专利名称：液体喷射头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于喷射液体的液体喷射头及其制造方法。
背景技术：
适用于通过将墨喷射到记录介质而进行记录的喷墨记录方法的喷墨记录头是喷射液体的液体喷射头的典型示例。该喷墨记录头通常 包括墨流路、设置于流路的一部分的喷射能量产生部以及利用由喷射能量产生部所产生的能量来喷射墨的墨喷射口。作为能适用于喷墨记录头的液体喷射头的示例，日本特开平09-234871号公报公开了包括喷射口构件的液体喷射头，该喷射口构件具有如下形状的喷射口 液体的流入口比待喷射的液体的出口大。作为包括具有液体的流入口比待喷射的液体的出口大这种形状的喷射口的喷射口构件的制造方法，美国专利公开2005/0130075公开了如下的方法在具有多个喷射能量产生部的基板上，在调整图像形成位置的情况下，对光固化性树脂进行曝光。即使当通过使喷射口的形状形成为使得液体的流入口比液体的出口大来使液体的出口微细化时，也可以降低流阻，并且能够处理关于喷射特性的问题，例如，可以抑制再填充特性的劣化。为了在抑制记录设备大型化的情况下以高的速度进行高品质图像的记录，在液体喷射头中，已经要求密集地配置具有微细的液体出口的喷射口以及与喷射口相应地连通的流路。然而，当以美国专利公开2005/0130075所公开的方法形成如下的喷射口构件在该喷射口构件中，形状被形成为使得液体的流入口比液体的出口大的喷射口被密集配置时，隔开相邻的喷射口的壁在喷射口的液体流入口侧是薄的，由此喷射口构件的强度可能会降低。
发明内容
考虑到上述问题而完成了本发明，本发明的目的是提供一种液体喷射头的制造方法，该制造方法能够以高的产量制造包括如下的喷射口构件的液体喷射头该喷射口构件具有降低了流阻的喷射口并且具有令人满意的强度。因此，本发明提供一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括喷射口构件，所述喷射口构件具有沿排列方向设置的用于喷射液体的多个喷射口，所述方法包括准备设置有树脂层的基板，其中所述树脂层含有光固化性树脂；执行第一曝光处理和第二曝光处理，其中所述第一曝光处理和所述第二曝光处理均是使所述树脂层进行曝光的曝光处理；以及在进行了所述第一曝光处理和所述第二曝光处理的所述树脂层中形成所述喷射口，其中，所述喷射口的通过所述第一曝光处理所形成的侧壁相对于所述基板的倾斜角与所述喷射口的通过所述第二曝光处理所形成的侧壁相对于所述基板的倾斜角不同。另外，本发明还提供一种液体喷射头，其包括基板；以及设置于所述基板的喷射口构件，所述喷射口构件具有沿排列方向设置的用于喷射液体的多个喷射口，其中，所述喷射口的沿与所述排列方向正交的正交方向的侧壁垂直于所述基板，并且所述喷射口的沿所述排列方向的侧壁与所述基板形成锐角。从下面参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他特征将变得明显。
图1A、图IB和图IC示出由根据本发明的第一实施方式的制造方法所获得的液体喷射头的示例性结构。
图2是由根据第一实施方式的制造方法所获得的液体喷射头的示例性结构的示意性立体图。图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图3F是示出根据第一实施方式的制造方法的过程截面图。图4A、图4B、图4C、图4D、图4E和图4F是示出根据第二实施方式的制造方法的过程截面图。图5A、图5B、图5C和图是示出执行第二曝光处理之后的状态的示意图。图6是第二曝光处理中的曝光的概念图。图7A、图7B、图7C和图7D是示出在执行第二曝光处理之后执行第一曝光处理的状态的示意图。图8是第一曝光处理中的曝光的概念图。图9A、图9B和图9C是示出执行根据第一实施方式的显影处理之后的状态的示意图。图10A、图10B、图10C、图IOD和图IOE是示出在本发明的第二实施方式的曝光条件下所获得喷射口的附近的示意图。
