KR20140077920A - 액체 토출 헤드의 제조 방법 - Google Patents

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마사후미 모리스에
데츠시 이시카와
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Abstract

본 발명에 따른 액체 토출 헤드의 제조 방법은, 제1 층을 포함하는 기판을 준비하는 단계와, 제1 층으로부터 유로를 형성하는 유로 몰드 그리고 몰드와 부재 사이에 간극을 보유한 상태로 몰드 외부측에 위치되는 부재를 형성하는 단계와, 제2 층이 간극을 충전하고 몰드 그리고 몰드와 부재 사이에 간극을 보유한 상태로 몰드 외부측에 위치된 부재를 덮도록 제2 층을 제공하는 단계와, 제2 층으로부터 토출구를 형성하는 토출구 형성 부재를 형성하는 단계와, 몰드와 부재 사이에 간극을 보유한 상태로 몰드 외부측에 위치된 부재를 제거하는 단계와, 토출구 형성 부재와 벽 부재 사이에 적어도 부분적인 간극을 보유한 상태로 토출구 형성 부재 외부측에 위치되는 벽 부재를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

액체 토출 헤드의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF LIQUID EJECTION HEAD}
본 발명은 액체를 토출하는 액체 토출 헤드의 제조 방법에 관한 것이다.
액체를 토출하는 액체 토출 헤드의 전형적인 예로서, 기록 매체에 잉크를 토출하여 기록을 수행하는 잉크제트 기록 방법에 적용되는 잉크제트 기록 헤드가 있다. 잉크제트 기록 헤드는 일반적으로 잉크 유로, 유로의 일부에 제공되는 에너지 발생 요소 그리고 에너지 발생 요소에 의해 발생되는 에너지에 의해 잉크를 토출하는 토출구를 포함한다.
액체 토출 헤드를 제조하는 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 방법에서, 에너지 발생 요소를 포함하는 기판 상에, 유로의 몰드(mold)가 감광성 재료를 사용하여 형성되고, 주변 몰드 부재가 유로의 패턴 주위에 형성된다. 다음에, 커버링 층이 이들 상에 코팅되고, 토출구로 될 개구가 에너지 발생 요소와 대면하는 커버링 층 내의 위치에 형성된다. 그 다음에, 유로의 몰드가 유로로 될 공간을 형성하도록 제거되고, 그에 의해 액체 토출 헤드가 제조된다. 특허문헌 1의 방법에 따르면, 주변 몰드 부재는 유로의 몰드의 코너에서의 커버링 층의 코팅성을 개선하는 것이 가능하도록 제공된다.
유로의 몰드와 동일한 방식으로, 주변 몰드 부재가 일반적으로 헤드 제조 공정 중의 열 공차 그리고 헤드가 사용 중인 동안의 잉크 공차를 고려함으로써 토출구와 동일한 방식으로 형성되는 개구로부터 제거된다. 개구로부터 주변 몰드 부재를 제거함으로써 형성된 공간(제거된 부분) 내에, 에너지 발생 요소를 구동시키는 전기 회로 유닛이 배치될 수 있다. 그러므로, 배선 등이 잉크에 의해 부식되는 것을 방지하도록 보호 부재가 전기 회로 유닛을 보호할 것이 요구된다.
반면에, 헤드가 사용될 때에, 잉크 미스트 등이 일어나고, 잉크는 토출구가 개방되는 토출구 표면(헤드 표면)에 부착될 수 있다. 부착된 잉크는 일반적으로 기록 장치 내에 설치되는 와이핑 블레이드(wiping blade) 등의 와이핑 기구에 의해 와이핑된다. 이 때에, 토출구 표면 상에 발액(liquid-repellent) 성질이 상이한 부분 또는 오목 부분이 없으면, 와이핑된 잉크를 저장할 장소가 없고, 그에 의해 부착된 잉크가 토출구 주위의 영역으로부터 제거되지 않을 수 있다. 주변 몰드 부재가 제거되는 제거된 부분은 토출구 표면으로부터의 와이핑된 잉크를 임시로 수집하는 기능을 갖는다. 제거된 부분 내에 수집된 잉크는 기록 장치에 의한 흡인 회복 작업에 의해 회수된다.
근년에 들어, 기록 장치는 더 높은 화상 품질 및 더 높은 기록 속도를 구현할 것이 요구되고, 그에 의해 토출구 그리고 토출구에 연결되는 유로가 고밀도로 배열되고 토출된 액적의 체적이 더욱 균일해질 것이 요구된다. 그러므로, 에너지 발생 요소와 토출구 사이의 거리가 더욱 균일해지도록 토출구가 개방되는 토출구 표면의 평탄화가 요구된다.
특허문헌 1의 방법을 사용함으로써 토출구 표면을 평탄화할 때에, 주변 몰드 부재가 확대되고 기판 표면과 평행한 주변 몰드 부재의 표면의 면적이 확대되는 것으로 생각된다.
그러나, 주변 몰드 부재가 확대되고 기판 표면과 평행한 주변 몰드 부재의 표면의 면적이 확대될 때에, 전기 회로 유닛의 노출 면적이 확대되고, 예컨대, 전기 회로 유닛이 커버링 층 등에 의해 덮이더라도, 전기 회로 유닛이 잉크로부터 충분히 보호되지 않을 수 있다. 나아가, 와이핑 블레이드 또는 재밍된 용지가 전기 회로 유닛과 직접적으로 접촉될 수 있고, 액체 토출 헤드의 신뢰성이 악화될 수 있다. 반면에, 전기 회로 유닛이 커버링 층에 의해 과도하게 덮이면, 와이핑된 잉크를 저장할 장소가 없다.
