JP6579854B2

JP6579854B2 - 微細構造体の製造方法、及び液体吐出ヘッドの製造方法

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Publication number: JP6579854B2
Application number: JP2015154286A
Authority: JP
Inventors: 石川　哲史; 哲史石川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-08-04
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Description

本発明は、微細構造体の製造方法、特に液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

インクジェット方式を用いた記録装置（液体吐出装置）は、液体吐出ヘッドの吐出口からインク（記録液）滴を吐出飛翔させ、これを記録媒体に付着させて記録する構成となっている。

液体吐出ヘッドは、電気配線、及びインクを吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子等が表面に設けられた基板を有し、該基板上には複数のノズルが設けられている。吐出口は、エネルギー発生素子により気泡を発生させる発泡室、インク滴を吐出するための微細な吐出口、及びインクを供給する流路等からなる。また、基板には、外部よりインクを供給するために、基板の表面から裏面に貫通するようにインク供給路が設けられる。インク供給路に関しては、複数の発泡室へ共通する液室（共通液室という）から直接供給される構成や、共通液室から独立供給口を介して各発泡室へインクを供給する構成が知られている。

以上のような構成を有する液体吐出ヘッドにおいては、基板の裏面側から供給されたインクがインク供給路を介して発泡室内に充填される。発泡室内に充填されたインクは、エネルギー発生素子による吐出エネルギー、例えば、膜沸騰されて発生する気泡によって、吐出口からインク滴として吐出される。

特許文献１に記載された液体吐出ヘッドには、高密度の吐出口が設けられ、インク供給導管と液体吐出ヘッドとの間に、レーザーにより流路マニホールドを加工したポリマーフィルムが、ピッチ変換用に支持部材と接着層を介して接着されている。そして、ポリマーフィルムで形成された流路部材の流路マニホールドを経由して、インクがインク供給導管へ供給される。

特表２００８−５２６５５３号公報

特許文献１のように、ポリマーフィルムにレーザー加工して開口を形成してから支持部材（基板）に接着する場合、高精度化、高密度化には限界がある。そこで、さらなる高精度化、高密度化を実現するために、基板の裏面側に形成された共通液室上に感光性のドライフィルムレジストをテンティングし、フォトリソグラフィ技術を用いて流路マニホールド等の開口を形成する手法が知られている。ただし、上記手法を用いて、ドライフィルムを露光することにより流路部材を形成する場合、良好な開口を形成するには、共通液室底面からの乱反射の影響を抑制する必要があり、そのため、露光量を必要最低限に抑える必要がある。しかし、露光量を抑えてしまうと、基板と流路部材との密着性が不十分になるといった課題が生じる。

本発明は、開口形状を悪化させることなく、基板との密着性にも優れた開口を有する部材を設けた微細構造体を提供することを目的とする。

本発明は、複数の凹部形状が加工された基板の前記複数の凹部形状の開口面上にネガ型のドライフィルムレジストをテンティングした後、前記ドライフィルムレジストのテンティング部に開口を形成してなる部材を設けた微細構造体の製造方法であって、前記部材が、
前記ネガ型のドライフィルムレジストに対し、第１露光光によって前記開口を形成する領域を除いて露光を行う第１露光工程と、
ポストベーク工程と、
前記第１露光工程における未露光部を現像液にて現像する工程と、
を含む工程を経て前記開口を形成した後、
少なくとも現像後に残存したテンティング部を支える前記基板との接触領域の前記ネガ型のドライフィルムレジストに対して、さらに第２露光光によって過露光となるように露光を行う第２露光工程と、
硬化処理を行う工程と、をこの順で行うことにより形成され、前記第１露光光の露光量（Ｅ１）が、前記ネガ型のドライフィルムレジストがゲル化する露光量（Ｅ_ｇｅｌ）の６倍以下であることを特徴とする、微細構造体の製造方法である。

