JP2012045776A - Method of manufacturing liquid ejection head, liquid ejection head, and liquid ejection apparatus - Google Patents

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Manabu Tomita
学 冨田
Hitoshi Kamoda
仁 鴨田
Soichi Kuwabara
宗市 桑原
Shigeyoshi Hirashima
滋義 平島
Minoru Kono
稔 河野
Iwao Ushinohama
五輪男 牛ノ浜
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly supply a liquid to a storage chamber from a flow passage.SOLUTION: A method of manufacturing a liquid ejection head includes: a step of forming a step on a substrate so that a first surface is lower than a second surface; a step of forming a positive acting resist that solves by exposure on the first and second surfaces on the substrate on which the step is formed; a step of exposing the positive acting resist so that a distance from a second surface to a top surface of the positive acting resist after dissolution of the first surface becomes the same as that from the second surface to a top surface of the positive acting resist after dissolution of the second surface; a step of forming the positive acting resist on a solid layer by development after the exposure; a step of forming a coating layer for coating the solid layer; and a step of forming the storage chamber that stores the liquid ejected from an ejection opening by eliminating the solid layer after formation of the coating layer between the first surface and the coating layer, and forming the flow passage into which the liquid flows into the storage chamber between the second surface and the coating layer.

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head, a liquid discharge head, and a liquid discharge apparatus.

媒体等に液体を吐出する液体吐出ヘッドが知られている。この液体吐出ヘッドは、ノズルプレートに形成された吐出口と、吐出口から吐出される液体を収容する収容室と、収容室に設けられ吐出口からインクを吐出させるエネルギー発生素子と、収容室へ液体が流れる流路とを備える。そして、収容室内の液体が吐出口から吐出されると、流路から収容室へ液体が供給される(特許文献1参照)。   A liquid discharge head that discharges liquid onto a medium or the like is known. The liquid discharge head includes: a discharge port formed in a nozzle plate; a storage chamber that stores liquid discharged from the discharge port; an energy generating element that is provided in the storage chamber and discharges ink from the discharge port; A flow path through which the liquid flows. And if the liquid in a storage chamber is discharged from a discharge outlet, a liquid will be supplied to a storage chamber from a flow path (refer patent document 1).

ところで、収容室に収容された液体を吐出口から安定して吐出させるためには、流路から収容室に供給される液体の量を多くすることが必要である。この解決方策として、収容室及び流路の断面積を大きくする(流路の高さを大きくする)ことが挙げられる。   Incidentally, in order to stably discharge the liquid stored in the storage chamber from the discharge port, it is necessary to increase the amount of liquid supplied from the flow path to the storage chamber. As a solution to this problem, increasing the cross-sectional areas of the storage chamber and the flow path (increasing the height of the flow path) can be mentioned.

特許4325693号公報Japanese Patent No. 4325693

しかし、収容室及び流路の高さを大きくした場合には、他に不都合が生じる。例えば、収容室を高くすると、エネルギー発生素子と吐出口の間の距離が大きくなり、液体の吐出制御の精度が低下する問題がある。一方で、収容室を高くせずに流路のみを高くすると、収容室及び流路を覆うノズルプレートの形状が凹状になってしまい、吐出口のクリーニングが不適切に行われる恐れがある。   However, when the height of the storage chamber and the flow path is increased, other disadvantages occur. For example, when the storage chamber is made high, the distance between the energy generating element and the discharge port increases, and there is a problem in that the accuracy of liquid discharge control decreases. On the other hand, if only the flow path is raised without increasing the storage chamber, the shape of the nozzle plate covering the storage chamber and the flow path becomes concave, and there is a possibility that the discharge port is cleaned inappropriately.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、流路から収容室へ液体を適切に供給することが可能な新規かつ改良された液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved liquid discharge head capable of appropriately supplying liquid from a flow path to a storage chamber. And a liquid discharge head, and a liquid discharge apparatus.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板面に、第1面よりも第2面が低くなるように段差を形成するステップと、前記段差が形成された前記基板面の前記第1面及び前記第2面上に、露光されると溶解するポジ型レジストを形成するステップと、前記第2面から、前記第1面上の溶解後の前記ポジ型レジストの上面までの距離が、前記第2面から、当該第2面上の溶解後の前記ポジ型レジストの上面までの距離と同じになるように、前記ポジ型レジストに露光するステップと、露光後に現像することで、前記ポジ型レジストを固体層に形成するステップと、前記固体層を被覆する被覆層を形成するステップと、前記被覆層の形成後に前記固体層を除去することで、吐出口から吐出される液体を収容する収容室を前記第1面と前記被覆層の間に形成するとともに、前記収容室へ液体が流れる流路を前記第2面と前記被覆層の間に形成するステップと、を有する液体吐出ヘッドの製造方法が提供される。   In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a step of forming a step on the substrate surface such that the second surface is lower than the first surface, and the substrate surface on which the step is formed. Forming a positive resist that dissolves when exposed on the first surface and the second surface, and from the second surface to the upper surface of the positive resist after dissolution on the first surface. Exposing the positive resist so that the distance between the second surface and the upper surface of the positive resist after dissolution on the second surface is the same, and developing after exposure The step of forming the positive resist in a solid layer, the step of forming a coating layer covering the solid layer, and removing the solid layer after the formation of the coating layer are discharged from a discharge port. The storage chamber for storing the liquid is the first chamber. Thereby formed between the cover layer and the method for manufacturing a liquid discharge head and a step of forming between the flow path through which the liquid flows into the accommodating chamber and the second surface wherein the coating layer is provided.

また、前記第1面上の前記ポジ型レジストと、前記第1面と前記第2面の間の段差部上の前記ポジ型レジストのみに露光することとしても良い。   Further, only the positive resist on the first surface and the positive resist on the step portion between the first surface and the second surface may be exposed.

また、前記第1面上の前記ポジ型レジストに対する露光エネルギーが、前記第1面側から前記前記第2面側に向かうに従って、小さくなることとしても良い。   Further, the exposure energy for the positive resist on the first surface may be reduced from the first surface side toward the second surface side.

また、光の透過率が異なる部分が形成されたマスクを介して前記ポジ型レジストに露光することとしても良い。   Further, the positive resist may be exposed through a mask in which portions having different light transmittances are formed.

また、前記収容室上の前記被覆層の厚みが、前記流路上の前記被覆層の厚みと同じ大きさになるように、前記被覆層を形成することとしても良い。   Further, the coating layer may be formed so that the thickness of the coating layer on the storage chamber is the same as the thickness of the coating layer on the flow path.

また、回転中の前記基板面の前記第1面及び前記第2面上に、前記ポジ型レジストを塗布して一様な厚みで形成することとしても良い。   Further, the positive resist may be applied to form a uniform thickness on the first surface and the second surface of the rotating substrate surface.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第1面よりも第2面が低くなるように段差が形成された基板面と、液体を吐出する吐出口が形成され、前記基板面に空隙を介して対向する被膜層と、前記第1面と前記被膜層の間に形成され、前記吐出口から吐出される液体を収容する収容室と、前記第2面と前記被膜層の間に形成され、前記収容室へ液体が流れる流路と、を備え、前記収容室上の前記被覆層の厚みが、前記流路上の前記被覆層の厚みと同じ大きさである、液体吐出ヘッドが提供される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, a substrate surface on which a step is formed so that the second surface is lower than the first surface and a discharge port for discharging liquid are formed. A coating layer facing the substrate surface via a gap, a storage chamber formed between the first surface and the coating layer for storing a liquid discharged from the discharge port, and the second surface, A channel formed between the coating layers and through which liquid flows into the storage chamber, and the thickness of the coating layer on the storage chamber is the same as the thickness of the coating layer on the channel A liquid discharge head is provided.

また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、第1面よりも第2面が低くなるように段差が形成された基板面と、液体を吐出する吐出口が形成され、前記基板面に空隙を介して対向する被膜層と、前記第1面と前記被膜層の間に形成され、前記吐出口から吐出される液体を収容する収容室と、前記第2面と前記被膜層の間に形成され、前記収容室へ液体が流れる流路と、を備え、前記収容室上の前記被覆層の厚みが、前記流路上の前記被覆層の厚みと同じ大きさである液体吐出ヘッドを具備する液体吐出装置が提供される。   In order to solve the above problems, according to still another aspect of the present invention, there is provided a substrate surface on which a step is formed so that the second surface is lower than the first surface, and an ejection port for ejecting liquid. A coating layer that is formed and is opposed to the substrate surface via a gap; a storage chamber that is formed between the first surface and the coating layer and that stores liquid discharged from the discharge port; and the second surface. And a flow path through which liquid flows into the storage chamber, and the thickness of the coating layer on the storage chamber is the same as the thickness of the coating layer on the flow path A liquid discharge apparatus including a liquid discharge head is provided.

