JP5230189B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関し、具体的には被記録媒体にインクを吐出することにより記録を行うインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドを用いる例としては、インクジェット記録方式に用いられるインクジェット記録ヘッドが挙げられる。

インクジェット記録ヘッドは、一般に流路、該流路の一部に設けられるインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子、インクを吐出するための微細なインク吐出口（「オリフィス」と呼ばれる）とを備えている。

このようなインクジェット記録ヘッドを製造する方法として、特許文献１には以下のような製造方法が開示されている。すなわち、エネルギー発生素子を形成した基板上に感光性材料にて流路の型を形成し、次いで型を被覆するように前記基板上に流路形成部材となる被覆樹脂層を塗布形成する。ついで、該被覆樹脂層に吐出口を形成した後、型に使用した感光性材料を除去してなるインクジェット記録ヘッドの製造方法である。この製造方法によると、半導体分野に用いられるフォトリソグラフィーの手法を適用しているので、流路、吐出口等の形成に関して極めて高精度で微細な加工が可能である。

近年のインクジェット記録ヘッドにおいては、微小液滴を吐出する必要性から、吐出口径がますます微小化される傾向にある。その際には以下のような問題が生じる。すなわち、微小化された吐出口およびそれに連なる吐出部では、インクの流動抵抗が高くなり、吐出時に不利な方向に働く場合がある。また回復（インクの再充填）速度の遅れの一因ともなりうる。加えて、待機時における吐出口からのインクの蒸発によって粘度が上昇した場合には、吐出始めの段階において不吐が発生する場合がある。

上述した課題を解決する手法の一つとしては、特許文献２に開示があるように、吐出口へと近づくにしたがって、吐出部の径が小さくなる所謂テーパー形状の吐出部を形成することで、流動抵抗および、インクの蒸発を調整することが知られている。
特公平６−４５２４２号公報 特開２００４−０４２３９５号公報

近年小液滴を吐出するために微細化した吐出部にそのような所望のテーパー形状を形成することは困難な場合がある。

一方、インクの再充填を高速化した場合、吐出口面での液滴のメニスカスの安定までの時間が増える傾向にある。特に大液滴吐出用の吐出部ではそれが顕著である傾向にあるため、液滴の大きさによっては、吐出部の基板に平行な断面積が吐出口と等しいストレート形状の吐出部が好適である場合もある。

本発明は上記点を鑑みなされたものであって、形状精度の高いテーパー形状の吐出部を有する液体吐出ヘッドを提供するものである。また同一の基板上に異なるテーパー形状の吐出部、またはテーパー形状の吐出部とストレート形状の吐出部が形成された液体吐出ヘッドを提供するものである。

本発明は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する基板と、前記エネルギー発生素子と対向する位置に設けられた液体の吐出口を有する吐出部と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法において、前記吐出部は、前記基板と成す角度が９０°±２°である第一の吐出部と、該第一の吐出部が有する吐出口と異なる吐出口を有し、前記基板に平行な断面の断面積が前記基板側から前記吐出口側に向かうに従って小さくなる度合いが前記第一の吐出部よりも大きい、第二の吐出部と、を含み、前記基板上に前記吐出口を形成する部材となるネガ型感光性樹脂の層を形成する工程と、前記層をｉ線で第一のフォーカス量にて露光して前記第一の吐出部を形成する工程と、前記層をｉ線で前記第一のフォーカス量よりもデフォーカス量の大きい第二のフォーカス量にて露光して前記第二の吐出部を形成する工程と、を有し、前記層は、３６５ｎｍの光に対する吸光度が１μｍあたり０．０２以上０．０７以下であり、前記ネガ型感光性樹脂は、ナフタレン骨格またはアントラセン骨格の少なくとも一方を有する多環式芳香族化合物を含有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。

本発明による光カチオン重合性エポキシ樹脂組成物を用いることにより、耐薬品性、機械的強度に優れ、数μｍ〜数十μｍの厚膜において、すそ引きの無い吐出口パターンが形成可能となる。

さらに本発明によって製造された液体吐出ヘッドは、高精細な流路を有し、小さなインク滴を吐出可能であり、高精細な画像を出力可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では，同一の機能を有する構成には図面中で同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。

以下には、説明では、本発明の適用例として、液体吐出ヘッドの一例のインクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明を行うが、本発明による液体吐出ヘッドの適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオチップ作成や電子回路印刷等にも適用できる。

まず、本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッド（以下記録ヘッド）について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る記録ヘッドを示す模式図である。

本発明の実施形態の記録ヘッドは、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子２が所定のピッチで形成された基板１を有している。基板１にはインクを供給する供給口３が、エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。基板１上には、吐出口形成部材４によって、各エネルギー発生素子の上方に開口する吐出口５と、供給口３から各吐出口５に連通する個別のインクの流路６が形成されている。本実施形態においては吐出口形成部材４と、流路６を形成する流路形成部材とが一体であるものを例示しているが、これらは別体であってもよい。

この記録ヘッドは、吐出口５が形成された面が記録媒体の記録面に対面するように配置される。そしてこの記録ヘッドは、インク供給口３を介して流路内に充填されたインクに、エネルギー発生素子２によって発生する圧力を加えることによって、吐出口５からインク液滴を吐出させ、これを記録媒体に付着させることによって記録を行う。

次いで本発明による記録ヘッドの構造の特徴について図２を参照して詳しく説明する。

図２は、図１におけるＡ−Ａ’を通り基板に垂直な面で見た本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの模式的断面図である。