일본 특허 공개 제9-1809호
그러므로, 본 발명은 토출구 표면의 균일성 그리고 기판 상의 전기 회로의 보호의 양쪽 모두를 성취하는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 제공한다.
위에서 설명된 문제점은 아래에서 설명되는 본 발명에 의해 해결된다. 구체적으로, 본 발명은 액체를 토출하는 토출구에 연결되는 유로를 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법이다. 제조 방법은, 제1 층을 포함하는 기판을 준비하는 단계와, 제1 층으로부터 유로를 형성하는 유로 몰드 그리고 몰드와 부재 사이에 간극을 보유한 상태로 몰드 외부측에 위치되는 부재를 형성하는 단계와, 간극이 제2 층으로써 충전되고 제2 층이 몰드 그리고 몰드와 부재 사이에 간극을 보유한 상태로 몰드 외부측에 위치된 부재를 덮도록 제2 층을 제공하는 단계와, 제2 층으로부터 토출구를 형성하는 토출구 형성 부재를 형성하는 단계와, 몰드와 부재 사이에 간극을 보유한 상태로 몰드 외부측에 위치된 부재를 제거하는 단계와, 이러한 순서로 토출구 형성 부재와 벽 부재 사이에 적어도 부분적인 간극을 보유한 상태로 토출구 형성 부재 외부측에 위치되는 벽 부재를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 토출구 표면의 균일성 그리고 기판 상의 전기 회로의 보호의 양쪽 모두를 성취하는 액체 토출 헤드를 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의해 제조되는 액체 토출 헤드의 예를 도시하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2c는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2d는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2e는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2f는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2g는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2h는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2i는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 2j는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 3c는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 3d는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 설명하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 예를 설명하는 도면이다.
도 5a는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 5b는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 5c는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 5d는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 5e는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 5f는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
이후에서, 본 발명이 도면을 참조하여 설명될 것이다.
액체 토출 헤드는 프린터, 복사기, 통신 시스템을 갖는 팩시밀리, 프린터 유닛을 갖는 워드 프로세서 등의 장치 그리고 다양한 처리 장치와 복합적으로 조합되는 산업용 기록 장치 내에 장착될 수 있다. 예컨대, 액체 토출 헤드는 바이오칩을 생성하는 데, 전자 회로를 인쇄하는 데 그리고 미스트 형태로 약품을 토출하는 데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의해 제조되는 액체 토출 헤드의 예를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시된 액체 토출 헤드는 잉크 등의 액체를 토출하는 데 사용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 요소(2)가 소정의 피치로 형성되는 기판(1)을 포함한다. 액체를 공급하는 공급 포트(3)가 기판(1) 상의 에너지 발생 요소(2)의 2개의 열 사이에 제공된다. 기판(1) 상에, 에너지 발생 요소(2) 위에서 개방되는 토출구(5) 그리고 공급 포트(3)로부터 토출구(3) 중 하나에 각각 연결되는 액체 유로(6)가 형성된다. 유로(6)는 토출구 형성 부재 그리고 토출구 형성 부재와 벽 부재(4) 사이에 간극을 보유한 상태로 토출구 형성 부재 주위에 위치되는 벽 부재(4)에 의해 덮인다.
제1 실시예
본 발명의 액체 토출 헤드의 제조 방법의 제1 실시예가 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 도 2a 내지 2e는 기판(1)에 직각인 방향으로 도 1의 A-A 선을 따라 취해지는 각각의 공정에서의 단면을 도시하는 도면이다. 아래의 설명에서, 1개의 액체 토출 헤드(1개의 칩)가 도시 및 설명되어 있지만, 6 내지 12 인치의 웨이퍼가 기판(1)으로서 사용될 수 있고, 그에 의해 복수개의 액체 토출 헤드가 1개의 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 그러므로, 1개의 액체 토출 헤드가 웨이퍼를 분할함으로써 얻어질 수 있다.
우선, 도 2a에 도시된 것과 같이, 제1 층(7)을 포함하는 기판(1)이 준비된다. 제1 층(7)은 그 표면 상에 에너지 발생 요소(2)를 포함한다. 제1 층(7)은 기판(1) 상에 포지티브형 감광성 수지 등의 수지 재료를 코팅하거나 기판(1) 상에 수지 재료의 필름을 적층함으로써 제공된다. 제1 층은 제1 층이 차후의 공정에서 기판(1)으로부터 제거되기 때문에 용매 등의 용액에 의해 용해될 수 있다. 그러므로, 제1 층은 포지티브형 감광성 수지를 포함할 수 있다. 예컨대, 폴리메틸 이소프로페닐 케톤, 메타크릴산 및 메타크릴레이트의 공중합체 등이 사용될 수 있다. 이것은 이들 화학적 화합물이 용매에 의해 용이하게 제거될 수 있고 구성 성분이 차후에 설명되는 제2 층(10)에 크게 영향을 미치지 않도록 단순한 조성을 갖기 때문이다.
다음에, 도 2b에 도시된 것과 같이, 제1 층(7)의 일부가 제1 층(7)으로부터 제거되고, 그에 의해 액체의 유로를 형성하는 유로 몰드(8) 그리고 유로 몰드(8)와 부재 (A)(9) 사이에 간극(30)을 보유한 상태로 몰드(8) 외부측에 위치되는 부재 (A)(9)가 형성된다. 위에서 설명된 것과 같이, 몰드(8)와 부재 (A)(9) 사이에 간극(폭의 길이; L)이 있다. 제1 층(7)이 평탄형이면, 몰드(8) 및 부재 (A)(9)의 높이가 동일하다. 감광성 수지가 제1 층(7)에 사용될 때에, 몰드(8) 및 부재 (A)(9)가 제1 층(7)을 노광 및 현상하고 제1 층(7)의 일부를 제거함으로써 형성된다. 또 다른 방법으로서, 건식 에칭이 제1 층(7)에 수행될 수 있다. 몰드(8)의 외부측은 몰드(8)의 중심부의 외부측을 의미한다.
