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JP2009119725A - Ink jet recording head and method of manufacturing ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head and method of manufacturing ink jet recording head Download PDF

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JP2009119725A
JP2009119725A JP2007296552A JP2007296552A JP2009119725A JP 2009119725 A JP2009119725 A JP 2009119725A JP 2007296552 A JP2007296552 A JP 2007296552A JP 2007296552 A JP2007296552 A JP 2007296552A JP 2009119725 A JP2009119725 A JP 2009119725A
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JP
Japan
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ink
layer
recording head
jet recording
flow path
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007296552A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Kubota
雅彦 久保田
Kanki Sato
環樹 佐藤
Akihiko Okano
明彦 岡野
Maki Kato
麻紀 加藤
Kazuhiro Asai
和宏 浅井
Masanori Osumi
正紀 大角
Yoshinori Tagawa
義則 田川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2007296552A priority Critical patent/JP2009119725A/en
Priority to US12/268,740 priority patent/US20090136875A1/en
Publication of JP2009119725A publication Critical patent/JP2009119725A/en
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドの吐出特性をより安定的に、且つ、より向上させ、更には、回復機構に伴う信頼性をより向上させる。又、より高画質を達成するために、より安定的で、且つ、より信頼性の高い吐出量変調が可能なインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】第1の発泡室及び該第1の発泡室に連通するインク流路を限定する流路形成層とそれを覆う犠牲層を形成した後に平坦化し、その上に低感度レジストの層及び高感度レジストの層をこの順に形成する。次いで、両レジストを同時に感光する露光量で第2の発泡室となる領域以外を露光し、更に高感度レジストのみが感光する露光量でインク吐出口となる領域以外を露光する。そして、流路形成層、第2の発泡室となる領域の低感度レジスト層及びインク吐出口となる領域の高感度レジスト層を除去する。
【選択図】図1i
To improve the ejection characteristics of an ink jet recording head more stably and more, and to further improve the reliability associated with a recovery mechanism. In addition, to achieve higher image quality, an ink jet recording head capable of more stable and more reliable ejection amount modulation is provided.
A first foaming chamber and a channel forming layer for limiting an ink channel communicating with the first foaming chamber and a sacrificial layer for covering the first foaming chamber and a sacrificial layer for covering the first foaming chamber and a sacrificial layer are flattened, and a low-sensitivity resist layer is formed thereon. And the layer of a high sensitivity resist is formed in this order. Next, an area other than the second foaming chamber is exposed with an exposure amount that simultaneously exposes both resists, and an area other than the area that becomes the ink discharge port is exposed with an exposure amount that only the high-sensitivity resist is exposed. Then, the flow path forming layer, the low sensitivity resist layer in the region serving as the second foaming chamber, and the high sensitivity resist layer in the region serving as the ink discharge port are removed.
[Selection] Figure 1i

Description

本発明は、インクを吐出口から噴射して画像を形成するインクジェット記録ヘッドに関する。   The present invention relates to an ink jet recording head that forms an image by ejecting ink from an ejection port.

インクジェット記録ヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて、所定色相の画像に印刷する装置である。このようなインクジェット記録ヘッドは、インク液滴の吐出メカニズムによって2つの方式に大別される。その1つは、熱源を用いてインクにバブルを発生させ、当該バブルの膨張力によってインク液滴を吐出させる熱駆動方式のインクジェット記録ヘッドである。他の1つは、圧電体を使用して、その圧電体の変形によりインクに加えられる圧力によりインク液滴を吐出させる圧電駆動方式のインクジェット記録ヘッドである。   The inkjet recording head is a device that prints an image of a predetermined hue by ejecting minute droplets of printing ink to a desired position on a recording sheet. Such ink jet recording heads are roughly classified into two types according to the ink droplet ejection mechanism. One of them is a thermally driven ink jet recording head that generates bubbles in ink using a heat source and ejects ink droplets by the expansion force of the bubbles. The other one is a piezoelectric drive type ink jet recording head that uses a piezoelectric body and ejects ink droplets by pressure applied to the ink by deformation of the piezoelectric body.

インクジェット記録方式におけるインクジェット記録ヘッドは、一般にプリント液滴を吐出するための微細な吐出口と、該吐出口に連通する液流路と、該液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を備えている。そして、このインクジェット記録ヘッドは液体吐出エネルギー発生部と吐出口との位置関係より、大きく2つの形態に分けることができる。すなわち、気泡の成長方向と吐出方向とが異なる(ほぼ垂直である)所謂エッジシューター型インクジェットヘッドと、気泡の成長方向と吐出方向とがほぼ同じである所謂サイドシューター型インクジェットヘッドである。   An ink jet recording head in an ink jet recording method generally includes a fine discharge port for discharging print droplets, a liquid channel communicating with the discharge port, and a liquid discharge energy generating unit provided in a part of the liquid channel It has. The ink jet recording head can be roughly divided into two forms depending on the positional relationship between the liquid discharge energy generating portion and the discharge port. That is, a so-called edge shooter type ink jet head in which the bubble growth direction and the discharge direction are different (substantially perpendicular) and a so-called side shooter type ink jet head in which the bubble growth direction and the discharge direction are substantially the same.

この2つの形態のうち、サイドシューター型インクジェット記録ヘッドの製造方法として、特許文献1に記載されている製造方法を説明する。この製造方法では、インク吐出圧発生素子とオリフィス間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定可能で、高品位記録を可能にするため、以下の工程を有することを特徴としている。
(1)インク吐出圧力発生素子が形成された基板(基体)上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程、
(2)常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解して、これを溶解可能な樹脂層上にソルベントコートすることによって、溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程、
(3)インク吐出圧力発生素子上方の被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程、
(4)溶解可能な樹脂層を溶出する工程。
以下、図4a〜図4fを参照しつつ、この製造方法について詳細に説明する。
Of these two forms, a manufacturing method described in Patent Document 1 will be described as a manufacturing method of a side shooter type ink jet recording head. This manufacturing method is characterized in that the distance between the ink discharge pressure generating element and the orifice can be set with a very high accuracy in a short and reproducible manner and has the following steps in order to enable high-quality recording.
(1) forming an ink flow path pattern with a dissolvable resin on a substrate (base) on which an ink discharge pressure generating element is formed;
(2) A coating resin containing a solid epoxy resin at room temperature is dissolved in a solvent, and this is solvent-coated on the soluble resin layer, thereby forming an ink flow path wall on the soluble resin layer. Forming a coating resin layer;
(3) forming an ink discharge port in the coating resin layer above the ink discharge pressure generating element;
(4) A step of eluting a soluble resin layer.
Hereinafter, this manufacturing method will be described in detail with reference to FIGS.

まず、図4aに示すように、インク吐出エネルギー発生素子2を含む基板1上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターン3を形成する。このように、基板1上には、電気熱変換素子あるいは圧電素子等のインク吐出エネルギー発生素子2が、所望の個数配置される。そして、インク吐出エネルギー発生素子2によって、記録液としてのインク小滴を吐出させるための吐出エネルギーがインク液に与えられ、記録が行われる。   First, as shown in FIG. 4a, an ink flow path pattern 3 is formed on a substrate 1 including an ink discharge energy generating element 2 with a soluble resin. Thus, a desired number of ink discharge energy generating elements 2 such as electrothermal conversion elements or piezoelectric elements are arranged on the substrate 1. Then, the ink ejection energy generating element 2 applies ejection energy for ejecting ink droplets as a recording liquid to the ink liquid, and recording is performed.

例えば、インク吐出エネルギー発生素子2として電気熱変換素子が用いられる時には、この素子が近傍の記録液を加熱することにより、記録液に状態変化を生起させ吐出エネルギーを発生する。また、例えば、インク吐出エネルギー発生素子2として圧電素子が用いられる時は、この素子の機械的振動によって、吐出エネルギーが発生される。   For example, when an electrothermal conversion element is used as the ink ejection energy generating element 2, the element heats the nearby recording liquid, thereby causing a change in state in the recording liquid and generating ejection energy. For example, when a piezoelectric element is used as the ink ejection energy generating element 2, ejection energy is generated by mechanical vibration of this element.

なお、これらの素子2には、これら素子を動作させるための不図示の制御信号入力用電極が接続されている。また、一般的には、これら吐出エネルギー発生素子2の耐用性の向上を目的として、保護層等の各種機能層が設けられるが、もちろんこのような機能層を設けることは一向に差し支えない。   These elements 2 are connected to control signal input electrodes (not shown) for operating these elements. In general, various functional layers such as a protective layer are provided for the purpose of improving the durability of the ejection energy generating element 2, but it is of course possible to provide such a functional layer.

次いで、図4bに示すように、溶解可能な樹脂により形成したインク流路パターン3上に、更に被覆樹脂層4をスピンコート法、ロールコート法等で形成する。   Next, as shown in FIG. 4b, a coating resin layer 4 is further formed on the ink flow path pattern 3 formed of a soluble resin by a spin coating method, a roll coating method, or the like.

次いで、図4cに示すように、被覆樹脂層4に対して、マスクを介してパターン露光を行うことにより、インク吐出口5を形成する。被覆樹脂層4は、ネガ型レジストで形成するので、インク吐出口を形成する部分をマスクで遮蔽する(もちろん、電気的な接続を行う部分も遮蔽する。図示せず)。パターン露光は、使用する光カチオン重合開始剤の感光領域に合わせて紫外線、Deep−UV光、電子線、X線等から適宜選択することができる。次いで、パターン露光された感光性被覆樹脂層4は、適当な溶剤を用いて現像され、インク吐出口5を形成する。   Next, as shown in FIG. 4c, the ink discharge port 5 is formed by performing pattern exposure on the coating resin layer 4 through a mask. Since the covering resin layer 4 is formed of a negative resist, a portion where the ink discharge port is formed is shielded with a mask (of course, a portion where electrical connection is made is also shielded (not shown)). The pattern exposure can be appropriately selected from ultraviolet rays, deep-UV light, electron beams, X-rays and the like according to the photosensitive region of the photocationic polymerization initiator to be used. Next, the pattern-exposed photosensitive coating resin layer 4 is developed using an appropriate solvent to form an ink discharge port 5.

次いで、インク供給のための開口部(インク供給口)7を形成する。この際、図4dに示すように、上記にて作製したノズル部材がダメージを受けないように、環化ゴムなどの保護材6を用い、シリコン基板のノズルを形成した側の面を保護し、インク供給口7を形成した後、除去しても良い。インク供給口7の形成は、基板1に穴を形成できる手段であれば、いずれの方法も使用できる。例えば、ドリル等の機械的手段にて形成しても構わないし、レーザー等の光エネルギーを使用しても差し支えない。また、基板1にレジストパターン等を形成して化学的にエッチングしても差し支えない。   Next, an opening (ink supply port) 7 for supplying ink is formed. At this time, as shown in FIG. 4d, the protective member 6 such as cyclized rubber is used to protect the surface of the silicon substrate on which the nozzle is formed, so that the nozzle member produced above is not damaged, After the ink supply port 7 is formed, it may be removed. Any method can be used for forming the ink supply port 7 as long as it can form a hole in the substrate 1. For example, it may be formed by mechanical means such as a drill, or light energy such as laser may be used. Further, a resist pattern or the like may be formed on the substrate 1 and chemically etched.

