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JP6921564B2 - Manufacturing method of liquid discharge head - Google Patents
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Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head.

撥水処理をした液体吐出ヘッドの従来技術は、特許文献1に開示されている。これによれば、孔部を形成した基材(ノズルプレート)の表面及び孔部内壁面にフッ素基を含まない有機膜を形成後、表面に保護部材を形成する。このとき、有機膜にはフッ素が含まれていないため、有機膜と保護部材が隙間なく密着している。その後、孔部内壁部の有機膜を除去し、さらに保護部材を除去した後、基材表面の有機膜をフッ化処理する。その結果、孔部内壁部の有機膜を除去する際、基材表面の有機膜にはダメージが発生することなく、基材表面のみを撥水処理することができる。 A prior art of a water-repellent liquid discharge head is disclosed in Patent Document 1. According to this, after forming an organic film containing no fluorine group on the surface of the base material (nozzle plate) on which the pores are formed and the inner wall surface of the pores, a protective member is formed on the surface. At this time, since the organic film does not contain fluorine, the organic film and the protective member are in close contact with each other without any gap. Then, the organic film on the inner wall of the pore is removed, the protective member is further removed, and then the organic film on the surface of the base material is fluorinated. As a result, when the organic film on the inner wall of the pore is removed, only the surface of the base material can be treated with water repellent without damaging the organic film on the surface of the base material.

特許5426200号Patent No. 5426200

特許文献1に記載される方法では、孔部(吐出口)内の有機膜の除去工程や、有機膜のフッ素化処理などの煩雑な工程が必要である。そこで、工程を簡略化するためにノズルプレート表面を撥水処理した後に吐出口を形成する方法が考えられる。 The method described in Patent Document 1 requires a complicated step such as a step of removing the organic film in the pore (discharge port) and a fluorination treatment of the organic film. Therefore, in order to simplify the process, a method of forming a discharge port after water-repellent treatment on the surface of the nozzle plate can be considered.

しかしながら、撥水処理をしたノズルプレート表面には吐出口を形成するためのエッチングマスク層を均一に形成することが困難であり、エッチングマスク層の膜厚バラつきにより、吐出口形状に異常が発生する場合があった。 However, it is difficult to uniformly form an etching mask layer for forming a discharge port on the surface of a water-repellent nozzle plate, and an abnormality occurs in the shape of the discharge port due to variations in the film thickness of the etching mask layer. There was a case.

本発明は、液体吐出ヘッドにおいて、撥水処理をしたノズルプレート表面に形成するエッチングマスク層の膜厚バラつきを抑制し、吐出口形状の異常を低減する製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a manufacturing method for suppressing variations in the film thickness of an etching mask layer formed on the surface of a water-repellent nozzle plate in a liquid discharge head and reducing abnormalities in the shape of the discharge port.

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、下記の手段を用いる。すなわち、液滴を吐出させる吐出口を有するノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、前記吐出口を形成するためのノズルプレート材の表面に、光触媒を含有する撥水層を形成する工程と、前記撥水層の吐出口形成予定部以外に第一の光を照射して親水層に変化させる工程と、エッチングマスクの材料層を前記親水層上に形成してエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクをマスクに、エッチングにより吐出口を形成する工程と、前記エッチングマスクを除去する工程と、前記親水層に第二の光を照射することにより撥水層に戻す工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 In the method for manufacturing a liquid discharge head of the present invention, the following means are used. That is, in a method for manufacturing a liquid discharge head having a nozzle plate having a discharge port for discharging droplets, a step of forming a water-repellent layer containing a photocatalyst on the surface of a nozzle plate material for forming the discharge port. A step of irradiating a first light other than the planned discharge port forming portion of the water-repellent layer to change it into a hydrophilic layer, and a step of forming a material layer of an etching mask on the hydrophilic layer to form an etching mask. including the, the etching mask as a mask, forming a discharge port by etching, removing the etching mask, and a step of returning to the water-repellent layer by irradiating a second light to said hydrophilic layer A method for manufacturing a liquid discharge head.

以上の製造方法よれば、撥水層に光触媒を含むことで、光照射によって表面状態を簡便に変化させることができる。その結果、エッチングマスク層形成時に親水化して膜厚ばらつきを抑え、エッチングマスク層除去後に撥水性に戻すことができ、工程が簡略化される。 According to the above manufacturing method, by including a photocatalyst in the water-repellent layer, the surface state can be easily changed by light irradiation. As a result, it becomes hydrophilic when the etching mask layer is formed, the film thickness variation is suppressed, and the water repellency can be restored after the etching mask layer is removed, which simplifies the process.

