制造微细结构的方法、制造排液头的方法以及排液头
阅读：1019发布：2020-08-09
专利汇可以提供制造微细结构的方法、制造排液头的方法以及排液头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于制造微细结构的方法，包括：形成要由第一 波长 范围的致 电离 辐射 曝光的第一致 电离辐射 分解型正性抗蚀剂层的步骤；在第一正性光敏材料层上形成要由第二波长范围的致电离辐射曝光的第二致电离辐射分解型正性抗蚀剂层的步骤；通过在作为上层的上述第二正性光敏材料层中进行分解反应而不在上述第一正性光敏材料层中进行分解反应，并用显影液进行显影，从而在所述第二正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤；以及，通过在预定区域中进行分解反应并进行显影，在作为下层的所述第一正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤。从而，在所述衬底中制造出凸形图案。，下面是制造微细结构的方法、制造排液头的方法以及排液头专利的具体信息内容。
1.一种用于制造微细结构的方法，包括：
形成作为要由第一波长范围的致电离辐射曝光的第一正性光敏材料层的包括甲基异丙烯基甲酮的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层的步骤；
在第一正性光敏材料层上形成包括共聚物光敏材料的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第二波长范围的致电离辐射曝光的第二正性光敏材料层的步骤，所述共聚物是通过甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸的共聚作用获得的，共聚物的重量平均分子量为50000到
300000，共聚物中包含的甲基丙烯酸的比例为按重量5-30％；
通过将上述第二波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得不在上述第一正性光敏材料层中进行分解反应，而仅在上述第二正性光敏材料层的希望区域中进行分解反应，并用显影液进行显影，从而在作为上层的所述第二正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，以及
通过将上述第一波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得在至少上述第一正性光敏材料层的预定区域中进行分解反应，并接着进行显影，从而在作为下层的所述第一正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，
其特征在于，通过执行上述步骤，在所述衬底中制造出凸形图案。
2.一种用于制造微细结构的方法，包括：
形成作为要由第一波长范围的致电离辐射曝光的第一正性光敏材料层的包括甲基异丙烯基甲酮的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层的步骤；
在第一正性光敏材料层上形成包括共聚物光敏材料的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第二波长范围的致电离辐射曝光的第二正性光敏材料层的步骤，该共聚物是通过甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酐的共聚作用获得的，该共聚物的重量平均分子量为10000到100000，该共聚物中包含的甲基丙烯酸酐的比例为按重量5-30％。
通过将上述第二波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得不在上述第一正性光敏材料层中进行分解反应，而仅在上述第二正性光敏材料层的希望区域中进行分解反应，并用显影液进行显影，从而在作为上层的所述第二正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，以及
通过将上述第一波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得在至少上述第一正性光敏材料层的预定区域中进行分解反应，并接着进行显影，从而在作为下层的所述第一正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，
其特征在于，通过执行上述步骤，在所述衬底中制造出凸形图案。
3.如权利要求1或2所述的制造微细结构的方法，其中，所述第一正性光敏材料层是通过用溶剂涂覆法形成第一正性光敏材料层而获得的，通过加热使层中的涂覆溶剂蒸发，涂覆用于形成第二正性光敏材料层的材料，并通过向形成的涂覆层加热而使涂覆溶剂蒸发。
4.一种用于制造排液头的方法，包括用可去除的树脂在形成有排液能量生成元件的衬底上的液流通道形成部分中形成模子图案的步骤，在上述衬底上施加树脂涂覆层并使之硬化以涂覆所述模子图案的步骤，以及溶解和去除上述模子图案，以形成液流通道的步骤，其特征在于，上述形成模子图案的步骤包括：
在衬底上形成作为要由第一波长范围的致电离辐射束曝光的第一正性光敏材料层的包括甲基异丙烯基甲酮的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层的步骤；
在第一正性光敏材料层上形成包括共聚物光敏材料的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第二波长范围的致电离辐射曝光的第二正性光敏材料层的步骤，所述共聚物是通过甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸的共聚作用获得的，共聚物的重量平均分子量为50000到
300000，共聚物中包含的甲基丙烯酸的比例为按重量5-30％；
通过将上述第二波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得不在上述第一正性光敏材料层中进行分解反应，而仅在上述第二正性光敏材料层的希望区域中进行分解反应，并用显影液进行显影，从而在作为上层的所述第二正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，以及
通过将上述第一波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得在至少上述第一正性光敏材料层的预定区域中进行分解反应，并接着进行显影，从而在作为下层的所述第一正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤。
5.如权利要求4所述的制造排液头的方法，其中，所述第一正性光敏材料层是通过用溶剂涂覆法形成第一正性光敏材料层而获得的，通过加热使层中的涂覆溶剂蒸发，涂覆用于形成第二正性光敏材料层的材料，并通过向形成的涂覆层加热而使涂覆溶剂蒸发。
6.如权利要求4所述的制造排液头的方法，其中，用于使第一正性光敏材料层曝光的第一波长范围为270nm到350nm的范围，用于使第二正性光敏材料层曝光的第二波长范围为230nm到260nm的范围。
7.一种用如权利要求4所述的制造排液头的方法制造的排液头，其中，所述液流通道的高度在靠近排液能量生成元件上的气泡发生室的点相对较低。
8.如权利要求7所述的排液头，其中，所述排液能量生成元件上的所述气泡发生室的横截面形状是凸形。
9.一种用于制造排液头的方法，包括用可去除的树脂在形成有排液能量生成元件的衬底上的液流通道形成部分中形成模子图案的步骤，在上述衬底上施加树脂涂覆层并使之硬化以涂覆所述模子图案的步骤，以及溶解和去除上述模子图案，以形成液流通道的步骤，其特征在于上述形成模子图案的步骤包括：
在衬底上形成作为要由第一波长范围的致电离辐射束曝光的第一正性光敏材料层的包括甲基异丙烯基甲酮的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层的步骤；
在第一正性光敏材料层上形成包括共聚物光敏材料的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第二波长范围的致电离辐射曝光的第二正性光敏材料层的步骤，该共聚物是通过甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酐的共聚作用获得的，该共聚物的重量平均分子量为10000到100000，该共聚物中包含的甲基丙烯酸酐的比例为按重量5-30％；
通过将上述第二波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得不在上述第一正性光敏材料层中进行分解反应，而仅在上述第二正性光敏材料层的希望区域中进行分解反应，并用显影液进行显影，从而在作为上层的所述第二正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，以及
