JP2007083660A - インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 厚膜の液室パターンを形成するポジ型レジストの上層に、インク流路壁となる樹脂組成物をソルベントコートしても、クラックを生じることがないポジ型レジストに係るインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドの提供。
【解決手段】 具体的な構成として、ポジ型レジストが長鎖炭素系化合物の末端に官能基をもつ構造単位を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はインクジェット記録方式に用いる記録液小滴を発生するためのインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドに関するものである。

インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に適用されるインクジェットヘッドは、一般に微細なインク吐出口（以下、オリフィスと称す）、液流路および該液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を複数備えている。従来、このようなインクジェットヘッドを作製する方法としては、例えば特許文献１記載の次のような工程が知られている。

まず、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に溶解可能な樹脂にてポジ型レジストにてインク流路パターンを形成し、このインク流路パターン上にインク流路壁となるエポキシ樹脂及び光カチオン重合開始剤を含む被覆樹脂層をソルベントコートにて形成し、フォトリソグラフィーによりインク吐出圧力発生素子上にオリフィスを形成し、次いで前記ポジ型レジストを光分解後に溶出してインク流路を形成し、インク流路壁となる被覆樹脂層を硬化する。

前記インク流路パターンを形成するポジ型レジストは、特許文献１に記載のポリメチルイソプロペニルケトンや、特許文献２に記載のポリフェニルイソプロペニルケトン、ポリメチルビニルケトン、ポリフェニルビニルケトン、ポリイソプロペニルｔ−ブチルケトン、ポリメチルメタクリレート、ポリｎ−ブチルメタクリレート、ポリｔ−ブチルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリヘキサフルオロブチルメタクリレート、ポリメタクリル酸等が知られている。

ところで、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おり、インクジェットヘッドを製造する際の寸法精度の要求もかなり高くなってきている。しかし、従来のポジ型レジストを用いたインク流路パターンの形成方法では、インク流路パターンの上層にインク流路壁となるエポキシ樹脂組成物をソルベントコートする際、良い膜厚分布を得るためにエポキシ樹脂組成物の塗布溶媒に溶解性の高い高沸点溶媒を用いると、ポジ型レジストが溶解して相溶層を形成してしまい、その結果インク流路が形崩れしてインクジェットヘッドを精度良く作成する事ができない場合があった。

この課題を解決するために、特許文献３ではインク流路パターンを形成するポジ型レジストに分子間架橋可能な構造単位を有するポジ型レジストを用いる事で、上記課題を解決している。

しかし、近年のインクジェットヘッドでは更なる発泡効率の向上のために、インク流路の高さを従来のインクジェットヘッドのものより高くする、すなわちインク流路パターンを形成するポジ型レジストの塗布膜厚を厚くする場合がある。このような場合、特許文献３に記載の分子間架橋可能なポジ型レジストをインク流路パターン形成に用いると、上層にインク流路壁となる樹脂組成物をソルベントコートする際にその塗布溶媒種によっては、インク流路パターンに微量ながら塗布溶媒が浸透してしまい、その結果発生した応力によりインク流路パターンにクラックが生じる場合がある。

インク流路パターンにクラックを生じると、そのクラックの隙間にインク流路壁となる樹脂組成物が浸透してしまい、精度良くインクジェットヘッドを作成できない場合がある。

このように上述のインクジェット製造方法では、インク流路の高さを高くする、すなわちインク流路パターンを形成するポジ型レジストの塗布膜厚を厚くした場合、上層のインク流路壁となる樹脂組成物をソルベントコートした際のインク流路パターンのクラック抑制という技術課題がある。
特開平６−２８６１４９号公報 特開平５−３３００６６号公報 特開平８−３２３９８５号公報

本発明は前述した従来技術における問題点を解決し、インク流路パターンを高くした場合においても、精度よくインクジェットヘッドが作成できるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

本発明者らは前述した従来技術における問題点を解決して上記課題を達成すべく鋭意研究した結果、従来のインクジェットヘッドにおけるインク流路パターン形成に用いるポジ型レジストに関して、（Ｉ）に示す長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストを用いれば、上層にインク流路壁となる樹脂組成物をソルベントコートした際にもインク流路パターンにクラックが発生せず、精度良くインクジェットヘッドが得られることが判明した。

