JP2020040227A - 液体吐出ヘッド用基板、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体吐出ヘッド用基板の強度を向上させる。【解決手段】 液体吐出ヘッド用基板１は、吐出口形成部材９と、基板１０とを含む。基板１０は、その第１面２１から第２面２２へと貫通する供給路１３と、供給路１３の相対向する内面１３ａ、１３ｂに形成された梁５１と、を有し、梁５１の少なくとも一部は、吐出口形成部材９の少なくとも一部を支持している。【選択図】 図４

Description

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドに用いられる液体吐出ヘッド用基板、及びその製造方法に関する。

インクジェット記録装置などの液体を吐出する液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドには、液体を吐出する複数の吐出口が形成される吐出口形成部材と、吐出口形成部材を支持するシリコン基板とを有する液体吐出ヘッド用基板が設けられている。シリコン基板には、各吐出口に連通する供給路が形成され、ここから供給された液体が各吐出口に供給される。また、シリコン基板には、各吐出口に連通する流路内のインクを吐出するための吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられている。

液体吐出ヘッド用基板のうち、シリコン基板は、吐出口形成部材を支持する部材としての機能を果す必要上、所定の強度が求められる。シリコン基板の機械的強度を向上させる手法の一つとして、供給路内に梁を形成する手法が知られている。

特許文献１には、供給路内の相対向する短辺間をつなぐように梁を形成したシリコン基板を有するインクジェット記録ヘッドが開示されている。これによれば、シリコン基板の強度を向上させることが可能になる。

特開２０１０−１４２９７２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の液体吐出ヘッド用基板では、供給路内に形成された梁が、シリコン基板の一面に設けられる吐出口形成部材と離間した構造となっている。このため、液体吐出ヘッド基板のサイズ、供給路のサイズ、吐出口形成部材と封止剤の量などによっては、液体吐出ヘッド用基板全体としての強度が不足し、液体吐出ヘッド用基板が変形する場合がある。液体吐出ヘッド用基板の変形が生じる要因としては、例えば、インクとの接触による吐出口形成部材などの膨潤がある。すなわち、吐出口形成部材の供給路や吐出口の内側は常に液体に接触した状態にあり、また、吐出口形成部材の吐出口面や封止剤等も吐出口から吐出されたインクの一部が付着する可能性がある。このようにインクに曝された状態が継続すると、樹脂材料によって形成されている吐出口形成部材や封止剤が膨潤することがあり、それによって吐出口形成部材や封止剤などに応力変化が生じることがある。この際、液体吐出ヘッド用基板に十分な強度が確保されていない場合、液体吐出ヘッド用基板が変形したり、吐出口形成部材がシリコン基板から剥離し、製品品質を低下させたりすることがある。

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、液体吐出ヘッド用基板の強度を向上させることを目的とする。

本発明は、液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記吐出口形成部材を支持する第１面と当該第１面とは反対側の第２面とを有する基板とを含む液体吐出ヘッド用基板であって、前記基板は、前記第１面から前記第２面へと貫通する供給路と、前記供給路の相対向する内面に形成された梁と、を有し、前記梁の少なくとも一部は、前記吐出口形成部材の少なくとも一部を支持していることを特徴とする。

また、本発明は、液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記吐出口形成部材を支持する第１面と当該第１面とは反対側の第２面とを有する基板と、を含む液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、前記第１面から前記第２面へと貫通する供給路と、前記供給路の相対向する内面に梁を形成する基板加工工程と、前記基板の前記第１面に前記吐出口形成部材を形成する吐出口形成工程と、を備え、前記基板加工工程は、前記吐出口形成部材の少なくとも一部を支持する位置に、前記梁の少なくとも一部を形成することを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ヘッド用基板の強度を向上させることが可能になる。

液体吐出ヘッド用基板を模式的に示す斜視図である。 第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の底面図及び縦断側面図である。 供給路及び長手梁の形成工程を示す横断面図である。 梁形成後の液体吐出ヘッド用基板の形成工程を示す横断面図である。 第１の実施形態の実施例１に係る供給路及び長手梁の形成工程を示す横断面図である。 第１の実施形態の実施例１、２に係る供給路及び長手梁の形成工程を示す横断面図である。 第１の実施形態の実施例１、２に係る長手梁の形成工程を示す底面図及び横断面図である。 第１の実施形態の実施例３、４に係る記録ヘッド用基板の横断面図である。 第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の底面図、縦断側面、及び横断面図である。 第２の実施形態に係る長手梁形成領域及び短手梁形成領域を示す底面図である。 第２の実施形態に係る供給路及び長手梁の形成工程を示す横断面図である。 第２の実施形態に係る供給路及び短手梁の形成工程を示す横断面図である。 梁形成後の液体吐出ヘッド用基板の形成工程を示す横断面図である。 第２の実施形態の実施例１に係る底面図、縦断側面図、及び横断面図である。 第２の実施形態の実施例１に係る供給路及び長手梁の形成工程を示す横断面図である。 第２の実施形態の実施例２に係る底面図、及び縦断側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、同一もしくは相当部分には、同一の番号を付与す。
［第１の実施形態］

（基本構成）
図１は、本実施形態に係る体吐出ヘッド用基板を模式的に示す斜視図である。この液体吐出ヘッド用基板１は、シリコン基板１０と、その一方の面（図１における上面）に設けられた吐出口形成部材９とを含み構成されている。シリコン基板１０には、液体を吐出するためのエネルギーを発生させる複数のエネルギー発生素子２が所定のピッチで配列され、エネルギー発生素子列を形成している。図１では、シリコン基板１０に２つの吐出口列を並行に配置した例を示している。エネルギー発生素子２は、液体吐出ヘッド用基板１を構成するシリコン基板１０の相対向する２つの面のうち、一方の面（図１における上面）にのみ設けられている。

以下の説明では、シリコン基板１０の２つの面のうち、エネルギー発生素子２が設けられている面２１を第１面と称し、第１面２１と反対側の面２２を第２面と称す。また、シリコン基板１０は、エネルギー発生素子２の配列方向に延びる細長い長方形状を有する。以下、シリコン基板１０の長手方向をＸ方向、Ｘ方向に交差する（本実施形態では直交する）する方向（シリコン基板１０の短辺方向）をＹ方向とする。

シリコン基板１０には、第１面２１から第２面２２に亘って貫通する供給路１３が形成されている。供給路１３は、シリコン基板１０の第２面２２の側から第１面２１の側へと液体を供給し、後述の吐出口形成部材９（図１）の吐出口１１に液体を供給する部分である。供給路１３の第１面２１の側の開口部は、エネルギー発生素子２の２つの列の間に位置している。

後述するように、供給路１３は第２面２２の側から異方性エッチングを行うことによってシリコン基板１０に形成される。供給路１３は、エネルギー発生素子２の配列方向、すなわちＸ方向に延出するスリット状の形状を有している。また、供給路１３の横断面形状は、第２面の側から第１面の側に向けて狭くなるテーパー状をなしている。なお、供給路１３の内面には、本実施形態の特徴的構成である長手梁５１が形成されている。

図２は本実施形態における液体吐出ヘッド用基板１を示す図である。図２（ａ）は第２面側から見た底面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）に示す供給路１３の短手方向（Ｙ方向）における中心を通過し、かつ長手方向（Ｘ方向）と並行するＩｂ−Ｉｂ線に沿って切断した縦断側面図である。図２に示すように、供給路１３の内部には、相対向する内面（短辺部１３ａ、１３ｂ）の間を接続するように、長手方向（Ｘ方向）に延出する長手梁５１が形成されている。後述するように長手梁５１は、シリコン基板１０に対し異方性エッチングを行って供給路１３を形成する際に、供給路１３と同時に形成される。長手梁５１は、供給路１３が形成されたシリコン基板１０の機械的強度を高める機能を有する。

シリコン基板１０の厚さ方向における長手梁５１の寸法（梁高さ）は、シリコン基板１０の厚さ（第１面１０ａから第２面１０ｂまでの各面に垂直な方向の長さ）よりも小さい。換言すれば、長手梁５１は、シリコン基板１０の厚さ方向（Ｚ方向）には部分的にしか設けられていない。従って、長手梁（第１の梁）５１を設けたことによって供給路１３が複数に分断されることはない。

また、吐出口形成部材９には、図１に示すように、複数のエネルギー発生素子２に対応して複数の吐出口１１が形成されている。吐出口形成部材９は、供給路１３から各吐出口１１に連通する流路１２の天井や側壁などとしても機能する部材である。すなわち、吐出口形成部材９は、流路１２の一部を形成する部材であり、液体吐出ヘッドの使用中は常に液体と接触することとなる。このため、吐出口形成部材９には、構造材料としての高い機械的強度、下地であるシリコン基板１０側との密着性、耐液性（例えば耐インク性）が求められる。さらに吐出口形成部材９には、吐出口１１としての微細なパターンをパターニングするための解像性が求められる。従って、吐出口形成部材９は上記のような条件を考慮した樹脂材料によって構成されている。