通过将上述第一波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得在至少上述第一正性光敏材料层的预定区域中进行分解反应，并接着进行显影，从而在作为下层的所述第一正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤。
制造微细结构的方法、制造排液头的方法以及排液头
技术领域
[0001] 本发明涉及使用光敏树脂制造微细结构的方法，用于生成用于喷墨记录系统的记录液体小液滴的排液头，以及制造该排液头的方法。具体地，本发明涉及一种制造包括墨液流通道形状的排液头的方法，该排液头能够稳定地排放能够实现高图像质量的微细液滴，而且还能够实现高速记录操作。另外，本发明涉及基于上述制造喷墨头的方法的、排液特性得到改善的喷墨头。
背景技术
[0002] 应用于喷墨记录系统(排液记录系统，通过排放记录液体比如墨来进行记录)的排液头一般包括液流通道、设置在该液流通道的一部分中的排液能量生成部件以及利用所述排液能量生成部件的热能将上述液流通道中的液体排出的微细记录液体排放口(此后称为“孔”)。
[0003] 传统上，作为制造这样的排液记录头的方法，例如日本专利申请公开说明书No.H06-45242公开了一种制造喷墨头的方法，包括下述步骤：在形成了排液能量生成元件的衬底上用光敏材料构成墨液流通道的模子的图案，然后在上述衬底上施加和形成树脂涂覆层，以涂覆所述模子图案，在所述树脂涂覆层上形成与上述墨液流通道的模子连通的排液口，之后去除用于所述模子的光敏材料(以下也简称为“注模法”)。根据喷墨头的该制造方法，从去除简便的角度看，用正性抗蚀剂作为所述光敏材料。另外，根据该制造方法，由于采用了半导体光刻技术，对于墨液流通道、排液口的形成，能够实现极高精度和微细的工艺。但是，根据采用半导体制造方法的生产方法，墨液流通道和排液口附近的形状变化基本上局限于在平行于元件衬底的二维方向的变化。也就是说，由于对排液口和墨液流通道的模子使用光敏材料，不能在多层中部分地提供光敏材料，因此在用于墨液流通道等的模子中不能获得具有在高度方向的变化的理想图案(从元件衬底开始的高度方向形状受到均匀的限制)。结果，这变成为了实现高速和稳定的排放而对墨液流通道形状的限制。
[0004] 作为解决该问题的技术，日本专利申请公开说明书No.2003-25595提出了在两层中用可溶解树脂形成中间室，排液口下部的横截面积增大的技术(在衬底侧液流通道和排液口顶端之间提供比衬底侧液流通道窄、比排液口顶端部分宽的中间部分)。另外，该公报公开了一个具体的例子：对所述可去除的两层树脂中的下层使用包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的可热交联的正性抗蚀剂，对上层使用PMIPK(polymethyl isopropyl ketone，聚甲基异丙烯基甲酮)。
[0005] 另一方面，日本专利申请公开说明书No.2004-042396公开了一种制造喷墨记录头的方法，其使用甲基丙烯酸酯(ester methacrylate)和作为热交联因子的甲基丙烯酸的共聚物作为制造用于形成液流通道的模子的固态层所用的树脂。另外，日本专利申请公开说明书No.2004-42650公开了一种制造喷墨记录头的方法，其使用甲基丙烯酸酐(methacrylic anhydride，作为扩宽敏感区的因子)和甲基丙烯酸酯(ester methacrylate)的共聚物作为用作形成液流通道的模子材料的可热交联正性抗蚀剂。
[0006] 通过在双层叠层结构中使用两种正性抗蚀剂形成用于形成排液头的液流通道的模子材料，可以增加为排液头设计微细液流通道结构的灵活性。但是，为了提供更微细的排液头结构，需要更精确地形成微细结构的技术。例如，在某些情况下，包括双层结构的用于液流通道的模子材料的下层可能需要在某种程度上比较厚。在这种情况下，如果用于形成所述双层结构液流通道的模子材料的下层的正性抗蚀剂如日本专利申请公开说明书NO.2003-25595，NO.2004-042396和NO.2004-42650所述那样是可热交联的类型，则在设计和生产方法上会有许多限制，比如：
[0007] 1.由于膜应力的限制，难以提供厚膜(最大：极限是10微米)；
[0008] 2.在形成图案时产生裂纹(显影时的应力缓和导致的弯曲图案中的破裂)；
[0009] 3.将包括溶剂的涂覆溶液施加到可热交联的膜上时，由于衬底上的级差(grade difference)产生的溶液施加冲击力而产生裂纹等；
[0010] 4.在形成可热交联的膜时，由于网状三维结构降低了曝光分解率，构成图案时所需的曝光量增加了；以及
[0011] 5.在最终去除模子材料时的分解曝光量增加了。
发明内容
[0012] 本发明的一个目的是提供一种在用两种正性抗蚀剂制造上述双层结构的微细结构时，至少在下层中无需热交联工艺(高温工艺)地形成微细结构的方法，而不会产生上述问题。
[0013] 另外，本发明的一个目的是提供一种利用上述形成微细结构的方法制造排液头的方法。
[0014] 能够实现上述目的的本发明的特征在于首先实现高精度地形成三维形状的液流通道的制造方法，然后找出该制造方法实现的好的液流通道形状。另外，本发明的特征在于以高生产率以高精度、低成本地形成上述三维形状的液流通道。
[0015] 另外，本发明还要通过扩宽要形成的三维形状液流通道结构的设计灵活性来提供与各种墨兼容的喷墨记录头。
[0016] 也就是，第一个发明是一种用于制造微细结构的方法，包括：
[0017] 形成包括甲基异丙烯基甲酮的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层的步骤，该致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第一波长范围的致电离辐射(深紫外光(Deep-UV)、电子束、X射线等)曝光(sensitize)的第一正性光敏材料层；
[0018] 在第一正性光敏材料层上形成包括共聚物光敏材料的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第二波长范围的致电离辐射曝光的第二正性光敏材料层的步骤，所述共聚物是通过甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸的共聚作用获得的，共聚物的重量平均分子量为50000到300000，共聚物中包含的甲基丙烯酸的比例为按重量5-30％；
[0019] 通过将上述第二波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得不在上述第一正性光敏材料层中进行分解反应而仅在上述第二正性光敏材料层的希望区域中进行分解反应，并用显影液进行显影，从而在作为上层的所述第二正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，以及
[0020] 通过将上述第一波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得在至少上述第一正性光敏材料层的预定区域中进行分解反应，并接着进行显影，从而在作为下层的所述第一正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，
[0021] 其特征在于，通过执行上述步骤，在所述衬底中制造出凸形图案。
[0022] 第二个发明的特征在于，第一发明中的上述第二正性光敏材料层使用包括作为光敏材料的共聚物的致电离辐射分解型正性抗蚀剂，该共聚物是通过甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酐的共聚作用获得的，该共聚物的重量平均分子量为10000到100000，该共聚物中包含的甲基丙烯酸酐的比例为按重量5-30％。
[0023] 第三个发明是一种用于制造排液头的方法，包括用可去除的树脂在形成有排液能量生成元件的衬底上的液流通道形成部分中形成模子图案的步骤，在上述衬底上施加树脂涂覆层并使之硬化以涂覆所述模子图案的步骤，以及溶解和去除上述模子图案，以形成液流通道的步骤，其特征在于上述形成模子图案的步骤包括：
[0024] 在衬底上形成包括甲基异丙烯基甲酮的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层的步骤，该致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第一波长范围的致电离辐射束曝光(sensitize)的第一正性光敏材料层；
