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］
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.
[First Embodiment]
（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。
(Basic configuration)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the body discharge head substrate according to the present embodiment. The liquid discharge head substrate 1 includes a silicon substrate 10 and a discharge port forming member 9 provided on one surface (the upper surface in FIG. 1). A plurality of energy generating elements 2 for generating energy for discharging a liquid are arranged on the silicon substrate 10 at a predetermined pitch to form an energy generating element row. FIG. 1 shows an example in which two discharge port arrays are arranged in parallel on a silicon substrate 10. The energy generating element 2 is provided only on one surface (upper surface in FIG. 1) of two opposing surfaces of the silicon substrate 10 constituting the liquid discharge head substrate 1.
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。
In the following description, of the two surfaces of the silicon substrate 10, the surface 21 on which the energy generating element 2 is provided is referred to as a first surface, and the surface 22 opposite to the first surface 21 is referred to as a second surface. The silicon substrate 10 has an elongated rectangular shape extending in the direction in which the energy generating elements 2 are arranged. Hereinafter, the longitudinal direction of the silicon substrate 10 is defined as the X direction, and the direction intersecting (perpendicular in the present embodiment) with the X direction (the short side direction of the silicon substrate 10) is defined as the Y direction.
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。
The silicon substrate 10 has a supply path 13 penetrating from the first surface 21 to the second surface 22. The supply path 13 supplies a liquid from the second surface 22 side of the silicon substrate 10 to the first surface 21 side, and supplies the liquid to a discharge port 11 of a discharge port forming member 9 (FIG. 1) described later. It is. The opening of the supply path 13 on the side of the first surface 21 is located between the two rows of the energy generating elements 2.
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。
As will be described later, the supply path 13 is formed in the silicon substrate 10 by performing anisotropic etching from the second surface 22 side. The supply path 13 has a slit-like shape extending in the direction in which the energy generating elements 2 are arranged, that is, in the X direction. In addition, the cross-sectional shape of the supply passage 13 has a tapered shape narrowing from the second surface side toward the first surface side. Note that a longitudinal beam 51 which is a characteristic configuration of the present embodiment is formed on the inner surface of the supply path 13.
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。
FIG. 2 is a diagram illustrating the liquid discharge head substrate 1 according to the present embodiment. FIG. 2A is a bottom view seen from the second surface side. FIG. 2B is a longitudinal section taken along a line Ib-Ib which passes through the center of the supply path 13 shown in FIG. 2A in the short direction (Y direction) and is parallel to the long direction (X direction). It is a side view. As shown in FIG. 2, a longitudinal beam 51 extending in the longitudinal direction (X direction) is formed inside the supply path 13 so as to connect between opposing inner surfaces (short sides 13 a and 13 b). Have been. As will be described later, the longitudinal beam 51 is formed simultaneously with the supply path 13 when the supply path 13 is formed by performing anisotropic etching on the silicon substrate 10. The longitudinal beam 51 has a function of increasing the mechanical strength of the silicon substrate 10 on which the supply path 13 is formed.
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。
The dimension (beam height) of the longitudinal beam 51 in the thickness direction of the silicon substrate 10 is larger than the thickness of the silicon substrate 10 (length in the direction perpendicular to each surface from the first surface 10a to the second surface 10b). small. In other words, the longitudinal beam 51 is provided only partially in the thickness direction (Z direction) of the silicon substrate 10. Therefore, the supply path 13 is not divided into a plurality of parts by providing the longitudinal beam (first beam) 51.
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。
As shown in FIG. 1, the discharge port forming member 9 has a plurality of discharge ports 11 corresponding to the plurality of energy generating elements 2. The discharge port forming member 9 is a member that also functions as a ceiling, a side wall, and the like of the flow path 12 communicating from the supply path 13 to each discharge port 11. That is, the discharge port forming member 9 is a member that forms a part of the flow path 12, and is in constant contact with the liquid during use of the liquid discharge head. For this reason, the ejection port forming member 9 is required to have high mechanical strength as a structural material, adhesion to the silicon substrate 10 as a base, and liquid resistance (for example, ink resistance). Further, the discharge port forming member 9 is required to have a resolution for patterning a fine pattern as the discharge port 11. Therefore, the discharge port forming member 9 is made of a resin material in consideration of the above conditions.
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。
Next, a process for simultaneously forming the supply path 13 and the longitudinal beam 51 on the silicon substrate 10 constituting the liquid discharge head substrate 1 will be described. The area corresponding to the position where the supply path 13 is to be formed on the second surface 22 of the silicon substrate 10 is referred to as a supply path formation area. In the processing method of the silicon substrate 10 according to the present embodiment, the supply path forming region is formed on the silicon substrate 10 from both sides of the first surface 21 and the second surface 22 or from only the second surface 22. A plurality of through / non-through holes (hereinafter, referred to as leading holes) having a depth of? Thereafter, the silicon substrate 10 is subjected to anisotropic etching from the side where the opening of the leading hole is formed.
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。
Hereinafter, the step of forming a plurality of leading holes in the supply path forming region is referred to as a leading hole forming step. Further, a step of performing anisotropic etching on the silicon substrate 10 having the leading hole formed therein and simultaneously forming the supply path 13 and the longitudinal beam 51 in the supply path 13 is referred to as an etching step. In addition, the process including the leading hole forming process and the etching process is referred to as a substrate processing process.
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。
In the etching step, it is necessary to provide an etching mask in advance on the second surface 22 of the silicon substrate 10 in order to prevent anisotropic etching from proceeding to a position other than the supply path forming region. The etching mask is provided at least outside the supply path forming region. The etching mask is formed, for example, by providing the oxide film 4 on the second surface 22. Further, an etching mask can be provided in a part of the supply path forming region.
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。
On the other hand, oxide film 4 is also provided in advance on first surface 21 of the silicon substrate as an etching mask. Further, the first surface 21 and the oxide film 4 are formed on the first surface 21 corresponding to the formation area of the opening of the supply path 13 formed on the first surface 21 in order to obtain the desired shape of the longitudinal beam 51. A sacrificial layer to be described later may be provided in advance.
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。
In the etching process, anisotropic etching proceeds from the second surface 22 of the silicon substrate 10 and anisotropic etching also proceeds from the side and bottom surfaces of the guide hole. At this time, in the plurality of leading holes, by changing the interval or the depth of adjacent leading holes, the etching progress rate in anisotropic etching changes. In general, by shortening the distance between the adjacent guide holes or increasing the depth of the guide holes, the time until the adjacent guide holes are connected by anisotropic etching is also shortened. This increases the etching rate.
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。
When the liquid ejection head substrate 1 shown in FIG. 1 is formed by the processing method according to the present embodiment, the energy generation element 2 and a wiring layer connected to the energy generation element 2 are prepared in advance as the silicon substrate 10. It is preferable to use the one formed on the first surface 21. That is, by forming the energy generating element 2 and the wiring layer in a step separate from the step of forming the supply path and the longitudinal beam, each manufacturing step can be simplified, and the accuracy of each part can be reduced. It is possible to increase it further.