図２（ａ）に示すように、本発明の記録ヘッドは、吐出口５に連なる吐出部を有する。ここで、吐出口５は吐出部において、基板側と逆方向にある開口部分である。第一の吐出部７は基板１に平行な断面の断面積が吐出部の吐出口５から基板側に渡ってほぼ一定であるストレート形状である。また第二の吐出部８は前記断面積が吐出口に近づくに従って小さくなるテーパ−形状である。テーパー形状としては、φが７５°以上８５°以下が好ましいが、７５°より小さくてもよい。またストレート形状はθが９０±２°程度を意味する。

上記のような形状の記録ヘッドは、第一の吐出部から吐出される液滴の体積は、第二の吐出部から吐出される液滴よりも大きい場合に好適に用いられる。この場合には、第一の吐出部７が有する吐出口５は、第二の吐出部８が有する吐出口５よりも開口面積が大きい。

また図２（ｂ）に示すように第一の吐出部７がテーパー形状である場合もある。このとき第一の吐出部７におけるテーパーの傾斜の度合いについては、さまざまな角度を取りうる。図中の第一の吐出部７における角θが第二の吐出部８における同部位の角φよりも大きい場合がある。この場合は、第一の吐出部７は第二の吐出部８よりもストレート形状に近いといえる。またθとφが同じ場合も可能である。

また図２（ｃ）に示すように、第一、第二の吐出部の両方がともに、またはいずれか一方（この形態は不図示）が、基板１に平行な断面積が局地点１０１を境に小さくなり、そしてさらに吐出口５に近づくにつれ、徐々に小さくなる傾向を示す場合もある。このように所謂段差をもち、かつテーパー形状である吐出部も可能である。

次いで本発明の記録ヘッドの製造方法について以下に説明する。

図３は本発明の記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図であり、完成した状態で、図２と同じ断面の位置でみた図である。図２に示されるような記録ヘッドを得る方法の一例を以下に示す。

図３（ａ）に示すように、基板１を準備する。このような基板は、流路構成部材の一部として機能し、また、後述の流路およびインク吐出口を形成する材料層の支持体として機能し得るものであれば、その形状、材質等に特に限定されることなく使用することができる。本例においては、後述する異方性エッチングにより基板を貫通するインク供給口を形成するため、シリコン基板が用いられる。

図３（ｂ）に示すように、基板１上には、エネルギー発生素子２として、電気熱変換素子あるいは圧電素子等が所望の個数配置される。このようなエネルギー発生素子２によって、インク液滴を吐出させるためのエネルギーがインクに与えられ、記録が行われる。例えば、上記エネルギー発生素子２として電気熱変換素子が用いられる時には、この素子が近傍の記録液を加熱することにより、インクに状態変化を生起させ吐出エネルギーを発生する。また、例えば、圧電素子が用いられる時は、この素子の機械的振動によって、吐出エネルギーが発生される。なお、これらのエネルギー発生素子には、素子を動作させるための制御信号入力用電極（不図示）が接続されている。

また、一般にはこれらエネルギー発生素子２の耐用性の向上を目的とした保護層（不図示）や、流路形成部材と基板との密着性の向上を目的とした密着向上層（不図示）等の各種機能層が設けられる。もちろん本発明においてもこのような機能層を設けることは問題がない。

次いで、図３（ｃ）に示すように、エネルギー発生素子２を含む基板１上に、ポジ型感光性樹脂の層９を形成する。

次いで、図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィー工程によりポジ型感光性樹脂の層９をパターニングして、インクの流路の型となるパターン１０を形成する。パターン１０は、後工程において溶解除去する必要があるため、溶解可能なポジ型感光性樹脂が使用される。特にポリメチルイソプロペニルケトン、ポリビニルケトン等のビニルケトン系あるいはアクリル系の光崩壊型高分子化合物を好適に用いることができる。また、該ポジ型レジスト層の形成には、スピンコートやスリットコート等の汎用的なソルベントコート法を適用できる。

次いで、図３（ｅ）に示すようにパターン１０を形成した基板１上に、ネガ型感光性樹脂の層１１を形成する。この際に好適に用いられるネガ型感光性樹脂については後述する。この際にはスピンコート法、ロールコート法、スリットコート法等の方法を用いることができる。

なお、本説明には、流路の型となるパターンを設ける形態を説明しているが、本発明に流路の型となるパターンは必須の構成ではない。流路を形成するために、型を用いない方法をとることも本発明に含まれる。

次いで、図３（ｆ）に示すように層１１上に、必要に応じてネガ型の感光性を有する撥インク剤層１２を形成する。撥インク剤層１２は、スピンコート法、ロールコート法、スリットコート法等の塗布方法により形成可能であるが、本例においては、未硬化のネガ型感光性樹脂１１上に形成されるため、両者が必要以上に相溶しないことが好ましい。

次いで、図３（ｇ）に示すように、マスク（不図示）を介してネガ型感光性樹脂１１に対してパターン露光を行い、現像処理を施して吐出部７、８を形成することができる。このようにして、吐出口形成部材４が形成される。なお図３（ｇ）中のθとφは図２中の同記号と対応する。このとき第二の吐出部８は少なくともテーパー形状であるが、テーパー角としてはφが７５°〜８５°が好ましい。また、７５°より小さくてもよい。