式中Ｒ１は、炭素数４〜１０のアルキル基、もしくは側鎖にケトン構造を含む炭素数４〜１０の直鎖の炭素系化合物、エーテル結合を含む炭素数４〜１０の直鎖の炭素系化合物、ケトン構造とエーテル結合を含む炭素数４〜１０の直鎖の炭素系化合物を示す。
Ｒ２は、水素原子、又はアルキル基、又はハロゲン原子を示す。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、インク流路の高さを高くする、すなわちインク流路パターンを形成するポジ型レジストの塗布膜厚を厚くしても、精度よくインク流路を形成することが可能となり、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供できるものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明のインク流路パターン形成材として用いる長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストは、長鎖炭素系化合物の部位が弾性を付与することにより、上層にインク流路壁となる樹脂組成物をソルベントコートした際に、若干の溶媒の浸透により発生するインク流路パターンの応力を緩和する事ができる。その結果、上層樹脂層塗布時のインク流路パターンのクラックは発生する事が無い。また、長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもっていることより、該構造単位は加熱による架橋が可能であり、インク流路パターン形成時に加熱処理を施すことで、該パターンは殆どの溶剤に溶解しなくなる。

また、本発明記載の長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストの、長鎖炭素系化合物の部位における長手方向の原子数４〜１０が好ましい。原子数が４以下では、所望の弾性率付与の効果が得られず、また原子数が１０以上では弾性率が低くなりすぎてしまいレジストの靭性低下を引き起こしてしまうおそれがあるからである。

本発明における長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストは、長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位が樹脂組成中１〜４０ｗｔ％、好ましくは２〜２０ｗｔ％であることが望ましい。長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位が樹脂構造中１ｗｔ％以下では、応力緩和の効果を得ることができず、また４０ｗｔ％以上では分子間架橋時に所望の架橋密度を得る事ができなくなり、外部からの溶媒浸透性が高くなるおそれがあるからである。

すなわち、本発明記載の長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストは、他の構造単位との共重合体を使用することが望ましい。具体的に共重合する構造体としては、メチルイソプロペニルケトン、フェニルイソプロピニルケトン、メチルビニルケトン、フェニルビニルケトン、イソプロペニルｔ−ブチルケトン、メチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ヘキサフルオロブチルメタクリレート、メタクリル酸等が挙げられる。

また、本発明の長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストの分子量は１００００以上２０００００以下、好ましくは２００００以上１５００００以下が望ましい。分子量が１００００以下では、該ポジ型レジストに加熱処理による架橋反応を行なわせても高い耐溶剤性が得られず、分子量が２０００００以上では、フォトリソグラフにて該ポジ型レジストのパターニングを行なう際に光分解感度が低下するおそれがあるからである。

本発明記載の長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストとしては、具体的には下記（ＩＩ）〜（Ｖ）のものが挙げられるが、無論本発明はこれらに限定されることはない。

本発明記載の長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストの現像液としては、光分解により溶解性が向上した露光部を完全に溶解し、且つ未露光部が溶解しないものが好適に用いられ、具体的にはテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド等のアルカリ水溶液等が好適に用いられる。

以下、実施例を示す。

本実施例では本発明記載の長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を有するポジ型レジストを、インク流路パターン形成に用いた場合について示す。以下、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すようにインク供給口形成用マスク３を設けた結晶軸（１００）のＳｉウエハー基板１上にインク圧力発生素子として電熱変換素子（ＴａＮ）２を配置し、更に保護層としてＳｉＮ層４、Ｔａ層５を形成した。なお、電気熱変換素子２にはその素子を動作させるための制御信号入力電極が接続されている（不図示）。

図２に図１のＡ−Ａ’断面図を示す。

次いで前記基板１上に密着層としてポリエーテルアミドからなる層６を以下の方法で厚み２．０μｍにて形成した。ポリエーテルアミド層には日立化成工業（株）社製ＨＩＭＡＬ１２００を用い、スピナーで前記基板１上に塗布し、１００℃／３０分＋２５０℃／１時間ベークを行った。

次いで前記ＨＩＭＡＬ上に東京応化工業（株）社製ポジレジストＯＦＰＲ８００を用いてパターニングを行い、更にＯＦＰＲパターンをマスクとしてＯ_２プラズマアッシングによりＨＩＭＡＬ層のパターニングを行い、最後にマスクとして使用したＯＦＰＲパターンを剥離することで図３に示す密着層を形成した。

次いで、基板１上にインク流路パターンを形成するポジ型レジスト：メタクリル酸メチル／メタクリル酸／２−メタクリロイロキシエチルコハク酸メタクリル酸メチル＝８５／１０／５共重合体（重量平均分子量３００００）をシクロヘキサノンにて１５％ｗｔに調整したものをスピンコートにて塗布し、次いで２００℃にて１時間ベークして分子間架橋させた（不図示 厚み１８μｍ）。

