液體噴射頭及其製造方法
2023-04-22 23:08:56 2
專利名稱：液體噴射頭及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種用於噴射液體的液體噴射頭及其製造方法。
背景技術：
適用於通過將墨噴射到記錄介質而進行記錄的噴墨記錄方法的噴墨記錄頭是噴射液體的液體噴射頭的典型示例。該噴墨記錄頭通常 包括墨流路、設置於流路的一部分的噴射能量產生部以及利用由噴射能量產生部所產生的能量來噴射墨的墨噴射口。作為能適用於噴墨記錄頭的液體噴射頭的示例，日本特開平09-234871號公報公開了包括噴射口構件的液體噴射頭，該噴射口構件具有如下形狀的噴射口 液體的流入口比待噴射的液體的出口大。作為包括具有液體的流入口比待噴射的液體的出口大這種形狀的噴射口的噴射口構件的製造方法，美國專利公開2005/0130075公開了如下的方法在具有多個噴射能量產生部的基板上，在調整圖像形成位置的情況下，對光固化性樹脂進行曝光。即使當通過使噴射口的形狀形成為使得液體的流入口比液體的出口大來使液體的出口微細化時，也可以降低流阻，並且能夠處理關於噴射特性的問題，例如，可以抑制再填充特性的劣化。為了在抑制記錄設備大型化的情況下以高的速度進行高品質圖像的記錄，在液體噴射頭中，已經要求密集地配置具有微細的液體出口的噴射口以及與噴射口相應地連通的流路。然而，當以美國專利公開2005/0130075所公開的方法形成如下的噴射口構件在該噴射口構件中，形狀被形成為使得液體的流入口比液體的出口大的噴射口被密集配置時，隔開相鄰的噴射口的壁在噴射口的液體流入口側是薄的，由此噴射口構件的強度可能會降低。
發明內容
考慮到上述問題而完成了本發明，本發明的目的是提供一種液體噴射頭的製造方法，該製造方法能夠以高的產量製造包括如下的噴射口構件的液體噴射頭該噴射口構件具有降低了流阻的噴射口並且具有令人滿意的強度。因此，本發明提供一種液體噴射頭的製造方法，所述液體噴射頭包括噴射口構件，所述噴射口構件具有沿排列方向設置的用於噴射液體的多個噴射口，所述方法包括準備設置有樹脂層的基板，其中所述樹脂層含有光固化性樹脂；執行第一曝光處理和第二曝光處理，其中所述第一曝光處理和所述第二曝光處理均是使所述樹脂層進行曝光的曝光處理；以及在進行了所述第一曝光處理和所述第二曝光處理的所述樹脂層中形成所述噴射口，其中，所述噴射口的通過所述第一曝光處理所形成的側壁相對於所述基板的傾斜角與所述噴射口的通過所述第二曝光處理所形成的側壁相對於所述基板的傾斜角不同。另外，本發明還提供一種液體噴射頭，其包括基板；以及設置於所述基板的噴射口構件，所述噴射口構件具有沿排列方向設置的用於噴射液體的多個噴射口，其中，所述噴射口的沿與所述排列方向正交的正交方向的側壁垂直於所述基板，並且所述噴射口的沿所述排列方向的側壁與所述基板形成銳角。從下面參照附圖對示例性實施方式的說明，本發明的其他特徵將變得明顯。
圖1A、圖IB和圖IC示出由根據本發明的第一實施方式的製造方法所獲得的液體噴射頭的示例性結構。
圖2是由根據第一實施方式的製造方法所獲得的液體噴射頭的示例性結構的示意性立體圖。圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E和圖3F是示出根據第一實施方式的製造方法的過程截面圖。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E和圖4F是示出根據第二實施方式的製造方法的過程截面圖。圖5A、圖5B、圖5C和圖是示出執行第二曝光處理之後的狀態的示意圖。圖6是第二曝光處理中的曝光的概念圖。圖7A、圖7B、圖7C和圖7D是示出在執行第二曝光處理之後執行第一曝光處理的狀態的示意圖。圖8是第一曝光處理中的曝光的概念圖。圖9A、圖9B和圖9C是示出執行根據第一實施方式的顯影處理之後的狀態的示意圖。圖10A、圖10B、圖10C、圖IOD和圖IOE是示出在本發明的第二實施方式的曝光條件下所獲得噴射口的附近的示意圖。
