JP2014069354A - インク吐出ヘッドの製造方法及びインク吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル内部の側壁への撥液材料の付着を確実に防止することができるインク吐出ヘッドの製造方法及びインク吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】基板のインクを吐出するためのエネルギー発生素子が設けられた一方の面に、インク流路となる犠牲層と、感光した部分が残るネガ型レジストによって前記犠牲層を囲んでインクを収容するインク室を区画するインク流路壁及び該インク流路壁と該犠牲層の上側にノズル層を形成するインク室壁形成工程と、前記インク流路壁及びノズル層を露光し現像することによって該ノズル層にインクを吐出する逆テーパ状のノズルを形成するノズル形成工程と、前記ノズルが形成された前記ノズル層上に撥液材料を前記一方の面に対して略垂直に衝突させて撥液層を形成する撥液層形成工程と、前記撥液層を硬化した後、前記犠牲層及び該犠牲層上に形成された撥液層を除去する除去工程と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられるインク吐出ヘッドの製造方法及びインク吐出ヘッドに関するものである。

従来より、インクジェットプリンタ等に用いられるインク吐出ヘッドの製造方法及びインク吐出ヘッドに関して種々提案されている。
例えば、ノズル孔を有するインクジェットヘッドの表面を撥水性を有する感光性樹脂材料により被覆し、感光性樹脂材料層を形成する。次いで、ノズル孔の周辺部に対応する部分以外は、活性エネルギー線を通過しない所定の形状パターンを有するフォトマスクをセットして、パターン露光し、現像を行う。これにより、ノズル孔の周辺部のみに撥水性を有する感光性樹脂材料層が現像されるように構成されたインクジェットヘッドのノズル面撥水処理方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、例えば、感光性樹脂材料によりノズル層を塗布して乾燥した後、撥水性を有する感光性樹脂材料を被覆して撥水層を形成する。次いで、ノズルの吐出口部分を遮光したフォトマスクを介して、ノズル層及び撥水層を同時に露光し、現像を行う。これにより、ノズルの吐出口部分に対応する撥水層とノズル層を同時にパターニングして、吐出口を形成するように構成されたインクジェット記録ヘッドの製造方法がある（例えば、特許文献２参照。）。

特開平５−１２４１９９号公報 特開２０００−３２６５１５号公報

しかしながら、前記した特許文献１に記載されたインクジェットヘッドのノズル面撥水処理方法では、露光時のアライメントずれにより、ノズル孔の輪郭と撥水膜形成部が正確に一致せず、吐出口近傍で撥水性能が不均一になり、印字品位が低下する虞がある。また、撥水性を有する感光性樹脂材料層の形成時に、ノズル内部の側壁に撥水性を有する感光性樹脂材料が付着し、インク吐出性能に悪影響を及ぼす虞がある。

また、前記した特許文献２に記載されたインクジェット記録ヘッドの製造方法では、ノズル層と撥水層のそれぞれの露光感度の違いや、ノズル層と撥水層の二層を同時に露光するため、所望の解像度を得るのが難しいという問題がある。また、ノズル層の感光性樹脂材料の加熱（ベーク）は、露光、現像が可能な程度にとどめておく必要があるため、撥水層形成後も高温の加熱（ベーク）が難しく、現像時にノズル層と基板との密着性が低下する虞がある。

更に、前記した特許文献１に記載されたインクジェットヘッドのノズル面撥水処理方法及び前記した特許文献２に記載されたインクジェット記録ヘッドの製造方法では、撥水性を有する感光性樹脂材料を使用する必要があるため、製造コストの上昇、及び撥水層を形成する樹脂材料の選択幅が制限されるという問題がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、感光性を有しない撥液材料が使用できると共に、ノズル内部の側壁への撥液材料の付着を確実に防止することができるインク吐出ヘッドの製造方法及びインク吐出ヘッドを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため請求項１に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、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が一方の面に設けられた板状の基板を準備する準備工程と、前記一方の面に、インク流路となる犠牲層と、感光した部分が残るネガ型レジストによって前記犠牲層を囲んでインクを収容するインク室を区画するインク流路壁及び該インク流路壁と該犠牲層の上側にノズル層を形成するインク室壁形成工程と、前記インク流路壁及びノズル層を露光し現像することによって該ノズル層にインクを吐出する逆テーパ状のノズルを形成するノズル形成工程と、前記ノズルが形成された前記ノズル層上に撥液材料を前記一方の面に対して略垂直に衝突させて撥液層を形成する撥液層形成工程と、前記撥液層を硬化した後、前記犠牲層及び該犠牲層上に形成された撥液層を除去する除去工程と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、請求項１に記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記ノズル形成工程は、前記ノズル層のインクが吐出される側の面である吐出面における前記ノズルの最小径に対応する部分での露光量が、前記ノズル層のインク流路側の面である流路面における前記ノズルの最大径に対応する部分での露光量よりも小さくなるように露光することを特徴とする。