本発明により製造される液体吐出ヘッドの模式的斜視図である。It is a schematic perspective view of the liquid discharge head manufactured by this invention. 本発明により製造される液体吐出ヘッドの模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the liquid discharge head manufactured by this invention. 本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process of the liquid discharge head which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process of the liquid discharge head which concerns on other embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の詳細について実施形態を説明しつつ詳細に説明する。但し、以下の実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明をこの技術分野における通常の知識を有する者に十分に説明するために提供されるものである。 Hereinafter, the details of the present invention will be described in detail with reference to the drawings while explaining the embodiments. However, the following embodiments do not limit the scope of the invention and are provided to fully explain the invention to those who have conventional knowledge in the art.

図1は、本発明により製造される液体吐出ヘッドの模式的斜視図である。図2は、図1のX−X’部を断面方向から見た液体吐出ヘッドの構成を示した模式的断面図である。図3は、図1のX−X’部を断面方向から見た液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態を工程順に示した模式図である。図4は、液体吐出ヘッドの製造方法の他の実施形態を工程順に示した模式図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view of a liquid discharge head manufactured by the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid discharge head when the XX'part of FIG. 1 is viewed from the cross-sectional direction. FIG. 3 is a schematic view showing one embodiment of a method for manufacturing a liquid discharge head when the XX'part of FIG. 1 is viewed from the cross-sectional direction in the order of steps. FIG. 4 is a schematic view showing another embodiment of the method for manufacturing a liquid discharge head in order of steps.

以下、図1、図2を用いて、本発明が適用される液体吐出ヘッドの構成を説明する。
まず、図1、図2に示すように、液体吐出ヘッドは、液体を吐出するためのエネルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子2を有する液体吐出ヘッド用基板1(単に基板ともいう)の上に、吐出口7を有するノズルプレート4を備える。また、液体吐出エネルギー発生素子の形成された基板面に面して、吐出口7と連通する液体発泡室8を備え、さらに、液体発泡室8に液体を供給する液体供給口9を備える。液体供給口9は基板1を貫通しており、ノズルプレート4の形成される面と反対の面から液体を供給する。図2に示すように、ノズルプレート4の外表面には、撥水層5が設けられており、吐出口周辺部の液体に対する濡れ性を低くすることで、液滴の大きさ、吐出方向、吐出速度などを安定させ、高品位な印字を行うことができる。なお、本発明において、吐出口を形成する前のノズルプレートを「ノズルプレート材」と呼び、同じ符号で説明する。
Hereinafter, the configuration of the liquid discharge head to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
First, as shown in FIGS. 1 and 2, the liquid discharge head is placed on a liquid discharge head substrate 1 (also simply referred to as a substrate) having a liquid discharge energy generating element 2 that generates energy for discharging liquid. A nozzle plate 4 having a discharge port 7 is provided. Further, a liquid foaming chamber 8 communicating with the discharge port 7 is provided facing the substrate surface on which the liquid discharge energy generating element is formed, and a liquid supply port 9 for supplying the liquid to the liquid foaming chamber 8 is provided. The liquid supply port 9 penetrates the substrate 1 and supplies the liquid from the surface opposite to the surface on which the nozzle plate 4 is formed. As shown in FIG. 2, a water-repellent layer 5 is provided on the outer surface of the nozzle plate 4, and by reducing the wettability of the periphery of the discharge port to the liquid, the size and discharge direction of the droplets can be determined. It is possible to stabilize the ejection speed and perform high-quality printing. In the present invention, the nozzle plate before forming the discharge port is referred to as a "nozzle plate material" and will be described with the same reference numerals.

本発明に係る液体吐出ヘッドの撥水層5は光触媒を含有している。光触媒は酸化チタンを含むことが好ましい。また光触媒にはさらに金属元素を含むことができる。金属元素としては、好ましくはクロム及びバナジウムの少なくとも一方を用いることができる。これらの金属元素を添加することで、撥水/親水状態のスイッチングに掛かる時間を短くすることができる。金属元素の添加量は、所定の撥水性/親水性を示す限りは特に制限はないが、10質量%以下であることが親水性を発現させる点で好ましい。 The water-repellent layer 5 of the liquid discharge head according to the present invention contains a photocatalyst. The photocatalyst preferably contains titanium oxide. Further, the photocatalyst can further contain a metal element. As the metal element, at least one of chromium and vanadium can be preferably used. By adding these metal elements, the time required for switching the water-repellent / hydrophilic state can be shortened. The amount of the metal element added is not particularly limited as long as it exhibits predetermined water repellency / hydrophilicity, but it is preferably 10% by mass or less from the viewpoint of exhibiting hydrophilicity.