最後に、図4eに示すように、溶剤によって、インク流路パターン3を形成する溶解可能な樹脂を溶出する。溶出は、基板を溶剤に浸漬したり、溶剤をスプレーにて拭きつけたりすることによって、容易に行われる。また、超音波等を併用すれば、更に溶出時間を短縮できる。   Finally, as shown in FIG. 4e, the soluble resin forming the ink flow path pattern 3 is eluted with a solvent. Elution is easily performed by immersing the substrate in a solvent or wiping the solvent with a spray. Moreover, elution time can be further shortened by using ultrasonic waves or the like together.

このようにして形成したインク流路及びインク吐出口を形成した基板1に対して、インク供給のための部材及びインク吐出圧力発生素子2を駆動するための電気的接合(図示せず)を行って、インクジェット記録ヘッドが形成される。   Electrical connection (not shown) for driving the ink supply member and the ink discharge pressure generating element 2 is performed on the substrate 1 formed with the ink flow path and the ink discharge port thus formed. Thus, an ink jet recording head is formed.

又、特許文献2では、以下の段階を含むことを特徴とするモノリシック・インクジェット記録ヘッドの製造方法が開示されている。
(a)基板上にインクを加熱するためのヒーターと前記ヒーターに電流を供給するための電極とを形成する段階、
(b)前記ヒーターと電極とが形成された前記基板上にネガティブフォトレジストを塗布した後、それをフォトリソグラフィ工程によってパターニングしてインク流路を限定する流路形成層を形成する段階、
(c)前記流路形成層が形成されている前記基板上に前記流路形成層を覆うように犠牲層を形成する段階、
(d)化学機械的研磨(Chemical Mechnical Polishing;CMP)工程を通じて前記流路形成層と犠牲層との上面を平坦化する段階、
(e)前記流路形成層及び犠牲層上にネガティブフォトレジストを塗布した後、それをフォトリソグラフィ工程によってパターニングしてノズルを有するノズル層を形成する段階、
(f)前記基板にインク供給口を形成する段階、
(g)前記犠牲層を除去する段階。
Patent Document 2 discloses a method of manufacturing a monolithic ink jet recording head including the following steps.
(A) forming a heater for heating ink on the substrate and an electrode for supplying current to the heater;
(B) applying a negative photoresist on the substrate on which the heater and the electrode are formed, and then patterning the photoresist by a photolithography process to form a flow path forming layer that limits an ink flow path;
(C) forming a sacrificial layer on the substrate on which the flow path forming layer is formed so as to cover the flow path forming layer;
(D) planarizing the upper surfaces of the flow path forming layer and the sacrificial layer through a chemical mechanical polishing (CMP) process;
(E) After applying a negative photoresist on the flow path forming layer and the sacrificial layer, patterning it by a photolithography process to form a nozzle layer having a nozzle;
(F) forming an ink supply port on the substrate;
(G) removing the sacrificial layer;

しかし、半導体の製造方法を適用した製法においては、基本的には、インク流路及び吐出口近傍の形状変更は素子基板と平行な2次元方向での変更に限定されてしまう。すなわち、インク流路及び吐出口の型に感光性材料を用いていることにより、感光材層を部分的に多層化することができない。したがって、インク流路等の型において高さ方向に変化をつけた所望のパターンを得ることができず、素子基板からの高さ方向の形状が一様に限定されてしまう。その結果、高速で安定した吐出を実現するためのインク流路設計の足かせとなってしまう。   However, in the manufacturing method to which the semiconductor manufacturing method is applied, basically, the shape change in the vicinity of the ink flow path and the ejection port is limited to the change in the two-dimensional direction parallel to the element substrate. In other words, since the photosensitive material is used for the ink flow path and the ejection port mold, the photosensitive material layer cannot be partially multilayered. Therefore, a desired pattern with a change in the height direction cannot be obtained in a mold such as an ink flow path, and the shape in the height direction from the element substrate is uniformly limited. As a result, it becomes an impediment to the ink flow path design for realizing high-speed and stable ejection.

一方、特許文献3では、液流路構造体のエキシマレーザー加工に際して、レーザーマスクを使って、不透明度を部分的に変化せしめて樹脂フィルムの加工深さを制御せしめる方法を開示している。この方法によって、3次元方向、すなわち素子基板と平行な面内方向と該素子基板からの高さ方向でのインク流路の形状変更を実現している。このようなレーザー加工での深さ方向の制御は原理的には可能である。しかし、これら加工に用いられるエキシマレーザーは、半導体の露光に使用されるエキシマレーザーと異なり、広帯域にて高い輝度のレーザーが使用され、レーザー照射面内での照度のバラツキを抑えてレーザー照度の安定化を実現することは非常に難しい。特に高画質のインクジェット記録ヘッドにおいては、各吐出ノズル相互での加工形状のバラツキによる吐出特性の不均一は画像のムラとなって認識され、加工精度の向上を実現することが大きな課題となる。更に、レーザー加工面に付くテーパーにより微細なパターン形成ができない場合が多い。   On the other hand, Patent Document 3 discloses a method of controlling the processing depth of a resin film by partially changing the opacity by using a laser mask when excimer laser processing of a liquid flow path structure. By this method, the shape of the ink flow path is changed in a three-dimensional direction, that is, an in-plane direction parallel to the element substrate and a height direction from the element substrate. Control of the depth direction in such laser processing is possible in principle. However, the excimer laser used for these processes differs from the excimer laser used for semiconductor exposure, and a high-brightness laser is used in a wide band, which suppresses variations in illuminance within the laser irradiation surface and stabilizes the laser illuminance. It is very difficult to realize. In particular, in a high-quality inkjet recording head, non-uniform discharge characteristics due to variations in the processing shape between the discharge nozzles are recognized as image unevenness, and it is a major issue to improve processing accuracy. Furthermore, it is often impossible to form a fine pattern due to the taper attached to the laser processed surface.

又、特許文献4では、基板上に写真作像可能な層の多数材料のサンドイッチを作る、Niオリフィス板または障壁インターフェース材料を必要としない新奇なポリマ・オリフィス製作方法を開示している。特許文献4において、直接作像ポリマ・オリフィスは通常、溶解割合のわずかに異なる負動作フォトレジスト材料の二つ以上の層を備えている。溶解割合は、異なる分子量、物理的組成、または光学濃度を有する各層の色々な材料に基づいている。2層を使用する例示方法では、架橋結合に500ミリジュール/cm2の強度の電磁エネルギーを必要とする「遅い」フォトレジストが基板に施される。流体ジェット印字ヘッドでは、この基板は、その表面に加えられた薄膜層の積み重ねを有していた半導体材料から構成されている。架橋結合に丁度100ミリジュール/cm2の強度の電磁エネルギーを必要とする「速い」フォトレジストが遅いフォトレジストの層の上に加えられる。硬化後、基板のフォトレジスト層を、マスクを通して少なくとも500ミリジュール/cm2の非常な高強度に露出して流体井戸室を形成する。強度は上層及び下層の双方を架橋結合するのに十分な高さである。基板のフォトレジスト層を次に他のマスクを通して100ミリジュール/cm2の低強度の電磁エネルギーに露出し、オリフィス室を形成する。第2の露出強度が十分低いことは重要であり、したがってオリフィス開口の下にある遅いフォトレジストの下方オリフィス層は架橋結合しない。特許文献4では、光学染料(オレンジ#3、〜2%重量のような)を透明ポリマー材料に加えることにより、遅いフォトレジストを染料のないまたは少量の染料を有する速いフォトレジストから作ることができると開示している。しかしながら、特許文献4では、「遅い」フォトレジストで、インク流路を、「速い」フォトレジストで、吐出口を含むオリフィスを形成しようとしている。そのため、昨今、要求されているインクジェットヘッドの機能を満足するためには、下記の2点を満足する必要がある。
(1)高速リフィール性:つまり、オリフィスから液滴が飛翔した後に、できるだけ早く、ノズル内(吐出口まで)にインクが再充填されることと。
(2)飛翔液滴の小液滴化:つまり、吐出口サイズを小さくするだけでなく、オリフィス層の厚みをできる限り、薄くすることで、インク吐出エネルギー発生素子(以下、ヒータと呼ぶ)と吐出口の距離を短くすることと。ただし、オリフィス層全体を薄くしてしまうと、吐出口の変形や、ウェハからチップに切断する際に、オリフィス層が割れてしまうという不具合を生じることとがわかっている。
(3)ノズルの高密度化:つまり、液滴を小液化すると、1つの液滴の形成するドットサイズが、小さくなり、1画素当たりに打ち込む液滴数を多くする必要がある。そのため、リフィール周波数(繰り返し液滴を飛翔する時間)を更に上げるか、ノズルを高密度に配置して、単位面積あたりに、同時に多くの液滴を飛翔する必要がある。
U.S. Pat. No. 6,057,077 discloses a novel polymer orifice fabrication method that does not require a Ni orifice plate or barrier interface material to make a multi-material sandwich of photoimageable layers on a substrate. In U.S. Pat. No. 6,057,049, direct imaging polymer orifices typically comprise two or more layers of negative working photoresist material with slightly different dissolution rates. The dissolution rate is based on the various materials of each layer having different molecular weights, physical compositions, or optical densities. In an exemplary method using two layers, a “slow” photoresist is applied to the substrate that requires an electromagnetic energy of 500 millijoule / cm 2 strength for cross-linking. In a fluid jet printhead, the substrate is composed of a semiconductor material that has a stack of thin film layers applied to its surface. A “fast” photoresist, which requires an electromagnetic energy of just 100 millijoules / cm 2 for crosslinking, is added over the layer of slow photoresist. After curing, the photoresist layer of the substrate is exposed through the mask to a very high intensity of at least 500 millijoules / cm 2 to form a fluid well chamber. The strength is high enough to cross-link both the upper and lower layers. The photoresist layer of the substrate is then exposed to low intensity electromagnetic energy of 100 millijoules / cm 2 through another mask to form an orifice chamber. It is important that the second exposure intensity be low enough so that the lower orifice layer of the slow photoresist under the orifice opening does not crosslink. In U.S. Patent No. 6,047,049, a slow photoresist can be made from a fast photoresist with no dye or a small amount of dye by adding an optical dye (such as orange # 3, ~ 2% weight) to the transparent polymer material. It is disclosed. However, in Patent Document 4, an ink flow path is formed with a “slow” photoresist, and an orifice including an ejection port is formed with a “fast” photoresist. Therefore, the following two points must be satisfied in order to satisfy the functions of the inkjet head that have been required recently.
(1) High-speed refilling property: In other words, after the droplets fly from the orifice, the ink is refilled in the nozzle (up to the ejection port) as soon as possible.
(2) Making flying droplets smaller: In other words, not only the ejection port size is reduced, but also the orifice layer is made as thin as possible, thereby providing an ink ejection energy generating element (hereinafter referred to as a heater). To shorten the distance of the discharge port. However, it has been found that if the entire orifice layer is made thin, the orifice is broken when the discharge port is deformed or when the wafer is cut into chips.
(3) Densification of nozzles: In other words, when droplets are made smaller, the dot size formed by one droplet becomes smaller, and it is necessary to increase the number of droplets driven per pixel. For this reason, it is necessary to further increase the refill frequency (time for repeatedly ejecting droplets) or to dispose many nozzles at the same time per unit area by arranging nozzles at high density.