以上説明したように本発明によれば、流路から収容室へ液体を適切に供給することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to appropriately supply the liquid from the flow path to the storage chamber.

本実施形態のラインヘッド10を示す平面図である。It is a top view which shows the line head 10 of this embodiment. 本実施形態のヘッドモジュール20におけるヘッドチップ30を示す一部断面斜視図である。It is a partial cross section perspective view showing head chip 30 in head module 20 of this embodiment. ヘッドチップ30をノズル側から見た平面図である。It is the top view which looked at the head chip 30 from the nozzle side. ヘッドチップ30の断面図である。4 is a cross-sectional view of the head chip 30. FIG. 図3のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 基板面80に段差86を形成したことにより、インク流路74の断面積が大きくなったことを示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing that the cross-sectional area of the ink flow path 74 is increased by forming the step 86 on the substrate surface 80. ヘッドチップ30の製造工程を示す模式図である。5 is a schematic diagram showing a manufacturing process of the head chip 30. FIG. ポジ型フォトレジストの溶解特性を示すグラフである。It is a graph which shows the melt | dissolution characteristic of positive type photoresist. 光の照射によりポジ型フォトレジストの膜厚が溶解されたことを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows that the film thickness of the positive type photoresist was dissolved by light irradiation. 通常のパターン用のマスクを示す平面図である。It is a top view which shows the mask for normal patterns. ポジ型フォトレジストの高さ調整マスクの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the height adjustment mask of a positive type photoresist. 高さ調整マスク94を使用した場合の溶解後のポジ型フォトレジストを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positive photoresist after melt | dissolution when the height adjustment mask 94 is used. 段階的に露光エネルギーを調整した場合の、溶解後のポジ型フォトレジストを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positive photoresist after melt | dissolution when adjusting exposure energy in steps. 複数の高さ調整マスクを併用して、段階的に露光エネルギーを調整する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of adjusting exposure energy in steps using a some height adjustment mask together. ドット方式による透過率制御パターンを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the transmittance | permeability control pattern by a dot system. 透過率が異なる複数の領域を有する高さ調整マスクを示す図である。It is a figure which shows the height adjustment mask which has several area | regions from which the transmittance | permeability differs. 図15に示す高さ調整マスクと通常マスクを一体化した一体化マスクを示す図である。It is a figure which shows the integrated mask which integrated the height adjustment mask and normal mask which are shown in FIG. ハーフトーンマスクを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating a halftone mask. ハーフトーンマスクの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a halftone mask. ハーフトーンマスクの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a halftone mask. 比較例1に係るヘッドチップを示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a head chip according to Comparative Example 1. FIG. 比較例2に係るヘッドチップを示す断面図である。10 is a cross-sectional view showing a head chip according to Comparative Example 2. FIG.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.液体吐出ヘッドの構成
2.ヘッドチップの詳細構成
3.インク流路の断面積と、インク液室へのインク供給量との関係
4.ヘッドチップの製造方法
5.高さ調整マスクについて
6.本実施形態に係るヘッドチップの有効性
7.その他の実施形態
The description will be made in the following order.
1. 1. Configuration of liquid discharge head 2. Detailed configuration of the head chip 3. Relationship between the cross-sectional area of the ink flow path and the amount of ink supplied to the ink chamber. 4. Manufacturing method of head chip 5. About height adjustment mask 6. Effectiveness of head chip according to this embodiment Other embodiments

<1.液体吐出ヘッドの構成>
以下の実施形態では、液体吐出装置として、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、及びK(ブラック)の4色のインク(液体)を吐出するカラーインクジェットプリンタを例に挙げて説明する。そして、液体吐出ヘッドは、このカラーインクジェットプリンタに用いるラインヘッド10である。
<1. Configuration of liquid discharge head>
In the following embodiment, a color inkjet printer that ejects four colors of ink (liquid), Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black), is taken as an example of the liquid ejection device. explain. The liquid discharge head is a line head 10 used in this color ink jet printer.

次に、ラインヘッド10の構成について、図1を参照して説明する。図1は、本実施形態のラインヘッド10を示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。   Next, the configuration of the line head 10 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a plan view showing the line head 10 of the present embodiment, as viewed from the ink ejection surface side.

図1に示すように、ラインヘッド10は、ヘッドフレーム12に複数のヘッドモジュール20をネジ16によって固定したものである。すなわち、各ヘッドモジュール20は、ヘッドフレーム12のヘッドモジュール配置孔14内で、長手方向に2個直列に配置されてヘッドモジュール列22を構成しており、各ヘッドモジュール列22によってA4の記録用紙の横幅の長さをカバーする。そして、このヘッドモジュール列22が4段(4列並列)に配置され、各列ごとに、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、及びK(ブラック)の4色のインクを吐出する。   As shown in FIG. 1, the line head 10 is obtained by fixing a plurality of head modules 20 to a head frame 12 with screws 16. That is, two head modules 20 are arranged in series in the longitudinal direction in the head module placement hole 14 of the head frame 12 to form a head module row 22, and each head module row 22 forms an A4 recording sheet. Covers the width of. The head module rows 22 are arranged in four stages (four rows in parallel), and ink of four colors Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black) is provided for each row. Discharge.

ここで、各ヘッドモジュール20は、4個のヘッドチップ30を一方向に配列したヘッドチップ列32を2列備えている。そして、各ヘッドチップ列32中の各ヘッドチップ30は、可撓性を有するフレキシブル配線基板40の裏面側(インクの吐出面とは反対側)に、千鳥状に8個配置されており、フレキシブル配線基板40と電気的に接続されている。なお、このフレキシブル配線基板40には、各ヘッドチップ30から吐出されるインクを通過させるための開口部42が形成されている。   Here, each head module 20 includes two head chip rows 32 in which four head chips 30 are arranged in one direction. Each head chip 30 in each head chip row 32 is arranged in a staggered manner on the back surface side (the side opposite to the ink ejection surface) of the flexible wiring substrate 40 having flexibility. The wiring board 40 is electrically connected. The flexible wiring board 40 is formed with openings 42 for allowing ink ejected from the head chips 30 to pass therethrough.

また、各ヘッドモジュール20は、フレキシブル配線基板40の裏面側に、バッファタンク50を備えている。このバッファタンク50は、各ヘッドチップ30から吐出するインクの共通流路を形成するためのものであり、各ヘッドチップ30の上部を覆うようにして、フレキシブル配線基板40と接合されている。そのため、1つのヘッドモジュール20中の各ヘッドチップ30は、バッファタンク50内の1色のインクを吐出する。   Each head module 20 includes a buffer tank 50 on the back side of the flexible wiring board 40. The buffer tank 50 is for forming a common flow path for ink ejected from each head chip 30, and is joined to the flexible wiring substrate 40 so as to cover the upper part of each head chip 30. Therefore, each head chip 30 in one head module 20 ejects one color ink in the buffer tank 50.

<2.ヘッドチップ30の詳細構成>
ヘッドチップ30の詳細構成について、図2〜図5を参照して説明する。図2は、本実施形態のヘッドモジュール20におけるヘッドチップ30を示す一部断面斜視図である。図3は、ヘッドチップ30をインク吐出面側から見た平面図である。図4は、ヘッドチップ30の断面図である。図5は、図3のA−A断面図である。
<2. Detailed Configuration of Head Chip 30>
A detailed configuration of the head chip 30 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing the head chip 30 in the head module 20 of the present embodiment. FIG. 3 is a plan view of the head chip 30 as viewed from the ink ejection surface side. FIG. 4 is a cross-sectional view of the head chip 30. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

ヘッドチップ30は、半導体基板60と、発熱抵抗体62と、電極64と、駆動素子66と、ノズル形成層68と、ノズル70と、収容室の一例であるインク液室72と、流路の一例であるインク流路74を有する。   The head chip 30 includes a semiconductor substrate 60, a heating resistor 62, an electrode 64, a driving element 66, a nozzle forming layer 68, a nozzle 70, an ink liquid chamber 72 which is an example of a storage chamber, and a flow path. An ink flow path 74 is provided as an example.