（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。
(Feature configuration)
Next, the characteristic configuration and the manufacturing process of the liquid ejection head substrate 1 of the present embodiment described in the basic configuration will be described more specifically.
＜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。
<Silicon substrate>
In the present embodiment, as the silicon substrate 10 to be processed, an elongated rectangular silicon substrate 10 in which the crystal orientation of the substrate surface is the (100) plane is used. As shown in FIG. 3A, the energy generating element 2 is formed on the first surface 21 of the silicon substrate 10 in advance. It should be noted that a wiring layer connected to the energy generating element 2 is formed on the actual substrate, but is not shown because it does not relate to the essence of the present invention.
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。
An oxide film 4 made of, for example, SiO 2 (silicon dioxide) is provided on a part of the second surface 22 of the silicon substrate 10. The oxide film 4 is provided so as to cover a region on the second surface 22 outside a region where a supply path is to be formed (supply path formation region). Further, it is provided in the supply path forming area so as to cover a part of the area. Although not essential, a substrate protection film for protecting the second surface of the silicon substrate 10 may be formed on the oxide film 4. As the substrate protective film, for example, a polyether amide resin can be used. In the present embodiment, a configuration in which the substrate protective film is not provided is assumed.
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。
On the other hand, an oxide film 4 made of, for example, SiO 2 is provided on a part of the first surface 21 of the silicon substrate 10. Although not essential, a sacrifice layer may be formed on a part of the first surface 21. When the sacrificial layer is formed, the formation position is, for example, a position where the supply path 13 is formed on the first surface 21. By providing the sacrifice layer, the width of the opening of the supply path 13 can be better controlled. The sacrifice layer is a layer having a higher etching rate with respect to the etchant than the silicon substrate 10. For example, it can be formed of an Al-Si alloy, Al-Cu, Cu, or the like. However, in the present embodiment, a configuration in which no sacrificial layer is provided is assumed.
＜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。
<Guiding hole forming step>
In the leading hole forming step, a plurality of leading holes are formed from both sides of the first surface 21 and the second surface 22 of the silicon substrate 10 or only from the second surface 22 side. In the present embodiment, as shown in FIG. 3C, a front leading hole 32 processed from the first surface 21 side and a back leading hole 33 processed from the second surface 22 side are formed. As a method of forming the leading holes 32 and 33, for example, a processing method by a laser ablation technique using pulsed laser light can be used. The depth of the leading holes 32, 33 can be any depth including penetration / not penetration.
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。
In order to maintain the formation accuracy and uniformity of the supply path 13 and the longitudinal beam 51, the leading holes 32 and 33 are formed at the center line in the longitudinal direction of the supply path 13 (in the short direction (Y direction) of the opening of the supply path 13). It is preferably formed along a longitudinal direction (line in the X direction) passing through the center. It is preferable to set the interval between the leading holes 32 and 33 so that adjacent leading holes do not overlap each other. For this reason, the arrangement interval between the leading holes 32 and 33 is set in consideration of the diameter of the leading holes 32 and 33, the processing position accuracy of the processing device by laser beam irradiation, the alignment accuracy, and the like. The diameter of the guide holes 32 and 33 formed on the silicon substrate 10 is preferably 5 to 20 μm. In this embodiment, in each of the guide holes 32 and 33, the shortest distance among the centers of the guide holes adjacent to each other in the X direction and the Y direction is defined as the arrangement interval of the guide holes.
＜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。
<Etching process>
In the etching step, anisotropic etching is performed from the second surface 22 of the silicon substrate 10. As an etchant used for the anisotropic etching, for example, a strong alkaline solution such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide) or KOH (potassium hydroxide) is used. As the etching proceeds and the etched surface reaches the first surface 21, the supply path 13 is formed. The size of the supply path forming area, that is, the size of the opening of the supply path 13 is determined according to the arrangement of the discharge ports 11 in the liquid discharge head substrate 1 to be created and the size of the supply path to be formed. For this reason, the size of the opening of the supply path 13 is not limited to a certain size. In the present embodiment, the dimension of the opening of the supply path 13 in the direction (X direction) along the discharge port row is 5 to 40 mm, and the dimension in the Y direction is 200 μm to 1.5 mm.
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。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional side view schematically showing a process of forming a supply path and a longitudinal beam for a silicon substrate 10 that forms a part of the liquid discharge head substrate 1 in the present embodiment. FIG. 3A shows a step of forming an adhesion improving layer (layer) 20 on the first surface 21 of the silicon substrate 10. As the adhesion improving layer 20, for example, polyetheramide can be used. As a method for forming the adhesion improving layer 20, for example, there is a method in which a positive photosensitive resin (not shown) is used as a mask and formed by a general photolithography technique. Further, as the adhesion improving layer 20, a photosensitive epoxy resin can be used. Also in this case, the adhesion improving layer 20 can be formed by a general photolithography technique. Hereinafter, the description will be made on the assumption that polyetheramide is used as the adhesion improving layer 20.
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。
The adhesion improving layer 20 is preferably arranged so as to form a pattern near the discharge port forming member 9 in order to improve the adhesion with the discharge port forming member 9. In the following steps, in order to improve the adhesion between the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 (see FIGS. 1 and 4), at least a part of the adhesion improving layer 20 is formed so as to adhere to the longitudinal beam 51. . As the contact area between the longitudinal beam 51 and the adhesion improving layer 20 is larger, the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 are more firmly adhered to the adhesion improving layer 20. More firmly supported. As a result, the strength of the liquid discharge head substrate 1 is improved, and the effect of suppressing deformation due to stress generated in the discharge port forming member 9 and the like is also increased. It is preferable that the area of the adhesion improving layer 20 that is in close contact with the longitudinal beam 51 covers 30 to 100% of the surface area of the longitudinal beam 51 on the first surface 21.
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。
In the present embodiment, it is sufficient that the longitudinal beam 51 supports at least a part of the discharge port forming member 9, and a portion that directly contacts the longitudinal beam 51 is not limited to the adhesion improving layer 20. The configuration in which the longitudinal beam 51 comes into contact with a portion other than the adhesion improving layer 20 will be described in an example described later.
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。
FIG. 3B shows a state in which the substrate surface protection film 16 is formed on the first surface 21 of the silicon substrate 10. The substrate surface protection film 16 is a film formed to prevent a portion of the first surface 21 other than the portion where the front guide hole 32 is formed from being etched in the etching process. As the substrate surface protective film 16, for example, a cyclized rubber-based resin can be used. The substrate surface protection film 16 can be formed on the first surface 21 of the silicon substrate 10 by, for example, a spin coating method. The film thickness of the substrate surface protection film 16 needs to have a thickness that can withstand etching, and is determined according to an etching solution to be used, etching conditions, and the like. For example, when performing anisotropic etching with a TMAH aqueous solution (83 ° C., 22%) for 0.5 to 4 hours, it is preferable to form the substrate surface protective film 16 to a thickness of 5 to 50 μm.