以上の3点を両立するためには、インク流路は、なるべく断面積を大きくし、オリフィスの厚さは、なるべく薄くすることとが必要になってくる。しかし、ノズルを高密度に配置すると、インク流路の断面積を上げるには、流路の厚みを上げる必要がある。これを、特許文献4に開示している技術では、難しい。つまり、この技術では、オリフィス層を全体的に薄くすることはできるが、吐出口周辺のオリフィス層のみを薄くすることはできない。又、ノズルを高密度に形成する場合、低感度のレジスト層と高感度のレジスト層を同時に同じ露光量で形成するために、露光する光の減衰効果や、光の散乱による影響を受けて、厚さ方向と横方向への感光領域を精度良く制御するには、多くの制約が生じてしまう。
特開平6−286149号公報 特開2005−205916号公報 特開平10−291317号公報 特開平11−314371号公報
In order to achieve both of the above three points, it is necessary to increase the cross-sectional area of the ink flow path as much as possible and to reduce the thickness of the orifice as much as possible. However, if the nozzles are arranged at high density, it is necessary to increase the thickness of the flow path in order to increase the cross-sectional area of the ink flow path. This is difficult with the technique disclosed in Patent Document 4. That is, with this technique, the orifice layer can be thinned as a whole, but only the orifice layer around the discharge port cannot be thinned. In addition, when forming nozzles with high density, a low-sensitivity resist layer and a high-sensitivity resist layer are formed at the same exposure amount at the same time. In order to accurately control the photosensitive area in the thickness direction and in the lateral direction, many restrictions arise.
JP-A-6-286149 JP 2005-205916 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-291317 JP 11-314371 A

したがって、本発明は、複数の吐出エネルギー発生素子(以後、ヒータと記す)を高密度に配列し、且つ、該ヒーターを駆動させる基板上に接合して、インク流路及びインク吐出口を構成するインクジェット記録ヘッドに関する。そして、安定的にインク小液を飛翔させ、且つ、高速なリフィール(インク供給口からインク流路へのインクの流れやすさ)を可能にするインクジェット記録ヘッドを提供することが、本発明の目的である。   Therefore, according to the present invention, a plurality of ejection energy generating elements (hereinafter referred to as heaters) are arranged at high density and bonded onto a substrate for driving the heaters to form an ink flow path and an ink ejection port. The present invention relates to an ink jet recording head. An object of the present invention is to provide an ink jet recording head that stably ejects small ink liquid and enables high-speed refill (easy flow of ink from an ink supply port to an ink flow path). It is.

更には、近年の高画質に対する市場の要望に答えるために、高解像度、且つ、小液滴による印字物を達成するために、インクジェット記録ヘッドは、高密度に配列され、且つ、吐出口からは、微小な液滴を飛翔させる必要にある。そのために、インク流路は、より微細な毛細管になり、且つ、その内部を常に安定的にインクで満たすために、記録装置に配した回復機構により、吸引または、加圧などによる回復手段が講じられている。その際、より安定的に、且つ、容易に、且つ、残留気泡が残らないように、インク流路内をリフレッシュすることが重要になっている。本発明の目的は、より高密度に配されたインク流路においても、より安定的に、且つ、より容易に、回復手段が達成できることにある。   Furthermore, in order to meet the market demand for high image quality in recent years, in order to achieve high resolution and printed matter with small droplets, the ink jet recording heads are arranged in high density and from the discharge port. It is necessary to fly a minute droplet. For this purpose, the ink flow path becomes a finer capillary, and in order to constantly and stably fill the interior with ink, a recovery mechanism provided in the recording apparatus provides a recovery means such as suction or pressurization. It has been. At that time, it is important to refresh the inside of the ink flow path more stably, easily, and so as not to leave residual bubbles. An object of the present invention is to achieve recovery means more stably and more easily even in an ink flow path arranged at a higher density.

又、面配置された複数のインク吐出口に対して、列毎にインク吐出口サイズを可変させて、該吐出口から異なるインク体積を吐出させる際に、より安定的に、より良い吐出特性を維持しながら、吐出量変調を達成できるインクジェット記録ヘッドを提供する。   In addition, when changing the ink discharge port size for each column and discharging different ink volumes from the plurality of ink discharge ports arranged on the surface, more stable and better discharge characteristics can be obtained. Provided is an ink jet recording head capable of achieving ejection amount modulation while maintaining the same.

更に、上記吐出口サイズが、面配置された複数のインク吐出口において、列毎に異なるインクジェット記録ヘッドでも、より安定的に、且つ、より容易に、回復手段が講じられるインクジェット記録ヘッドを提供することにある。   Furthermore, the present invention provides an ink jet recording head in which recovery means can be taken more stably and more easily even with an ink jet recording head having a plurality of ink outlets arranged in a plane and having different sizes for each column. There is.

しかしながら、特許文献2では、インク流路及び吐出口近傍の形状変更は素子基板と平行な2次元方向での変更に限定されてしまう。更に、特許文献4では、インク吐出口を露光した後に、現像し、未露光部のレジスト除去する際に、同時に、インク流路に該当する未露光部のレジストも除去されてしまう。そのために、その後に、熱架橋型のネガ型レジストを熱硬化させた場合に、上層の「速い」フォトレジストが、下層の「遅い」フォトレジストで形成されたインク流路側に垂れこんでしまうという課題があった。   However, in Patent Document 2, the shape change in the vicinity of the ink flow path and the ejection port is limited to a change in a two-dimensional direction parallel to the element substrate. Further, in Patent Document 4, when the ink discharge port is exposed and then developed and the resist in the unexposed portion is removed, the resist in the unexposed portion corresponding to the ink flow path is also removed at the same time. For this reason, when the thermally crosslinked negative resist is subsequently thermally cured, the “fast” photoresist in the upper layer hangs down to the ink flow path side formed by the “slow” photoresist in the lower layer. There was a problem.

本願発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、インクジェット記録ヘッドの吐出特性をより安定的に、且つ、より向上させ、更には、回復機構に伴う信頼性をより向上させることを目的とするものである。又、より高画質を達成するために、より安定的で、且つ、より信頼性の高い吐出量変調が可能なインクジェット記録ヘッドを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and aims to more stably and improve the ejection characteristics of an ink jet recording head and to further improve the reliability associated with the recovery mechanism. It is what. It is another object of the present invention to provide an ink jet recording head that can perform discharge amount modulation more stably and more reliably in order to achieve higher image quality.

本発明は、インク吐出エネルギー発生素子を備えた基板の上に複数のインク流路及び複数のインク吐出口が設けられているインクジェット記録ヘッドであって、
(a)基板の上に、インクを加熱するためのインク吐出エネルギー発生素子と該インク吐出エネルギー発生素子に電流を供給するための電極とを形成する工程と、
(b)前記インク吐出エネルギー発生素子と前記電極とが形成された前記基板の上に、第1のネガ型感光性レジストを塗布し、該第1のネガ型感光性レジストをフォトリソグラフィ工程によってパターニングして、第1の発泡室及び該第1の発泡室に連通するインク流路を限定する流路形成層を形成する工程と、
(c)前記流路形成層が形成されている前記基板の上に、前記流路形成層を覆うように犠牲層を形成する工程と、
(d)CMP工程によって、前記犠牲層を削り取りながら、前記流路形成層が露出するまで研磨して、前記流路形成層及び前記犠牲層の上面を平坦化する工程と、
(e)前記流路形成層及び前記犠牲層の上に、第2のネガ型感光性レジストを塗布して低感度レジスト層を形成し、続けて、該低感度レジスト層の上に、該第2のネガ型感光性レジストより感度の高い第3のネガ型感光性レジストを塗布して高感度レジスト層を形成する工程と、
(f)前記第2のネガ型感光性レジストと前記第3のネガ型感光性レジストを同時に感光できる露光量で、前記第1の発泡室と連通する第2の発泡室となる領域以外を露光する工程と、
(g)前記第3のネガ型感光性レジストのみを感光できる露光量で、インク吐出口となる領域以外を露光する工程と、
(h)前記基板にインク供給口を形成する工程と、
(i)前記犠牲層、第2の発泡室となる領域の低感度レジスト層及びインク吐出口となる領域の高感度レジスト層を除去する工程と
を含むことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法である。
The present invention is an ink jet recording head in which a plurality of ink flow paths and a plurality of ink discharge ports are provided on a substrate provided with an ink discharge energy generating element,
(A) forming an ink discharge energy generating element for heating ink and an electrode for supplying a current to the ink discharge energy generating element on a substrate;
(B) A first negative photosensitive resist is applied on the substrate on which the ink ejection energy generating element and the electrode are formed, and the first negative photosensitive resist is patterned by a photolithography process. Forming a flow path forming layer that limits the first foaming chamber and the ink flow path communicating with the first foaming chamber;
(C) forming a sacrificial layer on the substrate on which the flow path forming layer is formed so as to cover the flow path forming layer;
(D) polishing the sacrificial layer by CMP until the flow path forming layer is exposed, and planarizing the upper surface of the flow path forming layer and the sacrificial layer;
(E) On the flow path forming layer and the sacrificial layer, a second negative photosensitive resist is applied to form a low-sensitivity resist layer, and subsequently, on the low-sensitivity resist layer, the first Applying a third negative photosensitive resist having a higher sensitivity than the negative photosensitive resist 2 to form a high-sensitivity resist layer;
(F) Exposing a region other than the second foaming chamber communicating with the first foaming chamber with an exposure amount capable of simultaneously exposing the second negative photosensitive resist and the third negative photosensitive resist. And a process of
(G) exposing a region other than the region serving as an ink discharge port with an exposure amount capable of exposing only the third negative photosensitive resist;
(H) forming an ink supply port on the substrate;
(I) a step of removing the sacrificial layer, the low-sensitivity resist layer in the region serving as the second foaming chamber, and the high-sensitivity resist layer in the region serving as the ink discharge port. It is.