撥水層5は要求に応じて、撥水/親水状態を照射光の波長でスイッチングすることができる。撥水層5は純水接触角90°以上の撥水性があるが、第一の光を照射することで、該接触角が60°以下の親水層5aになる。このため、吐出口用のエッチングマスクを形成する際に、エッチングマスクの材料が弾かれずに形成できる。つまり、膜厚バラつきを抑制できるため、吐出口形状異常を低減できる。さらに、エッチングマスク除去後は第二の光により親水層5aは純水接触角90°以上の撥水層5に戻るため、上記の通り高品位な印字を行うことができる。 The water-repellent layer 5 can switch the water-repellent / hydrophilic state at the wavelength of the irradiation light, if required. The water-repellent layer 5 has a water repellency of pure water contact angle of 90 ° or more, but by irradiating with the first light, the water-repellent layer 5 becomes a hydrophilic layer 5a having a contact angle of 60 ° or less. Therefore, when forming the etching mask for the discharge port, the material of the etching mask can be formed without being repelled. That is, since the variation in film thickness can be suppressed, the abnormality in the shape of the discharge port can be reduced. Further, after the etching mask is removed, the hydrophilic layer 5a returns to the water-repellent layer 5 having a pure water contact angle of 90 ° or more by the second light, so that high-quality printing can be performed as described above.

続いて、図3を用いて、本発明の製造方法の第一の実施形態を工程順に説明する。
まず、図3(a)に示すように複数の液体吐出エネルギー発生素子2が形成された基板1を用意する。基板1には、駆動回路や駆動回路と液体吐出エネルギー発生素子をつなぐ配線を作りこみやすいシリコン単結晶基板であることが好ましい。液体吐出エネルギー発生素子2は、抵抗体に電気を通して発熱させるヒータータイプが適用可能であり、その他、電気を発泡エネルギーに変換可能な素子であれば適用可能である。また、液体吐出エネルギー発生素子2の吐出液体による腐食を抑制し、かつ電気的絶縁性を向上させるために、基板1にSiO、SiN、タンタル等の保護膜(不図示)を設けることができる。この際、基板1の表面全体に亘って保護層を形成してもよい。図2等において基板1に液体吐出エネルギー発生素子2が埋め込まれているように表示されているのは、このような保護層を含めて基板1と称しているためである。
Subsequently, with reference to FIG. 3, the first embodiment of the manufacturing method of the present invention will be described in order of steps.
First, as shown in FIG. 3A, a substrate 1 on which a plurality of liquid discharge energy generating elements 2 are formed is prepared. It is preferable that the substrate 1 is a silicon single crystal substrate in which a drive circuit or a wiring connecting the drive circuit and the liquid discharge energy generating element can be easily formed. As the liquid discharge energy generating element 2, a heater type that generates heat by passing electricity through a resistor can be applied, and any other element that can convert electricity into foaming energy can be applied. Further, in order to suppress corrosion of the liquid discharge energy generating element 2 due to the discharged liquid and improve the electrical insulation property, a protective film (not shown) such as SiO, SiN, or tantalum can be provided on the substrate 1. At this time, a protective layer may be formed over the entire surface of the substrate 1. The reason why the liquid discharge energy generating element 2 is displayed as being embedded in the substrate 1 in FIG. 2 and the like is because the substrate 1 includes such a protective layer.

次に、図3(b)にて、基板1の液体吐出エネルギー発生素子2形成面側に液体発泡室となる領域に後に除去可能な型材3を形成する。型材材料は、周辺の材質との兼ね合いで選択され、有機樹脂材料や金属材料より選択される。有機樹脂材料であれば、耐熱性を考慮してポリイミドを好適に用いることができ、金属材料であれば、除去性を考慮し、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を好適に用いることができる。型材3の形成方法は、有機樹脂材料であれば、スピンコートなどの一般的な塗布技術を用いて成膜可能である。型材自体に感光性があれば、露光現像でパターニング可能である。型材材料が金属材料の場合、スパッタリング等の物理的気相蒸着法(PVD: Physical Vapor Deposition)で成膜が可能である。金属材料のパターニングには、フォトレジストでマスクを形成し、選択した金属材料に対応したガスを用いたリアクティブイオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)等でパターニング可能である。金属材料がたとえばアルミニウムである場合、エッチングガスには塩素が適応可能である。 Next, in FIG. 3B, a mold material 3 that can be removed later is formed in a region to be a liquid foam chamber on the liquid discharge energy generating element 2 forming surface side of the substrate 1. The mold material is selected in consideration of the surrounding materials, and is selected from organic resin materials and metal materials. If it is an organic resin material, polyimide can be preferably used in consideration of heat resistance, and if it is a metal material, aluminum or an aluminum alloy can be preferably used in consideration of removability. As for the method of forming the mold material 3, if it is an organic resin material, a film can be formed by using a general coating technique such as spin coating. If the mold material itself is photosensitive, it can be patterned by exposure development. When the mold material is a metal material, film formation can be performed by a physical vapor deposition method (PVD) such as sputtering. For patterning of a metal material, a mask is formed with a photoresist, and patterning is possible by reactive ion etching (RIE) or the like using a gas corresponding to the selected metal material. If the metal material is, for example, aluminum, chlorine can be applied to the etching gas.