具体实施例方式参照
本发明的实施方式。(第一实施方式)图2是示出根据本发明的第一实施方式所制造的喷墨记录头的示例性结构的示意性立体图。喷墨记录头(液体喷射头)包括硅基板6，其中，两列喷射能量产生元件4沿排列方向以预定节距形成。墨供给口(液体供给口)7在硅基板6中在两列喷射能量产生元件4之间开口。在硅基板6上，由流路形成构件2形成用于喷射墨的墨喷射口(液体喷射口)I以及与墨供给口 7和墨喷射口 I分别连通的墨流路(液体流路)5。墨喷射口 I在喷射能量产生元件4的上方相应地开口，并且沿排列方向被设置成两列。喷墨记录头被配置成使得喷墨记录头的形成有墨喷射口 I的表面面对记录介质的记录表面。通过将由喷射能量产生元件4所产生的压力施加到从公共墨供给口 7供给到墨流路5中的墨(液体)，使墨滴从墨喷射口 I喷射，从而附着到记录介质以在记录介质上进行记录。下面更具体地说明通过根据该实施方式的制造方法所制造的喷墨记录头的示例性结构。图IA是图2所示的喷射口的俯视图，图IB是沿图IA的线1B-1B截取的截面图，图IC是沿图IA的线1C-1C截取的截面图。线1B-1B表示排列方向而线1C-1C表示与排列方向正交的正交方向。因此，图IB示出喷射口的沿与正交方向垂直的面截取的截面形状而图IC示出喷射口的沿与排列方向垂直的面截取的截面形状。如图IA和图IB所示，根据该实施方式所形成的各喷射口均具有沿正交方向的侧壁。此外，如图IB所示，各喷射口的沿与正交方向垂直的面截取的截面形状是锥形形状或者四边形形状。此外，如图IC所示，各喷射口的沿与排列方向垂直的面截取的截面形状是锥形形状。通过形成具有锥形形状的喷射口，可以获得具有低流阻和良好喷射性能的液体嗔射头。这里，根据该实施方式的制造方法包括如下步骤。
(I)准备设置有树脂层的基板的步骤，其中该树脂层含有光固化性树脂。(2)执行第一曝光处理和第二曝光处理的曝光步骤，其中第一曝光处理和第二曝光处理是用于使树脂层曝光的曝光处理。(3)在第一曝光处理和第二曝光处理之后在树脂层中形成喷射口的步骤。本发明具有如下的特征喷射口的通过第一曝光处理所形成的侧壁相对于基板的倾斜角与喷射口的通过第二曝光处理所形成的侧壁相对于基板的倾斜角不同。优选地，第一曝光处理是如下的处理使树脂层的与沿正交方向的侧壁对应的部分进行曝光，使得比值b/a等于或者大于1，其中，“a”是喷射口的正面侧开口的在排列方向上的宽度，“b”是喷射口的背面侧开口的在排列方向上的宽度。此外，优选地，第二曝光处理是如下的处理使树脂层的与除沿正交方向的侧壁以外的其他侧壁对应的部分进行曝光，使得比值d/c大于1，其中，“c”是喷射口的正面侧开口的在正交方向上的宽度，“d”是喷射口的背面侧开口的在正交方向上的宽度。此外，优选地，以比值d/c大于比值b/a的方式执行第一曝光处理和第二曝光处理。优选地，喷射口的沿与正交方向垂直的面截取的截面形状是锥形形状或者四边形形状。此外，喷射口的沿与排列方向垂直的面截取的截面形状是锥形形状。应注意，即使当这两个截面形状均是锥形形状时，这两个截面形状的相对于基板的倾斜角也彼此不同。此外，优选地，宽度a和宽度b相应地是喷射口的沿与正交方向垂直且通过喷射口的中心的面截取的截面形状的上边宽度和下边宽度。