JP6029316B2 - 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に関する。

インクジェットプリンターの工程を簡略化するために、特許文献１に示されるような潜像を用いた工程数の少ない製法が提案されている。また、特許文献２では、供給口等の貫通口を開けてから、ドライフィルムを用いてノズルを形成する低コストな製造方法が提案されている。さらに特許文献２では、貫通口へのドライフィルムの落ち込みを抑制する構造が提案されている。

特開平０４−２１６９５２号公報 特開２００６−２２４５９８号公報

上述のインク供給口を形成したシリコン基板の表面にノズルを形成する製造方法は、シリコン基板上にノズルを形成してからインク供給口を形成する製造方法と比較して、供給口形成時に表面を保護する必要が無い分、工数が少ない。しかし、貫通口が開いているシリコン基板に対して液体を塗布することは困難な場合があり、該シリコン基板上にノズルを形成するためには、ドライフィルムの転写が必要となる場合がある。一方で、インクジェットヘッドの高速性を実現するためには、インク流路の壁の高さが吐出可能周波数に影響するため、良好な高さ精度が重要となる。また、貫通口が開いている基板にドライフィルムを転写する場合、ドライフィルム表面の良好な平坦性を実現することは困難な場合がある。

そこで、本発明は、貫通口が空いている基板の上に、高精度に流路を形成することができる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。

そこで、本発明の一形態は、
液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、前記液体を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記液体流路に前記液体を供給する液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）第一の面側に、前記吐出エネルギー発生素子と、前記第一の面から突出する部材とを有し、かつ前記第一の面から前記第一の面と反対側の第二の面まで貫通する前記液体供給口としての貫通口を有する基板を用意する工程と、
（２）前記基板及び前記部材の上に第一のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第一のネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
（３）前記第一のネガ型感光性樹脂層に第一の露光によって第一の潜像を形成する工程と、
（４）前記第一の潜像が形成された第一のネガ型感光性樹脂層の上に第二のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第二のネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
（５）前記第二のネガ型感光性樹脂層に第二の露光によって第二の潜像を形成する工程と、
（６）前記第一の潜像及び前記第二の潜像を現像処理によって除去することにより、前記液体流路及び前記吐出口を形成する工程と、
を有し、
前記工程（２）において、前記部材の高さに表面を合わせて前記第一のネガ型感光性樹脂層を形成する
液体吐出ヘッドの製造方法である。
なお本明細書中で、前記工程（１）に記載される部材を「高さ調整部材」と呼ぶことがある。

本発明によれば、貫通口が空いている基板の上に、高精度に流路を形成することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態における製造工程を説明するための模式的断面工程図である。 図１に続き、本発明の実施形態における製造工程を説明するための模式的断面工程図である。 本発明の実施形態で得られるインクジェット記録ヘッドの構成例を示す模式的斜視図である

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書では、本発明の適用例としてインクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオッチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッドにも適用できる。液体吐出ヘッドとしては、インクジェット記録ヘッドの他にも、例えばカラーフィルター製造用ヘッド等も挙げられる。

図３は、本実施形態において製造されるインクジェット記録ヘッドの構成例を示す模式的斜視図である。このインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）は、吐出エネルギー発生素子１が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板２を有している。シリコン基板２には、貫通口であるインク供給口（液体供給口）３が吐出エネルギー発生素子１の２つの列の間に開口するように形成されている。シリコン基板２の上には、流路形成部材（ノズル材とも称す）が設けられている。流路形成部材は、各吐出エネルギー発生素子１の上方に開口するインク吐出口（液体吐出口）４と、インク供給口３から各インク吐出口４に連通するインク流路（液体流路）１１を構成している。

また、インク流路の外側に共通配線５がインク吐出口の配列方向と平行に形成されている。ここでいう共通配線とは、液滴を飛ばすために発泡させるヒータ等の吐出エネルギー発生素子に通電するための配線である。該共通配線から各吐出エネルギー発生素子に配線が伸びる。共通配線は、後述する高さ調整用部材として用いられることを考えると、メッキで形成することが好ましい。また、共通配線は、配線抵抗を下げるために面積が大きく設けられることが望ましく、例えば金メッキで構成することができる。

