JP7013274B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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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。
液体吐出ヘッドはインクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられ、流路形成部材と基板とを有する。流路形成部材は基板の上に設けられており、液体の流路や吐出口を形成している。基板には液体供給口が形成されており、液体供給口から流路に供給された液体は、吐出口から吐出されて紙等の記録媒体に着弾する。
特許文献１には、第１及び第２のネガ型の感光性樹脂を用いて基板上に流路形成部材を形成する、液体吐出ヘッドの製造方法が開示されている。この方法では、基板上に第１の感光性樹脂層を形成した後に露光を行い、第１の感光性樹脂層に液体流路のパターンを潜像させる。次いで、その上に第２の感光性樹脂層を積層した後に露光を行い、第２の感光性樹脂層に吐出口のパターンを潜像させる。そして、これらの感光性樹脂層を加熱した後に、一括現像することによって、流路形成部材を得る。この加熱は、露光後ベークもしくはＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）と呼ばれ、この加熱により露光後の潜像パターンを安定させることができる。
本発明者らの検討によれば、上記方法において、第１の感光性樹脂層の未露光部分がＰＥＢ時の加熱により軟化及び流動し、その流動に追従する形で第２の感光性樹脂層が変形することがあった。その結果、流路形成部材の表面（基板とは反対側の面）の平坦性が低下することがあった。
従って、本発明は、流路形成部材の平坦性低下を抑制し、良好な形状の液体吐出ヘッドの製造に資することの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。
本発明の一態様により、
第１の面に液体吐出エネルギー発生素子を備える基板と、液体吐出口を有し前記第１の面との間に液体流路を形成する流路形成部材と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記第１の面に、ネガ型の第１の感光性樹脂層を設ける工程と、
（２）前記第１の感光性樹脂層に、前記液体流路のパターンの潜像を露光により形成する工程と、
（３）前記第１の感光性樹脂層の上に、ネガ型の第２の感光性樹脂層を設ける工程と、
（４）前記第２の感光性樹脂層に、前記液体吐出口のパターンの潜像を露光により形成する工程と、
（５）前記第１及び第２の感光性樹脂層を、前記第１の感光性樹脂層の軟化温度未満の温度で加熱して、前記第２の感光性樹脂層の非潜像部のビッカース硬さを、工程（６）後の前記非潜像部のビッカース硬さの８０％以上にする工程と、
（６）前記第１及び第２の感光性樹脂層を前記第１の感光性樹脂層の軟化温度以上の温度で加熱する工程と、
をこの順に有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法が提供される。
第１の面に液体吐出エネルギー発生素子を備える基板と、液体吐出口を有し前記第１の面との間に液体流路を形成する流路形成部材と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記第１の面に、ネガ型の第１の感光性樹脂層を設ける工程と、
（２）前記第１の感光性樹脂層に、前記液体流路のパターンの潜像を露光により形成する工程と、
（３）前記第１の感光性樹脂層の上に、ネガ型の第２の感光性樹脂層を設ける工程と、
（４）前記第２の感光性樹脂層に、前記液体吐出口のパターンの潜像を露光により形成する工程と、
（５）前記第１及び第２の感光性樹脂層を、前記第１の感光性樹脂層の軟化温度未満の温度で加熱して、前記第２の感光性樹脂層の非潜像部のビッカース硬さを、工程（６）後の前記非潜像部のビッカース硬さの８０％以上にする工程と、
（６）前記第１及び第２の感光性樹脂層を前記第１の感光性樹脂層の軟化温度以上の温度で加熱する工程と、
をこの順に有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法が提供される。
本発明によれば、流路形成部材の平坦性低下を抑制し、良好な形状の液体吐出ヘッドの製造に資することのできる液体吐出ヘッドの製造方法が提供される。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
＜液体吐出ヘッド＞
図１に、本発明によって製造することのできる液体吐出ヘッドの一例を示す。液体吐出ヘッドは、基板１と、流路形成部材２１とを有する。基板１は、例えばシリコンで形成される。以下、基板１の表面（図１における上面）を第１の面２２と呼ぶことがある。基板１の第１の面２２には、液体吐出エネルギー発生素子２が形成されている。液体吐出エネルギー発生素子２の例としては発熱抵抗体や圧電素子が挙げられる。液体吐出エネルギー発生素子２は、第１の面２２と接するように形成されていてもよいし、第１の面２２に対して一部が浮いた状態で形成されていてもよい。また、第１の面２２にはバンプ２３が形成されており、バンプ２３を介して基板外部から供給された電力によって液体吐出エネルギー発生素子２が駆動される。基板１には、第１の面２２からその裏面である第２の面２４まで貫通する液体供給口３が形成されている。液体供給口３は、流路形成部材２１の形成前、形成途中、形成後のどの段階で形成してもよい。流路形成部材２１は、第１の面２２との間に液体流路を形成する。液体供給口３から供給された液体は、駆動された液体吐出エネルギー発生素子２によってエネルギーが与えられ、流路形成部材２１に形成された液体吐出口２５から吐出される。