同一の基板上にテーパー形状とストレート形状の吐出部を形成したインクジェット記録ヘッドを形成する場合には、θとφを調整してテーパー形状の第二の吐出部８およびストレートまたはストレートに近い形状の第一の吐出部７を形成することができる。ここでのストレート形状はθが９０±２°程度を意味する。第一の吐出部７と第２の吐出部８の形状を作りわけるには、例えば露光装置として所謂ステッパー（不図示）を用い、ネガ型感光性樹脂１１に対して異なるフォーカス量で露光する方法を用いることができる。また照射波長の異なる複数種の露光装置を用い、複数回の露光を行う方法がある。たとえば、第１の吐出部７を形成するための第一の露光工程を実施し、異なる条件で第二の露光工程を実施するというものである。第一、第二の露光工程は、一括して実施することも、連続して行うこともできる。

また広帯域の光を照射する露光装置を用い、異なる波長領域の光を選択的に透過する複数種のフォトマスクを介して、複数回の露光を行う方法がある。また広帯域の光を照射する露光装置を用い、異なる波長領域の光を選択的に透過する複数種のバンドパスフィルターを具備するフォトマスクを介して露光を行う方法を用いてもよい。これらについては後に実施例を示し具体的に述べる。

良好な形状を有するテーパーを形成するためには、露光波長に対するネガ型感光性樹脂１１の透過率および露光量を制御し、露光に伴う光反応を膜厚方向に減衰させる手法が有効である。しかしながら、膜厚方向における減衰が小さ過ぎると良好な形状のテーパーを形成することはできない。また、減衰が大き過ぎると、被覆樹脂内部で基板面に近づくに従って硬化不足になり、機械的強度、インク耐性、基板への密着性などが低下してしまう場合があり、さらに、ストレート形状を形成できない場合がある。

一方、ネガ型感光性樹脂１１としては、その硬化物の構造材料としての機械的強度、記録ヘッドとして使用する際のインク耐性、解像性等を考慮して、光カチオン重合型のエポキシ樹脂組成物が一般的に用いられる。特に、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型のエポキシ樹脂、オキシシクロヘキサン骨格を有する多官能エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂をベースとする光カチオン重合型のエポキシ樹脂組成物が好適に用いられる。また、これらのエポキシ化合物においては、好ましくはエポキシ当量が２０００以下、さらに好ましくはエポキシ当量が１０００以下の化合物が好適に用いられる。これは、エポキシ当量が２０００を越えると、硬化反応の際に架橋密度が低下し、密着性、耐インク性に問題が生じる場合があるからである。

また、これらのエポキシ樹脂を硬化させるための光カチオン重合開始剤としては、一般的に芳香族スルフォニウム塩や芳香族ヨードニウム塩が用いられる。特に反応性が良好であることから、アニオン成分としてアンチモンを含有する開始剤が好適に用いられる。アンチモンを含有する光カチオン重合開始剤の一例としては、図４に式（１）〜（１０）、図５に式（１１）〜（１３）で示される化合物がある。アンチモン含有の光カチオン重合開始剤は、エポキシ樹脂に対して優れた重合性を示すため、その反応生成物（硬化物）は優れた物性を有するものとなる。カチオン重合を生じさせるための感光波長は、比較的短波長領域にある。このため、例えば３００ｎｍ以下の波長の光を用いてパターニングを行う場合には、比較的高い感度を示す。

エポキシ樹脂の光カチオン重合は、光照射により光カチオン重合開始剤に由来するカチオン（一般的にはプロトン）が生成し、エポキシ基の開環および重合反応が連鎖的に進行するものである。従って、僅かな光エネルギーで多くの重合反応が生じるため、ネガ型感光性樹脂としての感度は、極めて高いものとなる。図４に例示したような光カチオン重合開始剤の感光波長（カチオンを生成するための反応を生じる波長）は、主に３００ｎｍ以下の短波長領域にある。

一方、図５に示すような化合物は、比較的長波長領域にまで感光波長を有している。そのため、フォトリソグラフィーに用いられる露光装置の波長として一般的なものであるｉ線（３６５ｎｍ）を照射する場合おいては、上述の化合物を用いると好適なネガ型のレジストとして機能する。

ここで、一般的な記録ヘッドについて議論する。吐出されるインクの量は、流路６と吐出部７の容積、エネルギー発生素子が発生するエネルギーの大きさにより決定される。そのため、近年の写真印刷に要求されるような極小液滴（１〜５ｐｌ程度）のインクを吐出する記録ヘッドでは、吐出部の膜厚（図２中のａ）は、薄くする必要がある。例えば図２（ａ）に示すような記録ヘッドにおいて、３ｐｌ程度のインクを吐出させるためには、吐出部の膜厚ａは５〜１０μｍ程度、流路６の高さｂは１０〜１５μｍ程度とすることが好ましい。また、図２（ｃ）に示すような吐出部が２段形状の場合は１ｐｌ程度の極小の液滴を吐出するために用いられる例である。吐出部において基板に平行な断面積の変化が局地的に変化する部分を局地点１０１とする。このようなヘッドの場合、１ｐｌの液滴を吐出する場合には、局地点１０１より吐出口５に向かう方向の膜厚ｃは３〜７μｍ程度，前記局地点より基板に向かう方向の膜厚ｄ＝３〜７μｍ程度、流路高さｅ＝１０〜１５μｍ程度とすることが好ましい。

また通常の開始剤で３６５ｎｍにおける吸収は極僅かであり、テーパーを形成するために必要な光反応の減衰を得たい場合には、３６５ｎｍの光に対して吸収を有する化合物を別途添加することが有効な手法である。そのような添加物としては、特に制限はないが、少ない添加量で強い吸収強度を得られるという点から、ナフタレン骨格、アントラセン骨格等を有する多環式芳香族化合物等を特に好適に用いることができる。また、先に述べた光カチオン重合開始剤に対して、作用する増感剤として知られる化合物を用いても良い。増感効果を有する化合物としては、例えば図６に式（１４）〜（１５）で示されるようなアントラセン誘導体を好適に用いることができる。

