JP5980020B2 - 液体吐出ヘッド用基板の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)該吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、該液体流路の型の少なくとも一部を構成しかつ金属からなる表面が平坦な金属型材、および、該金属からなる表面が平坦な該平坦化層を形成する工程と、
(2)該液体流路の型および該平坦化層をネガ型感光性樹脂で被覆し、該ノズル層となるネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
(3)該ネガ型感光性樹脂層を紫外線露光して、該吐出口を形成する工程と、
(4)該平坦化層を残し、該液体流路の型を除去して、該液体流路を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明より得られる液体吐出ヘッド用基板は、プリンタ、複写機、ファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能な液体吐出ヘッドに使用することができる。具体的には、この液体吐出ヘッド用基板は、インクを被記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドや、バイオチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッドに使用することができる。また、この液体吐出ヘッド用基板を搭載したインクジェット記録ヘッドを用いることによって、紙だけでなく、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。
本発明の液体吐出ヘッド用基板の製造方法は、以下の工程を含む。
(1)吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、液体流路の型の少なくとも一部を構成しかつ金属からなる表面が平坦な金属型材、および、ノズル層の表面を平坦化するための、この金属からなる表面が平坦な平坦化層を形成する工程。
(2)前記液体流路の型および前記平坦化層をネガ型感光性樹脂で被覆し、前記ノズル層となるネガ型感光性樹脂層を形成する工程。
(3)前記ネガ型感光性樹脂層を紫外線露光して、吐出口を形成する工程。
(4)前記液体流路の型を選択的に除去して、液体流路を形成する工程。
(1−1)前記吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、前記金属からなりかつ表面が平坦化された金属層を形成する工程。
(1−2)前記金属層をパターニングすることによって、前記金属型材および前記平坦化層を形成する工程。
・第1の実施形態
工程1−1
はじめに、図1(a)及び(b)に示すように、基板1上に、吐出エネルギー発生素子4とその駆動回路2等の基本回路を形成し、吐出素子基板20aを作製する。この吐出素子基板20aは、具体的には、基板1と、吐出エネルギー発生素子4と、この素子4を選択的に駆動させる駆動回路2と、素子4及び駆動回路2等を電気的に接続する金属配線層3と、絶縁保護層5とを有している。
次に、図1(e)に示すように、この表面が平坦化された金属層(平坦化金属層)9をパターニングすることによって、吐出素子基板20a上に、金属型材9a及び平坦化層9bを形成する。この金属型材9a及び平坦化層9bはいずれも、金属層9を構成する金属からなり、かつ表面(おもて面全面)が平坦である。
なお、金属膜の成膜方法として、電解めっき法や還元めっきなどの無電解めっき法を用いる場合は、例えば以下のようにして金属型材や平坦化層を形成することもできる。
この拡散防止層は熱処理の工程により電力配線層と電極パッド層とが拡散して合金化することによって電気接続の信頼性を損ねることを防止する役割を担い、その材質としては、例えばチタンタングステン合金やチタン等を挙げることができる。拡散防止層の厚みは、例えば100nm〜300nmとすることができる。
また、このめっきシード層は電解めっきを行うための電極、及び拡散防止層との密着層として働き、その材質としては、例えば金等を挙げることができる。めっきシード層の厚みは、例えば50nm〜200nmとすることができる。
なお、レジストマスク19や、金属膜が被覆されていない部分の拡散防止層17及びめっきシード層18は、図5(c)に示すように、用いた原料に応じたレジスト剥離液(例えば、東京応化工業社製、フォトレジスト用剥離剤、商品名:剥離液106)やエッチング液(例えば過酸化水素、ヨウ素ヨウ化カリウム)等を用いて、例えば、これらの金属膜の表面を平坦化した後に、除去することができる。なお、これらの金属膜の表面を平坦化する方法としては、第1の実施形態と同様に、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)や機械研磨、電解研磨等を用いることができる。また、作製した金属型材の表面及び平坦化層の表面における平坦化の度合い(平坦度)も、第1の実施形態と同様に、これらの表面内で±5%以内に抑えることが望ましい。