本発明によれば、下記に列挙する項目の効果を奏する。
(1)インクジェット記録ヘッド製作のための主要工程が、フォトレジスト等を用いたフォトリソグラフィ技術によるため、液体吐出ヘッドの液流路構造体の吐出口、インク流路が、所望のパターンで、しかも極めて容易に形成することができる。更には、同構成の多数の液体吐出ヘッドを同時に加工することも容易にできる。
(2)液流路構造体材料層の厚さやインク流路の厚さを部分的に変えることが可能であり、吐出速度が速く、極めて着弾精度が高く、更に、インクのリフィール速度が速いインクジェット記録ヘッドが製造できるため、高画質の記録を高速で行うことができる。
(3)高密度マルチアレイノズルの液体吐出ヘッドが簡単な手段で得られる。
According to the present invention, the following items can be obtained.
(1) Since the main process for manufacturing the ink jet recording head is based on the photolithography technique using a photoresist or the like, the discharge port of the liquid flow path structure of the liquid discharge head and the ink flow path have a desired pattern, It can be formed very easily. Furthermore, it is possible to easily process a large number of liquid ejection heads having the same configuration at the same time.
(2) It is possible to partially change the thickness of the liquid flow path structure material layer and the thickness of the ink flow path, the inkjet speed is high, the landing accuracy is extremely high, and the ink refill speed is high. Since the recording head can be manufactured, high-quality recording can be performed at high speed.
(3) A liquid discharge head of a high density multi-array nozzle can be obtained by simple means.

本説明では、本発明の適用例として、インクジェット記録方式を例に挙げて説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオチップ作成や電子回路印刷の他、薬剤吐出用の医療用途の液体吐出ヘッド等にも適用できる。   In this description, as an application example of the present invention, an inkjet recording method will be described as an example. However, the scope of the present invention is not limited to this, and in addition to biochip creation and electronic circuit printing, drugs It can also be applied to a liquid discharge head for medical use for discharge.

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。以下、本発明の製造方法における各製造工程を図1a〜図1iを参照して説明する。   A method for manufacturing the ink jet recording head of the present invention will be described. Hereafter, each manufacturing process in the manufacturing method of this invention is demonstrated with reference to FIG.

まず、図1aに示すように、複数のインク吐出エネルギー発生素子11を備えた基板10を準備する。基板としては、シリコン基板を用いることができ、例えば厚さ625μm、6インチサイズ(Φ150mm)の三菱マテリアルズ社製のCZ基板を用いることができる。メンブレン膜であるP−SiO膜及びP−SiN膜が形成されていてもよい。   First, as shown in FIG. 1a, a substrate 10 having a plurality of ink discharge energy generating elements 11 is prepared. As the substrate, a silicon substrate can be used. For example, a CZ substrate manufactured by Mitsubishi Materials Corporation having a thickness of 625 μm and a size of 6 inches (Φ150 mm) can be used. A P—SiO film and a P—SiN film, which are membrane films, may be formed.

また、この基板10の表面には、インク吐出エネルギー発生素子11に電流を供給するための電極(不図示)が形成されている。更に、この基板10の表面には、密着向上層であるHIMAL(商品名、日立化成社製)が、フォトリソグラフィプロセスでパターンが形成されており、且つ、裏面側にも、同じ材料であるHIMAL(商品名、日立化成社製)のパターンが形成されている。   An electrode (not shown) for supplying a current to the ink discharge energy generating element 11 is formed on the surface of the substrate 10. Further, on the surface of the substrate 10, a pattern of HIMA (trade name, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), which is an adhesion improving layer, is formed by a photolithography process, and the same material is used on the back side. A pattern of (trade name, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) is formed.

次に、図1bに示すように、基板10の上に、第1のネガ型感光性レジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程によってパターニングして、第1の発泡室及び第1の発泡室に連通するインク流路を限定する流路形成層14を形成する。塗布する第1のネガ型感光性レジストは、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤とを含む光硬化性組成物を用いることが好ましい。例えば、特許第3143307号公報に記載されるエポキシ樹脂を主たる構成材料とする感光性材料を用いることができ、好ましくはキシレン等の芳香族系溶剤に溶解させて塗布レジストとして用いる。第1のネガ型感光性レジストを露光し現像する(フォトリソグラフィ工程)ことで形成された流路形成層14は、第1の発泡室及び第1の発泡室に連通するインク流路を限定するインク流路壁となる。第1のネガ型感光性レジストはネガ型特性であるため、露光の際には、インク流路となる部分に光を照射させないフォトマスク(不図示)を適用する。   Next, as shown in FIG. 1b, a first negative photosensitive resist is applied onto the substrate 10, patterned by a photolithography process, and communicated with the first foaming chamber and the first foaming chamber. A flow path forming layer 14 for limiting the ink flow path is formed. The first negative photosensitive resist to be applied is preferably a photocurable composition containing a cationically polymerizable compound and a photocationic polymerization initiator. For example, a photosensitive material mainly composed of an epoxy resin described in Japanese Patent No. 3143307 can be used, and it is preferably used as a coating resist after being dissolved in an aromatic solvent such as xylene. The flow path forming layer 14 formed by exposing and developing the first negative photosensitive resist (photolithography process) limits the ink flow path communicating with the first foam chamber and the first foam chamber. It becomes an ink flow path wall. Since the first negative photosensitive resist has negative characteristics, a photomask (not shown) that does not irradiate light to a portion that becomes an ink flow path is applied during exposure.

流路形成層14の膜厚は、5μm以上30μm以下であることが好ましい。   The thickness of the flow path forming layer 14 is preferably 5 μm or more and 30 μm or less.

次に、図1cに示すように、流路形成層14を形成した基板の上に、例えばPMIPK(ポリメチルイソプロペニルケトン)を含むポジ型レジスト層を塗布して、犠牲層12を形成する。PMIPKを主成分とした塗布用ポジ型レジストは、例えば(株)東京応化工業から商品名「ODUR−1010」として市販されている。この犠牲層12は汎用的なスピンコート法にて形成できる。このとき、犠牲層12は流路形成層14全体を覆うように、かつ流路形成層14が存在しない領域においても流路形成層14より厚くなるように形成する。又、犠牲層12は、メタクリル酸エステルとメタクリル酸との共重合体(例えばPMMA系共重合体)を含むポジ型レジストを用いて、スピンコート法にて形成してもよい。これらのポジ型レジストは、電離放射線を照射することで分解して可溶化する電離放射線分解型のポジ型レジストである。   Next, as shown in FIG. 1C, a sacrificial layer 12 is formed by applying a positive resist layer containing, for example, PMIPK (polymethylisopropenyl ketone) on the substrate on which the flow path forming layer 14 is formed. A positive resist for coating mainly composed of PMIPK is commercially available from Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. under the trade name “ODUR-1010”, for example. The sacrificial layer 12 can be formed by a general-purpose spin coating method. At this time, the sacrificial layer 12 is formed so as to cover the entire flow path forming layer 14 and to be thicker than the flow path forming layer 14 even in a region where the flow path forming layer 14 does not exist. The sacrificial layer 12 may be formed by a spin coating method using a positive resist containing a copolymer of methacrylic acid ester and methacrylic acid (for example, PMMA copolymer). These positive resists are ionizing radiation decomposing positive resists that are decomposed and solubilized by irradiation with ionizing radiation.

次に、図1dに示すように、CMP工程によって、犠牲層12を削り取りながら、流路形成層14が露出するまで研磨して、流路形成層14及び犠牲層12の上面を平坦化する。CMP工程は、例えばMAT社製の商品名「MAT ARW−681MS」を用いることができる。このとき、CMP工程により流路形成層14と犠牲層12の上面が所望のインク流路の高さまで研磨されて、流路形成層14と犠牲層12の上面が同じ高さにする。   Next, as shown in FIG. 1d, the upper surface of the flow path forming layer 14 and the sacrificial layer 12 is planarized by polishing until the flow path forming layer 14 is exposed while the sacrificial layer 12 is scraped off by a CMP process. In the CMP process, for example, a trade name “MAT ARW-681MS” manufactured by MAT can be used. At this time, the upper surfaces of the flow path forming layer 14 and the sacrificial layer 12 are polished to the desired height of the ink flow path by the CMP process, so that the upper surfaces of the flow path forming layer 14 and the sacrificial layer 12 are made the same height.

次に、図1eに示すように、流路形成層14及び犠牲層12の上に、低感度レジスト層15を形成し、続けて、低感度レジスト層15の上に高感度レジスト層16を形成する。低感度レジスト層15は、第2のネガ型感光性レジストをスピンコート法により塗布することで形成する。高感度レジスト層16は、第2のネガ型感光性レジストより感度の高い第3のネガ型感光性レジストをスピンコート法により塗布することで形成する。   Next, as shown in FIG. 1e, the low sensitivity resist layer 15 is formed on the flow path forming layer 14 and the sacrificial layer 12, and then the high sensitivity resist layer 16 is formed on the low sensitivity resist layer 15. To do. The low sensitivity resist layer 15 is formed by applying a second negative photosensitive resist by spin coating. The high sensitivity resist layer 16 is formed by applying a third negative photosensitive resist having higher sensitivity than the second negative photosensitive resist by a spin coating method.

第2のネガ型感光性レジストとしては、例えば、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤と、光カチオン重合阻害剤または光学染料とを含む光硬化性組成物を用いることができる。   As the second negative photosensitive resist, for example, a photocurable composition containing a cationic polymerizable compound, a photo cationic polymerization initiator, and a photo cationic polymerization inhibitor or an optical dye can be used.

カチオン重合性化合物は、カチオン付加重合反応を利用して化合物同士が結合できるものであり、例えば、特許第3143307号明細書に記載される常温にて固体状のエポキシ化合物を好適に利用できる。このエポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールAとエピクロヒドリンとの反応物のうち分子量が少なくとも約900のもの、含ブロモスフェノールAとエピクロヒドリンとの反応物、フェノールノボラックあるいはo−クレゾールノボラックとエピクロヒドリンとの反応物、特開昭60−161973号公報、特開昭63−221121号公報、特開昭64−9216号公報、特開平2−140219号公報に記載のオキシシクロヘキサン骨格を有する多官能エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの1種または2種以上を用いることができる。また、これらのエポキシ化合物においては、好ましくはエポキシ当量が2000以下、更に好ましくはエポキシ当量が1000以下の化合物が好適に用いられる。これは、エポキシ当量が2000を越えると、硬化反応の際に架橋密度が低下し、硬化物のTgもしくは熱変形温度が低下したり、密着性、耐インク性に問題が生じる場合があるからである。   The cationically polymerizable compound is a compound in which compounds can be bonded to each other using a cation addition polymerization reaction. For example, a solid epoxy compound described in Japanese Patent No. 3143307 can be suitably used. Examples of the epoxy compound include a reaction product of bisphenol A and epichlorohydrin having a molecular weight of at least about 900, a reaction product of bromosphenol A and epichlorohydrin, a reaction of phenol novolac or o-cresol novolac and epichlorohydrin. And polyfunctional epoxy resins having an oxycyclohexane skeleton described in JP-A-60-161973, JP-A-63-221121, JP-A-64-9216, and JP-A-2-140219. Can be mentioned. These 1 type (s) or 2 or more types can be used. In these epoxy compounds, a compound having an epoxy equivalent of 2000 or less, more preferably 1000 or less, is preferably used. This is because if the epoxy equivalent exceeds 2000, the crosslinking density decreases during the curing reaction, the Tg of the cured product or the heat distortion temperature may decrease, and problems may occur in adhesion and ink resistance. is there.