図１に、本発明によって製造することのできる液体吐出ヘッドの一例を示す。液体吐出ヘッドは、基板１と、流路形成部材２１とを有する。基板１は、例えばシリコンで形成される。以下、基板１の表面（図１における上面）を第１の面２２と呼ぶことがある。基板１の第１の面２２には、液体吐出エネルギー発生素子２が形成されている。液体吐出エネルギー発生素子２の例としては発熱抵抗体や圧電素子が挙げられる。液体吐出エネルギー発生素子２は、第１の面２２と接するように形成されていてもよいし、第１の面２２に対して一部が浮いた状態で形成されていてもよい。また、第１の面２２にはバンプ２３が形成されており、バンプ２３を介して基板外部から供給された電力によって液体吐出エネルギー発生素子２が駆動される。基板１には、第１の面２２からその裏面である第２の面２４まで貫通する液体供給口３が形成されている。液体供給口３は、流路形成部材２１の形成前、形成途中、形成後のどの段階で形成してもよい。流路形成部材２１は、第１の面２２との間に液体流路を形成する。液体供給口３から供給された液体は、駆動された液体吐出エネルギー発生素子２によってエネルギーが与えられ、流路形成部材２１に形成された液体吐出口２５から吐出される。
基板１の第１の面２２と第２の面２４は、平坦であっても凹凸を有していてもよい。例えば、第１の面２２は、その面上に配線を設けることまたは機能層を局所的に配置することに起因して、凹凸を有する場合がある。このとき、凹凸が大きいほど、後の工程で流路形成部材を形成する際に平坦性が低下しやすくなる。本発明はこのような場合に特に有効であり、例えば第一の面が１μｍを超える凹凸を有している場合、本発明の効果がより顕著に得られる。
基板１は、第１の面２２に開口する穴を有していてもよい。穴は、液体供給口３のような貫通口であってもよい。あるいは穴は、第１の面２２に開口するが第二の面２４には開口しない有底穴であってもよい。
＜液体吐出ヘッドの製造方法＞
液体吐出ヘッドの製造方法は、以下の工程をこの順に有する。
（１）基板の第１の面に、ネガ型の第１の感光性樹脂層（以下、「第１樹脂層」と呼ぶことがある）を設ける工程。
（２）第１樹脂層に、液体流路のパターンの潜像を露光により形成する工程。
（３）第１樹脂層の上に、ネガ型の第２の感光性樹脂層（以下、「第２樹脂層」と呼ぶことがある）を設ける工程。
（４）第２樹脂層に、液体吐出口のパターンの潜像を露光により形成する工程。
（５）第１樹脂層及び第２樹脂層を、第１樹脂層の軟化温度（以下、「第１軟化温度」と呼ぶことがある）未満の温度で加熱して、第２樹脂層の非潜像部のビッカース硬さを、工程（６）後の前記非潜像部のビッカース硬さの８０％以上にする工程。なお、以下、第２樹脂層の軟化温度を「第２軟化温度」と呼ぶことがある。
（６）第１樹脂層及び第２樹脂層を第１軟化温度以上の温度で加熱する工程。
液体吐出ヘッドの製造方法は、以下の工程をこの順に有する。
（１）基板の第１の面に、ネガ型の第１の感光性樹脂層（以下、「第１樹脂層」と呼ぶことがある）を設ける工程。
（２）第１樹脂層に、液体流路のパターンの潜像を露光により形成する工程。
（３）第１樹脂層の上に、ネガ型の第２の感光性樹脂層（以下、「第２樹脂層」と呼ぶことがある）を設ける工程。
（４）第２樹脂層に、液体吐出口のパターンの潜像を露光により形成する工程。
（５）第１樹脂層及び第２樹脂層を、第１樹脂層の軟化温度（以下、「第１軟化温度」と呼ぶことがある）未満の温度で加熱して、第２樹脂層の非潜像部のビッカース硬さを、工程（６）後の前記非潜像部のビッカース硬さの８０％以上にする工程。なお、以下、第２樹脂層の軟化温度を「第２軟化温度」と呼ぶことがある。
（６）第１樹脂層及び第２樹脂層を第１軟化温度以上の温度で加熱する工程。
なお、流路形成部材は、液体流路の側壁を構成する流路壁と、液体吐出口が形成された吐出口形成部材と、を含むことができる。吐出口形成部材は、典型的には、液体吐出口が形成された板状である。第１樹脂層を用いて流路壁を形成し、第２樹脂層を用いて吐出口形成部材を形成することができる。
また、第１及び第２軟化温度は、いずれも露光前の樹脂層の軟化温度を意味する。
以下、本発明の一形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。図２は、図１に示す液体吐出ヘッドのＡ－Ａ’断面に対応した断面模式図である。図２では、流路形成部材２１の形成前に液体供給口３（貫通口）を形成し、第１樹脂層６の形成をドライフィルム５の転写により行う場合を示している。
・基板
まず、図２（ａ）に示すように、第１の面２２に液体吐出エネルギー発生素子２を有する基板１を用意する。液体吐出エネルギー発生素子２は、例えばＳｉＮまたはＳｉＯ２で形成される保護膜（不図示）で覆われている。
まず、図２（ａ）に示すように、第１の面２２に液体吐出エネルギー発生素子２を有する基板１を用意する。液体吐出エネルギー発生素子２は、例えばＳｉＮまたはＳｉＯ２で形成される保護膜（不図示）で覆われている。
基板１には、液体供給口３が形成されている。液体供給口３は、基板１の第１の面２２及び第２の面２４に開口する貫通口である。液体供給口３の形成方法としては、レーザー加工、反応性イオンエッチング、サンドブラスト、ウェットエッチングを例示できる。流路形成部材２１の形成途中や形成後に液体供給口３を形成する場合も、前記方法を用いることができる。
・ドライフィルム（第１樹脂層用）
次に、図２（ｂ）に示すように、支持体４で支持されたドライフィルム５を用意する。支持体４としては、樹脂フィルム、ガラス、シリコンを例示できる。支持体４は、後で除去することを考えると、剥離により容易に除去可能な樹脂フィルムが好ましい。樹脂フィルムの材料としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンポリマーを例示できる。