まず、図1(f)に示すように、金属型材(第1のインク流路型材)9a及び平坦化層9bが配された吐出素子基板表面に、ポジ型感光性樹脂を例えばスピンコート法により塗布し、第2のインク流路型材を形成するための樹脂膜10を形成する。その際、樹脂膜10が被覆される下地(図1(f)では、金属型材9aや平坦化層9b)は、工程1までの処理によりほぼ平坦であるため、表面が平坦なこれらの金属層を設けない従来の場合、即ち、下地に凹凸がある場合と比較して、均一な厚みの樹脂膜10をこの基板表面に成膜することができる。
次に、図1(h)に示すように、このインク流路の型11と平坦化層9bとを被覆するように、ネガ型の感光性樹脂を例えばスピンコート法により塗布し、上述したノズル層となるネガ型感光性樹脂層12を形成する。このネガ型感光性樹脂としては、例えば、キシレンを塗布溶媒とした、エポキシ樹脂、シランカップリング剤、及び光酸発生剤の混合物を用いることができる。
次に、図1(i)に示すように、マスクパターン(不図示)を介してこのネガ型感光性樹脂層12を紫外線露光し、さらに例えばキシレン等の有機溶剤による現像を行うことによって、インクを吐出するためのインク吐出口13を形成する。紫外線露光には、露光源として例えばi線(波長:365nm)を用いることができ、露光装置として例えばステッパーを用いることができる。図1(i)では、インク吐出口13は、吐出エネルギー発生素子4上(紙面上方)に形成されている。
次に、図1(j)に示すように、例えばシリコン異方性エッチングにより、工程3より得られた基板の裏面(ノズル層が形成されない側の面)から、インク流路と連通するインク供給口14を形成する。このインク供給口の作製方法としては、例えば、以下の方法を挙げることができる。まず、吐出素子基板(より具体的にはシリコン基板1)の裏面をマスクパターニングし、例えば加熱したTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液等の強アルカリ溶液に、この基板を浸漬させることでインク供給口14を形成することができる。その際、他の部分(特に、ノズル層となる部分)をこの強アルカリ溶液から保護するために、この基板のおもて面(吐出口面(ノズル面))に、選択的に除去可能でありかつ耐アルカリ性を有する保護膜(不図示)を例えばスピンコート法により形成することができる。この保護膜の材質としては、例えば、耐アルカリ性のある環化ゴム(具体的には、東京応化工業社製、商品名:OBC)を挙げることができる。
次に、図1(k)に示すように、インク流路の型(図4では金属型材のみ、図1及び図5では金属型材及びポジ型感光性樹脂層)を選択的に除去することにより、インク供給口14及びインク吐出口13と連通しかつ素子4上にインクを保持するためのインク流路15を形成する。その際、ポジ型感光性樹脂層10aは、有機溶剤を主成分としたレジスト除去液を用いて選択的に除去することができる。また、金属型材9aは、その型材を構成する金属に応じたウェットエッチング液を用いて選択的に除去することができる。例えばこの金属としてアルミを用いた場合は、このウェットエッチング液として、燐酸、硝酸及び酢酸の混合液からなる混酸を用いることができる。
実施例1では、インク流路の型を、金属型材とポジ型感光性樹脂層との2種類の材料で2層構成で形成し、表面が平坦化された金属層9の一部(平坦化層)を電力配線として利用した。以下に図1を用いて、実施例1を詳しく説明する。
そして、マスクとして使用したフォトレジストは、東京応化工業社製、フォトレジスト用剥離剤、商品名:剥離液106を用いて除去した。
実施例2では、インク流路の型を金属層のみで構成した。なお、工程の順序については実施例1とほぼ同様であるので、ここでは実施例1との違いに着目して説明する。
アルゴンガスを用いたスパッタ法によりアルミからなる金属層を形成した実施例1及び実施例2と異なり、実施例3では電解めっき法を用いて、金(Au)からなる金属膜を形成した。さらに、実施例3では、実施例1及び実施例2と異なり、この金属膜から金属型材及び平坦化層と共に、電極パッドも形成し、さらに、平坦化層を電力配線として使用した。以下に詳しく説明する。
次に、この吐出素子基板のおもて面全面に、チタンタングステン合金からなる拡散防止層17及び金からなる電解めっき用のめっきシード層18を、それぞれ真空中でアルゴンガスを用いてスパッタリング成膜した(図5(a))。ここで、拡散防止層17の膜厚は200nmであり、めっきシード層の膜厚は100nmであった。
2 駆動回路
3 金属配線層
4 吐出エネルギー発生素子
4a アルミ配線層
5 絶縁保護層
6,7 開口部
8 金属膜
8a 第1の金属膜
8b 第2の金属膜
9 表面が平坦化された金属層
9a 金属型材
9b 平坦化層
10 樹脂膜
10a ポジ型感光性樹脂層
11 液体流路の型(インク流路の型)
12 ネガ型感光性樹脂層
13 吐出口(インク吐出口)
13a ノズル層の表面(吐出口面)
14 液体供給口(インク供給口)
15 液体流路(インク流路)
16 電極パッド
17 拡散防止層
18 めっきシード層
19 レジストマスク
20 液体吐出ヘッド用基板(インクジェット記録ヘッド用基板)
20a 吐出素子基板
20b ノズル層
21 インクタンク収容部
30 インクジェット記録ヘッド
40 インクジェット記録装置
41 キャリッジ部
42 被記録媒体
Claims (10)
- 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を有する基板と、