光カチオン重合開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩[J.POLYMER SCI:Symposium No. 56 383−395(1976)参照]や旭電化工業株式会社より上市されているSP−150、SP−170(いずれも商品名)等が挙げられる。また、光カチオン重合開始剤は、還元剤を併用し加熱することによって、カチオン付加重合反応を促進(単独の光カチオン重合に比較して架橋密度が向上する。)させることができる。ただし、光カチオン重合開始剤と還元剤を併用する場合、常温では反応せず一定温度以上(好ましくは60℃以上)で反応するいわゆるレドックス型の開始剤系になるように、還元剤を選択する必要がある。このような還元剤としては、銅化合物、特に反応性とエポキシ樹脂への溶解性を考慮して銅トリフラート(トリフルオロメタンスルフォン酸銅(II))が最適である。また、アスコルビン酸等の還元剤も有用である。また、上述の還元剤を後述のように前記被覆樹脂層の露光・PEB・現像工程後に、被覆樹脂層を加熱する後工程によって、架橋密度を上げることができる。特に、ノズル数の増加(高速印刷性)、非中性インクの使用(着色剤の耐水性の改良)等、より高い架橋密度(高Tg)が必要な場合に有効である。   Examples of the cationic photopolymerization initiator include aromatic iodonium salts, aromatic sulfonium salts [J. POLYMER SCI: Symposium No. 56 383-395 (1976)] and SP-150 and SP-170 (both are trade names) marketed by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., and the like. In addition, the cationic photopolymerization initiator can promote the cationic addition polymerization reaction by using a reducing agent in combination with heating (the crosslink density is improved as compared with a single cationic photopolymerization). However, when a photocationic polymerization initiator and a reducing agent are used in combination, the reducing agent is selected so that it becomes a so-called redox type initiator system that does not react at room temperature and reacts at a certain temperature or higher (preferably 60 ° C. or higher). There is a need. As such a reducing agent, copper triflate (copper trifluoromethanesulfonate (II)) is most suitable in consideration of the copper compound, particularly reactivity and solubility in the epoxy resin. A reducing agent such as ascorbic acid is also useful. Further, as described later, the crosslinking density can be increased by a post-process for heating the coating resin layer after the exposure / PEB / development process of the coating resin layer as described later. This is particularly effective when a higher crosslinking density (high Tg) is required, such as an increase in the number of nozzles (high-speed printability) and the use of non-neutral ink (improvement of water resistance of the colorant).

光カチオン重合開始剤の使用量としては、カチオン重合性化合物に対して、0.5〜10.0質量%が好ましい。   As a usage-amount of a photocationic polymerization initiator, 0.5-10.0 mass% is preferable with respect to a cation polymeric compound.

この光硬化性組成物に対して、必要に応じて添加剤など適宜添加することが可能である。例えば、エポキシ樹脂の弾性率を下げる目的で可撓性付与剤を添加したり、あるいは基板との更なる密着力を得るためにシランカップリング剤を添加することなどが挙げられる。   It is possible to appropriately add additives and the like to the photocurable composition as necessary. For example, a flexibility-imparting agent may be added for the purpose of lowering the elastic modulus of the epoxy resin, or a silane coupling agent may be added to obtain further adhesion to the substrate.

更に、この光硬化性組成物には、光カチオン重合阻害剤を添加することができる。この光カチオン重合阻害剤は、光硬化性組成物の硬化性を低減させて、先に述べたポジ型レジスト層(固体層)とネガ型レジスト層(ノズル形成材料層)との界面に形成される相溶層が、露光された光で硬化層を形成できないようにするものである。この光カチオン重合阻害剤としては、光照射部における所望とする硬化特性とスカム発生防止効果が得られるものであり、酸触媒の機能を低下させる物質であればよく、一般的には、塩基性物質が用いられる。塩基性物質としては、プロトンのアクセプターとなり得る化合物、即ち、非共有電子対を有する塩基性物質を好適に用いることができる。非共有電子対を有する含窒素化合物は、酸に対して塩基として作用する化合物でありスカムの形成を防ぐために有効である。具体的には、窒素、硫黄、リン等の原子を含む化合物が挙げられ、代表例として、アミン化合物が挙げられる。具体的には、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等の炭素1以上4以下のピドロキシアルキル基で置換されたアミン類;ピリミジン、2−アミノピリミジン、4−アミノピリミジン等のピリミジン化合物;ピリジン、メチルピリジン等のピリジン化合物;2−アミノフェノール、3−アミノフェノール等のアミノフェノール類等が挙げられる。また、これらの塩基性物質は、二種以上混合して用いてもよい。   Furthermore, a photocationic polymerization inhibitor can be added to this photocurable composition. This cationic photopolymerization inhibitor reduces the curability of the photocurable composition and is formed at the interface between the positive resist layer (solid layer) and the negative resist layer (nozzle forming material layer) described above. The compatible layer prevents the cured layer from being formed by the exposed light. The photocationic polymerization inhibitor may be any substance that can provide the desired curing characteristics and scum generation prevention effect in the light irradiation part, and can reduce the function of the acid catalyst. Substance is used. As the basic substance, a compound that can serve as a proton acceptor, that is, a basic substance having an unshared electron pair can be preferably used. A nitrogen-containing compound having an unshared electron pair is a compound that acts as a base with respect to an acid and is effective for preventing the formation of scum. Specific examples include compounds containing atoms such as nitrogen, sulfur, and phosphorus, and representative examples include amine compounds. Specifically, amines substituted with 1 to 4 carbon pyridoxyalkyl groups such as diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine; pyrimidine compounds such as pyrimidine, 2-aminopyrimidine, 4-aminopyrimidine; pyridine And pyridine compounds such as methylpyridine; aminophenols such as 2-aminophenol and 3-aminophenol; Moreover, you may use these basic substances in mixture of 2 or more types.

光カチオン重合阻害剤の使用量は、光カチオン重合開始剤に対して0.01〜100質量%が好ましく、更に好ましくは0.1〜20質量%である。   The amount of the photocationic polymerization inhibitor used is preferably 0.01 to 100% by mass, more preferably 0.1 to 20% by mass, based on the photocationic polymerization initiator.

又、この光硬化性組成物には、光学染料を添加することができる。光学染料としては、アクリジン色素であるアクリジンオレンジや、アシッドオレンジ(下記の化学式(10)で表される)などが、用いられる。しかし、光カチオン重合を阻害する効果をもつ光学染料であれば、特に、上記材料に限定されるものではない。   In addition, an optical dye can be added to the photocurable composition. As the optical dye, acridine orange which is an acridine pigment, acid orange (represented by the following chemical formula (10)) or the like is used. However, the material is not particularly limited to the above materials as long as it is an optical dye having an effect of inhibiting photocationic polymerization.

Figure 2009119725
Figure 2009119725

光学染料の使用量としては、光硬化性組成物中に20質量%以下となる量を添加すればよい。この染料を加えることにより、必要な電磁エネルギーの量が材料を架橋結合する非染料混合材料より大きくなることから、光硬化性組成物中に0.1〜2質量%となる量を添加することが好ましい。   What is necessary is just to add the quantity used as 20 mass% or less in a photocurable composition as the usage-amount of an optical dye. By adding this dye, the amount of electromagnetic energy required is greater than the non-dye mixed material that crosslinks the material, so adding an amount of 0.1-2% by weight in the photocurable composition Is preferred.

第2のネガ型感光性レジストを塗布した後のプリベーク条件としては、例えば、100℃、6分とすることができる。このときの温度としては、90〜120℃が好ましく、且つ、時間は、3分以上が好ましい。ただし、120℃を超える温度でベークすると、塗布層上にひび割れや皺状のパターンなどが発生してしまう場合がある。又、90℃未満であれば、塗布層内に溶媒の残存率が多くなり、その後に塗布する高感度の光硬化組成物層との間で、相溶層が形成され、所望の形状を形成するのが難しくなる場合がある。又、ベーク時間は、3分以上であれば、問題なく、本発明の硬化を満たすことができるが、あまり長くなると、生産タクト面や、前述の塗布層上にひび割れや皺状のパターンなどの問題が発生してしまうことから、10分以下が好ましい。   The pre-baking conditions after applying the second negative photosensitive resist can be, for example, 100 ° C. and 6 minutes. The temperature at this time is preferably 90 to 120 ° C., and the time is preferably 3 minutes or more. However, if baking is performed at a temperature exceeding 120 ° C., cracks, wrinkled patterns, and the like may occur on the coating layer. Moreover, if it is less than 90 degreeC, the residual rate of a solvent will increase in a coating layer, and a compatible layer will be formed between the highly sensitive photocurable composition layers applied after that, and a desired shape will be formed. May be difficult to do. In addition, if the baking time is 3 minutes or more, the curing of the present invention can be satisfied without any problem. However, if the baking time is too long, the production tact surface or the cracked or wrinkled pattern on the coating layer described above may be used. Since problems occur, 10 minutes or less is preferable.

第2のネガ型感光性レジストにより形成される低感度レジスト層15の膜厚は、3μm以上20μm以下であることが好ましい。   The film thickness of the low sensitivity resist layer 15 formed of the second negative photosensitive resist is preferably 3 μm or more and 20 μm or less.

第3のネガ型感光性レジストとしては、第2のネガ型感光性レジストより感度の高いものを選択すればよく、例えば、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤とを含む光硬化性組成物を用いることができる。ここで用いるカチオン重合性化合物及び光カチオン重合開始剤は、前述に記載した各々の材料から選択することができる。また、第2のネガ型感光性レジストとして用いたカチオン重合性化合物及び光カチオン重合開始剤と同一であっても、異なってもよい。   As the third negative photosensitive resist, a resist having higher sensitivity than the second negative photosensitive resist may be selected. For example, a photocurable composition containing a cationic polymerizable compound and a photo cationic polymerization initiator. Can be used. The cationically polymerizable compound and the photocationic polymerization initiator used here can be selected from the materials described above. Moreover, it may be the same as or different from the cationically polymerizable compound and the photocationic polymerization initiator used as the second negative photosensitive resist.