また、請求項３に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、請求項２に記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記ノズル形成工程は、前記ノズルの吐出側の最小径に対応する部分が遮光されると共に、前記最小径に対応する部分から、前記最大径に対応する部分に向かって露光光の透過率が徐々に大きくなる透過率分布をもつグレースケールマスクを介して、前記インク流路壁及びノズル層を露光することを特徴とする。

また、請求項４に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、請求項２に記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記ノズル形成工程は、前記ノズルのインク流路側の最大径に対応する部分から前記ノズルの吐出側の最小径に対応する部分まで段階的にそれぞれ遮光された複数のフォトマスクを介して、前記インク流路壁及びノズル層を段階的に遮光して露光する露光工程と、前記露光工程で露光した後、前記インク流路壁及びノズル層を現像する現像工程と、を有し、前記露光工程における露光量は、前記ノズルの最大径に対応する部分が遮光されたフォトマスクから該ノズルの最小径に対応する部分が遮光されたフォトマスクまで遮光部分の大きい順に段階的に小さくなるように設定されていることを特徴とする。

また、請求項５に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、請求項４に記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記露光工程における露光量は、前記インク流路壁及びノズル層を厚さ方向に全て感光する露光量以上から前記ノズル層を厚さ方向に全て感光する感光閾値以下の露光量まで遮光部分の大きい順に段階的に小さくなるように設定されていることを特徴とする。

また、請求項６に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、請求項４に記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記露光工程は、前記ノズルのインク流路側の最大径に対応する部分が遮光された第１フォトマスクを介して前記インク流路壁及びノズル層を露光する第１露光工程と、前記ノズルの吐出側の最小径に対応する部分が遮光された第２フォトマスクを介して前記インク流路壁及びノズル層を露光する第２露光工程と、を有し、前記第２露光工程の露光量は、前記第１露光工程の露光量よりも小さいことを特徴とする。

また、請求項７に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、請求項６に記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記第１露光工程の露光量は、前記インク流路壁及びノズル層を厚さ方向に全て感光する露光量以上であって、前記第２露光工程の露光量は、前記ノズル層を厚さ方向に全て感光する感光閾値以下の露光量であることを特徴とする。

また、請求項８に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記撥液層形成工程は、前記ノズル層の上に前記撥液材料を液体微粒子にして吹き付けて前記撥液層を形成することを特徴とする。

更に、請求項９に係るインク吐出ヘッドの製造方法は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記インク室壁形成工程は、前記犠牲層が前記エネルギー発生素子を含むように形成し、前記ノズル形成工程は、前記ノズルを前記エネルギー発生素子に対向するように形成することを特徴とする。

また、請求項１０に係るインク吐出ヘッドは、板状の基板と、前記基板の一方の面に設けられて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と、前記エネルギー発生素子を含み、前記基板の一方の面に形成されてインクを収容するインク室を区画するインク流路壁及び該インク流路壁の上側に形成されたノズル層を有するインク室壁部と、前記ノズル層に形成されて前記インク室に収容されたインクを吐出する逆テーパ状のノズルと、前記ノズル層上に撥液材料が積層されて形成された撥液層と、を備え、前記撥液層は、前記ノズル層のインクが吐出される側の面において、撥液材料が前記ノズルのインクが吐出される吐出口を囲む面上にのみ積層されて、前記ノズルの逆テーパ状の側壁部に積層されていないことを特徴とする。

請求項１に係るインク吐出ヘッドの製造方法及び請求項１０に係るインク吐出ヘッドでは、ノズル層に逆テーパ状のノズルを形成した後、ノズル層上に撥液材料を基板の一方の面に対して略垂直に衝突させて撥液層を形成するため、ノズル内部の逆テーパ状の側壁部に撥液材料が付着することを確実に防止することができる。また、ノズルの吐出口周囲を撥液層で確実に被覆することができ、インク吐出性能の安定化を図ることができる。

また、感光性を有しない撥液材料で撥液層を形成することができ、製造コストの低減化を図ることができる。また、逆テーパ状のノズルを形成後、インク流路壁及びノズル層を高温で加熱（ベーク）して、基板との密着性を高めた後、ノズル層の上に撥液層を形成することができる。

また、請求項２に係るインク吐出ヘッドの製造方法では、ネガ型レジストによって形成されたノズル層のノズルの最小径に対応する部分での露光量が、ノズル層のノズルの最大径に対応する部分での露光量よりも小さくなるように露光する。これにより、ノズル層のノズルの最小径に対応する部分での硬化深さは、ノズル層のノズルの最大径に対応する部分での硬化深さよりも浅くなるため、ノズル層に逆テーパ状のノズルを確実に形成することができる。

また、請求項３に係るインク吐出ヘッドの製造方法では、グレースケールマスクを介して、インク流路壁及びノズル層を露光し現像することによって、逆テーパ状のノズルを１回の露光で迅速に形成することができる。