次に、図２（ｂ）に示すように、支持体４で支持されたドライフィルム５を用意する。支持体４としては、樹脂フィルム、ガラス、シリコンを例示できる。支持体４は、後で除去することを考えると、剥離により容易に除去可能な樹脂フィルムが好ましい。樹脂フィルムの材料としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンポリマーを例示できる。
ドライフィルム５は、ネガ型の感光性樹脂を用いて形成する。このような樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂を例示できる。エポキシ樹脂としてはビスフェノールＡ型やクレゾールノボラック型や脂環式のエポキシ樹脂、アクリル樹脂としてはポリメチルメタクリレート、ウレタン樹脂としてはポリウレタンを例示できる。これらの樹脂を溶解する溶媒としては、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、キシレンを例示できる。感光性樹脂には、適宜光酸発生剤を添加することができる。
感光性樹脂の溶液を乾燥すること、例えばこれらを合成した樹脂溶液を乾燥することで、ドライフィルムを得ることができる。得られたドライフィルムは、感光性樹脂の種類や乾燥後に残存している溶媒の比率によって軟化温度が異なる。
軟化温度は、次の方法で求めることができる。縦横１０ｍｍ角（一辺が１０ｍｍの正方形）の開口部を有する基板を用意し、開口部は充填剤を用いて塞いでおく（非開口部の基板と開口部の充填剤とが平面を形成するように）。基板にはＳＵＳ（ステンレス鋼）やＳｉなど熱伝導性の良いものを用いる。基板上に開口部を覆うようにドライフィルムを形成し、その後充填剤を取り除く。このとき、ドライフィルムの厚みは５μｍ～３０μｍとする。この状態で基板とドライフィルムを一定温度で６０秒間加熱し、開口部上と非開口部上のドライフィルム表面の段差を測定する。段差の測定には接触式の段差計や非接触式の光学式測定機などを用いることができる。ここでいう段差は、開口部におけるドライフィルム落ち込みが最も大きい部分と、非開口部におけるドライフィルム落ち込みが無い部分のとの間の、ドライフィルム表面の高さの差」を意味する。測定温度を変化させて同様の測定を行い、段差が形成時のドライフィルム厚みの１％を超える最低温度を、軟化温度とする。なお、この方法は、第１樹脂層用に限らず第２樹脂層用のドライフィルムの軟化温度を求めるために利用できる。またこの方法は、ドライフィルムの軟化温度に限らず、スピンコートやスリットコートなどの塗布法によって形成した感光性樹脂層の軟化温度を求めるために利用できる。
感光性樹脂としてポジ型とネガ型があるが、最終的に非潜像部を流路形成部材として残すことから、基板との密着性や部材自体の硬度をより高くしやすいネガ型感光性樹脂を使用する。
感光性樹脂を、適宜溶媒に溶解して支持体上にスピンコートやスリットコート等で塗布し、乾燥することで支持体上にドライフィルム５を形成することができる。ドライフィルム５の膜厚は特に限定されないが、例えば第１樹脂層の厚さが３μｍ以上、５０μｍ以下となるように決めることができる。
ドライフィルム５を形成する感光性樹脂の軟化温度、したがって第１軟化温度は、５０℃以上であることが好ましい。これにより、ＰＥＢを行う際に、第１樹脂層６が軟化及び流動することによる平坦性低下を抑制することが容易となる。
・第１樹脂層の形成
次に図２（ｃ）に示すように、基板１の第１の面２２に対して、支持体４で支持されたドライフィルム５を転写し、基板１上に流路形成部材２１の一部（例えば流路壁）を形成するための第１樹脂層６を形成する。第１樹脂層６は、基板１の第１の面２２の表面に、平坦性良く形成されていることが好ましい。例えば第１樹脂層６の表面の凹凸が５μｍ以下で形成されるように、転写時の条件（例えば温度及び圧力）を設定することができる。
次に図２（ｃ）に示すように、基板１の第１の面２２に対して、支持体４で支持されたドライフィルム５を転写し、基板１上に流路形成部材２１の一部（例えば流路壁）を形成するための第１樹脂層６を形成する。第１樹脂層６は、基板１の第１の面２２の表面に、平坦性良く形成されていることが好ましい。例えば第１樹脂層６の表面の凹凸が５μｍ以下で形成されるように、転写時の条件（例えば温度及び圧力）を設定することができる。
第１樹脂層６の表面の凹凸は、接触式の段差計や非接触式の光学式測定機を用い、第１樹脂層が形成されている全領域にわたって段差を測定することで得られる（測定された段差のうちの最大値を、凹凸の値として採用する）。基板面に配線や機能層などが設けられている場合など、特定の箇所が顕著な凹凸を有している場合、測定の簡便性のため、代表して該当箇所だけを測定することもできる。
転写時の温度に関して、第１軟化温度よりも高温で転写を行うことで樹脂を軟化させ、基板１の第１の面２２の表面を、第１樹脂層６によって、より良好に（平坦性良く）被覆できる。
なお、第１の面２２上への第１樹脂層６の形成は、ドライフィルム転写法に替えて、スピンコートやスリットコートなどの塗布法で行うこともできる。これらの方法を用いる場合でも、前記と同様に、第１軟化温度は５０℃以上であることが好ましい。また第１樹脂層６は、基板１の第１の面２２の表面に、平坦性良く形成されていることが好ましい。平坦性良く形成するために、感光性樹脂に溶媒を加えた樹脂溶液の粘度を高くすることができる。粘度が高いと、塗布された樹脂溶液が基板面の凹凸に追従しにくく、その結果、塗布膜の平坦性をより良くすることができる。
スピンコートやスリットコートにより第１の面２２上に第１樹脂層６を形成する場合も、液体供給口３は第１樹脂層６の形成前、形成途中、形成後のどの段階でも形成することができる。ただし第１樹脂層６の形成前に液体供給口３を形成する場合、液体供給口３内に樹脂が入り込むことを防止するため、液体供給口の開口の封止や液体供給口内部の穴埋め等の方法を実施することが好ましい。