液体を吐出するための吐出口、および該吐出口に連通しかつ該吐出エネルギー発生素子上に液体を配置するための液体流路を有するノズル層と、
該ノズル層の表面を平坦化するための平坦化層と、
を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
(1)該吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、該液体流路の型の少なくとも一部を構成しかつ金属からなる表面が平坦な金属型材、および、該金属からなる表面が平坦な該平坦化層を形成する工程と、
(2)該液体流路の型および該平坦化層をネガ型感光性樹脂で被覆し、該ノズル層となるネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
(3)該ネガ型感光性樹脂層を紫外線露光して、該吐出口を形成する工程と、
(4)該平坦化層を残し、該液体流路の型を除去して、該液体流路を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 工程1が、
(1−1)前記吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、前記金属からなりかつ表面が平坦化された金属層を形成する工程と、
(1−2)該金属層をパターニングすることによって、前記金属型材および前記平坦化層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 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を有する基板と、
液体を吐出するための吐出口、および該吐出口に連通しかつ該吐出エネルギー発生素子上に液体を配置するための液体流路を有するノズル層と、
を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
(1)該吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、該液体流路の型の少なくとも一部を構成しかつ金属からなる表面が平坦な金属型材、および、該ノズル層の表面を平坦化するための、該金属からなる表面が平坦な平坦化層を形成する工程と、
(2)該液体流路の型および該平坦化層をネガ型感光性樹脂で被覆し、該ノズル層となるネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
(3)該ネガ型感光性樹脂層を紫外線露光して、該吐出口を形成する工程と、
(4)該液体流路の型を除去して、該液体流路を形成する工程と、
を含み、
工程1が、
(1−1)前記吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、前記金属からなりかつ表面が平坦化された金属層を形成する工程と、
(1−2)該金属層をパターニングすることによって、前記金属型材および前記平坦化層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 工程1−1が、前記吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、前記金属からなる金属膜をスパッタ法により形成し、該金属膜の表面を化学機械研磨により平坦化することによって、前記金属層を形成する工程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用基板の製造方法。
- 工程1が、前記吐出エネルギー発生素子を有する基板上に、前記金属型材となる第1の金属膜と、前記平坦化層となる第2の金属膜とを電解めっき法により形成し、該第1の金属膜の表面と、該第2の金属膜の表面とを化学機械研磨により平坦化することによって、前記金属型材および前記平坦化層を形成する工程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用基板の製造方法。
- 前記液体流路の型が、複数の部材から構成され、
工程1と工程2との間に、
(5)前記金属型材上に、該液体流路の型の一部を構成するポジ型感光性樹脂層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 前記金属が、アルミ、銅、ニッケル、金、チタンおよびタングステンからなる群から選ばれるいずれか1つの金属、あるいは、該群から選ばれる2つ以上の金属からなる合金であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 工程1において、前記金属型材および前記平坦化層と共に、前記金属からなる電極パッドを形成することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 前記金属からなる平坦化層が、電力配線の少なくとも一部を構成することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 工程2において、前記平坦化層の前記表面、および前記金属型材と前記平坦化層との間に、前記ネガ型感光性樹脂層を形成することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
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