また、上述したような３〜１０μｍ程度の膜厚の吐出部を形成する際に、良好な形状のテーパーを形成するための吸収強度としては、３６５ｎｍにおける１μｍ膜厚あたりの吸光度が、０．０２〜０．０７の範囲にあることが好ましい。１μｍあたりの吸光度が０．０２未満の場合には膜厚方向における光反応の減衰が殆ど生じないため、テーパーは殆ど形成されない場合が多い。また、１μｍあたりの吸光度が０．０７よりも大きい場合には、膜厚方向における光の減衰が大きく、露光の際のフォーカスを変更しても所望の形状の吐出部を得にくくなることや、感光性樹脂の膜の下部領域において硬化不良が生じることが考えられる。

なお、上記の考え方はｉ線以外の波長を用いて露光をする際にも応用例できる。例えば、単一のピークを有し、短い波長領域の光を用いてネガ型感光性樹脂の露光を行う際に、ピークの波長においてのネガ型感光性樹脂の吸光度を０．０２〜０．０７に設定するという応用ができる。このような単波長の光とは、後述するようなレーザーや、広帯域の光から特定の波長の光を取り出したものを例示することができる。

さらに上記組成物に対して、添加剤などを添加することが可能である。例えば、エポキシ樹脂の弾性率を下げる目的で可撓性付与剤を添加したり、あるいは下地との更なる密着力を得るためにシランカップリング剤を添加すること等が挙げられる。また、撥インク剤層１２は、通常極めて薄い膜厚（０．５μｍ以下）で用いられるため、該撥インク剤層１２による光の減衰は、無視することができる。

図３（ｈ）に示すように、基板１の裏面に、エッチング液耐性を有する樹脂から成るエッチングマスク１３を形成する。

ついで、図３（ｉ）に示すようにアルカリ系のエッチング液である水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の水溶液に加温しながら浸漬してエッチングを行い、インク供給口３を形成する。この際、例えば特開第２００１−１００７０号公報に記載されているように、ピンホール等の欠陥を防止する目的で、酸化シリコン、窒化シリコン等の誘電体膜と樹脂の二層構成のマスクとしても、何ら問題はない。また、該エッチングマスクは、ポジ型感光性樹脂９や、ネガ型感光性樹脂１１の形成以前に、予め形成しておいても良い。

図３（ｊ）に示すように、切断分離工程を経た後（不図示）、流路パターン１０を溶解除去することで流路６を形成し、必要に応じてエッチングマスク１３を除去する。さらに、必要に応じて加熱処理を施すことにより、吐出口形成部材中のネガ型感光性樹脂と撥インク剤層１２を完全に硬化させる。その後、インク供給のための部材（不図示）の接合、エネルギー発生素子を駆動するための電気的接合（不図示）を行って、記録ヘッドを完成させる。

以上に記載した本発明による記録ヘッドの製造方法を用いることにより、精度のよいテーパー形状を得ることができる。また、同一基板上にテーパー形状とストレート形状の吐出部を有する記録ヘッドを、簡便な方法で精度良く製造することが可能となる。

以上の説明には、流路の型となるパターン上で、ネガ型感光性樹脂を露光する方法について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。ネガ型感光性樹脂を個別に露光し、テーパー形状の吐出部を形成した吐出口形成部材として、基板上で貼り合わせる手法も可能である。

また以上の説明に用いたインクジェット記録ヘッドは、エネルギー発生素子と吐出口とが互いに対向する位置にあるものについて述べたが、本発明はこれらに限られるものではない。

以下に本発明の実施例を示し、さらに本発明をさらに詳細に説明する。尚、実施例１及び実施例４〜６は参考例である。

（実施例１）
・ネガ型感光性樹脂の調合
エポキシ樹脂：ＥＨＰＥ−３１５０（ダイセル化学（株）製） １２０ｇ
光カチオン重合開始剤：ＳＰ−１７２（旭電化工業（株）製） ６ｇ
増感剤：ＳＰ−１００（旭電化工業（株）製） １．２ｇ
メチルイソブチルケトン １００ｇ
を含むネガ型感光性樹脂を調合した。該ネガ型感光性樹脂を石英ガラス基板上に１μｍ膜厚で塗布し、３６５ｎｍにおける吸光度を測定したところ、０．０２４であった。

・記録ヘッドの作成
上記ネガ型感光性樹脂を用い、図７に示す記録ヘッドを作成した。

図７は、実施例１における記録ヘッドの模式的断面図であり、図３と同様の位置の断面である。

また以下の説明は図８を参照して行うが、図８は図３と同様の断面図である。

まず、インク吐出エネルギー発生素子２としての電気熱変換素子（材質ＨｆＢ２からなるヒーター）と、流路を形成する部位にＳｉＮ＋Ｔａの積層膜（不図示）を有するシリコン基板を準備した（図８（ａ））。

次いでエネルギー発生素子２を含む基板上に、ポジ型感光性樹脂９として、ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化製、ＯＤＵＲ）をスピンコートし、１５０℃で３分間のベークを行った。ベーク後のレジスト層の膜厚は、１５μｍであった。（図８（ｂ））であった。