도 4는 도 2b에 도시된 상태에서 위로부터 관찰될 때의 몰드(8) 및 부재 (A)(9)의 도면이다. 도 4a에 도시된 것과 같이, 부재 (A)(9)는 몰드(8)를 포위하도록 몰드(8) 외부측에 제공된다. 도 4a에서, 부재 (A)(9)의 외부 윤곽부(9a)가 1개의 액체 토출 헤드의 단위 면적에 대응한다. 몰드(8)와 부재 (A)(9) 사이의 간극(30)의 폭은 제2 층(10)이 차후의 공정에서 몰드(8) 및 부재 (A)(9) 상에 균일하게 코팅될 수 있도록 10 ㎛ 이상 그리고 50 ㎛ 이하인 것이 양호하다. 기판의 표면과 평행한 방향으로의 길이(L)는 50 ㎛ 이하인 것이 양호하다. 반면에, 길이(L)는 토출구 형성 부재의 강도의 관점으로부터 10 ㎛ 이상인 것이 양호하다. 동일한 관점으로부터, 1개의 단위의 액체 토출 헤드에서, 부재 (A)의 면적은 기판의 표면과 평행한 단면에서 몰드(8)의 면적보다 큰 것이 양호하다. 나아가, 기판의 표면과 평행한 단면에서, 부재 (A)의 면적은 몰드(8)의 면적의 3배 이상인 것이 양호하다. 통상의 액체 토출 헤드를 설계하는 관점으로부터, 부재 (A)의 면적은 몰드(8)의 면적의 100배 이하인 것이 양호하다.
동시에 복수개의 단위의 액체 토출 헤드를 제공할 때에, 도 4b에 도시된 것과 같이, 부재 (A)(9)가 1개의 단위의 액체 토출 헤드에 각각 대응하는 몰드(8a)와 몰드(8b) 사이에 제공된다. 부재 (A)(9)는 액체 토출 헤드 단위들 사이의 경계부(100)(점선)를 넘어 제공된다. 경계부(100)는 기판 상에 요철부를 실제로 형성함으로써 형성되는 선일 수 있거나 가상선일 수 있다. 경계부(100)를 따라 기판을 절단함으로써 1개의 액체 토출 헤드 단위를 추출하는 것이 가능하다.
다음에, 도 2c에 도시된 것과 같이, 제2 층(10)이 간극(30)을 충전하고 몰드(8) 및 부재 (A)(9)를 덮도록 제공된다. 제2 층(10)을 제공하는 방법으로서, 예컨대, 스핀 코팅법, 커튼 코팅법 및 라미네이팅법이 있다. 제2 층은 네거티브형 감광성 수지를 포함할 수 있다. 에폭시기, 옥세탄기 및 비닐기 등의 중합기를 갖는 수지 그리고 이러한 수지에 대응하는 중합 개시제를 포함하는 네거티브형 감광성 수지 조성물이 네거티브형 감광성 수지를 포함하는 조성물로서 사용된다. 이것은 위의 관능기를 포함하는 수지가 높은 중합 반응성을 갖고 높은 기계 강도를 갖는 토출구 형성 부재가 토출구 형성 부재로부터 형성될 수 있기 때문이다.
제1 층(7)의 두께 및 제2 층(10)의 두께는 임의로 설정될 수 있다. 10 pl보다 작은 미소 액적을 토출하는 토출구 그리고 토출구에 대응하는 액체 유로를 형성할 때에, 제1 층(7)의 두께는 3 ㎛ 이상 그리고 15 ㎛ 이하이고 제2 층(10)의 두께는 몰드(8)의 상부 표면으로부터 3 ㎛ 이상 그리고 10 ㎛ 이하인 것이 양호하다.
간극(30)이 매우 작도록 형성될 때에, 제2 층(10)이 몰드(8) 및 부재 (A)(9) 상에 실질적으로 균일하게 제공될 수 있다. 제2 층(10)은 간극(30) 내로 진입되어 간극(30)을 충전하고, 간극 부분은 토출구 형성 부재의 일부로 된다.
다음에, 토출구를 형성하는 토출구 형성 부재(11)가 제2 층(10)으로부터 형성된다. 토출구로 될 개구가 토출구 형성 부재(11) 내에 제공된다. 개구는 아래에서 설명되는 것과 같이 포토리소그래피에 의해 고도의 위치 정확도로 미세하게 제공될 수 있다.
우선, 도 2d에 도시된 것과 같이, 패턴 노광이 제2 층(10)에 수행된다. 제2 층(10)은 마스크(201)를 통해 노광된다. 제2 층(10)이 네거티브형 감광성 수지 조성물일 때에, 노광 부분(21)이 경화된다. 여기에서, 제2 층(10)은 경화를 촉진하도록 요구에 따라 가열될 수 있다.
다음에, 도 2e에 도시된 것과 같이, 제2 층(10)이 제2 층(10)의 미노광 부분을 제거하도록 현상되고, 토출구 형성 부재(11)가 형성된다. 이 때에, 그 일부가 토출구로 되는 개구(22)가 동시에 형성될 수 있다. 개구(22)는 에너지 발생 요소(2)의 에너지 발생 표면과 대면하는 위치에 형성될 수 있다.
이러한 방식으로, 제2 층(10)이 몰드(8) 및 부재 (A)(9) 상에 균일하게 형성되고, 그에 의해 두께의 변동이 억제되는 토출구 형성 부재(11)가 제2 층(10)으로부터 얻어진다.