また、シリコン基板２の両端に端子６が配置されており、端子６と本体を電気的に接続することで吐出エネルギー発生素子１が駆動可能となる。端子６は、本体からの信号や発泡のための電力を本体からヘッドに供給するために接続されるために用意されているもので、チップの外周部に設置されている。

このインクジェット記録ヘッドは、インク吐出口４が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。また、インク供給口３からインク流路内に充填されたインク（液体）に、吐出エネルギー発生素子１によって発生する圧力を加えることによって、インク吐出口４からインク液滴が吐出される。吐出したインク液滴は被記録媒体に付着し、記録が行われる。

以下に、図１及び２を参照して、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を説明する。図１及び２は、図３の点線Ａ−Ａ’による断面における模式的断面工程図である。

図１（Ａ）に示すように、吐出エネルギー発生素子１を有するシリコン基板２の表面（第一の面とも称す）は保護膜（例えば、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン等）７で覆われている。また、吐出エネルギー発生素子１の上方には、キャビテーション防止膜８が形成されている。

次に、図１（Ｂ）に示すように、シリコン基板２の上に高さ調整用部材５を形成する。高さ調整用部材５は、インク流路３を形成する領域の外部であって流路形成部材の内部に配置されるように形成する。つまり、高さ調整用部材は、後工程において露光後の第一のネガ型感光性樹脂層を現像処理することで得られるインク流路壁部材（流路壁部材）の内部に配置される位置に形成される。

高さ調整用部材５の材料としては、特に制限されるものではないが、例えば樹脂や金属を用いることができる。また、高さ調整用部材５は、配線や端子の機能を兼ね備えさせることができ、例えば、吐出エネルギー発生素子を駆動するための共通配線や吐出エネルギー発生素子に電力を供給するための端子とすることができる。

次に、図１（Ｃ）に示すように、シリコン基板２の第一の面と反対側の第二の面側からエッチングを行い、インク供給口３を形成する。

エッチング方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、結晶異方性エッチングを用いることができる。

高さ調整用部材５とインク供給口３とは、どちらを先に形成してもよいが、高さ調整用部材５をメッキで形成するのであれば、高さ調整用部材５を形成した後で、インク供給口３を形成することが好ましい。このようにして、吐出エネルギー発生素子と、液体流路の高さを調整する高さ調整部材とを第一の面側に有し、かつ液体供給口としての貫通口を有する基板を用意する
次に、図１（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、シリコン基板２上に、インク流路壁部材となる第一のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第一のネガ型感光性樹脂層９を形成する。

第一のネガ型感光性樹脂層は真空中で形成することが好ましい。

高さ調整用部材５の高さは、例えば、１〜３０μｍである。

また、第一のネガ型感光性樹脂層９の表面は、高さ調整用部材５の表面にならうように形成することが好ましい。つまり、高さ調整用部材の高さに表面を合わせて第一のネガ型感光性樹脂層を形成することが好ましい。さらに換言すると、第一のネガ型感光性樹脂層の厚さと高さ調整用部材５の厚さ（高さ）が等しくなるように第一のネガ型感光性樹脂層を形成することが好ましい。このように第一のネガ型感光性樹脂層を形成するために、第一のネガ型感光性ドライフィルムの未露光時のＴｇ（ガラス転移温度）以上で第一のネガ型感光性樹脂層を形成することが好ましい。また、第一のネガ型感光性ドライフィルムにローラ等で圧力をかけて第一のネガ型感光性樹脂層を形成することが好ましい。

第一のネガ型感光性樹脂層の表面を高さ調整用部材の高さに合わせることにより、第一のネガ型感光性樹脂層の厚さ（流路高さ）を高さ調整用部材で規定された厚みで高精度に設定できる。また、第一のネガ型感光性樹脂層の表面は平坦であるため第二のネガ型感光性樹脂層に形成される吐出口も高精度に形成される。したがって、本実施形態では、流路、吐出口ともに高精度に形成でき、比較的少ない工程数でインクジェット記録ヘッドを作製することができる。