また、請求項４に係るインク吐出ヘッドの製造方法では、複数のフォトマスクを介して、段階的に遮光すると共に、露光量を遮光部分の大きい順に段階的に小さくなるように設定してインク流路壁及びノズル層を露光した後、現像することによって、逆テーパ状のノズルを形成することができる。

また、請求項５に係るインク吐出ヘッドの製造方法では、露光工程における露光量は、インク流路壁及びノズル層を厚さ方向に全て感光する露光量以上からノズル層を厚さ方向に全て感光する感光閾値以下の露光量まで遮光部分の大きい順に段階的に小さくなるように設定することによって、逆テーパ状のノズルを高精度に形成することができる。

また、請求項６に係るインク吐出ヘッドの製造方法では、第１露光工程と第２露光工程でインク流路壁及びノズル層を露光した後、現像することによって、逆テーパ状のノズルを迅速に形成することができる。

また、請求項７に係るインク吐出ヘッドの製造方法では、第１露光工程の露光量は、インク流路壁及びノズル層を厚さ方向に全て感光する露光量以上であって、第２露光工程の露光量は、ノズル層を厚さ方向に全て感光する感光閾値以下の露光量に設定することによって、逆テーパ状のノズルを高精度に形成することができる。

また、請求項８に係るインク吐出ヘッドの製造方法では、ノズル層の上に撥液材料を液体微粒子にして吹き付けて撥液層を形成することによって、ノズル内部の逆テーパ状の側壁部への撥液材料の付着を確実に防止することができる。

更に、請求項９に係るインク吐出ヘッドの製造方法では、ノズルをエネルギー発生素子に対向するように形成することができ、インク吐出性能の向上を図ることができる。

第１実施形態に係るインク吐出ヘッドを示す斜視図である。 図１のＸ１−Ｘ１矢視断面図である。 第１実施形態に係るインク吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図で、基板上にヒータと耐キャビテーション膜を形成した状態を模式的に示す図である。 図３に続いて、密着膜を形成した状態を模式的に示す工程断面図である。 図４に続いて、犠牲層を形成した状態を模式的に示す工程断面図である。 図５に続いて、レジスト層を形成した状態を模式的に示す工程断面図である。 図６に続いて、グレースケールマスクを介して露光した状態を模式的に示す工程断面図である。 図７に続いて、現像してノズル及びインク流路壁を形成した状態を模式的に示す工程断面図である。 図８に続いて、スプレーコートによって撥水膜を形成した状態を模式的に示す工程断面図である。 図９に続いて、インク供給口を形成した状態を模式的に示す工程断面図である。 図１０に続いて、犠牲層を除去してインク流路を形成した状態を模式的に示す工程断面図である。 第２実施形態に係るインク吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図で、ノズルの最大径に対応する部分が遮光されたフォトマスクを介して露光した状態を模式的に示す工程断面図である。 図１２に続いて、ノズルの最小径に対応する部分が遮光されたフォトマスクを介して露光した状態を模式的に示す工程断面図である。 図１３に続いて、現像してノズル及びインク流路壁を形成した状態を模式的に示す工程断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係るインク吐出ヘッド及びインク吐出ヘッドの製造方法について具体化した第１実施形態及び第２実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、第１実施形態に係るインク吐出ヘッド１の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。尚、以下の説明において、図１の上方向、下方向が、それぞれインク吐出ヘッド１の上方向、下方向である。

［インク吐出ヘッド１の概略構成］
図１及び図２に示すように、インク吐出ヘッド１は、インクを吐出する複数のノズル２が、所定のピッチで一方向に２列に並んで形成されている。各ノズル２は、それぞれインク室３に連通し、上端部の吐出口が最小径の円形で、インク室３側の下端部が最大径の円形になる逆テーパ状に形成されている。各インク室３内には、インクを吐出するためのエネルギー発生素子として機能するヒータ５がそれぞれ設けられ、保護膜６が積層されてノズル２に対応する部分に耐キャビテーション膜７が形成されている。

また、インク供給口８が、インク吐出ヘッド１の下面からシリコン製の基板１１の表裏面を上下方向に貫通して、２列のヒータ５の間に開口し、各インク室３へインクが供給される。各インク室３に供給されたインクは、ヒータ５の加熱によりその一部が気泡となって、インク室３内のインクを押し出し、ノズル２から吐出される。

図２に示すように、インク吐出ヘッド１の層構造は、各ヒータ５を駆動する駆動回路１２等が形成された基板１１と、ヒータ５と、インク室部１５と、撥水層１６（撥液層）とから主に構成されている。インク室部１５は、基板１１の一方の面（例えば、上面）に形成される。インク室部１５は、基板１１から上方に立設されてインク室３を区画するインク流路壁１７と、このインク流路壁１７の上端から横方向に延出されてインク流路の天井部を形成するノズル層１８とから構成されている。