次に、液体吐出ヘッド用基板１を構成するシリコン基板１０に対して供給路１３及び長手梁５１を同時に形成する工程について説明する。シリコン基板１０の第２面２２において供給路１３が形成されるべき位置に対応する領域を供給路形成領域と呼ぶ。本実施形態によるシリコン基板１０の加工方法では、供給路形成領域に対し、第１面２１の側及び第２面２２の側の両側から、あるいは第２面２２の側のみからシリコン基板１０に所定の深さの複数の貫通／未貫通孔（以下、先導孔）を形成する。その後、先導孔の開口部が形成されている面側からシリコン基板１０の異方性エッチングを行う。

以下では、供給路形成領域に複数の先導孔を形成する工程を先導孔形成工程と呼ぶ。また、先導孔が形成されたシリコン基板１０に対して異方性エッチングを行い、供給路１３と供給路１３内の長手梁５１とを同時に形成する工程をエッチング工程と呼ぶ。また、先導孔形成工程とエッチング工程とを含めて基板加工工程と呼ぶ。

エッチング工程では、供給路形成領域以外の位置へと異方性エッチングが進行しないようにするため、シリコン基板１０の第２面２２には予めエッチングマスクを設けておく必要がある。エッチングマスクは、少なくとも供給路形成領域外に設けられる。エッチングマスクは、例えば、第２面２２に酸化膜４を設けることによって形成する。また、供給路形成領域の一部にもエッチングマスクを設けることができる。

一方、シリコン基板の第１面２１においても、エッチングマスクとして酸化膜４が予め設けられる。また、第１面２１には、所望形状の長手梁５１を得るために、第１面２１に形成される供給路１３の開口部の形成領域に対応して、第１面２１と酸化膜４との間に後述する犠牲層を予め設けてもよい。

エッチング工程では、シリコン基板１０の第２面２２から異方性エッチングが進行すると共に、先導孔の側面及び底面からも異方性エッチングが進行する。このとき、複数の先導孔において、隣接する先導孔の間隔あるいは深さを変えることによって、異方性エッチングにおけるエッチングの進行速度が変化する。一般に、隣接する先導孔の間隔を狭くしたり、先導孔の深さを深くしたりすることによって、隣接する先導孔が異方性エッチングによって繋がるまでの時間も短くなる。これにより、エッチング速度は高まる。

なお、本実施形態に基づく加工方法によって、図１に示す液体吐出ヘッド用基板１を作成する場合、シリコン基板１０としては、エネルギー発生素子２やエネルギー発生素子２に接続される配線層が、予め第１面２１に形成されているものを用いることが好ましい。すなわち、エネルギー発生素子２や配線層を、供給路や長手梁の形成工程とは別個の工程によって形成しておくことにより、各製造工程を単純化することが可能になると共に、各部の精度をより高めることが可能になる。

（特徴構成）
次に、基本構成において説明した本実施形態の液体吐出ヘッド用基板１の特徴構成および製造工程をより具体的に説明する。

＜シリコン基板＞
本実施形態では、加工すべきシリコン基板１０として、基板面の結晶方位が（１００）面となる細長い長方形状のシリコン基板１０を用いる。シリコン基板１０の第１面２１には、図３（ａ）に示すように、エネルギー発生素子２が予め形成されている。なお、実際の基板には、エネルギー発生素子２に接続される配線層が形成されているが、本発明の本質にかかわるものではないため、図示は省略する。

シリコン基板１０の第２面２２の一部には、例えばＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）である酸化膜４が設けられている。酸化膜４は、第２面２２における供給路を形成すべき領域（供給路形成領域）の外側の領域を覆うように設けられている。さらに、供給路形成領域内にも、その一部の領域を覆うように設けられている。また、必須ではないが酸化膜４にシリコン基板１０の第２面を保護する基板保護膜を形成してもよい。基板保護膜としては、例えばポリエーテルアミド樹脂を用いることができる。本実施形態では基板保護膜が設けられていない構成を想定している。

一方、シリコン基板１０の第１面２１の一部には、例えばＳｉＯ₂である酸化膜４が設けられている。必須ではないが第１面２１の一部に犠牲層を形成してもよい。犠牲層を形成する場合、その形成位置は、例えば、第１面２１において供給路１３が形成される位置とする。犠牲層を設けることにより、供給路１３の開口幅をより良好に制御できるようになる。犠牲層は、シリコン基板１０よりもエッチング液に対するエッチング速度が速い層である。例えばＡｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ等で形成することができる。但し、本実施形態では、犠牲層が設けられていない構成を想定している。

＜先導孔形成工程＞
先導孔形成工程では、シリコン基板１０の第１面２１と第２面２２の両側から、あるいは第２面２２側のみから複数の先導孔を形成する。本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、第１面２１側から加工する表先導孔３２と、第２面２２側から加工する裏先導孔３３とを形成する。先導孔３２、３３の形成方法としては、例えばパルスレーザー光を用いたレーザーアブレーション技術による加工方法を用いることができる。先導孔３２、３３の深さは、貫通／未貫通も含めて任意の深さとすることができる。

先導孔３２、３３は、供給路１３および長手梁５１の形成精度と均一性を維持するため、供給路１３の長手方向の中心線（供給路１３の開口部の短手方向（Ｙ方向）における中心を通過する長手方向（Ｘ方向）の線）に沿って形成することが好ましい。先導孔３２、３３の配置間隔は、隣接する先導孔が互いに重ならないように設定することが好ましい。このため、先導孔３２、３３の配置間隔は、先導孔３２、３３の直径、レーザー光の照射による加工装置の加工位置精度やアライメント精度等を考慮して設定する。シリコン基板１０上に加工される先導孔３２、３３の直径は５〜２０μｍが好ましい。なお、本実施形態では、先導孔３２、３３のそれぞれにおいて、Ｘ方向及びＹ方向に互いに隣接する先導孔それぞれの中心間の距離のうち、最短となる距離を先導孔の配置間隔と定義する。

＜エッチング工程＞
エッチング工程では、シリコン基板１０の第２面２２から異方性エッチングを行う。異方性エッチングに用いるエッチング液としては、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やＫＯＨ(水酸化カリウム)等の強アルカリ溶液が挙げられる。エッチングが進行し、エッチング面が第１面２１に到達することで、供給路１３が形成される。供給路形成領域の寸法、すなわち供給路１３の開口部の寸法は、作成しようとする液体吐出ヘッド用基板１における吐出口１１の配置と、形成すべき供給路の寸法とに応じて定められる。このため、供給路１３の開口部の寸法は一定の寸法に限定されるものではない。本実施形態では、吐出口列に沿った方向（Ｘ方向）における供給路１３の開口部の寸法を５〜４０ｍｍとし、Ｙ方向の寸法を２００μｍ〜１．５ｍｍとしている。

図３は、本実施形態における液体吐出ヘッド用基板１の一部を構成するシリコン基板１０に対して供給路及び長手梁を形成する工程を模式的に示す縦断側面図である。図３（ａ）は、シリコン基板１０の第１面２１上に密着向上層（層）２０を形成する工程を示している。密着向上層２０としては、例えばポリエーテルアミドを用いることができる。密着向上層２０の形成方法としては、例えばポジ型の感光性樹脂（図示せず）をマスクとして用い、一般的なフォトリソグラフィー技術によって形成する方法がある。また、密着向上層２０として、感光性のエポキシ樹脂を用いることも可能である。この場合にも、一般的なフォトリソグラフィー技術によって密着向上層２０を形成することができる。以下、密着向上層２０として、ポリエーテルアミドを用いた場合を想定して説明を行う。

密着向上層２０は、吐出口形成部材９との密着性を向上させるため、吐出口形成部材９の近傍にパターンを形成するように配置することが好ましい。以下の工程では、長手梁５１と吐出口形成部材９（図１、図４参照）との密着性を向上させるため、密着向上層２０の少なくとも一部が長手梁５１に密着するように形成する。長手梁５１と密着向上層２０との密着領域が広いほど、長手梁５１及び吐出口形成部材９は、密着向上層２０に対してより強固に密着し、吐出口形成部材９は長手梁５１によってより強固に支持される。その結果、液体吐出ヘッド用基板１の強度は向上し、吐出口形成部材９などに発生した応力に対する変形抑制効果も高まる。長手梁５１に密着している密着向上層２０の領域としては、第１面２１における長手梁５１の表面積の３０〜１００％を被覆していることが好ましい。