半導体基板60は、Si(シリコン)、ガラス、セラミックス等からなる基板である。この半導体基板60は、第1面82と第2面84の間に段差86が形成された基板面80を有する。第1面82及び第2面84は、平面であり、図5に示すように、第1面82は第2面84よりも突出している。なお、半導体基板60に貫通穴等は設けておらず、ヘッドチップ30の剛性は、半導体基板60によって維持されている。   The semiconductor substrate 60 is a substrate made of Si (silicon), glass, ceramics, or the like. The semiconductor substrate 60 has a substrate surface 80 in which a step 86 is formed between the first surface 82 and the second surface 84. The first surface 82 and the second surface 84 are flat surfaces, and the first surface 82 protrudes from the second surface 84 as shown in FIG. The semiconductor substrate 60 is not provided with a through hole or the like, and the rigidity of the head chip 30 is maintained by the semiconductor substrate 60.

発熱抵抗体62は、図5に示すように半導体基板60の第1面82上に形成されている。この発熱抵抗体62は、インクを吐出させるためのエネルギー発生素子である。具体的には、発熱抵抗体62が駆動することによって、インク液室72のインクを加熱させて気泡を発生させる。そして、この気泡発生時のエネルギーによって、インクが吐出される。発熱抵抗体62は、例えばTa(タンタル)を用いて形成できる。なお、本実施形態において、発熱抵抗体62は、一対の抵抗体である。そして、一対の抵抗体の気泡発生時間を制御することで、インクの吐出方向を制御することができる。   The heating resistor 62 is formed on the first surface 82 of the semiconductor substrate 60 as shown in FIG. The heating resistor 62 is an energy generating element for discharging ink. Specifically, when the heating resistor 62 is driven, the ink in the ink liquid chamber 72 is heated to generate bubbles. Then, ink is ejected by the energy when the bubbles are generated. The heating resistor 62 can be formed using Ta (tantalum), for example. In the present embodiment, the heating resistor 62 is a pair of resistors. Then, the ink ejection direction can be controlled by controlling the bubble generation time of the pair of resistors.

電極64は、外部から供給される電源や信号を受け取るためのものである。この電極64は、図2に示すように、半導体基板60の発熱抵抗体62が形成された面と同一面側で、発熱抵抗体62を形成した縁部と反対側の縁部に、形成されている。なお、前述したフレキシブル配線基板40は、千鳥状に配列された8個のヘッドチップ30の各電極64と接続される。   The electrode 64 is for receiving power and signals supplied from the outside. As shown in FIG. 2, the electrode 64 is formed on the same surface as the surface on which the heat generating resistor 62 of the semiconductor substrate 60 is formed, on the edge opposite to the edge on which the heat generating resistor 62 is formed. ing. The flexible wiring board 40 described above is connected to the electrodes 64 of the eight head chips 30 arranged in a staggered manner.

駆動素子66は、発熱抵抗体62を駆動させるためのものである。この駆動素子66は、例えばN型のMOSトランジスタにより形成される。駆動素子66は、図2に示すように発熱抵抗体62と電極64の間に位置する。   The drive element 66 is for driving the heating resistor 62. The drive element 66 is formed by, for example, an N-type MOS transistor. The drive element 66 is located between the heating resistor 62 and the electrode 64 as shown in FIG.

ノズル形成層68は、基板面80に対向する。このノズル形成層68は、いわゆる光硬化型のネガ型フォトレジストを露光現像することで、形成される。ノズル形成層68の厚みは、一定である。   The nozzle forming layer 68 faces the substrate surface 80. The nozzle forming layer 68 is formed by exposing and developing a so-called photo-curable negative photoresist. The thickness of the nozzle forming layer 68 is constant.

ノズル70は、ノズルプレートであるノズル形成層68に形成され、インクを吐出する吐出口である。すなわち、駆動素子66によって発熱抵抗体62を駆動することで、インクがノズル70から吐出される。ノズル70は、発熱抵抗体62に対向する位置に形成されている。   The nozzle 70 is an ejection port that is formed in the nozzle formation layer 68 that is a nozzle plate and ejects ink. That is, ink is ejected from the nozzle 70 by driving the heating resistor 62 by the driving element 66. The nozzle 70 is formed at a position facing the heating resistor 62.

インク液室72は、ノズル70から吐出されるインクを収容する。インク液室72は、半導体基板60上に形成されている。すなわち、半導体基板60の発熱抵抗体62が形成された第1面82がインク液室72の底壁を構成し、ノズル形成層68の発熱抵抗体62を略凹状に囲む部分がインク液室72の側壁を構成し、ノズル形成層68のノズル70が形成された面がインク液室72の天壁を構成している。このように、インク液室72は、第1面82とノズル形成層68の間に形成されている。   The ink liquid chamber 72 stores ink ejected from the nozzle 70. The ink liquid chamber 72 is formed on the semiconductor substrate 60. That is, the first surface 82 of the semiconductor substrate 60 on which the heating resistor 62 is formed constitutes the bottom wall of the ink liquid chamber 72, and the portion of the nozzle forming layer 68 that surrounds the heating resistor 62 in a substantially concave shape is the ink liquid chamber 72. The surface of the nozzle forming layer 68 on which the nozzles 70 are formed constitutes the top wall of the ink liquid chamber 72. As described above, the ink liquid chamber 72 is formed between the first surface 82 and the nozzle forming layer 68.

インク流路74は、インク液室72へ供給されるインクが流れる。インク流路74は、半導体基板60上に形成されている。すなわち、半導体基板60の第2面84がインク流路74の底壁を構成し、ノズル形成層68がインク流路74の側壁及び天壁を構成している。このように、インク流路74は、第2面84とノズル形成層68の間に形成されている。   The ink supplied to the ink liquid chamber 72 flows through the ink flow path 74. The ink flow path 74 is formed on the semiconductor substrate 60. That is, the second surface 84 of the semiconductor substrate 60 forms the bottom wall of the ink flow path 74, and the nozzle formation layer 68 forms the side wall and the top wall of the ink flow path 74. As described above, the ink flow path 74 is formed between the second surface 84 and the nozzle forming layer 68.

また、上述したように基板面80には段差86が形成されており、インク液室72に対応する第1面82よりもインク流路74に対応する第2面84が低くなっている。このため、図5に示すように、インク流路74における第2面84とノズル形成層68の間の距離H2は、インク液室72における第1面82とノズル形成層69の間の距離H1よりも大きい。この結果、インク流路74の断面積が、インク液室72の断面積よりも大きくなる。   Further, as described above, the step surface 86 is formed on the substrate surface 80, and the second surface 84 corresponding to the ink flow path 74 is lower than the first surface 82 corresponding to the ink liquid chamber 72. For this reason, as shown in FIG. 5, the distance H2 between the second surface 84 and the nozzle formation layer 68 in the ink flow path 74 is the distance H1 between the first surface 82 and the nozzle formation layer 69 in the ink liquid chamber 72. Bigger than. As a result, the cross-sectional area of the ink flow path 74 is larger than the cross-sectional area of the ink liquid chamber 72.

なお、インク液室72及びインク流路74は、いわゆるポジ型フォトレジストを露光現像することで、形成される。上述した構成を有するヘッドチップ30の製造方法については、後述する。   The ink liquid chamber 72 and the ink flow path 74 are formed by exposing and developing a so-called positive type photoresist. A method for manufacturing the head chip 30 having the above-described configuration will be described later.

このようなヘッドチップ30において、各発熱抵抗体62及び各ノズル70の配列ピッチは、約42.3μmであり、600dpiの解像度となっている。そして、図1に示すように、このヘッドチップ30を千鳥状に8個配置してヘッドモジュール20を構成するとともに、2つのヘッドモジュール20の端部を重ねて直列に配置することにより、A4の記録用紙の横幅全体で600dpiの解像度を保持する。   In such a head chip 30, the arrangement pitch of each heating resistor 62 and each nozzle 70 is about 42.3 μm, and the resolution is 600 dpi. Then, as shown in FIG. 1, eight head chips 30 are arranged in a staggered manner to form the head module 20, and the end portions of the two head modules 20 are overlapped and arranged in series, thereby A resolution of 600 dpi is maintained over the entire width of the recording paper.

<3.インク流路74の断面積と、インク液室72へのインク供給量との関係>
上述したカラーインクジェットプリンタにおいて高速で印刷する場合には、ノズル70からのインクの吐出量が増える。特に、ラインヘッド10を使用した場合には、ヘッドを動かす必要がない分だけ短時間で印刷がなされるので、ノズル70からのインクの吐出量が多くなる。
<3. Relationship between cross-sectional area of ink flow path 74 and ink supply amount to ink liquid chamber 72>
When printing at a high speed in the color inkjet printer described above, the amount of ink discharged from the nozzles 70 increases. In particular, when the line head 10 is used, printing is performed in a short time as much as it is not necessary to move the head, so that the amount of ink discharged from the nozzles 70 increases.