本発明によれば、複数の凹部形状が加工された基板に対してドライフィルムレジストをテンティングし、フォトリソグラフィ技術を用いて開口を有する部材を設けた微細構造体を製造するにあたり、良好な開口形状を有し、テンティングした部材と基板との密着性に優れた微細構造体を提供することができる。

また、本発明によれば、複数の共通液室が加工された基板に対してドライフィルムレジストをテンティングし、フォトリソグラフィ技術を用いて開口を有する流路部材を形成する際に、良好な開口形状を有し、流路部材と基板との密着性に優れ、さらに良好な耐インク性を有する液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の製造方法により得られる液体吐出ヘッドの一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視断面図を示す。本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。本発明の第１露光光の露光量（Ｅ１）、第２露光光の露光量（Ｅ２）、ドライフィルムレジストのゲル化する露光量（Ｅ_ｇｅｌ）及び解像限界露光量（Ｅ_ｔｈ）の関係の一例を示す感度曲線である。本発明の一実施形態における第２露光工程を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、これらの実施形態のみに限定されない。

本発明は、複数の凹部形状が加工された基板の前記複数の凹部形状の開口面上にドライフィルムレジストをテンティングし、フォトリソグラフィ技術を用いることにより、良好な形状を有する開口をテンティング部に形成し、かつ基板との密着性に優れた部材を形成するものである。本発明によれば、該部材を設けた微細構造体を製造することができる。微細構造体としては、例えば液体吐出ヘッドが挙げられる。

本発明により得られる液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、ファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置等に搭載可能である。例えば、バイオッチップ作製や電子回路印刷、薬物を噴霧状に吐出する等の用途の装置にも用いることができる。

複数の凹部形状が加工された基板としては、特に制限されないが、例えば、液体吐出ヘッドに用いられる、凹部形状の共通液室が複数加工された基板等が挙げられる。複数の共通液室が加工された基板の開口面上にドライフィルムレジストをテンティングし、フォトリソグラフィ技術を用いることにより、良好な開口形状を有し、基板との密着性に優れた流路部材を形成することができる。以下、図面を参照して、微細構造体の一態様である液体吐出ヘッドの製造方法の一例について説明する。

図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す模式図である。図１（ａ）は液体吐出ヘッドを吐出面から観察した時の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’の断面を有する斜視断面図である。図１に示す本発明の液体吐出ヘッドは、インク等の液体を吐出するために用いられるエネルギーを発生するエネルギー発生素子２が所定のピッチで形成された基板１を有している。基板１には、インクを共通液室３へ導入するための流路マニホールド８が設けられた流路部材７と、エネルギー発生素子２の上方に開口する吐出口５と、共通液室３から各吐出口５に連通する個別の液体のインク供給口６が形成される。流路マニホールド８は、各共通液室３に対して少なくとも１つあれば良いが、複数あっても良い。また、共通液室３に対する流路マニホールド８の形成位置は、図１（ｂ）に示すように、所定の断面方向で一つおきに形成するなどして、隣り合う共通液室３で流路マニホールド８同士が並設されないようにすることができる。また、流路マニホールド８は、図示するように共通液室３の開口幅とほぼ同幅である以外に、共通液室３の開口幅よりも狭い開口幅で形成することもできる。本発明に係る製造方法は、この流路マニホールド８等の開口の形状と流路部材７と基板１との密着性を良化することに関する。

図２は、図１のＡ−Ａ’での模式的断面図であり、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を段階的に表した図である。以下、図２を参照して、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明する。

まず、エネルギー発生素子１２を備えた基板１１に、ポジ型の感光性樹脂を用いて流路の型２１となるパターンを設け、次いで、ネガ型の感光性樹脂を用いて、吐出口形成部材２２及び吐出口１５となる空域パターンを形成する（図２（ａ））。続いて、フォトリソグラフィ技術、Ｓｉ深掘エッチング技術を用いて、インクを供給するための共通液室１３及びインク供給口１６を基板の裏面側より形成する（図２（ｂ））。以上のようにして、複数の凹部形状（共通液室１３）が加工された基板１１が得られる。なお、図２（ｂ）以降は、図２（ａ）と上下を逆転して示している。