다음에, 도 2f에 도시된 것과 같이, 부재 (A)(9)와 몰드(8) 사이에 간극을 보유한 상태로 몰드(8) 외부측에 위치된 부재 (A)(9)가 제거된다(E 공정). 부재 (A)(9)의 제거는 용액 등에 의해 부재 (A)(9)를 용해시키는 방법에 의해 수행된다. 토출구 형성 부재(11)는 몰드(8)가 부재 (A)(9)와 함께 제거될 수 있도록 경화된다. 그러나, 몰드(8)는 차후에 설명되는 제3 층이 유로로 될 공간 내로 진입되는 것을 방지하도록 이러한 시기에 제거되지 않을 것이 요구된다. 부재 (A)(9)가 수지에 의해 형성될 때에, 자외선 등의 광이 부재 (A)(9)에 선택적으로 조사되고, 용액에 대한 광에 의해 조사되지 않는 몰드(8)에 대한 부재 (A)(9)의 용해 선택 비율이 상승되고, 그 후에 부재 (A)(9)가 용액에 의해 용해되고, 그에 의해 부재 (A)(9)가 선택적으로 제거될 수 있다.
다음에, 벽 부재와 토출구 형성 부재 사이에 적어도 부분적인 간극을 보유한 상태로 토출구 형성 부재 외부측에 위치되는 벽 부재가 형성된다. 벽 부재는 패턴형 부재를 배치함으로써 형성될 수 있거나 포토리소그래피에 의해 형성될 수 있다. 여기에서, 하나의 실시예가 설명될 것이다. 우선, 도 2g에 도시된 것과 같이, 부재 (A)(9)가 제거된 기판(1) 상의 토출구 형성 부재(11)를 덮도록 제3 층(12)이 제공된다. 제3 층은 네거티브형 감광성 수지를 포함할 수 있다. 나아가, 제2 층은 제2 층(10)과 동일한 조성을 갖는 네거티브형 감광성 수지를 포함할 수 있다. 나아가, 제3 층(12) 및 제2 층(10) 내에 포함된 화합물은 동일할 수 있고, 제3 층(12) 및 제2 층(10)의 조성은 동일하다. 제3 층(12)의 상부 표면(전방 표면)의 두께는 토출구 형성 부재(11)의 상부 표면의 두께 이상 또는 이하일 수 있다. 바꿔 말하면, 제3 층(12)의 상부 표면(전방 표면)의 위치는 토출구 형성 부재(11)의 상부 표면의 위치 이상 또는 이하일 수 있다. 도 2g는 제3 층(12)의 상부 표면의 위치가 토출구 형성 부재(11)의 상부 표면의 위치보다 높은 상태를 도시하고 있다. 여기에서, 제3 층(12)이 제공되는 기판(1)의 일부(300)가 에너지 발생 요소(2)를 구동시키는 구동 회로에 사용되는 트랜지스터 등이 제공되는 회로 유닛이다. 회로 유닛(300)은 제3 층(12)에 의해 덮인다.
다음에, 도 2h에 도시된 것과 같이, 제3 층(12)이 마스크(202)를 통해 노광되고, 노광 부분(23)이 경화된다. 제3 층(12)에서, 토출구로 될 개구(22) 내부측의 일부 그리고 개구(22) 위의 일부가 제거될 것이 필요하고, 그에 의해 광이 마스크(202)에 의해 차단된다. 미노광 부분(24)이 경화되지 않는다. 여기에서, 회로 유닛(300)은 회로 유닛(300)이 보호되도록 노광 부분(23)에 의해 실질적으로 덮인다. 이 때에, 간극(31)이 토출구 형성 부재(11)와 제3 층(12) 사이에 형성된다. 간극(31)의 폭(W)은 회로 유닛을 보호하는 관점으로부터 작도록 형성될 수 있다. 반면에, 간극(31)의 폭(W)은 클리닝이 토출구 표면을 와이핑함으로써 수행될 때에 잉크를 저장하는 관점으로부터 클 수 있다. 그러므로, 간극의 폭(W)은 액체 토출 헤드의 잉크 토출 체적, 토출구의 총 개수, 잉크의 물리적 성질 등의 관점으로부터 적절하게 설정된다. 바람직하게는, 폭(W)은 토출구의 직경 이상 그리고 토출구의 직경의 5배 이하로 설정된다. 그 다음에, 도 2i에 도시된 것과 같이, 미노광 부분(24)이 예컨대 액체 현상법에 의해 제거되고, 그에 의해 벽 부재(4)와 토출구 형성 부재(11) 사이에 적어도 부분적인 간극을 보유한 상태로 토출구 형성 부재(11) 외부측에 위치되는 벽 부재(4)가 제3 층으로부터 형성될 수 있다. 간극은 토출구 형성 부재(11)와 벽 부재(4) 사이의 면적의 적어도 일부 내에 형성될 수 있다. 바꿔 말하면, 토출구 형성 부재(11) 및 벽 부재(4)는 서로에 부분적으로 연결될 수 있다. 그러나, 벽 부재는 벽 부재의 전체 면적에서 벽 부재와 토출구 형성 부재 사이에 간극을 보유한 상태로 제공될 수 있다. 토출구 형성 부재(11)의 외부측은 토출구 형성 부재(11)의 중심부의 외부측을 의미한다. 도 2에서, 외부측은 토출구 형성 부재(11)의 좌측 영역 및 우측 영역이다. 용액에 의해 네거티브형 감광성 수지를 용해시킬 때에, 크실렌 등의 적절한 용매가 네거티브형 감광성 수지의 조성에 따라 용액으로서 사용될 수 있다. 몰드(8)는 개구(22)를 통해 노광된다.