このように高速で印刷する場合には、インク液室72内に収容されたインクが直ぐに枯渇する恐れがある。このため、インク流路74を介してインク液室72にインクを十分に供給する必要がある。   When printing at such a high speed as described above, the ink stored in the ink liquid chamber 72 may be depleted immediately. For this reason, it is necessary to sufficiently supply ink to the ink liquid chamber 72 via the ink flow path 74.

そして、インク液室72に十分に供給する方法として、インク流路74を流れるインクの流速を速くする方式と、インク流路74内のインクの流量を増やす方式がある。インクの流路74を流れるインクの流速を速くする方式では、インク流路74の管路内での流路抵抗により、実際のインクの流速を大きくするには限界がある。特に、ラインヘッド10の場合には、インク流路74の長さ(図4に示すインク流路74の長さL)が大きくなりやすいので、インクの流速を大きくすることは困難である。   As a method of sufficiently supplying the ink liquid chamber 72, there are a method of increasing the flow rate of ink flowing through the ink flow path 74 and a method of increasing the flow rate of ink in the ink flow path 74. In the method of increasing the flow rate of the ink flowing through the ink flow path 74, there is a limit to increase the actual ink flow speed due to the flow path resistance in the pipe of the ink flow path 74. In particular, in the case of the line head 10, since the length of the ink flow path 74 (the length L of the ink flow path 74 shown in FIG. 4) is likely to increase, it is difficult to increase the ink flow velocity.

一方で、インクの流路を増やす方式は、インク流路74の断面積を大きくことが必要であり、空間を確保すれば良い。そこで、本実施形態では、基板面80に段差86を設けて第2面84を低くすることで、インク流路74の断面積を大きくしている。   On the other hand, the method of increasing the ink flow path requires a large cross-sectional area of the ink flow path 74, and it is sufficient to secure a space. Therefore, in this embodiment, the cross section of the ink flow path 74 is increased by providing a step 86 on the substrate surface 80 and lowering the second surface 84.

図6は、基板面80に段差86を形成したことにより、インク流路74の断面積が大きくなったことを示す模式図である。図6に示すように、第2面84が低くなった分(△H)、インク流路74の断面積が増加する。   FIG. 6 is a schematic diagram showing that the cross-sectional area of the ink flow path 74 is increased by forming the step 86 on the substrate surface 80. As shown in FIG. 6, the cross-sectional area of the ink flow path 74 increases by the amount (ΔH) that the second surface 84 is lowered.

なお、インク流路74の断面積を大きくするのに、基板面80に段差を設けず、ノズル形成層68の厚みを薄くすることも考えられる。しかし、かかる場合には、発熱抵抗体62(一対の抵抗体)によるインクの吐出方向の制御幅が小さくなるという問題が発生してしまう。以下、この理由を説明する。インクの吐出方向を制御する上で、発熱抵抗体62からノズル70までの距離によって、吐出制御の幅が大きく変わることが知られている。そして、ノズル形成層68の厚みを薄くすると、発熱抵抗体62からノズル70までの距離が大きくなってしまい、インクの吐出方法の制御幅が小さくなってしまう。このため、本実施形態では、インク液室72の断面積は大きくしていない。   In order to increase the cross-sectional area of the ink flow path 74, it is also conceivable to reduce the thickness of the nozzle forming layer 68 without providing a step on the substrate surface 80. However, in such a case, there arises a problem that the control width in the ink ejection direction by the heating resistor 62 (a pair of resistors) becomes small. Hereinafter, the reason will be described. In controlling the ink ejection direction, it is known that the width of ejection control varies greatly depending on the distance from the heating resistor 62 to the nozzle 70. When the thickness of the nozzle forming layer 68 is reduced, the distance from the heating resistor 62 to the nozzle 70 is increased, and the control range of the ink ejection method is decreased. For this reason, in the present embodiment, the cross-sectional area of the ink liquid chamber 72 is not increased.

<4.ヘッドチップ30の製造方法>
上述した基板面80に段差86が形成されたヘッドチップ30の製造方法について、図7を参照して説明する。図7は、ヘッドチップ30の製造工程を示す模式図である。以下では、図7に示すヘッドチップ30の製造工程毎に、説明する。
<4. Manufacturing Method of Head Chip 30>
A method of manufacturing the head chip 30 in which the step 86 is formed on the substrate surface 80 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the head chip 30. Below, it demonstrates for every manufacturing process of the head chip 30 shown in FIG.

(工程1:基板面の段差形成)
まず、基板面80が形成された半導体基板60を準備する。そして、基板面80に段差86を形成する。具体的には、既存のシリコン基板上に成膜した膜を取り除くことによって段差86が形成される。本実施例では、約3.0μmの段差を形成している。この段差86により、基板面80にインク液室72に対応する第1面82とインク流路74に対応する第2面84が形成される。なお、インク液室72のインクの供給量を更に多くするために、シリコン基板の基板層まで除去して、段差を形成しても良い。
(Step 1: Formation of step on substrate surface)
First, the semiconductor substrate 60 on which the substrate surface 80 is formed is prepared. Then, a step 86 is formed on the substrate surface 80. Specifically, the step 86 is formed by removing a film formed on an existing silicon substrate. In this embodiment, a step of about 3.0 μm is formed. By this step 86, a first surface 82 corresponding to the ink liquid chamber 72 and a second surface 84 corresponding to the ink flow path 74 are formed on the substrate surface 80. In order to further increase the amount of ink supplied to the ink chamber 72, the step may be formed by removing the substrate layer of the silicon substrate.

次に、半導体基板の第1面82に、Ta(タンタル)を用いて発熱抵抗体62を形成する。また、半導体基板60の発熱抵抗体62が形成された面と同一面側で、発熱抵抗体62を形成した縁部と反対側の縁部に、外部から供給される電源や信号を受け取るための電極64を形成する。さらにまた、発熱抵抗体62と電極64との間に、発熱抵抗体62の駆動素子66(N型のMOSトランジスタ)を形成する。   Next, the heating resistor 62 is formed on the first surface 82 of the semiconductor substrate using Ta (tantalum). In addition, on the same side as the surface on which the heat generating resistor 62 of the semiconductor substrate 60 is formed, the edge opposite to the edge on which the heat generating resistor 62 is formed is for receiving power and signals supplied from the outside. An electrode 64 is formed. Furthermore, a drive element 66 (N-type MOS transistor) for the heating resistor 62 is formed between the heating resistor 62 and the electrode 64.

(工程2:ポジ型フォトレジストの形成)
段差86が形成された基板面80の第1面82及び第2面84上に、固体層なるポジ型フォトレジスト90を一様な厚さで形成する。
(Step 2: Formation of positive photoresist)
On the first surface 82 and the second surface 84 of the substrate surface 80 on which the step 86 is formed, a positive photoresist 90 that is a solid layer is formed with a uniform thickness.

具体的には、3μmの段差86が形成された基板に対して、インク液室72及びインク流路74を形成するためのポジ型フォトレジスト(東京応化工業(株)製のPMER−LA300等)をスピンコートで塗布する。なお、ポジ型フォトレジストの膜厚が段差無しの状態で13μmになるように、回転中の半導体基板にポジ型フォトレジストを塗布する。ここで、塗布されたポジ型フォトレジストは、半導体基板の回転に伴い発生する遠心力の作用を受けて、段差86が形成された基板面80上に一様な厚さで形成される。そして、ポジ型フォトレジスト90を一様な厚さで形成しているため、図6に示されるように段差86上のポジ型フォトレジスト90は、斜めに傾斜している傾斜部90aを有する。   Specifically, a positive photoresist (such as PMER-LA300 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) for forming the ink liquid chamber 72 and the ink flow path 74 on the substrate on which the step 86 of 3 μm is formed. Is applied by spin coating. Note that the positive photoresist is applied to the rotating semiconductor substrate so that the film thickness of the positive photoresist is 13 μm with no step. Here, the applied positive photoresist is formed with a uniform thickness on the substrate surface 80 on which the step 86 is formed under the action of a centrifugal force generated with the rotation of the semiconductor substrate. Since the positive photoresist 90 is formed with a uniform thickness, as shown in FIG. 6, the positive photoresist 90 on the step 86 has an inclined portion 90a inclined obliquely.

(工程3:ポジ型フォトレジストへの露光)
基板面80上のポジ型フォトレジスト90に露光する。ここで、ポジ型フォトレジスト90は、光の照射に伴い溶解する特性を有するので、露光されることで溶解される。そして、本実施形態では、第2面82から第1面82上のポジ型フォトレジスト90の上面までの距離が、第2面84から第2面84上のポジ型フォトレジスト90の上面までの距離と同じになるように、ポジ型フォトレジスト90に所定の露光パターンで露光する。
(Process 3: Exposure to positive photoresist)
The positive photoresist 90 on the substrate surface 80 is exposed. Here, since the positive photoresist 90 has a property of being dissolved with light irradiation, it is dissolved by being exposed. In this embodiment, the distance from the second surface 82 to the upper surface of the positive photoresist 90 on the first surface 82 is from the second surface 84 to the upper surface of the positive photoresist 90 on the second surface 84. The positive photoresist 90 is exposed with a predetermined exposure pattern so that the distance is the same.

