JP6000831B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。

インクジェット記録装置等に用いられる液体吐出ヘッドは、基板と、基板上に形成された流路形成部材とで形成されている。基板には液体を供給するための液体供給口が形成されており、流路形成部材には流路及び吐出口が形成されている。液体は、液体供給口から流路に供給され、エネルギー発生素子によってエネルギーを与えられて液体吐出口から吐出される。

基板に液体供給口を形成する方法として、基板にレーザーを照射することで液体供給口となる穴を形成する方法がある。このような手法によって液体供給口を形成した場合には、穴の周辺に基板の破片が飛び散ることがある。このような破片はデブリとよばれる。特に液体吐出ヘッドにおいては、基板や吐出口形成部材に付着したデブリは、レーザー照射後の製造工程や、液体吐出性能に影響を与えることがある。この為、デブリが基板や流路形成部材に付着することを抑制することが求められる。

これに対し、特許文献１には、基板表面に樹脂の保護膜を形成し、レーザー照射によって発生したデブリを保護膜で受け、その後保護膜を除去することで基板や流路形成部材にデブリが付着することを抑制することが記載されている。

特開平５−３３００４６号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、レーザー照射前に保護膜を塗布する工程が必要となる。また、レーザー照射後には保護膜を除去する工程が必要となる。従って、液体吐出ヘッドを製造する工程が増え、加工工程を簡略化することが困難である。

従って、本発明は、基板にレーザーを照射することで液体供給口を形成する場合であっても、簡易な工程で基板や流路形成部材へのデブリの付着を抑制することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、液体供給口が形成され第一面側にエネルギー発生素子を有する基板と、流路及び吐出口を形成する流路形成部材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記エネルギー発生素子と、樹脂層と、を第一面側に有する基板を用意する工程と、前記樹脂層を貫通するように前記基板にレーザーを照射し、前記基板に前記液体供給口となる穴を形成する工程と、前記樹脂層のうちレーザーが貫通した領域を含む部分を除去することで、前記樹脂層が除去された部分を流路とし、前記樹脂層が残った部分を側壁とする工程と、前記側壁の前記基板から遠い側に吐出口形成部材を形成し、前記側壁と前記吐出口形成部材とで前記流路形成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である。

本発明によれば、基板にレーザーを照射することで液体供給口を形成する場合であっても、簡易な工程で基板や流路形成部材へのデブリの付着を抑制することができる。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態を示す図である。 本発明で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態を示す図である。

図２は、本発明で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す図である。基板１上には、液体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２が配置されている。エネルギー発生素子２は、基板１に対して必ずしも接している必要はなく、宙に浮いていてもよい。エネルギー発生素子２には、エネルギー発生素子２を駆動させるための制御信号入力電極が電気的に接続されている。また、基板１上には、エネルギー発生素子の上方に開口する液体吐出口１５や流路１６が、流路形成部材１４によって形成されている。

基板１には、液体供給口１１が形成されており、液体供給口１１から流路１６に供給された液体は、エネルギー発生素子２によってエネルギーを与えられ、液体吐出口１５から吐出される。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を、図１を用いて説明する。図１は、図２のＡ−Ａにおける断面図である。

まず、図１（Ａ）に示すように、基板１を用意する。基板１の第一面側には、エネルギー発生素子２が形成されている。基板１は、シリコン等で形成されている。特にシリコンで形成されている場合は、第一面の結晶方位が（１００）であるシリコン基板を用いることが好ましい。エネルギー発生素子２は、ＴａＳｉＮ等の熱によるエネルギーを発生する素子であってもよいし、圧電素子であってもよい。エネルギー発生素子は絶縁層３で覆われている。絶縁層３は、例えばＳｉＮやＳｉＣ等で形成する。２つのエネルギー発生素子の間の位置には、犠牲層７が設けられている。犠牲層７は、基板に形成する液体供給口の開口幅を制御するものであり、図１（Ａ）においては液体供給口の第一面側の開口幅を制御する役割を果たす。犠牲層７は、基板よりもエッチングされやすい材料で形成する。例えば、基板がシリコンで形成されている場合、犠牲層はアルミニウムやアルミニウムの化合物（アルミニウムとシリコンの化合物やアルミニウム銅）で形成することが好ましい。基板１の第一面側を表面側とすると、その裏面側である基板の第二面側には、保護層４が設けられている。保護層４としては、例えばＳｉＯ_２やポリエーテルアミド等が挙げられる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、基板の第一面側に、樹脂からなる樹脂層１９を形成する。樹脂層１９としては、例えばドライフィルムを用いることができる。樹脂層１９の樹脂としては、例えば感光性樹脂を用いる。樹脂層１９は、流路形成部材のうち流路の側壁５と、流路となる流路部分６とに分けられる。感光性樹脂としてネガ型感光性樹脂を用いた場合、樹脂層１９の一部を露光し、残りの部分をマスクによって露光しないようにする。このとき、露光した領域が側壁５となり、露光しなかった領域が流路部分６となる。樹脂層１９としてポジ型感光性を用いた場合は、この逆となる。流路の側壁は、耐インク性等の観点から、感光性樹脂であればネガ型感光性樹脂で形成されていることが好ましい。従って、樹脂層１９はネガ型感光性樹脂で形成されていることが好ましい。ネガ型感光性樹脂としては、例えば光カチオン重合性樹脂が挙げられる。具体的には、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂を用い、これに光カチオン重合開始剤を添加したものを樹脂層１９として用いることができる。樹脂層１９を非感光性樹脂で形成した場合でも、最終的に流路の側壁をとなる部分が側壁５で、流路の一部となる部分が流路部分６である。図１（Ｂ）に示す時点で、必ずしも樹脂層１９に側壁５と流路部分６とを分けておく必要はない。