インク流路壁１７は各ヒータ５及び各耐キャビテーション膜７を囲み、エポキシ樹脂からなる密着層２１を介してヒータ５上に形成された保護膜６に接合されている。また、ノズル層１８に形成された各ノズル２は、ヒータ５のほぼ真上に設けられている。尚、インク流路壁１７は、ヒータ５及びインク供給口８を全周に渡って囲む態様であっても、一部や一辺が開口した状態で囲む態様であっても、どちらでも差し支えない。

撥水層１６は、撥液材料の一例であるフッ素樹脂等の非感光性樹脂で形成され、ノズル層１８の上端面において、各ノズル２の吐出口を囲む面上にのみ積層されて、各ノズル２の逆テーパ状の側壁部２Ａには積層されていない。基板１１は、結晶方位が＜１００＞面のシリコンからなる。但し、結晶方位は＜１００＞面に限定されるわけではなく、例えば、＜１１０＞面等の他の結晶方位でもよい。各ヒータ５は、上下に電極２２が積層され、駆動回路１２から駆動電流が供給され発熱駆動される。また、両側縁部の各電極２２上には、駆動回路１２に対して駆動信号や電力を供給するための電極パッド２３が形成されている。

［インク吐出ヘッド１の製造方法］
以下、インク吐出ヘッド１の製造方法を図３乃至図１１に基づいて説明する。
先ず、図３に示すように、シリコン製の基板１１の上に駆動回路１２を形成し、この駆動回路１２の両側縁部に各電極２２を形成する。続いて、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、駆動回路１２等の上側に、絶縁膜２５となる酸化シリコン（ＳｉＯ₂）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を、１μｍ〜５μｍの厚さになるように形成する。また、基板１１の裏面の全面に、酸化膜２６となる酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を、プラズマＣＶＤ、若しくは、駆動回路１２を形成する工程中の熱酸化により１μｍ〜５μｍの厚さになるように形成する。

続いて、絶縁膜２５の上に、スパッタリング法によって、ヒータ５の発熱抵抗体となるタンタルアルミニウム（Ｔａ−Ａｌ）を３０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成し、その後、ヒータ５の電極２２となるアルミ銅（Ａｌ−Ｃｕ）を２００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法によって、タンタルアルミニウム層とアルミ銅層とを予め定められた形状にパターニングする。タンタルアルミニウム層とアルミ銅層は、ドライエッチングによって同時に配線パターンの形状が形成される。

その後、フォトリソグラフィ法によって、ヒータ５の配置部分等をパターニングする。ヒータ５の配置部分等に対応するアルミ銅層は、ウエットエッチングにより除去されて、ヒータ５の配置部分をパターニングした形状が形成される。

更に、プラズマＣＶＤ法によって、保護膜６となる窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を２００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成する。その後、保護膜６の上に、スパッタリング法によって、耐キャビテーション膜７となるタンタル（Ｔａ）を１００ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法によって、タンタル膜及び保護膜６をパターニングする。耐キャビテーション膜７及び電極パッド２３の配置部分に対応する保護膜６は、ドライエッチングによって除去する。続いて、メッキバンプ等によって、電極パッド２３を形成する。

次に、図４に示すように、保護膜６の上に、例えば、スピンコートによって、密着層２１となるエポキシ樹脂をベースとして感光した部分が残るネガ型レジスト（例えば、日本化薬株式会社製の光硬化エポキシ樹脂ＳＵ−８等である。）を１μｍ〜３μｍの厚さに形成し、加熱（以下、「ベーク」という。）により乾燥する。そして、フォトリソグラフィ法によって、密着層２１に対応する予め定められた形状にパターニングし、密着層２１を形成する。その後、高温でベークにより硬化させ、基板との密着性を高める。

次に、図５に示すように、保護膜６の上に、例えば、スピンコートによって、犠牲層２７となる感光した部分が溶解するポジ型レジスト（例えば、東京応化工業株式会社製のＰＭＥＲＰ−ＬＡ９００ＰＭ等である。）を１０μｍ〜２０μｍの厚さに形成し、ベークにより乾燥する。そして、フォトリソグラフィ法により、ポジ型レジストをインク流路となる形状にパターニングした後、弱アルカリ水溶液で現像して犠牲層２７を形成する。

次に、図６に示すように、犠牲層２７の上に、例えば、スピンコートによって、ネガ型レジスト（例えば、日本化薬株式会社製の光硬化エポキシ樹脂ＳＵ−８等である。）を犠牲層２７の上端面から１０μｍ〜２０μｍの厚さになるように形成して、ベークにより乾燥させ、インク流路壁１７及びノズル層１８となるインク室形成層２８を保護膜６の全面を覆うように形成する。従って、ノズル層１８の厚さは、犠牲層２７の上端面から１０μｍ〜２０μｍの厚さに形成される。