[0025] 在第一正性光敏材料层上形成包括共聚物光敏材料的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第二波长范围的致电离辐射曝光(sensitize)的第二正性光敏材料层的步骤，所述共聚物是通过甲基丙烯酸酯(ester methacrylate)和甲基丙烯酸的共聚作用获得的，共聚物的重量平均分子量为50000到300000，共聚物中包含的甲基丙烯酸的比例为按重量5-30％；
[0026] 通过将上述第二波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得不在上述第一正性光敏材料层中进行分解反应而仅在上述第二正性光敏材料层的希望区域中进行分解反应，并用显影液进行显影，从而在作为上层的所述第二正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，以及
[0027] 通过将上述第一波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得在至少上述第一正性光敏材料层的预定区域中进行分解反应，并接着进行显影，从而在作为下层的所述第一正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，
[0028] 第四个发明的特征在于，第三发明中的上述第二正性光敏材料层使用包括作为光敏材料的共聚物的致电离辐射分解型正性抗蚀剂，该共聚物是通过甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酐的共聚作用获得的，该共聚物的重量平均分子量为10000到100000，该共聚物中包含的甲基丙烯酸酐的比例为按重量5-30％。
[0029] 第五个发明是一种用于制造排液头的方法，包括用可去除的树脂在形成有排液能量生成元件的衬底上的液流通道形成部分中形成模子图案的步骤，在上述衬底上施加树脂涂覆层并使之硬化以涂覆所述模子图案的步骤，以及在制造排液头的方法中溶解和去除上述模子图案，以形成液流通道的步骤，其特征在于至少包括：
[0030] 在衬底上形成包括甲基异丙烯基甲酮的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层的步骤，该致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第一波长范围的致电离辐射束曝光(sensitize)的第一正性光敏材料层；
[0031] 在第一正性光敏材料层上形成包括共聚物光敏材料的致电离辐射分解型正性抗蚀剂层作为要由第二波长范围的致电离辐射曝光(sensitize)的第二正性光敏材料层的步骤，所述共聚物是通过甲基丙烯酸酯(ester methacrylate)和甲基丙烯酸的共聚作用获得的，共聚物的重量平均分子量为50000到300000，共聚物中包含的甲基丙烯酸的比例为按重量5-30％；
[0032] 通过将上述第二波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得仅在上述第二正性光敏材料层的希望区域中进行分解反应而不在上述第一正性光敏材料层中进行分解反应，并用显影液进行显影，从而在作为上层的所述第二正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤，
[0033] 通过将上述第一波长范围的致电离辐射通过掩模引导到形成了上述第一和第二正性光敏材料层的衬底表面，使得在至少上述第一正性光敏材料层的预定区域中进行分解反应，并进行显影，从而在作为下层的所述第一正性光敏材料层中形成所需的图案的步骤；
[0034] 通过向形成有上述所需的图案的第一和第二正性光敏材料层上施加光敏树脂涂覆膜、曝光包括与上述液流通道连通的排液孔的图案并进行显影，形成包括排液口的图案的步骤；
[0035] 通过上述光敏树脂涂覆膜引导使上述第一和第二正性光敏材料层都发生分解反应的波长范围的致电离辐射束，从而分解包括上述第一和第二正性光敏材料层的图案中的树脂成分的步骤；以及
[0036] 将经过上述步骤之后的衬底浸泡到预定有机溶剂中以溶解并去除包括上述第一和第二正性光敏材料层的图案的步骤。
[0037] 第六个发明的特征在于，第五发明中的上述第二正性光敏材料层使用包括作为光敏材料的共聚物的致电离辐射分解型正性抗蚀剂，该共聚物是通过甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酐的共聚作用获得的，该共聚物的重量平均分子量为10000到100000，该共聚物中包含的甲基丙烯酸酐的比例为按重量5-30％。附图说明
[0038] 图1A、1B、1C、1D、1E和1F是说明图，用于说明本发明的制造方法的基本工艺流程；
[0039] 图2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G和2H图示了包括图1A到图1F的工艺的制造喷墨头的工艺；
[0040] 图3是通用的曝光设备的光学系统的示意图；
[0041] 图4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G的视图分别图示了在本发明的制造方法中使用甲基丙烯酸酯基抗蚀剂作为上层的情况下的工艺流程；
[0042] 图5A、5B、5C和5D的视图分别图示了图4A到4G的工艺的后续步骤；
[0044] 图7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G和7H是立体示意图，分别用于说明根据本发明的一种实施方式的制造方法，图7I是用图7A到图7H所示的制造方法完成的排液头的横截面示意图；
[0045] 图8的立体示意图图示了安装有用图7A到7H所示制造方法获得的排墨元件的喷墨头单元；
[0046] 图9A和图9B的视图分别图示了用于比较本发明的制造方法和传统的制造方法的排液特性而制造的喷墨头的喷嘴结构；
[0047] 图10的视图用于示意性地说明喷嘴形状设计的优化；
[0048] 图11的视图用于示意性地说明喷嘴形状设计的优化；
[0049] 图12的视图用于示意性地说明喷嘴形状设计的优化；
具体实施方式
[0050] 下面用主要使用墨进行记录的喷墨头作为例子解释本发明的排液头。本发明的排液头可以是用于记录之外的用途的类型，可以在不同种类的表面上使用各种不同的液体。在本说明书中，致电离辐射是能够对物质产生电离效应的辐射，比如深紫外线(deep-UV beam)、电子束和X射线等的统称。
[0051] 首先，为了容易理解本发明，下面结合图10到12简要说明排液头中喷嘴形状设计的优化。
[0052] 图10图示了具有本发明提供的结构的喷墨打印头200的喷嘴横截面。对于在图10所示的墨流通道(喷嘴)中设置在靠近供墨口一侧的位置的喷嘴过滤器，有效的做法是在本发明的结构中同样设置，以作为避免排出灰尘的应对手段等。但是，就本发明的效果而言，可以没有它。具有图10所示的结构的喷墨打印头是具有这样的结构的喷墨打印头：具有隔离壁(未图示)，用于针对多个加热器160和排液口150，对每一个排液口形成一个单独的墨流通道140，该隔离壁延伸到供墨口(未图示)伏击。加热器160形成在衬底130上。
[0053] 这些喷墨打印头具有以日本专利申请公开说明书No.H04-10940和No.H04-10941所公开的喷墨记录方法为特征的墨滴排放装置，也就是说，其特征在于排放时的气泡发生与外部大气连通。
[0054] 这里，将在下面简要说明能够实现高密度布置的喷墨打印头优化的概念。作为影响喷墨打印头的排液特性的物理量，布置为多个的上述喷嘴中的惯性(惯性力)和阻力(粘滞阻力)对排液特性影响很大。以任意形状运动的不可压缩流体的运动方程可以表示为如下两个方程：
[0055]
[0056]
[0057] 上述两个方程(1，2)可以在没有外力的情况下以充分小的对流项及粘性项近似为：
[0058]
[0059] 这样，压强可以用调和函数表达。
[0060] 那么，在喷墨打印头的情况下，其被描述为如图11所示的三出入口模型，可以将其表示为如图12所示的等效电路图。惯性被定义为静态流体在突然开始运动时的运动难度。从电学的角度看，惯性就象阻止电流变化的电感L一样。在机械弹簧质点模型(mechanicalspring mass model)中，惯性对应于质量(重量)。
[0061] 惯性可以用公式表示为在对出入口施加压强差时流体体积V的二次微分，也就是流率F(＝ΔV/Δt)与时间微分之比。
[0062]
[0063] 这里，A被定义为惯性。
[0065] A0＝ρ×L/S0
[0066] 由该式可以知道其正比于流路长度的一次幂，反比于横截面积的一次幂。
[0067] 基于图12所示的等效电路，对喷墨打印头的排液特性可以进行模型预测和分析。