次に、図１（Ｃ）に示すように、基板１にレーザーを照射し、レーザーで樹脂層１９を貫通させる。レーザーは基板１を貫通し、基板１に穴８を形成する。図１（Ｂ）の工程において、例えば樹脂層１９に露光が既に行われており、側壁５と流路部分６が分けられている場合、レーザーは樹脂層１９の中でも流路部分６に命中させ、流路部分６を貫通するように照射する。図１（Ｂ）の工程において、例えば露光が行われておらず、この時点で側壁５と流路部分６が分けられてない場合、後の工程で流路部分６とする領域にレーザーを命中させ、この領域を貫通するように照射する。

レーザーは、基板１の第二面側から照射することが好ましい。基板１の第二面側に保護層４が設けられている場合は、保護層４に開口を形成し、開口にレーザーを照射してもよいし、レーザーで保護層４を貫通させてもよい。また、第一面側に犠牲層７が設けられている場合は、犠牲層７を貫通するようにレーザーを照射することが好ましい。さらには、基板１の短手方向（図１では左右方向）に関して、犠牲層７の中心と流路部分６の中心とを一致させておくことが好ましい。このようにすることで、液体供給口の形状をより安定化することができる。レーザーによって形成するパターンは、第二面側から見たときに、連続した加工でつながった線状のパターンであっても、点（ドット）で構成されるパターンであってもよい。

図１（Ｃ）では、レーザーを基板の第二面側から照射しており、レーザーが樹脂層１９の流路部分６を貫通し、流路部分６上にデブリ９が発生している様子を示している。また、基板１の第二面側の保護層４上には、第一面側とは別のデブリ１０が発生している。

レーザーを照射する際、基板はステージに保持される。ステージは、基板１や樹脂層１９を貫通したレーザーが反射し、再び基板や樹脂層に照射されることを抑制する構造であることが好ましい。図３に、ステージ２２の構造を示す。ここでは、樹脂層１９は省略している。図３（Ａ）では、ステージ２２が反射抑制領域１７を有する。反射抑制領域１７は、レーザーの反射率が５０％以下であることが好ましい。反射抑制領域１７の構成材料としては、例えばレーザーの反射率が５０％以下の無機物、無機化合物、樹脂等を用いる。無機物としては例えばシリコンが挙げられる。樹脂としては、アクリロニトリル誘導体等の紫外線吸収剤を添加した樹脂が挙げられる。樹脂層１９を貫通したレーザーは、反射抑制領域１７に到達するが、基板側の樹脂層には反射されにくい。図３（Ｂ）では、ステージ２２に中空部分１８が形成されている。中空部分１８には、ステージが存在しない。このような構成により、ステージでレーザーが反射し、基板や樹脂層に再び照射されてしまうことを抑制することができる。

次に、図１（Ｄ）に示すように、樹脂層１９のうち、レーザーが貫通した領域を含む部分を除去する。樹脂層が除去された部分は流路となる。樹脂層が残った部分は側壁となる。例えば、ネガ型感光性樹脂で形成された樹脂層１９に光を照射して側壁５を形成した場合、光が照射されていない部分が流路部分６である。この流路部分を溶剤等で除去する。図１（Ｂ）の時点で露光等を行わず、側壁５と流路部分６とを分けていなかった場合、図１（Ｄ）で露光を行い、側壁５と流路部分６を分ければよい。流路部分６の除去によって、樹脂層１９の側壁５が、内部に流路（流路部分６が除去されてできた空間）を形成する流路形成部材の一部となる。これと同時に、流路部分６上のデブリ９も除去される。よって、基板１からデブリ９を除去することができる。