なお、本実施形態においては、長手梁５１は吐出口形成部材９の少なくとも一部分を支持していればよく、長手梁５１と直接接触する部分は密着向上層２０に限定されない。長手梁５１が密着向上層２０以外の部分と接触する構成については、後述の実施例において説明する。

図３（ｂ）は、シリコン基板１０の第１面２１上に基板表面保護膜１６を形成した状態を示している。基板表面保護膜１６は、第１面２１の中で、表先導孔３２を形成した部分以外の部分が、エッチング工程においてエッチングされるのを防止するために形成する膜である。基板表面保護膜１６としては、例えば環化ゴム系の樹脂を用いることができる。基板表面保護膜１６は、例えばスピンコート法により、シリコン基板１０の第１面２１に形成することができる。基板表面保護膜１６の膜厚はエッチングに耐え得る厚さを有していることが必要であり、使用するエッチング液、エッチング条件等に応じて定める。例えば、ＴＭＡＨ水溶液（８３℃、２２％）による異方性エッチングを０．５〜４時間行う場合には、基板表面保護膜１６を、５〜５０μｍの厚さに形成することが好ましい。

図３（ｃ）は、長手梁５１を形成するために、長手梁形成領域６１に先導孔３２、３３及び改質層３４を形成する工程を示している。なお、長手梁形成領域６１に形成する表先導孔３２を表先導孔３２１と定義する。まず、基板表面保護膜１６の表面側（図３（ｃ）において上面側）から、基板表面保護膜１６、酸化膜４を貫通してシリコン基板１０の内部に侵入する表先導孔３２を複数形成する。隣接する表先導孔３２の長手方向（Ｘ方向）及び短手方向（Ｙ方向）の配置間隔は、以下のように設定することが好ましい。

例えば、表先導孔３２の直径が１０μｍ程度であり、レーザー加工装置の加工位置精度が±１０μｍ程度、アライメント精度が±５μｍ程度である場合、長手方向（Ｘ方向）における表先導孔３２の配置間隔は２０〜６０μｍ程度とすることが好ましい。また、表先導孔３２の列（Ｘ方向に配列された複数の表先導孔３２により構成される表先導孔の列）を、供給路１３の長手方向の中心線を基準として対称となる位置に２列形成することが好ましい。

隣接する表先導孔３２の短手方向（Ｙ方向）における配置間隔は、形成すべき供給路１３の短手方向における開口幅と、長手梁５１の幅（短手方向における長さ）とに応じて定められるエッチング条件、及びエッチング時間等を考慮して設定することが好ましい。短手方向（Ｙ方向）における表先導孔３２の配置間隔は、例えば１００〜１５０μｍが好ましい。表先導孔３２の深さについても、形成すべき供給路１３の短手方向における開口幅と長手梁５１の短手方向における長さに応じて定められるエッチング条件、及びエッチング時間等を考慮して設定することが好ましい。表先導孔３２の深さは、例えば５０〜３００μｍが好ましい。なお、本発明において、表先導孔３２は長手梁５１の形成に必ずしも必要ではない。長手梁５１の形状によっては、表先導孔３２の形成工程を省略することができる。表先導孔３２を形成しない構成については、後述の実施例に記載する。

次に、シリコン基板１０の第２面２２の側から複数の裏先導孔３３を形成する。複数の裏先導孔３３のうち、表先導孔３２に最も近く、かつ最も深く形成される裏先導孔を裏先導孔３３１とする。また、供給路１３の形状および長手梁５１の形状を制御するために裏先導孔３３１より外側に形成するものを裏先導孔３３２、裏先導孔３３１より内側に形成するものを裏先導孔３３３とする。裏先導孔３３１、３３２、３３３は、それぞれ、複数個が長手方向（Ｘ方向）に沿って配置されている。

裏先導孔３３１の長手方向（Ｘ方向）における配置間隔は、２０〜６０μｍとすることが好ましい。表先導孔３２が裏先導孔３３に先行して形成されている場合、その先行して形成されている表先導孔３２のＸ方向における配置間隔と同一の配置間隔で裏先導孔３３１を配置することが好ましい。Ｘ方向へ配置された複数の裏先導孔３３１から構成される裏先導孔列は、供給路１３の長手方向（Ｘ方向）に延びる中心線を基準として対称となる位置に２列形成することが好ましい。

表先導孔３２が裏先導孔３３に先行して形成されている場合、裏先導孔３３１の短手方向（Ｙ方向）における配置間隔は、表先導孔３２の短手方向（Ｙ方向）における間隔よりも広く設定することが好ましい。例えば、裏先導孔３３１は、当該裏先導孔３３１に最も近接する表先導孔３２から短手方向（Ｙ方向）において２０〜６０μｍ離して形成することが好ましい。すなわち、裏先導孔３３１の短手方向（Ｙ方向）の配置間隔は、１２０〜２７０μｍに設定することが好ましい。また、表先導孔３２が先行して形成されていない場合、裏先導孔３３１の短手方向（Ｙ方向）の配置間隔は、例えば１００〜１５０μｍに設定することが好ましい。

また、表先導孔３２が裏先導孔３３に先行して形成されている場合、裏先導孔３３１の深さ（Ｚ方向の距離）は表先導孔３２の深さとの和がシリコン基板１０の厚さより大きくなるように設定することが好ましい。例えば、表先導孔３２の深さを７５〜３００μｍとした場合、裏先導孔３３１の深さは４５０〜６５０μｍに設定することが好ましい。これに対し、表先導孔３２が裏先導孔３３に先行して形成されていない場合、裏先導孔３３１の深さは６００〜７２５μｍにすることが好ましい。

裏先導孔３３２の長手方向（Ｘ方向）の配置間隔は、裏先導孔３３１の長手方向の配置間隔と同一になるように設定することが好ましい。すなわち、２０〜６０μｍとすることが好ましい。長手方向（Ｘ方向）に配置された複数の裏先導孔３３２から構成される裏先導孔列は、供給路１３の中心を基準として互いに対称となる位置に２本以上の偶数本を形成することが好ましい。

裏先導孔３３２の短手方向（Ｙ方向）の配置間隔は、形成すべき長手梁５１の形状を考慮して、裏先導孔３３１の短手方向の配置間隔よりも大きな間隔に設定することが好ましい。裏先導孔３３１に最も近い裏先導孔３３２は、当該裏先導孔３３２に最も近い裏先導孔３３１から、短手方向（Ｙ方向）において２０〜６０μｍ離して形成することが好ましい。また、裏先導孔３３１に最も近接する裏先導孔３３２の外側に、さらに裏先導孔３３２を形成する場合、当該外側に形成する先導孔３３２の内側に隣接する裏先導孔３３２に対して、短手方向において２０〜６０μｍ離して形成することが好ましい。裏先導孔３３２の深さは１００〜６００μｍとすることが好ましい。

裏先導孔３３３の長手方向（Ｘ方向）の配置間隔は、裏先導孔３３１の長手方向の配置間隔と同一の間隔に設定することが好ましい。裏先導孔３３３の長手方向（Ｘ方向）の列数については、供給路１３の長手方向に延びる中心線を基準として対称となる位置にそれぞれ１列以上形成することが好ましい。裏先導孔３３３を２列以上形成する場合、短手方向（Ｙ方向）の配置間隔は、例えば４０〜８０μｍとすることが好ましい。裏先導孔３３２の深さは１００〜６００μｍが好ましい。

本発明において、裏先導孔３３２及び裏先導孔３３３は長手梁５１の形成に必ずしも必要ではない。形成すべき長手梁５１の形状によっては、裏先導孔３３２及び裏先導孔３３３の形成工程は省略できる。裏先導孔３３２及び裏先導孔３３３を形成しない構成については、後述の実施例において説明する。なお、上述した各先導孔の配置間隔、列数、及び深さ等については、形成すべき長手梁５１の形状に応じて、適宜調整が可能である。

次に、酸化膜４を含むシリコン基板１０の第２面２２側に改質層３４を形成する工程について説明する。改質を行う手法としては、例えばレーザーを照射する方法がある。酸化膜４を含むシリコン基板１０の第２面２２側にレーザーを照射することにより、レーザーが照射された部分が改質され、改質層３４が形成される。改質層３４が形成された部分には、酸化膜４が存在しなくなる。前述のように酸化膜４はエッチング工程においてマスクとしての機能を果すため、酸化膜４が存在しない部分についてはエッチングが進行する。従って、改質層３４のパターン及びエッチング時間によって、供給路１３の第２面２２側の開口寸法を制御することができる。

改質層３４は、裏先導孔３３の中で最も外側に位置する先導孔（図３に示す例では、裏先導孔３３２）よりも外側に、当該先導孔を囲うように形成することが好ましい。さらに、最も外側に位置する先導孔と改質層３４との間隔は、長手方向と短手方向のいずれにおいても同じ間隔になるように形成することが好ましい。この間隔としては供給路１３の開口寸法にもよるが、例えば２５〜５００μｍとすることが好ましい。