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。
FIG. 3C shows a step of forming the guide holes 32 and 33 and the modified layer 34 in the longitudinal beam forming region 61 to form the longitudinal beam 51. The front guide hole 32 formed in the longitudinal beam forming region 61 is defined as a front guide hole 321. First, a plurality of front guide holes 32 penetrating through the substrate surface protection film 16 and the oxide film 4 and entering the inside of the silicon substrate 10 are formed from the surface side (the upper surface side in FIG. 3C) of the substrate surface protection film 16. I do. It is preferable to set the interval between adjacent front guide holes 32 in the longitudinal direction (X direction) and the short direction (Y direction) as follows.
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。
For example, when the diameter of the front guide hole 32 is about 10 μm, the processing position accuracy of the laser processing apparatus is about ± 10 μm, and the alignment accuracy is about ± 5 μm, the arrangement interval of the front guide hole 32 in the longitudinal direction (X direction). Is preferably about 20 to 60 μm. In addition, the rows of the front guide holes 32 (rows of the front guide holes formed by the plurality of front guide holes 32 arranged in the X direction) are positioned symmetrically with respect to the longitudinal center line of the supply path 13. It is preferable to form two rows.
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。
The interval between adjacent front guide holes 32 in the short direction (Y direction) depends on the opening width of the supply passage 13 to be formed in the short direction and the width of the long beam 51 (length in the short direction). It is preferable to set in consideration of the etching conditions and the etching time determined in advance. The arrangement interval of the front guide holes 32 in the short direction (Y direction) is preferably, for example, 100 to 150 μm. The depth of the front guide hole 32 is also considered in consideration of an etching condition, an etching time, and the like determined according to an opening width of the supply passage 13 to be formed in the short direction and a length of the long beam 51 in the short direction. It is preferable to set. The front guide hole 32 preferably has a depth of, for example, 50 to 300 μm. In the present invention, the front guide hole 32 is not always necessary for forming the longitudinal beam 51. Depending on the shape of the longitudinal beam 51, the step of forming the front guide hole 32 can be omitted. The configuration in which the front guide hole 32 is not formed will be described in Examples described later.
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。
Next, a plurality of back leading holes 33 are formed from the second surface 22 side of the silicon substrate 10. Of the plurality of back front guide holes 33, the back front guide hole formed closest and deepest to the front front guide hole 32 is referred to as a back front guide hole 331. In addition, in order to control the shape of the supply path 13 and the shape of the longitudinal beam 51, the one formed outside the back front guide hole 331 and the one formed inside the back front guide hole 331 are referred to as the back front guide hole 333. I do. A plurality of back guide holes 331, 332, 333 are respectively arranged along the longitudinal direction (X direction).
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。
The arrangement interval of the back guide holes 331 in the longitudinal direction (X direction) is preferably 20 to 60 μm. When the front leading hole 32 is formed prior to the back leading hole 33, the back leading hole 331 is arranged at the same arrangement interval in the X direction of the front leading hole 32 formed earlier. Is preferred. A back guide hole row composed of a plurality of back guide holes 331 arranged in the X direction may be formed in two rows at positions symmetrical with respect to a center line extending in the longitudinal direction (X direction) of the supply path 13. preferable.
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。
When the front leading hole 32 is formed prior to the back leading hole 33, the arrangement interval of the back leading hole 331 in the short direction (Y direction) is the spacing of the front leading hole 32 in the short direction (Y direction). It is preferable to set it wider. For example, it is preferable that the back leading hole 331 is formed at a distance of 20 to 60 μm in the short direction (Y direction) from the front leading hole 32 closest to the back leading hole 331. That is, it is preferable that the arrangement interval of the back guide holes 331 in the short direction (Y direction) is set to 120 to 270 μm. When the front guide hole 32 is not formed in advance, it is preferable that the arrangement interval of the back guide hole 331 in the short direction (Y direction) is set to, for example, 100 to 150 μm.
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。
When the front leading hole 32 is formed prior to the back leading hole 33, the sum of the depth (distance in the Z direction) of the back leading hole 331 and the depth of the front leading hole 32 is the thickness of the silicon substrate 10. It is preferable that the setting is made larger than the above. For example, when the depth of the front leading hole 32 is 75 to 300 μm, the depth of the rear leading hole 331 is preferably set to 450 to 650 μm. On the other hand, when the front leading hole 32 is not formed prior to the back leading hole 33, the depth of the back leading hole 331 is preferably 600 to 725 μm.
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。
It is preferable that the arrangement interval of the back guide holes 332 in the longitudinal direction (X direction) is set to be the same as the arrangement interval of the back guide holes 331 in the longitudinal direction. That is, the thickness is preferably 20 to 60 μm. Two or more even-numbered back guide holes formed of a plurality of back guide holes 332 arranged in the longitudinal direction (X direction) are symmetric with respect to the center of the supply path 13. Is preferred.
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。
The arrangement interval of the back guide holes 332 in the short direction (Y direction) may be set to be larger than the arrangement interval of the back guide holes 331 in the short direction in consideration of the shape of the long beam 51 to be formed. preferable. The back guide hole 332 closest to the back guide hole 331 is preferably formed at a distance of 20 to 60 μm in the lateral direction (Y direction) from the back guide hole 331 closest to the back guide hole 332. Further, when the back front guide hole 332 is further formed outside the back front guide hole 332 closest to the back front guide hole 331, the back front guide hole 332 adjacent to the inside of the front guide hole 332 formed outside is shorter. It is preferable to form them 20 to 60 μm apart in the hand direction. The depth of the back guide hole 332 is preferably 100 to 600 μm.
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。
It is preferable that the arrangement interval of the back guide holes 333 in the longitudinal direction (X direction) is set to be the same as the arrangement interval of the back guide holes 331 in the longitudinal direction. Regarding the number of rows of the back guide holes 333 in the longitudinal direction (X direction), it is preferable that one or more rows are formed at symmetrical positions with respect to a center line extending in the longitudinal direction of the supply path 13. When two or more rows of the back leading holes 333 are formed, the arrangement interval in the short direction (Y direction) is preferably, for example, 40 to 80 μm. The depth of the back guide hole 332 is preferably 100 to 600 μm.
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。
In the present invention, the back leading hole 332 and the back leading hole 333 are not necessarily required for forming the longitudinal beam 51. Depending on the shape of the longitudinal beam 51 to be formed, the step of forming the back front guide holes 332 and 333 can be omitted. A configuration in which the back front guide hole 332 and the back front guide hole 333 are not formed will be described in an embodiment described later. Note that the arrangement interval, the number of rows, the depth, and the like of each guide hole described above can be appropriately adjusted according to the shape of the longitudinal beam 51 to be formed.
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。
Next, a step of forming the modified layer 34 on the second surface 22 side of the silicon substrate 10 including the oxide film 4 will be described. As a technique for performing the modification, for example, there is a method of irradiating a laser. By irradiating the laser to the second surface 22 side of the silicon substrate 10 including the oxide film 4, the portion irradiated with the laser is modified, and the modified layer 34 is formed. The oxide film 4 does not exist in the portion where the modified layer 34 is formed. As described above, since the oxide film 4 functions as a mask in the etching step, etching proceeds in a portion where the oxide film 4 does not exist. Therefore, the size of the opening of the supply path 13 on the second surface 22 side can be controlled by the pattern of the modified layer 34 and the etching time.