[0068] 根据本发明的喷墨打印头，发现排液现象是一种从惯性流到粘性流的转换现象。特别是，根据加热器部分中的起泡初始阶段，惯性流是主流；相反，在排液的后期(也就是，从弯液面回缩到墨由于毛细管现象返回排液口表面的时间)，粘性流是主流。此时，根据上述关系式，在起泡初始阶段，惯性量对排液特性尤其是排液量和排液速率的贡献变大；而在排液后期(也就是，从弯液面回缩到墨由于毛细管现象返回排液口表面的时间)，阻力(粘滞阻力)量对排液特性尤其是墨重填时间的贡献变大。
[0069] 这里，阻力(粘滞阻力)可以用公式1和稳态流描述为：
[0070]
[0071] 从而可以得到粘滞阻力B。另外，在排液后期，根据图19所示的模型，由于在排液口附近形成弯液面以主要由毛细管力的力产生墨流，其可以用双出入口模型(一维流模型)近似。
[0072] 也就是，它可以用描述粘性流体的泊肃叶方程(Poiseuille′sequation)公式6来计算。
[0073]
[0074] 这里G是形状因子。另外，由于粘滞阻力B是从根据任意压强差流动的流体得到的，其可以由下式计算：
[0075]
[0076] 从上述公式7，假设导管式管流路径的密度为ρ，长度为L，横截面积为S0，则阻力(粘滞阻力)为：
[0077] B＝8η×L/(π×S02)
[0078] 从而可以看到，其大致正比于流路的喷嘴长度的一次幂，反比于横截面积的二次幂。
[0079] 因此，为了改善喷墨打印头的排液性能，尤其是排液速率、排液量和重填时间中的每一项，就上述惯性而言，必要和充分条件是使从加热器到排液口侧的惯性量与从加热器到供液口侧的惯性量相比尽可能更大，同时使喷嘴中的阻力(粘滞阻力)更小。
[0080] 根据喷墨打印机最近的图像质量上的竞争，为了追求照片级的图像质量，在加速实现墨液滴的小液滴化。与此相伴随，喷墨头的用于排出墨液滴的孔(排液口直径)也做得更小。因此，孔部分的墨流阻力更大了，正比于孔径的二次幂，从而使得墨液滴难以从孔表面离开(在本说明书中，这种现象称为“生成的第一现象”)。为此，本发明的研究人员试图形成如图10所示的小液滴喷嘴，以从传统的喷墨喷嘴形状稳定地喷出小液滴。
[0081] 自然，为了从排液口表面(如图10的喷墨喷嘴的横截面图所示)稳定地喷出小液滴，有必要使排液口直径更小。根据日本专利申请公开说明书No.2004-46217中所公开的方法，我们知道，通过在排液口的下部形状中提供级差(grade difference)，可以实现使得从加热器到排液口侧的惯性量与从加热器到供液口侧的惯性量相比的目的。但是，已经揭示了整个喷嘴的阻力B作为影响喷墨打印头的排液特性中的重填时间的因素影响很大。
[0082] 这里，为了改善喷墨打印头的排液特性，尤其是排液速率、排液量和重填时间所有这些特性，有必要使排液口下部形状具有如图10所示的两级形状，并且进一步，使流路高度更厚，以使上述阻力更小。那么，为了使流路高度增厚，重要的是通过在形成所述双层抗蚀剂时将下层侧的抗蚀剂的膜厚形成得厚一些，以较好合格率形成所需图案。
[0083] 在用日本专利申请公开说明书No.2004-46217公开的双层抗蚀剂制造方法制造如图10所示的喷墨头时，作为下层模子材料，使用用于进行分子间交联的可热交联型正性抗蚀剂材料。根据可热交联型抗蚀剂材料，通过在用旋涂等形成涂覆膜之后进行高温工艺从而产生分子间交联，形成结实的膜。因此，虽然在具有较薄膜厚的情况中不怎么突出，但是在形成10微米或者更厚的膜时，会产生以下问题：
[0084] (1)由于通过高温工艺(180摄氏度或者以上)而进行涂覆膜的分子间交联，从而得到分子网状结构，作为致电离射束分解型抗蚀剂的特性变得迟钝了，因此在形成图案时光照射量(曝光量)增加了，从而降低了生产率。
[0085] (2)由于热交联膜的分子连接为网状，因此存在光照容易产生分解的位置和光照难以产生分解的位置，因此，取决于图案的形状，常常产生裂纹。
[0086] (3)上述模子形成部件的作用，是通过应用喷嘴形成部件形成排液口等，然后通过喷嘴形成部件来取出模子形成部件的工艺来完成用于喷墨头的喷嘴。因此，已经发现，在采用热交联膜作为厚膜模子形成材料时，会出现一些问题，比如在上述去除工艺中光照射量增加，或者在使用化学液体的去除工艺中有残留。
[0087] (4)如上所述，在热交联膜中，由于局部地产生了分子的筛状网络结构，在分子间交联不充分的位置，在溶剂中的溶解性倾向于被提高。结果，会出现液流通道形状变形的现象。
[0088] 因此，希望使用没有热交联的模子材料形成部件。但是，如果只是用没有热交联的低温工艺(低于180摄氏度)形成日本专利申请公开说明书No.2004-46217或者No.2003-25595中公开的热交联膜，则由于不能形成由分子间交联作用形成的分子间筛状网络，对溶剂(比如显影剂)的耐溶解性降低了，因此不能留下具有所希望的膜厚的图案。
[0089] 因此，本发明的发明人的详尽讨论的结果是，找到了一种精确地、便宜地(产率高)形成如图10所示的用于喷墨头的喷嘴的配置，其能够形成所需的膜厚而不用使模子材料热交联。
[0090] 这就是，使用一种单聚物，其以甲基异丙烯基甲酮作为主要成分，作为用于形成作为下层的第一正性光敏材料层的正性光敏树脂成分(下面简称为PMIPK)，并使用甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸的共聚物，或者甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酐的共聚物，作为用作用于形成第二正性光敏材料层的正性光敏树脂组分的树脂成分(以下统称为PMMA基共聚物)。
[0091] 用在本发明中的甲基丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物是一种通过甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯的游离基(自由基)聚合反应获得的共聚物，其包括从甲基丙烯酸获得的单元(B)和从甲基丙烯酸酯获得的单元(A)，如下文所示。单元(B)相对于整个共聚物的聚合比例最好可以从按质量5-30％的范围中选择，更好地是从按质量8-12％的范围中选择。
[0092]
[0093] 甲基丙烯酸酯成分中的R2代表具有1到3个碳原子的烷基，R1代表具有1到3个3
碳原子的烷基。另外，甲基丙烯酸成分中的R 代表具有1到3个碳原子的烷基。另外，对
1 3
于每一单元来说，R 到R 独立地具有上述含义。也就是说，大量的单元(A)可以具有相同
1 2 1 2
的R 或者相同的R，大量的单元(A)可以包括R 和R 中至少一个不同的组合。同样的原则适用于单元(B)。所述共聚物包括上述(A)和(B)单元，其聚合形式没有特别的限制，只要通过无规共聚、嵌段共聚等能够获得所需正性抗蚀剂的特性即可。另外，共聚物优选具有
50000到300000分子量(重量平均)，分散度(Mw/Mn)在1.2到4.0的范围内。
碳原子的烷基。另外，甲基丙烯酸成分中的R 代表具有1到3个碳原子的烷基。另外，对
1 3
于每一单元来说，R 到R 独立地具有上述含义。也就是说，大量的单元(A)可以具有相同
1 2 1 2
的R 或者相同的R，大量的单元(A)可以包括R 和R 中至少一个不同的组合。同样的原则适用于单元(B)。所述共聚物包括上述(A)和(B)单元，其聚合形式没有特别的限制，只要通过无规共聚、嵌段共聚等能够获得所需正性抗蚀剂的特性即可。另外，共聚物优选具有
50000到300000分子量(重量平均)，分散度(Mw/Mn)在1.2到4.0的范围内。
[0095] 另一方面，在本发明中使用的甲基丙烯酸酐-甲基丙烯酸酯共聚物是通过如下所示的甲基丙烯酸酐和甲基丙烯酸酯的共聚作用获得的共聚物。
[0096]
[0097] 共聚物中甲基内烯酸酐相对于甲基内烯酸酐和甲基丙烯酸酯的总量的重量比优选地从按质量3-30％的范围中选择，更为优选的范围是按质量8-12％。
[0098] 甲基丙烯酸酯成分中的R2代表具有1到3个碳原子的烷基，R1代表具有1到3个1 2
碳原子的烷基。另外，对于每一单元来说，R 到R 独立地具有上述含义。也就是说，上述化学式代表的甲基丙烯酸酯中的至少一种可以与甲基丙烯酸酐共聚。可以从上述单体成分获得共聚物，其聚合形式没有特别的限制，只要通过无规共聚、嵌段共聚等能够获得所需正性抗蚀剂的特性即可。因此，共聚物具有如下面的通式1和通式2所示的结构单元：
碳原子的烷基。另外，对于每一单元来说，R 到R 独立地具有上述含义。也就是说，上述化学式代表的甲基丙烯酸酯中的至少一种可以与甲基丙烯酸酐共聚。可以从上述单体成分获得共聚物，其聚合形式没有特别的限制，只要通过无规共聚、嵌段共聚等能够获得所需正性抗蚀剂的特性即可。因此，共聚物具有如下面的通式1和通式2所示的结构单元：
[0099] 通式1：
[0100]
[0101] 通式2：
[0102]
[0103] (在通式1和2中，R3到R6中的每一个独立地表示氢原子或者具有1到3个碳原子的烷基。另外，对于每一个单元，R3到R6独立地具有上述含义。)