なお、Ｔｇ以上の温度で圧力をかけて転写した第一のネガ型感光性樹脂層は、その一部が供給口３に流れ込む場合があるが、この流れ込んだ部分は後工程で除去される。

次に、図１（Ｆ）で示すように、第一のネガ型感光性樹脂層９に第一の露光によって未露光部からなる第一の潜像を形成する。該第一の露光において、インク流路壁部材となる領域を露光する。

第一の潜像の少なくとも一部はインク流路（液体流路）のパターンに形成される。

図２（Ａ）は、図１（Ｆ）に続き、第一の露光によりインク流路壁部材となる領域が露光された状態を示す図である。

次に、図２（Ｂ）に示すように、第一のネガ型感光性樹脂層９の上に、吐出口形成部材（オリフィスプレートとも称す）となる第二のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第二のネガ型感光性樹脂層１０を形成する。続いて、第二のネガ型感光性樹脂層に第二の露光によって第二の潜像を形成する。該第二の露光において、吐出口形成部材となる領域を露光する。

第二のネガ型感光性樹脂層１０は、真空中で形成することが好ましい。

第二の潜像の少なくとも一部は吐出口のパターンに形成される。

図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に続き、第二の露光により吐出口形成部材となる領域が露光された状態を示す図である。

次に、図２（Ｄ）に示すように、第一の潜像と第二の潜像を現像処理によって同時に除去して、インク流路１１及び吐出口４を形成する。

その後、ノズルが形成された基板をダイシングソー等により分離切断してチップ化し、吐出エネルギー発生素子１を駆動させるための電気的接合を行う。そして、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドを完成させる。

以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず、図１（Ｂ）に示すように、高さ調整用部材５をインク流路形成領域外の基板上に形成した。本実施例では、吐出エネルギー発生素子を駆動するための共通配線を高さ調整用部材として形成した。具体的には、高さ調整用部材５を金属を用いて吐出エネルギー発生素子を駆動するための共通配線としても機能するように形成した。

高さ調整用部材（共通配線）５の形成は、まず、シリコン基板にシード層となるＴｉＷ膜とＡｕ（金）膜を連続スパッタリングで形成した。その後、東京応化社製ＰＭＥＲ（商品名）を１５μｍ塗布して、パターンを形成した。その後、金メッキを１３μｍ形成したのち、レジストを剥離した。改めて前述のＰＭＥＲを３μｍ塗布してパターニングした後ニッケルを１μｍメッキした。その後レジストを剥離して、シード層のＡｕ（金）膜及びＴｉＷ膜をウェットエッチして、共通配線（膜厚合計１４μｍ）を形成した。該共通配線は、吐出口の配列方向に沿って、インク流路の外側かつ流路壁部材の内部に配置されるように形成した。

次に、図１（Ｃ）に示すように、シリコン基板にインク供給口３を形成した。なお、インク供給口３の形成は以下のように行った。まず、裏面に日立化成社製ＨＩＭＡＬ（商品名）２μｍを形成した後、レジスト（東京応化社製、ｉＰ５７００）を両面に塗布して、裏面側について開口パターニングを行った。その後、ＨＩＭＡＬをドライエッチングして、レジストを剥離した。その後、表面にブリューワーサイエンス社製ＰｒｏＴＥＫ Ｂ２（商品名）を８μｍ塗布し、２２％のＴＭＡＨで２４時間異方性エッチングを行うことにより、インク供給口３を形成した。その後、キシレンに浸漬してＰｒｏＴＥＫを剥離した。

次に、図１（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、第一のネガ型感光性ドライフィルムを用いてシリコン基板上に第一のネガ型感光性樹脂層９を形成した。

