JP5591011B2 - 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の製造方法および、液体吐出ヘッドの製造方法に関し、具体的には、被記録媒体に対してインクを吐出し記録画像を得るインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

液体吐出ヘッドの一例としては、被記録媒体に対してインクを吐出し記録画像を得るインクジェット記録ヘッドが知られている。その一例として、特許文献１には以下のようなインクジェット記録ヘッドが開示されている。これは、吐出口部材（ノズルプレート）の厚さを異ならせて、吐出エネルギー発生部と吐出口開口との距離をブラックの液滴を吐出する吐出口とカラーの液滴を吐出する吐出口と、で異なる吐出量の液滴を吐出できるようにするものである。そのノズルプレートの製造方法として、一つのプレートを部分的にエッチングすることで、部分的に厚さを変更する方法が記載されている。

ＵＳＰ７１９８３５３号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、エッチング進行方向におけるエッチングされる量のばらつきが吐出口部材の厚さのばらつきとなる。そのため、吐出口部材の厚さが部分的に薄くなるように精度よく加工することが出来ずに、吐出液滴の量を所望の量とすることが出来ないことが懸念される。

そこで本発明は、複数の吐出口間で吐出口部材の吐出口開口に対応する部分の厚さが異なるように、形状に精度よく形成された吐出口部材を備えた液体吐出ヘッドを歩留まり良く得ることが可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一例は、液体を吐出する吐出口を複数有する液体吐出ヘッドの製造方法において、第１の層と、第３の層に行われるエッチング法によるエッチングに対して前記第３の層より耐性を有する第２の層と、前記第３の層と、がこの順に積層された基板を用意する工程と、前記第３の層を前記エッチング法により部分的にエッチングして前記第２の層を露出させる工程と、露出した前記第２の層の少なくとも一部を除去して前記第１の層の上面の一部を露出させ、前記上面の露出した領域内に第１の前記吐出口を形成し、前記第３の層の上面に第２の前記吐出口を形成する工程と、を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。

本発明によれば、吐出口部材となる層の中間部に設けられたエッチング耐性の高い層によって、吐出口部材の加工のためのエッチングの停止位置の精度を高めることができる。そのため、厚さが部分毎に異なる形状に精度よく形成された吐出口部材を備えた液体吐出ヘッドを歩留まり良く得ることが可能となる。

本発明の第１の実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す斜視図である。

図面を参照して以下に本発明の実施の形態の説明を行う。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同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。

また、以下の説明では、液体吐出ヘッドは、インクジェット記録ヘッドのほか、カラーフィルター作成などにも使用可能である。

図３は本発明の実施形態に液体吐出ヘッドの製造方法によって製造される液体吐出ヘッドの一例を示し、一部ヘッドを破断した断面を示す模式的斜視図である。液体吐出ヘッドは、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８が設けられた基板６と、吐出口７が複数設けられ、基板６とともに吐出口７と連通する液体の流路１００を形成する吐出口部材１０と、を有している。同一基板６内において、エネルギー発生素子８が設けられた面からの距離が相対的に大きい第１の吐出口７ａと、その距離が相対的に小さい第２の吐出口７ｂとが同じ流路１００と連通するように設けられている。流路１００の基板６からの高さはほぼ一定であるが、吐出口部材１０の流路１００より吐出口７側の部分１０ａの厚さが、第１の吐出口７ａに対応する部分は厚く、第２の吐出口７ｂに対応する部分は薄くなっているためである。また、流路１００はシリコン基板６を貫通する供給口９にアクセスする。これにより例えば、吐出用の液体にインクを使用する場合、同じ色のインクを異なる吐出体積で吐出可能である。基板６上には、エネルギー発生素子８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８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８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。