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。
It is preferable that the reforming layer 34 be formed outside the guide hole (the back guide hole 332 in the example shown in FIG. 3) located at the outermost side of the back guide hole 33 so as to surround the guide hole. . Furthermore, it is preferable to form the space between the outermost guide hole and the modified layer 34 so as to be the same in both the longitudinal direction and the transverse direction. The distance depends on the size of the opening of the supply passage 13, but is preferably, for example, 25 to 500 μm.
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。
When the back guide hole 333 is not formed, the reforming is also performed immediately below the longitudinal beam 51 is formed. As a result, since the longitudinal beam 51 is formed at the dug position with respect to the second surface 22, the supply path 13 is not divided by the longitudinal beam 51, and the supply path 13 is entirely connected. State. When forming the back front guide hole 333, the supply path 13 can be formed by etching from the back front guide hole 333. In this case as well, the supply path 13 is not divided by the longitudinal beam 51, and is in a state of being entirely connected. That is, the longitudinal beam 51 can be appropriately formed by forming the back leading hole 333 without performing the modification process. Therefore, the necessity of the reforming process may be appropriately determined according to the size and shape of the longitudinal beam 51 to be formed.
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。
FIG. 3D shows a state in which the supply path 13 and the longitudinal beam 51 are formed by anisotropic etching. As the etchant, the above-described TMAH and KOH can be used. The opening width of the supply path 13 and the shape of the longitudinal beam 51 are controlled by appropriately setting conditions such as the temperature, concentration, and processing time of the etching solution in accordance with the dimensions and shapes of the supply path 13 and the longitudinal beam 51. be able to.
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。
The opening width in the short direction (Y direction) of the first surface 21 of the supply path 13 is preferably, for example, 100 to 170 μm. Further, it is preferable that the width of the opening in the lateral direction of the second surface 22 of the supply path 13 is, for example, 200 to 1000 μm. In a cross section of the long beam 51 (a cross section along the short direction (FIG. 3D)), the beam width W (FIG. 3E) of the long beam 51 on the first surface 21 is, for example, 30 to 100 μm. Is preferred. Further, the beam height H (FIG. 3E) of the longitudinal beam 51 from the first surface 21 to the second surface 22 is preferably, for example, 50 to 700 μm. The longitudinal beam length L of the longitudinal beam 51 on the first surface 21 (FIG. 2B) is determined by the length of the long side of the supply path 13.
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。
If the oxide film 4 near the opening of the supply path 13 remains as burrs, it can be removed by, for example, wet etching of buffered hydrofluoric acid (BHF). As the etching proceeds and the etched surface reaches the first surface 21, the supply path 13 is formed as shown in FIG.
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。
After forming the supply path 13, the substrate surface protection film 16 formed on the first surface 21 side of the silicon substrate 10 is removed. FIG. 2F shows a state after the step of removing the substrate surface protective film 16 is performed. The removal of the substrate surface protective film 16 includes a method using a mixed solution of ethylbenzene and xylene.
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。
Through the steps shown in FIG. 3 described above, a supply path 13 having an elongated rectangular opening as shown in the bottom view of FIG. 2A is formed, and in the supply path 13, FIG. As shown in (), a longitudinal beam 51 extending in the longitudinal direction (X direction) of the supply path 13 is formed.
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。
Next, a discharge port forming step performed after the formation of the longitudinal beam 51 will be described. FIG. 4 is a schematic view showing a discharge port forming step performed after the formation of the longitudinal beam 51. In this discharge port forming step, first, as shown in FIG. 4A, a laminate tape 17 is attached to the first surface 21 side of the silicon substrate 10 including the oxide film 4 and the adhesion improving layer 20. As the laminate tape 17 used in this step, for example, an acrylic UV curing type tape can be used.
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。
Next, as shown in FIG. 4B, the filling material 18 is filled into the supply path 13 from the second surface 22 side of the silicon substrate 10. As the filling material 18, for example, a material made of polyvinyl alcohol (PVA) can be used. For filling the filling material 18, for example, a filling method using a dispensing device having a needle diameter that can be inserted into the supply path 13 is applicable.
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。
Next, as shown in FIG. 4C, the laminate tape 17 attached to the first surface 21 side of the silicon substrate 10 is removed. The removal of the laminated tape 17 can be performed by UV irradiation of a wavelength corresponding to the tape material characteristics.
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。
Next, as shown in FIG. 4D, a mold member 19 serving as the flow path 12 is patterned on the first surface 21 of the silicon substrate 10. As the mold member 19, for example, a positive photosensitive resin can be used. The mold member 19 can be formed using a general photolithography technique.
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。
Next, as shown in FIG. 4E, the ejection ports 11 are patterned on the first surface 21 of the silicon substrate 10. As the discharge port forming member 9, for example, a negative photosensitive epoxy resin can be used. The discharge port 11 can be formed using a general photolithography technique.
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。
Next, as shown in FIG. 4F, the filling material 18 and the mold material 19 are removed. Water can be used as a material for removing the filling material 18. As a material for removing the mold 19, for example, methyl lactate can be used. After removing the filling material 18 and the mold material 19, a baking process is performed.
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。
Through the steps described above, the liquid discharge head substrate 1 in the present embodiment is formed. In the liquid ejection head substrate 1, one surface (the upper surface in FIG. 4) of the longitudinal beam 51 extending in the longitudinal direction (X direction) is entirely in close contact with the ejection port forming member 9 via the adhesion improving layer 20. That is, the longitudinal beam 51 formed on the silicon substrate 10 also supports the discharge port forming member 9 in the liquid supply path. For this reason, compared to a structure in which the longitudinal beam formed in the supply path of the silicon substrate is separated from the discharge port forming member as in a conventional liquid discharge head substrate, the liquid discharge head substrate 1 of the present embodiment is Strength is greatly improved. As a result, even if the discharge port forming member or the like formed of a resin material swells due to contact with a liquid and a stress change occurs, deformation of the liquid discharge head substrate 1 and peeling of the discharge port forming member are suppressed. It becomes possible. For this reason, according to the liquid ejection head substrate 1 of the present embodiment, it is expected that the reliability of the liquid ejection head and the maintenance and improvement of the recording quality can be expected.
（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。
(Example according to the first embodiment)
Hereinafter, examples based on the above-described first embodiment will be described.
＜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。
<Example 1 of first embodiment>
With reference to FIG. 5, a process of forming a longitudinal beam according to the first embodiment will be described. In the first embodiment, the patterning step of the adhesion improving layer 20 and the formation / removal step of the substrate surface protection film 16 are the same as those in the above-described embodiment, and a redundant description of these steps will be omitted.