第一のネガ型感光性ドライフィルムの材料としては、エポキシ樹脂を用いた。また、第一のネガ型感光性ドライフィルムの材料には、感光性を持たすためにトリアリールスルホニウム塩を光開始剤として含ませている。また、この感光性ドライフィルムは、ｉ線ステッパーキヤノン製ＦＰＡ３０００ｉ５＋（商品名）を使用して５０００Ｊで露光すると残膜１００％となるようなネガ型レジストであるように調整した。本材料を用いて平均膜厚が１５μｍとなるようにドライフィルムを作製した。本材料の未硬化でのＴｇが約６０℃なので、７０℃で０．５ＭＰａの圧力で、真空中で、前記シリコン基板に前記ドライフィルムを貼りつけ、１４μｍの共通配線高さに表面を合わせて表面が平坦となるように基板上に第一のネガ型感光性樹脂層を形成した。この時、高さ調整用部材に対して垂直方向（基板面と平行な方向）にローラーを動かして転写した。

次に、図１（Ｆ）に示すように、前記ステッパーを使用して５５００Ｊで露光（第一の露光）を行い、第一のネガ型感光性樹脂層に第一の潜像を形成した（図２（Ａ）参照）。また、ＰＥＢ処理も行った。

次に、図２（Ｂ）に示すように、第二のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第一のネガ型感光性樹脂層９の上に第二のネガ型感光性樹脂層１０を形成した。第二のネガ型感光性ドライフィルムとしては、第一のネガ型感光性ドライフィルムと同様な材料を用いたが、５００Ｊで残膜１００％になるように前記光開始剤の量を調整した。この材料を１１μｍのドライフィルムとした。該ドライフィルムを、真空中で、温度３０℃、０．２ＭＰａの圧力の条件で、第一のネガ型感光性樹脂層に貼り付け、第二のネガ型感光性樹脂層を形成した。

そして、前記ステッパーで５５０Ｊで露光（第二の露光）を行い、第二のネガ型感光性樹脂層１０に第二の潜像を形成した（図２（Ｃ）参照）。また、ＰＥＢ処理も行った。

次に、現像処理を行い、第一のネガ型感光性樹脂層および第二のネガ型感光性樹脂層に形成された潜像パターンを除去した。その後、２００℃で６０分間加熱処理を行い、樹脂を硬化させた。

その後、基板をダイシングソー等により分離切断してチップ化し、吐出エネルギー発生素子１を駆動させるための電気的接合を行った。その後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドを完成させた。

（実施例２）
本実施例では、端子上の金メッキを高さ調整用部材に使用した。具体的には、高さ調整用部材５を金属を用いて吐出エネルギー発生素子に電力を供給するための端子としても機能するように形成した。

まず、図１（Ｃ）に示すように、高さ調整用部材５をインク流路形成領域外の基板上に形成した。高さ調整用部材（端子）の形成は、まず、シリコン基板にシード層となるＴｉＷ膜とＡｕ（金）膜を連続スパッタリングで形成した。その後、東京応化社製ＰＭＥＲ（商品名）を１５μｍ塗布して、パターンを形成した。その後、金メッキを１４．５μｍ形成したのち、レジストを剥離した。シード層のＡｕ（金）膜及びＴｉＷ膜をウェットエッチして、金メッキ膜（厚１４μｍ）からなる端子を形成した。

次に、実施例１と同様にして、シリコン基板にインク供給口３を形成した。

次に図１（Ｄ），（Ｅ）に示すように第一のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第一のネガ型感光性樹脂層９を形成した。

第一のネガ型感光性樹脂層は、実施例１と同じドライフィルムを用いて形成した。具体的には、本材料の未硬化でのＴｇが約６０℃なので、７０℃で、０．５ＭＰａの圧力で、真空中で、ドライフィルムを貼りつけ、１４μｍの端子高さに表面を合わせて表面が平坦となるように基板上に第一のネガ型感光性樹脂層を形成した。この時、高さ調整用部材に対して垂直方向（基板面と平行な方向）にローラーを動かして転写した。なお、端子は分離しているが、間隔（中心同士の距離）は３０μｍから６０μｍであり、転写ローラー径が６０ｍｍであるため、端子が分離していることの影響はない。

次に、図１（Ｆ）に示すように、前記ステッパーを使用して５５００Ｊで露光（第一の露光）を行い、第一のネガ型感光性樹脂層に第一の潜像を形成した（図２（Ａ）参照）。また、ＰＥＢ処理も行った。