・第１樹脂層の露光
次に図２（ｄ）に示すように、第１樹脂層６に、液体流路のパターン７の潜像を露光により形成する。第１樹脂層６の非潜像部によって、流路形成部材２１の流路壁を形成することができる。第１樹脂層６がネガ型感光性樹脂層なので、パターン７は非露光部である。
次に図２（ｄ）に示すように、第１樹脂層６に、液体流路のパターン７の潜像を露光により形成する。第１樹脂層６の非潜像部によって、流路形成部材２１の流路壁を形成することができる。第１樹脂層６がネガ型感光性樹脂層なので、パターン７は非露光部である。
・第２樹脂層の形成
次に図２（ｅ）に示すように、流路形成部材２１の一部（例えば吐出口形成部材）を形成するために、第１樹脂層６の上に第２樹脂層８を形成する。第２樹脂層８の形成方法としてスピンコート、スリットコート、あるいはドライフィルム転写法を例示できる。これらの方法のうち、第２樹脂層８の表面平坦性の観点から、エッジビードを回避できるドライフィルム転写法を用いることが好ましい。第２樹脂層に用いる感光性樹脂としては、第１樹脂層と同様の理由からネガ型感光性樹脂を使用する。
次に図２（ｅ）に示すように、流路形成部材２１の一部（例えば吐出口形成部材）を形成するために、第１樹脂層６の上に第２樹脂層８を形成する。第２樹脂層８の形成方法としてスピンコート、スリットコート、あるいはドライフィルム転写法を例示できる。これらの方法のうち、第２樹脂層８の表面平坦性の観点から、エッジビードを回避できるドライフィルム転写法を用いることが好ましい。第２樹脂層に用いる感光性樹脂としては、第１樹脂層と同様の理由からネガ型感光性樹脂を使用する。
ドライフィルム転写法の場合、下層である第１樹脂層６の表面を良好に被覆するため、この転写時の温度は第２軟化温度よりも高温に設定することが好ましい。これにより、第２樹脂層８を軟化させながら転写することができる。また、第１樹脂層６の軟化及び流動の防止の観点から、この転写時の温度は第１軟化温度よりも低いことが好ましい。すなわち、この転写時の温度は第２軟化温度よりも高温且つ、第１軟化温度よりも低温に設定することが好ましい。こうすることで、第１樹脂層６の平坦性を維持しつつ、第１樹脂層６上に第２樹脂層８を良好に被覆させることが容易にできる。なお、この場合、第２軟化温度が、第１軟化温度よりも低いことになる。
吐出性能の観点から第２樹脂層８は平坦性良く形成されていることが好ましく、例えば転写された第２樹脂層８の表面の凹凸が５μｍ以下となるように、この転写時の条件（例えば温度及び圧力）を設定することができる。第２樹脂層８の表面の凹凸は、第１樹脂層の場合と同様にして測定することができる。
第２樹脂層８の膜厚は特に限定されないが、例えば３μｍ以上、５０μｍ以下とすることができる。
なお、特には前述のように第２樹脂層８をドライフィルム転写法で形成する場合、温度の制御性の観点から、第１軟化温度と第２軟化温度の温度差が１０℃以上あることが好ましい。また、第２軟化温度が、第１軟化温度よりも低いことが好ましい。したがって、第１軟化温度に対して、第２軟化温度が１０℃以上低いことが好ましい。例えば、第１軟化温度が５０℃以上の第１樹脂層と、第２軟化温度が４０℃以下である第２樹脂層を用いることができる。
・第２樹脂層の露光
次に図２（ｆ）に示すように、第２樹脂層８に、液体吐出口のパターン９の潜像を露光により形成する。第２樹脂層８の非潜像部によって、流路形成部材２１の吐出口形成部材を形成することができる。第２樹脂層８がネガ型感光性樹脂層であれば、パターン９は非露光部である。
次に図２（ｆ）に示すように、第２樹脂層８に、液体吐出口のパターン９の潜像を露光により形成する。第２樹脂層８の非潜像部によって、流路形成部材２１の吐出口形成部材を形成することができる。第２樹脂層８がネガ型感光性樹脂層であれば、パターン９は非露光部である。
・露光後ベーク
次に第１樹脂層６及び第２樹脂層８に対して加熱すなわちＰＥＢを行う。ＰＥＢは、感光性樹脂を露光した際に起きる酸発生反応を加速させ、微細なパターンを良好に形成するために有効である。このＰＥＢにより、流路形成部材２１を構成するための第１樹脂層６及び第２樹脂層８の露光部のパターンが安定する。
次に第１樹脂層６及び第２樹脂層８に対して加熱すなわちＰＥＢを行う。ＰＥＢは、感光性樹脂を露光した際に起きる酸発生反応を加速させ、微細なパターンを良好に形成するために有効である。このＰＥＢにより、流路形成部材２１を構成するための第１樹脂層６及び第２樹脂層８の露光部のパターンが安定する。
第１及び第２樹脂層にネガ型の感光性樹脂を用いた場合、露光後にＰＥＢを行うことで酸を触媒にした架橋反応が起こり、現像時に溶解しないネガ型パターンが得られる。このネガ型パターンは、ＰＥＢによる架橋反応が進むほどパターンが安定するとともにその硬度が上がる。ＰＥＢによる架橋反応を完了させ、最終到達硬度にするために必要な温度及び時間は感光性樹脂によって異なるが、必要温度が感光性樹脂の軟化温度よりも高温であった場合、未露光部の感光性樹脂が軟化し、その形状が変化する懸念がある。流路形成部材２１は、第１樹脂層６由来の部分と第２樹脂層８由来の部分により構成される。これらの層は液体流路を形成するために互いに異なる露光領域を持っている。第１樹脂層６は、基板１の第１の面２２と直接接触している。そのため、ＰＥＢ時に用いる温度が第１軟化温度よりも高温の場合、第１樹脂層６の未露光部が軟化して流動すること、特には凹凸部や貫通口内に流動することがある。第１樹脂層６の未露光部上に積層された第２樹脂層８には露光部と未露光部が存在し、ＰＥＢの間に架橋反応によって露光部の硬化が進行する。しかし、この硬化が十分進んでいない段階で、第１樹脂層６の未露光部が流動した場合、それに追従して第２樹脂層８が変形する懸念がある。