裏先導孔３３３を形成しない場合は、長手梁５１が形成される直下にも改質を行う。これにより、第２面２２に対して、掘込まれた位置に長手梁５１が形成されるため、供給路１３は長手梁５１によって分断されることはなく、供給路１３が全体的に連通した状態となる。また、裏先導孔３３３を形成する場合は、裏先導孔３３３からのエッチングによって供給路１３を形成することができる。そして、この場合にも、供給路１３は長手梁５１によって分断されることはなく、全体的に連通した状態となる。つまり、改質処理を行わなくとも、裏先導孔３３３を形成することで、長手梁５１を適正に形成することが可能である。よって、改質処理の要否は、形成すべき長手梁５１の寸法形状に応じて適宜決定すればよい。

図３（ｄ）は、異方性エッチングにより、供給路１３および長手梁５１を形成した状態を示している。エッチング液は、前述のＴＭＡＨ、ＫＯＨを用いることができる。供給路１３及び長手梁５１の寸法形状に応じて、エッチング液の温度、濃度、及び処理時間などの条件を適切に設定することにより、供給路１３の開口幅及び長手梁５１の形状を制御することができる。

供給路１３の第１面２１における短手方向（Ｙ方向）の開口幅は、例えば１００〜１７０μｍとすることが好ましい。また、供給路１３の第２面２２における短手方向の開口幅は、例えば２００〜１０００μｍとすることが好ましい。長手梁５１の横断面（短手方向に沿った断面（図３（ｄ）））において、第１面２１の長手梁５１の梁幅Ｗ（図３（ｅ））は、例えば３０〜１００μｍとすることが好ましい。さらに、第１面２１から第２面２２に向かう長手梁５１の梁高さＨ（図３（ｅ））は、例えば５０〜７００μｍとすることが好ましい。第１面２１における長手梁５１の長手方向の梁長さＬ（図２（ｂ））は、供給路１３の長辺の長さで決定される。

なお、供給路１３の開口部近傍の酸化膜４がバリとして残っている場合には、例えばバッファードフッ酸（ＢＨF）のウェットエッチングにより除去できる。エッチングが進行し、エッチング面が第１面２１に到達することで、図３（ｄ）に示すように供給路１３が形成される。

供給路１３を形成した後、シリコン基板１０の第１面２１側に形成されている基板表面保護膜１６を除去する。図２（ｆ）に、基板表面保護膜１６を除去する工程を施した後の状態を示す。基板表面保護膜１６を除去には、エチルベンゼン及びキシレンの混合液を用いる方法が挙げられる。

以上の図３に示す工程を経て、図２（ａ）の底面図に示すような細長い長方形状の開口部を有する供給路１３が形成されると共に、供給路１３内には、図２（ｂ）に示すように、供給路１３の長手方向（Ｘ方向）に延在する長手梁５１が形成される。

次に、長手梁５１を形成した後に行う吐出口形成工程を説明する。図４は長手梁５１形成後に行う吐出口形成工程を示す模式図である。この吐出口形成工程では、まず、図４（ａ）に示すように、酸化膜４及び密着向上層２０を含むシリコン基板１０の第１面２１側に、ラミネートテープ１７を貼る。この工程に使用するラミネートテープ１７としては、例えばアクリル系ＵＶ硬化型のテープを用いることができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の第２面２２側から供給路１３内に穴埋め材１８を充填する。穴埋め材１８としては、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなるものを用いることができる。穴埋め材１８の充填には、例えば供給路１３内に挿入できる程度のニードル径を備えたディスペンス装置を用いた充填方法が適用可能である。

次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の第１面２１側に貼り付けられたラミネートテープ１７を除去する。このラミネートテープ１７の除去は、テープ材料特性に対応した波長のＵＶ照射によって行うことができる。

次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板１０の第１面２１に流路１２となる型材１９をパターニングする。型材１９としては、例えばポジ型の感光性樹脂を用いることができる。型材１９は、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて形成することができる。

次に、図４（ｅ）に示すように、シリコン基板１０の第１面２１に吐出口１１をパターニングする。吐出口形成部材９としては、例えばネガ型の感光性エポキシ樹脂を用いることができる。吐出口１１は、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて形成することができる。

次に、図４（ｆ）に示すように、穴埋め材１８及び型材１９を除去する。穴埋め材１８の除去材料としては水を用いることができる。また、型材１９の除去材料としては、例えば、乳酸メチルを用いることができる。穴埋め材１８及び型材１９を除去した後、ベーク処理を行う。

以上説明した工程により、本実施形態における液体吐出ヘッド用基板１が形成される。この液体吐出ヘッド用基板１では、長手方向（Ｘ方向）に延在する長手梁５１の一面（図４では上面）が全体的に密着向上層２０を介して吐出口形成部材９に密着する。すなわち、液体供給路においてもシリコン基板１０に形成された長手梁５１が吐出口形成部材９を支持する。このため、従来の液体吐出ヘッド用基板のように、シリコン基板の供給路内に形成されている長手梁が吐出口形成部材から離間した構造に比べ、本実施形態における液体吐出ヘッド用基板１の強度は大幅に向上する。その結果、樹脂材料によって形成された吐出口形成部材などが液体との接触により膨潤し、応力変化が発生したとしても、液体吐出ヘッド用基板１の変形や吐出口形成部材の剥離などを抑制することが可能になる。このため、本実施形態における液体吐出ヘッド用基板１によれば、液体吐出ヘッドの信頼性向上、延いては記録品質の維持・向上が期待できる。

（第１の実施形態に係る実施例）
以下、上述の第１の実施形態に基づく、実施例を説明する。

＜第１の実施形態の実施例１＞
図５を参照しつつ、本実施例１の長手梁形成過程を説明する。本実施例１においては、密着向上層２０のパターニング工程、及び基板表面保護膜１６の形成・除去工程は、上述の実施形態と同様であり、これらの工程に関する重複説明は省略する。

図５（ａ）は先導孔３３、及び改質層３４を形成する工程を示す横断面図である。本実施例１では、形成すべき長手梁５１の表面（第１面）を１００％被覆するように、密着向上層２０によるパターニングを行った。この密着向上層２０のパターンの寸法形状は、使用するフォトマスクのパターンによって調整可能である。また、シリコン基板１０の厚さは７２５μｍとし、供給路１３の開口部の寸法は、短手方向において３００μｍ、長手方向において２００００μｍを目標とした。

本実施例１では、上記実施形態において説明した表先導孔３２の形成は行わず、裏先導孔３３として、２組の裏先導孔３３１及び裏先導孔３３２を形成した。

まず、裏先導孔３３１を形成した。この裏先導孔３３１の形成において、長手方向の配置間隔は２０μｍ、長手方向の列数は２列、短手方向の配置間隔は１００μｍ、深さは７２５μｍとした。なお、本実施例１では、基板表面保護膜１６を貫通するように裏先導孔３３１を形成した。しかし、裏先導孔３３１は、基板表面保護膜１６は貫通しない位置まで形成するようにしてもよい。

次に、裏先導孔３３２を形成した。この裏先導孔３３２の形成において、長手方向の配置間隔は２０μｍ、長手方向の列数は２列、短手方向の配置間隔は２００μｍ、深さは４００μｍとした。

次に、シリコン基板１０の第２面２２の表面に改質層３４を形成した。この改質層３４の形成工程では、まず供給路１３の開口部を規定する改質パターンを裏先導孔３３２の外側に４０μｍの間隔をおいて形成した。改質パターンは、線幅を２５μｍとし、裏先導孔３３２を囲うようなロの字状の形状に形成した。また、シリコン基板１０において、長手梁５１を形成する直下の領域には、短手方向において１２０μｍの線幅を有するパターンを、形成すべき供給路１３の長手方向の長さ範囲に亘って形成した。

次に、供給路１３及び長手梁５１の形成工程及び基板表面保護膜１６の除去工程を行った。図５（ｂ）は、本実施例１において、供給路１３及び長手梁５１を異方性エッチングにより形成した状態を示す横断面図である。エッチング条件としては、ＴＭＡＨ水溶液（８３℃、２２％）を用い、エッチング時間を１時間に設定した。

長手梁５１の形成過程では、第１面２１及び第２面２２側から（１１１）面を形成しつつエッチングが進行する。裏先導孔３３１においては（０１１）面のエッチングが行われることにより先導孔同士がつながるようにエッチングが進む。このエッチングの進行の差によって、シリコン基板１０の中央付近ではシリコンが消失する。その結果、図５（ｂ）に示すように、長手梁５１が第１面２１側とおよび第２面２２側のそれぞれに形成される。それぞれの長手梁５１の先端（シリコン基板１０の中央に向けて突出する端部）には、上下と左右からのエッチングの影響により高次結晶面が形成される。また、第２面２２側は改質処理を行っているため、第２面２２側に形成される長手梁５１は、第２面から３０μｍ掘込まれた位置に形成される。このとき、供給路１３の第１面２１における短手方向の開口幅は１２０μｍであった。