[0104] 另外，作为共聚物，优选分子量为10000到100000(重量平均)、分散度(Mw/Mn)在1.2到5.0的范围中的共聚物。
[0105] 光敏树脂组分的树脂成分的分解的吸收波长范围最好仅在200到260nm。另外，对于光照之后的显影，可以使用二甘醇、吗啉、单乙醇胺和纯水等的溶液混合物。
[0106] 对于共聚物，通过使用AIBN等作为聚合引发剂，用甲基丙烯酸甲脂(MMA)和甲基丙烯酸(MAA)，或者甲基丙烯酸甲脂(MMA)和甲基丙烯酸酐(MAN)进行游离基聚合作用，并将分子量和分散度控制到最优值，可以合成具有优异耐溶剂性的聚合物而不劣化其产生光衰(photo decay)的敏感性。因此，可以非常有利地用在本发明中，在后面要描述的施加液流通道形成材料时不会产生溶解、变形之类的问题。
[0107] 另外，由于PMMA基共聚物具有200到260nm的窄的曝光区，并且如图3所述的曝光机的波长分布的区域积分值与270到330nm处的积分曝光量相比大约为1/10，因此其与PMIPK的灵敏度相比只有大约1/3的曝光特性。因此，如果在形成所述两层之后对两层同时曝光，则由于上层(PMMA基共聚物)的灵敏度不高，就提供了具有上侧大的形状，并且难以精确地形成要受到控制的下层图案。因此，作为本发明的配置，所述两层的材料配置(下层：PMIPK，上层：PMMA基共聚物)是重要的，同时，按照从上层到下层的顺序进行曝光和显影工艺，使用对每一个层选定波长的曝光机。在改变顺序的情况下，不能形成所需的液流通道形状。
[0108] 另外，如果对首先形成在衬底上的最下层进行构图之后进行施加要成为上层的模子部件材料的工艺，则上层表面回跟随下层的形状，从而具有波浪形而不是平坦的形状，另外，晶片中形状是不均匀的。因此，难以均匀地形成所需的模子材料高度。
[0109] 从这些结果知道，本发明的工艺(工艺流程)对稳定、精确地形成所需喷墨记录头的液流通道形状是最优的。
[0110] 另一方面，对于作为喷嘴形成材料的具有负性光敏特性的硬化组分，可以使用与用于形成液流通道壁或者排液口的部件具有相同的特性，并与液流通道形成模子材料具有一样的对溶解和去除正性抗蚀剂的工艺的耐性的材料等。可以使用光学设定组分(photo settingcomposition)，包括可以阳离子催化聚合的化合物，阳离子催化光致聚合引发剂，以及阳离子催化聚合抑制剂。作为要包括在光学设定组分中的可阳离子催化聚合的化合物，可以使用能够利用阳离子添加剂聚合反应而相互偶联的化合物。例如，如美国专利No.3,143,307所述，最好使用在常温下为固态的环氧化合物。例如，可以提供如日本专利申请公开说明书No.S60-161973，No.S62-221121，No.S64-9216和No.H02-140219所述的酚A(包括bromoth)和表氯醇的反应产物、线型酚醛树脂、邻甲酚醛树脂和表氯醇的反应产物、具有氧环己烷(oxycyclohexane)骨架的多官能团环氧树脂，以及双酚A和表氯醇的反应产物中具有至少约900的分子量的物质。它们可以按一种使用，或者两种或多种使用。另外，根据这些环氧化合物，可以优选使用具有2000或者以下的环氧当量的化合物，更优选地是使用具有1000或者以下的环氧当量的化合物。如果环氧当量大于2000，则在硬化反应时交联密度降低，从而硬化产物的Tg或者热变形温度降低，或者就附着特性以及耐墨特性而言可能会产生问题。
[0111] 作为阳离子催化光致聚合作用引发剂，可以提供可从AsahiDenka Co.，Ltd.购得的芳族碘鎓盐(aromatic iodonium salt)、芳族锍盐(aromatic sulfonium salt，芳族硫鎓盐)等(见J.POLYMER SCI：Symposium No.56383-395(1976)]，and SP-150，SP-170)。另外，阳离子催化光致聚合作用引发剂可以通过组合使用还原剂和加热而促进阳离子添加剂聚合作用(与单一阳离子光致聚合作用相比，交联密度提高了)。但是，在组合使用阳离子催化光致聚合引发剂和还原剂的情况下，需要选择还原剂，以便提供一种所谓的氧化还原型引发剂系统，在常温下不反应，而是在特定温度或者更高温度(最好是60摄氏度或者以上)下反应。作为这样的还原剂，最佳的是铜化合物，尤其是，考虑到对环氧树脂的可溶性和反应性，最佳的是三氟甲基磺酸铜(II)(copper triflate，即trifluoromethane copper sulfonate(II))。另外，诸如抗坏血酸这样的还原剂也是有效的。另外，在需要更高交联密度(高Tg)比如增加喷嘴数量(高速打印特性)，并需要使用非中性墨(改善着色剂的耐水性)的情况下，可以通过下述后期处理提高交联密度：在下面要描述的上述树脂涂覆层的显影工艺之后，使用溶液形式的上述还原剂，浸泡和加热树脂涂覆层。
[0112] 如果需要，可以向光学设定组分中可选地添加添加剂等。例如，可以添加为了降低环氧树脂的弹性模量的柔性增加剂(flexibilityproviding agent)，为了获得与衬底之间更大的附着力的硅烷耦合剂，等等。
[0113] 通过阻止光束到达用于提供排液口的部分的掩模而对所述负性抗蚀剂层进行图案曝光，使光被阻挡了的部分之外的部分硬化之后，用显影溶液进行处理以去除所述被阻挡了光的部分，以形成所述排液口。对于所述图案曝光，可以应用任何类型的通用曝光设备。最好是这样的曝光设备：其发出与所述负性抗蚀剂层的吸收波长范围一致、与所述正性抗蚀剂层的吸收波长范围不一致的波长范围的光。另外，最好用芳族溶剂，比如二甲苯，在对负性抗蚀剂层进行图案曝光之后进行显影。
[0114] 在本发明中，最好是用溶剂涂覆法形成所述第一正性光敏材料层，从而形成所述第一正性光敏材料层，通过加热蒸发所述层中的涂覆溶剂，涂覆用于形成第二正性光敏材料层的材料，并通过向形成的涂覆层加热而使涂覆溶剂蒸发。另外，优选的是，所述第二正性光敏材料层的显影剂中包括的乙二醇醚至少是从乙二醇一丁醚(ethyleneglycol monobutyl ether)和二乙二醇单丁醚(diethylene glycolmonobutyl ether)中选出的至少一种。另一方面，所述第二正性光敏材料层的显影剂中包括的含氮两性有机溶剂最好是从乙醇胺(ethanolamine)和吗啉(morpholin)中选出的至少一种。另外，用于使第一正性光敏材料曝光的第一波长范围最好是270nm到350nm的范围，用于使第二正性光敏材料曝光的第二波长范围最好是230nm到260nm的范围。
[0115] 对于根据本发明的排液头，最好是下述结构：在靠近排液能量生成元件上的气泡发生室的位置，液流通道高度相对较低；并且最好是下述结构：在液流通道中提供用构成液流通道的材料形成、不到达衬底的除尘柱状部件。另外，最好是下述结构：供液口公共连接到每一个形成在衬底中的液流通道，使得在供液口中部的液流通道高度低于在供液口的开口边缘部分的液流通道高度。另外，优选这样的结构：排液能量生成元件上的气泡发生室的横截面形状是凸形。
[0116] 下面详细说明本发明。根据本发明的制造排液头的方法，有利之处在于，作为影响排液头的特性的最重要因素之一，排液能量生成元件(比如加热器)和孔(排液口)之间的距离，以及该元件和孔中心的定位精度，能够非常容易地设定，等等。也就是，根据本发明，通过两次控制光敏材料层的膜涂覆厚度，能够设定排液能量生成元件和孔之间的距离；通过传统上使用的薄膜涂覆技术，可以以很好的可再现性严格地控制光敏材料层的涂覆膜厚。另外，对于排液能量生成元件和孔的定位，可以实现利用光刻工艺的光学定位，从而，与将液流通道结构板结合到衬底上的方法(这种方法传统上用于制造排液记录头)相比，能够以极高的精度进行定位。
[0117] 另外，作为可溶解的抗蚀剂层，已知有聚甲基异丙烯基甲酮(PMIPK)。这些正性抗蚀剂在290nm波长附近有吸收峰，从而，通过与具有与该抗蚀剂的光敏波长范围不同的光敏波长范围的抗蚀剂相组合，可以形成双层结构墨流通道模子。
[0118] 另一方面，包括甲基丙烯酸酯比如聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)和甲基丙烯酸的共聚物的聚合物化合物，作为所述致电离辐射分解型抗蚀剂之一，是一种在250nm或者更低的敏感波长范围中具有敏感性的正性抗蚀剂。通过将上述抗蚀剂(PMMA基的共聚物)施加到上述抗蚀剂(PMIPK)上，用230-260nm波段的曝光波长范围使其曝光，并用GG显影剂(二乙二醇、吗啉、单乙醇胺和纯水的液体混合物)作为碱性显影液对其显影，可以在PMIPK膜上形成PMMA基共聚物图案。然后，通过用270到330nm波段的曝光波长范围使上述抗蚀剂(PMIPK)曝光，并用MIBK等作为有机溶剂对其显影，可以形成双层墨液流通道模子。
[0119] 下面结合图1A到1F和图2描述根据本发明的制造方法，形成墨液流通道的工艺流程。
[0120] 图1A到1F图示了形成作为本发明中的微细结构的墨流通道模子的工艺流程。图2A到2H图示了本发明的用于喷墨打印头的喷嘴形成工艺。
