JP5501167B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
まず、エネルギー発生素子2の形成された基板1を準備する(図3(a))。エネルギー発生素子2を制御するドライバーやロジック回路等は汎用的な半導体製法にて製造されるため、基板1としてはシリコン基板を適用することが好ましい。基板上のエネルギー発生素子2は、インクを吐出させるための吐出エネルギーがインクに与えられ、インクをインク吐出口5から吐出可能なものであれば特に限定されない。例えば、エネルギー発生素子2として発熱抵抗素子が用いられる場合、該発熱抵抗素子が近傍のインク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させる。なお、エネルギー発生素子2には素子を動作させるための制御信号入力電極(図示せず)が接続されている。
ポジ型レジスト層3aにフォトマスク(不図示)を介して紫外線を照射し、必要に応じてPEB(Post Exposure Bake)を行った後現像することによりポジ型レジスト層3aをパターニングする。これにより、不溶化処理前のインク流路パターン3bを形成する(図3(c))。現像には、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等のアルカリ性水溶液が使用できる。さらに、純水等によりリンス処理を行ってもよい。
不溶化処理前のインク流路パターン3bの耐溶剤性を向上させる目的で、不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し不溶化処理を行う。具体的には、不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、少なくともビニルエーテル基を2つ以上有する化合物を含有するコーティング剤を塗布し、加熱処理を行う。これにより、不溶化処理されたインク流路パターン3dが形成される(図3(d))。
不溶化処理されたインク流路パターン3d及び基板1の上に、紫外線照射により硬化する流路形成材料を塗布し、インク流路形成層4を形成する(図3(e))。紫外線照射により硬化する流路形成材料としては、カチオン重合性基を有するカチオン重合性の樹脂と、光カチオン重合開始剤とを含有する光カチオン重合型感光性樹脂組成物が好ましい。カチオン重合性基を有するカチオン重合性の樹脂としては、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂等が挙げられる。
インク流路形成層4の一部にフォトマスク(不図示)を介して紫外線を照射し、現像することによりインク吐出口5を形成する(図3(f))。現像に用いる現像液としては、MIBK(メチルイソブチルケトン)、キシレン等を用いることができる。必要に応じて、IPA(イソプロピルアルコール)等によるリンス処理及びポストベークを行ってもよい。
基板1を貫通するインク供給口6を形成する(図3(g))。インク供給口6の形成方法としては、サンドブラスト、ドライエッチング、ウエットエッチング等の手法、又はこれらの手法の組み合わせにより行うことができる。例えば、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を用いた異方性エッチングについて説明する。結晶方位として、<100>、<110>の方位を持つシリコン基板は、アルカリ系の化学エッチングを行うことにより、エッチングの進行方向に関して、深さ方向と幅方向の選択性ができ、これによりエッチングの異方性を得ることができる。特に、<100>の結晶方位を持つシリコン基板は、エッチングを行う幅によってエッチングされる深さが幾何学的に決定されるため、エッチング深さを制御することができる。例えば、エッチングの開始面から深さ方向に54.7°の傾斜を持って狭くなる孔を形成することができる。エッチング液に対して耐性を持つ適当な樹脂材料や無機膜をマスクとして前記異方性エッチングを行うことで、基板1を貫通するインク供給口6を形成することができる。なお、エッチング液から基板1表面の各樹脂層を保護するために、該エッチング液に耐性のある保護膜でインク流路形成層4全面を覆うことができる。
不溶化処理されたインク流路パターン3dを除去することによりインク吐出口5と連通するインク流路3cを形成する(図3(h))。不溶化処理されたインク流路パターン3dの除去方法としては、工程(b)で用いたポジ型レジストの感光波長を含む紫外線をインク流路形成層4上から照射し、必要に応じて加熱処理を行い、分解反応を進行させた後、溶剤を用いて溶解除去することが好ましい。
図3に示す工程に従ってインクジェットヘッドを作製した。まず、図3(a)に示される基板1を準備した。本実施例においては8インチのシリコン基板の上に、エネルギー発生素子2としての電気熱変換素子(HfB2からなるヒーター)と、インク流路3c及びインク流路形成層4形成部位にSiN+Taの積層膜(不図示)と、を備えるシリコン基板を準備した。
・EHPE(商品名、ダイセル化学工業(株)製) 100質量部
・SP−172(商品名、(株)ADEKA製) 5質量部
・A−187(商品名、日本ユニカー(株)製) 5質量部
・メチルイソブチルケトン 100質量部。
ポジ型レジストとして、以下の組成からなる化学増幅ポジ型レジストを用いてポジ型レジスト層3aを形成した以外は、実施例1と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。
・水酸基の60%がtert−ブチル基で置換されたポリヒドロキシスチレン
(下記式(4)で示される化合物(n:m=60:40)) 100質量部
・SP−172(商品名、(株)ADEKA製) 5質量部
・SP−100(商品名、(株)ADEKA製) 2質量部
・乳酸エチル 150質量部