第１面２１側に形成された長手梁５１の短手方向の梁幅Ｗｆは７０μｍ、梁高さＨｆは５０μｍであった。また、第２面２２側に形成された長手梁５１の梁幅Ｗｓは４０μｍ、梁高さＨｓは２０μｍであった。なお、長手梁５１の各寸法はこれに限定されるものではなく、実施形態に示した範囲内で適宜調整可能である。

図７（ａ）、（ｂ）は本実施例１のシリコン基板１０を示す図である。図７（ａ）は、図５（ｂ）に示すシリコン基板１０の供給路１３を第２裏面２２側からみた底面図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のシリコン基板１０を供給路１３の短手方向（Ｙ方向）における中心を通過し、かつ長手方向（Ｘ方向）と平行するＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿って切断した縦断側面図である。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、供給路１３の短手方向における中央部には、第１面２１側に位置する長手梁５１と第２面２２側に位置する長手梁５１の２本の長手梁５１が長手方向に沿って形成されている。また、図７（ｂ）に示すように、第２面２２側の長手梁５１は、第２面２２から第１面２１に向かって掘込まれた位置に形成されている。

以上のように、本実施例１では、供給路１３の第１面２１側に形成された長手梁５１に加えて、第２面２２側にも長手梁５１が形成されている。このため、第１面２１側だけに長手梁５１が形成されている構成に比べて、シリコン基板１０の強度は高まり、シリコン基板１０にかかる応力による変形をより確実に抑制することが可能になる。

＜第１の実施形態の実施例２＞
本実施例２では、密着向上層２０のパターニング工程、及び基板表面保護膜１６の形成・除去工程などを上述の実施形態と同様に行う。よって、これらの工程に関する重複説明は省略する。密着向上層２０を、形成すべき長手梁の表面（第１面）を１００％被覆するように予めパターニングした。このパターンの寸法形状は、使用するフォトマスクのパターンによって調整可能である。また、シリコン基板１０の基板の厚さは７２５μｍとし、供給路１３の開口部の寸法は、短手方向において２６０μｍ、長手方向において２００００μｍを目標とした。

図６（ａ）は本実施例２の先導孔３２、３３を形成する工程を示している。本実施例２では、表先導孔３２と裏先導孔３３を形成する。裏先導孔３３としては、図３に示す裏先導孔３３のうち裏先導孔３３１のみを形成する。表先導孔３２の長手方向の配置間隔は２０μｍ、表先導孔３２の長手方向の列数は２列、短手方向の配置間隔は１２０μｍ、深さは７５μｍとした。また、裏先導孔３３１の長手方向の配置間隔は２０μｍ、長手方向の列数は２列、短手方向の配置間隔は１６０μｍ、深さは６５０μｍとした。

次に、シリコン基板１０の第２面２２の表面に改質層３４を形成する工程を実施した。この工程では、まず供給路１３の開口部を規定する改質パターンを裏先導孔３３１の外側に４０μｍの間隔をあけて形成した。改質パターンは、線幅２５μｍのパターンにより、裏先導孔３３１を囲うようなロの字状の形状に形成した。また、シリコン基板１０において、長手梁５１を形成する直下の領域に関しては、短手方向において１２０μｍの線幅を有するパターンを、形成すべき供給路１３の長手方向の長さ範囲に亘って形成した。

次に、供給路１３及び長手梁５１の形成工程を行った。図６（ｂ）は、異方性エッチングにより、供給路１３及び長手梁５１を形成した状態を示す横断面図である。エッチング条件としては、ＴＭＡＨ水溶液（８３℃、２２％）を用い、エッチング時間は１時間に設定した。長手梁５１の形成過程では、第１面２１および第２面２２側からは（１１１）面を形成しつつエッチングが進行する。裏先導孔３３１においては、（０１１）面のエッチングが行われることにより、先導孔同士がつながるようにエッチングが進む。但し、本実施例２では、表先導孔３２と裏先導孔３３１とでＺ方向において重なる部分が短いため、エッチングの進行時間が短く、第２面２２側の短手方向の先導孔間隔が広い。このため、シリコン基板１０の中央付近で梁が分断されることなく、一つに繋がった状態で形成される。また、第２面２２側は改質処理を行っているため、第２面２２に対して１５μｍ程度掘込まれた位置に形成される。このとき、供給路１３の第１面２１における短手方向の開口幅は１４０μｍであった。第１面２１側に形成された長手梁５１の梁幅Ｗは１００μｍ程度、梁高さＨは７１０μｍであった。なお、実施例２に示した長手梁５１の各寸法はこれに限定されるものではなく、実施形態に示した範囲内で適宜調整可能である。

図７（ｃ）、（ｄ）は本実施例２のシリコン基板１０を示す図である。図７（ｃ）は、図６（ｂ）に示すシリコン基板１０の供給路１３を第２面２２側からみた底面図である。また、図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示すシリコン基板１０を供給路１３の短手方向（Ｙ方向）における中心を通過し、かつ長手方向（Ｘ方向）と平行するＶＩＩｄ−ＶＩＩｄ線に沿って切断した断面図である。図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、供給路１３の短手方向における中央部には、供給路１３の長手方向に沿って１つの長手梁５１が形成されている。また、図７（ｄ）に示すように、長手梁５１の上面はシリコン基板１０の第１面２１と一致し、長手梁５１の下面は、第２面２２から第１面２１に向かって掘込まれた位置に形成されている。

本実施例２に示した構成により、供給路１３の第１面２１側から第２面２２側に向かって延在した形態で長手梁５１が形成される。このため、長手梁５１の体積は実施例１に比べてさらに増大する。その結果、記録ヘッド用基板の強度はさらに向上し、基板にかかる応力に対し、より高い変形抑制効果を期待できる。

＜第１の実施形態の実施例３及び実施例４＞
次に、第１の実施形態の実施例３を、図８（ａ）を参照しつつ説明する。本実施例３は、第１の実施形態における長手梁５１と吐出口形成部材９とが直接的に密着する構成を備える。ここでは、長手梁５１の梁幅Ｗは１００μｍとし、吐出口形成部材９による長手梁５１の一面（図８（ａ）では上面）に対する被覆率は１００％とした。

図８（ａ）は本実施例３の長手梁５１と吐出口形成部材９とを模式的に示す横断面図である。本実施例３では、長手梁５１と吐出口形成部材９とが直接的に密着し、供給路１３の形成領域内において長手梁５１が吐出口形成部材９を支持する構成となっている。なお、吐出口形成部材９における供給路１３以外の部分は、エネルギー発生素子２の周囲近傍を除き、シリコン基板１０の第１面２１に形成された酸化膜４及び密着向上層２０を介してシリコン基板１０に支持されている。このような吐出口形成部材９と長手梁５１とが直接的に密着する構成を形成する場合には、密着向上層２０のパターニング工程時に梁形成領域上に密着向上層２０および酸化膜４を設けずに、上述の吐出口形成工程を行う。

次に、第１の実施形態の実施例４を説明する。 図８（ｂ）は本実施例４の長手梁５１と吐出口形成部材９とを模式的に示す横断面図である。本実施例４は、上記実施例３と同様に、長手梁５１と吐出口形成部材９とが密着する構成を備え、長手梁５１の梁幅Ｗも、実施例３と同様に１００μｍとした。但し、本実施例４においては、吐出口形成部材９のうち、長手梁５１と接触する面領域の一部に凹部９１を形成し、この凹部９１によって第１の梁の一面と前記吐出口形成部材との間に空隙ｇが形成されており、この点が実施例３と異なる。なお、空隙ｇ以外の部分は、吐出口形成部材９と長手梁５１の一面と直接的に密着している。

空隙ｇを形成する方法としては、例えば、次のような方法がある。まず、シリコン基板１０の第１面２１に凹部９１に対応した形状の型材（図４（ｄ））を形成する。この型材の一部には、型材の除去工程において除去液と接する部分を設けておく。次いで、シリコン基板１０の第１面２１側に吐出口形成部材９を形成した後、除去液によって流路１２を形成すると同時に、型材を除去する。これにより、長手梁５１と吐出口形成部材９との間に空隙ｇが形成される。この空隙ｇの形成領域を調整することによって、長手梁５１の一面に対する吐出口形成部材９の被覆率空隙ｇを形成することにより、長手梁５１の一面に対する吐出口形成部材９の被覆率は７０％となっている。