次いで、ウシオ社製Ｄｅｅｐ ＵＶ照射装置：ＵＸ−３０００にて、上記ポジ型レジストの露光を行いアルカリ現像することでインク流路パターン７を得た（図４）。

更に、インク流路壁となる以下の組成からなる樹脂組成物８を基板１上ソルベントコートにて形成し、フォトリソグラフィーによってオリフィス９（直径１０μｍ）を形成した（図５参照）。

エポキシ樹脂：ＥＨＰＥ−３１５０（ダイセル化学工業社製） １００部
光開始剤 ：ＳＰ−１７０（旭電化工業社製） ６部
シラン剤 ：Ａ−１８７（日本ユニカー社製） ５部
塗布溶媒 ：γ−ブチロラクトン ８０部

次いで前記基板１をＳｉ異方性エッチングによりエッチングし、インク供給口１０を形成した（図６参照）。

次いでインク供給口上のＳｉＮ膜、及びＯＤＵＲからなるインク流路パターン７を除去し、さらにノズル構成部材である前記エポキシ樹脂８を完全に硬化させるために、２００℃／１時間加熱を行い、インクジェットヘッドを得た（図７参照）。

次いで、メチルイソプロペニルケトン／メタクリル酸／ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノアクリレート＝８０／１０／１０共重合体（重量平均分子量１０００００）を、インク流路パターンを形成するポジ型レジストとして用いる以外は、実施例１と同一の手順にてインクジェットヘッドを得た。

次いで、フェニルイソプロペニルケトン／メタクリル酸／２−メタクリロイロキシエチルコハク酸メタクリル酸メチル＝７０／１５／１５共重合体（重量平均分子量１２００００）を、インク流路パターンを形成するポジ型レジストとして用いる以外は、実施例１と同一の手順にてインクジェットヘッドを得た。

（比較例１）
メチルメタクリレート／メタクリル酸＝９０／１０共重合体（重量平均分子量１２００００）を、インク流路パターンを形成するポジ型レジストとして用いる以外は、実施例１と同一の手順にてインクジェットヘッドを得た。

実施例１〜３と比較例１で作成したインクジェットヘッドのオリフィス断面を観察したところ、比較例１で作成したインクジェットヘッドのオリフィス断面は、インク流路壁にポジ型レジストのクラックに起因した変形が確認された。これに対し、実施例１〜３で作成したインクジェットヘッドのオリフィス断面を観察したところ、クラックに起因したインク流路壁の変形は確認されなかった。

次いで、実施例１〜３及び比較例１で作成したインクジェットヘッドにて印字を行なったところ、実施例１〜３のインクジェットヘッドの印字は良好であったが、比較例１で作成したインクジェットヘッドの印字はインク流路壁の変形により、インク滴の大きさ及び吐出方向に若干のばらつきを生じてしまい、良好な印字が得られなかった。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。

符号の説明

１ Ｓｉ基板
２ インク吐出圧力発生素子
３ インク供給口
４ ＳｉＮ膜
５ Ｔａ膜
６ 密着層
７ インク流路パターン
８ ノズル構成部材
９ 吐出口
１０ インク供給口

Claims (4)

1. インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に（１）ポジ型レジストを用いてフォトリソグラフにてインク流路パターンを形成する工程と、（２）前記ポジ型レジスト上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程と、（３）インク吐出圧力発生素子上方にインク吐出口を形成する工程と、（４）前記ポジ型レジストを溶出し、インク流路を形成する工程と、を有するインクジェットヘッドの製造方法において、前記ポジ型レジストが、メタクリル酸メチルを主骨格とした共重合体であって、概共重合体が下記（Ｉ）に示す長鎖炭素系化合物の末端に水酸基を持つ構造単位を少なくとも含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
   

   

   式中
   Ｒ１は、長鎖炭素系化合物であって、炭素数４〜１０のアルキル基、もしくは側鎖にケトン構造を含む炭素数４〜１０の直鎖の炭素系化合物、エーテル結合を含む炭素数４〜１０の直鎖の炭素系化合物、ケトン構造とエーテル結合を含む炭素数４〜１０の直鎖の炭素系化合物を示す。
   Ｒ２は、水素原子、又はアルキル基、又はハロゲン原子を示す。
   ｎは自然数。
2. 前記ポジ型レジストが、長鎖炭素系化合物の末端に水酸基をもつ構造単位を、メタクリル酸メチルを主骨格とした共重合体中に１ｗｔ％から４０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 前記ポジ型レジストの分子量が、１００００から２０００００であることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とするインクジェットヘッド。

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