第3のネガ型感光性レジストを塗布した後のプリベーク条件としては、例えば、70℃、150秒とすることができる。このときの温度としては、60℃以上90℃未満が好ましく、且つ、時間は、3分未満が好ましい。ただし、通常は最低でも1分以上のベーク時間が必要である。1分未満になると、溶媒の蒸発が、極端に少なく、カセットにウェハが貼り付いたり、ウェハ周辺に盛り上がったレジスト(エージビード部分)が、ウェハ周辺に流動性を有し、戻ってしまう不具合などが生じてしまう場合がある。   The pre-baking conditions after applying the third negative photosensitive resist can be, for example, 70 ° C. and 150 seconds. The temperature at this time is preferably 60 ° C. or more and less than 90 ° C., and the time is preferably less than 3 minutes. However, usually a minimum baking time of 1 minute or more is required. If it is less than 1 minute, the solvent evaporation is extremely small, and the wafer sticks to the cassette, or the resist (age bead portion) that rises around the wafer has fluidity around the wafer and returns. May occur.

第3のネガ型感光性レジストにより形成される高感度レジスト層16の膜厚は、2μm以上50μm以下であることが好ましい。   The film thickness of the high-sensitivity resist layer 16 formed of the third negative photosensitive resist is preferably 2 μm or more and 50 μm or less.

また、特開2000−326515号公報に記載されるように、高感度レジスト層16の上に、感光性撥水材を用いて撥水性被膜(不図示)を形成することもできる。撥水性被膜の形成は、ラミネート法により実施することができる。   Further, as described in JP-A No. 2000-326515, a water-repellent coating (not shown) can be formed on the high-sensitivity resist layer 16 using a photosensitive water-repellent material. The water repellent coating can be formed by a laminating method.

次に、図1fに示すように、第2のネガ型感光性レジストと第3のネガ型感光性レジストを同時に感光できる露光量で、第1の発泡室と連通する第2の発泡室となる領域以外を露光する。なお、図1fのフォトマスクはイメージであり、投影露光装置の場合は、レジストパターン上にマスクが投影される。このときに使用される投影露光機としては、等倍型の投影露光機であるキヤノン製MPA600Super(商品名)等、ステップ露光機であるFPA−3000i5+,FPA−3000GMR(いずれも商品名)等が適している。   Next, as shown in FIG. 1f, the second foaming chamber communicates with the first foaming chamber with an exposure amount capable of simultaneously exposing the second negative photosensitive resist and the third negative photosensitive resist. Expose other areas. Note that the photomask in FIG. 1f is an image, and in the case of a projection exposure apparatus, the mask is projected onto the resist pattern. Projection exposure machines used at this time include Canon's MPA600 Super (product name), which is an equal magnification type projection exposure machine, and step exposure machines such as FPA-3000i5 + and FPA-3000GMR (both are trade names). Is suitable.

なお、高感度レジスト層16の上に撥水性被膜(不図示)を形成している場合、低感度レジスト層15の第2のネガ型感光性レジストと、高感度レジスト層16の第3のネガ型感光性レジストと、撥水性被膜の感光性撥水材とを同時に露光することができる。   When a water-repellent film (not shown) is formed on the high-sensitivity resist layer 16, the second negative photosensitive resist of the low-sensitivity resist layer 15 and the third negative of the high-sensitivity resist layer 16 are used. Type photosensitive resist and the photosensitive water-repellent material of the water-repellent coating can be exposed simultaneously.

次に、図1gに示すように、第3のネガ型感光性レジストのみを感光できる露光量で、インク吐出口となる領域以外を露光する。なお、図1gのフォトマスクはイメージであり、投影露光装置の場合は、レジストパターン上にマスクが投影される。このときに使用される投影露光機としては、上記と同じものが適している。   Next, as shown in FIG. 1g, a region other than the ink discharge port is exposed with an exposure amount capable of exposing only the third negative photosensitive resist. Note that the photomask in FIG. 1g is an image, and in the case of a projection exposure apparatus, the mask is projected onto the resist pattern. As the projection exposure machine used at this time, the same one as described above is suitable.

なお、高感度レジスト層16の上に撥水性被膜(不図示)を形成している場合、高感度レジスト層16の第3のネガ型感光性レジストと、撥水性被膜の感光性撥水材とを同時に露光することができる。   When a water-repellent film (not shown) is formed on the high-sensitivity resist layer 16, a third negative photosensitive resist of the high-sensitivity resist layer 16, a photosensitive water-repellent material of the water-repellent film, and Can be exposed simultaneously.

ここで、先の工程において第2のネガ型感光性レジストと第3のネガ型感光性レジストを同時に露光した露光量と、後の工程において第3のネガ型感光性レジストのみを露光した露光量との比(露光量比)は、6:1以上であることが好ましい。この露光量比が大きいほど、精度良くインク吐出口の形状を形成することができる。第3のネガ型感光性レジストのみを露光するための露光量を確保する観点から、露光量比は、20:1以下であることが好ましい。   Here, the exposure amount obtained by simultaneously exposing the second negative photosensitive resist and the third negative photosensitive resist in the previous step, and the exposure amount obtained by exposing only the third negative photosensitive resist in the subsequent step. The ratio (exposure amount ratio) to is preferably 6: 1 or more. The larger the exposure amount ratio, the more accurately the shape of the ink discharge port can be formed. From the viewpoint of securing an exposure amount for exposing only the third negative photosensitive resist, the exposure amount ratio is preferably 20: 1 or less.

次に、図1hに示すように、高感度レジスト層16上に、高感度レジスト層16をアルカリ溶液から保護するために環化イソプレンからなる保護層19を塗布する。保護層19を構成する材料としては、例えば、東京応化工業社より商品名「OBC」の名称で上市される材料を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 1h, a protective layer 19 made of cyclized isoprene is applied on the high-sensitivity resist layer 16 in order to protect the high-sensitivity resist layer 16 from an alkaline solution. As a material constituting the protective layer 19, for example, a material marketed under the name “OBC” by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used.

その後、基板11にインク供給口20を形成する。例えば、シリコン基板11をテトラメチルアンモニウムハイドライド(TMAH)22wt%溶液に、83℃で16時間浸漬することで、インク供給口20を形成することができる。次に、連続して、メンブレン膜であるP−SiO膜とP−SiN膜を除去することができる。   Thereafter, the ink supply port 20 is formed in the substrate 11. For example, the ink supply port 20 can be formed by immersing the silicon substrate 11 in a tetramethylammonium hydride (TMAH) 22 wt% solution at 83 ° C. for 16 hours. Next, the P-SiO film and the P-SiN film, which are membrane films, can be removed continuously.

最後に、図1iに示すように、保護層19を除去した後、犠牲層12、第2の発泡室17となる領域の低感度レジスト層及びインク吐出口18となる領域の高感度レジスト層を除去する。保護層19の除去は、例えば商品名「OBC」からなる保護層の場合、基板をキシレンに浸漬することで行うことができる。その後、330nm以下の波長の光を全面露光して、液流路の型材である犠牲層12の材料を低分子化合物に分解することで、溶剤により除去可能となる。第2の発泡室17となる領域の低感度レジスト層及びインク吐出口18となる領域の高感度レジスト層は、キシレン等の芳香族系溶剤により現像することが好ましい。または、NMP及びIPAの混合液などを使用することもできる。   Finally, as shown in FIG. 1 i, after removing the protective layer 19, the sacrificial layer 12, the low-sensitivity resist layer in the region that becomes the second foaming chamber 17, and the high-sensitivity resist layer in the region that becomes the ink discharge port 18 are formed. Remove. For example, in the case of a protective layer made of the trade name “OBC”, the protective layer 19 can be removed by immersing the substrate in xylene. Thereafter, the entire surface is exposed to light having a wavelength of 330 nm or less, and the material of the sacrificial layer 12 which is the mold material of the liquid flow path is decomposed into low molecular weight compounds, which can be removed with a solvent. The low-sensitivity resist layer in the region to be the second foaming chamber 17 and the high-sensitivity resist layer in the region to be the ink discharge port 18 are preferably developed with an aromatic solvent such as xylene. Alternatively, a mixed solution of NMP and IPA can also be used.

このようにして、図1iに示すように、基板10、複数のインク吐出エネルギー発生素子11、インク吐出口18、第2の発泡室17、第1の発泡室、インク流路及び共通のインク供給口を有するインクジェット記録ヘッドが形成される。基板10には、複数のインク吐出エネルギー発生素子11が列状に配されるとともに、インク吐出エネルギー発生素子11の配列方向に沿って延在する貫通口からなるインク供給口が形成されている。また、第2の発泡室17はインク吐出口18に連通し、第1の発泡室は第2の発泡室17及びインク流路に連通し、インク流路は共通のインク供給口と連通している。そして、インク吐出エネルギー発生素子11によるエネルギーにより、インク滴がインク吐出口18から吐出される。   Thus, as shown in FIG. 1i, the substrate 10, the plurality of ink discharge energy generating elements 11, the ink discharge ports 18, the second foaming chamber 17, the first foaming chamber, the ink flow path, and the common ink supply An ink jet recording head having a mouth is formed. In the substrate 10, a plurality of ink discharge energy generating elements 11 are arranged in a row, and an ink supply port including a through hole extending along the arrangement direction of the ink discharge energy generating elements 11 is formed. The second foaming chamber 17 communicates with the ink discharge port 18, the first foaming chamber communicates with the second foaming chamber 17 and the ink channel, and the ink channel communicates with a common ink supply port. Yes. The ink droplets are ejected from the ink ejection port 18 by the energy from the ink ejection energy generating element 11.

図2は、インク吐出エネルギー発生素子11に対し、インク流路22が形成されるインクジェット記録ヘッドを構成する1色のノズル配置を上面から見た図である。図2に示すように、中央に配置された共通のインク供給口の両側に配置されたインク流路22と、インク流路22に連通する第1の発泡室と、第1の発泡室と連通する第2発泡室と、第2の発泡室と連通するインク吐出口18とが形成されている。第1の発泡室内にはインク吐出エネルギー発生素子11が配置されている。このような配置によって、共通のインク供給口から供給されたインクが、インク流路を介して、第1の発泡室と第2の発泡室、及び、インク吐出口18に充填される。そして、インク吐出エネルギー発生素子11で発生した気泡は、第1の発泡室、第2の発泡室、及び、インク流路内に成長し、インク吐出口を介して、不図示の被記録媒体上に、インク液滴として、飛翔し、印字画像を形成する。   FIG. 2 is a top view of the nozzle arrangement for one color constituting the ink jet recording head in which the ink flow path 22 is formed with respect to the ink discharge energy generating element 11. As shown in FIG. 2, the ink flow path 22 disposed on both sides of the common ink supply port disposed in the center, the first foaming chamber communicating with the ink flow path 22, and the first foaming chamber communicated with each other. The second foaming chamber and the ink discharge port 18 communicating with the second foaming chamber are formed. An ink discharge energy generating element 11 is disposed in the first foam chamber. With such an arrangement, the ink supplied from the common ink supply port is filled into the first foaming chamber, the second foaming chamber, and the ink discharge port 18 through the ink flow path. Then, bubbles generated in the ink discharge energy generating element 11 grow in the first bubble chamber, the second bubble chamber, and the ink flow path, and on the recording medium (not shown) via the ink discharge port. Then, the ink droplets fly to form a print image.