続いて、図3(c)に示すように、基板1および型材3を覆うように、ノズルプレート材4を形成する。ノズルプレート材には有機材料と無機材料のいずれも適用できるが、本発明に係る撥水層の形成性、密着性を考慮して、無機材料が好ましい。無機材料には、シリコンと酸素、窒素あるいは炭素のいずれか一つ以上とよりなる化合物が適応可能である。無機材料の成膜方法はPECVD(Plasma Enhanced CVD)が好適に用いられる。 Subsequently, as shown in FIG. 3C, the nozzle plate material 4 is formed so as to cover the substrate 1 and the mold material 3. Both an organic material and an inorganic material can be applied to the nozzle plate material, but the inorganic material is preferable in consideration of the formability and adhesion of the water-repellent layer according to the present invention. A compound consisting of silicon and any one or more of oxygen, nitrogen or carbon can be applied to the inorganic material. PECVD (Plasma Enhanced CVD) is preferably used as a method for forming an inorganic material.

次に、図3(d)に示すように、ノズルプレート材4を覆うように、クロムなどの金属元素を含む酸化チタンをスパッタ法により成膜して、撥水層5が形成される。スパッタ法により金属元素を添加した酸化チタンを成膜するには、金属元素を含む酸化チタンターゲットを使用する方法、酸化チタンターゲットと金属ターゲットを用いて共スパッタする方法などが挙げられる。なお、撥水層5の純水接触角はこのとき90°以上である。接触角は100°以上であることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 3D, titanium oxide containing a metal element such as chromium is formed into a film by a sputtering method so as to cover the nozzle plate material 4, and the water repellent layer 5 is formed. In order to form a titanium oxide film to which a metal element is added by a sputtering method, a method using a titanium oxide target containing a metal element, a method of co-sputtering using a titanium oxide target and a metal target, and the like can be mentioned. The pure water contact angle of the water repellent layer 5 is 90 ° or more at this time. The contact angle is preferably 100 ° or more.

次に、図3(e)に示すように、第一の光10を撥水層5に全面照射する。第一の光としては、ピーク波長が450nm以下の光(例えば、ピーク波長が400nm以下の紫外線)が好ましい。これにより、撥水層5は純水接触角が低下して親水層5aになる。親水層5aの純水接触角は60°以下であれば、エッチングマスクとなるレジスト材を弾くことなく成膜することができ、膜厚バラつきを抑制できる。親水層5aの純水接触角は30°以下であることがより好ましい。 Next, as shown in FIG. 3 (e), the first light 10 is applied to the entire surface of the water repellent layer 5. As the first light, light having a peak wavelength of 450 nm or less (for example, ultraviolet rays having a peak wavelength of 400 nm or less) is preferable. As a result, the water-repellent layer 5 has a reduced pure water contact angle and becomes a hydrophilic layer 5a. When the pure water contact angle of the hydrophilic layer 5a is 60 ° or less, the film can be formed without repelling the resist material serving as the etching mask, and the film thickness variation can be suppressed. The pure water contact angle of the hydrophilic layer 5a is more preferably 30 ° or less.

次に、図3(f)に示すように、親水層上に吐出口を形成するためのエッチングマスクとなる材料層(レジスト材6)を形成する。形成方法はスピンコートなどの塗布法などより選択される。レジスト材6は、液状で塗布可能なものであることが好ましい。また、さらに好ましくは、レジスト材6は感光性があるものが好ましい。本発明では、エッチングマスクとなるレジスト材の層をエッチングマスク層ということがある。 Next, as shown in FIG. 3 (f), a material layer (resist material 6) serving as an etching mask for forming a discharge port is formed on the hydrophilic layer. The forming method is selected from a coating method such as spin coating. The resist material 6 is preferably liquid and can be applied. Further, more preferably, the resist material 6 is photosensitive. In the present invention, the layer of the resist material serving as the etching mask may be referred to as an etching mask layer.

次に、図3(g)に示すように、レジスト材6をパターニングしてエッチングマスク6Mとする。感光性のレジスト材ではフォトリソグラフィによりパターニングができる。これにより、吐出口を形成する親水層5aの上部のみエッチングマスクがない状態になる。 Next, as shown in FIG. 3 (g), the resist material 6 is patterned to obtain an etching mask 6M. Photosensitive resist materials can be patterned by photolithography. As a result, only the upper part of the hydrophilic layer 5a forming the discharge port has no etching mask.

次に、図3(h)に示すように、吐出口7を形成する。形成方法は、エッチングマスク6Mをマスクとして用い、例えば、フッ素を主体としたRIEで親水層5a、ノズルプレート材4を連続してエッチングする。エッチングはそれぞれの材料に適した条件で行えばよい。これにより、液滴を吐出させる吐出口を有するノズルプレートが形成される。 Next, as shown in FIG. 3 (h), the discharge port 7 is formed. As a forming method, an etching mask 6M is used as a mask, and for example, the hydrophilic layer 5a and the nozzle plate material 4 are continuously etched by RIE mainly composed of fluorine. Etching may be performed under conditions suitable for each material. As a result, a nozzle plate having a discharge port for discharging droplets is formed.