ここで、ポジ型フォトレジスト90の溶解特性について、図8A及び図8Bを用いて説明する。図8Aは、ポジ型フォトレジストの溶解特性を示すグラフである。図8Bは、光の照射によりポジ型フォトレジストの膜厚が溶解されたことを示す模式図である。なお、図8Aの横軸は露光量を示し、縦軸が溶解膜厚を示す。露光量の単位は露光時間であり、本実施例では1000msecで0.5J/cmのエネルギーになるように、マスクアライナーによる露光量が調整されている。   Here, the dissolution characteristics of the positive photoresist 90 will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A is a graph showing the dissolution characteristics of a positive photoresist. FIG. 8B is a schematic diagram showing that the film thickness of the positive photoresist is dissolved by light irradiation. In FIG. 8A, the horizontal axis indicates the exposure amount, and the vertical axis indicates the dissolved film thickness. The unit of exposure amount is exposure time. In this embodiment, the exposure amount by the mask aligner is adjusted so that the energy is 0.5 J / cm at 1000 msec.

図8Aのグラフに示されているように、露光時間が大きくなるに従って、ポジ型フォトレジスト90の溶解膜厚は大きくなる。ここで、溶解膜厚は、図8Bに示した初期膜厚に対して、光を照射し現像後の状態の膜厚を測定し、初期膜厚から残膜を差し引いた値である。図8Aのグラフによれば、膜厚を3μm溶解させたい場合は、70msec照射すればよいことが分かる。   As shown in the graph of FIG. 8A, the dissolved film thickness of the positive photoresist 90 increases as the exposure time increases. Here, the dissolved film thickness is a value obtained by subtracting the remaining film from the initial film thickness with respect to the initial film thickness shown in FIG. According to the graph of FIG. 8A, it is understood that 70 msec of irradiation may be used when it is desired to dissolve the film thickness by 3 μm.

そこで、本実施例では、70msecだけポジ型フォトレジスト90に露光する。具体的には、第1面82及び段差86上のポジ型フォトレジスト90のみに露光する。これにより、第2面84上のポジ型フォトレジスト90の厚みは、13μmを維持する一方で、第1面82上のポジ型フォトレジスト90の厚みは、10μmになる。この結果、第1面82上のポジ型フォトレジスト90の上面の位置と、第2面84上のポジ型フォトレジスト90の上面の位置が同じ位置となる。つまり、露光前のポジ型フォトレジスト90が傾斜部90aが無くなる。なお、ポジ型フォトレジスト90に露光する際には、透過部と遮光部を有する高さ調整マスクを使用する。この高さ調整マスクの詳細については、後述する。   Therefore, in this embodiment, the positive type photoresist 90 is exposed for 70 msec. Specifically, only the positive photoresist 90 on the first surface 82 and the step 86 is exposed. Thus, the thickness of the positive photoresist 90 on the second surface 84 is maintained at 13 μm, while the thickness of the positive photoresist 90 on the first surface 82 is 10 μm. As a result, the position of the upper surface of the positive photoresist 90 on the first surface 82 and the position of the upper surface of the positive photoresist 90 on the second surface 84 are the same position. That is, the positive photoresist 90 before exposure has no inclined portion 90a. When exposing the positive photoresist 90, a height adjustment mask having a transmission part and a light shielding part is used. Details of the height adjustment mask will be described later.

(工程4:現像)
高さが調整されたポジ型フォトレジスト90に、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト)水酸化アンモニウムの濃度3%の水溶液にて、現像を行う。
(Step 4: Development)
Development is performed on the positive photoresist 90 having a height adjusted with an aqueous solution of 3% TMAH (tetramethylammonium hydroxide) ammonium hydroxide.

現像後に、高さ調整マスクとは異なる図9に示す通常パターン用のマスク93にて、再度露光を行う。本実施例では、マスクアライナーで2400msec露光を行うことで、ポジ型フォトレジスト90の端部90bが溶解される。これにより、インク液室72及びインク流路74に対応した固体層92が、段差86が形成された基板面80上に形成される。なお、図9は、通常パターン用のマスクを示す平面図であり、図3に示すヘッドチップ30の形状に対応している。   After development, exposure is performed again with a normal pattern mask 93 shown in FIG. 9 different from the height adjustment mask. In this embodiment, the end portion 90b of the positive photoresist 90 is dissolved by performing exposure for 2400 msec with a mask aligner. Thereby, the solid layer 92 corresponding to the ink liquid chamber 72 and the ink flow path 74 is formed on the substrate surface 80 on which the step 86 is formed. FIG. 9 is a plan view showing a normal pattern mask, which corresponds to the shape of the head chip 30 shown in FIG.

(工程5:ノズル形成層の形成)
固定層82及び半導体基板60上に、ノズル形成層68を積層する。このため、ノズル形成層68は、固定層82を被覆する。具体的には、ノズル形成層68の膜厚が10μmになるように回転数を調整して、スピンコートによって駆動素子66を含む領域に光硬化型のネガ型フォトレジストを塗布する。そして、マスクアライナーで露光した後、現像液(東京応化工業(株)製OK73シンナー)で現像し、リンス液(IPA)でリンスを行ってノズル形成層68を積層する。さらに、発熱抵抗体62と対向するように、ノズル形成層68にノズル70(直径15μm)を形成する。
(Step 5: Formation of nozzle forming layer)
A nozzle forming layer 68 is laminated on the fixed layer 82 and the semiconductor substrate 60. For this reason, the nozzle forming layer 68 covers the fixed layer 82. Specifically, the rotational speed is adjusted so that the film thickness of the nozzle formation layer 68 is 10 μm, and a photo-curing negative photoresist is applied to the region including the driving element 66 by spin coating. And after exposing with a mask aligner, it develops with a developing solution (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. product OK73 thinner), rinses with a rinse liquid (IPA), and the nozzle formation layer 68 is laminated | stacked. Further, a nozzle 70 (diameter 15 μm) is formed in the nozzle forming layer 68 so as to face the heating resistor 62.

このように積層されたノズル形成層68の厚みは、一定である。つまり、インク室72上のノズル形成層68の厚みは、インク流路74上のノズル形成層68の厚みと同じ大きさである。このため、ノズル形成層68が、強い剛性を有することとなる。   The thickness of the nozzle forming layer 68 laminated in this way is constant. That is, the thickness of the nozzle formation layer 68 on the ink chamber 72 is the same as the thickness of the nozzle formation layer 68 on the ink flow path 74. For this reason, the nozzle formation layer 68 has strong rigidity.

(工程6:固定層の除去)
インク液室72及びインク流路74に対応する固体層92に対して溶解性を有する有機溶剤(PGMEA)に浸漬し、超音波振動を加えながら固体層92を完全に溶解・溶出させる。そして、洗浄を行ってインク液室72及びインク流路72を形成する。このように、ノズル形成層68の形成後に固体層92を除去して、インク室72及びインク流路74を形成する。
(Step 6: removal of fixed layer)
It is immersed in an organic solvent (PGMEA) that is soluble in the solid layer 92 corresponding to the ink liquid chamber 72 and the ink flow path 74, and the solid layer 92 is completely dissolved and eluted while applying ultrasonic vibration. Then, the ink liquid chamber 72 and the ink flow path 72 are formed by performing cleaning. In this way, the ink layer 72 and the ink flow path 74 are formed by removing the solid layer 92 after the nozzle formation layer 68 is formed.

その後、電極64に金バンプを付け、半導体基板60を所望の大きさにカットしてヘッドチップ30が完成する。   Thereafter, gold bumps are attached to the electrodes 64, and the semiconductor chip 60 is cut into a desired size to complete the head chip 30.

<5.高さ調整マスクについて>
本実施形態では、高さ調整マスクを用いて露光することで、第1面82及び第2面84上のポジ型フォトレジスト90の高さが調整される。以下においては、高さ調整マスクについて説明する。
<5. About height adjustment mask>
In the present embodiment, the height of the positive photoresist 90 on the first surface 82 and the second surface 84 is adjusted by performing exposure using a height adjustment mask. In the following, the height adjustment mask will be described.