コーティング剤として、10質量%のトリメチロールプロパンエトキシレートトリビニルエーテル溶液の代わりに10質量%のトリエチレングリコールジビニルエーテル溶液を用いた以外は実施例1と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。なお、該溶液の溶媒は実施例1と同様である。光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク吐出口5及びインク流路3cの変形は観察されなかった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
ポジ型レジストとして、以下の組成からなる化学増幅ポジ型レジストを用いてポジ型レジスト3aを形成した以外は、実施例1と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。
・水酸基の30%がtert−ブチル基で置換されたポリヒドロキシスチレン
(前記式(4)で示される化合物(n:m=30:70)) 100質量部
・トリメチロールプロパンエトキシレートトリビニルエーテル 100質量部
・TPS−1000(商品名、みどり化学(株)製) 2質量部
・SP−100(商品名、(株)ADEKA製) 1質量部
・乳酸エチル 150質量部
光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク流路3cの変形は観察されなかったが、インク吐出口5はわずかに変形していた。しかし、実用上ほとんど問題にならない程度であった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
ポジ型レジストとして、以下の組成からなる化学増幅ポジ型レジストを用いてポジ型レジスト3aを形成した以外は、実施例1と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。
・水酸基の30%がtert−ブトキシカルボニル基で置換されたポリヒドロキシスチレン
(下記式(5)で示される化合物(n:m=30:70)) 100質量部
・トリメチロールプロパンエトキシレートトリビニルエーテル 100質量部
・TPS−1000(商品名、みどり化学(株)製) 2質量部
・SP−100(商品名、(株)ADEKA製) 1質量部
・乳酸エチル 150質量部
コーティング剤として以下の組成からなる溶液を用い、ジグライムを用いて洗浄処理を行うことで、表面が不溶化処理されたインク流路パターン3dを形成した以外は、実施例4と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。
・トリメチロールプロパンエトキシレートトリビニルエーテル 10質量部
・ポリメチルメタクリレート(重量平均分子量=5000) 10質量部
・ジグライム 80質量部
光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク流路3cの変形は観察されなかったが、インク吐出口5はわずかに変形していた。しかし、実用上ほとんど問題にならない程度であった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
流路形成材料としての光カチオン重合型感光性樹脂組成物の溶剤として、メチルイソブチルケトンに代えてキシレンを用いた以外は、実施例1と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク吐出口5及びインク流路3cの変形は観察されなかった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
流路形成材料としての光カチオン重合型感光性樹脂組成物の溶剤として、メチルイソブチルケトンに代えてジエチレングリコールジメチルエーテルを用いた以外は、実施例1と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク吐出口5及びインク流路3cの変形は観察されなかった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
コーティング剤を塗布する前に、不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、i線を吸収する材料として1,2−Dihydroxyanthraquinoneのキシレン溶液をスピンコート法により塗布した。それ以外は実施例2と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク吐出口5及びインク流路3cの変形は観察されなかった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
コーティング剤を塗布する前に、不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、i線を吸収する材料として1,2−Dihydroxyanthraquinoneのキシレン溶液をスピンコート法により塗布した。それ以外は実施例4と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク吐出口5及びインク流路3cの変形は観察されなかった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
コーティング剤を塗布する前に、不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、i線を吸収する材料として1,2−Dihydroxyanthraquinoneのキシレン溶液をスピンコート法により塗布した。それ以外は実施例5と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク吐出口5及びインク流路3cの変形は観察されなかった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