次に、共通液室１３の、インク供給口１６が設けられた面に対向する面２０（以下、「開口面」と称する。）に、共通液室１３へインクを供給するための流路マニホールド（開口２３）が設けられた流路部材１７を形成する。まず、ベースフィルム１８上に塗布されたネガ型のドライフィルムレジスト１７’を、ラミネータ装置を用いて基板１の裏面に貼り合わせ、共通液室１３の開口面２０上にテンティングする（図２（ｃ））。なお、開口面上のドライフィルムレジストをテンティング部という。ドライフィルムレジスト１７’としては、例えば光酸発生剤を含む化学増幅型のネガ型感光性樹脂等が使用され、ベースフィルム１８としては、例えばＰＥＴ、ポリイミド、炭化水素系（ポリオレフィン系）フィルム等が使用される。次いで、ベースフィルム１８を剥離し（図２（ｄ））、マスク３１を介して、第１露光光３２をテンティング部の開口を形成する領域を除いた部分に照射する（図２（ｅ）、第１露光工程）。さらに、ポストベークを行い、第１露光工程における未露光部を現像液にて現像することによって、開口２３（流路マニホールド）を有する流路部材１７を形成する（図２（ｆ））。

次いで、流路の型２１を除去した後、ブランクマスク３３を介して、過露光となるように第２露光光３４を照射する（図２（ｇ）、第２露光工程）。その後、硬化（キュアリング）処理を行うことにより、図１に示す形状を有する液体吐出ヘッドを製造することができる（図２（ｈ））。

以上のように、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、第１露光工程と第２露光工程とを含む。パターニングに最適な露光条件で第１露光工程を行い、密着性及び耐インク性を向上させるために、過露光となるように第２露光工程を行うことにより、共通液室の底面からの乱反射の影響を抑制しつつ、基板と流路部材との密着性及び耐インク性に優れた液体吐出ヘッドを製造することができる。

露光工程で用いる露光機は特に制限されるものではなく、公知の露光機を用いることができる。露光光としては、カーボンアーク灯、水銀蒸気アーク灯、高圧水銀灯（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、キセノンランプ、ＹＡＧレーザー、Ａｒイオンレーザー、半導体レーザー、Ｆ２エキシマレーザー（１５７ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）等、公知のものが用いられる。露光光は、露光するドライフィルムレジスト１７’の感光波長に合わせて適宜選択すれば良い。

本発明においては、第１露光工程における第１露光光３２の露光量（Ｅ１）が、ドライフィルムレジスト１７’として使用するネガ型感光性樹脂がゲル化する露光量（Ｅ_ｇｅｌ）の６倍以下となるように調節する。Ｅ１がＥ_ｇｅｌの６倍以下であれば、露光光が感光性樹脂を透過して、共通液室底面における乱反射の影響により、開口形状の悪化を引き起こすことを抑制できる。また、Ｅ１は、現像可能な解像限界露光量（Ｅ_ｔｈ）より大きく、例えば解像限界露光量（Ｅ_ｔｈ）の１．２倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましい。

一方で、第２露光光３４の露光量（Ｅ２）は、基板との密着性及び耐インク性を向上させるため、過剰量（過露光）であることが好ましい。また、露光により発生した酸などの触媒成分が失活しないよう、露光工程後に硬化処理を行い、硬化を促進させる。Ｅ２は、例えば、解像限界露光量（Ｅ_ｔｈ）の１０倍以上であることが好ましい。第２露光光が過露光であっても、既にドライフィルムレジスト１７’は第１露光工程を経て現像されているため、過露光に起因する形状悪化は発生せず、良好な開口を有する流路部材を形成することができる。なお、図３は、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ_ｇｅｌ及びＥ_ｔｈの関係の一例を示す図である。