次に、図１（Ｅ）に示すように、レーザーで形成した穴８にエッチング液を供給し、基板１をエッチングして液体供給口１１を形成する。エッチング液としては、８質量％以上２５質量％以下の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液を用いることが好ましい。エッチング液にはシリコンを８質量％以下含有させることが好ましい。また、エッチング液の温度は７０℃以上８５℃以下とすることが好ましい。基板１の第一面側には、エッチング液に対するエッチング保護部材を形成しておくことが好ましい。エッチング保護部材としては、例えば環化ゴムが挙げられる。基板１の第一面側にエッチング保護部材を形成した場合には、第一面側からはエッチングが進まない。一方、第二面側の保護層４が存在しない部分からは、第一面側へ向かってエッチングが進んでいく。アルミニウム等からなる犠牲層７が形成されていた場合は、犠牲層はエッチング液によってすぐに除去される。基板１のエッチングが終了した後、エッチング保護部材を除去する。

尚、エッチング液によるエッチングは必ずしも必要なく、液体供給口はレーザーの照射のみによって形成することもできる。但し、エッチング液を用いた方が液体供給口の形状は安定する。また、第二面側にデブリ１０が発生していた場合、エッチング液によるエッチングの際に、第二面側のデブリ１０をエッチング液によって基板から除去することもできる。

次に、図１（Ｆ）に示すように、樹脂層１９の側壁５上に、樹脂層１９（第１の樹脂層１９）とは別の樹脂層（第２の樹脂層２０）を形成する。第２の樹脂層２０はネガ型感光性樹脂で形成することが好ましく、特にドライフィルムであることが好ましい。第２の樹脂層２０は、樹脂層１９と同様、一部が露光され、側壁１２と流路部分１３とに分けられる。尚、流路形成部材の側壁を樹脂層１９の側壁５のみで形成する場合には、第２の樹脂層２０の形成は必要ない。

次に、図１（Ｇ）に示すように、側壁の基板から遠い側（側壁５または側壁１２）に、吐出口形成部材２１を形成する。吐出口形成部材２１は、側壁の上側に配置される。吐出口形成部材と側壁とで、流路形成部材となる。吐出口形成部材２１は、ネガ型感光性樹脂で形成することが好ましく、特にドライフィルムであることが好ましい。吐出口形成部材２１の上面、即ちフェイス面には撥水材が塗布されていてもよい。吐出口形成部材２１には、液体吐出口１５が形成されている。液体吐出口１５は、例えば露光、現像を用いたフォトリソグラフィーやドライエッチングによって形成する。

最後に、図１（Ｈ）に示すように、樹脂層の現像を行うことで、流路１６を形成する。液体吐出口１５も、この現像によって流路１６と同時に形成してもよい。

以上のような方法で、本発明の液体吐出ヘッドが製造される。

以下、本願の実施例について説明する。

（実施例１）
まず、図１（Ａ）に示すように、シリコンで形成された基板１を用意した。基板１の第一面側には、ＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子２が複数形成されており、エネルギー発生素子２の間には、アルミニウムからなる犠牲層７が形成されている。エネルギー発生素子２は不図示の配線等によってエネルギー発生素子を駆動させる半導体素子に接続されており、エネルギー発生素子２と犠牲層７とは、ＳｉＮからなる絶縁層３で覆われている。基板１の第二面側には、ＳｉＯ_２からなる保護層４が設けられている。

次に、図１（Ｂ）に示すように、基板１の第一面側に、樹脂からなる樹脂層１９を形成した。樹脂層１９としては、ネガ型感光性樹脂である１５７Ｓ７０（商品名、三菱化学製）と光カチオン重合開始剤であるＳＰ−１７２（商品名、旭電化工業製）、ＰＧＭＥＡ（商品名、東京応化工業製）を含有した液体レジストＴＭＭＲ（商品名、東京応化工業製）を使用し、スピンコートにて基板上に塗布した。続いて、樹脂層１９を一部マスクし、ＦＰＡ−３０００ｉ５^＋（キヤノン製）を用いてｉ線（波長３６５ｎｍ）にて露光を行った。樹脂層１９のうち露光した部分を側壁５、露光しなかった部分を流路部分６とした。

次に、図１（Ｃ）に示すように、基板１に第二面側からレーザーを照射し、犠牲層７、樹脂層１９を貫通させた。レーザーとしては、ＹＡＧレーザーの第三高調波（３５５μｍ）を用い、スポット径は３０μｍに調整した。レーザーの加工パターンは、第二面側からみたときに第一面側の犠牲層の範囲内に入る（重なる）ように、点を直線状に並べるように配置した。レーザーを照射する際のステージとしては、図３（Ａ）に示すステージを用いた。反射抑制領域１７は、レーザーの反射率が５０％以下のシリコンで形成した。