次に、図７に示すように、グレースケールマスク３１をインク室形成層２８の上に載置し、紫外線露光を行って、各インク室部１５と各ノズル２をパターニングする。このグレースケールマスク３１は、インク室部１５よりも外側の部分を遮光する遮光部３１Ａと、各ノズル２の吐出口側の最小径に対応する部分を遮光する遮光部３１Ｂと、この遮光部３１Ｂの外周から各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分に向かって露光光の透過率が徐々に大きくなる透過率分布をもつように形成されたグラデーション部３１Ｃとから構成されている。

ここで、インク室形成層２８を形成するネガ型レジストの感光閾値をＡ１（ｍＪ／ｃｍ²）、露光波長における吸収係数をα（μｍ^-1）、ノズル層１８の厚さをＴ１（μｍ）、犠牲層２７の厚さをＴ２（μｍ）とした場合には、ノズル層１８の厚さＴ１が感光する露光量Ｐは、
Ｐ＝Ａ１×exp(α×Ｔ１)・・・（１）
であり、インク室形成層２８を形成するネガ型レジストの全厚さ（Ｔ１＋Ｔ２）が感光する露光量Ｑは、
Ｑ＝Ａ１×exp{α×(Ｔ１＋Ｔ２)}・・・（２）
である。

従って、グラデーション部３１Ｃにおける露光量は、遮光部３１Ｂの外周部が感光閾値Ａ１（ｍＪ／ｃｍ²）以下で、この遮光部３１Ｂの外周から各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分に向かって露光量が徐々に大きくなり、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分が、ノズル層１８を厚さ方向に全て感光する露光量、つまり、上記（１）式で表される露光量Ｐ以上になるように設定されている。また、グラデーション部３１Ｃの半径方向外側における、光透過部分の露光量は、上記（２）式で表される露光量Ｑ以上になるように設定されている。

これにより、インク室形成層２８の各遮光部３１Ｂに対応する部分、つまり、各ノズル２の吐出口側の最小径に対応する部分は、紫外線が遮光され、感光されない。また、インク室形成層２８の各グラデーション部３１Ｃに対応する部分は、各ノズル２の吐出口側の最小径に対応する部分の外周から各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分に向かって、紫外線によって感光される深さが徐々に深くなる。そして、各グラデーション部３１Ｃの外周に対応する部分、つまり、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分は、犠牲層２７に達する深さまで紫外線によって感光される。

また、インク室形成層２８のグラデーション部３１Ｃの外周に対応する部分から、遮光部３１Ａの内周に対応する部分までは、犠牲層２７及び密着層２１に達する深さまで紫外線によって感光される。更に、インク室形成層２８の遮光部３１Ａに対応する部分は、紫外線が遮光され、感光されない。

次に、図８に示すように、インク室形成層２８をキシレンを用いて現像した後、１００℃前後でベークすることによって、犠牲層２７を囲んでインク室３を区画するインク流路壁１７、及びこのインク流路壁１７と犠牲層２７との上側にノズル層１８が形成される。従って、基板１１の上面に、インク流路壁１７及びノズル層１８から構成されたインク室部１５が形成される。また、上端部の吐出口が最小径の円形で、犠牲層２７側の下端部が最大径の円形になる逆テーパ状に形成された各ノズル２がノズル層１８に形成される。

次に、図９に示すように、ノズル層１８の上に、スプレーコートによって、フッ素樹脂を液体微粒子にして、基板１１の上面に対して略垂直に吹き付け、３０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成して、ベークにより硬化する。これにより、ノズル層１８の上面にフッ素樹脂が吹き付けられて、撥水層１６が形成されると共に、各ノズル２の最小径の部分に対応する犠牲層２７の上面にフッ素樹脂が吹き付けられて、各撥水膜３２が形成される。従って、各ノズル２の逆テーパ状の側壁部２Ａには、フッ素樹脂による撥水層は形成されない。

尚、フッ素樹脂に限らず、感光性を有する撥水材料を液体微粒子にして、ノズル層１８の上に、スプレーコートによって、基板１１の上面に対して略垂直に吹き付け、３０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成して、紫外線露光、ベークにより硬化するようにしてもよい。

次に、図１０に示すように、基板１１の下面の酸化膜２６上に、例えば、スピンコートによって、ポジ型レジスト（例えば、東京応化工業株式会社製のＯＦＰＲ−８００等である。）を１μｍ程度の厚さに形成し、ベークにより硬化する。そして、フォトリソグラフィ法により、ポジ型レジストをインク供給口８に対応する形状に現像してパターニングした後、酸化膜２６をドライエッチング、またはウエットエッチング等によってインク供給口８に対応する形状にパターニングした後、ポジ型レジストを除去する。

続いて、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液やテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液等のアルカリ溶液を用いたウエットエッチングによって、酸化膜２６から基板１１の上面に向かってＳｉ異方性エッチング（化学的エッチング）を行う。基板１１の異方性は＜１００＞又は＜１１０＞であるため、基板１１の裏面から進行するＳｉ異方性エッチングは、基板１１の上面に形成された絶縁膜２５に容易に到達し、インク供給口８が形成される。その後、ドライエッチング等により、インク供給口８の上に位置する絶縁膜２５、保護膜６を除去する。