第１露光工程における露光波長は、形成される流路部材の開口形状に影響する。開口の断面形状の垂直化を狙う観点から、第１露光光としては、ドライフィルムレジスト１７’の感光波長を含む、ｇ線、ｈ線、ｉ線、エキシマレーザー等を用いることが好ましい。また、第２露光工程においても、第１露光工程で使用した露光機と同一の露光機を使用し、前記同様に、ドライフィルムレジスト１７’の感光波長を含むｇ線、ｈ線、ｉ線、エキシマレーザー等を用いて過露光となるように露光を行うことが好ましい。

第２露光工程においては、第１露光光の波長を含む広帯域（ブロードバンド）の波長を有する第２露光光を用いて、過露光となるように露光を行ってもよい。第１露光工程と異なる照明系にはなるが、膜表面に作用する短波長側から、膜内部に作用する長波長側までの露光光を照射することが可能であり、膜厚方向の重合分布均一化の観点から有利である。例えば、第１露光光として、ドライフィルムレジスト１７’の吸光度が０〜０．２である波長領域を含む露光光を用いて、第２露光光として、ドライフィルムレジスト１７’の吸光度が０〜１である波長領域を含む露光光を用いることが好ましい。なお、吸光度は、最大吸光度を１としたときの相対値である。

また、第２露光工程において、第１露光光の波長を含まない広帯域の波長を有する露光光を用いて、過露光となるように露光を行うこともできる。第１露光工程と異なる照明系にはなるが、膜表面に作用する短波長側から、膜内部に作用する長波長側までの露光光を照射することが可能であり、膜厚方向の重合分布均一化の観点から有利である。一方で、吐出口形成部材２２に対し、過剰量の第２露光光が照射されると、吐出口形成部材の劣化を引き起こしてしまう場合がある。そのため、第１露光工程では断面形状を垂直化するために高透過率の波長領域を選択して露光を行うことが好ましい。すなわち、例えば、第１露光光として、ドライフィルムレジスト１７’の吸光度が０〜０．２である波長領域を含む露光光を用いて、第２露光光としては、第１露光光の波長領域を除いた範囲、例えばドライフィルムレジスト１７’の吸光度が０．２〜１である波長領域を含む露光光を用いることが好ましい。

過剰量の第２露光光が照射されることによる吐出口形成部材の劣化を抑制するため、図４に示すように、テンティング部が露光されないように、パターンが形成されたマスク３５を介して第２露光光３４を照射することもできる。

［実施例１］
以下に示す工程に従って、液体吐出ヘッドを作製した。
まず、エネルギー発生素子１２と、該エネルギー発生素子を駆動・制御するための半導体素子が設けられた基板１１に対し、ポジ型感光性樹脂として、ＯＤＵＲ−１０１０（東京応化工業（株）製）をスピンコートにより１４μｍの厚みに塗布した後、乾燥した。次いで、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光をパターン照射した後、処理装置（ＣＤＳ−８０００）にてメチルイソブチルケトンを用いて現像を行い、イソプロピルアルコールでリンスし、流路の型２１となるパターンを形成した。
続いて、基板１１に、ネガ型感光性樹脂（ＥＨＰＥ−３１５０（ダイセル化学工業（株）製）：１００部、Ａ−１８７（日本ユニカー（株）製）：５部、ＳＰ−１７０（旭電化工業（株）製）：２部、キシレン：８０部）をスピンコートにて１０μｍの厚みに塗布し、乾燥した。ステッパを使用して紫外線露光を行い、ポストベークした後、メチルイソブチルケトン／キシレン＝２／３の混合液にて現像を行い、吐出口形成部材２２、及び吐出口１５となる空域パターンを設けた（図２（ａ））。

その後、吐出口形成部材２２を保護するため、基板表面及び周囲にゴム樹脂をコーティングした。そして、フォトリソグラフィ技術及びＳｉ深掘エッチング技術を用いて、深さ４００μｍ、幅２００μｍの共通液室１３及びインク供給口１６を形成した（図２（ｂ））。