具體實施例方式參照
本發明的實施方式。(第一實施方式)圖2是示出根據本發明的第一實施方式所製造的噴墨記錄頭的示例性結構的示意性立體圖。噴墨記錄頭(液體噴射頭)包括矽基板6，其中，兩列噴射能量產生元件4沿排列方向以預定節距形成。墨供給口(液體供給口)7在矽基板6中在兩列噴射能量產生元件4之間開口。在矽基板6上，由流路形成構件2形成用於噴射墨的墨噴射口(液體噴射口)I以及與墨供給口 7和墨噴射口 I分別連通的墨流路(液體流路)5。墨噴射口 I在噴射能量產生元件4的上方相應地開口，並且沿排列方向被設置成兩列。噴墨記錄頭被配置成使得噴墨記錄頭的形成有墨噴射口 I的表面面對記錄介質的記錄表面。通過將由噴射能量產生元件4所產生的壓力施加到從公共墨供給口 7供給到墨流路5中的墨(液體)，使墨滴從墨噴射口 I噴射，從而附著到記錄介質以在記錄介質上進行記錄。下面更具體地說明通過根據該實施方式的製造方法所製造的噴墨記錄頭的示例性結構。圖IA是圖2所示的噴射口的俯視圖，圖IB是沿圖IA的線1B-1B截取的截面圖，圖IC是沿圖IA的線1C-1C截取的截面圖。線1B-1B表示排列方向而線1C-1C表示與排列方向正交的正交方向。因此，圖IB示出噴射口的沿與正交方向垂直的面截取的截面形狀而圖IC示出噴射口的沿與排列方向垂直的面截取的截面形狀。如圖IA和圖IB所示，根據該實施方式所形成的各噴射口均具有沿正交方向的側壁。此外，如圖IB所示，各噴射口的沿與正交方向垂直的面截取的截面形狀是錐形形狀或者四邊形形狀。此外，如圖IC所示，各噴射口的沿與排列方向垂直的面截取的截面形狀是錐形形狀。通過形成具有錐形形狀的噴射口，可以獲得具有低流阻和良好噴射性能的液體嗔射頭。這裡，根據該實施方式的製造方法包括如下步驟。
(I)準備設置有樹脂層的基板的步驟，其中該樹脂層含有光固化性樹脂。(2)執行第一曝光處理和第二曝光處理的曝光步驟，其中第一曝光處理和第二曝光處理是用於使樹脂層曝光的曝光處理。(3)在第一曝光處理和第二曝光處理之後在樹脂層中形成噴射口的步驟。本發明具有如下的特徵噴射口的通過第一曝光處理所形成的側壁相對於基板的傾斜角與噴射口的通過第二曝光處理所形成的側壁相對於基板的傾斜角不同。優選地，第一曝光處理是如下的處理使樹脂層的與沿正交方向的側壁對應的部分進行曝光，使得比值b/a等於或者大於1，其中，「a」是噴射口的正面側開口的在排列方向上的寬度，「b」是噴射口的背面側開口的在排列方向上的寬度。此外，優選地，第二曝光處理是如下的處理使樹脂層的與除沿正交方向的側壁以外的其他側壁對應的部分進行曝光，使得比值d/c大於1，其中，「c」是噴射口的正面側開口的在正交方向上的寬度，「d」是噴射口的背面側開口的在正交方向上的寬度。此外，優選地，以比值d/c大於比值b/a的方式執行第一曝光處理和第二曝光處理。優選地，噴射口的沿與正交方向垂直的面截取的截面形狀是錐形形狀或者四邊形形狀。此外，噴射口的沿與排列方向垂直的面截取的截面形狀是錐形形狀。應注意，即使當這兩個截面形狀均是錐形形狀時，這兩個截面形狀的相對於基板的傾斜角也彼此不同。此外，優選地，寬度a和寬度b相應地是噴射口的沿與正交方向垂直且通過噴射口的中心的面截取的截面形狀的上邊寬度和下邊寬度。