引き続き、ポジ型感光性樹脂１１のパターニングを行った。露光装置として、ウシオ電機製Ｄｅｅｐ−ＵＶ露光装置ＵＸ−３０００を用い、２３０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量にてパターン露光した。次いで、メチルイソブチルケトンにて現像、イソプロピルアルコールにてリンス処理を行って、１５μｍの高さ（図８（ｃ）中のｂであり、図７中のｂに相当する）を有する流路パターン１０を形成した（図１１（ｃ））。

次いで、基板上に先に調合したネガ型感光性樹脂１１をスピンコートした（図８（ｄ））。なお、ネガ型感光性樹脂の膜厚は、基板上で２３μｍ（図７、図８（ｄ）中のａ＋ｂ）、吐出部形成部位においては８μｍ（同図のａ）であった。なお、本実施例においては、撥インク剤層の形成は省略した。

次に、ネガ型感光性樹脂１１のパターニングを行った。フォトマスク（不図示）を介して、ｉ線ステッパー（キヤノン製）を用いて、１０００Ｊ／ｍ２の露光量で、中心波長が３６５ｎｍで半値幅が５ｎｍの光にてパターン露光を行った。このとき、−１５μｍのデフォーカス量（ネガ型感光性樹脂１１の表面から基板１側に１５μｍの位置）に設定した。引き続きホットプレート上にて９０℃で１８０秒間のベークを行い、メチルイソブチルケトンにて現像し、イソプロピルアルコールにてリンス処理を行った後、１００℃で６０分間の熱処理を行った。なお、本実施例では、吐出口径（直径）１０μｍの吐出口５を有する第１の吐出部７と第２の吐出部８を形成した（図８（ｅ））。

次いで、ポジ型レジストのパターニングに用いたものと同一のウシオ電機製Ｄｅｅｐ−ＵＶ露光装置ＵＸ−３０００を用い、ネガ型感光性樹脂越しに２５００００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で全面露光を行い、流路パターン１０を可溶化した。引き続き乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬し、流路パターン１０を溶解除去した（図８（ｆ））。

供給口３の形成については省略する。

以上のように作成した模擬的な記録ヘッドの吐出部の断面を、電子顕微鏡により観察したところ、８０°のテーパー角（図７中のＤ）を有する吐出部が形成できた。また、吐出口５のエッジ部には、丸み等の変形は観察されず、良好な形の吐出口が得られた。

本実施例では、第１の吐出部７と第２の吐出部８の形状が同等の例を示した。

（実施例２）
本発明の実施例２の記録ヘッドについて図９を参照して説明する。

図９（ａ）は本発明の実施例２の記録ヘッドを吐出口から基板１に向かう方向に見た図である。また図９（ｂ）は、図９（ａ）において、ｘ−ｙを通り基板１に垂直な断面で見た模式的断面図である。

本実施例では、図９に示すようなテーパ―形状の吐出部８とストレート形状の吐出部７を同一の吐出部形成部材が有する記録ヘッドを作成した。

以下に、実施例２の記録ヘッドの製造方法について説明する。

図８（ｄ）に示す工程までは実施例１と同様に作成した。ネガ型感光性樹脂１１も同様のものを用いた。

以降の工程について説明する。

テーパー形状の吐出部８を形成したい部位に対応するように、第一のフォトマスク（不図示）を介して、ｉ線ステッパー（キヤノン製）を用いて、中心波長が３６５ｎｍで半値幅が５ｎｍの光を用いてパターン露光を行った。−１５μｍのデフォーカス量（ネガ型感光性樹脂表面から基板側に１５μｍの位置）で、露光量は１０００Ｊ／ｍ２であった。次いで、ストレート形状の吐出部７を形成したい部位に対応するように、第二のフォトマスク（不図示）を介して、ネガ型感光性樹脂の表面にフォーカスを合わせて１０００Ｊ／ｍ２の露光量にてパターン露光を行った。引き続きホットプレート上にて９０℃で１８０秒間のベークを行い、メチルイソブチルケトンにて現像、イソプロピルアルコールにてリンス処理を行った後、１００℃で６０分間の熱処理を行った（図１０（ａ））。

次いで、実施例１と同様にして流路パターンを除去したのち、供給口を形成した（図１０（ｂ））。

なお、本実施例では、テーパー形状の吐出部８としては１０μｍの直径の吐出口５を、またストレート形状の吐出部７には１５μｍの直径の吐出口５を形成した。

以上のように作成した記録ヘッドの吐出部の断面を、電子顕微鏡により観察したところ、テーパー形状の吐出部８には角Ｅ＝８０°のテーパー角を有する吐出部が確認できた。またストレート形状の吐出部７には、角Ｆ（図９（ｂ））＝９０°で、基板に垂直な側壁の吐出部が形成できた。また、吐出口５のエッジ部の丸み等の変形は観察されず、良好な形の吐出口が得られた。

（実施例３）
・ネガ型感光性樹脂の調合
エポキシ樹脂：ＥＨＰＥ−３１５０（ダイセル化学（株）製） １２０ｇ
光カチオン重合開始剤：ＳＰ−１７２（旭電化工業（株）製） ６ｇ
増感剤：ＳＰ−１００（旭電化工業（株）製） １．５ｇ
メチルイソブチルケトン １００ｇ
から成るネガ型感光性樹脂を調合した。上記のネガ型感光性樹脂を石英ガラス基板上に１μｍ膜厚で塗布し、３６５ｎｍにおける吸光度を測定したところ、０．０３０であった。