このように、吐出口形成部材９の一部に凹部９１を形成することにより、吐出口形成部材９の体積および長手梁５１に対する被覆率を調整することができる。その結果、吐出口形成部材９に生じる応力変化の影響を、液体吐出ヘッド用基板１の寸法や供給路寸法の違いに応じて、調整することが可能になる。なお、長手梁５１の上面に対する吐出口形成部材９の被覆率は、上記実施例に示した値に限定されるものではなく、吐出口部にかかる応力を考慮して、適切な被覆率を設定可能である。また、実施例３及び実施例４に示した長手梁５１と吐出口形成部材９とが密着した構成、すなわち、長手梁５１と吐出口形成部材９とが直接的に接触する構成は、上記実施例１及び実施例２に対しても適用可能である。
［第２の実施形態］

次に、本発明の第２の実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１の実施形態と同様に図１に示す構成を有する。以下の説明において上記第１の実施形態と同一の機能を有する構成には同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。

図９は第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板１を示す図である。図９（ａ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド用基板１に設けられるシリコン基板１０の供給路１３を第２面２２側からみた底面図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）のシリコン基板１０を供給路１３の短手方向（Ｙ方向）における中心を通過し、かつ長手方向（Ｘ方向）と平行するＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿って切断した縦断側面図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）のシリコン基板１０を、短手方向（Ｙ方向）と並行するＩＸｃ−ＩＸｃ線に沿って切断した横断面図である。

図９に示すように、液体吐出ヘッド用基板１の供給路１３の内部には、相対向する短辺部１３ａ、１３ｂの間を接続するように、長手方向（Ｘ方向）に延出する長手梁（第１の梁）５１が形成されている。さらに、相対する内面（長辺部１３ｃ、１３ｄ）の間を接続するように、短手方向（Ｙ方向）に沿って短手梁（第２の梁）５２が形成されている。長手梁５１及び短手梁５２は、シリコン基板１０に対し異方性エッチングを行って供給路１３を形成する際に、供給路１３と同時に形成される。長手梁５１及び短手梁５２は、供給路１３が形成されたシリコン基板１０の機械的強度を高める機能を有する。

シリコン基板１０の厚さ方向（Ｚ方向）における長手梁５１及び短手梁５２の寸法（梁高さ）は、シリコン基板１０の厚さよりも小さい。換言すれば、長手梁５１及び短手梁５２は、シリコン基板１０の厚さ方向には部分的にしか設けられていない。従って、長手梁５１及び短手梁５２によって供給路１３が複数に分断されることはない。このシリコン基板１０の第１面２１側には、第１の実施形態と同様に吐出口形成部材９（図１、及び図１３（ｆ）参照）が設けられる。

次に、液体吐出ヘッド用基板１を構成するシリコン基板１０に対して供給路１３、長手梁５１及び短手梁５２を形成する工程を説明する。

図９に示すように、一つの供給路１３内に長手梁５１と短手梁５２を形成する場合、それぞれの梁に対応した先導孔の形成を行う必要がある。本実施形態では、供給路１３を形成する供給路形成領域のうち、長手梁を形成する長手梁形成領域と、短手梁を形成する短手梁形成領域とを区別し、各領域に対応した先導孔の形成を行う。図１０はシリコン基板１０の底面図であり、図中、６０は供給路形成領域を、６１は長手梁形成領域を、６２は短手梁形成領域をそれぞれ示している。

図９では、一つの供給路１３内に、長手梁５１と短手梁５２がそれぞれ１本ずつ形成され、かつ各梁が互いに接触しない位置に形成されている構成を示している。すなわち、１本の長手梁５１と１本の短手梁５２とが共通する梁領域を持たないように形成された構成が図９に例示されている。これに対し、短手梁５２を複数本形成することも可能である。但しこの場合には、短手梁５２間に形成される長手梁５１が、供給路１３から分断されることが懸念される。そのため、長手梁５１と短手梁５２の少なくとも一部が接続されるように各梁の高さを調整することが必要になる。複数の短手梁５２を形成する構成については、後に実施例２において説明する。

図１１は、長手梁形成領域６１に長手梁５１を形成する工程を模式的に示す図であり、図１０に示すシリコン基板１０を、短手方向（Ｙ方向）と並行するＸＩ−ＸＩ線に沿って切断した横断面を示している。図１１（ａ）はシリコン基板１０の第１面２１に密着向上層２０を形成した状態を、図１１（ｂ）はシリコン基板１０の第１面２１上に基板表面保護膜１６を形成した状態をそれぞれ示している。また、図１１（ｃ）は長手梁形成領域６１に先導孔３２、３３及び改質層３４を形成した状態を、図１１（ｄ）は異方性エッチングによって供給路１３及び長手梁５１を形成した状態を、図１１（ｅ）は図１１（ｄ）のＸＩｅ部の拡大図をそれぞれ示している。さらに、図１１（ｆ）は、基板表面保護膜１６を除去する工程を施した後の状態を示している。

この第２の実施形態において、長手梁５１の形成と短手梁５２の形成は、供給路１３の形成と同時に行われる。但し、図１１は、長手梁５１の形成工程に着目した図であり、短手梁５２の形成工程は図１２に示している。図１１に示す長手梁５１の形成工程自体は、前述の第１の実施形態において説明した図３に示す長手梁の形成工程と同様である。すなわち、図１１（ａ）〜（ｆ）は、図３（ａ）〜（ｆ）に対応する。従って、ここでは、図１１に基づく長手梁５１の形成工程についての詳細説明は省略する。なお、図１１（ｄ）、（ｆ）では、長手梁５１が形成されると同時に、短手梁５２が形成された状態を示しており、この点が長手梁５１のみを形成する図３（ｄ）、（ｄ）と異なる。

また、第１面２１における長手梁５１の長方向の梁長さＬ１（図９（ｂ））は、供給路１３の開口部における長辺の長さと、短手梁５２の形成位置で決定される。本実施形態では短手梁５２を供給路１３の長手方向における中央部に形成しているため、短手梁５２の両側に位置する長手梁５１の長手方向の梁長さＬ１は等しくなる。短手梁５２の形成位置が供給路１３の中央部からずれて形成される場合や、複数の短手梁５２が形成される場合には、短手梁５２の両側に位置する長手梁の長さＬ１は互いに異なる長さをとることもある。

次に、短手梁５２の形成工程について説明する。

図１２は、短手梁形成領域６２に短手梁５２を形成する工程を模式的に示す図であり、図１０に示すシリコン基板１０を、短手方向（Ｙ方向）と並行するＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿って切断した横断面を示している。短手梁５２は長手梁５１と同時に形成するが、両者の形成過程を説明するため、図１１とは別の図１２を参照しつつ説明する。密着向上層２０のパターニング、基板表面保護膜１６の形成・除去については、上述の長手梁形成領域６１に長手梁５１を形成する工程と同様のため、詳細な説明は省略する。

図１２（ａ）は、シリコン基板１０の第１面２１上に密着向上層２０を形成する工程を示している。短手梁５２は短辺方向（Ｙ方向）に沿って形成するため、短手梁５２は、吐出口の吐出特性（例えば、吐出口へのインクのリフィル性）に影響を及ぼさない位置に形成する必要がある。この点を考慮し、本実施形態では、第１面２１から第２面２２の方向に掘込んだ位置に短手梁５２の上面（第１面２１側の面）が位置するように形成する。このため、短手梁５２を形成する領域（短手梁形成領域６２（図１０））を含む供給路形成領域６０には、密着向上層２０を形成しないようにすることが好ましい。

図１２（ｂ）は、シリコン基板１０の第１面２１上に基板表面保護膜１６を形成する工程を示している。この工程は図１１（ｂ）に示した工程と同様である。

図１２（ｃ）は、短手梁５２を形成するために、短手梁形成領域６２に先導孔３２、３３、及び改質層３４を形成する工程を示している。なお、以下の説明において短手梁形成領域６２に形成する表先導孔３２を表先導孔３２２と定義する。

まず、基板表面保護膜１６の表面側（図１２（ｃ）において上面側）から、複数の表先導孔３２２を形成する。表先導孔３２２の長手方向（Ｘ方向）の配置間隔は２０〜６０μｍとすることが好ましい。また、Ｘ方向に配列された複数の表先導孔３２２により構成される表先導孔列（長手方向の表先導孔列）を、供給路１３の中心線を基準として対称となる位置に２列以上形成することが好ましい。隣接する表先導孔３２２の短手方向（Ｙ方向）における配置間隔は、形成すべき供給路１３の短手方向における開口幅と、長手梁５１の幅（短手方向における長さ）とに応じて定められるエッチング条件及びエッチング時間等を考慮して設定することが好ましい。短手方向（Ｙ方向）における表先導孔３２２の配置間隔は、例えば２０〜６０μｍとすることが好ましい。さらに短手方向において両端に位置する表先導孔３２２の配置間隔は、上述の長手梁形成領域６１に形成する表先導孔３２１（図１１（ｃ））の配置間隔と同一にすることが好ましい。これは、長手梁形成領域６１と短手梁形成領域６２の境界近傍における供給路の短手方向における開口寸法の差を少なくするためである。