此外，優選地，寬度c和寬度d相應地是噴射口的沿與排列方向垂直且通過噴射口的中心的面截取的截面形狀的上邊寬度和下邊寬度。根據本發明，能夠製造包括基板和設置在基板上的噴射口構件的液體噴射頭，在噴射口構件中，用於噴射液體的多個噴射口沿排列方向設置，多個噴射口的沿與排列方向正交的正交方向的側壁與基板垂直，並且多個噴射口的沿排列方向的側壁與基板形成銳角。下面說明根據該實施方式的製造方法。應注意，本發明不限於下面的實施方式。應注意，在下面的說明中，噴墨記錄頭被描述為本發明可以適用於的示例，但是本發明的適用範圍不限於此。此外，本發明不僅可以適用於噴墨記錄頭的製造方法也可以適用於液體噴射頭的製造方法，其中該液體噴射頭用於製造生物晶片或者用於印刷電子電路。該液體噴射頭包括噴墨記錄頭、用於製造濾色器的頭等。此外，該實施方式中所使用的噴嘴密度是指在圖IA的線1B-1B的方向上每單位長度的噴嘴數量，在該實施方式中，噴嘴密度可以是例如1200DPI (點數/英寸)。
圖3A至圖3F示出根據該實施方式的製造方法中的示例性步驟。圖3A至圖3F示出沿與排列方向垂直的面截取的截面中的步驟。首先，如圖3A所示，準備矽基板6，其中在該矽基板6上配置有噴射能量產生元件4。矽基板6具有例如(100)面的結晶取向。應注意，在該實施方式中，說明了使用
(100)面的情況，但是可以用於本發明的面取向不限於此。熱氧化膜301和犧牲層302形成在矽基板6上。作為絕緣層的氧化矽膜303形成在熱氧化膜301和犧牲層302上。諸如發熱電 阻器等多個噴射能量產生元件4被配置在氧化矽膜303上。作為保護膜的氮化矽膜304形成在氧化矽膜303和噴射能量產生元件4上。通過形成犧牲層302，能夠以良好的精度形成墨供給口(液體供給口)的表面開口。犧牲層含有鋁並且可以通過用於矽基板的蝕刻劑(鹼性(alkaline)溶液)被蝕刻。作為犧牲層的材料，例如，可以使用鋁(Al)、鋁矽(AlSi)、鋁銅(AlCu)或者鋁矽銅(AlSiCu)。其中，優選鋁或者鋁銅。AlSi是含有Al和Si的化合物，AlCu是含有Al和Cu的化合物，AlSiCu是含有Al、Si和Cu的化合物。此外，附著提高層3形成在氮化矽膜304上。作為附著提高層3，例如，可以使用聚醚醯胺樹脂。此外，可以通過旋塗(spincoating)等塗布配置附著提高層3。作為聚醚醯胺樹脂，例如，具體地，可以使用由Hitachi Chemical Co.，Ltd生產的、商標名為HIMAL-1200的材料。附著提聞層3的厚度是例如2 μ m。接著，如圖3B所示，用於形成墨流路形狀的流路形成材料307的可溶解樹脂形成在包括噴射能量產生元件4的娃基板6上。可以通過例如通過旋塗等塗布正性抗蝕劑(positive resist)接著利用紫外線照射、深紫外線(UV)照射等執行曝光並且顯影而形成流路形成材料307。作為該正性抗蝕劑，例如,可以使用ODUR (商標名，由TOKYO OHKA KOGYO CO.，LTD生產)。接著，如圖3C所示，通過旋塗等將負型感光性樹脂308配置在附著提高層3和流路形成材料307上。在該實施方式中，使用負型感光性樹脂作為流路形成構件。通過曝光來固化負型感光性樹脂。作為這種負型感光性樹脂，優選對i_線敏感的負型感光性樹脂。此外，負型感光性樹脂的厚度是例如30 μ m。在曝光時，可以使用i_線步進器(st印per)，但是本發明並不限於此。作為這種i-線步進器,例如,可以使用由Canon Inc.製造的步進器FPA-3000I5+。通過曝光和顯影使負型感光性樹脂308圖案化以形成具有墨噴射口 I的流路形成構件2。