다음에, 도 2j에 도시된 것과 같이, 공급 포트(3)가 건식 에칭, 습식 에칭 등에 의해 기판(1) 내에 형성되고, 그에 의해 몰드(8)가 기판의 후방 표면으로부터 외부측에 연결된다. 그 다음에, 몰드(8)가 적절한 용액에 의해 용해 및 제거되고, 토출구(5)에 연결되는 액체 유로(6)가 형성된다.
토출구 형성 부재(11)가 형성된 후에, 다음의 공정에 의해 토출구 형성 부재(11)의 평탄화가 손상되지 않고, 그에 의해 기판(1)의 에너지 발생 표면과 토출구(5)[토출구 표면(14)] 사이의 거리(D)가 균일해진다. 그러므로, 복수개의 토출구로부터 토출되는 액체의 양이 일정할 수 있다. 나아가, 전기 회로 유닛이 기판과 벽 부재 사이에 형성되고, 그에 의해 전기 회로 유닛이 적절하게 보호될 수 있다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예가 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 도 3a 내지 3d는 각각의 공정에서의 단면을 도시하는 단면이다. 도 3a 내지 3d는 도 2a 내지 2j에서와 동일한 선을 따라 취해지는 단면도이다.
이러한 실시예에서, 시작으로부터 도 2c에 도시된 공정(C 공정)까지, 제1 실시예에서와 동일한 공정이 수행된다. 그러나, 제2 층을 제공하는 공정 후에, 발액용 재료가 제2 층의 표면에 제공된다. 구체적으로, 도 3a에 도시된 것과 같이, 발액용 재료(15)가 제2 층(10)의 표면에 발액 성질을 제공하도록 제2 층(10)의 표면에 제공된다. 발액용 재료(15)의 적어도 일부가 제2 층(10) 내로 침투될 수 있다. 토출될 액체가 수성 잉크 또는 유성 잉크일 때에, 발액 성질이 수직 방향으로 제공되는 부분의 두께가 2 ㎛일 수 있다. 발액용 재료가 제2 층 상에 적층될 때에, 발액용 재료(15)가 제1 층(7) 및 제2 층(10)과 동일한 방식으로 기판 상에 균일하게 형성된다. 발액용 재료(15)로서, 불소를 함유한 화합물이 사용된다. 예컨대, 불소를 함유한 감광성 에폭시 수지 필름, 불소-함유 실란 및 중합기를 함유한 실란의 축합물을 함유한 조성물 등이 사용된다.
다음에, 도 3b에 도시된 것과 같이, 제2 층(10) 및 발액용 재료(15)가 토출구 형성 부재(11)를 형성하도록 마스크(201)를 통해 노광된다. 발액용 재료(15) 및 제2 층(10)은 포토리소그래피에 의해 동시에 패터닝될 수 있다. 나아가, 노광 부분은 경화된 다음에 현상되고, 제2 층(10) 및 발액용 재료(15)의 미노광 부분은 제거된다. 그에 의해, 도 3c에 도시된 것과 같이, 발액 처리가 수행된 발액 부분(17)이 토출구 형성 부재(11)의 토출구로 될 개구(22) 주위에 제공될 수 있다. 개구(22) 주위의 영역 이외의 영역[제2 층(10)의 미노광 부분 상의 영역]에 위치된 발액용 재료가 제거되고, 그에 의해 발액 성질이 그 영역에 제공되지 않는다.
그 후에, 제1 실시예에서의 도 2f 내지 2i와 동일한 공정이 수행된다. 예컨대, 우선, 부재 (A)(9)가 제거되고, 그 다음에 제3 층(12)이 토출구 형성 부재(11)를 덮도록 제공된다. 토출구 형성 부재(11) 상의 발액 부분(17) 상에서, 제3 층(12)이 발액성일 수 있다. 그러나, 토출구 형성 부재(11)와 제3 층(12) 사이에 폭(W)을 갖는 간극(31)이 있다. 그에 의해, 제3 층(12)이 벽 부재(4)에 제공되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 그 후에, 제3 층(12)의 필요한 부분이 경화되고, 미경화 부분이 제거된다. 그 다음에, 공급 포트(3)가 기판(1) 내에 형성되고, 몰드(8)가 액체 유로(6)를 형성하도록 제거된다. 이러한 방식으로, 도 3d에 도시된 액체 토출 헤드가 얻어진다. 양호한 치수는 제1 실시예에서와 동일하다.
도 3d에 도시된 것과 같이, 제2 실시예에 의해 제조된 액체 토출 헤드에서, 발액 부분(17)은 토출구 형성 부재(11)의 토출구(5)가 개방되는 개구 표면 상에 존재한다. 바꿔 말하면, 발액 처리가 토출구 형성 부재에 수행된다. 그러므로, 유로 내에 저장되는 토출될 액체가 개구 표면 상에 체류되지 않고, 토출구(5)와 실질적으로 동일한 위치에서 메니스커스를 형성할 수 있다. 토출된 액체의 일부가 미스트로서 유동되어 토출구 표면에 부착될 때에도, 미스트가 토출구 표면에 고정되는 것이 방지되고, 미스트가 액체 토출 장치 내에 제공된 와이핑 블레이드 등을 사용하여 클리닝에 의해 간극(31) 내로 이동될 수 있다. 반면에, 벽 부재(4) 상에는 발액 부분이 없다. 구체적으로, 발액 처리가 벽 부재에는 수행되지 않고, 그에 의해, 클리닝 후에, 토출된 액체의 미스트가 간극(31) 내로 그리고 벽 부재(4) 상으로 용이하게 이동된다. 이와 같이, 그 후에, 이동된 액체가 기록 장치 내에 제공되는 흡인 기구에 의한 흡인 회복 작업에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 위에서 설명된 것과 같이, 본 발명에서, 토출구 형성 부재 및 벽 부재가 상이한 공정에 의해 제조되고, 그에 의해 발액 처리가 토출구 형성 부재에 수행되고 벽 부재에는 수행되지 않는 액체 토출 헤드를 제조하는 것이 가능하다.