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。
FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating a step of forming the leading hole 33 and the modified layer 34. In the first embodiment, the patterning by the adhesion improving layer 20 was performed so that the surface (first surface) of the longitudinal beam 51 to be formed was covered 100%. The size and shape of the pattern of the adhesion improving layer 20 can be adjusted by the pattern of the photomask to be used. The thickness of the silicon substrate 10 was set to 725 μm, and the size of the opening of the supply path 13 was set to 300 μm in the short direction and 20,000 μm in the long direction.
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。
In Example 1, the front guide hole 32 described in the above embodiment was not formed, and two sets of back front guide holes 331 and 332 were formed as the back front guide holes 33.
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。
First, the back leading hole 331 was formed. In the formation of the back guide hole 331, the arrangement interval in the longitudinal direction was 20 μm, the number of rows in the longitudinal direction was 2, the arrangement interval in the lateral direction was 100 μm, and the depth was 725 μm. In the first embodiment, the back leading hole 331 is formed so as to penetrate the substrate surface protection film 16. However, the rear leading hole 331 may be formed to a position where the substrate surface protective film 16 does not penetrate.
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。
Next, a back leading hole 332 was formed. In the formation of the back leading hole 332, the arrangement interval in the longitudinal direction was 20 μm, the number of rows in the longitudinal direction was 2, the arrangement interval in the short direction was 200 μm, and the depth was 400 μm.
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。
Next, the modified layer 34 was formed on the surface of the second surface 22 of the silicon substrate 10. In the step of forming the modified layer 34, first, a modified pattern defining an opening of the supply path 13 was formed outside the back leading hole 332 at an interval of 40 μm. The modified pattern had a line width of 25 μm and was formed in a square shape surrounding the back leading hole 332. In the silicon substrate 10, a pattern having a line width of 120 μm in the short direction was formed in a region immediately below the formation of the long beam 51 over the longitudinal range of the supply path 13 to be formed. .
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。
Next, a step of forming the supply path 13 and the longitudinal beam 51 and a step of removing the substrate surface protective film 16 were performed. FIG. 5B is a cross-sectional view showing a state in which the supply path 13 and the longitudinal beam 51 are formed by anisotropic etching in the first embodiment. As the etching conditions, a TMAH aqueous solution (83 ° C., 22%) was used, and the etching time was set to 1 hour.
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。
In the process of forming the longitudinal beam 51, etching proceeds while forming the (111) plane from the first surface 21 and the second surface 22 side. Etching of the (011) plane in the back guide hole 331 proceeds so that the guide holes are connected to each other. Due to the difference in the progress of the etching, silicon disappears near the center of the silicon substrate 10. As a result, as shown in FIG. 5B, the long beams 51 are formed on the first surface 21 side and the second surface 22 side, respectively. At the tip of each longitudinal beam 51 (the end protruding toward the center of the silicon substrate 10), a higher-order crystal plane is formed under the influence of etching from above and below and from left and right. Further, since the second surface 22 is subjected to the reforming process, the longitudinal beam 51 formed on the second surface 22 is formed at a position dug 30 μm from the second surface. At this time, the opening width in the short direction on the first surface 21 of the supply path 13 was 120 μm.
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。
The beam width Wf in the short direction of the long beam 51 formed on the first surface 21 side was 70 μm, and the beam height Hf was 50 μm. The beam width Ws of the longitudinal beam 51 formed on the second surface 22 side was 40 μm, and the beam height Hs was 20 μm. In addition, each dimension of the longitudinal beam 51 is not limited to this, and can be appropriately adjusted within the range shown in the embodiment.
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。
FIGS. 7A and 7B are views showing the silicon substrate 10 of the first embodiment. FIG. 7A is a bottom view of the supply path 13 of the silicon substrate 10 shown in FIG. FIG. 7B illustrates a VIIb-VIIb line that passes through the silicon substrate 10 of FIG. 7A in the short direction (Y direction) of the supply path 13 and is parallel to the long direction (X direction). FIG. 3 is a vertical cross-sectional side view taken along the line. As shown in FIGS. 7A and 7B, a longitudinal beam 51 located on the first surface 21 side and a longitudinal beam 51 located on the second surface 22 side are provided at the center of the supply path 13 in the lateral direction. Are formed along the longitudinal direction. As shown in FIG. 7B, the longitudinal beam 51 on the second surface 22 side is formed at a position dug from the second surface 22 toward the first surface 21.
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。
As described above, in the first embodiment, the long beam 51 is formed on the second surface 22 side in addition to the long beam 51 formed on the first surface 21 side of the supply path 13. For this reason, the strength of the silicon substrate 10 is increased as compared with the configuration in which the long beams 51 are formed only on the first surface 21 side, and it is possible to more reliably suppress deformation due to stress applied to the silicon substrate 10. .
＜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。
<Example 2 of the first embodiment>
In the second embodiment, the patterning step of the adhesion improving layer 20, the step of forming and removing the substrate surface protection film 16, and the like are performed in the same manner as in the above-described embodiment. Therefore, redundant description of these steps will be omitted. The adhesion improving layer 20 was previously patterned so as to cover 100% of the surface (first surface) of the longitudinal beam to be formed. The dimensional shape of this pattern can be adjusted depending on the pattern of the photomask to be used. The thickness of the silicon substrate 10 was set to 725 μm, and the size of the opening of the supply path 13 was set to 260 μm in the short direction and 20,000 μm in the long direction.
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。
FIG. 6A shows a step of forming the leading holes 32 and 33 according to the second embodiment. In the second embodiment, the front leading hole 32 and the rear leading hole 33 are formed. As the back guide hole 33, only the back guide hole 331 of the back guide hole 33 shown in FIG. 3 is formed. The distance between the front guide holes 32 in the longitudinal direction was 20 μm, the number of rows in the longitudinal direction of the front guide holes 32 was two, the distance between the front guide holes 32 was 120 μm, and the depth was 75 μm. Further, the arrangement interval of the back guide holes 331 in the longitudinal direction was 20 μm, the number of rows in the longitudinal direction was 2, the arrangement interval in the lateral direction was 160 μm, and the depth was 650 μm.
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。
Next, a step of forming the modified layer 34 on the surface of the second surface 22 of the silicon substrate 10 was performed. In this step, first, a modified pattern that defines an opening of the supply path 13 was formed outside the back leading hole 331 at an interval of 40 μm. The modified pattern was formed in a square shape surrounding the back leading hole 331 by a pattern having a line width of 25 μm. In the silicon substrate 10, a pattern having a line width of 120 μm in the lateral direction was formed over the region in the longitudinal direction of the supply path 13 to be formed in a region immediately below the longitudinal beam 51. .