次いで、ベースフィルム１８上に、ネガ型ドライフィルムレジスト１７’としてＴＭＭＦ（登録商標、東京応化工業（株））を使用し、ラミネート装置により、ステージ温度、ローラー温度４０℃、ローラー圧力０．２ＭＰａ、ローラー速度１０ｍｍ／ｓでラミネートした（図２（ｃ））。続いて、ベースフィルム１８を剥離（図２（ｄ））した後、裏面アライメントが可能なｉ線露光機を用いて、露光量４００ｍＪ／ｃｍ^２の第一露光光３２を、マスク３１を介してパターン照射した（図２（ｅ））。その後、ポストベークを行い、プロピレングリコール１−モノメチルエーテル２−アセタートにより未露光部を現像し、流路部材１７を形成した（図２（ｆ））。

そして、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光を照射して、乳酸メチルを用いて流路の型２１を除去して流路１９を形成した後、再度、ｉ線露光機を用いて、露光量２０００ｍＪ／ｃｍ^２の第２露光光３４を、ブランクマスク３３を介して全面照射した（図２（ｇ））。さらに、２００℃にて１時間、硬化処理を行うことにより、液体吐出ヘッドを製造した（図２（ｈ））。作製した液体吐出ヘッドについて、流路部材の開口形状及び耐インク性を評価した。結果を表１に示す。

なお、耐インク性の評価は、密着性の評価でもあり、１２１℃、２気圧の雰囲気下、液体吐出ヘッドをアルカリ性インク中に１０時間浸漬する条件にてＰＣＴ試験を行った後、Ｌ／Ｓ（ラインアンドスペース）パターンの観察において、パターンの基板からの浮き、剥がれの有無を、電子顕微鏡にて確認することにより行った。また、表１において、開口形状及び耐インク性は、以下に示す基準に基づき評価した。

［開口形状］
○：開口形状は良好である
×：開口形状は良好でない
［耐インク性］
○：剥がれ、浮きは確認されなかった
△：浮きが確認されたが、剥がれは確認されなかった
×：浮きが確認され、さらに剥がれが確認された

［実施例２］
第２露光光の露光量を８０００ｍＪ／ｃｍ^２としたこと以外は、実施例１と同様に液体吐出ヘッドを製造した。作製した液体吐出ヘッドについて、開口形状及び耐インク性を評価した。結果を表１に示す。

［実施例３］
第２露光光の露光量を１０００ｍＪ／ｃｍ^２としたこと以外は、実施例１と同様に液体吐出ヘッドを製造した。作製した液体吐出ヘッドについて、開口形状及び耐インク性を評価した。結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１と同様に、エネルギー発生素子１２及び半導体素子が設けられた基板１１に対し、流路の型２１となるパターン、吐出口形成部材２２、吐出口１５となる空域パターン、共通液室１３及びインク供給口１６を順次形成した（図２（ａ）、（ｂ））。次いで、ベースフィルム１８上に、ネガ型ドライフィルムレジスト１７’としてＴＭＭＦ（登録商標、東京応化工業（株））を使用し、ラミネート装置により、ステージ温度、ローラー温度４０℃、ローラー圧力０．２ＭＰａ、ローラー速度１０ｍｍ／ｓでラミネートした（図２（ｃ））。続いて、ベースフィルム１８を剥離（図２（ｄ））した後、裏面アライメントが可能なｉ線露光機を用いて、露光量４００ｍＪ／ｃｍ^２の第１露光光３２を、マスク３１を介してパターン照射した（図２（ｅ））。その後、ポストベークを行い、プロピレングリコール１−モノメチルエーテル２−アセタートにより現像し、流路部材１７を形成した（図２（ｆ））。そして、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光を照射して、乳酸メチルを用いてインク流路の型２１を除去して流路１９を形成した後、２００℃、１時間の硬化処理を行うことにより、液体吐出ヘッドを製造した。作製した液体吐出ヘッドについて、開口形状及び耐インク性を評価した。結果を表１に示す。