図10は、ポジ型フォトレジストの高さ調整マスクの一例を示す平面図である。図10に示す高さ調整マスク94は、光を遮光する遮光部Sと、光を通過させる透過部Eを有する。つまり、高さ調整マスク94は、光の透過率が異なる部分が形成されたマスクである。この高さ調整マスク94において光を照射した場合には、透過部Eのみを光が通過する。   FIG. 10 is a plan view showing an example of a positive-type photoresist height adjustment mask. The height adjustment mask 94 shown in FIG. 10 has a light shielding part S that shields light and a transmission part E that allows light to pass through. That is, the height adjustment mask 94 is a mask in which portions having different light transmittances are formed. When light is irradiated on the height adjustment mask 94, the light passes only through the transmission part E.

高さ調整マスク94を使用してポジ型フォトレジスト90の高さを調整する場合には、遮光部Sを第1面82上のポジ型フォトレジスト90上に位置させ、透過部Eを第2面84上のポジ型フォトレジスト90上に位置させる(図11参照)。かかる状態で光を露光した場合には、透過部Eのみを光が通過するので、第2面84上のポジ型フォトレジスト90の膜厚が溶解する。   When the height of the positive photoresist 90 is adjusted using the height adjustment mask 94, the light-shielding portion S is positioned on the positive photoresist 90 on the first surface 82, and the transmission portion E is the second portion. It is positioned on the positive photoresist 90 on the surface 84 (see FIG. 11). When light is exposed in such a state, the light passes only through the transmission part E, so that the film thickness of the positive photoresist 90 on the second surface 84 is dissolved.

ここで、透過部Eを通過する光により第2面84上のポジ型フォトレジスト90が均一に溶解されるので、溶解後のポジ型フォトレジスト90は、図11に示すような状態となる。図11は、高さ調整マスク94を使用した場合の溶解後のポジ型フォトレジストを示す模式図である。図11に示す状態では、段差86上のポジ型フォトレジスト90に傾斜及び段差が生じてしまっている。かかる場合には、製造後のヘッドチップ30のインク液室72とインク流路74の繋ぎ目の部分が、狭くなってしまう恐れがある。   Here, since the positive photoresist 90 on the second surface 84 is uniformly dissolved by the light passing through the transmission portion E, the positive photoresist 90 after dissolution is in a state as shown in FIG. FIG. 11 is a schematic diagram showing the positive photoresist after dissolution when the height adjustment mask 94 is used. In the state shown in FIG. 11, the positive photoresist 90 on the step 86 has an inclination and a step. In such a case, the joint between the ink liquid chamber 72 and the ink flow path 74 of the manufactured head chip 30 may become narrow.

上記の問題を改善すべく、図12に示すように、ポジ型フォトレジスト90の傾斜部90aに対して、ポジ型フォトレジスト90に対して段階的に調整された露光エネルギーで露光させる。具体的には、第1面82上のポジ型フォトレジスト90に対する露光エネルギーが、第1面82から第2面84に向かう方向に従って小さくなるように、調整される。これにより、きめ細かい高さ調整を行うことが可能となる。なお、図12は、段階的に露光エネルギーを調整した場合の、溶解後のポジ型フォトレジスト90を示す模式図である。   In order to improve the above problem, as shown in FIG. 12, the inclined portion 90 a of the positive photoresist 90 is exposed with exposure energy adjusted stepwise with respect to the positive photoresist 90. Specifically, the exposure energy for the positive photoresist 90 on the first surface 82 is adjusted so as to decrease in the direction from the first surface 82 toward the second surface 84. Thereby, it becomes possible to perform fine height adjustment. FIG. 12 is a schematic diagram showing the positive photoresist 90 after dissolution when the exposure energy is adjusted stepwise.

なお、図12では、露光エネルギーを4段階に調整しているが、これに限定されない。よりきめ細かい高さ調整を実現する場合には、例えば10段階に調整しても良い。   In FIG. 12, the exposure energy is adjusted in four stages, but the present invention is not limited to this. In order to realize finer height adjustment, for example, adjustment may be made in 10 steps.

露光エネルギーを段階的に調整する第1の方法として、複数の高さ調整マスクを使用する場合について説明する。図13は、複数の高さ調整マスクを併用して、段階的に露光エネルギーを調整する方法を説明するための図である。   A case where a plurality of height adjustment masks are used will be described as a first method for adjusting the exposure energy in stages. FIG. 13 is a diagram for explaining a method of adjusting exposure energy in stages by using a plurality of height adjustment masks in combination.

図13に示す4枚の高さ調整マスク95a〜95dは、それぞれ透過部Eの位置が異なる。もちろん、透過部Eは、ポジ型フォトレジスト90の傾斜部90aに対応する位置に形成されている。高さ調整マスク95a〜95d毎に露光時間を調整することで、段階的に露光エネルギーを調整できる。ここで、高さ調整マスク95aによる露光時間をT1とし、高さ調整マスク95bによる露光時間をT2とし、高さ調整マスク95cによる露光時間をT3とし、高さ調整マスク95dによる露光時間をT4とする。かかる場合に、T1<T2<T3<T4の関係にすることにより、ポジ型フォトレジスト90の傾斜部90aに対する露光エネルギーを調整できる。   Each of the four height adjustment masks 95a to 95d shown in FIG. Of course, the transmission part E is formed at a position corresponding to the inclined part 90 a of the positive photoresist 90. By adjusting the exposure time for each of the height adjustment masks 95a to 95d, the exposure energy can be adjusted stepwise. Here, the exposure time with the height adjustment mask 95a is T1, the exposure time with the height adjustment mask 95b is T2, the exposure time with the height adjustment mask 95c is T3, and the exposure time with the height adjustment mask 95d is T4. To do. In such a case, the exposure energy for the inclined portion 90a of the positive photoresist 90 can be adjusted by setting the relationship of T1 <T2 <T3 <T4.

露光エネルギーを段階的に調整する第2の方法として、透過率が異なる複数の領域を有するグラデーションマスクを使用する場合について説明する。   A case where a gradation mask having a plurality of regions having different transmittances is used as a second method for adjusting the exposure energy in stages will be described.

まず、ドット方式による透過率制御パターンについて、図14を参照して説明する。図14は、ドット方式による透過率制御パターンを説明するための模式図である。図14には、遮光部と透過部の配列が異なる透過率0%〜100%の透過パターンが、示されている。ここで、高さ調整マスクは、母材としてガラスや石英が使われ、遮光膜としてクロムなどの金属膜が使われる。このため、透過率0%の遮光部は、クロムなどの遮光膜がある部分であり、透過率100%の透過部は、遮光膜が無い母材の部分である。   First, the transmittance control pattern by the dot method will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a transmittance control pattern by a dot method. FIG. 14 shows transmission patterns having transmittances of 0% to 100% in which the arrangements of the light shielding units and the transmission units are different. Here, in the height adjustment mask, glass or quartz is used as a base material, and a metal film such as chromium is used as a light shielding film. For this reason, the light-shielding portion having a transmittance of 0% is a portion having a light-shielding film such as chromium, and the light-transmitting portion having a transmittance of 100% is a portion of a base material having no light-shielding film.

図14を見れば分かるように、50個のマスから構成される基本図形の中に存在する遮光部のマスの数が多いほど透過率が低くなり、透過部のマスの数が多いほど透過率が高くなる。例えば、基本図形の中に透過部を5個配置することにより、10%の透過率となる。なお、図14では、四角形の基本図形を用いたが、これに限定されず、例えば長方形やスリット状の形状でも良い。   As can be seen from FIG. 14, the transmittance decreases as the number of light shielding portions in the basic figure composed of 50 cells increases, and the transmittance increases as the number of transmission portions increases. Becomes higher. For example, by arranging five transmission parts in the basic figure, the transmittance becomes 10%. In FIG. 14, a rectangular basic figure is used, but the invention is not limited to this. For example, a rectangular or slit shape may be used.

次に、上述した透過率制御パターンを適用した高さ調整マスクについて、図15を参照して説明する。図15は、透過率が異なる複数の領域を有する高さ調整マスクを示す図である。   Next, a height adjustment mask to which the above-described transmittance control pattern is applied will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating a height adjustment mask having a plurality of regions having different transmittances.