此外，优选地，宽度c和宽度d相应地是喷射口的沿与排列方向垂直且通过喷射口的中心的面截取的截面形状的上边宽度和下边宽度。根据本发明，能够制造包括基板和设置在基板上的喷射口构件的液体喷射头，在喷射口构件中，用于喷射液体的多个喷射口沿排列方向设置，多个喷射口的沿与排列方向正交的正交方向的侧壁与基板垂直，并且多个喷射口的沿排列方向的侧壁与基板形成锐角。下面说明根据该实施方式的制造方法。应注意，本发明不限于下面的实施方式。应注意，在下面的说明中，喷墨记录头被描述为本发明可以适用于的示例，但是本发明的适用范围不限于此。此外，本发明不仅可以适用于喷墨记录头的制造方法也可以适用于液体喷射头的制造方法，其中该液体喷射头用于制造生物芯片或者用于印刷电子电路。该液体喷射头包括喷墨记录头、用于制造滤色器的头等。此外，该实施方式中所使用的喷嘴密度是指在图IA的线1B-1B的方向上每单位长度的喷嘴数量，在该实施方式中，喷嘴密度可以是例如1200DPI (点数/英寸)。
图3A至图3F示出根据该实施方式的制造方法中的示例性步骤。图3A至图3F示出沿与排列方向垂直的面截取的截面中的步骤。首先，如图3A所示，准备硅基板6，其中在该硅基板6上配置有喷射能量产生元件4。硅基板6具有例如(100)面的结晶取向。应注意，在该实施方式中，说明了使用
(100)面的情况，但是可以用于本发明的面取向不限于此。热氧化膜301和牺牲层302形成在硅基板6上。作为绝缘层的氧化硅膜303形成在热氧化膜301和牺牲层302上。诸如发热电 阻器等多个喷射能量产生元件4被配置在氧化硅膜303上。作为保护膜的氮化硅膜304形成在氧化硅膜303和喷射能量产生元件4上。通过形成牺牲层302，能够以良好的精度形成墨供给口(液体供给口)的表面开口。牺牲层含有铝并且可以通过用于硅基板的蚀刻剂(碱性(alkaline)溶液)被蚀刻。作为牺牲层的材料，例如，可以使用铝(Al)、铝硅(AlSi)、铝铜(AlCu)或者铝硅铜(AlSiCu)。其中，优选铝或者铝铜。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，附着提高层3形成在氮化硅膜304上。作为附着提高层3，例如，可以使用聚醚酰胺树脂。此外，可以通过旋涂(spincoating)等涂布配置附着提高层3。作为聚醚酰胺树脂，例如，具体地，可以使用由Hitachi Chemical Co.，Ltd生产的、商标名为HIMAL-1200的材料。附着提闻层3的厚度是例如2 μ m。接着，如图3B所示，用于形成墨流路形状的流路形成材料307的可溶解树脂形成在包括喷射能量产生元件4的娃基板6上。可以通过例如通过旋涂等涂布正性抗蚀剂(positive resist)接着利用紫外线照射、深紫外线(UV)照射等执行曝光并且显影而形成流路形成材料307。作为该正性抗蚀剂，例如,可以使用ODUR (商标名，由TOKYO OHKA KOGYO CO.，LTD生产)。接着，如图3C所示，通过旋涂等将负型感光性树脂308配置在附着提高层3和流路形成材料307上。在该实施方式中，使用负型感光性树脂作为流路形成构件。通过曝光来固化负型感光性树脂。作为这种负型感光性树脂，优选对i_线敏感的负型感光性树脂。此外，负型感光性树脂的厚度是例如30 μ m。在曝光时，可以使用i_线步进器(st印per)，但是本发明并不限于此。作为这种i-线步进器,例如,可以使用由Canon Inc.制造的步进器FPA-3000I5+。通过曝光和显影使负型感光性树脂308图案化以形成具有墨喷射口 I的流路形成构件2。在该实施方式中，至少执行两次曝光，即第一曝光处理和第二曝光处理。