このように作製したインクジェット記録ヘッドは図3に示す形態のインクジェットヘッドユニットに実装され、吐出、記録評価を行うことで、良好な画像記録が可能である。インクジェットヘッドユニットの形態としては、図3に示すように、例えばインクタンク213を着脱可能に保持した保持部材の外面に、記録装置本体と記録信号の授受を行うためのTABフィルム214が設けられている。そして、TABフィルム214上にインクジェット記録ヘッド212が電気接続用リード215により電気配線と接続されている。   The ink jet recording head manufactured as described above is mounted on the ink jet head unit having the form shown in FIG. 3, and good image recording is possible by performing ejection and recording evaluation. As a form of the inkjet head unit, as shown in FIG. 3, for example, a TAB film 214 is provided on the outer surface of a holding member that detachably holds an ink tank 213 to exchange recording signals with the recording apparatus main body. Yes. The ink jet recording head 212 is connected to the electrical wiring by the electrical connection lead 215 on the TAB film 214.

(実施例1)
前記実施形態で記述したように、図1dで示す状態となる工程まで行った。このとき、CMP工程により形成した流路形成層14及び犠牲層12の厚さは、15μmであった。
Example 1
As described in the above embodiment, the processes up to the state shown in FIG. At this time, the thickness of the flow path forming layer 14 and the sacrificial layer 12 formed by the CMP process was 15 μm.

次に、図1eに示すように、第2のネガ型感光性レジストをスピンコート法により塗布して5μm厚の低感度レジスト層15を形成し、続けて、第3のネガ型感光性レジストをスピンコート法により塗布して5μm厚の高感度レジスト層16を形成した。   Next, as shown in FIG. 1e, a second negative photosensitive resist is applied by spin coating to form a low-sensitivity resist layer 15 having a thickness of 5 μm, and then a third negative photosensitive resist is formed. A high-sensitivity resist layer 16 having a thickness of 5 μm was formed by application by spin coating.

第2のネガ型感光性レジストとしては、写真作像可能エポキシまたは写真作像可能ポリマーのような速い架橋結合ポリマーに、光学染料(アシッドオレンジ、2質量%)を混合した光硬化性組成物を用いた。このように染料を加えることにより、架橋結合するのに必要な電磁エネルギーの量が、非染料混合材料より大きくなる。第3のネガ型感光性レジストとしては、写真作像可能エポキシまたは写真作像可能ポリマーのような速い架橋結合ポリマーからなる光硬化性組成物を用いた。写真作像可能エポキシとしては、例えば、IBMにより開発されたSU8(商品名)等が挙げられる。写真作像可能ポリマーとしては、例えば、業界で普通に知られているOCG(商品名)等が挙げられる。   As the second negative photosensitive resist, a photocurable composition in which an optical dye (acid orange, 2% by mass) is mixed with a fast crosslinking polymer such as a photoimageable epoxy or a photoimageable polymer. Using. By adding the dye in this manner, the amount of electromagnetic energy required to crosslink is greater than the non-dye mixed material. As the third negative photosensitive resist, a photocurable composition comprising a fast cross-linking polymer such as a photoimageable epoxy or a photoimageable polymer was used. Examples of the photoimageable epoxy include SU8 (trade name) developed by IBM. Examples of the photoimageable polymer include OCG (trade name) which is commonly known in the industry.

次に、図1fに示すように、投影露光機(キヤノン製、商品名:MPASuper600)を使用して600mJ/cm2の露光量で、第1の発泡室と連通する第2の発泡室となる領域以外を露光した。なお、この露光量は、第2のネガ型感光性レジストと第3のネガ型感光性レジストを同時に感光できる露光量である。更に、図1gに示すように、投影露光機(キヤノン製、商品名:MPASuper600)を使用して100mJ/cm2の露光量で、インク吐出口となる領域以外を露光した。なお、この露光量は、第3のネガ型感光性レジストのみを感光できる露光量である。本実施例での露光量比は6:1である。 Next, as shown in FIG. 1f, a second bubbling chamber communicating with the first bubbling chamber is formed at an exposure amount of 600 mJ / cm 2 using a projection exposure machine (product name: MPASuper600, manufactured by Canon). Exposed areas were exposed. In addition, this exposure amount is an exposure amount that can simultaneously expose the second negative photosensitive resist and the third negative photosensitive resist. Further, as shown in FIG. 1g, a region other than the region serving as the ink discharge port was exposed with a projection exposure machine (manufactured by Canon, trade name: MPASuper600) with an exposure amount of 100 mJ / cm 2 . Note that this exposure amount is an exposure amount capable of exposing only the third negative photosensitive resist. The exposure ratio in this embodiment is 6: 1.

その後、前記実施形態で記述したように、図1iで示す構成のインクジェット記録ヘッドを形成した。得られたインクジェット記録ヘッドのインク吐出口近傍の形状は、精度良く形成されていた。   Thereafter, as described in the above embodiment, an ink jet recording head having the configuration shown in FIG. 1i was formed. The shape in the vicinity of the ink discharge port of the obtained ink jet recording head was formed with high accuracy.

(実施例2)
前記実施形態で記述したように、図1dで示す状態となる工程まで行った。このとき、CMP工程により形成した流路形成層14及び犠牲層12の厚さは、12μmであった。
(Example 2)
As described in the above embodiment, the processes up to the state shown in FIG. At this time, the thickness of the flow path forming layer 14 and the sacrificial layer 12 formed by the CMP process was 12 μm.

次に、図1eに示すように、第2のネガ型感光性レジストをスピンコート法により塗布して3μm厚の低感度レジスト層15を形成し、続けて、第3のネガ型感光性レジストをスピンコート法により塗布して10μm厚の高感度レジスト層16を形成した。   Next, as shown in FIG. 1e, a second negative photosensitive resist is applied by spin coating to form a low-sensitivity resist layer 15 having a thickness of 3 μm. Subsequently, a third negative photosensitive resist is formed. A high-sensitivity resist layer 16 having a thickness of 10 μm was formed by application by spin coating.

第2のネガ型感光性レジストとしては、
・EHPE−3150(カチオン重合性化合物) 50部
(ダイセル化学工業株式会社製、商品名)
・SP−172(光カチオン重合開始剤) 1部
(旭電化工業株式会社製、商品名)
・A−187(シランカップリング剤) 2.5部
(日本ユニカ社製、商品名)
に、光カチオン重合阻害剤であるトリエタノールアミンをSP−172(商品名)の0.01モル%添加し、塗布溶剤としてのキシレン50部に溶解した光硬化性組成物を用いた。
As the second negative photosensitive resist,
EHPE-3150 (cationic polymerizable compound) 50 parts (Daicel Chemical Industries, trade name)
SP-172 (photo cationic polymerization initiator) 1 part (Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., trade name)
・ A-187 (Silane coupling agent) 2.5 parts (Nippon Unica, trade name)
A photocurable composition obtained by adding 0.01 mol% of SP-172 (trade name) to triethanolamine as a photocationic polymerization inhibitor and dissolving it in 50 parts of xylene as a coating solvent was used.

第3のネガ型感光性レジストとしては、
・EHPE−3150(カチオン重合性化合物) 50部
(ダイセル化学工業株式会社製、商品名)
・SP−172(光カチオン重合開始剤) 1部
(旭電化工業株式会社製、商品名)
・A−187(シランカップリング剤) 2.5部
(日本ユニカ社製、商品名)
を、塗布溶剤としてのキシレン50部に溶解した光硬化性組成物を用いた。
As the third negative photosensitive resist,
EHPE-3150 (cationic polymerizable compound) 50 parts (Daicel Chemical Industries, trade name)
SP-172 (photo cationic polymerization initiator) 1 part (Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., trade name)
・ A-187 (Silane coupling agent) 2.5 parts (Nippon Unica, trade name)
Was used as a coating solvent and was dissolved in 50 parts of xylene.

次に、図1fに示すように、投影露光機(キヤノン製、商品名:MPASuper600)を使用して800mJ/cm2の露光量で、第1の発泡室と連通する第2の発泡室となる領域以外を露光した。なお、この露光量は、第2のネガ型感光性レジストと第3のネガ型感光性レジストを同時に感光できる露光量である。更に、図1gに示すように、投影露光機(キヤノン製、商品名:MPASuper600)を使用して100mJ/cm2の露光量で、インク吐出口となる領域以外を露光した。なお、この露光量は、第3のネガ型感光性レジストのみを感光できる露光量である。本実施例での露光量比は8:1である。 Next, as shown in FIG. 1f, a second bubbling chamber communicating with the first bubbling chamber is formed with a projection exposure machine (manufactured by Canon, trade name: MPASuper600) at an exposure amount of 800 mJ / cm 2. Exposed areas were exposed. In addition, this exposure amount is an exposure amount that can simultaneously expose the second negative photosensitive resist and the third negative photosensitive resist. Further, as shown in FIG. 1g, a region other than the region serving as the ink discharge port was exposed with a projection exposure machine (manufactured by Canon, trade name: MPASuper600) with an exposure amount of 100 mJ / cm 2 . Note that this exposure amount is an exposure amount capable of exposing only the third negative photosensitive resist. The exposure ratio in this embodiment is 8: 1.

その後、前記実施形態で記述したように、図1iで示す構成のインクジェット記録ヘッドを形成した。得られたインクジェット記録ヘッドのインク吐出口近傍の形状は、精度良く形成されていた。   Thereafter, as described in the above embodiment, an ink jet recording head having the configuration shown in FIG. 1i was formed. The shape in the vicinity of the ink discharge port of the obtained ink jet recording head was formed with high accuracy.

(実施例3)
前記実施形態で記述したように、図1dで示す状態となる工程まで行った。このとき、CMP工程により形成した流路形成層14及び犠牲層12の厚さは、14μmであった。
(Example 3)
As described in the above embodiment, the processes up to the state shown in FIG. At this time, the thickness of the flow path forming layer 14 and the sacrificial layer 12 formed by the CMP process was 14 μm.