図15に示す高さ調整マスク96は、透過率が異なる複数の領域から構成されたグラデーション部97を有するグラデーションマスクである。グラデーション部97は、透過率が小さくなっている(80%、60%、・・・)。このように、高さ調整マスク96が1枚のマスクの中に複数の透過率の領域を有するため、高さ調整マスク96を介して所定時間だけ露光した際に、ポジ型フォトレジスト90を複数の高さに調整できる。   A height adjustment mask 96 shown in FIG. 15 is a gradation mask having a gradation portion 97 composed of a plurality of regions having different transmittances. The gradation portion 97 has a low transmittance (80%, 60%,...). As described above, since the height adjustment mask 96 has a plurality of transmittance regions in one mask, a plurality of positive photoresists 90 are provided when exposed for a predetermined time through the height adjustment mask 96. Can be adjusted to the height of

ところで、図13や図15に示した高さ調整マスクを使用して、ポジ型フォトレジスト90の高さを調整した後に、図9に示した通常マスク93を使用することになる。ここで、図15に示す高さ調整マスクと通常マスクを一体化したマスクを使用することも可能である。図16は、図15に示す高さ調整マスクと通常マスクを一体化した一体化マスク98を示す図である。このような一体化マスクによれば、露光の際のマスクの数を減らすことができると共に、製造工程を簡略化することが可能となる。   Incidentally, after adjusting the height of the positive photoresist 90 using the height adjustment mask shown in FIGS. 13 and 15, the normal mask 93 shown in FIG. 9 is used. Here, it is also possible to use a mask in which the height adjustment mask and the normal mask shown in FIG. 15 are integrated. FIG. 16 is a view showing an integrated mask 98 in which the height adjustment mask and the normal mask shown in FIG. 15 are integrated. According to such an integrated mask, the number of masks at the time of exposure can be reduced, and the manufacturing process can be simplified.

露光エネルギーを段階的に調整する第3の方法として、ハーフトーンマスクを使用する場合について説明する。   A case where a halftone mask is used will be described as a third method for adjusting the exposure energy in stages.

図17は、ハーフトーンマスクを説明するための断面図である。図17に示すハーフトーンマスク99は、透過率0%の遮光部99b(クロム)及び透過率100%の透過部99a(ガラス)に加えて、透過率10%〜20%の半透明膜99cを有する。この半透明膜は、例えば、クロム系(CrON)、モリブテン系(MoSiON)、タングステン系(WSiON)などの膜である。   FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining the halftone mask. The halftone mask 99 shown in FIG. 17 includes a translucent film 99c having a transmittance of 10% to 20% in addition to a light shielding portion 99b (chrome) having a transmittance of 0% and a transmitting portion 99a (glass) having a transmittance of 100%. Have. This translucent film is, for example, a chromium-based (CrON), molybdenum (MoSiON), or tungsten-based (WSiON) film.

そして、図18や図19に示すように、透過率10%の半透明膜や透過率20%の半透明膜を形成することで、1度の露光でポジ型フォトレジスト90を複数の高さに調整できる。なお、図18及び図19は、ハーフトーンマスクの一例を示す断面図である。このようなハーフトーンマスク99によれば、半透明膜の厚みによって透過率を制御できるので、数段回の階調をもたせることも可能である。   Then, as shown in FIGS. 18 and 19, by forming a translucent film having a transmittance of 10% or a translucent film having a transmittance of 20%, the positive photoresist 90 can be formed at a plurality of heights by one exposure. Can be adjusted. 18 and 19 are cross-sectional views showing an example of a halftone mask. According to such a halftone mask 99, since the transmittance can be controlled by the thickness of the semitransparent film, it is possible to provide gradations several times.

なお、グラデーションマスクとハーフトーンマスクを組み合わせたマスクを使用しても良い。一般的に、グラデーションは透過率が高めの階調に適しており、ハーフトーンは透過率が低めの階調に適している。このため、二つのマスクを組み合わせることで、透過率0%〜100%のパターンを、より細かく制御することが可能となる。   A mask combining a gradation mask and a halftone mask may be used. Generally, gradation is suitable for gradations with high transmittance, and halftone is suitable for gradations with low transmittance. For this reason, by combining two masks, it becomes possible to control a pattern having a transmittance of 0% to 100% more finely.

<6.本実施形態に係るヘッドチップ30の有効性>
本実施形態に係るヘッドチップ30の有効性について、図20及び図21に示す比較例に係るヘッドチップと対比しながら、説明する。図20は、比較例1に係るヘッドチップを示す断面図である。図21は、比較例2に係るヘッドチップを示す断面図である。
<6. Effectiveness of Head Chip 30 According to the Present Embodiment>
The effectiveness of the head chip 30 according to the present embodiment will be described in comparison with the head chip according to the comparative example shown in FIGS. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a head chip according to Comparative Example 1. FIG. 21 is a cross-sectional view showing a head chip according to Comparative Example 2.

本実施形態に係るヘッドチップ30は、図5に示すように、第2面84が第1面82よりも低くなるように段差86を基板面80に設けている。また、第1面82からノズル形成層68までの距離(H1)よりも、第2面84からノズル形成面68までの距離(H2)が大きくなっている。これにより、インク流路74の断面積が、インク液室72の断面積よりも大きくなっている。かかる場合には、インク液室72からノズル70によって吐出されるインク量よりも、インク流路74からインク液室72へ流れるインク流量が多くなる。よって、ノズル70がインクを吐出する際に、インクの供給量不足に陥ることを防止できる。特に、本実施形態のようなラインヘッドの場合には、バッファタンク50からインク液室72までの流路が長くなるので、インク流路74の断面積をインク液室72の断面積よりも大きくすることが一層有効である。   As shown in FIG. 5, the head chip 30 according to this embodiment is provided with a step 86 on the substrate surface 80 so that the second surface 84 is lower than the first surface 82. Further, the distance (H2) from the second surface 84 to the nozzle formation surface 68 is larger than the distance (H1) from the first surface 82 to the nozzle formation layer 68. As a result, the cross-sectional area of the ink flow path 74 is larger than the cross-sectional area of the ink liquid chamber 72. In such a case, the amount of ink flowing from the ink flow path 74 to the ink liquid chamber 72 is larger than the amount of ink ejected from the ink liquid chamber 72 by the nozzle 70. Therefore, it is possible to prevent the ink supply amount from being insufficient when the nozzle 70 ejects ink. In particular, in the case of the line head as in the present embodiment, since the flow path from the buffer tank 50 to the ink liquid chamber 72 is long, the cross-sectional area of the ink flow path 74 is larger than the cross-sectional area of the ink liquid chamber 72. It is more effective to do this.

一方で、図20に示す比較例1においては、本実施形態に係るヘッドチップ30と同様に基板面80に段差86が形成されているが、第2面84からノズル形成面116までの距離(H1)が、第1面82からノズル形成面116までの距離(H1)と同じである。このような関係になっているのは、本実施形態のような高さ調整マスクを用いた露光が行われていないためである。このため、インク流路114の断面積とインク液室112の断面積は、同じとなる。かかる場合には、インク流路114からインク液室112へのインクの供給が不足する恐れがある。   On the other hand, in Comparative Example 1 shown in FIG. 20, the step 86 is formed on the substrate surface 80 as in the head chip 30 according to the present embodiment, but the distance from the second surface 84 to the nozzle formation surface 116 ( H1) is the same as the distance (H1) from the first surface 82 to the nozzle forming surface 116. The reason for this relationship is that exposure using a height adjustment mask as in this embodiment is not performed. For this reason, the cross-sectional area of the ink flow path 114 and the cross-sectional area of the ink liquid chamber 112 are the same. In such a case, ink supply from the ink flow path 114 to the ink liquid chamber 112 may be insufficient.

よって、比較例1と比較して本実施形態のヘッドチップ30は、インク流路74からインク液室72にインクの安定した供給を実現できる。   Therefore, compared with Comparative Example 1, the head chip 30 of the present embodiment can realize a stable supply of ink from the ink flow path 74 to the ink liquid chamber 72.

また、図21に示す比較例2においては、本実施形態に係るヘッドチップ30と異なり、基板面80に段差が形成されていない。また、ノズル形成層126においてインク流路124に対応する部分126aの厚みが、インク液室122に対向する対応する部分126bの厚みよりも小さい。このため、インク流路124の断面積がインク液室122の断面積よりも大きくなるが、撓みなどの剛性は部材の厚みに比例するので、比較例2の場合にはノズル形成層126の剛性を十分に確保することができない。   Further, in the comparative example 2 shown in FIG. 21, unlike the head chip 30 according to the present embodiment, no step is formed on the substrate surface 80. In the nozzle formation layer 126, the thickness of the portion 126 a corresponding to the ink flow path 124 is smaller than the thickness of the corresponding portion 126 b facing the ink liquid chamber 122. For this reason, although the cross-sectional area of the ink flow path 124 is larger than the cross-sectional area of the ink liquid chamber 122, the rigidity such as bending is proportional to the thickness of the member. Cannot be secured sufficiently.