上記ネガ型感光性樹脂を用い、実施例２と同様にして図９に示す記録ヘッドを作成した。

・記録ヘッドの作成
なお本実施例においては、ネガ型感光性樹脂１１の膜厚は、基板上で２０μｍ（図８（ｄ）中のａ＋ｂ部）、流路パターン１０上で５μｍ（図８（ｄ）中のａ部）とした。

本実施例において作成した記録ヘッドの吐出部の断面を、電子顕微鏡により観察した。テーパー形状の吐出部８は角Ｅ＝８２°のテーパー角を有する吐出口が、またストレート形状の吐出部７は、角Ｆ＝９０°の基板に垂直な側壁を有するように形成できた。また、吐出口５のエッジ部の変形は観察されなかった。

（比較例１）
ネガ型感光性樹脂１１として増感剤を添加していないものを用い、ネガ型感光性樹脂１１の露光の際の露光量２０００Ｊ／ｍ２とした以外は、実施例１と同様にして記録ヘッドを作成した。なお、増感剤を添加していないネガ型感光性樹脂について実施例１と同様にして、３６５ｎｍにおける吸光度を測定したところ、０．００１６であった。

得られた記録ヘッドの吐出部の断面を、電子顕微鏡により観察したところ、角Ｄ＝９０°となりテーパー形状の吐出部は形成できなかった。

（比較例２）
ネガ型感光性樹脂１１の増感剤の添加量を３．９ｇとした以外は、実施例１と同様にして模擬的な記録ヘッドを作成した。なお、ネガ型感光性樹脂の、３６５ｎｍにおける吸光度を測定したところ、０．０７８であった。

本比較例においては、露光量を増加してもネガ型感光性樹脂を完全硬化させることができず、現像時に剥離が生じた。

以上で説明した実施例および比較例以外にも、増感剤（ＳＰ−１００）の添加量を異ならせることによって、３６５ｎｍにおける吸光度を変化させたネガ型感光性樹脂用意した。これらについて、同様にして記録ヘッドを作成し、吐出部の形状を評価した。評価の結果の一覧を以下の表１、２に示す。以下の例については、フォーカス位置および吐出部を形成する部分の厚さも変化させて（ネガ型感光性樹脂表面から−１５μｍ，０μｍ）それぞれ露光した。その他については、実施例１と同様に行った。

なお表中の角度は、吐出部において、図７中の角Ｄ、図９（ｂ）のＥ、Ｆなどで例示した箇所に対応するものであり、吐出部の底面と吐出部の内壁がなす角である。また、吐出部の断面形状は、以下のように評価した。
◎：吐出口のエッジ部分の形状について鋭角または直角が得られたもの。
○：吐出口のエッジ部分の形状が若干丸みを帯びているが、吐出において問題ないもの。
×：吐出口のエッジ部分の形状が丸みを帯びるとともに、吐出部全体の形状も歪みなどが見られた。
解像不可は、吐出部の形状にパターニングできなかったことを意味する。また、硬化不十分のものは、ネガ型感光性樹脂が十分に硬化せず、基板からの剥離が見られた。

いずれの膜厚でも、吸光度０．１８のものは、角度が８８であって、ほぼストレート形状であったのに対して、０．０２０以上のものは角度が８４度であり、十分なテーパー形状と言える。これは、ネガ型感光性樹脂の表面から深部にいたる過程で、十分にｉ線が吸収されるとともに、硬化反応が十分に進行したためであると考えられる。

また、吸光度が０．０７０を超えたものは、光の吸収が強すぎたため、硬化反応に必要な光がネガ型感光性樹脂全体に行き渡らなかったと考えられる。

以上から、ネガ型感光性樹脂にｉ線露光を行って良好なテーパ−形状の吐出部を得ようとした場合には、ネガ型感光性樹脂の１μｍあたりの３６５ｎｍの光に対する吸光度を０．０２以上０．０７以下とすることが好ましいことが分かる。また、その範囲では、角度が９０°のストレート形状から８８°のほぼストレート形状までを形成することができる。よって、１μｍあたりの３６５ｎｍの光に対する吸光度を０．０２以上０．０７以下のネガ型感光性樹脂をｉ線露光することにより、テーパ−形状の吐出部と、ストレート形状の吐出部を同一樹脂に対して作り分けることができる。

（実施例４）
本実施例は異なるテーパー形状の吐出部とストレート形状の吐出部の形成のための露光に、それぞれ異なるマスクを用いて行う例である。

・ネガ型感光性樹脂の調合
エポキシ樹脂：ＥＨＰＥ−３１５０（ダイセル化学（株）製） １００重量部
光カチオン重合開始剤：ＳＰ−１７２（旭電化工業（株）製） ２重量部
メチルイソブチルケトン １００重量部
上記のネガ型感光性樹脂Ａを調合した。該樹脂Ａを、基板上に１０μｍ膜厚で成膜した状態におけるネガ型感光性樹脂層のＵＶ吸収スペクトルを図１１に示す。該ネガ型感光性樹脂は、３７０ｎｍから短波長の領域に、光カチオン重合開始剤に由来する吸収を有している。

・記録ヘッドの作成
図９のような記録ヘッドを作成した。図９（ａ）は記録ヘッドを吐出口から基板に向かう方向に見た際の模式図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示される記録ヘッドを、ｘ−ｙ線を通り基板に垂直な断面で切断した場合の断面を模式的に示した図である。以下に記録ヘッドの製造方法を説明する。