上述のように、短手梁５２は、第１面２１から第２面２２の方向に掘込んだ位置に形成することが好ましい。表先導孔３２２の深さは、５０〜５００μｍとすることが好ましい。

次に、シリコン基板１０の第２面２２側から複数の裏先導孔３３を形成する。なお、以下の説明において、短手梁形成領域６２に形成する裏先導孔３３を裏先導孔３３４と定義する。裏先導孔３３４は、表先導孔３２２が形成されている範囲内に形成されていればよく、表先導孔３２２と長手方向及び短手方向（Ｘ方向及びＹ方向）において同一の位置に形成することが好ましい。裏先導孔３３４の長手方向及び短手方向の配置間隔、及び長手方向に配列された複数の裏先導孔３３４から構成される裏先導孔列（長手方向の裏先導孔列）の列数の設定は、表先導孔列と同様に設定することが可能である。

なお、裏先導孔３３４は短手梁５２の形成に必ずしも必要ではない。形成すべき短手梁５２の形状によっては裏先導孔形成工程を省略することも可能である。但し、本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向における表先導孔３２２と同一の位置及び間隔で、第２面２２側から裏先導孔３３４を形成する工程を行っている。短手梁５２の梁高さが１００μｍ程度以上となるように、裏先導孔３３４の深さは、表先導孔３２２の深さとの兼ね合いを考慮して設定することが好ましい。例えば、裏先導孔３３４の深さは５０〜５００μｍとすることが好ましい。

次に、酸化膜４を含むシリコン基板１０の第２面２２側に改質層３４を形成する。供給路１３の幅を規定する外側の改質層３４のパターンの形成方法は、上述の図１１（ｃ）に対応する図３（ｃ）示した形成方法と同様であるため、説明は省略する。短手梁５２の形状に寄与する内側の改質層３４のパターンは、表先導孔３２２が形成されている範囲内に形成することが好ましい。なお、裏先導孔３３４は短手梁５２の形成に必ずしも必要ではなく、形成すべき短手梁５２の形状によっては、裏先導孔３３４の形成工程を省略することも可能である。また、本実施形態では、図５（ａ）に示すような、内側の改質層３４の形成は行わず、外側の改質層３４のみを形成した。

短手梁５２の上面（第１面２１側の面）は、第１面２１から掘込まれた位置に形成されるため、供給路１３は、短手梁５２の上面側の領域と連通した状態となる。従って、必ずしも第２面２２側を掘込む必要はない。従って、第２面２２側に対して裏先導孔３３４及び改質層３４を形成せずに短手梁５２を形成してもよい。この場合、短手梁５２の下面は、第２面２２と同一面に形成されることとなる。

図１２（ｄ）、（ｅ）は、異方性エッチングにより、供給路１３および短手梁５２を形成した状態を示している。エッチング液、エッチング条件、および供給路１３の開口寸法の設定については、上述の図１１（ｄ）に対応する図３（ｄ）と同様に行うことができる。短手梁５２の梁幅Ｗ２（短手方向の長さ）は、例えば１００〜１０００μｍで形成することが好ましい。また、第１面２１から第２面２２に向かう短手梁５２の梁高さＨ２は、例えば１００〜５００μｍとすることが好ましい。短手梁５２の上面を第１面２１から第２面２２の方向に掘込む距離としては、吐出特性に影響しない範囲に設定することが好ましい。短手梁形成領域６２を、第１面２１から第２面２２の方向に掘込む距離、すなわち、第１面２１から短手梁５２の上面までの距離としては、例えば５０μｍ以上とすることが好ましい。

図１２（ｆ）は、シリコン基板１０の第１面２１側に形成されている基板表面保護膜１６を除去した状態を示す横断面図である。基板表面保護膜１６を除去する工程は、図１１（ｆ）に対応する図３（ｆ）に示した工程と同様である。

長手梁５１及び短手梁５２の形成工程が終了した後、図１３に示す吐出口形成工程を行う。図１３に示す工程は、前述の第１の実施形態において説明した図４に示す吐出口形成工程と同様である。すなわち、図１３（ａ）〜（ｆ）は、図４（ａ）〜（ｆ）に対応する。従って、ここでは、図１３に基づく長手梁５１の形成工程についての詳細説明は省略する。なお、図１３では、長手梁５１と共に短手梁５２が形成された状態を示しており、この点が図４と異なる。

以上、図１１〜図１３に示した工程により、長手梁５１、短手梁５２を有した本実施形態における液体吐出ヘッド用基板１が形成される。

本実施形態における液体吐出ヘッド用基板１は、上記第１の実施形態と同様に、吐出口形成部材９を長手梁５１が支持するため、従来の液体吐出ヘッドに比べて高い強度を得ることができる。さらに、供給路１３の内部には、供給路１３の短辺部１３ｂ、１３ｂに亘って短手梁５２が形成されているため、シリコン基板１０の強度はさらに向上する。従って、吐出口形成部材９に応力変化などが発生しても、液体吐出ヘッド用基板１の変形を抑制することが可能になり、これを用いた液体吐出ヘッドの信頼性はさらに向上する。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲内において、上記実施形態に対して様々な変更及び変形が可能である。

（第２の実施形態に係る実施例）
以下、上述の第２の実施形態に基づく、実施例を説明する。

＜第２の実施形態の実施例１＞
図１４は、本実施例１における液体吐出ヘッド用基板のシリコン基板１０の構成を示す図である。図１４（ａ）は、シリコン基板１０の供給路１３を第２面２２側から見た底面図である。図示のように、供給路１３の長手方向（Ｘ方向）に沿って供給路の中央部に長手梁５１が形成されている。さらに、供給路１３の長手方向の中央部に、長手梁５１と直交する短手方向（Ｙ方向）に沿って短手梁５２が形成されている。

また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す供給路１３の短手方向における中心を通過し、かつ長手方向（Ｘ方向）と平行するＸＩＶｂ−ＸＩＶｂ線に沿って切断した縦断側面図である。図示のように、供給路１３の内部で長手梁５１及び短手梁５２は互いに繋がった状態で形成されている。

図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のシリコン基板１０を、短手方向（Ｙ）と並行するＸＩＶｃ−ＸＩＶｃ線に沿って切断した横断面図である。

上記のように、本実施例１における液体吐出ヘッド用基板は、長手梁５１と短手梁５２が繋がった構成を備える。長手梁５１と短手梁５２とが繋がるように構成するためには、上述の第２の実施形態に示した構成に対して、長手梁５１の梁高さＨ１を大きくする必要がある。このような長手梁５１の形成工程を図１５に示す。なお、密着向上層２０のパターニング工程、及び基板表面保護膜１６の形成・除去工程は、上述の実施形態と同様であり、これらの工程に関する重複説明は省略する。

図１５（ａ）は先導孔３２、３３及び改質層３４を形成する工程を示す横断面図である。まず、形成すべき長手梁５１の表面（第１面）を１００％被覆するように密着向上層２０によるパターニングを行った。この密着向上層２０のパターンの寸法形状は、使用するフォトマスクのパターンによって調整可能である。また、シリコン基板１０の基板厚さは７２５μｍとし、供給路１３の開口部の寸法は、短手方向において２６０μｍ、長手方向において２００００μｍを目標とした。

次に、シリコン基板１０に対し、先導孔３２を形成した。本実施例１では、図１１に示した先導孔のうち、表先導孔３２と、裏先導孔３３１を形成した。ここで、表先導孔３２の長手方向の配置間隔は２０μｍ、長手方向の列数は２列、短手方向の配置間隔は１２０μｍ、深さは７５μｍとした。また、裏先導孔３３１の形成において、長手方向の配置間隔は２０μｍ、長手方向の列数は２列、短手方向の配置間隔は１６０μｍ、深さは６５０μｍとした。

次に、シリコン基板１０の第２面２２の表面に改質層３４を形成した。この改質層３４の形成工程では、まず、供給路１３の開口部を規定する改質パターンを、裏先導孔３３１の外側に４０μｍの間隔をあけて形成した。改質パターンは、線幅２５μｍとし、裏先導孔３３１を囲うようなロの字状に形成した。また、シリコン基板１０のうち、長手梁５１を形成する直下の領域に関しては、短手方向において１２０μｍの線幅を有するパターンを、形成すべき供給路１３の長手方向の長さに対応する範囲に亘って形成した。