第２樹脂層８が軟化しても、その下に位置する第１樹脂層６が軟化及び流動しなければ、第２樹脂層８は変形を起こさない。また第１樹脂層６が軟化及び流動しても、第２樹脂層８自身の硬度が十分高ければ、第２樹脂層８は変形しない。そのため、第１軟化温度未満での加熱により第２樹脂層８が十分な硬度になっていれば、その後は、第２樹脂層８の変形を起こすことなく第２樹脂層８が最終到達硬度になるまで加熱を行うことができる。したがって、第１軟化温度未満の温度領域でＰＥＢを行って第２樹脂層８の硬化を進め（工程（５））、その後、第１軟化温度以上の温度領域でＰＥＢを行う（工程（６））ことが有効である。以下、ＰＥＢを行う際の、第１軟化温度未満の温度領域を「ＳＴＥＰ１温度領域」と呼び、第１軟化温度以上の温度領域を「ＳＴＥＰ２温度領域」と呼ぶことがある。なお、工程（５）において、第２樹脂層８は軟化してもよいし、軟化しなくてもよい。
図３にＰＥＢにおける昇温方法の例を概念的に示す。図３の横軸はＰＥＢ時間、縦軸はＰＥＢ温度である。図３に示した「高勾配昇温」の例では、第１軟化温度より高い温度（最終温度）まで高温度勾配で昇温（昇温速度は一定）し、その後、温度を当該温度に保つ。この場合、ＳＴＥＰ１温度領域での加熱時間が短いため、第２樹脂層８は、その硬化進行が不十分なままＳＴＥＰ２温度領域での加熱を経験する。したがって、第２樹脂層８の変形が起きる懸念がある。それに対し、「低勾配昇温」の例では当該温度まで加熱する際の昇温が遅く、第２樹脂層８はＳＴＥＰ１温度領域での加熱を長時間経験する。そのため、第２樹脂層８は、その硬度が十分高まってからＳＴＥＰ２温度領域での加熱を経験する。したがって、第２樹脂層８の変形を抑制することが容易である。
好ましくは、図３の「単段階昇温」の例に示すように、高温度勾配で昇温を行い、次いでＳＴＥＰ１温度領域内における高温域で昇温を止めて一定温度にする（昇温を止める替わりに低温度勾配の昇温を行ってもよい）。次いで再び高温度勾配で昇温を行い、最終温度に到達した後に温度を一定に保つ。この例では、低勾配昇温の例に比べて、早期にＳＴＥＰ１温度領域内における高温域で加熱することができるので、ＰＥＢにかかる時間を短縮することができる。ここでいうＳＴＥＰ１温度領域内における高温域は、第１軟化温度から－１０℃以内の範囲であることが好ましい。また、図３の「多段階昇温」の例に示すように、ＳＴＥＰ１温度領域内で、必要に応じて、高温度勾配から温度一定（もしくは低温度勾配）にして高温度勾配に戻す操作を複数回行ってもよい。
ＳＴＥＰ１温度領域でのＰＥＢ（工程（５））において、第２樹脂層８の非潜像部の硬度が最終到達硬度（工程（６）の後の当該非潜像部の硬度）の８０％以上になるよう加熱を行う。こうすることで、ＳＴＥＰ２温度領域における加熱（工程（６））時に第１樹脂層６が軟化したとしても、第２樹脂層８の変形を良好に抑制することができる。第２樹脂層８の最終到達硬度に対する工程（５）の後の硬度の比は、１００％未満とすることができ、さらには９０％以下とすることができる。
なお、硬度としては、インデンター等を用いて測定したビッカース硬さを用いる。ＪＩＳＺ２２４４に示されるように、正四角すいのダイヤモンド圧子を、測定物（第２樹脂層の非潜像部）の表面に押し込み、その試験力（Ｆ）を解除した後、表面に残ったくぼみの対角線長さを測定し、硬度を求める。試験温度は２３℃±５℃とする。当該硬度が第１樹脂層の硬度の影響を受ける可能性がある場合、測定箇所は第１樹脂層の非潜像部の上で且つ第２樹脂層の非潜像部とする。
ＳＴＥＰ１温度領域でのＰＥＢを実施した後、第１樹脂層６及び第２樹脂層８を最終到達硬度まで硬化させるため、ＳＴＥＰ２温度領域でのＰＥＢを実施する（工程（６））。このとき、前段階すなわち工程（５）で第２樹脂層８の露光部の硬化が既に進行している。そのため、工程（６）では、第１樹脂層６の未露光部が軟化及び流動したとしても第２樹脂層８の変形を抑制しつつ、最終到達硬度まで硬化させるために必要な温度及び時間で加熱を行うことができる。ＳＴＥＰ２温度領域でのＰＥＢにおいても、温度勾配の切り替えを複数回行ってもよい。
ＰＥＢに用いる加熱方法の例として、基板の第２の面２４をホットプレートに接触させる方法や、第１樹脂層及び第２樹脂層が形成された基板をオーブンに投入する方法が挙げられる。ほかにも第１樹脂層及び第２樹脂層が形成された基板を、第２樹脂層の側から、特にはハロゲンランプ等の非接触式の熱源を用いて、加熱する方法が挙げられる。流路形成部材２１の平坦性を維持する観点から、第２樹脂層の側から基板を加熱する方法が好ましい。第２樹脂層側から加熱を行うことで、最表面の層である第２樹脂層８が、その下層である第１樹脂層６よりも先に加熱される。これにより第２樹脂層８の露光部の硬化が第１樹脂層６の未露光部の軟化及び流動よりも先に進行し、流路形成部材２１の平坦性がより良好に維持される。
・現像
次に図２（ｈ）に示すように、液体流路のパターン７及び液体吐出口のパターン９を現像する。これにより、液体流路１０及び液体吐出口２５を有する流路形成部材２１を形成し、液体吐出ヘッドを得ることができる。このとき、必要に応じて基板をダイシングソー等によって切断分離して個々の液体吐出ヘッドにチップ化する。また、適宜、液体吐出エネルギー発生素子を駆動させる電気配線を行い、液体供給用のチップタンク部材を接合する。
次に図２（ｈ）に示すように、液体流路のパターン７及び液体吐出口のパターン９を現像する。これにより、液体流路１０及び液体吐出口２５を有する流路形成部材２１を形成し、液体吐出ヘッドを得ることができる。このとき、必要に応じて基板をダイシングソー等によって切断分離して個々の液体吐出ヘッドにチップ化する。また、適宜、液体吐出エネルギー発生素子を駆動させる電気配線を行い、液体供給用のチップタンク部材を接合する。
上記液体吐出ヘッドの製造方法においては、流路形成部材の平坦性低下を防ぎつつ、ＰＥＢ時の最高温度を、第１軟化温度以上かつ第２軟化温度以上とすることができる。