図８（ｄ）に示す工程までは、実施例１と同様に行った。ここまでで、実施例１と異なる点は、樹脂Ａをネガ型感光性樹脂１１として用いた。また流路パターン１０の厚さｂを１０μｍとし、ネガ型感光性樹脂１１の膜厚は、基板上で２０μｍ（のａｂ＝ｃ）、吐出部を形成する部位で１０μｍ（図８（ｄ）中のａ）とした以外は、実施例１と同様に行った。
なお、本実施例においては、撥インク剤層の形成は省略した。

次に、ネガ型感光性樹脂１１のパターニングを行った。まず、テーパー形状の吐出部を形成したい部位２４に対して、第一のフォトマスク２１を介して、ＫｒＦのエキシマレーザー（２４８ｎｍ）ステッパー（キヤノン製）を用いて、４８０Ｊ／ｍ２の露光量にてパターン露光を行った（図１２（ａ））。符号２３は遮光部である。２２はマスクの基板の石英ガラスである。

次いで、ストレート形状の吐出部を形成したい部位２５に対して、第二のフォトマスク２６を介して、ｉ線ステッパー（キヤノン製）を用いて、５００Ｊ／ｍ２の露光量にてパターン露光を行った。該レジストは、３６５ｎｍ近辺に弱い吸収しか有していない。そのため、照射された光（ｉ線）はほとんど減衰を生じることなくネガ型感光性樹脂を均一に反応させ、レジスト膜中にストレート形状の吐出部の潜像２５が形成される（図１２（ｂ））。

引き続きホットプレート上にて９０℃で１８０秒間のＰＥＢ（ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｅｄ ｂａｋｅ）を行った。次いで、メチルイソブチルケトンにて現像、イソプロピルアルコールにてリンス処理を行った後、１００℃で６０分間の熱処理を行い吐出口形成部材４が形成された。なお、本実施例では、テーパ形状の吐出口としては吐出口５の口の直径が１０μｍの吐出口を、またストレート形状の吐出部７としては上記径が１５μｍの吐出口を形成した。

次いで、流路パターンの除去は実施例１と同様に行った。

以上のように作成した記録ヘッドの吐出部の断面を、電子顕微鏡により観察したところ、テーパ形状の吐出部としては８０°のテーパー角（図９（ｂ）中のＥ）を有する吐出部８が、またストレート形状の吐出部７が形成できた。

（実施例５）
本実施例は、広帯域の光を照射する露光装置を用い、異なる波長領域の光を選択的に透過する複数種のフォトマスクを介して、複数回の露光を行う方法を用いてテーパー形状の吐出部とストレート形状の吐出部をつくりわける方法である。

実施例４と同様にして図９に示されるような記録ヘッドを作成した。ネガ型感光性樹脂１１も実施例４と同じものを用いた。なお、広帯域の照射光を照射可能な露光装置としては、ＭＰＡ−６００（キヤノン製）を用いた。該露光装置の照射波長と照射エネルギーを、図１３に示す。
以降には、図８（ｄ）に示す工程以降の工程をしめす。

図１４に示すように、ネガ型感光性樹脂１１のテーパー形状の吐出部を形成したい部位２４に対して、図１５（ａ）に示す波長選択性を有するバンドパスフィルター（１）３２を備えた第三のフォトマスク３１を介して露光を行った。１０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量（バンドパスフィルターを装着しない状態で測定した照度で、１０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量となるように露光時間を設定）で露光を行った。該レジストは、バンドパスフィルター３２を透過した光に対して強い吸収を有するため、形成方法１の場合と同様に、テーパー形状の吐出部の潜像２４が、レジスト膜中に形成される（図１４（ａ））。

次に、ストレート形状の吐出部を形成したい部位２５に対して、図１５（ｂ）に示す波長選択性を有するバンドパスフィルター（２）３３を備えた第四のフォトマスク３４を介して露光を行った。露光は１０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量（バンドパスフィルターを装着しない状態で測定した照度で、１０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量となるように露光時間を設定）で行った。以降は、実施例４と同様に行った（図１４（ｂ））。

本実施例では、テーパー形状の吐出口としては吐出口５の開口の口の直径が１０μｍの吐出部８を、またストレート形状の吐出口としては同様の直径が１５μｍの吐出部７を形成した。

以上のように作成した模擬的な記録ヘッドの吐出部の断面を、電子顕微鏡により観察した。テーパー形状の吐出部としては８０°のテーパー角（図９（ｂ）中のＥ）を有する吐出部と、ストレート形状の吐出部としては、基板１にほぼ垂直の形状を有する吐出口が形成できた。

（実施例６）
広帯域の光を照射する露光装置を用い、異なる波長領域の光を選択的に透過する複数種のバンドパスフィルターを具備するフォトマスクを介して露光を行う方法の例を説明する。

図９に示されるような記録ヘッドの作成を行った。

図８（ｄ）に示す工程までは、実施例４と同様にして行った。ネガ型感光性樹脂も同様のものを用いた。

次いで図１６に示すように、ネガ型感光性樹脂１１のテーパ形状の吐出部を形成したい部位に対して、第五のフォトマスク３５を用いて、実施例５で用いたものと同一の露光装置を用いてパターン露光を行った。この際、第五のフォトマスク３５としては、実施例２で用いたものと同一の、バンドパスフィルター（１）およびバンドパスフィルター（２）が形成されたものを用いた。以降は、実施例４と同様に行った。

以上のように作成した記録ヘッドの吐出部の断面を、電子顕微鏡により観察したところ、テーパ形状の吐出部８としては８０°のテーパ角（図９（ｂ）中のＥ）を有する吐出部が形成できた。またストレート形状の吐出部７としては、基板１にほぼ垂直の形状を有する吐出口が形成できた。