次に、図3(i)に示すように、型材3を除去することで液体発泡室8を形成する。型材3を除去する方法は、等方性エッチングが適用可能である。型材材料が有機樹脂材料であれば、酸素を主体としたケミカルドライエッチング(CDE: Chemical Dry Etching)で除去可能である。この時、前記エッチングマスク6Mの一部も同時に除去される。型材材料が金属材料であれば、選択した金属材料を溶解可能な薬液を用いたウェットエッチングで除去可能である。金属材料がたとえばアルミニウムの場合、硝酸とリン酸の混合液を主成分としたエッチング液が好適に用いられる。 Next, as shown in FIG. 3 (i), the liquid foam chamber 8 is formed by removing the mold material 3. Isotropic etching can be applied to the method of removing the mold material 3. If the mold material is an organic resin material, it can be removed by chemical dry etching (CDE) mainly containing oxygen. At this time, a part of the etching mask 6M is also removed at the same time. If the mold material is a metal material, the selected metal material can be removed by wet etching using a soluble chemical solution. When the metal material is, for example, aluminum, an etching solution containing a mixed solution of nitric acid and phosphoric acid as a main component is preferably used.

次に、図3(j)に示すように、エッチングマスク6Mを除去する。エッチングマスク6Mの除去は、使用する材料に適した薬液(剥離液)を用いて行うことができる。
次に、図3(k)に示すように、第二の光11として第一の光よりもピーク波長が長波長の光(例えば可視光)を親水層5aに全面照射する。これにより、親水層5aは純水接触角が90°以上の撥水層5に戻る。第二の光11のピーク波長は例えば550nm以上780nm以下の範囲であることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 3 (j), the etching mask 6M is removed. The etching mask 6M can be removed by using a chemical solution (stripping solution) suitable for the material to be used.
Next, as shown in FIG. 3 (k), the hydrophilic layer 5a is entirely irradiated with light having a peak wavelength longer than that of the first light (for example, visible light) as the second light 11. As a result, the hydrophilic layer 5a returns to the water-repellent layer 5 having a pure water contact angle of 90 ° or more. The peak wavelength of the second light 11 is preferably in the range of, for example, 550 nm or more and 780 nm or less.

以上の製造方法によれば、第一の光を照射された撥水層は親水層に変化するため、エッチングマスク層を均一に形成しやすくなり、エッチングマスク層の膜厚バラつきによる吐出口形状の異常を低減できる。また、親水層から撥水層に戻す際にも第二の光を照射するだけであるため、簡便に実施できる。 According to the above manufacturing method, since the water-repellent layer irradiated with the first light changes to a hydrophilic layer, it becomes easy to form the etching mask layer uniformly, and the shape of the discharge port due to the variation in the thickness of the etching mask layer. Abnormalities can be reduced. Further, when returning from the hydrophilic layer to the water-repellent layer, it is only necessary to irradiate the second light, so that it can be easily carried out.

さらに、図4(a)〜(k)は本発明の製造方法の別の実施形態(第二の実施形態)を示す。図4(a)〜(d)、(h)〜(k)は図3(a)〜(d)、(h)〜(k)と同じ工程である。そこで、図4(e’)、(g’)を用いて、本実施形態の特徴を説明する。 Further, FIGS. 4A to 4K show another embodiment (second embodiment) of the manufacturing method of the present invention. 4 (a) to (d) and (h) to (k) are the same steps as in FIGS. 3 (a) to (d) and (h) to (k). Therefore, the features of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 (e') and 4 (g').

図4(e’)に示すように、フォトマスク12を用い第一の光を撥水層5の吐出口以外の箇所に照射する。これにより、吐出口形成予定部の直上は撥水層5のままであり、その他は親水層5aになる。 As shown in FIG. 4 (e'), the photomask 12 is used to irradiate a portion other than the discharge port of the water-repellent layer 5 with the first light. As a result, the water-repellent layer 5 remains directly above the planned discharge port formation portion, and the other layers become the hydrophilic layer 5a.

次に、図4(g’)に示すように、吐出口を形成するためのレジスト材6を全面に塗布する。塗布方法はスピンコートなどの液状物質を塗布する方法より選択される。撥水層5はレジスト材を弾くため、吐出口形成予定部直上にはレジスト材が成膜されず、エッチングマスク6Mとしてパターン化された状態になる。以上の第二の実施形態による製造方法によれば、第一の実施形態の効果に加え、エッチングマスクのパターニング工程が不要となり、さらに工程が簡略化される。また、レジスト材の選択肢も広くなる。 Next, as shown in FIG. 4 (g'), the resist material 6 for forming the discharge port is applied to the entire surface. The coating method is selected from a method of coating a liquid substance such as spin coating. Since the water-repellent layer 5 repels the resist material, the resist material is not formed immediately above the planned discharge port formation portion, and is in a patterned state as an etching mask 6M. According to the manufacturing method according to the second embodiment described above, in addition to the effect of the first embodiment, the patterning step of the etching mask becomes unnecessary, and the step is further simplified. In addition, the choice of resist material will be widened.