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。
Next, a step of forming the supply path 13 and the longitudinal beam 51 was performed. FIG. 6B is a cross-sectional view showing a state where the supply path 13 and the longitudinal beam 51 are formed by anisotropic etching. As the etching conditions, a TMAH aqueous solution (83 ° C., 22%) was used, and the etching time was set to 1 hour. In the process of forming the longitudinal beam 51, etching proceeds while forming the (111) plane from the first surface 21 and the second surface 22 side. By etching the (011) plane in the back guide hole 331, the etching proceeds so that the guide holes are connected to each other. However, in the second embodiment, since the portion where the front leading hole 32 and the back leading hole 331 overlap in the Z direction is short, the etching progress time is short, and the leading hole interval in the short direction on the second surface 22 side is wide. . For this reason, the beams are formed in a connected state without being divided near the center of the silicon substrate 10. Further, since the second surface 22 is subjected to the reforming process, it is formed at a position dug by about 15 μm with respect to the second surface 22. At this time, the opening width in the short direction on the first surface 21 of the supply path 13 was 140 μm. The beam width W of the longitudinal beam 51 formed on the first surface 21 side was about 100 μm, and the beam height H was 710 μm. In addition, each dimension of the longitudinal beam 51 shown in Example 2 is not limited to this, and can be appropriately adjusted within the range shown in the embodiment.
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。
FIGS. 7C and 7D are views showing the silicon substrate 10 according to the second embodiment. FIG. 7C is a bottom view of the supply path 13 of the silicon substrate 10 shown in FIG. 6B as viewed from the second surface 22 side. FIG. 7D shows VIId-VIId that passes through the silicon substrate 10 shown in FIG. 7C in the short direction (Y direction) of the supply path 13 and is parallel to the long direction (X direction). It is sectional drawing cut | disconnected along the line. As shown in FIGS. 7C and 7D, one long beam 51 is formed at the center in the short direction of the supply path 13 along the long direction of the supply path 13. As shown in FIG. 7D, the upper surface of the longitudinal beam 51 coincides with the first surface 21 of the silicon substrate 10, and the lower surface of the longitudinal beam 51 is dug from the second surface 22 to the first surface 21. It is formed at the inserted position.
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。
With the configuration shown in the second embodiment, the longitudinal beam 51 is formed in a form extending from the first surface 21 side of the supply path 13 toward the second surface 22 side. Therefore, the volume of the longitudinal beam 51 is further increased as compared with the first embodiment. As a result, the strength of the recording head substrate is further improved, and a higher deformation suppressing effect can be expected with respect to the stress applied to the substrate.
＜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。
<Examples 3 and 4 of the first embodiment>
Next, Example 3 of the first embodiment will be described with reference to FIG. The third embodiment has a configuration in which the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 in the first embodiment are in direct contact with each other. Here, the beam width W of the longitudinal beam 51 was 100 μm, and the coverage of one surface (the upper surface in FIG. 8A) of the longitudinal beam 51 by the discharge port forming member 9 was 100%.
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。
FIG. 8A is a cross-sectional view schematically illustrating the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 according to the third embodiment. In the third embodiment, the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 are directly in close contact with each other, and the longitudinal beam 51 supports the discharge port forming member 9 in the formation region of the supply path 13. Except for the vicinity of the energy generating element 2, a portion of the discharge port forming member 9 other than the supply path 13 has a silicon layer via the oxide film 4 and the adhesion improving layer 20 formed on the first surface 21 of the silicon substrate 10. It is supported by the substrate 10. In the case of forming a structure in which the discharge port forming member 9 and the longitudinal beam 51 are in direct contact with each other, the adhesion improving layer 20 and the oxide film 4 are provided on the beam forming region during the patterning step of the adhesion improving layer 20. Instead, the above-described discharge port forming step is performed.
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。
Next, Example 4 of the first embodiment will be described. FIG. 8B is a cross-sectional view schematically illustrating the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 according to the fourth embodiment. As in the third embodiment, the fourth embodiment has a configuration in which the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 are in close contact with each other, and the beam width W of the longitudinal beam 51 is also 100 μm as in the third embodiment. However, in the fourth embodiment, a concave portion 91 is formed in a part of a surface region of the discharge port forming member 9 which is in contact with the longitudinal beam 51, and the concave portion 91 forms one surface of the first beam and the discharge port forming member 9. A gap g is formed between the member and the member, which is different from the third embodiment. The portion other than the gap g is in direct contact with the discharge port forming member 9 and one surface of the longitudinal beam 51.
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。
As a method of forming the gap g, for example, there is the following method. First, a mold (FIG. 4D) having a shape corresponding to the concave portion 91 is formed on the first surface 21 of the silicon substrate 10. A part of the mold material is provided with a part that comes into contact with the removing liquid in the mold material removing step. Next, after forming the discharge port forming member 9 on the first surface 21 side of the silicon substrate 10, the mold material is removed at the same time when the flow path 12 is formed with the removing liquid. Thereby, a gap g is formed between the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9. By adjusting the area where the gap g is formed, the coverage of the discharge port forming member 9 on one surface of the longitudinal beam 51 is formed. %.
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］
As described above, by forming the recess 91 in a part of the discharge port forming member 9, the volume of the discharge port forming member 9 and the coverage of the longitudinal beam 51 can be adjusted. As a result, it is possible to adjust the influence of the stress change occurring in the discharge port forming member 9 according to the difference in the size of the liquid discharge head substrate 1 and the size of the supply path. The coverage of the discharge port forming member 9 with respect to the upper surface of the longitudinal beam 51 is not limited to the value shown in the above embodiment, and an appropriate coverage is set in consideration of the stress applied to the discharge port. It is possible. In addition, the configuration in which the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 are in close contact with each other, that is, the configuration in which the longitudinal beam 51 and the discharge port forming member 9 are in direct contact with each other, as described in the third and fourth embodiments, is described in the above embodiment. It is also applicable to Example 1 and Example 2.
[Second embodiment]
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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment has the configuration shown in FIG. 1 similarly to the first embodiment. In the following description, components having the same functions as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
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。
FIG. 9 is a view showing a liquid ejection head substrate 1 according to the second embodiment. FIG. 9A is a bottom view of the supply path 13 of the silicon substrate 10 provided in the liquid ejection head substrate 1 of the present embodiment, as viewed from the second surface 22 side. 9B is an IXb-IXb line that passes through the silicon substrate 10 of FIG. 9A in the short direction (Y direction) of the supply path 13 and is parallel to the long direction (X direction). FIG. 3 is a vertical cross-sectional side view taken along the line. FIG. 9C is a cross-sectional view of the silicon substrate 10 of FIG. 9A taken along a line IXc-IXc parallel to the short direction (Y direction).
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。
As shown in FIG. 9, inside the supply path 13 of the liquid ejection head substrate 1, a longitudinally extending (X-direction) extending longitudinally (X direction) so as to connect between opposing short sides 13 a and 13 b. A beam (first beam) 51 is formed. Further, a short beam (second beam) 52 is formed along the short direction (Y direction) so as to connect between opposing inner surfaces (long side portions 13c and 13d). The long beam 51 and the short beam 52 are formed simultaneously with the supply path 13 when the supply path 13 is formed by performing anisotropic etching on the silicon substrate 10. The long beam 51 and the short beam 52 have a function of increasing the mechanical strength of the silicon substrate 10 on which the supply path 13 is formed.