应注意，流路形成构件也是形成喷射口的构件，由此，也可以被称为喷射口构件。这里，参照图5A至图9C详细地说明第一曝光处理和第二曝光处理。应注意，在下面的说明中，首先说明第二曝光处理，但是可以首先执行第一曝光处理和第二曝光处理中的任一方，在本发明中第一曝光处理和第二曝光处理的执行顺序不受具体限制。图5A是示出执行第二曝光处理之后的喷射口附近的状态的示意性俯视图。图5B是沿图5A的线5B-5B截取的截面图。图5C是沿图5A的线5C-5C截取的截面图。图是在第二曝光处理中所使用的第二掩模的不意图。图5A至图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，图示出第二掩模的不透光部511和透光部512。如上所述，第二曝光处理是如下的处理使树脂层的与除沿正交方向的侧壁以外的其他侧壁对应的部分曝光，使得比值d/c大于1，其中，c是喷射口的正面侧开口的在正交方向上的宽度，d是喷射口的背面侧开口的在正交方向上的宽度。也可以例如使用由Canon Inc.制造的步进器FPA-3000I5+、在如下的曝光条件下执行第二曝光处理开口率(NA)为O. 45 ;相干因子(σ )为O. 5 ;曝光量为4000J，并且焦点偏移(焦点)-50 μ m。假定负型感光性树脂308的膜厚为30 μ m,选择曝光量。
图6示出第二曝光处理中上述曝光条件的概念。步进器将待进行曝光的对象物的最上表面作为基准面，由此，曝光中的焦点位置为-50 μ m，其在基板表面的下方。应注意，在图6中,虚线E表示焦点基准面,而虚线F表示焦点位置。在曝光中，通过使焦点的深度浅并且使焦点从基准面的偏移大，能够获得锥形形状。另一方面，确定的是，通过使焦点的深度更深并且使焦点从基准面的偏移为膜厚的大约一半，能够获得基本直的形状。这能够通过材料的感光特性与曝光机的适当组合来实现，由此，在该实施方式中，主要通过曝光机的曝光条件和焦点偏移的量来实现形状的选择。在由Canon Inc.制造的步进器FPA-3000I5+被用作曝光机并且膜厚是30 μ m的情况下，确定了如下的关系。关于喷射口的与18 μ m的结果直径相当的面积，当膜厚为30 μ m时，在如下的曝光条件下形状是直的NA为O. 45、σ为O. 3、且焦点为-50 μ m。当NA为O. 45并且σ为O. 5时，如果焦点为-50 μ m，则锥角为7度。应注意，这里所使用的锥角是如图IC所示、在从喷射口的正面侧开口的端部垂直于硅基板所绘制的虚拟线与喷射口的壁之间形成的角度Θ。图7A是示出执行第一曝光处理之后的喷射口附近的状态的示意性俯视图。图7B是沿图7A的线7B-7B截取的截面图。图7C是沿图7A的线7C-7C截取的截面图。图7D是在第一曝光处理中所使用的第一掩模的不意图。图7A至图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，图7D示出了第一掩模的不透光部711和透光部 712。优选地，在第一曝光处理中确保垂直性。第一曝光处理的曝光条件是例如NA为O. 45, σ为O. 30，曝光量为4000J，并且焦点为-15μπι。图8示出第一曝光处理中的上述曝光条件的概念。步进器将待进行曝光的对象物的最上表面作为基准面，由此，曝光中的焦点位置为_15μπι，其位于结构的中心。图9Α是示出完成第二曝光处理、第一曝光处理、以及随后的后曝光烘焙(PEB)和显影之后的喷射口的附近的示意性俯视图。图9Β是沿图9Α的线9Β-9Β截取的截面图。图9C是沿图9Α的线9C-9C截取的截面图。在第一曝光处理和第二曝光处理之后，执行PEB和显影以获得具有喷射口 I的流路形成构件。即使改变第一曝光处理和第二曝光处理的顺序，在形成喷嘴时也不会产生问题。此外，附图中所示的掩模仅是示例性的，并不是形成根据本发明的形状用的唯一组合。其他设计的掩模也可以形成根据本发明的形状。再次参照图3Α至图3F，接着说明其余的制造步骤。