次に、供給路１３と共に、長手梁５１及び短手梁５２の形成を行った。図１５（ｂ）は異方性エッチングにより、供給路１３及び長手梁５１を形成した状態を示す横断面図である。エッチング条件としては、ＴＭＡＨ水溶液（８３℃、２２％）を用い、エッチング時間は１時間で設定した。

この長手梁５１の形成過程では、エッチングが、第１面２１および第２面２２側から（１１１）面を形成しつつ進行する。裏先導孔３３１においては、（０１１）面に対してエッチングが行われることにより、先導孔同士がつながるようにエッチングが進む。なお、第２面２２側には改質処理によって改質層３４が形成されているため、第２面２２に対しては、１５μｍ掘込まれた位置までエッチングが進行する。このとき、供給路１３の第１面２１における短手方向の開口幅は１４０μｍであった。第１面２１側に形成された長手梁５１の梁幅Ｗ１は１００μｍ、梁高さＨ１は７１０μｍであった。

短手梁５２は、上記第２の実施形態に示した工程に基づいて形成したため、ここでは短手梁５２の形成工程の詳細な説明は省略する。短手梁５２の形成工程では、短手梁５２の長手方向における長さＬ２は３００μｍ、梁高さＨ２は４００μｍとした。また、短手梁５２は第１面２１から２００μｍ掘込んだ距離に形成した。このときの表先導孔３２２の深さは２００μｍ程度、裏先導孔３３４の深さは１００μｍとした。
以上のように、本実施例１に示す液体吐出ヘッド用基板１では、長手梁５１と短手梁５２とが繋がった形状を有するため、長手梁５１と短手梁５２の強度が高まり、シリコン基板１０全体の強度向上が期待できる。なお、本実施例１に示した長手梁５１、短手梁５２の各寸法はこれに限定されるものではなく、実施形態に示した範囲内で適宜調整可能である。

＜第２の実施形態の実施例２＞
図１６は、本実施例２における液体吐出ヘッド用基板のシリコン基板１０の構成を示す図である。図１６（ａ）は、シリコン基板１０を第２面２２側から見た底面図である。また、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示す供給路１３の短手方向における中心を通過し、かつ長手方向（Ｘ方向）と平行するＸＶＩｂ−ＸＶＩｂ線に沿って切断した縦断側面図である。

図１６（ｂ）に示すように、供給路１３の内部には、長手梁５１と短手梁５２とが互いに繋がった状態で形成されている。さらに、短手梁５２は、一つの供給路１３内に複数形成されている。図では、短手梁５２が３本形成された例を示している。すなわち、供給路１３の長手方向における中央部に１本の短手梁５２が形成されると共に、中央部の短手梁５２の両側からそれぞれ５０００μｍ離れた位置に残り２本の短手梁５２が形成されている。なお、図１６に示す構成は一例であり、短手梁５２の構成、配置、本数等は本例に限定されるものではない。例えば、短手梁５２の本数は、形成すべき供給路１３の寸法、長手梁５１および短手梁５２の形状を考慮して、適宜設定することが可能である。各短手梁５２の形成方法は上述の形成方法と同様であるため、ここでは形成方法に関する説明は省略する。

以上のように、本実施例２では、供給路１３内に、長手梁５１と、これに繋がる複数の短手梁５２を設けた。このため、シリコン基板１０の強度はさらに高まり、液体吐出ヘッド用基板１の全体的な強度も大幅に向上する。従って、記録ヘッド用基板を用いた記録ヘッドの信頼性は向上し、記録ヘッドを用いて形成される画像の品質の向上も期待できる。

なお、実施例２に示した長手梁５１、短手梁５２の各寸法はこれに限定されるものではなく、実施形態に示した範囲内で適宜変更可能である。例えば、短手梁５２を次のように配置することも可能である。供給路１３の長手方向における中央部に１本形成し、ここから両側にそれぞれ３０００μｍ、５０００μｍ離れた位置に、残りの２本の短手梁５２を形成することも可能である。この場合、中央部に位置する短手梁５２は第１面２１から２００μｍ掘込んだ距離に形成し、梁長さＬ２は３００μｍ、梁高さＨ２は４００μｍとする。中央部に位置する短手梁５２の両側に位置する２本の短手梁５２は、第１面２１から４００μｍ掘込んだ距離に形成する。梁長さＬ２は４００μｍ、梁高さＨ２は２００μｍとする。長手梁５１の構成は実施例２と同様に形成する。

このように、短手梁５２の形成位置を調整することにより、シリコン基板１０に加わる力が部分的に異なる場合にも、これに適切に対応することが可能になる。すなわち、シリコン基板１０において応力が発生する位置及び応力の大きさに応じて、短手梁の形成位置、及び寸法形状を決定することにより、シリコン基板１０の変形をより効果的に抑制することが可能になる。なお、実施例３に示した長手梁５１、短手梁５２の各寸法はこれに限定されるものではなく、実施形態に示した範囲内で適宜調整可能である。

（他の実施形態）
以上説明した本発明に基づくシリコン基板の加工方法は、シリコン基板を含んで構成される構造体、特に液体吐出ヘッド等のデバイスの製造工程において、液体吐出ヘッドの液体供給路をシリコン基板に形成する際に好適なものである。上記実施形態では、液体吐出ヘッドにおいてエネルギー発生素子が設けられる基板すなわち液体吐出ヘッド用基板の製造方法に、本発明に基づくシリコン基板の加工方法を適用する例を示した。しかし、本発明に基づくシリコン基板の加工方法は、液体吐出ヘッド用基板の製造のみに用いられるものではなく、シリコン基板を用いる他の構造体の製造や加工にも用いることができる。なお、液体吐出ヘッド用基板の製造に本発明に基づくシリコン基板の加工方法を適用する場合、シリコン基板として、表面の結晶方位が（１００）面であるかあるいは（１００）面と結晶方位的に同等な面であるものを用いることが好ましい。この場合、基板厚が５８０〜７５０μｍであるものを用いることが好ましい。

１ 液体吐出ヘッド用基板
９ 吐出口形成部材
１０ シリコン基板
１１ 吐出口
２１ 第１面
２２ 第２面
３２ 表先導孔
３３ 裏先導孔
５１ 長手梁（第１の梁）
５２ 短手梁（第２の梁）

Claims (13)

1. 液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記吐出口形成部材を支持する第１面と当該第１面とは反対側の第２面とを有する基板とを含む液体吐出ヘッド用基板であって、
   前記基板は、前記第１面から前記第２面へと貫通する供給路と、前記供給路の相対向する内面に形成された梁と、を有し、
   前記梁の少なくとも一部は、前記吐出口形成部材の少なくとも一部を支持していることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記吐出口形成部材は、複数の前記吐出口が所定の方向に沿って配列され、
   前記供給路は、前記吐出口の配列方向に沿って延在し、
   前記梁は、前記供給路の内面に前記配列方向に沿って延在するよう形成された第１の梁により構成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
3. 前記第１の梁のうち前記吐出口形成部材を支持する面と反対側の面は、前記基板の第２面から第１面の方向に掘り込まれた位置に形成されている、請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 前記吐出口形成部材は、複数の前記吐出口が所定の方向に沿って配列され、前記梁は、前記第１の梁と、前記供給路の内面に前記配列方向と交差する方向に沿って延在するように形成された第２の梁により構成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記第１の梁と前記第２の梁とは、互いに繋がらない状態で形成されている、請求項４に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 前記第１の梁と前記第２の梁は、互いに繋がった状態で形成されている、請求項４に記載の液体吐出ヘッド用基板。
7. 前記第２の梁は、所定の間隔を介して複数本形成されている、請求項６に記載の液体吐出ヘッド用基板。
8. 前記第１の梁は、当該第１の梁の一面に設けられた層を介して前記吐出口形成部材を支持している、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
9. 前記層は、前記吐出口形成部材に密着する密着向上層を含む、請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板。
10. 前記第１の梁は、前記吐出口形成部材に接触している、請求項３乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
11. 前記吐出口形成部材は、前記第１の梁と接触する面の一部に凹部を有し、前記凹部と前記吐出口形成部材との間に空隙が形成されている、請求項１０に記載の液体吐出ヘッド用基板。
12. 液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記吐出口形成部材を支持する第１面と当該第１面とは反対側の第２面とを有する基板と、を含む液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
    前記第１面から前記第２面へと貫通する供給路と、前記供給路の相対向する内面に梁を形成する基板加工工程と、
    前記基板の前記第１面に前記吐出口形成部材を形成する吐出口形成工程と、を備え、
    前記基板加工工程は、前記吐出口形成部材の少なくとも一部を支持する位置に、前記梁の少なくとも一部を形成することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
13. 前記基板加工工程は、前記基板において、レーザー加工によって先導孔を形成した後、前記先導孔が形成された領域から異方性エッチングを施すことにより、前記供給路及び前記梁を形成する、請求項１２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。

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