[0121] 下面首先说明图1A到1F。如图1A所示，在衬底11上形成包括PMIPK的正性抗蚀剂层12。以PMIPK为主要成分的涂覆型抗蚀剂可以从Tokyo Ouka Kogyo Co.，Ltd.获得，产品名称为ODUR-1010。可以用通用的旋涂法形成涂覆膜。接下来，如图1B所示，用旋涂法在正性抗蚀剂层12(ODUR)上形成包括PMMA基共聚物的正性抗蚀剂层13(PMMA)。
[0122] 另外，如图1C所示，对包括PMMA基共聚物的正性抗蚀剂层13(PMMA)曝光。对于正性抗蚀剂层(PMMA)，采用用于去除曝光点的光掩模16。此时，通过使用230到260nm波段曝光波长范围，下层正性抗蚀剂几乎不会被曝光。这是因为这样的事实：甲酮的吸收允许透过大多数230到260nm的光束，这是由于羰基而不被曝光。通过用二乙二醇、吗啉、单乙醇胺和纯水的液体混合物对曝光后的正性抗蚀剂层(PMMA)进行显影，获得预定的图案。上述显影液是碱性的。根据该显影液，未曝光部分中的丙烯酸基抗蚀剂的溶解率极低，从而，在对上层显影时，对下层的影响只会非常小。
[0123] 然后，如图1D所示，通过将衬底11在100到130摄氏度的温度下进行后期烘烤工艺3分钟，对于上层正性抗蚀剂的侧壁，可以形成大约10度的倾斜。然后，如图1E所示，对包括PMIPK的正性抗蚀剂层12(ODUR)进行曝光，对于正性抗蚀剂层(ODUR)，采用用于去除曝光点的光掩模17。此时，通过使用270到330nm波段曝光波长范围，下层正性抗蚀剂可以被曝光。另外，由于270到330nm范围的曝光波长透过上层正性抗蚀剂，其几乎不会受到来自掩模周围的光束或者来自衬底的反射光束的影响。
[0124] 然后，如图1F所示，通过对曝光后的下层正性抗蚀剂层12(ODUR)进行显影，获得预定图案。对于显影液，最好使用甲基异丁基甲酮作为有机溶剂。由于未曝光的PMMA基共聚物几乎不能被显影液溶解，在对下层抗蚀剂显影时不会改变上层图案。
[0125] 接下来，参考图2A到2H，描述本发明的制造排液头的方法。在图2A中，用硅作为衬底11。也就是，由于用于控制排液能量生成元件11a的驱动电路、逻辑电路等是用通用的半导体制造方法制造的，最好使用硅作为衬底。另外，作为形成用于向衬底提供墨的通孔的方法，可以使用诸如YAG激光和喷砂处理这样的技术。但是，优选地，在涂覆抗蚀剂的时候不在衬底上形成通孔。作为这样的方法，可以使用采用碱性溶液的硅各向异性蚀刻技术。在这种情况下，可以用耐碱性氮化硅等在衬底后表面上形成掩模图案，并可以用同样的材料在衬底前表面上形成作为蚀刻停止层的隔膜。
[0126] 接下来，如图2B所示，在衬底上形成包括PMIPK的正性抗蚀剂层12(ODUR)。可以用通用的旋涂法形成该涂覆膜。接下来，如图2C所示，用旋涂法在该正性抗蚀剂层12(ODUR)上形成包括PMMA基共聚物的正性抗蚀剂层13(PMMA)。接下来，为了获得如图2D所示的结构，对包括PMMA基共聚物的正性抗蚀剂层13(PMMA)曝光。对于正性抗蚀剂层(PMMA)，采用用于去除曝光点的光掩模(未图示)。此时，通过使用23p到260nm波段曝光波长范围，下层正性抗蚀剂几乎不会被曝光。这是因为这样的事实：甲酮的吸收允许透过大多数230到260nm的光束，这是由于羰基而不被曝光。通过用二乙二醇、吗啉、单乙醇胺和纯水的液体混合物对曝光后的正性抗蚀剂层(PMMA)进行显影，获得预定的图案。上述显影液是碱性的。根据该显影液，未曝光部分中的丙烯酸基抗蚀剂的溶解率极低，从而，在对上层显影时，对下层的影响只会非常小。
[0127] 然后，为了获得如图2E所示的结构，对包括PMIPK的正性抗蚀剂层12(ODUR)进行曝光。对于正性抗蚀剂层(PDUR)，采用用于去除曝光点的光掩模。此时，通过使用270到330nm波段曝光波长范围，下层正性抗蚀剂可以被曝光。另外，由于270到330nm范围的曝光波长透过上层正性抗蚀剂，其几乎不会受到来自掩模周围的光束或者来自衬底的反射光束的影响。然后，通过对曝光后的下层正性抗蚀剂层12(ODUR)进行显影，获得预定图案。对于显影液，最好使用甲基异丁基甲酮作为有机溶剂。由于未曝光的PMMA基共聚物几乎不能被显影液溶解，在对下层抗蚀剂显影时不会改变上层图案。
[0128] 接下来，如图2F所示，涂覆液流通道结构材料14以覆盖下层正性抗蚀剂层12和上层正性抗蚀剂层13，提供树脂涂覆层。对于涂覆操作，可以使用通用的溶剂涂覆法，比如旋涂法。如美国专利No.3,143,307所述，液流通道结构材料的主要成分是在常温下是固体的环氧树脂，以及具有负特性的在光照下产生阳离子的鎓盐。另外，在液流通道结构材料层上形成防水材料层14a的情况下，如日本专利申请公开说明书No.2000-326515所提到的，可以通过形成光敏防水材料层并对其一起进行曝光和显影来进行。同时，所述光敏防水材料层可以通过层叠来形成。之后，同时对液流通道结构材料和光敏防水材料层进行曝光。由于一般使用负性特性的液流通道结构材料14，使用防止光照射到要作为排液口的部分的光掩模18。然后，通过对液流通道结构材料的树脂涂覆层进行显影，形成排液口15。优选使用芳族溶剂比如二甲苯用于显影。
[0129] 接下来，如图2G所示，将环化异戊二烯19涂覆于液流通道结构材料层上，用于保护该材料层不受碱性溶液影响。作为该材料，使用可从Tokyo Ouka Kogyo Co.，Ltd.获得的名称为OBC的材料。之后，将硅衬底在氢氧化四甲铵(TMAH)的22％(重量)溶液中在83摄氏度下浸泡13小时，从而形成用于供墨的通孔20。另外，预先在硅衬底上对用作掩模的氮化硅和用于供墨口形成的隔膜构图。
[0130] 接下来，如图2H所示，在各向异性蚀刻之后，将硅衬底装到干法蚀刻设备中，使后表面朝上，用在CF4中混合5％的氧的蚀刻剂去除所述隔膜。然后，将上述硅衬底浸泡在二甲苯中，去除OBC。之后，通过全表面曝光，将作为液流通道模子材料的正性抗蚀剂层12、13分解。通过用330nm或者以下波长的光束照射，上层和下层抗蚀剂材料被分解为低分子化合物，从而容易由溶剂去除。
[0131] 最后，用溶剂去除作为液流通道模子材料的正性抗蚀剂层。根据该工艺，如图2H的横截面图所示，可以形成与排液口15连通的液流通道21。本发明的液流通道21具有这样的形状：在作为气泡发生室、形成液流通道的一部分并与加热器(排液能量生成部件)接触的排液室附近，液流通道的高度较低。通过在使用溶剂的模子材料去除工艺中使用超声波、兆声(mega sonic)等的振动，可以缩短溶解和去除时间。
[0132] 这里，在图3中，图示了用作通用的曝光设备的邻近曝光设备(proximity exposing device)的光学系统的示意图。其具有下述结构：将高压汞灯(2.0kW，Xe-Hg灯)100生成的紫外线或者远紫外线用反射光收集装置100反射到屏104上，由冷光镜(cold mirror，透热反射镜)101(只反射抗蚀剂曝光所需的波长的光束)选择所需波长的光束，用蝇眼透镜(复眼透镜)102进行放大和均匀化，通过聚光透镜105、投影光学系统和掩模106将光束引导到抗蚀剂(未图示)。在所有光束都被反射的情况下，抗蚀剂的曝光所不需要的波长的光束被转化为热，从而防止构图精度的下降。根据Ushio Inc.制造的掩模对准器UX-3000SC，在上述蝇眼透镜102和冷光镜之间自动地、可拆装地提供用于阻挡除所需波长之外的波长的光束的截止滤光器。从而，通过用两种不同波长范围的曝光波长使所述两种不同的抗蚀剂曝光并形成图案，可以用图1A到1F和图2A和2H的生产流程制造墨液流通道高度局部地不同的喷墨头。
[0133] 图4A到4G和图5A到5D图示了使用PMMA基共聚物正性抗蚀剂作为上层抗蚀剂的最优选的工艺流程。图5A到5D图示了图4A到4G所示工艺随后的步骤。在图4A中，在衬底31上涂覆包括PMIPK的正性抗蚀剂层32并进行烘烤。对于涂覆，可以使用通常所用的溶剂涂覆法比如旋涂法和杆式涂布法。另外，烘烤温度最好是100到150摄氏度。然后，如图4B所示，作为包括PMIPK的上层正性抗蚀剂层32，涂覆PMMA基共聚物的光衰型正性抗蚀剂33，并进行烘烤。对于涂覆，可以使用通常所用的溶剂涂覆法，比如旋涂和杆式涂布(bar coating，棒涂)。另外，烘烤温度最好是100到150摄氏度。然后，如图4C所示，使用230到260nm波段的曝光波长，对PMMA基共聚物的光衰型正性抗蚀剂层33进行曝光。例如，通过用Ushio Inc.制造的掩模对准器UX-3000SC阻挡260nm或其以上的光束，可以选择性地照射230到260nm的所希望的曝光波长。