以下、実施例により本発明を用いた液体吐出ヘッドの製造方法を、更に詳しく説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a liquid discharge head using the present invention will be described in more detail by way of examples.

実施例1
図3(a)〜(k)を用いて、本実施例の製造方法を説明する。
まず、図3(a)に示すように基板厚さ725μmでインゴットの引き出し方位が<100>のシリコン単結晶基板の片面に液体吐出エネルギー発生素子2およびそれを駆動するための配線(不図示)が形成された液体吐出ヘッド用基板1を用意した。
Example 1
The manufacturing method of this example will be described with reference to FIGS. 3A to 3K.
First, as shown in FIG. 3A, the liquid discharge energy generating element 2 and the wiring for driving the liquid discharge energy generating element 2 and the wiring for driving the liquid discharge energy generating element 2 on one side of a silicon single crystal substrate having a substrate thickness of 725 μm and an ingot withdrawal direction of <100> (not shown). The substrate 1 for the liquid discharge head in which the above was formed was prepared.

次に、図3(b)にて、各液体吐出エネルギー発生素子2に対応して液体発泡室となる領域に後に除去可能な型材3を形成した。型材材料は、アルミニウムを用いた。アルミニウムは物理的気相蒸着法(PVD: Physical Vapor Deposition)で成膜した。膜厚は5μmであった。アルミニウムのパターニングは、フォトリソグラフィ法により行った。まず、ポジ型レジスト(商品名:OFPR 東京応化工業社製)をスピンコートにて塗布し、続いて、露光量1J/cmで露光し、現像液(商品名:NMD−3 東京応化工業社製)にて3分間現像を行い、型材用エッチングマスクを形成した。次に型材用エッチングマスクを用いて、エッチングガスに塩素を用いたRIEにて型材3を形成した。 Next, in FIG. 3B, a mold material 3 that can be removed later was formed in a region that becomes a liquid foam chamber corresponding to each liquid discharge energy generating element 2. Aluminum was used as the mold material. Aluminum was deposited by a physical vapor deposition (PVD) method. The film thickness was 5 μm. The patterning of aluminum was performed by a photolithography method. First, a positive resist (trade name: OFPR Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied by spin coating, and then exposed at an exposure amount of 1 J / cm 2 , and a developing solution (trade name: NMD-3 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied. The product was developed for 3 minutes to form an etching mask for a mold material. Next, using an etching mask for a mold material, the mold material 3 was formed by RIE using chlorine as an etching gas.

続いて、図3(c)に示すように、基板1および型材3を覆うように、SiNをPECVDにより形成し、ノズルプレート材4を形成した。 Subsequently, as shown in FIG. 3C, SiN was formed by PECVD so as to cover the substrate 1 and the mold material 3, and the nozzle plate material 4 was formed.

次に、図3(d)に示すように、ノズルプレート材4の上面に、撥水層5を形成した。膜厚は0.5μmであった。このときスパッタターゲットにクロムを1質量%添加した酸化チタンを使用したスパッタ法で、クロムを添加した酸化チタン層が撥水層5として形成された。なお、撥水層5の純水接触角はこのとき110°である。 Next, as shown in FIG. 3D, a water repellent layer 5 was formed on the upper surface of the nozzle plate material 4. The film thickness was 0.5 μm. At this time, a titanium oxide layer to which chromium was added was formed as the water repellent layer 5 by a sputtering method using titanium oxide in which 1% by mass of chromium was added to the sputtering target. The pure water contact angle of the water repellent layer 5 is 110 ° at this time.

次に、図3(e)に示すように、紫外線(第一の光10)を撥水層5に全面照射した。波長は400nm、露光量は1mW/cmであった。これにより、撥水層5は純水接触角が10°の親水層5aになった。 Next, as shown in FIG. 3 (e), the water-repellent layer 5 was entirely irradiated with ultraviolet rays (first light 10). The wavelength was 400 nm and the exposure was 1 mW / cm 2 . As a result, the water-repellent layer 5 became a hydrophilic layer 5a having a pure water contact angle of 10 °.

次に、図3(f)に示すように、吐出口を形成するためのレジスト材6を全面にスピンコート塗布した。レジスト材6には、ポジ型レジスト(商品名:OFPR 東京応化工業社製)を使用した。 Next, as shown in FIG. 3 (f), a resist material 6 for forming a discharge port was spin-coated on the entire surface. A positive resist (trade name: OFPR Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was used as the resist material 6.

次に、図3(g)に示すように、レジスト材6の吐出口形成予定部位に露光量2J/cmで露光し、3分間現像を行うことにより、厚みが5μmのエッチングマスク6Mを形成した。 Next, as shown in FIG. 3 (g), an etching mask 6M having a thickness of 5 μm is formed by exposing the planned discharge port formation portion of the resist material 6 at an exposure amount of 2 J / cm 2 and developing for 3 minutes. bottom.