次に、図１１に示すように、全体をアセトンやプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）等の有機溶剤に浸すことによって、犠牲層２７を有機溶剤に溶解させ、各撥水膜３２と共にインク供給口８から流出させて除去し、乾燥する。これにより、インク室部１５内に、各インク室３及び各インク室３とインク供給口８とを連通するインク流路が形成される。その後、基板１１をダイシングソーなどによって切断分離することによって、インク吐出ヘッド１がチップ化される。

以上詳細に説明した通り、第１実施形態に係るインク吐出ヘッド１の製造方法では、グレースケールマスク３１を介して、保護膜６及び犠牲層２７の上に形成されたインク室形成層２８を紫外線露光し、キシレンを用いて現像した後、１００℃前後でベークする。これにより、ネガ型レジストによってインク流路壁１７、及びこのインク流路壁１７と犠牲層２７との上側にノズル層１８が形成できると共に、当該ノズル層１８に、逆テーパ状に形成された複数のノズル２を１回の露光で迅速に形成することができる。また、各ノズル２をヒータ５に対向するように容易に形成することができ、インク吐出性能の向上を図ることができる。

また、逆テーパ状の各ノズル２をノズル層１８に形成した後、スプレーコートによって、フッ素樹脂を液体微粒子にして、基板１１の上面に対して略垂直に吹き付けて、ノズル層１８上に撥水層１６を形成する。これにより、各ノズル２は、逆テーパ状に形成されているため、各ノズル２の吐出口に入ったフッ素樹脂の液体微粒子を、全て直下の犠牲層２７上に衝突させて撥水膜３２を形成し、各ノズル２の側壁部２Ａに撥水材料であるフッ素樹脂が付着することを確実に防止することができる。従って、各ノズル２の側壁部２Ａにフッ素樹脂を付着させることなく、各ノズル２の吐出口周囲を撥水層１６で確実に被覆することができ、インク吐出性能の安定化を図ることができる。

また、感光性を有しないフッ素樹脂等の撥水材料で撥水層１６を形成することができ、製造コストの低減化を図ることができる。また、逆テーパ状の各ノズル２を形成後、インク流路壁１７及びノズル層１８を高温でベークして、密着層２１を介して基板１１との密着性を高めた後、ノズル層１８の上に撥水層１６を形成することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るインク吐出ヘッド４１について図１２乃至図１４に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図１乃至図１１の第１実施形態に係るインク吐出ヘッド１の構成等と同一符号は、第１実施形態に係るインク吐出ヘッド１の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。

第２実施形態に係るインク吐出ヘッド４１の構成及び製造方法は、第１実施形態に係るインク吐出ヘッド１の構成及び製造方法とほぼ同じである。但し、図１２及び図１３に示すように、第２実施形態に係るインク吐出ヘッド４１の製造方法は、グレースケールマスク３１に替えて、第１フォトマスク４２と第２フォトマスク４３を用いてインク室形成層２８を紫外線露光して、インク流路壁１７、ノズル層１８及び各ノズル２を形成する点で、異なっている。

（インク吐出ヘッド４１の製造方法）
第１フォトマスク４２と第２フォトマスク４３を用いてインク室形成層２８を紫外線露光して、ネガ型レジストによってインク流路壁１７、及びこのインク流路壁１７と犠牲層２７との上側にノズル層１８を形成すると共に、当該ノズル層１８に、逆テーパ状に形成された複数のノズル２を形成する製造工程について図１２乃至図１４に基づいて説明する。

（第１露光工程）
先ず、図１２に示すように、第１フォトマスク４２をインク室形成層２８の上に載置し、紫外線露光を行って、各インク室部１５を構成するインク流路壁１７と各ノズル２を形成する部分を除いたノズル層１８をパターニングする（第１露光工程）。この第１フォトマスク４２は、インク室部１５よりも外側の部分を遮光する遮光部４２Ａと、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分を遮光する遮光部４２Ｂとから構成されている。また、光透過部分の露光量は、上記（２）式で表される露光量Ｑ以上になるように設定されている。

これにより、インク室形成層２８の各遮光部４２Ｂに対応する部分、つまり、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分は、紫外線が遮光され、感光されない。また、インク室形成層２８の各遮光部４２Ｂの外周に対応する部分から、遮光部４２Ａの内側に対応する部分までは、犠牲層２７及び密着層２１に達する深さまで紫外線によって感光される。更に、インク室形成層２８の遮光部４２Ａに対応する部分は、紫外線が遮光され、感光されない。