[0134] 然后，如图4D所示，对上层抗蚀剂层33显影。作为显影液，可以使用能够至少溶解曝光部分而几乎不溶解未曝光部分的溶剂。作为本发明的发明人的深入讨论的结果，发现尤其优选的是可以使用含有具有6个或者更多碳原子的乙二醇醚与水按可选的比例混合的显影液、含氮两性有机溶剂(basic organic solvent)和水。尤其优选的是，作为乙二醇醚，可以使用乙二醇一丁醚(ethylene glycol monobutylether)和/或二乙二醇单丁醚(diethylene glycol monobutyl ether)；作为含氮两性有机溶剂，可以使用乙醇胺(ethanolamine)和/或吗啉(morpholin)。例如，作为用于在X射线光刻中用作抗蚀剂的PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)的显影液，在本发明中同样地优选使用具有在日本专利申请公开说明书No.H03-10089中公开的组分的显影液。对于上述每一种成分的组分比例，例如，可以使用包含下列组分的显影液：
[0135] 二乙醇单丁醚60％(体积)
[0136] 乙醇胺：5％(体积)
[0137] 吗啉：20％(体积)
[0138] 离子交换水：15％体积
[0139] 另外，如图4E所示，对下层正性抗蚀剂层32曝光。对于曝光，使用270到330nm波段的曝光波长。例如，通过使用Ushio Inc.制造的掩模对准器UX-3000SC挡住270nm或其以下的光束，可以选择性地照射270到330nm波段的所需的曝光波长。
[0140] 然后，如图4F所示，对正性抗蚀剂层32显影。对于显影，优选使用甲基异丁基甲酮作为PIMPK的显影液，但也可以使用任何能够溶解PMIPK的曝光部分而不溶解未曝光部分的有机溶剂。然后，如图4G所示，涂覆液流通道结构材料34以覆盖下层正性抗蚀剂层32和上层正性抗蚀剂层33。对于涂覆，可以使用通用的溶剂涂覆法，比如旋涂法。如美国专利No.3,143,307所述，液流通道结构材料的主要成分是在常温下是固体的环氧树脂，以及具有负特性的在光照下产生阳离子的鎓盐。图5A图示了使用光掩模38对液流通道结构材料进行光照，而不将光束照射到要成为排墨口的部分的工艺。接下来，如图5B所示，对于光敏液流通道结构材料34，进行排液口35的图案显影。
[0141] 对于图案的曝光，可以使用任何通用的曝光设备。光敏液流通道结构材料的显影优选使用不溶解PMIPK的芳族溶剂比如二甲苯。另外，在液流通道结构材料层上形成防水材料层的情况下，如日本专利申请公开说明书No.2000-326515所提到的，可以通过形成光敏防水材料层并对其一起进行曝光和显影来进行。此时，所述光敏防水材料层可以通过层叠来形成。然后，如图5A到5D所示，在所述液流通道结构材料以外补偿地照射300nm或其以下的致电离辐射。这是为了分解PMIPK和PMMA共聚物抗蚀剂，使之成为低分子从而便于清除。
[0142] 最后，用溶剂清除用于模子的正性抗蚀剂32、33。从而，如图5D所示形成包括排液室的液流通道39。
[0143] 通过使用如上所述的工艺，能够改变从供墨口到加热器的墨液流通道的高度。
[0144] 根据该制造方法，从供墨口到加热器的墨液流通道高度可以改变。从供墨口到排液室的墨液流通道形状的优化不仅与排液室的墨重填速率有很大关系，而且能够减少排液室之间的串扰。Trueba等人的美国专利No.4,882,595的说明书公开了要在衬底上由光敏抗蚀剂形成的墨液流通道的二维形状(也就是在平行于衬底的方向上的形状)与上述特性之间的关系。另一方面，根据Mercy等人的日本专利申请公开说明书No.H10-291317，公开了用准分子激光在相对于衬底的面内方向及高度方向的三维方向上加工树脂液流通道结构板，以改变墨液流通道的高度。
[0145] 但是，在使用准分子激光的工艺的情形下，由于在加工时热使膜膨胀等等，在大多数情况下无法实现足够的精度。尤其是，使用准分子激光时在树脂膜的深度方向上的工艺精度受到激光照射分布以及激光束稳定性的影响，因此无法确保能够明确墨液流通道形状和排液特性之间的相互影响的精度。因此，根据日本专利申请公开说明书No.H10-291317，没有提到墨液流通道高度形状和排液特性之间的明确的关系。
[0146] 根据本发明的制造方法，通过作为半导体制造技术的溶剂涂覆法比如旋涂法进行，因此能够以极高的精度稳定地形成墨液流通道的高度。另外，对于在平行于衬底方向上的二维形状，由于使用了半导体光刻技术，能够实现亚微米级的精度。
[0147] 接下来结合图6A和6B说明能够使用本发明的喷墨头的结构。图6A的垂直横截面图图示了用本发明的制造方法改进了排液室的喷墨头的喷嘴结构。图6B的垂直横截面图图示了用于与图6A中的喷墨头进行比较的喷嘴结构。如图6A所示，使用本发明的喷墨头的特征在于排液室77的排液口形状具有凸形的横截面形状。由于排液口所确定的墨流阻力，排墨能量在加热器上部有极大的改变。根据传统的制造方法，由于是通过对液流通道结构材料进行构图来形成排液口形状，在该形状中，排液口图案形成在向其投影的掩模中。因此，主要地，排液口是通过液流通道结构材料层按照与液流通道结构材料表面中的排液口开口面积相同的面积形成的。但是，根据本发明的制造方法，通过改变下层材料和上层材料的图案形状，可以将排液室77的排液口形状形成为凸形。从而，可以实现使排墨速率更高、提高墨的直线运动(straight movement)特性，从而可以提供能够以更高图像质量进行记录的记录头。
[0148] 下面结合必要的附图对本发明进行详细说明。
[0149] (第一实施例)
[0150] 在图7A到7H中，图示了根据本发明的排液头的制造工艺的例子。图7I是由图7A到7H所示的制造方法所完成的排液头的横截面示意图。
[0151] 尽管在本实施例中所图示的喷液记录头具有两个孔(排液口)，但是不用说，本发明也可应用于具有更多孔的高密度多阵列喷液记录头的情况。首先，在本实施例中，例如如图7A所示，可以使用由玻璃、陶瓷、塑料、金属等制成的衬底201。图7A是在形成光敏材料层之前的衬底的立体示意图。该衬底201用作液流通道的壁部件的一部分，并且，只要其能够用作包括后面要描述的光敏材料层的液流通道结构部件的支持部件，则其形状、材料等都没有限制。在上述衬底201上，设置所需数量的排液能量生成元件202比如电热转换元件、压电元件等(图7A中图示了有两个元件的例子)。通过由排液能量生成元件202向墨液提供用于排放记录液小滴的排放能量，进行记录操作。例如，在用电热转换元件作为排液能量生成元件202的情况下，通过用所述元件加热附近的记录液，生成排放能量。另外，例如，在使用压电元件的情况下，通过元件的机械振动来产生排放能量。
[0152] 这些元件202连接有用于操作这些元件的控制信号输入电极(未图示)。另外，尽管一般提供了各种功能层比如保护层，用于改善这些排液能量生成元件202的耐用性，在本发明中提供这样的功能层当然也是没有问题的。最普遍的是使用硅作为衬底201。也就是，由于用于控制排液能量生成元件的驱动电路、逻辑电路等是用通用的半导体制造方法制造的，最好用硅作为衬底。另外，作为形成用于向衬底提供墨的通孔的方法，可以使用诸如YAG激光或喷砂处理这样的技术。但是，优选地，在涂覆抗蚀剂的时候不在衬底上形成通孔。作为这样的方法，可以使用采用碱性溶液的硅各向异性蚀刻技术。在这种情况下，可以用耐碱性的氮化硅等在衬底后表面上形成掩模图案，并可以用同样的材料在衬底前表面上形成作为蚀刻停止层的隔膜。
[0153] 然后，如图7B所示，在衬底上涂覆包括排液能量生成元件202的PMIPK正性抗蚀剂层203。对于PMIPK，将可以从Tokyo OukaKogyo Co.，Ltd.购得的ODUR-1010调整为具有20％(重量)的树脂浓度，然后使用。用热板在120摄氏度下进行预烘烤操作3分钟。另外，在氮气氛中，在烤箱中在150摄氏度下进行热处理60分钟。涂覆膜的膜厚为15微米。
[0154] 然后，如图7C所示，在上述正性抗蚀剂层203上涂覆PMMA共聚物的光衰型正性抗蚀剂层204。作为PMMA共聚物光衰型正性抗蚀剂，使用下面的正性抗蚀剂：
[0155] 甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的游离基聚合产物(PMMA基共聚物)[0156] 重量平均分子量(Mw：基于聚苯乙烯)＝170,000
[0157] 分散度(Mw/Mn)＝2.3
[0158] 以大约25％(重量)的固体组分浓度将树脂粉末溶解在二甘醇二甲醚溶剂中，用作抗蚀剂液体。树脂溶液此时的粘度大约是600cps。在用旋涂法涂覆树脂液体并在100摄氏度预烘烤3分钟后，在150摄氏度的温度下用烤箱在氮气氛中进行30分钟的热处理。在热处理后树脂层的膜厚为5微米。然后，如图7D所示，将羧酸的PMMA共聚物的光衰型正性抗蚀剂层204曝光。对于曝光设备，使用Ushio Inc.制造的掩模对准器UX-3000SC，选择性地照射230到260nm的曝光波长。
[0159] 然后，如图7E所示，对PMMA共聚物的光衰型正性抗蚀剂层204进行显影。对于显影，使用下述组分的显影液从而获得所需的图案：
[0160] 二乙醇单丁醚：60％(体积)
[0161] 乙醇胺：5％(体积)
[0162] 吗啉：20％(体积)
[0163] 离子交换水：15％(体积)