在該實施方式中，至少執行兩次曝光，即第一曝光處理和第二曝光處理。應注意，流路形成構件也是形成噴射口的構件，由此，也可以被稱為噴射口構件。這裡，參照圖5A至圖9C詳細地說明第一曝光處理和第二曝光處理。應注意，在下面的說明中，首先說明第二曝光處理，但是可以首先執行第一曝光處理和第二曝光處理中的任一方，在本發明中第一曝光處理和第二曝光處理的執行順序不受具體限制。圖5A是示出執行第二曝光處理之後的噴射口附近的狀態的示意性俯視圖。圖5B是沿圖5A的線5B-5B截取的截面圖。圖5C是沿圖5A的線5C-5C截取的截面圖。圖是在第二曝光處理中所使用的第二掩模的不意圖。圖5A至圖5C不出了未曝光部501、曝光部(固化部)502以及流路形成材料507。此外，圖示出第二掩模的不透光部511和透光部512。如上所述，第二曝光處理是如下的處理使樹脂層的與除沿正交方向的側壁以外的其他側壁對應的部分曝光，使得比值d/c大於1，其中，c是噴射口的正面側開口的在正交方向上的寬度，d是噴射口的背面側開口的在正交方向上的寬度。也可以例如使用由Canon Inc.製造的步進器FPA-3000I5+、在如下的曝光條件下執行第二曝光處理開口率(NA)為O. 45 ;相干因子(σ )為O. 5 ;曝光量為4000J，並且焦點偏移(焦點)-50 μ m。假定負型感光性樹脂308的膜厚為30 μ m,選擇曝光量。
圖6示出第二曝光處理中上述曝光條件的概念。步進器將待進行曝光的對象物的最上表面作為基準面，由此，曝光中的焦點位置為-50 μ m，其在基板表面的下方。應注意，在圖6中,虛線E表示焦點基準面,而虛線F表示焦點位置。在曝光中，通過使焦點的深度淺並且使焦點從基準面的偏移大，能夠獲得錐形形狀。另一方面，確定的是，通過使焦點的深度更深並且使焦點從基準面的偏移為膜厚的大約一半，能夠獲得基本直的形狀。這能夠通過材料的感光特性與曝光機的適當組合來實現，由此，在該實施方式中，主要通過曝光機的曝光條件和焦點偏移的量來實現形狀的選擇。在由Canon Inc.製造的步進器FPA-3000I5+被用作曝光機並且膜厚是30 μ m的情況下，確定了如下的關係。關於噴射口的與18 μ m的結果直徑相當的面積，當膜厚為30 μ m時，在如下的曝光條件下形狀是直的NA為O. 45、σ為O. 3、且焦點為-50 μ m。當NA為O. 45並且σ為O. 5時，如果焦點為-50 μ m，則錐角為7度。應注意，這裡所使用的錐角是如圖IC所示、在從噴射口的正面側開口的端部垂直於矽基板所繪製的虛擬線與噴射口的壁之間形成的角度Θ。圖7A是示出執行第一曝光處理之後的噴射口附近的狀態的示意性俯視圖。圖7B是沿圖7A的線7B-7B截取的截面圖。圖7C是沿圖7A的線7C-7C截取的截面圖。圖7D是在第一曝光處理中所使用的第一掩模的不意圖。圖7A至圖7C不出未曝光部701、曝光部(固化部)702以及流路形成材料707。此外，圖7D示出了第一掩模的不透光部711和透光部 712。優選地，在第一曝光處理中確保垂直性。第一曝光處理的曝光條件是例如NA為O. 45, σ為O. 30，曝光量為4000J，並且焦點為-15μπι。圖8示出第一曝光處理中的上述曝光條件的概念。步進器將待進行曝光的對象物的最上表面作為基準面，由此，曝光中的焦點位置為_15μπι，其位於結構的中心。圖9Α是示出完成第二曝光處理、第一曝光處理、以及隨後的後曝光烘焙(PEB)和顯影之後的噴射口的附近的示意性俯視圖。圖9Β是沿圖9Α的線9Β-9Β截取的截面圖。圖9C是沿圖9Α的線9C-9C截取的截面圖。在第一曝光處理和第二曝光處理之後，執行PEB和顯影以獲得具有噴射口 I的流路形成構件。即使改變第一曝光處理和第二曝光處理的順序，在形成噴嘴時也不會產生問題。此外，附圖中所示的掩模僅是示例性的，並不是形成根據本發明的形狀用的唯一組合。其他設計的掩模也可以形成根據本發明的形狀。再次參照圖3Α至圖3F，接著說明其餘的製造步驟。