（第一の実施形態）
図１は、図３のＡ−Ａ’を通り、基板６に垂直な位置で切断した場合の各工程での切断面を表わす模式的切断面図である。

まず図１（ａ）に示されるように、エネルギー発生素子８を有する基板６上に溶解可能な樹脂層を用いて液体の流路パターン５を形成する。流路パターン５となる溶解可能な樹脂の形成の方法としては、スピンコート法、ロールコート法等で被膜を形成する方法がある。この流路パターン５は流路の型となるので５〜１５μｍの厚さで塗布する必要がある。溶解可能な樹脂の材料としては、フォトリソグラフィー工程によりエネルギー発生素子８との位置関係を精度良くパターニングするために感光性が望まれる。以上の観点から、ポリメチルイソプロペニルケトン（ＰＭＩＰＫ）をシクロヘキサノンに溶解させて使用することが好ましい。他には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）をジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解させて使用してもよい。

次いで、図１（ｂ）示されるように、パターン化された流路パターン５の上に、吐出口部材となるための第１の層１をスピンコート法、ロールコート法等で形成する。ここで、第１の層１を形成する工程において、流路パターン５を変形させない等の特性が必要となる。すなわち、第１の層１となる材料を溶剤に溶解し、これをスピンコート、ロールコート等で流路パターン５上に形成する場合、流路パターン５を溶解しないように溶剤を選択する必要がある。また、吐出口部材１０としては、液体の流路の構造材料としての高い機械的強度、基板６との密着性と耐液性が要求される。例えば、下記組成物１を使用し、これをメチルイソブチルケトン／キシレン混合溶媒に６０ｗｔ％の濃度で溶解したものを使用することができる。

（樹脂組成物１）
名称 重量部
ＥＨＰＥ−３１５０ ダイセル化学（株）製 １００
Ａ−１８７ 日本ユニカー（株）製 ５
ＳＰ−１７２ 旭電化工業（株）製 ６
さらに、上記組成物に対して必要に応じて添加剤など適宜添加することが可能である。この溶液を流路パターン５を被覆するように１５〜３０μｍの厚さでコーティングし、第１の層１を設ける。

次いで図１（ｃ）示されるように、第１の層１の少なくとも一部を被覆するように第２の層としての第２の層２を形成する。第２の層２はパターニングが可能であること、第１の層、第３の層に対して高い被エッチング選択比をもつこと、つまり第３の層に行われるエッチング法によるエッチングに対して第３の層と比較して十分な耐性を持つことが求められる。材料としては精度良くパターニングするために感光性を持つことが望まれ、例えば、ポジ型レジストであるシリコン含有レジストが使用可能である。またシリコンの酸化物、シリコンの窒化物が使用可能である。これは精度良くパターニングするためにフォトリソグラフィにて形成できる感光性のレジストである。また、第２の層２は、１５以上３０μｍ以下の厚さの吐出口形成部材に対して耐エッチング性を持つために２μｍ以上５μｍ以下の厚さでコーティングするのが望ましい。他には、Ｔｉ等の金属を主成分とする材料を用い、スパッタ法にて厚さ０．５μｍの第２の層２を形成する。そして、この遮蔽層としての第３の層３を、フォトリソグラフィにより所定の形状のレジストパターンを形成した後、イオンミリングのようなＡｒイオンによるドライエッチングによって第３の層３をエッチングしてもよい。なお、第２の層２は第１の層１上に全面的に形成してもよい。

図１（ｄ）示されるように、第１の層１と第２の層２上に再び第３の層３を形成する。第３の層３としては、第１の層１と同様に流路の構造材料としての高い機械的強度と耐液性が要求される。第３の層は１５〜３０μｍの厚さとすることができる。第３の層３の材料は第１の層１との接合性を考慮すると第１の層１と同じ組成の材料であることが好ましい。例えば、第１の層１と第３の層３との両方とがエポキシ樹脂の硬化物、あるいは未硬化のものであることや、両方がシリコン化合物であることなどである。

図１（ｅ）に示されるように、第３の層上に第４の層４を形成する。第４の層４は、第３の層３に対して高い被エッチング選択比をもつこと、第３の層３と必要以上に相溶しないことが求められる。材料としては精度良くパターニングするために感光性を持つことが望まれる。ポジ型レジストであるＳｉ含有レジストを使用可能である。精度良くパターニングするためにフォトリソグラフィにて形成できる感光性のレジストであり、１５〜３０μｍの厚さの吐出口形成部材に対して２〜５ｕｍの厚さでコーティングする。他には、Ｔｉを主成分とする材料を用い、スパッタ法にて厚さ０．５μｍの遮蔽層としての第３の層３を形成することができる。以上により第１から４の４層が順に積層された基板が用意される。