次に、図1eに示すように、第2のネガ型感光性レジストをスピンコート法により塗布して10μm厚の低感度レジスト層15を形成し、続けて、第3のネガ型感光性レジストをスピンコート法により塗布して2μm厚の高感度レジスト層16を形成した。   Next, as shown in FIG. 1e, a second negative photosensitive resist is applied by spin coating to form a low-sensitivity resist layer 15 having a thickness of 10 μm, and then a third negative photosensitive resist is formed. A high-sensitivity resist layer 16 having a thickness of 2 μm was formed by application by spin coating.

第2のネガ型感光性レジストとしては、
・EHPE−3150(カチオン重合性化合物) 50部
(ダイセル化学工業株式会社製、商品名)
・SP−172(光カチオン重合開始剤) 1部
(旭電化工業株式会社製、商品名)
・A−187(シランカップリング剤) 2.5部
(日本ユニカ社製、商品名)
に、光カチオン重合阻害剤であるトリエタノールアミンをSP−172(商品名)の0.1モル%及び光カチオン重合を阻害する効果をもつ光学染料オレンジアシッドを2部添加し、塗布溶剤としてのキシレン50部に溶解した光硬化性組成物を用いた。
As the second negative photosensitive resist,
EHPE-3150 (cationic polymerizable compound) 50 parts (Daicel Chemical Industries, trade name)
SP-172 (photo cationic polymerization initiator) 1 part (Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., trade name)
・ A-187 (Silane coupling agent) 2.5 parts (Nippon Unica, trade name)
In addition, 0.1 mol% of SP-172 (trade name) as a photocationic polymerization inhibitor and 2 parts of an optical dye orange acid having an effect of inhibiting photocationic polymerization were added as a coating solvent. A photocurable composition dissolved in 50 parts of xylene was used.

第3のネガ型感光性レジストとしては、
・EHPE−3150(カチオン重合性化合物) 50部
(ダイセル化学工業株式会社製、商品名)
・SP−172(光カチオン重合開始剤) 1部
(旭電化工業株式会社製、商品名)
・A−187(シランカップリング剤) 2.5部
(日本ユニカ社製、商品名)
を、塗布溶剤としてのキシレン50部に溶解した光硬化性組成物を用いた。
As the third negative photosensitive resist,
EHPE-3150 (cationic polymerizable compound) 50 parts (Daicel Chemical Industries, trade name)
SP-172 (photo cationic polymerization initiator) 1 part (Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., trade name)
・ A-187 (Silane coupling agent) 2.5 parts (Nippon Unica, trade name)
Was used as a coating solvent and was dissolved in 50 parts of xylene.

次に、図1fに示すように、投影露光機(キヤノン製、商品名:MPASuper600)を使用して1600mJ/cm2の露光量で、第1の発泡室と連通する第2の発泡室となる領域以外を露光した。なお、この露光量は、第2のネガ型感光性レジストと第3のネガ型感光性レジストを同時に感光できる露光量である。更に、図1gに示すように、投影露光機(キヤノン製、商品名:MPASuper600)を使用して80mJ/cm2の露光量で、インク吐出口となる領域以外を露光した。なお、この露光量は、第3のネガ型感光性レジストのみを感光できる露光量である。本実施例での露光量比は20:1である。 Next, as shown in FIG. 1f, a second foaming chamber communicated with the first foaming chamber is formed at an exposure amount of 1600 mJ / cm 2 using a projection exposure machine (product name: MPASuper600, manufactured by Canon). Exposed areas were exposed. In addition, this exposure amount is an exposure amount that can simultaneously expose the second negative photosensitive resist and the third negative photosensitive resist. Furthermore, as shown in FIG. 1g, a region other than the region serving as the ink discharge port was exposed with a projection exposure machine (manufactured by Canon, trade name: MPASuper600) with an exposure amount of 80 mJ / cm 2 . Note that this exposure amount is an exposure amount capable of exposing only the third negative photosensitive resist. The exposure ratio in this embodiment is 20: 1.

その後、前記実施形態で記述したように、図1iで示す構成のインクジェット記録ヘッドを形成した。得られたインクジェット記録ヘッドのインク吐出口近傍の形状は、精度良く形成されていた。   Thereafter, as described in the above embodiment, an ink jet recording head having the configuration shown in FIG. 1i was formed. The shape in the vicinity of the ink discharge port of the obtained ink jet recording head was formed with high accuracy.

本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the method of this invention. 本発明の方法により製造されたインクジェット記録ヘッドの上面図である。It is a top view of the inkjet recording head manufactured by the method of this invention. 本発明の方法により製造されたインクジェット記録ヘッドが実装されたインクジェット記録ヘッドユニットの模式的斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of an ink jet recording head unit on which an ink jet recording head manufactured by the method of the present invention is mounted. 従来の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the conventional method. 従来の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the conventional method. 従来の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the conventional method. 従来の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the conventional method. 従来の方法における製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process in the conventional method.

符号の説明Explanation of symbols

10:基板
11:インク吐出エネルギー発生素子
12:犠牲層
14:流路形成層
15:低感度レジスト層
16:高感度レジスト層
17:第2の発泡室
18:インク吐出口
19:保護層
20:インク供給口
10: substrate 11: ink ejection energy generating element 12: sacrificial layer 14: flow path forming layer 15: low sensitivity resist layer 16: high sensitivity resist layer 17: second foaming chamber 18: ink ejection port 19: protective layer 20: Ink supply port

Claims (9)

インク吐出エネルギー発生素子を備えた基板の上に複数のインク流路及び複数のインク吐出口が設けられているインクジェット記録ヘッドであって、
(a)基板の上に、インクを加熱するためのインク吐出エネルギー発生素子と該インク吐出エネルギー発生素子に電流を供給するための電極とを形成する工程と、
(b)前記インク吐出エネルギー発生素子と前記電極とが形成された前記基板の上に、第1のネガ型感光性レジストを塗布し、該第1のネガ型感光性レジストをフォトリソグラフィ工程によってパターニングして、第1の発泡室及び該第1の発泡室に連通するインク流路を限定する流路形成層を形成する工程と、
(c)前記流路形成層が形成されている前記基板の上に、前記流路形成層を覆うように犠牲層を形成する工程と、
(d)CMP工程によって、前記犠牲層を削り取りながら、前記流路形成層が露出するまで研磨して、前記流路形成層及び前記犠牲層の上面を平坦化する工程と、
(e)前記流路形成層及び前記犠牲層の上に、第2のネガ型感光性レジストを塗布して低感度レジスト層を形成し、続けて、該低感度レジスト層の上に、該第2のネガ型感光性レジストより感度の高い第3のネガ型感光性レジストを塗布して高感度レジスト層を形成する工程と、
(f)前記第2のネガ型感光性レジストと前記第3のネガ型感光性レジストを同時に感光できる露光量で、前記第1の発泡室と連通する第2の発泡室となる領域以外を露光する工程と、
(g)前記第3のネガ型感光性レジストのみを感光できる露光量で、インク吐出口となる領域以外を露光する工程と、
(h)前記基板にインク供給口を形成する工程と、
(i)前記犠牲層、第2の発泡室となる領域の低感度レジスト層及びインク吐出口となる領域の高感度レジスト層を除去する工程と
を含むことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
An ink jet recording head in which a plurality of ink flow paths and a plurality of ink discharge ports are provided on a substrate provided with an ink discharge energy generating element,
(A) forming an ink discharge energy generating element for heating ink and an electrode for supplying a current to the ink discharge energy generating element on a substrate;
(B) A first negative photosensitive resist is applied on the substrate on which the ink ejection energy generating element and the electrode are formed, and the first negative photosensitive resist is patterned by a photolithography process. Forming a flow path forming layer that limits the first foaming chamber and the ink flow path communicating with the first foaming chamber;
(C) forming a sacrificial layer on the substrate on which the flow path forming layer is formed so as to cover the flow path forming layer;
(D) polishing the sacrificial layer by CMP until the flow path forming layer is exposed, and planarizing the upper surface of the flow path forming layer and the sacrificial layer;
(E) On the flow path forming layer and the sacrificial layer, a second negative photosensitive resist is applied to form a low-sensitivity resist layer, and subsequently, on the low-sensitivity resist layer, the first Applying a third negative photosensitive resist having a higher sensitivity than the negative photosensitive resist 2 to form a high-sensitivity resist layer;
(F) Exposing a region other than the second foaming chamber communicating with the first foaming chamber with an exposure amount capable of simultaneously exposing the second negative photosensitive resist and the third negative photosensitive resist. And a process of
(G) exposing a region other than the region serving as an ink discharge port with an exposure amount capable of exposing only the third negative photosensitive resist;
(H) forming an ink supply port on the substrate;
(I) a step of removing the sacrificial layer, the low-sensitivity resist layer in the region serving as the second foaming chamber, and the high-sensitivity resist layer in the region serving as the ink discharge port. .
前記第1のネガ型感光性レジストが、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤とを含む光硬化性組成物であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   2. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the first negative photosensitive resist is a photocurable composition containing a cationically polymerizable compound and a photocationic polymerization initiator. 前記犠牲層が、ポリメチルイソプロペニルケトンを含む電離放射線分解型のポジ型レジスト、もしくは、メタクリル酸エステルとメタクリル酸との共重合体を含む電離放射線分解型のポジ型レジストであることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   The sacrificial layer is an ionizing radiation decomposing positive resist containing polymethylisopropenyl ketone, or an ionizing radiation decomposing positive resist containing a copolymer of methacrylic acid ester and methacrylic acid. A method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1 or 2. 前記第2のネガ型感光性レジストが、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤と、光カチオン重合阻害剤または光学染料とを含む光硬化性組成物であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   The second negative photosensitive resist is a photocurable composition containing a cationically polymerizable compound, a photocationic polymerization initiator, and a photocationic polymerization inhibitor or an optical dye. 4. A method for producing an ink jet recording head according to any one of items 1 to 3. 前記第3のネガ型感光性レジストが、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤とを含む光硬化性組成物であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   The inkjet recording according to any one of claims 1 to 4, wherein the third negative photosensitive resist is a photocurable composition containing a cationically polymerizable compound and a photocationic polymerization initiator. Manufacturing method of the head. 前記工程(f)における露光量と前記工程(g)における露光量との比が、6:1以上であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   6. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the ratio of the exposure amount in the step (f) and the exposure amount in the step (g) is 6: 1 or more. . 前記低感度レジスト層の膜厚が、3μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the low-sensitivity resist layer has a thickness of 3 μm or more and 20 μm or less. 前記高感度レジスト層の膜厚が、2μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   8. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the high-sensitivity resist layer has a thickness of 2 to 50 [mu] m. 請求項1乃至8のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法で製造したインクジェット記録ヘッド。   An ink jet recording head manufactured by the method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 1.
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