以下、図２及び図４を参照しつつ本発明をより具体的に説明する。図４は、図１の液体吐出ヘッドのＡ－Ａ’断面に対応した断面模式図である。
＜実施例１＞
まず、図２（ａ）に示すように、第１の面２２側にＴａＳｉＮからなる液体吐出エネルギー発生素子２を有する基板１を用意した。基板１としてはシリコンの（１００）基板を用いた。基板１はＳｉＮで形成された保護膜（不図示）を有していた。基板１には、液体供給口３が形成されていた。液体供給口３は基板１の第１の面２２及び第２の面２４に開口する貫通口であった。液体供給口３は、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）方式にてボッシュプロセスで形成した。
まず、図２（ａ）に示すように、第１の面２２側にＴａＳｉＮからなる液体吐出エネルギー発生素子２を有する基板１を用意した。基板１としてはシリコンの（１００）基板を用いた。基板１はＳｉＮで形成された保護膜（不図示）を有していた。基板１には、液体供給口３が形成されていた。液体供給口３は基板１の第１の面２２及び第２の面２４に開口する貫通口であった。液体供給口３は、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）方式にてボッシュプロセスで形成した。
次に、図２（ｂ）に示すように、支持体４に支持されたドライフィルム５を用意した。支持体４には厚み１００μｍのＰＥＴフィルムを用い、そのドライフィルム形成面には離型処理を施した。ドライフィルム５形成用の塗液として、エポキシ樹脂（ＤＩＣ（株）製、商品名；ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ－６９５）及び光酸発生剤（サンアプロ（株）製、商品名；ＣＰＩ－２１０Ｓ）をＰＧＭＥＡに溶解させた溶液を用意した。この塗液を、支持体４のドライフィルム形成面上に塗布し、オーブンによって９０℃で乾燥させることでドライフィルム５を形成した。ドライフィルム５の軟化温度（したがって第１樹脂層６の軟化温度）は５５℃であった。
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１の第１の面２２に対して、支持体４で支持されたドライフィルム５を６０℃の温度条件で貼り合わせた。その後、支持体４を剥離して除去した。このようにして、ドライフィルムを支持体から基板に転写することにより、流路形成部材２１の一部（流路壁）となる第１樹脂層６（ネガ型感光性樹脂層）を形成した。転写はロール式ラミネーターにて行った。転写後の第１樹脂層６の厚みは１５．０μｍであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ２．０μｍであった。
次に、図２（ｄ）に示すように、露光装置を用い、露光波長３６５ｎｍの光を１０００Ｊ／ｍ２の露光量で用いて第１樹脂層６に露光を行い、液体流路のパターン７を形成した。
次に、図２（ｅ）に示すように、流路形成部材２１の一部（吐出口形成部材）を形成するための第２樹脂層８を形成した。第２樹脂層８形成用の塗液として、エポキシ樹脂（三菱ケミカル（株）製、商品名；１５７Ｓ７０）と光酸発生剤（サンアプロ（株）製、商品名；ＬＷ－Ｓ１）をＰＧＭＥＡに溶解させた溶液を用意した。
この塗液を、第１樹脂層６の上にスピンコーターで塗布し、３００ｒｐｍで３０分間回転乾燥させることで（温度は室温）、第２樹脂層８（ネガ型感光性樹脂層）を形成した。第２樹脂層８の厚みは５．０μｍであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ２．０μｍであった。第２樹脂層８の軟化温度は４０℃であった。
次に、図２（ｆ）に示すように、露光装置を用い、露光波長３６５ｎｍの光を１００００Ｊ／ｍ２の露光量で用いて第２樹脂層８に露光を行い、液体吐出口のパターン９を形成した。
次に、基板の第２の面２４をホットプレートに接触させ、５０℃で５分（工程（５））、続けて９０℃で５分（工程（６））のＰＥＢを行った。基板の熱伝導性が高いため、昇温時間（室温から５０℃までの昇温時間及び５０℃から９０℃までの昇温時間）は無視できるほど短時間であった。
このとき５０℃で５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の流路形成部材２１になる部分（非潜像部）の硬度を測定したところ、４１．５ＨＶ１であった。なお、硬度は、試験力９．８Ｎで測定したビッカース硬さである。また、９０℃５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、５０．５ＨＶ１であり、表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ３．０μｍであった。全ての例において、第２樹脂層８の非潜像部（露光部）のうち、第１樹脂層６の非潜像部（露光部）の上に位置する部分の硬度を測定した。
次に、図２（ｇ）に示すように、ＰＧＭＥＡに浸すことで、液体流路のパターン７及び液体吐出口のパターン９の現像を行い、液体流路１０及び液体吐出口２５を形成し、流路形成部材２１を得た。
最後に、完成した液体吐出ヘッドの流路形成部材２１の表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ３．０μｍであった。
＜実施例２＞
ＰＥＢ条件を変更した以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッドを製造し、各種測定を行った。
ＰＥＢ条件を変更した以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッドを製造し、各種測定を行った。