예
더 상세하게 본 발명을 설명하도록 아래에서 예를 들어 설명될 것이다. 이후에서, "pbw"는 질량을 기초로 한다.
예 1
예 1이 도 2a 내지 2j를 참조하여 설명될 것이다. 우선, 제1 층(7)이 제공된 기판(1)(6-인치 웨이퍼)이 준비된다(도 2a). 제1 층(7)은 스핀 코팅법에 의해 기판(1) 상에 포지티브형 감광성 수지인 ODUR-1010[도쿄 오카 고교 컴퍼니 리미티드(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.)에 의해 제조됨]을 코팅하고 120℃에서 ODUR-1010을 건조함으로써 형성된다. 형성된 제1 층(7)의 두께의 평균은 7 ㎛이고, 기판(1)(6-인치 웨이퍼) 내의 제1 층(7)의 두께의 표준 편차는 (6-인치 웨이퍼 내의 350개의 지점에서 측정될 때에) 0.1 ㎛ 이하이다.
다음에, 제1 층(7)이 마스크를 사용하여 노광되고, 노광 부분이 제거되고, 그에 의해 몰드(8) 그리고 몰드(8)와 부재 (A)(9) 사이에 간극(30)을 보유한 상태로 몰드(8) 외부측에 위치된 부재 (A)(9)가 형성된다(도 2b). 이 때에, 간극(30)의 폭의 길이는 30 ㎛이다.
다음에, 아래의 표 1에 기재된 성분을 포함하는 조성물이 스핀 코팅법에 의해 코팅되고, 그에 의해 간극(30)이 충전되고, 부재 (A)(9) 및 몰드(8)가 덮인다. 그 다음에, 조성물이 3 분 동안 90℃에서 건조되고, 제2 층(10)이 형성된다(도 2c). 몰드(8)의 상부 표면으로부터의 제2 층(10)의 두께의 평균은 5 ㎛이고, 두께의 표준 편차는 (6-인치 웨이퍼 내의 350개의 지점에서 측정될 때에) 0.2 ㎛이다.
조성 중량부
EHPE-3150(다이셀 케미컬 인더스트리즈, 리미티드에 의해 제조됨) 100 pbw
A-187(니폰 유니카 컴퍼니, 리미티드에 의해 제조됨) 5 pbw
구리 트리플레이트 0.5 pbw
SP-170(아사히 덴카 고교 주식회사에 의해 제조됨) 0.5 pbw
메틸 이소부틸 케톤 100 pbw
크실렌 100 pbw
다음에, 제2 층(10)이 MPA-600 수퍼[제품명, 캐논사.(Canon Inc.)에 의해 제조됨]를 사용하여 노광된다(도 2d). 나아가, 포스트-베이크 및 현상이 제2 층(10)에 수행되고, 개구(22)가 제공된 토출구 형성 부재(11)가 제2 층(10)으로부터 형성된다(도 2e). 노광량은 1 J/㎠이다. 현상 용액으로서, 메틸 이소부틸 케톤/크실렌=2/3의 액체 혼합물이 사용된다. 현상 후의 린스 액체로서, 크실렌이 사용된다. 개구(22)의 직경은 12 ㎛이다.
다음에, 마스크 얼라이너 UX-3000SC[제품명, 우시오사.(Ushio, Inc.)에 의해 제조됨]를 사용함으로써, 딥-UV 광(파장: 220 ㎚ 내지 400 ㎚)이 10 J/㎠의 조건 하에서 부재 (A)(9)에 조사되고, 그 후에 부재 (A)(9)가 메틸 이소부틸 케톤에 의해 용해 및 제거된다(도 2f).
다음에, 표 1에 기재된 조성물이 토출구 형성 부재(11)를 덮도록 코팅되고, 기판(1)의 표면으로부터 토출구 형성 부재(11) 상의 제3 층(12)의 상부 표면까지의 두께가 18 ㎛이도록 제3 층(12)이 형성된다(도 2g).
다음에, 제3 층(12)이 MPA-600 수퍼(제품명, 캐논사에 의해 제조됨)에 의해 (1 J/㎠의 노광량으로) 노광되고(도 2h), 포스트-베이크, 현상 및 린스가 제3 층(12)의 노광 부분(23)과 토출구 형성 부재(11) 사이에 간극(31)을 형성하도록 수행된다. 간극(31)의 폭(W)은 30 ㎛이다. 노광 부분(23)은 벽 부재(4)로 된다. 그에 의해, 벽 부재(4)와 토출구 형성 부재 사이에 간극을 보유한 상태로 토출구 형성 부재 외부측에 위치된 벽 부재(4)가 제3 층으로부터 형성된다(도 2i). 간극은 토출구 형성 부재와 벽 부재 사이의 전체 면적에서 형성된다. 현상 용액으로서, 메틸 이소부틸 케톤/크실렌=2/3의 액체 혼합물이 사용된다. 현상 후의 린스 액체로서, 크실렌이 사용된다.
다음에, 식각 용액으로서 80℃에서 수산화 테트라메틸암모늄 용액을 사용함으로써, 이방성 식각이 공급 포트(3)를 형성하도록 실리콘의 기판(1)에 수행된다. 그 후에, 몰드(8)가 메틸 락테이트에 의해 용해 및 제거되고, 12 ㎛의 직경을 갖는 토출구(5)가 형성된다(도 2j).