[0164] 然后，如图7F所示，对下层PMIPK正性抗蚀剂层203进行构图(曝光、显影)。作为曝光设备，使用同样的设备，并使用截止滤光器，选择性地照射270到330nm波段的曝光波长。用甲基异丁基甲酮进行显影。
[0165] 然后，如图7G所示，形成液流通道结构材料207层以覆盖已构图的下层正性抗蚀剂层203和上层正性抗蚀剂层204。该层的材料这样制备：将50份可从Daicel Chemical Industries，Ltd.购得的EHPE-3150、1份可从Asahi Denka Co.，Ltd.购得的光致阳离子催化聚合引发剂SP-172、2.5份可从Nihonunica Corporation购得的硅烷偶联材料A-187溶解到用作涂覆溶剂的50份二甲苯中。用旋涂法进行涂覆操作，在90摄氏度的热板上进行预烘烤操作3分钟。对于曝光，使用佳能公司制造的掩模对准器MPA-600FA，以3J/cm2进行曝光。通过浸入二甲苯中60秒钟进行显影。之后，通过在100摄氏度烘烤1小时，改善液流通道结构材料的附着力。
[0166] 然后，对液流通道结构材料207进行排墨口209的图案曝光和显影。对于图案曝光，可以使用任何通用的曝光设备。尽管在图中没有示出，但是在曝光时可以对要成为排墨口的部分使用防止光照的掩模。之后，尽管没有图示，可以在液流通道结构材料层上涂覆环化异戊二烯，用于保护所述材料免受碱性溶液影响。作为所述材料，可以使用可从Tokyo Ouka Kogyo Co.，Ltd.购得的名为OBC的材料。之后，通过将硅衬底在83摄氏度下在氢氧化四甲铵(TMAH)的22％(重量)溶液中浸泡13小时，形成用于供墨的通孔(未图示)。另外，在硅衬底上预先构图用作掩模的氮化硅和用于供墨口形成的隔膜。在各向异性蚀刻之后，将硅衬底装到干法蚀刻设备中，后侧朝上，用在CF4中混合5％的氧的蚀刻剂去除所述隔膜。然后，通过将上述硅衬底浸泡在二甲苯中去除OBC。
[0167] 然后，如图7H所示，使用低压汞灯将300nm或者以下的致电离辐射208照射到液流通道结构材料207的整个表面上，以使PMIPK的上层正性抗蚀剂和PMMA基共聚物的下层正性抗蚀剂分解。曝光量是50J/cm2。
[0168] 之后，将衬底201浸泡到乳酸甲酯中，一起去除模子抗蚀剂。此时，通过将衬底放置在200MHz兆声容器中，缩短洗提时间。从而，形成了包括排液室的墨液流通道211以制造具有下述结构的排墨元件(见图7I)：将墨通过每一个墨液流通道211从供墨口210引导到每一个排液室，从排液口209将墨排出。
[0169] 这样制造的排液元件被安装到如图9A和9B所示形式的喷墨头单元中，用于进行排液和记录评估，发现能够进行更优的图像记录。对于上述喷墨头单元的形式，如图9A到9B所示，例如，在用于可拆装地支持墨盒213的支持部件的外表面上提供用于从记录设备主体接收记录信号的TAB膜214，排墨元件212通过TAB膜214上的电连接引线215与布线连接。
[0171] 根据第一实施例，制造如图6A所示的结构的喷墨头。根据该实施例，如图9A所示，排液室77具有25微米见方和10微米高的由下层抗蚀剂形成的矩形部分和20微米见方和10微米高的由上层抗蚀剂形成的矩形部分，以及15微米直径圆孔的排液口。从加热器73到排液口的开口表面的距离为26微米。图9B图示了用传统制造方法制造的喷墨头的排液口的横截面形状。排液室77为矩形，具有20微米的边长和20微米的高度。排液口72被形成为15微米直径的圆孔。根据对图9A到图9B的每一个喷墨头的排液特性的比较，图9A所示的喷墨头具有15m/sec的排放速率和3ng(纳克)的排放量，在沿排放方向离开排液口
741mm的位置的命中精度为3微米。另外，图9B所示的喷墨头的排放速率为9m/sec，排放量为3ng，命中精度为5μm。
741mm的位置的命中精度为3微米。另外，图9B所示的喷墨头的排放速率为9m/sec，排放量为3ng，命中精度为5μm。
[0172] (例子)
[0173] 为了检验本发明的效果，用与第一实施例中所述的方式相同的方式制造和评估了喷墨头，但是是在表1所示的条件下使用下述模子材料形成材料，该喷墨头是安装在由佳能公司制造的喷墨打印机(PIXUS560i)中的彩色喷墨打印头。
[0174] 用在例1和比较例1、2中的模子材料形成材料是PMIPK和P(MMA-MAA)。对于PMIPK，将可从Tokyo Ouka Kogyo Co.，Ltd.购得的ODUR-1010调配为具有20％(重量)的树脂浓度并使用之。对于P(MMA-MAA)，将甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的游离基聚合产物(PMMA基共聚物)(重量平均分子量(Mw：基于聚苯乙烯)＝170,000，分散度(Mw/Mn)＝2.3)的合成树脂粉末以大约30％(重量)的固体组分浓度溶解在二甘醇二甲醚溶剂中，作为抗蚀剂液体1；将甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的游离基聚合产物(PMMA基共聚物)(重量平均分子量(Mw：基于聚苯乙烯)＝30,000，分散度(Mw/Mn)＝2.1)的合成树脂粉末以大约25％(重量)的固体组分浓度溶解在二甘醇二甲醚溶剂中，作为抗蚀剂液体2。
[0175] 另外，用在例子2和比较例3中的模子材料形成材料是PMIPK和P(MMA-MAN)。对于PMIPK，将可从Tokyo Ouka Kogyo Co.，Ltd.购得的ODUR-1010调配为具有20％(重量)的树脂浓度并使用之。对于P(MMA-MAA)，将甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸酐的游离基聚合产物(PMMA基共聚物)(重量平均分子量(Mw：基于聚苯乙烯)＝30,000，分散度(Mw/Mn)＝3.4)的合成树脂粉末以大约25％(重量)的固体组分浓度溶解在环己酮溶剂中，作为抗蚀剂液体。
[0177] 判断标准如下：
[0178] ○：(M/N)＊100>90％
[0179] Δ：(M/N)＊100<70％
[0180] 另外，对于残留，同样地以发生比例进行判断。对于喷嘴合格率，示出了没有破裂或者残留的制成芯片(M个)相对于在使用的晶片尺寸中的总芯片数(N个)的(M/N)×100的值。对于打印合格率，在打印测试中不均匀度值σ在5微米以内的喷墨头数量(m个)相对于组装为喷墨头的总喷墨头数量(n个)的(m/n)×100的值。
[0181] 从示出了结果的表1明显可知，根据用本发明的配置制造的喷墨头，在上层和下层中都没有发现在模子材料中存在膜减少、裂纹或者残留，喷嘴合格率和打印合格率都是更好的。
[0182] 另一方面，根据用热交联制造的比较例1、3，在进行了热交联的下层模子材料中观察到了敏感度下降和裂纹，另外，还观察到了残留。然后，就喷嘴合格率和打印合格率而言，都比用本发明的配置制造的产品差。根据比较例2，由于没有热交联，即使没有观察到破裂、残留等，但是在上层模子材料中观察到了膜减少，另外，不管是喷嘴合格率还是打印合格率都比用本发明的配置制造的产品差很多。
[0183] 用本发明的配置制造的喷墨头中产生的打印故障主要是部分喷嘴没有墨滴喷出这样的现象(这称为“无排出现象”)，这是由于在喷墨头组装时(安装时)引入的灰尘等造成的。从结果可以知道，为了提供便宜而高度可靠的喷墨记录头，优选基于本发明的制造方法。
[0184] 本发明基于2004年6月28日递交的日本专利申请No.2004-190481要求优先权，该申请的内容通过此引用被结合在本申请中。
[0185]
[0186] ＊1：对于PMIPK，通过在涂覆后进行预烘烤(120℃，3分钟)然后硬化(150℃，6分钟)，形成膜。
[0187] ＊2：对于{P(MMA-MAA)：分子量：170000}，通过在涂覆后进行预烘烤(100℃，3分钟)然后硬化(150℃，6分钟)，形成膜。
[0188] ＊3：对于{P(MMA-MAA)：分子量：30000}，通过在涂覆后进行预烘烤(100℃，3分钟)然后硬化(250℃，1小时)，形成膜。
[0189] ＊4：对于PIMPK，通过在涂覆后进行预烘烤(120℃，3分钟)形成膜。
[0190] ＊5：对于{P(MMA-MAA)：分子量：30000}，通过在涂覆后进行预烘烤(100℃，3分钟)形成膜。
[0191] ＊6：对于PMIPK，通过在涂覆后进行预烘烤(120℃，3分钟)然后硬化(150℃，6分钟)，形成膜。
[0192] ＊7：对于P(MMA-MAN)，通过在涂覆后进行预烘烤(100℃，3分钟)然后硬化(150℃，6分钟)，形成膜。
[0193] ＊8：对于P(MMA-MAN)，通过在涂覆后进行预烘烤(100℃，3分钟)然后硬化(250℃，1小时)，形成膜。
[0194] ＊9：对于PIMPK，通过在涂覆后进行预烘烤(120℃，3分钟)形成膜。
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