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。
The dimension (beam height) of the long beam 51 and the short beam 52 in the thickness direction (Z direction) of the silicon substrate 10 is smaller than the thickness of the silicon substrate 10. In other words, the long beam 51 and the short beam 52 are provided only partially in the thickness direction of the silicon substrate 10. Therefore, the supply path 13 is not divided into a plurality by the long beam 51 and the short beam 52. The ejection port forming member 9 (see FIGS. 1 and 13 (f)) is provided on the first surface 21 side of the silicon substrate 10 as in the first embodiment.
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。
Next, a process of forming the supply path 13, the long beam 51 and the short beam 52 on the silicon substrate 10 constituting the liquid discharge head substrate 1 will be described.
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。
As shown in FIG. 9, when forming the long beam 51 and the short beam 52 in one supply path 13, it is necessary to form a leading hole corresponding to each beam. In the present embodiment, of the supply path forming areas forming the supply path 13, a long beam forming area forming a long beam and a short beam forming area forming a short beam are distinguished, and each area is provided. A leading hole is formed. FIG. 10 is a bottom view of the silicon substrate 10, in which 60 indicates a supply path forming area, 61 indicates a long beam forming area, and 62 indicates a short beam forming area.
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。
FIG. 9 shows a configuration in which one long beam 51 and one short beam 52 are formed in one supply path 13, and the beams are formed at positions where they do not contact each other. That is, FIG. 9 illustrates a configuration in which one long beam 51 and one short beam 52 are formed so as not to have a common beam region. On the other hand, a plurality of short beams 52 can be formed. However, in this case, there is a concern that the long beam 51 formed between the short beams 52 may be separated from the supply path 13. Therefore, it is necessary to adjust the height of each beam so that at least a part of the long beam 51 and the short beam 52 are connected. The configuration for forming the plurality of short beams 52 will be described later in a second embodiment.
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。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a process of forming the long beam 51 in the long beam forming region 61. The silicon substrate 10 shown in FIG. 10 is taken along a line XI-XI parallel to the short direction (Y direction). 2 shows a cross section taken along the line. FIG. 11A shows a state where the adhesion improving layer 20 is formed on the first surface 21 of the silicon substrate 10, and FIG. 11B shows a state where the substrate surface protection film 16 is formed on the first surface 21 of the silicon substrate 10. Are respectively shown. FIG. 11C shows a state in which the leading holes 32 and 33 and the modified layer 34 are formed in the longitudinal beam forming region 61, and FIG. 11D shows a state in which the supply path 13 and the longitudinal beam 51 are formed by anisotropic etching. FIG. 11E shows an enlarged view of the XIe part in FIG. 11D. Further, FIG. 11F shows a state after a step of removing the substrate surface protective film 16 is performed.
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。
In the second embodiment, the formation of the long beam 51 and the formation of the short beam 52 are performed simultaneously with the formation of the supply path 13. However, FIG. 11 is a view focusing on the process of forming the long beam 51, and the process of forming the short beam 52 is shown in FIG. The process of forming the longitudinal beam 51 shown in FIG. 11 is the same as the process of forming the longitudinal beam shown in FIG. 3 described in the first embodiment. That is, FIGS. 11A to 11F correspond to FIGS. 3A to 3F. Therefore, a detailed description of the step of forming the longitudinal beam 51 based on FIG. 11 is omitted here. Note that FIGS. 11D and 11F show a state in which the short beam 52 is formed at the same time as the formation of the long beam 51, and FIG. d) and (d) are different.
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。
The beam length L1 (FIG. 9B) in the longitudinal direction of the longitudinal beam 51 on the first surface 21 is determined by the length of the long side at the opening of the supply path 13 and the position where the short beam 52 is formed. You. In the present embodiment, since the short beam 52 is formed at the central portion in the longitudinal direction of the supply path 13, the longitudinal beam length L1 of the long beam 51 located on both sides of the short beam 52 is equal. When the formation position of the short beam 52 is shifted from the central portion of the supply path 13 or when a plurality of short beams 52 are formed, the length of the long beam located on both sides of the short beam 52 is determined. The lengths L1 may have different lengths from each other.
次に、短手梁５２の形成工程について説明する。
Next, a process of forming the short beam 52 will be described.
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。
FIG. 12 is a diagram schematically showing a step of forming the short beam 52 in the short beam forming region 62. The silicon substrate 10 shown in FIG. 10 is taken along XII-XII parallel to the short direction (Y direction). The cross section taken along the line is shown. The short beam 52 is formed at the same time as the long beam 51. In order to explain the forming process of both, the description will be made with reference to FIG. 12 different from FIG. The patterning of the adhesion improving layer 20 and the formation / removal of the substrate surface protection film 16 are the same as the steps of forming the long beam 51 in the long beam forming region 61 described above, and thus detailed description is omitted.
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。
FIG. 12A shows a step of forming the adhesion improving layer 20 on the first surface 21 of the silicon substrate 10. Since the short beam 52 is formed along the short side direction (Y direction), the short beam 52 is formed at a position that does not affect the ejection characteristics of the ejection port (for example, the refilling property of the ink to the ejection port). There is a need to. In consideration of this point, in the present embodiment, the short beam 52 is formed such that the upper surface (the surface on the first surface 21 side) is located at a position dug from the first surface 21 to the second surface 22. . For this reason, it is preferable not to form the adhesion improving layer 20 in the supply path forming region 60 including the region where the short beam 52 is formed (the short beam forming region 62 (FIG. 10)).
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。
FIG. 12B shows a step of forming the substrate surface protection film 16 on the first surface 21 of the silicon substrate 10. This step is the same as the step shown in FIG.
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。
FIG. 12C shows a step of forming the leading holes 32 and 33 and the modified layer 34 in the short beam forming region 62 in order to form the short beam 52. In the following description, the front guide hole 32 formed in the short beam forming region 62 is defined as a front guide hole 322.
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。
First, a plurality of front-end guide holes 322 are formed from the front surface side (the upper surface side in FIG. 12C) of the substrate surface protection film 16. It is preferable that the interval between the front guide holes 322 in the longitudinal direction (X direction) is 20 to 60 μm. In addition, two or more front guide hole rows (longitudinal front guide hole rows) composed of a plurality of front guide holes 322 arranged in the X direction are positioned at positions symmetrical with respect to the center line of the supply path 13. Preferably, it is formed. The arrangement interval in the short direction (Y direction) of the adjacent front guide holes 322 depends on the opening width in the short direction of the supply passage 13 to be formed and the width of the long beam 51 (length in the short direction). It is preferable to set in consideration of etching conditions and etching time determined in advance. It is preferable that the arrangement interval of the front guide holes 322 in the short direction (Y direction) is, for example, 20 to 60 μm. Further, it is preferable that the arrangement interval of the front guide holes 322 located at both ends in the short direction is the same as the arrangement interval of the front guide holes 321 (FIG. 11C) formed in the above-mentioned long beam forming region 61. This is to reduce the difference in the opening dimension in the short direction of the supply path near the boundary between the long beam forming region 61 and the short beam forming region 62.