기판(1)(6-인치 웨이퍼)에서, 거리(D)의 평균은 12 ㎛이고, 거리(D)의 표준 편차는 (6-인치 웨이퍼 내의 350개의 지점에서 측정될 때에) 0.25 ㎛이다.
마지막으로, 6-인치 웨이퍼가 다이싱 소(dicing saw)에 의해 절단되고, 액체 토출 헤드가 제조된다.
예 2
예 1에서 제2 층을 제공하는 공정 후에, 구체적으로, 도 2c에 도시된 공정 후에, 발액용 재료가 제2 층(10)의 표면에 제공된다. 발액용 재료로서, 실온에서 28 g(0.1 몰)의 글리시딜 프로필 트리에톡시실란, 18 g(0.1 몰)의 메틸트리에톡시실란, 6.6 g(0.013 몰)의 트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로옥틸 트리에톡시 실란, 17.3 g의 물 그리고 37 g의 에탄올을 교반하고 그 다음에 24 시간 동안 이들 재료를 환류시킴으로써 얻어지는 재료가 사용된다. 위의 사항 이외에, 액체 토출 헤드는 예 1에서와 동일한 방식으로 제조된다.
기판(1)(6-인치 웨이퍼)에서, 거리(D)의 평균은 12 ㎛이고, 거리(D)의 표준 편차는 (6-인치 웨이퍼 내의 350개의 지점에서 측정될 때에) 0.25 ㎛이다.
비교예 1
비교예의 액체 토출 헤드의 제조 방법이 도 5a 내지 5f를 참조하여 설명될 것이다. 도 5a 내지 5f는 비교예의 액체 토출 헤드를 제조하는 각각의 공정에서의 단면을 도시하고 있다.
ODUR-1010(도쿄 오카 고교 컴퍼니 리미티드에 의해 제조됨)이 에너지 발생 요소(102)를 포함하는 실리콘 기판(101)(6-인치 웨이퍼) 상에 코팅되어 건조되고, 그에 의해 7 ㎛의 두께를 갖는 포지티브형 감광성 수지 층(103)이 형성된다(도 5a).
다음에, 노광 및 현상이 포지티브형 감광성 수지 층(103)에 수행되고, 유로 몰드(104)가 형성된다(도 5b).
다음에, 표 1에 기재된 조성물이 스핀 코팅법에 의해 몰드(104) 상에 코팅되어 3 분 동안 90℃에서 건조되고, 몰드(104) 상에 제공된 커버링 층(105)의 일부의 두께가 7 ㎛이도록 커버링 층(105)이 형성된다(도 5c).
다음에, 커버링 층(105)이 마스크(110)를 사용하여 노광되고, 노광 부분(106)이 경화된다(도 5d). 현상이 수행되고, 커버링 층(105)의 미노광 부분이 제거되고, 그에 의해 유로의 벽을 형성하는 부재(111) 및 12 ㎛의 직경을 갖는 토출구(107)가 형성된다(도 5e).
다음에, 공급 포트(109)가 기판(101) 내에 형성되고, 그 후에 몰드(104)가 제거되고, 유로(108)가 형성된다(도 5f).
기판(6-인치 웨이퍼)에서, 에너지 발생 요소(102)의 에너지 발생 표면으로부터 토출구(107)까지의 거리(h)의 평균은 12 ㎛이고, 거리(h)의 표준 편차는 (6-인치 웨이퍼 내의 350개의 지점에서 측정될 때에) 0.60 ㎛이다.
마지막으로, 6-인치 웨이퍼가 다이싱 소에 의해 절단되고, 액체 토출 헤드가 제조된다.
평가
위에서 설명된 것과 같이, 예 1 및 2의 액체 토출 헤드의 거리(D)의 표준 편차와 비교예 1의 액체 토출 헤드의 거리(h)의 표준 편차 사이에 큰 차이가 있다는 것이 인식될 수 있다.
예 1 및 2에서의 거리(D)의 표준 편차가 0.25 ㎛ 정도로 작은 이유는 그 두께의 변동이 매우 작은 토출구 형성 부재(11)가 평탄형이도록 형성되는 제2 층(10)으로부터 얻어질 수 있는 것으로 추정되기 때문이다.
반면에, 거리(h)의 표준 편차가 0.60 ㎛ 정도로 큰 이유들 중 하나는 커버링 층(105) 아래에 몰드(104)가 있는 부분과 커버링 층(105) 아래에 몰드(104)가 없는 부분 사이에 커버링 층(105)의 상부 표면의 높이의 차이가 있는 것으로 추정되기 때문이다. 나아가, 비교예 1에서, 6-인치 웨이퍼의 최외곽 영역에 제공되는 몰드(104) 외부측에 몰드(104)가 없고, 그에 의해 웨이퍼의 외부 영역에서의 커버링 층(105)의 상부 표면의 높이가 웨이퍼의 중심 부분에서보다 낮도록 형성된다. 그러므로, 이것 또한 위의 이유들 중 하나인 것으로 생각된다.
다음에, 저장 내성 시험이 예 1 및 2 그리고 비교예 1의 액체 토출 헤드에 수행된다. 액체 토출 헤드는 캐논에 의해 제조된 잉크 BCI-6C 내에 침지되고, 121℃의 온도 및 2 기압의 압력 하에서 100 시간 동안 방치된다. 그 후에, 액체 토출 헤드가 잉크로부터 인출된다. 각각의 액체 토출 헤드 내의 기판(1)과 벽 부재 사이의 계면을 관찰할 때에, 기판(1)과 벽 부재(4) 사이의 분리 및 변형이 예 1 및 2 그리고 비교예 1의 모든 액체 토출 헤드에서 관찰되지 않는다.
