状     角度(°)     截面形状
  0.0016     90     好     90     极好
  0.018     88     好     90     极好
  0.020     84     极好     90     极好
  0.024     83     极好     90     极好
  0.030     82(*3)     极好     90     极好
  0.048     77     极好     89     好
  0.060     75     好     89     好
  0.070     74     好     88     好
  0.072     非可解     差     87     好
  0.078     非可解     差     87     差
*3：例3(聚焦-15μm)
在这些表中，角度对应于如图7所示的角度D或如图9B所示的角度E或F。根据如下准则来评估排出部分的截面形状：
极好：排出口具有锐角或直角边缘部分。
好：排出口具有不存在与排出有关的问题的稍微圆形边缘部分。
差：排出口具有圆形边缘部分，以及排出部分的整个形状都是变形的。
术语“非可解”表示不可能通过图案制作成排出部分的形状。此外，“不充分硬化”表示负光敏树脂未充分硬化，导致与基板分离。
与厚度无关，当吸光度是0.18时，角度是88°，并且排出部分具有大致直形。而当吸光度是0.02或更大时，角度是84°，并且排出部分具有锥形。这可能是因为i线在从表面到负光敏树脂的深度位置的区域中被充分吸收。因此，硬化反应充分地进行。当吸光度超过大约0.07时，认为光吸收过强，以及硬化反应所需的光未到达负光敏树脂的整个区域。
结果发现，为了通过负光敏树脂的i线曝光来形成良好锥形的排出部分，在356nm负光敏树脂的每1μm厚度的吸光度优选应该是大约0.02到大约0.07。在这个范围内，可以形成从具有90°角度的直形到具有大约88°角度的大致直形的形状。因此，可以通过在356nm每1μm厚度的吸光度为大约0.02到大约0.07的负光敏树脂的i线曝光，在相同树脂中形成锥形排出部分和直排出部分。
例4
在本例中，利用各自掩模来进行用于形成不同的锥形排出部分和直排出部分的曝光。
负光敏树脂的制备
制备包含如下成分的负光敏树脂A。
环氧树脂：EHPE-3150(由Daicel Chemical Industries有限公司制造)
                                                         重量100份
光致阳离子聚合引发剂：SP-172(由Asahi Denka Kogyo K.K.制造)
                                                         重量2份
甲基异丁基酮                                             重量100份
在图11中示出了厚度为10μm的负光敏树脂A的UV吸收谱。该谱证明了由于光致阳离子聚合引发剂，树脂A吸收短于大约370nm的光。
记录头的形成
形成如图9A和9B所示的记录头。图9A是沿着从排出口5到基板1的方向看过去记录头的示意图。图9B是沿着图9A中的直线IXB-IXB取出的与基板1垂直的示意性截面图。下面参照图12A和12B来描述制造这个记录头的方法。
直到如图8D所示的那个步骤的处理步骤都与例1相同地执行。但是，应该注意到，在例4中，树脂A被用作负光敏树脂11，通道图案6的厚度b是10μm，从基板1开始负光敏树脂11的厚度是20μm(a+b＝c)，以及形成排出部分的部分中的厚度是10μm(图9B中的a)。
在本例中，省略了抗墨剂层的形成。
接着，构图负光敏树脂11。首先，在要形成锥形排出部分的部分24中，利用KrF准分子激光器(248nm)步进曝光机(Canon公司制造)，通过第一光掩模21，以480J/m2的曝光量来进行图案曝光(图12A)。在图12A中，标号23表示光屏蔽部分。标号22表示掩模21的石英玻璃基板。
然后，在要形成直排出部分的部分25中，利用i线步进曝光机(Canon公司制造)，通过第二光掩模29，以500J/m2的曝光量来进行图案曝光。由于树脂只具有在365nm附近的弱吸收，照射光(i线)引起负光敏树脂的基本上没有衰减的均匀反应，以便在抗蚀剂膜中形成直排出部分的潜像(图12B)。