次に、図２（Ｂ）に示すように、第二のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第一のネガ型感光性樹脂層の上に第二のネガ型感光性樹脂層１０を形成した。第二のネガ型感光性ドライフィルムとしては、実施例１の第二のネガ型感光性ドライフィルムに用いたドライフィルムと同じものを用いた。該ドライフィルムを、真空中で、温度３０℃、０．２ＭＰａの圧力条件で、第一のネガ型感光性樹脂層に貼り付け、第二のネガ型感光性樹脂層を形成した。

そして、前記ステッパーで５５０Ｊで露光（第二の露光）を行い、第二のネガ型感光性樹脂層に第二の潜像を形成した（図２（Ｃ）参照）。また、ＰＥＢ処理も行った。

次に、現像処理を行い、第一のネガ型感光性樹脂層および第二のネガ型感光性樹脂層に形成された潜像パターンを除去した。その後、２００℃で６０分間加熱処理を行い、樹脂を硬化させた。

その後、基板をダイシングソー等により分離切断してチップ化し、吐出エネルギー発生素子１を駆動させるための電気的接合を行った。その後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドを完成させた。

（比較例）
本発明の比較例として、高さ調整用部材を形成しないこと以外は、実施例と同様な工程でインクジェット記録ヘッドを作製した。

実施例１及び２並びに比較例で作製したインクジェット記録ヘッドについて流路高さを測定したところ、比較例では流路高さが下地段差およびドライフィルム膜厚分布に応じたばらつきがあった。それに対して、実施例では、高さ調整用部材を用いることでドライフィルムが精度よく形成されたため、流路高さを高精度に揃えることができた。

１ 吐出エネルギー発生素子
２ シリコン基板
３ インク供給口
４ 吐出口
５ 共通配線（高さ調整用部材）
６ 端子
７ 保護膜
８ キャビテーション防止膜
９ 第一のネガ型感光性樹脂層
１０ 第二のネガ型感光性樹脂層

Claims (9)

1. 液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、前記液体を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記液体流路に前記液体を供給する液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   （１）第一の面側に、前記吐出エネルギー発生素子と、前記第一の面から突出する部材とを有し、かつ前記第一の面から前記第一の面と反対側の第二の面まで貫通する前記液体供給口としての貫通口を有する基板を用意する工程と、
   （２）前記基板及び前記部材の上に第一のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第一のネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
   （３）前記第一のネガ型感光性樹脂層に第一の露光によって第一の潜像を形成する工程と、
   （４）前記第一の潜像が形成された第一のネガ型感光性樹脂層の上に第二のネガ型感光性ドライフィルムを用いて第二のネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
   （５）前記第二のネガ型感光性樹脂層に第二の露光によって第二の潜像を形成する工程と、
   （６）前記第一の潜像及び前記第二の潜像を現像処理によって除去することにより、前記液体流路及び前記吐出口を形成する工程と、
   を有し、
   前記工程（２）において、前記部材の高さに表面を合わせて前記第一のネガ型感光性樹脂層を形成する
   液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記部材を前記吐出エネルギー発生素子を駆動するための共通配線として機能するように形成する請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記共通配線は金メッキを含んで形成される請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記部材を前記吐出エネルギー発生素子に電力を供給するための端子として機能するように形成する請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記端子は金メッキを含んで形成される請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記工程（２）において、前記第一のネガ型感光性ドライフィルムの未露光時のＴｇ以上の温度で前記第一のネガ型感光性樹脂層を形成する請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記第一のネガ型感光性樹脂層及び前記第二のネガ型感光性樹脂層は真空中で形成される請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記部材は、前記工程（６）において前記第一のネガ型感光性樹脂層を現像処理することで得られる流路壁部材の内部に配置される位置に形成される請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記第一の潜像の少なくとも一部は前記液体流路のパターンに形成され、前記第二の潜像の少なくとも一部は前記吐出口のパターンに形成される請求項１乃至８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
   

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