图3D是示出如上所述地形成了喷射口 I的状态的示意性截面图。接着，如图3E所示，硅基板6的背面的热氧化膜305被图案化以使作为各向异性蚀刻的起始表面的硅表面暴露。之后，执行硅各向异性蚀刻以形成墨供给口 7。可以通过例如利用诸如TMAH或者KOH等的强碱溶液进行各向异性蚀刻来形成墨供给口 7。接着，如图3F所示，通过利用氢氟酸液进行湿蚀刻来移除氧化硅膜303。之后，通过干蚀刻等移除氮化硅膜304。此外，通过从墨喷射口 I和墨供给口 7洗脱由可溶解树脂形成的流路形成材料307来形成墨流路5。当流路形成材料307被移除时，根据需要，可以结合使用超声波浸溃以容易地移除流路形成材料307。
利用切割锯等切断并分离通过上述步骤形成有流路形成构件的硅基板6，以形成芯片，其中该流路形成构件形成喷嘴部。接着，在执行用于驱动喷射能量产生元件4的电气接合之后，连接用于供给墨的芯片盒构件(chip tank member)以获得喷墨记录头。参照图3A至图3F所示的制造步骤说明了上述第一实施方式。应注意，本发明也可以适用于其他制造步骤。在下文中参照图4A至图4F简要地说明其他制造步骤的示例。(第二实施方式)图4A至图4F是示出根据该实施方式的示例性制造方法的步骤的示意图。此外，图4A至图4F是沿图2的线4A-4A截取的截面图。图4A与图3A类似。接着，如图4B所示，通过涂布感光性树脂材料并且对感光性树脂材料执行曝光、FEB和显影而由喷嘴材料来形成将要形成墨流路的侧壁的流路壁401。接着，如图4C所示，感光性干膜402配置在流路壁401上。接着，执行以上所述的第一曝光处理和第二曝光处理。接下来，如图4D所示，执行显影以形成具有喷射口 I的喷射口构件403。接着，如图4E所示，与图3E所示的上述制造步骤类似，形成墨供给口 7。进一步，如图4F所示,形成墨流路。下面具体地说明根据本发明的第二实施方式的曝光条件。图IOA是示出执行第一曝光处理和第二曝光处理之后的喷射口的附近的示意性俯视图。图IOB是沿图IOA的线10B-10B截取的截面图。图IOC是沿图IOA的线10C-10C截取的截面图。图IOD和图IOE是在该实施方式的曝光中所使用的掩模的示意图。图IOD是在第二曝光处理中使用的掩模，而图IOE是在第一曝光处理中使用的掩模。假定负型树脂材料的膜厚是80 μ m,设定曝光条件。此外，在曝光时，使用与上述第一实施方式中的步进器类似的步进器。第二曝光处理的曝光条件是NA为O. 63，σ为O. 30，曝光量为5500J，并且焦点为-75 μ m。第一曝光处理的曝光条件是NA为O. 45，σ为O. 30，曝光量为5500J，并且焦点为-40 μ m。当膜厚为80 μ m时，考虑到膜厚，曝光量为5000J。在该实施方式的膜厚的情况下，对于24 μ m的喷射口直径，当曝光条件是NA为0.63，σ为O. 30，并且焦点为-75 μ m时，锥角为7度。此外，当曝光条件是NA为O. 45，σ为O. 30，并且焦点为-40 μ m时，形状是直的。上述第一实施方式中的锥角与该实施方式中的锥角相同但是曝光条件改变的原因在于喷射口的端部的形状根据膜厚而变化。在上述任一实施方式中，与喷射口垂直的情况相比，观测到喷射特性的提高。根据本发明，能够以高的产量制造包括如下的喷射口构件的液体喷射头该喷射口构件具有降低了流阻的喷射口和令人满意的强度。虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求书的范围应符合最宽泛的阐释，以涵盖所有这样的变型、等同结构 和功能。