然后，在热板上在90℃下进行PEB(曝光后烘烤)180秒。接着，利用甲基异丁基酮进行显影，利用异丙醇进行清洗，并在100℃下热处理60分钟以形成通道形成件4。在本例中，在每个锥形排出部分8中形成直径为10μm的排出口5，并在每个直排出部分7中形成直径为15μm的排出口5。
接着，通过与例1相同的方法来除去通道图案。
作为电子显微镜观察如上所述形成的记录头中的排出部分的截面的结果，形成每一个具有80°锥角E(图9B中的E)的锥形排出部分8、和直排出部分7。
例5
在本例中，利用照射宽带光通过有选择地透射不同波长区域中的光的多个光掩模的曝光装置进行多次曝光，来分开地形成锥形排出部分和直排出部分。
如图9A和9B所示的记录头通过与例4相同的方法形成，并且使用的负光敏树脂11与例4的相同。并且，MPA-600(Canon公司制造)用作能够照射宽带光的曝光装置。图13示出了曝光装置的照射波长和照射能量。
下面描述接在如图8D所示的那个步骤后面的步骤。
如图14A所示，在要形成锥形排出部分的部分24中，通过配有具有如图15A所示的波长选择性的带通滤波器32的第三光掩模31来进行曝光。曝光量是1,000mJ/cm2(控制曝光时间使得曝光量是1,000mJ/cm2，照度是在没有带通滤波器的情况下测量的)。由于抗蚀剂对于透过带通滤波器32的光具有强吸收，在抗蚀剂膜中形成锥形排出部分的潜像(图14A)。
然后，在要形成直排出部分的部分25中，通过配有具有如图15B所示的波长选择性的带通滤波器33的第四光掩模34来进行曝光。曝光量是1000mJ/cm2(控制曝光时间使得曝光量是1000mJ/cm2，照度是在没有带通滤波器的情况下测量的)(图14B)。随后的步骤与例4相同。
在本例中，在每个锥形排出部分8中形成直径为10μm的排出口5，以及在每个直排出部分7中形成直径为15μm的排出口5。
作为电子显微镜观察如上所述形成的记录头中的模拟排出部分的截面的结果，形成每一个具有80°锥角E(图9B中的E)的锥形排出部分8、和基本上与基板1垂直的直排出部分7。
例6
在本例中，利用照射宽带光通过配有有选择地透射不同波长区中的光的多个带通滤波器的光掩模的曝光装置来进行曝光。
形成如图9A和9B所示的记录头。
直到如图8D所示的那个步骤的步骤通过与例4相同的方法来执行，以及使用的负光敏树脂与例4相同。
如图16所示，在要形成锥形排出部分的负光敏树脂11的部分中，利用与例5相同的曝光装置，通过第五光掩模35来进行图案曝光。第五光掩模35配有与用在例5中的那些相同的带通滤波器32和带通滤波器33。随后的步骤与例4相同。
作为电子显微镜观察如上所述形成的记录头中的模拟排出部分的截面的结果，形成每一个具有80°锥角E(图9B中的E)的锥形排出部分8、和基本上与基板1垂直的直排出部分7。
例7
在例7中，通过根据排出部分来改变图像聚焦位置的曝光，来形成锥形和直排出部分。
通过如下所述的方法来形成如图9A和9B所示的记录头。
直到如图8D所示的那个步骤的步骤通过与例4相同的方法执行，以及使用的负光敏树脂与例4相同。
如图17A所示，像如下所述那样，利用掩模41来进行图案曝光以便只形成直排出部分。标号42表示要形成直排出部分的部分。在这次曝光中，用光屏蔽膜43来屏蔽要形成锥形排出部分的部分。将成像(聚焦)位置设置在0μm聚焦位置上，以便形成具有直轮廓的排出部分。在这种情况下，将基板侧设置成负侧并将光学透镜侧设置成正侧。将分步重复曝光系统的KrF准分子激光器步进曝光机(FPA-3000EX5，Canon公司制造)用作曝光装置，以及曝光量是300J/m2。标号45表示投影光学透镜。
如图17B所示，利用不同掩模51来进行图案曝光以便形成锥形排出部分。标号44表示要形成锥形排出部分的部分。在这次曝光中，将成像(聚焦)位置设置在-10μm聚焦位置上，以便形成锥形轮廓的排出部分。通过改变曝光聚焦位置来改变排出部分的形状轮廓。将分步重复曝光系统的KrF准分子激光器步进曝光机(FPA-3000EX5，Canon公司制造)用作曝光装置，以及曝光量是480J/m2。
从生产能力的观点来看，最好利用相同曝光装置来进行形成锥形排出部分的曝光和形成直排出部分的曝光。由于根据涂覆树脂的成分，以相互稍有不同的方式来形成直形和锥形，可以没有问题地使用具有不同照明光学系统的曝光装置。即使使用相同曝光装置，也可以通过改变投影光学透镜的数值孔径(NA)来改变焦深，以便于锥形的形成。可替代地，可以改变照明系统的孔径以产生倾斜入射光(改进照明)并增加焦深，以便于直形的形成，反之亦然。因此，可以分别控制锥形和直形。取代投影曝光系统，可以没有问题地使用通过邻近曝光系统来改变打印间隙位置(掩模和要曝光的对象之间的距离)的系统。