（実施例７）
実施例７は、露光の結像位置を吐出部ごとに変化させることにより、テーパー形状とストレート形状を作り分ける方法である。

図９に示すような記録ヘッドを作成した。以下は製造方法である。

図８（ｄ）に示す工程までは、実施例４と同様にして行った。ネガ型感光性樹脂も同様のものを用いた。

次いで、図１７（ａ）に示すように、マスク４１を用いてストレート形状の吐出部のみを形成するためのパターン露光を以下のように行った。符号４２はストレート形状の吐出部を形成したい部位である。このとき、テーパ―形状の吐出部を形成したい部位は、遮光膜４３によって遮光されている。この時の結像（フォーカス）位置は吐出部をストレート形状にプロファイルするためフォーカス０μｍに設定した。フォーカス基準位置はネガ型感光性樹脂１１被覆樹脂最表面でフォーカス０とし、基板側をマイナス、光学レンズ側をプラスと設定した。露光機は縮小投影露光方式のキヤノン（株）製ＫｒＦエキシマレーザーステッパー（ＦＰＡ−３０００ＥＸ５）を使用し、露光量３００Ｊ／ｍ^２にて露光した。符号４５で示されるものは投影光学レンズである。

続いて、図１７（ｂ）マスクをマスク５１に変更して、テーパー形状の吐出部をパターン露光した。符号４４はテーパ―形状の吐出部を形成したい部位である。この時の結像（フォーカス）位置は吐出部をテーパ形状にプロファイルするためにフォーカス−１０μｍに設定した。露光フォーカス位置を変えることにより、吐出部の形状プロファイルが異なる。露光機は縮小投影露光方式のキヤノン（株）製ＫｒＦエキシマレーザーステッパー（ＦＰＡ−３０００ＥＸ５）を使用し、露光量４８０Ｊ／ｍ^２にて露光した（図１７（ｂ））。

テーパー形状の吐出部の露光と、ストレート形状の吐出部の露光は、同じ露光機を使用するのがスループット的に望ましいが、被覆樹脂の組成によってストレート形状とテーパ形状のつき方が若干異なることから照明光学系の違う露光機でもなんら問題はない。また、露光機が同じであっても、投影光学レンズの開口数（ＮＡ）を可変することで焦点深度を変えてテーパをつきやすくしたりすることができる。他には、照明系のアパーチャーを変えて斜入射光（変形照明）にすることで焦点深度を深くしてストレート形状をつきやすくしたり、またその逆を狙ったりすることでテーパとストレート形状を任意に制御することが可能である。また投影露光方式に限らず、プロキシミティ露光方式によりプリントギャップ位置（マスクと露光される対象との距離）を変えて形成する方式を使用しても何ら問題はない。

以降は、実施例４と同様に行った。

以上のように作成した記録ヘッドの吐出部の断面を、電子顕微鏡により観察したところ、テーパ形状の吐出部８としては８０°のテーパ角（図９（ｂ）中のＥ）を有する吐出部が形成された。またストレート形状の吐出部７としては、基板１にほぼ垂直の側壁の形状を有する吐出部が形成できた。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す模式的断面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明に用いることが可能な化合物の例を示す図である。 本発明に用いることが可能な化合物の例を示す図である。 本発明に用いることが可能な化合物の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造に用いられるネガ型感光性樹脂の光吸収スペクトルである。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの平面図および模式的断面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す模式的断面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造に用いることが可能な照射光のスペクトルである。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造に用いることが可能なマスクの吸収可能な光の波長域を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ エネルギー発生素子
３ 供給口
４ 吐出口形成部材
５ 吐出口
６ 流路
７ 吐出部
１１ ネガ型感光性樹脂の層

Claims (6)

1. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する基板と、前記エネルギー発生素子と対向する位置に設けられた液体の吐出口を有する吐出部と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記吐出部は、前記基板と成す角度が９０°±２°である第一の吐出部と、該第一の吐出部が有する吐出口と異なる吐出口を有し、前記基板に平行な断面の断面積が前記基板側から前記吐出口側に向かうに従って小さくなる度合いが前記第一の吐出部よりも大きい、第二の吐出部と、を含み、
   前記基板上に前記吐出口を形成する部材となるネガ型感光性樹脂の層を形成する工程と、
   前記層をｉ線で第一のフォーカス量にて露光して前記第一の吐出部を形成する工程と、前記層をｉ線で前記第一のフォーカス量よりもデフォーカス量の大きい第二のフォーカス量にて露光して前記第二の吐出部を形成する工程と、
   を有し、前記層は、３６５ｎｍの光に対する吸光度が１μｍあたり０．０２以上０．０７以下であり、前記ネガ型感光性樹脂は、ナフタレン骨格またはアントラセン骨格の少なくとも一方を有する多環式芳香族化合物を含有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記ネガ型感光性樹脂がエポキシ樹脂と、光カチオン重合開始剤と、を含有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記基板上に、前記吐出部と連通するインクの流路の型となるパターンを設ける工程を更に有し、
   前記パターン上に前記ネガ型感光性樹脂の層が形成され、前記吐出部を形成した後、前記パターンを除去することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記第二の吐出部が前記基板と成す角度は７５°以上８５°以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記第一の吐出部及び前記第二の吐出部の前記基板と垂直方向の高さは、３μｍ以上１０μｍ以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記第一の吐出部及び前記第二の吐出部はフォトマスクを用いて形成し、前記第一の吐出部を形成する際に用いるフォトマスクと前記第二の吐出部を形成する際に用いるフォトマスクとは異なるものである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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