次に、図１３に示すように、第２フォトマスク４３をインク室形成層２８の上に載置し、紫外線露光を行って、各インク室部１５を構成するノズル層１８と各ノズル２をパターニングする（第２露光工程）。この第２フォトマスク４３は、インク室部１５よりも外側の部分を遮光する遮光部４３Ａと、各ノズル２の吐出口側の最小径に対応する部分を遮光する遮光部４３Ｂとから構成されている。また、光透過部分の露光量は、ノズル層１８を厚さ方向に全て感光する露光量以下、つまり、上記（１）式で表される露光量Ｐ以下になるように設定されている。

これにより、インク室形成層２８の各遮光部４３Ｂに対応する部分、つまり、各ノズル２の吐出口側の最小径に対応する部分は、紫外線が遮光され、感光されない。また、インク室形成層２８の各遮光部４３Ｂの外周に対応する部分から、遮光部４３Ａの内側に対応する部分までは、上記（１）式で表される露光量Ｐ以下で一様に感光される。

つまり、各ノズル２の吐出口側の最小径に対応する部分から、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分までは、上記（１）式で表される露光量Ｐ以下で露光されているため、感光している部分が犠牲層２７まで達しない。一方、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分より外側は、犠牲層２７に達する深さまで紫外線によって感光される。

また、インク室形成層２８の第１フォトマスク４２の各遮光部４２Ｂの外周に対応する部分、つまり、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分から、第２フォトマスク４３の遮光部４３Ａの内周に対応する部分までは、犠牲層２７及び密着層２１に達する深さまで紫外線によって既に感光されている。更に、インク室形成層２８の遮光部４３Ａに対応する部分は、紫外線が遮光され、感光されない。

次に、図１４に示すように、インク室形成層２８をキシレンを用いて現像した後、１００℃前後でベークすることによって、犠牲層２７を囲んでインク室３を区画するインク流路壁１７、及びこのインク流路壁１７と犠牲層２７との上側にノズル層１８が形成される。従って、基板１１の上面に、インク流路壁１７及びノズル層１８から構成されたインク室部１５が形成される。また、上端部の吐出口が最小径の円形で、犠牲層２７側の下端部が最大径の円形になる逆テーパ状に形成された各ノズル２がノズル層１８に形成される。

以上詳細に説明した通り、第２実施形態に係るインク吐出ヘッド４１の製造方法では、第１フォトマスク４２を介して、保護膜６及び犠牲層２７の上に形成されたインク室形成層２８を上記（２）式で表される露光量Ｑ以上で紫外線露光する。そして、第２フォトマスク４３を介して、インク室形成層２８を上記（１）式で表される露光量Ｐ以下で紫外線露光し、キシレンを用いて現像した後、１００℃前後でベークする。

これにより、ネガ型レジストによってインク流路壁１７、及びこのインク流路壁１７と犠牲層２７との上側にノズル層１８が形成できると共に、当該ノズル層１８に、逆テーパ状に形成された複数のノズル２を２回の露光で迅速に形成することができる。また、各ノズル２をヒータ５に対向するように容易に形成することができ、インク吐出性能の向上を図ることができる。

また、上記第１実施形態に係るインク吐出ヘッド１と同様に、逆テーパ状の各ノズル２をノズル層１８に形成した後、スプレーコートによって、フッ素樹脂を液体微粒子にして、基板１１の上面に対して略垂直に吹き付けて、ノズル層１８上に撥水層１６を形成する。これにより、各ノズル２は、逆テーパ状に形成されているため、各ノズル２の吐出口に入ったフッ素樹脂の液体微粒子を、全て直下の犠牲層２７上に衝突させて撥水膜３２を形成し、各ノズル２の側壁部２Ａに撥水材料であるフッ素樹脂が付着することを確実に防止することができる。従って、各ノズル２の側壁部２Ａにフッ素樹脂を付着させることなく、各ノズル２の吐出口周囲を撥水層１６で確実に被覆することができ、インク吐出性能の安定化を図ることができる。

また、感光性を有しないフッ素樹脂等の撥水材料で撥水層１６を形成することができ、製造コストの低減化を図ることができる。また、逆テーパ状の各ノズル２を形成後、インク流路壁１７及びノズル層１８を高温でベークして、密着層２１を介して基板１１との密着性を高めた後、ノズル層１８の上に撥水層１６を形成することができる。

尚、本発明は前記第１実施形態及び第２実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。

例えば、第１フォトマスク４２と第２フォトマスク４３との間に、各ノズル２に対向する遮光部分が、遮光部４２Ｂから遮光部４３Ｂまで段階的に小さくなるように形成された１枚以上のフォトマスクを設定するようにしてもよい。そして、第１フォトマスク４２を介して、上記（２）式で表される露光量Ｑ以上で紫外線露光する。その後、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分から、各ノズル２の吐出側の最小径に対応する部分が遮光された第２フォトマスク４３まで、段階的にそれぞれ遮光された２枚以上のフォトマスクを介して、上記（１）式で表される露光量Ｐ以下で紫外線露光し、現像するようにしてもよい。