ＰＥＢにおいては、基板の第２の面２４をホットプレートに接触させ、４０℃で５分、５０℃で５分、８０℃で５分、９０℃で５分と続けてＰＥＢを行った。このとき５０℃で５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、４５．０ＨＶ１であった。また、９０℃で５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、５０．５ＨＶ１であり、表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ２．５μｍであった。
完成した液体吐出ヘッドの流路形成部材２１の表面の凹凸は２．５μｍであった。
＜実施例３＞
実施例１と同様にして、基板１を用意した（図４（ａ））。また、実施例１と同様にドライフィルム５形成用の塗液を用意し、この塗液を支持体４のドライフィルム形成面上に塗布し、オーブンによって１２０℃で乾燥させることでドライフィルム５を形成した（図４（ｂ））。ドライフィルム５の軟化温度は６５℃であった。
実施例１と同様にして、基板１を用意した（図４（ａ））。また、実施例１と同様にドライフィルム５形成用の塗液を用意し、この塗液を支持体４のドライフィルム形成面上に塗布し、オーブンによって１２０℃で乾燥させることでドライフィルム５を形成した（図４（ｂ））。ドライフィルム５の軟化温度は６５℃であった。
次に、転写温度を７０℃としたこと以外は実施例１と同様にして、ドライフィルムを支持体から基板に転写した（図４（ｃ））。転写後の第１樹脂層６の厚みは１５．０μｍであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ２．５μｍであった。
次に、実施例１と同様にして第１樹脂層６に露光を行い、液体流路のパターン７を形成した（図４（ｄ））。
次に、図４（ｅ）に示すように、支持体１１に支持されたドライフィルム１２を用意した。支持体１１には厚み１００μｍのＰＥＴフィルムを用い、ドライフィルム形成面には離型処理を施した。ドライフィルム１２形成用の塗液として、エポキシ樹脂（三菱ケミカル（株）製、商品名；１５７Ｓ７０）と光酸発生剤（サンアプロ（株）製、商品名；ＬＷ－Ｓ１）をＰＧＭＥＡに溶解させた溶液を用意した。この塗液を、支持体１１のドライフィルム形成面上に塗布し、オーブンによって７０℃で乾燥させることでドライフィルム１２を形成した。ドライフィルム１２の軟化温度（したがって第２樹脂層８の軟化温度）は３８℃であった。
次に、図４（ｆ）に示すように、第１樹脂層６に対して、支持体１１で支持されたドライフィルム１２を５５℃の温度条件で貼り合わせた。その後、支持体１１を剥離して除去した。このようにして、ドライフィルムを支持体から基板に転写することによ、流路形成部材２１の一部（吐出口形成部材）を形成するための第２樹脂層８（ネガ型感光性樹脂層）を形成した。転写は、ロール式ラミネーターにて行った。転写後の第２樹脂層８の厚みは５．０μｍであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ１．０μｍであった。
次に、実施例１と同様にして第２樹脂層８に露光を行い、液体吐出口のパターン９を形成した（図４（ｇ））。
次に、実施例１と同様にして、ＰＥＢを行った。このとき５０℃で５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の流路形成部材２１になる部分（非潜像部）の硬度を測定したところ、４３．０ＨＶ１であった。また、９０℃５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、５０．５ＨＶ１であり、表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ２．０μｍであった。
次に、実施例１と同様にして現像を行った（図４（ｈ））。最後に、完成した液体吐出ヘッドの流路形成部材２１の表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ２．０μｍであった。
＜実施例４＞
ＰＥＢ条件を変更した以外は実施例３と同様にして、液体吐出ヘッドを製造し、各種測定を行った。
ＰＥＢ条件を変更した以外は実施例３と同様にして、液体吐出ヘッドを製造し、各種測定を行った。
ＰＥＢにおいては、第１樹脂層６及び第２樹脂層８が形成された基板１を、第２樹脂層８側から、ハロゲンランプを用いて加熱することにより、５０℃で５分、続けて９０℃で５分のＰＥＢを行った。このとき５０℃５で分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、４１．５ＨＶ１であった。また、９０℃で５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、５０．５ＨＶ１であり、表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ１．５μｍであった。
完成した液体吐出ヘッドの流路形成部材２１の表面の凹凸は１．５μｍであった。
＜比較例１＞
実施例１と同様にして、基板１を用意した（図２（ａ））。また、実施例１と同様にして、ドライフィルム５を用意した（図２（ｂ））。ただし、ドライフィルム５の軟化温度は６０℃とした。
実施例１と同様にして、基板１を用意した（図２（ａ））。また、実施例１と同様にして、ドライフィルム５を用意した（図２（ｂ））。ただし、ドライフィルム５の軟化温度は６０℃とした。
次に、転写温度を６５℃としたこと以外は実施例１と同様にして、ドライフィルムを支持体から基板に転写した（図２（ｃ））。転写後の第１樹脂層６の厚みは１５．０μｍであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ２．３μｍであった。