［比較例２］
第１露光光の露光量を７００ｍＪ／ｃｍ^２としたこと以外は、比較例１と同様に液体吐出ヘッドを製造した。作製した液体吐出ヘッドについて、開口形状及び耐インク性を評価した。結果を表１に示す。

［比較例３］
第１露光光の露光量を７００ｍＪ／ｃｍ^２とし、第２露光光の露光量を１０００ｍＪ／ｃｍ^２としたこと以外は、実施例１と同様に液体吐出ヘッドを製造した。作製した液体吐出ヘッドについて、開口形状及び耐インク性を評価した。結果を表１に示す。

１、１１基板
２、１２エネルギー発生素子
３、１３共通液室
５、１５吐出口
６、１６インク供給口
７、１７流路部材
８流路マニホールド
１７’ ドライフィルムレジスト
１８ベースフィルム
１９流路
２０開口面
２１流路の型
２２吐出口形成部材
２３開口
３１マスク
３２第１露光光
３３ブランクマスク
３４第２露光光
３５マスク

Claims

複数の凹部形状が加工された基板の前記複数の凹部形状の開口面上にネガ型のドライフィルムレジストをテンティングした後、前記ドライフィルムレジストのテンティング部に開口を形成してなる部材を設けた微細構造体の製造方法であって、前記部材が、
前記ネガ型のドライフィルムレジストに対し、第１露光光によって前記開口を形成する領域を除いて露光を行う第１露光工程と、
ポストベーク工程と、
前記第１露光工程における未露光部を現像液にて現像する工程と、
を含む工程を経て前記開口を形成した後、
少なくとも現像後に残存したテンティング部を支える前記基板との接触領域の前記ネガ型のドライフィルムレジストに対して、さらに第２露光光によって過露光となるように露光を行う第２露光工程と、
硬化処理を行う工程と、をこの順で行うことにより形成され、前記第１露光光の露光量（Ｅ１）が、前記ネガ型のドライフィルムレジストがゲル化する露光量（Ｅ_ｇｅｌ）の６倍以下であることを特徴とする、微細構造体の製造方法。
前記第１露光光の露光量（Ｅ１）が、前記ドライフィルムレジストの解像限界露光量（Ｅ_ｔｈ）より大きく、かつ、前記第２露光光の露光量（Ｅ２）が、前記ドライフィルムレジストの解像限界露光量（Ｅ_ｔｈ）の１０倍以上である、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
前記第１露光光と前記第２露光光が、共に前記ドライフィルムレジストの感光波長を含む、請求項１または２に記載の微細構造体の製造方法。
前記第１露光光が、前記ドライフィルムレジストの感光波長を含み、前記第２露光光が、前記第１露光光の波長を含む広帯域の波長を有する露光光である、請求項１または２に記載の微細構造体の製造方法
前記第１露光光が、前記ドライフィルムレジストの感光波長を含み、前記第２露光光が、前記第１露光光の波長を含まない広帯域の波長を有する露光光である、請求項１または２に記載の微細構造体の製造方法。
前記第１露光光が、前記ドライフィルムレジストの感光波長を含み、前記第２露光工程が、前記ドライフィルムレジストのテンティング部が露光されないよう、マスクを介してパターン照射することにより行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。
前記第１露光光が、前記ドライフィルムレジストの吸光度が０〜０．２である波長領域を含む露光光であり、前記第２露光光が、前記ドライフィルムレジストの吸光度が０〜１である波長領域を含む露光光である、請求項４に記載の微細構造体の製造方法。
前記第１露光光が、前記ドライフィルムレジストの吸光度が０〜０．２である波長領域を含む露光光であり、前記第２露光光が、前記ドライフィルムレジストの吸光度が０．２〜１である波長領域を含む露光光である、請求項５に記載の微細構造体の製造方法。
前記複数の凹部形状が加工された基板が、液体を吐出するための複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子の上方に開口する吐出口と、該吐出口に連通する流路と、該流路に連通するインク供給口と、該インク供給口を介して前記流路に連通する複数の共通液室と、を備えた基板であり、前記微細構造体が液体吐出ヘッドである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。