更に、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分から、各ノズル２の吐出側の最小径に対応する部分が遮光された第２フォトマスク４３まで、各ノズル２に対応する遮光部分の大きい順に、露光量を上記（１）式で表される露光量Ｐから段階的に小さくなるように設定してもよい。これにより、各ノズル２の吐出口側の最小径に対応する部分から、各ノズル２のインク室３側の最大径に対応する部分に向かって、紫外線によって感光される深さを段階的に深くすることができ、逆テーパ状の各ノズル２を高精度に形成することができる。

１、４１ インク吐出ヘッド
２ ノズル
２Ａ 側壁部
３ インク室
５ ヒータ
１１ 基板
１５ インク室部
１６ 撥水層
１７ インク流路壁
１８ ノズル層
２７ 犠牲層
３１ グレースケールマスク
４２ 第１フォトマスク
４３ 第２フォトマスク

Claims (10)

1. 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が一方の面に設けられた板状の基板を準備する準備工程と、
   前記一方の面に、インク流路となる犠牲層と、感光した部分が残るネガ型レジストによって前記犠牲層を囲んでインクを収容するインク室を区画するインク流路壁及び該インク流路壁と該犠牲層の上側にノズル層を形成するインク室壁形成工程と、
   前記インク流路壁及びノズル層を露光し現像することによって該ノズル層にインクを吐出する逆テーパ状のノズルを形成するノズル形成工程と、
   前記ノズルが形成された前記ノズル層上に撥液材料を前記一方の面に対して略垂直に衝突させて撥液層を形成する撥液層形成工程と、
   前記撥液層を硬化した後、前記犠牲層及び該犠牲層上に形成された撥液層を除去する除去工程と、
   を備えたことを特徴とするインク吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記ノズル形成工程は、前記ノズル層のインクが吐出される側の面である吐出面における前記ノズルの最小径に対応する部分での露光量が、前記ノズル層のインク流路側の面である流路面における前記ノズルの最大径に対応する部分での露光量よりも小さくなるように露光することを特徴とする請求項１に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記ノズル形成工程は、前記ノズルの吐出側の最小径に対応する部分が遮光されると共に、前記最小径に対応する部分から、前記最大径に対応する部分に向かって露光光の透過率が徐々に大きくなる透過率分布をもつグレースケールマスクを介して、前記インク流路壁及びノズル層を露光することを特徴とする請求項２に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記ノズル形成工程は、
   前記ノズルのインク流路側の最大径に対応する部分から前記ノズルの吐出側の最小径に対応する部分まで段階的にそれぞれ遮光された複数のフォトマスクを介して、前記インク流路壁及びノズル層を段階的に遮光して露光する露光工程と、
   前記露光工程で露光した後、前記インク流路壁及びノズル層を現像する現像工程と、
   を有し、
   前記露光工程における露光量は、前記ノズルの最大径に対応する部分が遮光されたフォトマスクから該ノズルの最小径に対応する部分が遮光されたフォトマスクまで遮光部分の大きい順に段階的に小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記露光工程における露光量は、前記インク流路壁及びノズル層を厚さ方向に全て感光する露光量以上から前記ノズル層を厚さ方向に全て感光する感光閾値以下の露光量まで遮光部分の大きい順に段階的に小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記露光工程は、
   前記ノズルのインク流路側の最大径に対応する部分が遮光された第１フォトマスクを介して前記インク流路壁及びノズル層を露光する第１露光工程と、
   前記ノズルの吐出側の最小径に対応する部分が遮光された第２フォトマスクを介して前記インク流路壁及びノズル層を露光する第２露光工程と、
   を有し、
   前記第２露光工程の露光量は、前記第１露光工程の露光量よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記第１露光工程の露光量は、前記インク流路壁及びノズル層を厚さ方向に全て感光する露光量以上であって、
   前記第２露光工程の露光量は、前記ノズル層を厚さ方向に全て感光する感光閾値以下の露光量であることを特徴とする請求項６に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記撥液層形成工程は、前記ノズル層の上に前記撥液材料を液体微粒子にして吹き付けて前記撥液層を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記インク室壁形成工程は、前記犠牲層が前記エネルギー発生素子を含むように形成し、
   前記ノズル形成工程は、前記ノズルを前記エネルギー発生素子に対向するように形成することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
10. 板状の基板と、
    前記基板の一方の面に設けられて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と、
    前記エネルギー発生素子を含み、前記基板の一方の面に形成されてインクを収容するインク室を区画するインク流路壁及び該インク流路壁の上側に形成されたノズル層を有するインク室壁部と、
    前記ノズル層に形成されて前記インク室に収容されたインクを吐出する逆テーパ状のノズルと、
    前記ノズル層上に撥液材料が積層されて形成された撥液層と、
    を備え、
    前記撥液層は、前記ノズル層のインクが吐出される側の面において、撥液材料が前記ノズルのインクが吐出される吐出口を囲む面上にのみ積層されて、前記ノズルの逆テーパ状の側壁部に積層されていないことを特徴とするインク吐出ヘッド。

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