コーティング剤を塗布する前に、不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、i線を吸収する材料として1,2−Dihydroxyanthraquinoneのキシレン溶液をスピンコート法により塗布した。それ以外は実施例6と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク吐出口5及びインク流路3cの変形は観察されなかった。また、インク吐出口5及びインク流路3cにレジスト残渣は観察されなかった。
不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、不溶化処理を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でインクジェットヘッドの作製を試みた。しかしながら、不溶化処理前のインク流路パターン3b上に流路形成材料としての光カチオン重合型感光性樹脂組成物を塗布した際に、不溶化処理前のインク流路パターン3bが溶解による型くずれを起こしたために、その後の工程を行うことができなかった。
不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、不溶化処理を行わなかった以外は実施例2と同様の方法でインクジェットヘッドの作製を試みた。しかしながら、不溶化処理前のインク流路パターン3b上に流路形成材料としての光カチオン重合型感光性樹脂組成物を塗布した際に、不溶化処理前のインク流路パターン3bが溶解による型くずれを起こしたために、その後の工程を行うことができなかった。
不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、不溶化処理を行わなかった以外は実施例3と同様の方法でインクジェットヘッドの作製を試みた。しかしながら、不溶化処理前のインク流路パターン3b上に流路形成材料としての光カチオン重合型感光性樹脂組成物を塗布した際に、不溶化処理前のインク流路パターン3bが溶解による型くずれを起こしたために、その後の工程を行うことができなかった。
不溶化処理前のインク流路パターン3bに対し、不溶化処理を行わなかった以外は実施例4と同様の方法でインクジェットヘッドを作製した。光学顕微鏡を用いて該インクジェットヘッドを観察したところ、インク流路3cの変形が観察された。
2 エネルギー発生素子
3a ポジ型レジスト層
3b 不溶化処理前のインク流路パターン
3c インク流路
3d 不溶化処理されたインク流路パターン
4 インク流路形成層
5 インク吐出口
6 インク供給口
Claims (11)
- エネルギー発生素子を有する基板上に表面が不溶化処理されたインク流路パターンを形成する工程と、
前記表面が不溶化処理されたインク流路パターン及び前記基板の上に、紫外線照射により硬化する流路形成材料を塗布し、インク流路形成層を形成する工程と、
前記インク流路形成層の一部に紫外線を照射し、現像することでインク吐出口を形成する工程と、
前記表面が不溶化処理されたインク流路パターンを除去することによりインク流路を形成する工程と、を含むインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記表面が不溶化処理されたインク流路パターンを形成する工程が、
前記基板上に少なくともフェノール性水酸基を有する樹脂を含有するポジ型レジストを塗布し、ポジ型レジスト層を形成する工程と、
前記ポジ型レジスト層をパターニングして不溶化処理前のインク流路パターンを形成する工程と、
前記インク流路パターンの上に、少なくともビニルエーテル基を2つ以上有する化合物を含有するコーティング剤を塗布する工程と、
前記コーティング剤が塗布されたインク流路パターンを加熱処理する工程と、を含むインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記コーティング剤が、少なくともビニルエーテル基を2つ以上有する化合物と、該化合物を溶解可能な溶剤とを含む請求項1に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記コーティング剤が、さらに、前記ビニルエーテル基と反応する官能基を有さない樹脂を含有する請求項2に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記ポジ型レジストが、部分保護されたフェノール性水酸基を有する樹脂と、該フェノール性水酸基と反応して酸により分解可能な結合を形成し得る架橋剤と、光照射により酸を発生する化合物と、を含有する請求項1から3のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記架橋剤が、少なくともビニルエーテル基を2つ以上有する化合物である請求項4又は5に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記流路形成材料が、少なくともカチオン重合性基を有するカチオン重合性の樹脂と、光カチオン重合開始剤と、を含有する光カチオン重合型感光性樹脂組成物である請求項1から6のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記不溶化処理前のインク流路パターン又は前記表面が不溶化処理されたインク流路パターンの上に、前記インク吐出口を形成する工程において照射する紫外線を吸収する材料を付与する工程を含む請求項1から7のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記インク吐出口を形成する工程において照射する紫外線がi線であり、前記紫外線を吸収する材料がi線を吸収する材料である請求項8に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記紫外線を吸収する材料がフェノール性水酸基を1つ以上有する化合物である請求項8に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載の方法により製造されるインクジェットヘッド。
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