次いで、図１（ｆ）に示されるように、第４の層４をマスクとして、第３の層３の上面から基板６に向かう方向に第３の層３を部分的にエッチングする。エッチング方法としては、酸素によるドライエッチング法を使用可能である。第４の層４が設けられていない部分では、第３の層３がエッチングされる。エッチングを続けると第２の層２が露出する。深さ方向への加工精度が少々十分ではなくとも、第３の層３と第２の層２とのエッチング選択性が大きい条件でエッチングを行えば、見かけ上、第２の層２でエッチングが停止されたようになるので、第１の層はエッチングを免れる。これによりエッチングばらつきの影響をうけず、第２の吐出口７ｂを形成するための第１の層１の上面を所望の高さとすることができる。

次いで、図１（ｇ）に示されるように、第２の層２、第４の層４を除去し、第１の層１における第２の吐出口７ｂの形成部位、第３の層３における第１の吐出口７ａの形成部位を露出させる。第２の層２と第４の層４とを形成する材料が同じ組成であれば、一括して溶解させて除去することが可能である。この時、第２の層２、第４の層４ともに、全体を除去せずに部分的に残しておいてもよい。

次いで、第１の層１、第３の層３に対してフォトリソ技術を用いて吐出口を形成する。硬化後のこれにより第３の層３の上面には第１の吐出口７ａが、第２の層２が除去されることで露出した第１の層１の上面の領域内には第２の吐出口７ｂが、それぞれ形成される。次いで、パターン５を除去して流路１００を形成する。

表１に、第３の層３と第２の層２とのエッチング選択性を得るための、それぞれの材料と、第３の層３のエッチング方法と、の好適な例を示す。

（第２の実施形態）
図２を参照して第２の実施形態を説明する。図２は図１と同様の断面である。

本実施形態は、第２の層２と第４の層４とが、吐出口に対応した開口を有し、これを利用して吐出口を形成することを特徴とする。

まず、図２（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にして流路パターン５を基板６上に形成する。

図２（ｂ）のように、第１の実施形態と同様にして、流路パターン５を被覆するように、第１の層１をスピンコート法、ロールコート法等で形成する。

次いで、図２（ｃ）に示されるように、第１の実施形態と同様にして第２の層である第２の層２を第１の層１上に設ける。ただし、本実施形態では、第２の層２には、第１の吐出口７ｂに対応した形状の第２の開口９ｂが設けられている。

次いで、図２（ｄ）に示されるように、第１の実施形態と同様にして第３の層３を第２の層２を被覆するように設ける。

次いで、図２（ｅ）のように、第１の実施形態と同様にして、第３の層３の上面の一部を被覆するように第４の層４を設ける。ただし、第１の実施形態と異なり、本実施形態では第４の層４に第１の吐出口７ａに対応した第１の開口９ａが設けられている。

次いで、第４の層４をマスクとし、第３の層３をエッチングする。エッチングはドライエッチングにより行うことができる。
すると、図２（ｆ）に示されるように、第４の層４が除去されることで第２の層２の第２の開口９ｂとその周囲が露出するとともに、第３の層３に第１の開口９ａに対応して第１の吐出口７ａが形成される。

エッチングを継続し、第２の層２をマスクとして、第１の層１の第２の開口９ｂに対応する部分がエッチングされて除去する。これと並行して、第４の層４をマスクとして利用し、第１の層１の第１の開口９ａに対応する部分をエッチングして除去する。そして、第１の吐出口７ａから、第３の層３、そして第３の層３と第１の層１との接触部分を経て第１の層１を貫通する貫通孔が形成され、第１の吐出口７ａと流路パターン５とが連通する。並行して、第２の吐出口７ｂと流路パターン５とが連通して図２（ｇ）に示されるような状態となる。