よって、比較例2と比較して本実施形態のヘッドチップ30は、ノズル形成層68を均一な厚みに形成することで、ノズル形成層68の剛性を大きくすることができる。   Therefore, the head chip 30 of this embodiment can increase the rigidity of the nozzle forming layer 68 by forming the nozzle forming layer 68 with a uniform thickness as compared with the comparative example 2.

このように本実施形態に係るヘッドチップ30は、インク流路74からインク液室72にインクを適切に供給できるとともに、ノズル形成層68の剛性を確保することができる。インクを適切に供給できることで、ノズルから吐出量が増えてもインクの供給不足に陥ることを防止できる。また、ノズル形成層68の剛性が大きくなることで、例えばノズル面のワイピング等を行いやすくなる。   As described above, the head chip 30 according to this embodiment can appropriately supply ink from the ink flow path 74 to the ink liquid chamber 72 and can ensure the rigidity of the nozzle forming layer 68. By appropriately supplying ink, it is possible to prevent the ink from being insufficiently supplied even if the ejection amount increases from the nozzle. Further, since the rigidity of the nozzle forming layer 68 is increased, for example, wiping of the nozzle surface is facilitated.

<7.その他の実施形態>
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
<7. Other Embodiments>
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

また、上記実施形態では、液体吐出装置としてカラーインクジェットプリンタが説明されていたが、これに限られるものではない。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、有機EL製造装置、ディスプレイ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の液体吐出装置に、本実施形態と同様の技術を適用しても良い。   In the above embodiment, a color inkjet printer has been described as the liquid ejecting apparatus, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to various liquid ejection devices that apply inkjet technology such as color filter manufacturing equipment, dyeing equipment, fine processing equipment, semiconductor manufacturing equipment, surface processing equipment, 3D modeling equipment, organic EL manufacturing equipment, display manufacturing equipment, etc. You may apply the technique similar to embodiment.

また、上記実施形態では、エネルギー発生素子として発熱抵抗体62を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エネルギー発生素子としては、発熱抵抗体62(ヒータ等)以外の発熱素子や、ピエゾ素子等の圧電素子等を用いることも可能である。   In the above embodiment, the heating resistor 62 has been described as an example of the energy generating element, but the present invention is not limited to this. For example, as the energy generating element, a heating element other than the heating resistor 62 (such as a heater), a piezoelectric element such as a piezo element, or the like can be used.

また、上記実施形態では、液体吐出ヘッドとしてラインヘッド10を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、プリンタヘッドを媒体上で特定方向に移動させながらインクを吐出する、いわゆるシリアルタイプのプリンタヘッドに適用しても良い。   In the above embodiment, the line head 10 is described as an example of the liquid discharge head, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to a so-called serial type printer head that ejects ink while moving the printer head in a specific direction on a medium.

10 ラインヘッド
20 ヘッドモジュール
30 ヘッドチップ
60 半導体基板
62 発熱抵抗体
64 電極
66 駆動素子
68 ノズル形成層
70 ノズル
72 インク液室
74 インク流路
80 基板面
82 第1面
84 第2面
86 段差
90 ポジ型フォトレジスト
90a 傾斜部
92 固体層
95a、95b、95c、95d 高さ調整マスク
96 高さ調整マスク
99 ハーフトーンマスク
E 透過部
S 遮光部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Line head 20 Head module 30 Head chip 60 Semiconductor substrate 62 Heating resistor 64 Electrode 66 Drive element 68 Nozzle formation layer 70 Nozzle 72 Ink liquid chamber 74 Ink flow path 80 Substrate surface 82 First surface 84 Second surface 86 Step 90 Positive Type photoresist 90a Inclined portion 92 Solid layer 95a, 95b, 95c, 95d Height adjustment mask 96 Height adjustment mask 99 Halftone mask E Transmission portion S Light shielding portion

Claims (8)

基板面に、第1面よりも第2面が低くなるように段差を形成するステップと、
前記段差が形成された前記基板面の前記第1面及び前記第2面上に、露光されると溶解するポジ型レジストを形成するステップと、
前記第2面から、前記第1面上の溶解後の前記ポジ型レジストの上面までの距離が、前記第2面から、当該第2面上の溶解後の前記ポジ型レジストの上面までの距離と同じになるように、前記ポジ型レジストに露光するステップと、
露光後に現像することで、前記ポジ型レジストを固体層に形成するステップと、
前記固体層を被覆する被覆層を形成するステップと、
前記被覆層の形成後に前記固体層を除去することで、吐出口から吐出される液体を収容する収容室を前記第1面と前記被覆層の間に形成するとともに、前記収容室へ液体が流れる流路を前記第2面と前記被覆層の間に形成するステップと、
を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。
Forming a step on the substrate surface such that the second surface is lower than the first surface;
Forming a positive resist that dissolves upon exposure on the first surface and the second surface of the substrate surface on which the step is formed;
The distance from the second surface to the upper surface of the positive resist after dissolution on the first surface is the distance from the second surface to the upper surface of the positive resist after dissolution on the second surface. Exposing to the positive resist to be the same as
Forming the positive resist in a solid layer by developing after exposure; and
Forming a coating layer covering the solid layer;
By removing the solid layer after forming the coating layer, a storage chamber for storing the liquid discharged from the discharge port is formed between the first surface and the coating layer, and the liquid flows into the storage chamber. Forming a flow path between the second surface and the covering layer;
A method for manufacturing a liquid discharge head.
前記第1面上の前記ポジ型レジストと、前記第1面と前記第2面の間の段差部上の前記ポジ型レジストのみに露光する、請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   2. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein exposure is performed only on the positive resist on the first surface and on the positive resist on a step portion between the first surface and the second surface. 前記第1面上の前記ポジ型レジストに対する露光エネルギーが、前記第1面側から前記前記第2面側に向かうに従って、小さくなる、請求項2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 2, wherein exposure energy for the positive resist on the first surface decreases from the first surface side toward the second surface side. 光の透過率が異なる部分が形成されたマスクを介して前記ポジ型レジストに露光する、請求項2又は3に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   4. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 2, wherein the positive resist is exposed through a mask in which portions having different light transmittances are formed. 前記収容室上の前記被覆層の厚みが、前記流路上の前記被覆層の厚みと同じ大きさになるように、前記被覆層を形成する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   The said coating layer is formed in any one of Claims 1-4 so that the thickness of the said coating layer on the said storage chamber may become the same magnitude | size as the thickness of the said coating layer on the said flow path. Manufacturing method of liquid discharge head. 回転中の前記基板面の前記第1面及び前記第2面上に、前記ポジ型レジストを塗布して一様な厚みで形成する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   The liquid ejection according to claim 1, wherein the positive resist is applied and formed to have a uniform thickness on the first surface and the second surface of the rotating substrate surface. Manufacturing method of the head. 第1面よりも第2面が低くなるように段差が形成された基板面と、
液体を吐出する吐出口が形成され、前記基板面に空隙を介して対向する被膜層と、
前記第1面と前記被膜層の間に形成され、前記吐出口から吐出される液体を収容する収容室と、
前記第2面と前記被膜層の間に形成され、前記収容室へ液体が流れる流路と、を備え、
前記収容室上の前記被覆層の厚みが、前記流路上の前記被覆層の厚みと同じ大きさである、液体吐出ヘッド。
A substrate surface on which a step is formed so that the second surface is lower than the first surface;
A discharge port for discharging a liquid is formed, and a coating layer facing the substrate surface via a gap;
A storage chamber that is formed between the first surface and the coating layer and stores the liquid discharged from the discharge port;
A flow path formed between the second surface and the coating layer, through which liquid flows into the storage chamber,
The liquid ejection head, wherein a thickness of the coating layer on the storage chamber is the same as a thickness of the coating layer on the flow path.
第1面よりも第2面が低くなるように段差が形成された基板面と、
液体を吐出する吐出口が形成され、前記基板面に空隙を介して対向する被膜層と、
前記第1面と前記被膜層の間に形成され、前記吐出口から吐出される液体を収容する収容室と、
前記第2面と前記被膜層の間に形成され、前記収容室へ液体が流れる流路と、を備え、
前記収容室上の前記被覆層の厚みが、前記流路上の前記被覆層の厚みと同じ大きさである液体吐出ヘッド
を具備する、液体吐出装置。
A substrate surface on which a step is formed so that the second surface is lower than the first surface;
A discharge port for discharging a liquid is formed, and a coating layer facing the substrate surface via a gap;
A storage chamber that is formed between the first surface and the coating layer and stores the liquid discharged from the discharge port;
A flow path formed between the second surface and the coating layer, through which liquid flows into the storage chamber,
A liquid ejection apparatus comprising: a liquid ejection head having a thickness of the coating layer on the storage chamber equal to a thickness of the coating layer on the flow path.
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