随后的步骤通过与例4相同的方法执行。
作为电子显微镜观察如上所述形成的记录头中的排出部分的截面的结果，形成每一个具有80°锥角E(图9B中的E)的锥形排出部分8、和每一个具有基本上与基板1垂直的侧壁的直排出部分7。
虽然通过参照一些示范性实施例已经对本发明进行了描述，但应该明白，本发明不局限于公开的示范性实施例。所附权利要求书的范围与最广义的解释一致，以便包含所有修改、等效结构和功能。

Claims (16)

1.一种制造液体排出头的方法，所述液体排出头包含生成用于排出液体的能量的能量生成元件、和配备在面对能量生成元件的位置上并具有用于排出液体的排出口的排出部分，该方法包含如下步骤：
在基板上形成要从其形成排出口的负光敏树脂层，所述层对于365nm的光具有每1μm厚度0.02到0.07的吸光度；以及
将所述层曝光于i线，以便形成在从基板到排出口的方向上变尖的排出部分。
2.根据权利要求1所述方法，其中，所述负光敏树脂包含环氧树脂和光致阳离子聚合引发剂。
3.根据权利要求2所述方法，其中，所述负光敏树脂进一步包含吸收365nm的光的添加剂。
4.根据权利要求3所述方法，其中，所述添加剂是作用于所述光致阳离子聚合引发剂的增感剂。
5.根据权利要求1所述方法，其中，曝光所述层的步骤包括：
曝光所述层以形成第一排出部分的第一曝光步骤；和
曝光所述层以形成其中的排出口与第一排出部分的排出口不同的第二排出部分的第二曝光步骤，
其中，所述第二排出部分朝向其排出口比第一排出部分更尖。
6.根据权利要求1所述方法，进一步包含在基板上提供构成与排出部分连通的墨通道的一部分的图案的步骤，
其中，在所述图案上形成所述负光敏树脂层，以及在形成排出部分之后除去所述图案。
7.一种制造液体排出头的方法，所述液体排出头包含生成用于排出液体的能量的能量生成元件、和每一个配备在面对能量生成元件的位置上并具有用于排出液体的排出口的排出部分，所述方法包含如下步骤：
在基板上形成负光敏树脂层；
曝光负光敏树脂层以形成第一排出部分；以及
曝光所述层以形成其中的排出口与第一排出部分的排出口不同的第二排出部分，
其中，第二排出部分朝向其排出口比第一排出部分更尖。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，第一排出部分的排出口具有比第二排出部分的排出口大的面积。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，连续执行第一和第二曝光步骤。
10.一种液体排出头，包含：
基板；
配备在基板上、生成用于排出液体的能量的能量生成元件；
配备在面对能量生成元件的位置上并具有用于排出液体的排出口的排出部分；以及
将液体供应给排出部分的通道，
其中，所述排出部分朝向排出口变尖；以及
形成排出部分的构件由负光敏树脂的硬化产物制成，所述负光敏树脂在365nm具有每1μm厚度0.02到0.07的吸光度。
11.一种液体排出头，包含：
基板；
配备在基板上、生成用于排出液体的能量的能量生成元件；
在相同排出口形成件中形成、每一个配备在面对能量生成元件的位置上并具有用于排出液体的排出口的第一和第二排出部分；和
将液体供应给排出部分的通道，
其中，所述第二排出部分具有与第一排出部分的排出口不同的排出口，以及
其中，第二排出部分朝向其排出口比第一排出部分更尖。
12.根据权利要求11所述的液体排出头，其中，第一排出部分的排出口的面积大于第二排出部分的排出口的面积。
13.根据权利要求12所述的液体排出头，其中，来自第一排出部分的单次排出的液体量大于来自第二排出部分的单次排出的液体量。
14.根据权利要求11所述的液体排出头，其中，第二排出部分具有局部点，在该局部点，与基板平行的截面积局部变化，并且然后从该局部点到排出口逐渐减小。
15.根据权利要求11所述的液体排出头，其中，第一和第二排出部分的每一个具有局部点，在该局部点，与基板平行的截面积局部变化，并且然后从该局部点到排出口逐渐减小。
16.一种制造液体排出头的方法，所述液体排出头包含生成用于排出液体的能量的能量生成元件、和配备在面对能量生成元件的位置上并具有用于排出液体的排出口的排出部分，该方法包含如下步骤：
在基板上形成负光敏树脂层，以形成构成排出口的构件；以及
用单一波长的光来曝光所述负光敏树脂层，以便形成在从基板到排出口的方向上变尖的排出部分，
其中，对于用于曝光的光，所述层的每1μm厚度的吸光度是0.02到0.07。
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