次に、図3(h)に示すように、親水層5a、ノズルプレート材4を貫通して型材3を露出する吐出口7を形成した。形成方法は、エッチングマスク6Mをマスクとして用い、フッ素を主体としたRIEで実施した。エッチング後、エッチングマスク6Mは除去せずにおいた。次に、図1に示す液体供給口9を形成するため、ノズルプレートを保護するエッチング保護膜をエッチングマスク6M上に形成した。エッチング保護膜にはアルカリ溶剤に耐性のあるレジスト(商品名:OBC 東京応化工業社製)を使用した。その後、アルカリ溶剤(テトラメチルアンモニウムハイドライド溶液 東京応化工業社製)により、基板1のノズルプレートが形成されてない側よりシリコンエッチングした。さらにノズルプレート側の基板1の保護層等をエッチングして基板1を貫通する貫通孔を形成した。これにより、液体発泡室8へ液体を供給するための液体供給口を形成した(不図示)。さらに、エッチング保護膜を除去した。なお、エッチング保護膜は次の液体発泡室の形成後に除去してもよい。 Next, as shown in FIG. 3H, a discharge port 7 was formed so as to penetrate the hydrophilic layer 5a and the nozzle plate material 4 to expose the mold material 3. The forming method was carried out by using an etching mask 6M as a mask and using a fluorine-based RIE. After etching, the etching mask 6M was left unremoved. Next, in order to form the liquid supply port 9 shown in FIG. 1, an etching protective film that protects the nozzle plate was formed on the etching mask 6M. A resist resistant to alkaline solvents (trade name: manufactured by OBC Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was used as the etching protective film. Then, silicon etching was performed from the side where the nozzle plate of the substrate 1 was not formed with an alkaline solvent (tetramethylammonium hydride solution manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Further, the protective layer of the substrate 1 on the nozzle plate side was etched to form a through hole penetrating the substrate 1. As a result, a liquid supply port for supplying the liquid to the liquid foam chamber 8 was formed (not shown). Further, the etching protective film was removed. The etching protective film may be removed after the formation of the next liquid foam chamber.

次に、図3(i)に示すように、型材3を除去し液体発泡室8を形成した。型材3は、アルミニウムであるため、硝酸とリン酸の混合液を用いて溶解除去した。 Next, as shown in FIG. 3 (i), the mold material 3 was removed to form the liquid foam chamber 8. Since the mold material 3 is aluminum, it was dissolved and removed using a mixed solution of nitric acid and phosphoric acid.

次に、図3(j)に示すように、エッチングマスク6Mを除去した。
最後に、図3(k)に示すように、第二の光11を親水層5aに全面照射した。第二の光はピーク波長600nmの可視光で、露光量は1mW/cmであった。これにより、親水層5aは純水接触角が110°の撥水層5に戻った。
Next, as shown in FIG. 3 (j), the etching mask 6M was removed.
Finally, as shown in FIG. 3 (k), the hydrophilic layer 5a was entirely irradiated with the second light 11. The second light was visible light with a peak wavelength of 600 nm, and the exposure amount was 1 mW / cm 2 . As a result, the hydrophilic layer 5a returned to the water-repellent layer 5 having a pure water contact angle of 110 °.

実施例2
第二の実施形態による液体吐出ヘッドの製造方法を、図4(a)〜(k)に示す工程図に則して更に詳しく説明する。図4(a)〜(d)、(h)〜(k)は実施例1の図3(a)〜(d)、(h)〜(k)と同じである。そこで、図4(e’)、(g’)を用いて、本実施例の製造方法を説明する。
Example 2
The method for manufacturing the liquid discharge head according to the second embodiment will be described in more detail with reference to the process diagrams shown in FIGS. 4A to 4K. 4 (a) to (d) and (h) to (k) are the same as those in FIGS. 3 (a) to 3 (d) and (h) to (k) of Example 1. Therefore, the production method of this example will be described with reference to FIGS. 4 (e') and 4 (g').