次に、実施例１と同様にして第１樹脂層６に露光を行い、液体流路のパターン７を形成した（図２（ｄ））。次に、実施例１と同様にして第２樹脂層８を形成した（図２（ｅ））。第２樹脂層８の厚みは５．０μｍであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ４．０μｍであった。
次に、実施例１と同様にして第２樹脂層８に露光を行い、液体吐出口のパターン９を形成した（図２（ｆ））。次に、基板の第２の面２４をホットプレートに接触させ、９０℃で５分のＰＥＢを行った。このＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、５０．５ＨＶ１であり、表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ１５．５μｍであった。
次に、実施例１と同様にして、現像を行った。最後に、完成した液体吐出ヘッドの流路形成部材２１の表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ１５．５μｍであった。このとき、図５に模式的に示すように、第２樹脂層８の非潜像部のうち、液体流路パターン７（第１樹脂層６の潜像部）の上に位置していた部分が、落ち込んでいた。
＜比較例２＞
ＰＥＢ条件を変更した以外は比較例１と同様にして、液体吐出ヘッドを製造し、各種測定を行った。
ＰＥＢ条件を変更した以外は比較例１と同様にして、液体吐出ヘッドを製造し、各種測定を行った。
ＰＥＢにおいては、基板の第２の面２４をホットプレートに接触させ、７０℃で５分、続けて９０℃で５分のＰＥＢを行った。このとき７０℃で５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、４７．５ＨＶ１であった。また、９０℃で５分のＰＥＢの後、第２樹脂層８の非潜像部の硬度を測定したところ、５０．５ＨＶ１であり、表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ１２．５μｍであった。
完成した液体吐出ヘッドの表面の凹凸を白色干渉計にて測定したところ１２．５μｍであった。本例においても、比較例１と同様、第２樹脂層８の非潜像部のうち、液体流路パターン７の上に位置していた部分が、落ち込んでいた。
表１に各例の条件と測定結果をまとめた。
１：基板
２：液体吐出エネルギー発生素子
３：液体供給口
６：第１の感光性樹脂層
７：液体流路のパターン
８：第２の感光性樹脂層
９：液体吐出口のパターン
１０：液体流路
２２：第１の面
２４：第２の面
２５：液体吐出口
２：液体吐出エネルギー発生素子
３：液体供給口
６：第１の感光性樹脂層
７：液体流路のパターン
８：第２の感光性樹脂層
９：液体吐出口のパターン
１０：液体流路
２２：第１の面
２４：第２の面
２５：液体吐出口
Claims (9)
- 第１の面に液体吐出エネルギー発生素子を備える基板と、液体吐出口を有し前記第１の面との間に液体流路を形成する流路形成部材と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記第１の面に、ネガ型の第１の感光性樹脂層を設ける工程と、
（２）前記第１の感光性樹脂層に、前記液体流路のパターンの潜像を露光により形成する工程と、
（３）前記第１の感光性樹脂層の上に、ネガ型の第２の感光性樹脂層を設ける工程と、
（４）前記第２の感光性樹脂層に、前記液体吐出口のパターンの潜像を露光により形成する工程と、
（５）前記第１及び第２の感光性樹脂層を、前記第１の感光性樹脂層の軟化温度未満の温度で加熱して、前記第２の感光性樹脂層の非潜像部のビッカース硬さを、工程（６）後の前記非潜像部のビッカース硬さの８０％以上にする工程と、
（６）前記第１及び第２の感光性樹脂層を前記第１の感光性樹脂層の軟化温度以上の温度で加熱する工程と、
をこの順に有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記工程（５）及び（６）において、前記第１及び第２の感光性樹脂層が設けられた基板を、前記第２の感光性樹脂層の側から加熱する、
請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第１の感光性樹脂層の軟化温度が５０℃以上である、
請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記工程（３）において、支持体で支持されたドライフィルムを前記第１の感光性樹脂層の上に転写することにより、前記第２の感光性樹脂層を設ける、
請求項１～３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第１の感光性樹脂層の軟化温度より低い温度で、前記転写を行う、
請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第１の感光性樹脂層の軟化温度に対して、前記第２の感光性樹脂層の軟化温度が１０℃以上低い、
請求項１～５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第２の感光性樹脂層の軟化温度が４０℃以下である、
請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記工程（５）よりも前の段階で、前記基板が、前記第１の面に開口する穴を有する、
請求項１～７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記工程（６）より後に、前記液体流路のパターンの潜像及び液体吐出口のパターンの潜像を現像する工程を有する
請求項１～８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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