다음에, 인쇄 내구성 시험이 예 1 및 2 그리고 비교예 1의 액체 토출 헤드를 사용하여 수행된다. 인쇄 기록이 6-인치 웨이퍼로부터 절단된 복수개의 액체 토출 헤드를 사용하여 수행된다. 액체로서, 캐논에 의해 제조된 잉크 BCI-6C가 사용된다. 토출 체적 Vd=1 pl, 토출 주파수 f=15 ㎑ 그리고 토출 횟수=3*108의 조건에서의 기록이 실제의 인쇄 작업에서와 동일한 헤드 클리닝 작업을 포함하여 수행된다. 기록에 의해 얻어진 화상을 시각적으로 관찰할 때에, 기록이 예 1 및 2의 액체 토출 헤드를 사용하여 수행될 때에 매우 높은 품질의 기록 화상이 얻어진다. 1개의 6-인치 웨이퍼로부터 얻어진 복수개의 액체 토출 헤드 중 임의의 하나가 사용될 때에도 동등하게 높은 품질의 화상이 얻어진다. 반면에, 기록이 비교예 1의 액체 토출 헤드를 사용하여 수행될 때에, 예 1 및 2의 기록 화상에 비해 불규칙성이 기록 화상에서 관찰된다. 나아가, 불규칙성의 상태가 동일한 6-인치 웨이퍼로부터 얻어진 복수개의 액체 토출 헤드를 사용함으로써 얻어진 기록 화상의 각각에 대해 약간 상이하다.
이것은 거리(D)의 표준 편차가 거리(h)보다 작고 그에 의해 예 1 및 2에 따른 액체 토출 헤드로부터 토출된 잉크의 체적의 변동이 비교예에 따른 액체 토출 헤드로부터 토출된 잉크보다 작기 때문인 것으로 생각된다. 예 1 및 2 그리고 비교예 1의 액체 토출 헤드는 회로 유닛 내의 배선 등의 단절로 인해 기록 불규칙성을 유발하지 않을 정도로 충분히 신뢰 가능한 액체 토출 헤드이다.
본 발명은 예시 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 특허청구범위의 범주는 모든 이러한 변형 및 등가의 구조 및 기능을 망라하도록 가장 넓은 해석과 일치되어야 한다.
본 출원은 2011년 9월 29일자로 출원된 일본 특허 출원 제2011-215334호 및 2012년 7월 26일자로 출원된 일본 특허 출원 제2012-165879호를 우선권 주장하고, 이들 모두의 출원은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.

Claims (16)

  1. 액체를 토출하는 토출구에 연결되는 유로를 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법에 있어서,
    제1 층을 포함하는 기판을 준비하는 단계와;
    제1 층으로부터 유로를 형성하는 유로 몰드를 형성하고, 상기 유로 몰드와의 간극을 보유한 상태로 상기 유로 몰드 외부측에 위치되는 부재를 형성하는 단계와;
    상기 간극을 충전하며, 상기 유로 몰드와, 상기 유로 몰드의 외측에서 상기 유로 몰드와의 간극을 보유한 상태로 위치된 부재를 덮도록, 제2 층을 제공하는 단계와;
    상기 제2 층으로부터 토출구를 형성하기 위한 토출구 형성 부재를 형성하는 단계와;
    상기 유로 몰드와의 간극을 보유한 상태로 상기 유로 몰드 외부측에 위치된 부재를 제거하는 단계와;
    상기 토출구 형성 부재와의 적어도 부분적인 간극을 보유한 상태로 상기 토출구 형성 부재 외부측에 위치되는 벽 부재를 형성하는 단계
    를 이러한 순서로 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벽 부재를 형성하는 단계는,
    상기 토출구 형성 부재를 덮도록 제3 층을 형성하는 단계와,
    상기 제3 층으로부터 상기 벽 부재를 형성하는 단계
    를 더 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 포지티브형 감광성 수지를 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 네거티브형 감광성 수지를 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 층은 네거티브형 감광성 수지를 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면과 평행한 단면에서 상기 부재의 면적은 상기 유로 몰드의 면적보다 큰, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면과 평행한 단면에서 상기 부재의 면적은 상기 유로 몰드의 면적의 3배 이상이며 상기 유로 몰드의 면적의 100배 이하인, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유로 몰드와 상기 부재 사이의 간극의 폭이 10 ㎛ 이상이며 50 ㎛ 이하인, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 토출구 형성 부재와 상기 벽 부재 사이의 간극의 폭이 상기 토출구의 직경 이상이며 상기 토출구의 직경의 5배 이하인, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 제공하는 단계 후에, 상기 제2 층의 표면에 발액(liquid-repellent)용 재료가 제공되는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 벽 부재 사이에 전기 회로 유닛이 형성되는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 벽 부재에는 벽 부재의 전체 면적에서 상기 토출구 형성 부재와의 간극이 제공되는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  13. 기판과;
    상기 기판 상의 토출구 형성 부재와;
    상기 기판 상에 위치되고 상기 토출구 형성 부재와의 적어도 부분적인 간극을 보유한 상태로 상기 토출구 형성 부재 외부측에 위치되는 벽 부재
    를 포함하고,
    상기 토출구 형성 부재에는 발액 처리가 수행되고, 상기 벽 부재에는 상기 발액 처리가 수행되지 않는, 액체 토출 헤드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 토출구 형성 부재와 상기 벽 부재 사이의 간극의 폭이 상기 토출구의 직경 이상이며 상기 토출구의 직경의 5배 이하인, 액체 토출 헤드.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기판과 상기 벽 부재 사이에는 전기 회로 유닛이 형성되는, 액체 토출 헤드.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 벽 부재에는 벽 부재의 전체 면적에서 상기 토출구 형성 부재와의 간극이 제공되는, 액체 토출 헤드.
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