次いで、流路パターン５を除去して流路１００を形成するとともに、第２の層２および第４の層４を除去して図２（ｈ）に示される状態となる。なお、第２の層２と第４の層４とは除去しなくともよい。また、第２の層と第４の層とが同材料で、第１の層と第３の層とが同材料であると、エッチング条件の選定が簡便であり好適である。

なお、第１、２の実施形態ともに供給口９の形成に関する説明は省略した。

１ 第１の層
２ 第２の層
３ 第３の層
４ 第４の層
６ 基板
７ 吐出口

Claims (10)

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、第１のエネルギー発生素子及び第２のエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記第１のエネルギー発生素子に対応して、液体を吐出する第１の吐出口が設けられ、前記第２のエネルギー発生素子に対応して、液体を吐出する第２の吐出口が設けられた吐出口部材と、を有し、前記第１のエネルギー発生素子と前記第１の吐出口との距離が前記第２のエネルギー発生素子と前記第２の吐出口との距離より大きい液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記吐出口部材の一部となるための第１の層と、前記吐出口部材の他の部となるための第３の層に行われるエッチング法によるエッチングに対して前記第３の層より耐性を有する第２の層と、前記第３の層と、がこの順に積層された前記基板を用意する工程と、
   前記第３の層を前記エッチング法により部分的にエッチングして前記第２の層を露出させる工程と、
   露出した前記第２の層の少なくとも一部を除去して前記第１の層の一部を露出させる工程と、
   露出した前記第１の層の一部に前記第２の吐出口を形成し、エッチングされずに残った前記第３の層に前記第１の吐出口を形成し、前記第１の層の、前記第１の吐出口に対応する部分を除去することにより、前記吐出口部材を形成する工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記第１の層と前記第３の層とが樹脂からなり、前記第２の層が金属あるいはシリコン化合物からなり、前記エッチング法がドライエッチング法であ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. 前記第１の層と前記第３の層とがシリコン化合物からなり、前記第２の層が金属からなり、前記エッチングをドライエッチング法によって行う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。
4. 前記シリコン化合物が、シリコンの酸化物またはシリコンの窒化物であることを特徴とする請求項２または３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記第１の層と前記第３の層とが接している部分があることを特徴とする請求項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. 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、第１のエネルギー発生素子及び第２のエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記第１のエネルギー発生素子に対応して、液体を吐出する第１の吐出口が設けられ、前記第２のエネルギー発生素子に対応して、液体を吐出する第２の吐出口が設けられた吐出口部材と、を有し、前記第１のエネルギー発生素子と前記第１の吐出口との距離が前記第２のエネルギー発生素子と前記第２の吐出口との距離より大きい液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記吐出口部材の一部となるための第１の層と、第２の開口を有する第２の層と、前記吐出口部材の他の部となるための第３の層と、第１の開口を有し前記第３の層を部分的に覆う第４の層と、がこの順に積層された前記基板を用意する工程と、
   前記第４の層をマスクとして利用して前記第３の層をエッチングすることにより、前記第１の開口に対応した前記第１の吐出口を前記第３の層に形成するとともに、前記第２の層を露出させる工程と、
   前記第２の層をマスクとして利用して前記第１の層をエッチングすることにより前記第２の開口に対応した前記第２の吐出口を前記第１の層に形成するとともに、前記第１の層の、前記第１の吐出口に対応する部分を除去することにより、前記吐出口部材を形成する工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記第１の層と前記第３の層とが樹脂からなり、前記第２の層が金属あるいはシリコン化合物からなり、前記第１の層と前記第３の層とに行われるエッチング法がそれぞれドライエッチングであることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記第１の層と前記第３の層とがシリコン化合物からなり、前記第２の層が金属からなり、前記エッチングをドライエッチング法によって行うことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記シリコン化合物が、シリコンの酸化物またはシリコンの窒化物であることを特徴とする請求項７または８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記第３の層は前記第１の層と接する接触部分があり、前記第４の層をマスクとして利用して前記第１の層と前記第３の層とをエッチングして、前記第１の開口から前記第１の吐出口と前記第３の層の前記接触部分と前記第１の層とを貫通する貫通孔を形成することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。