図4(e’)に示すように、フォトマスク12を用い紫外線10を撥水層5の吐出口形成予定部以外の箇所に照射した。波長は400nm、露光量は1mW/cmであった。これにより、吐出口形成予定部は純水接触角110°の撥水層5のままであり、その他は純水接触角10°の親水層5aになった。次に、図4(g’)に示すように、エッチングマスク6Mとなるレジスト材を全面にスピンコート塗布した。レジスト材には、ポジ型レジスト(商品名:OFPR 東京応化工業社製)を使用した。吐出口形成予定部は純水接触角110°の撥水層のためレジスト材は被覆されない。つまり、吐出口のパターンを有するエッチングマスク6Mが形成できた。実施例1に比較してエッチングマスク6M形成のための露光・現像工程が不要となり、工程がさらに簡略化された。 As shown in FIG. 4 (e'), the photomask 12 was used to irradiate the water-repellent layer 5 with ultraviolet rays 10 other than the planned discharge port formation portion. The wavelength was 400 nm and the exposure was 1 mW / cm 2 . As a result, the planned discharge port formation portion remains the water-repellent layer 5 having a pure water contact angle of 110 °, and the rest becomes a hydrophilic layer 5a having a pure water contact angle of 10 °. Next, as shown in FIG. 4 (g'), a resist material to be an etching mask 6M was spin-coated on the entire surface. A positive resist (trade name: OFPR Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was used as the resist material. Since the planned discharge port formation portion is a water-repellent layer having a pure water contact angle of 110 °, the resist material is not coated. That is, an etching mask 6M having a discharge port pattern could be formed. Compared with Example 1, the exposure / development step for forming the etching mask 6M became unnecessary, and the step was further simplified.

本発明に係る液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、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記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを搭載した装置を用いることによって、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなどの種々の被記録体に記録を行うことができる。また、バイオチップ製造や電子回路印刷用途の液体を吐出するためのヘッドとして適用できる。なかでも、本発明に係る液体吐出ヘッドは、水系インクなどを用いたインクジェットヘッド等として好適である。 The liquid discharge head according to the present invention can be mounted on a device such as a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, a word processor having a printer unit, and an industrial recording device complexly combined with various processing devices. Then, by using the device equipped with this liquid discharge head, recording can be performed on various recorded objects such as paper, thread, fiber, leather, metal, plastic, glass, wood, and ceramic. It can also be applied as a head for discharging liquids for biochip manufacturing and electronic circuit printing. Among them, the liquid ejection head according to the present invention is suitable as an inkjet head or the like using water-based ink or the like.

1 液体吐出ヘッド用基板(基板)
2 液体吐出エネルギー発生素子
3 型材
4 ノズルプレート(材)
5 撥水層
5a 親水層
6 レジスト材
6M エッチングマスク
7 吐出口
8 液体発泡室
9 液体供給口
10 第一の光
11 第二の光
12 フォトマスク
1 Substrate for liquid discharge head (board)
2 Liquid discharge energy generating element 3 Mold material 4 Nozzle plate (material)
5 Water-repellent layer 5a Hydrophilic layer 6 Resist material 6M Etching mask 7 Discharge port 8 Liquid foam chamber 9 Liquid supply port 10 First light 11 Second light 12 Photomask

Claims (8)

液滴を吐出させる吐出口を有するノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記吐出口を形成するためのノズルプレート材の表面に、光触媒を含有する撥水層を形成する工程と、
前記撥水層の吐出口形成予定部以外に第一の光を照射して親水層に変化させる工程と、
エッチングマスクの材料層を前記親水層上に形成してエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクをマスクに、エッチングにより吐出口を形成する工程と、
前記エッチングマスクを除去する工程と、
前記親水層に第二の光を照射することにより撥水層に戻す工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
In a method of manufacturing a liquid discharge head provided with a nozzle plate having a discharge port for discharging droplets.
A step of forming a water-repellent layer containing a photocatalyst on the surface of the nozzle plate material for forming the discharge port, and
A step of irradiating a first light other than the planned discharge port forming portion of the water-repellent layer to change it into a hydrophilic layer,
A step of forming a material layer of an etching mask on the hydrophilic layer to form an etching mask, and
A process of forming a discharge port by etching using the etching mask as a mask,
The step of removing the etching mask and
A method for manufacturing a liquid discharge head, which comprises a step of returning the hydrophilic layer to a water-repellent layer by irradiating the hydrophilic layer with a second light.
前記撥水層の全面に第一の光を照射して親水層に変化させ、前記エッチングマスクの材料層を形成した後、パターニングしてエッチングマスクを形成することを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The first aspect of the present invention, wherein the entire surface of the water-repellent layer is irradiated with the first light to change it into a hydrophilic layer to form a material layer of the etching mask, and then patterning is performed to form an etching mask. How to manufacture a liquid discharge head. 前記第一の光のピーク波長は450nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 1 or 2, wherein the peak wavelength of the first light is 450 nm or less. 前記第二の光のピーク波長は前記第一の光のピーク波長より長波長であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 3 , wherein the peak wavelength of the second light is longer than the peak wavelength of the first light. 前記エッチングマスクの材料層は塗布法で形成されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 4 , wherein the material layer of the etching mask is formed by a coating method. 前記光触媒は酸化チタンを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 5 , wherein the photocatalyst contains titanium oxide. 前記光触媒はさらに金属元素を含むことを特徴とする請求項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 6 , wherein the photocatalyst further contains a metal element. 前記金属元素はクロム及びバナジウムの少なくとも一方であることを特徴とする請求項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 7 , wherein the metal element is at least one of chromium and vanadium.
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