权利要求
1.ー种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括喷射ロ构件，所述喷射ロ构件具有沿排列方向设置的用于喷射液体的多个喷射ロ，所述方法包括 准备设置有树脂层的基板，其中所述树脂层含有光固化性树脂； 执行第一曝光处理和第二曝光处理，其中所述第一曝光处理和所述第二曝光处理均是使所述树脂层进行曝光的曝光处理；以及 在进行了所述第一曝光处理和所述第二曝光处理的所述树脂层中形成所述喷射ロ， 其中，所述喷射ロ的通过所述第一曝光处理所形成的侧壁相对于所述基板的倾斜角与所述喷射ロ的通过所述第二曝光处理所形成的侧壁相对于所述基板的倾斜角不同。
2.根据权利要求I所述的液体喷射头的制造方法，其特征在干， 所述喷射ロ具有沿与所述排列方向正交的正交方向的侧壁； 所述第一曝光处理是如下的处理使所述树脂层的与沿所述正交方向的侧壁对应的部分进行曝光，使得比值b/a等于或者大于1，其中，“a”表示所述喷射ロ的正面侧开ロ的在所述排列方向上的宽度，“b”表示所述喷射ロ的背面侧开ロ的在所述排列方向上的宽度；所述第二曝光处理是如下的处理使所述树脂层的与除沿所述正交方向的侧壁以外的其他侧壁对应的部分进行曝光，使得比值d/c大于1，其中，“c”表示所述喷射ロ的正面侧开ロ的在所述正交方向上的宽度，“ d”表示所述喷射ロ的背面侧开ロ的在所述正交方向上的宽度；并且 所述比值d/c大于所述比值b/a。
3.根据权利要求I所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述喷射ロ的沿与所述排列方向垂直的面截取的截面形状是锥形形状。
4.根据权利要求2所述的液体喷射头的制造方法，其特征在干，所述喷射ロ的沿与所述正交方向垂直的面截取的截面形状是锥形形状或四边形形状。
5.根据权利要求2所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于 所述宽度a和所述宽度b相应地是所述喷射ロ的沿与所述正交方向垂直且通过所述喷射ロ的中心的面截取的截面形状的上边宽度和下边宽度；以及 所述宽度c和所述宽度d相应地是所述喷射ロ的沿与所述排列方向垂直且通过所述喷射ロ的中心的面截取的截面形状的上边宽度和下边宽度。
6.—种液体喷射头,其包括 基板；以及 设置于所述基板的喷射ロ构件，所述喷射ロ构件具有沿排列方向设置的用于喷射液体的多个喷射ロ， 其中，所述喷射ロ的沿与所述排列方向正交的正交方向的侧壁垂直于所述基板，并且所述喷射ロ的沿所述排列方向的侧壁与所述基板形成鋭角。
全文摘要
液体喷射头及其制造方法。提供一种液体喷射头的制造方法，液体喷射头包括喷射口构件，喷射口构件具有沿排列方向设置的用于喷射液体的多个喷射口，该方法包括准备设置有树脂层的基板，其中树脂层含有光固化性树脂；执行第一曝光处理和第二曝光处理，其中第一曝光处理和第二曝光处理均是使树脂层进行曝光的曝光处理；以及在进行了第一曝光处理和第二曝光处理的树脂层中形成喷射口。喷射口的通过第一曝光处理所形成的侧壁相对于基板的倾斜角与喷射口的通过第二曝光处理所形成的侧壁相对于基板的倾斜角不同。
文档编号B41J2/16GK102673156SQ20121004828
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者千田充, 村山裕之, 永井正隆, 渡边诚, 田川义则 申请人:佳能株式会社