次に、図１（Ｄ）に示すように、樹脂層１９の現像を行い、樹脂層１９のうちレーザーが貫通した領域を含む部分を除去した。現像の際の現像液としては、ＰＧＭＥＡ（商品名、東京応化工業製）を用いた。これにより、レーザーが貫通した部分である流路部分６が除去され、同時にデブリ９も除去することができた。同時に、流路部分６の除去によって、樹脂層１９の側壁５が、内部に流路を形成する流路形成部材の一部となった。

次に、図１（Ｅ）に示すように、レーザーで形成した穴にエッチング液を供給し、基板１をエッチングして液体供給口１１を形成した。エッチング液としては２２質量％のＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液を８３℃で用い、基板１を異方性エッチングした。基板１をエッチングしている間、基板の第一面側はエッチング保護部材であるＯＢＣ（環化ゴム、東京応化工業製）で覆い、エッチングが終わると保護部材を除去した。これにより、基板１に液体供給口１１が形成された。また、エッチングによって、犠牲層７及び第二面側のデブリ１０が除去された。

次に、図１（Ｆ）に示すように、樹脂層１９の側壁５上に、第２の樹脂層２０を形成した。第２の樹脂層２０としては、ネガ型感光性樹脂であるＥＨＰＥ３１５０（商品名、ダイセル化学工業製）１００質量部と、光カチオン重合開始剤であるＳＰ−１７２（商品名、旭電化工業製）６質量部とを含有したドライフィルムを用いた。

続いて、第２の樹脂層２０を一部マスクし、ＦＰＡ−３０００ｉ５^＋（キヤノン製）にて露光を行った。第２の樹脂層２０のうち露光した部分を側壁１２、露光しなかった部分を流路部分１３とした。

次に、図１（Ｇ）に示すように、側壁１２の上に、吐出口形成部材２１を形成した。吐出口形成部材２１としては、ネガ型感光性樹脂であるＥＨＰＥ３１５０（商品名、ダイセル化学工業製）１００質量部と、光カチオン重合開始剤であるＳＰ−１７２（商品名、旭電化工業製）６質量部とを含有したドライフィルムを用いた。

続いて、吐出口形成部材２１をステッパーにて一部露光した。

最後に、図１（Ｈ）に示すように、流路部分１３と吐出口形成部材２１のうち露光しなかった領域とをＰＧＭＥＡで現像し、流路１６及び液体吐出口１５を形成した。

（実施例２）
実施例１において、図３（Ａ）に示すステージを用いたのに対し、実施例２においては、図３（Ｂ）に示すステージを用いた。これ以外は実施例１と同様にした。

実施例２で用いたステージは、深さ１００μｍ、幅４００μｍの中空部分１８を有している。実施例２では、ステージからのレーザーの反射をより抑制することができた。

Claims (10)

1. 液体供給口が形成され第一面側にエネルギー発生素子を有する基板と、流路及び吐出口を形成する流路形成部材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記エネルギー発生素子と、樹脂層と、を第一面側に有する基板を用意する工程と、
   前記樹脂層を貫通するように前記基板にレーザーを照射し、前記基板に前記液体供給口となる穴を形成する工程と、
   前記樹脂層のうちレーザーが貫通した領域を含む部分を除去することで、前記樹脂層が除去された部分を流路とし、前記樹脂層が残った部分を側壁とする工程と、
   前記側壁の前記基板から遠い側に吐出口形成部材を形成し、前記側壁と前記吐出口形成部材とで前記流路形成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. 前記レーザーは前記第一面側の裏面側である第二面側から前記基板に照射する請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記樹脂層はネガ型感光性樹脂で形成されている請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記穴を形成した後、該穴にエッチング液を供給する請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記基板の第一面側には基板よりもエッチングされやすい犠牲層が形成されており、前記レーザーを照射することで、該レーザーで前記犠牲層を貫通させる請求項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。
6. 前記樹脂層はネガ型感光性樹脂で形成されており、前記樹脂層の一部を露光することで、前記樹脂層のうち露光した領域は前記側壁とし、前記樹脂層のうち露光しなかった領域は除去して前記流路とする請求項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。
7. 前記露光は前記基板にレーザーを照射する前に行う請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記露光は前記基板にレーザーを照射した後に行う請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記基板にレーザーを照射する際、前記基板はレーザーの反射率が５０％以下の反射抑制領域を有するステージに保持されており、前記レーザーは前記反射抑制領域に到達する請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記基板にレーザーを照射する際、前記基板は中空部分が形成されたステージに保持されており、前記レーザーは前記中空部分に到達する請求項１〜８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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