圖3D是示出如上所述地形成了噴射口 I的狀態的示意性截面圖。接著，如圖3E所示，矽基板6的背面的熱氧化膜305被圖案化以使作為各向異性蝕刻的起始表面的矽表面暴露。之後，執行矽各向異性蝕刻以形成墨供給口 7。可以通過例如利用諸如TMAH或者KOH等的強鹼溶液進行各向異性蝕刻來形成墨供給口 7。接著，如圖3F所示，通過利用氫氟酸液進行溼蝕刻來移除氧化矽膜303。之後，通過幹蝕刻等移除氮化矽膜304。此外，通過從墨噴射口 I和墨供給口 7洗脫由可溶解樹脂形成的流路形成材料307來形成墨流路5。當流路形成材料307被移除時，根據需要，可以結合使用超聲波浸潰以容易地移除流路形成材料307。
利用切割鋸等切斷並分離通過上述步驟形成有流路形成構件的矽基板6，以形成晶片，其中該流路形成構件形成噴嘴部。接著，在執行用於驅動噴射能量產生元件4的電氣接合之後，連接用於供給墨的晶片盒構件(chip tank member)以獲得噴墨記錄頭。參照圖3A至圖3F所示的製造步驟說明了上述第一實施方式。應注意，本發明也可以適用於其他製造步驟。在下文中參照圖4A至圖4F簡要地說明其他製造步驟的示例。(第二實施方式)圖4A至圖4F是示出根據該實施方式的示例性製造方法的步驟的示意圖。此外，圖4A至圖4F是沿圖2的線4A-4A截取的截面圖。圖4A與圖3A類似。接著，如圖4B所示，通過塗布感光性樹脂材料並且對感光性樹脂材料執行曝光、FEB和顯影而由噴嘴材料來形成將要形成墨流路的側壁的流路壁401。接著，如圖4C所示，感光性幹膜402配置在流路壁401上。接著，執行以上所述的第一曝光處理和第二曝光處理。接下來，如圖4D所示，執行顯影以形成具有噴射口 I的噴射口構件403。接著，如圖4E所示，與圖3E所示的上述製造步驟類似，形成墨供給口 7。進一步，如圖4F所示,形成墨流路。下面具體地說明根據本發明的第二實施方式的曝光條件。圖IOA是示出執行第一曝光處理和第二曝光處理之後的噴射口的附近的示意性俯視圖。圖IOB是沿圖IOA的線10B-10B截取的截面圖。圖IOC是沿圖IOA的線10C-10C截取的截面圖。圖IOD和圖IOE是在該實施方式的曝光中所使用的掩模的示意圖。圖IOD是在第二曝光處理中使用的掩模，而圖IOE是在第一曝光處理中使用的掩模。假定負型樹脂材料的膜厚是80 μ m,設定曝光條件。此外，在曝光時，使用與上述第一實施方式中的步進器類似的步進器。第二曝光處理的曝光條件是NA為O. 63，σ為O. 30，曝光量為5500J，並且焦點為-75 μ m。第一曝光處理的曝光條件是NA為O. 45，σ為O. 30，曝光量為5500J，並且焦點為-40 μ m。當膜厚為80 μ m時，考慮到膜厚，曝光量為5000J。在該實施方式的膜厚的情況下，對於24 μ m的噴射口直徑，當曝光條件是NA為0.63，σ為O. 30，並且焦點為-75 μ m時，錐角為7度。此外，當曝光條件是NA為O. 45，σ為O. 30，並且焦點為-40 μ m時，形狀是直的。上述第一實施方式中的錐角與該實施方式中的錐角相同但是曝光條件改變的原因在於噴射口的端部的形狀根據膜厚而變化。在上述任一實施方式中，與噴射口垂直的情況相比，觀測到噴射特性的提高。根據本發明，能夠以高的產量製造包括如下的噴射口構件的液體噴射頭該噴射口構件具有降低了流阻的噴射口和令人滿意的強度。雖然已經參照示例性實施方式說明了本發明，但是應當理解，本發明不限於所公開的示例性實施方式。所附權利要求書的範圍應符合最寬泛的闡釋，以涵蓋所有這樣的變型、等同結構 和功能。
權利要求
1.ー種液體噴射頭的製造方法，所述液體噴射頭包括噴射ロ構件，所述噴射ロ構件具有沿排列方向設置的用於噴射液體的多個噴射ロ，所述方法包括 準備設置有樹脂層的基板，其中所述樹脂層含有光固化性樹脂； 執行第一曝光處理和第二曝光處理，其中所述第一曝光處理和所述第二曝光處理均是使所述樹脂層進行曝光的曝光處理；以及 在進行了所述第一曝光處理和所述第二曝光處理的所述樹脂層中形成所述噴射ロ， 其中，所述噴射ロ的通過所述第一曝光處理所形成的側壁相對於所述基板的傾斜角與所述噴射ロ的通過所述第二曝光處理所形成的側壁相對於所述基板的傾斜角不同。
2.根據權利要求I所述的液體噴射頭的製造方法，其特徵在幹， 所述噴射ロ具有沿與所述排列方向正交的正交方向的側壁； 所述第一曝光處理是如下的處理使所述樹脂層的與沿所述正交方向的側壁對應的部分進行曝光，使得比值b/a等於或者大於1，其中，「a」表示所述噴射ロ的正面側開ロ的在所述排列方向上的寬度，「b」表示所述噴射ロ的背面側開ロ的在所述排列方向上的寬度；所述第二曝光處理是如下的處理使所述樹脂層的與除沿所述正交方向的側壁以外的其他側壁對應的部分進行曝光，使得比值d/c大於1，其中，「c」表示所述噴射ロ的正面側開ロ的在所述正交方向上的寬度，「 d」表示所述噴射ロ的背面側開ロ的在所述正交方向上的寬度；並且 所述比值d/c大於所述比值b/a。
3.根據權利要求I所述的液體噴射頭的製造方法，其特徵在於，所述噴射ロ的沿與所述排列方向垂直的面截取的截面形狀是錐形形狀。
4.根據權利要求2所述的液體噴射頭的製造方法，其特徵在幹，所述噴射ロ的沿與所述正交方向垂直的面截取的截面形狀是錐形形狀或四邊形形狀。
5.根據權利要求2所述的液體噴射頭的製造方法，其特徵在於 所述寬度a和所述寬度b相應地是所述噴射ロ的沿與所述正交方向垂直且通過所述噴射ロ的中心的面截取的截面形狀的上邊寬度和下邊寬度；以及 所述寬度c和所述寬度d相應地是所述噴射ロ的沿與所述排列方向垂直且通過所述噴射ロ的中心的面截取的截面形狀的上邊寬度和下邊寬度。
6.—種液體噴射頭,其包括 基板；以及 設置於所述基板的噴射ロ構件，所述噴射ロ構件具有沿排列方向設置的用於噴射液體的多個噴射ロ， 其中，所述噴射ロ的沿與所述排列方向正交的正交方向的側壁垂直於所述基板，並且所述噴射ロ的沿所述排列方向的側壁與所述基板形成鋭角。
全文摘要
液體噴射頭及其製造方法。提供一種液體噴射頭的製造方法，液體噴射頭包括噴射口構件，噴射口構件具有沿排列方向設置的用於噴射液體的多個噴射口，該方法包括準備設置有樹脂層的基板，其中樹脂層含有光固化性樹脂；執行第一曝光處理和第二曝光處理，其中第一曝光處理和第二曝光處理均是使樹脂層進行曝光的曝光處理；以及在進行了第一曝光處理和第二曝光處理的樹脂層中形成噴射口。噴射口的通過第一曝光處理所形成的側壁相對於基板的傾斜角與噴射口的通過第二曝光處理所形成的側壁相對於基板的傾斜角不同。
文檔編號B41J2/16GK102673156SQ20121004828
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月28日 優先權日2011年2月28日
發明者千田充, 村山裕之, 永井正隆, 渡邊誠, 田川義則 申請人:佳能株式會社