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。
As described above, the short beam 52 is preferably formed at a position dug in the direction from the first surface 21 to the second surface 22. The front guide hole 322 preferably has a depth of 50 to 500 μm.
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。
Next, a plurality of back leading holes 33 are formed from the second surface 22 side of the silicon substrate 10. In the following description, the back front guide hole 33 formed in the short beam forming region 62 is defined as a back front guide hole 334. The back guide hole 334 may be formed within the range where the front guide hole 322 is formed, and is formed at the same position as the front guide hole 322 in the longitudinal direction and the short direction (X direction and Y direction). Is preferred. Setting the arrangement interval of the back guide holes 334 in the longitudinal direction and the short direction, and the number of back guide holes (longitudinal back guide holes) formed of a plurality of back guide holes 334 arranged in the longitudinal direction. Can be set similarly to the front guide hole row.
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。
The back guide hole 334 is not always necessary for forming the short beam 52. Depending on the shape of the short beam 52 to be formed, it is possible to omit the back leading hole forming step. However, in the present embodiment, the step of forming the back front guide hole 334 from the second surface 22 side at the same position and interval as the front guide hole 322 in the X direction and the Y direction is performed. The depth of the back guide hole 334 is preferably set in consideration of the depth of the front guide hole 322 so that the beam height of the short beam 52 is about 100 μm or more. For example, it is preferable that the depth of the back leading hole 334 be 50 to 500 μm.
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。
Next, a modified layer 34 is formed on the second surface 22 side of the silicon substrate 10 including the oxide film 4. The method for forming the pattern of the outer modified layer 34 that defines the width of the supply path 13 is the same as the method shown in FIG. 3C corresponding to FIG. . It is preferable that the pattern of the inner modified layer 34 contributing to the shape of the short beam 52 be formed in a range where the front guide hole 322 is formed. The back leading hole 334 is not always necessary for forming the short beam 52, and the step of forming the back leading hole 334 can be omitted depending on the shape of the short beam 52 to be formed. In this embodiment, as shown in FIG. 5A, the inner modified layer 34 is not formed, and only the outer modified layer 34 is formed.
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。
Since the upper surface (the surface on the first surface 21 side) of the short beam 52 is formed at a position dug from the first surface 21, the supply path 13 communicates with the region on the upper surface side of the short beam 52. State. Therefore, it is not necessary to dug the second surface 22 side. Therefore, the short beam 52 may be formed on the second surface 22 side without forming the back leading hole 334 and the modified layer 34. In this case, the lower surface of the short beam 52 is formed on the same surface as the second surface 22.
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。
FIGS. 12D and 12E show a state where the supply path 13 and the short beam 52 are formed by anisotropic etching. The setting of the etching solution, the etching conditions, and the opening size of the supply path 13 can be performed in the same manner as in FIG. 3D corresponding to FIG. 11D described above. The beam width W2 (length in the short direction) of the short beam 52 is preferably formed, for example, in the range of 100 to 1000 μm. The beam height H2 of the short beam 52 from the first surface 21 to the second surface 22 is preferably, for example, 100 to 500 μm. It is preferable to set the distance that the upper surface of the short beam 52 is dug in the direction from the first surface 21 to the second surface 22 so as not to affect the ejection characteristics. The short beam forming region 62 is dug in the direction from the first surface 21 to the second surface 22, that is, the distance from the first surface 21 to the upper surface of the short beam 52 is, for example, 50 μm or more. preferable.
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。
FIG. 12F is a cross-sectional view showing a state where the substrate surface protection film 16 formed on the first surface 21 side of the silicon substrate 10 is removed. The step of removing the substrate surface protective film 16 is the same as the step shown in FIG. 3F corresponding to FIG.
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。
After the process of forming the long beam 51 and the short beam 52 is completed, a discharge port forming process shown in FIG. 13 is performed. The step shown in FIG. 13 is the same as the discharge port forming step shown in FIG. 4 described in the first embodiment. That is, FIGS. 13A to 13F correspond to FIGS. 4A to 4F. Therefore, a detailed description of the step of forming the longitudinal beam 51 based on FIG. 13 is omitted here. FIG. 13 shows a state in which the short beam 52 is formed together with the long beam 51, which is different from FIG.
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。
As described above, by the steps shown in FIGS. 11 to 13, the liquid discharge head substrate 1 in the present embodiment having the long beams 51 and the short beams 52 is formed.
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。
As in the first embodiment, the liquid ejection head substrate 1 of the present embodiment supports the ejection port forming member 9 with the longitudinal beam 51, so that a higher strength can be obtained as compared with the conventional liquid ejection head. it can. Further, since the short beam 52 is formed inside the supply path 13 over the short sides 13b, 13b of the supply path 13, the strength of the silicon substrate 10 is further improved. Therefore, even if a change in stress or the like occurs in the discharge port forming member 9, deformation of the liquid discharge head substrate 1 can be suppressed, and the reliability of the liquid discharge head using the same can be further improved.
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。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various changes and modifications can be made to the above embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention.
（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。
(Example according to the second embodiment)
Hereinafter, an example based on the above-described second embodiment will be described.
＜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。
<Example 1 of second embodiment>
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the silicon substrate 10 of the liquid ejection head substrate according to the first embodiment. FIG. 14A is a bottom view of the supply path 13 of the silicon substrate 10 as viewed from the second surface 22 side. As shown in the figure, a longitudinal beam 51 is formed at the center of the supply path along the longitudinal direction (X direction) of the supply path 13. Further, a short beam 52 is formed at a central portion in the longitudinal direction of the supply path 13 along a short direction (Y direction) orthogonal to the long beam 51.
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。
FIG. 14B is a vertical cross-sectional view taken along a line XIVb-XIVb which passes through the center in the short direction of the supply path 13 shown in FIG. 14A and is parallel to the long direction (X direction). FIG. As shown, the long beam 51 and the short beam 52 are formed in the supply path 13 so as to be connected to each other.
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。
FIG. 14C is a cross-sectional view of the silicon substrate 10 of FIG. 14A cut along a line XIVc-XIVc parallel to the lateral direction (Y).
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。
As described above, the liquid ejection head substrate according to the first embodiment has a configuration in which the long beam 51 and the short beam 52 are connected. In order to configure the long beam 51 and the short beam 52 to be connected, it is necessary to increase the beam height H1 of the long beam 51 compared to the configuration shown in the above-described second embodiment. FIG. 15 shows a process of forming such a longitudinal beam 51. The patterning step of the adhesion improving layer 20 and the formation / removal step of the substrate surface protection film 16 are the same as those in the above-described embodiment, and a redundant description of these steps will be omitted.
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。
FIG. 15A is a cross-sectional view showing a step of forming the leading holes 32 and 33 and the modified layer 34. First, patterning was performed by the adhesion improving layer 20 so as to cover 100% of the surface (first surface) of the longitudinal beam 51 to be formed. The size and shape of the pattern of the adhesion improving layer 20 can be adjusted by the pattern of the photomask to be used. The substrate thickness of the silicon substrate 10 was set to 725 μm, and the dimensions of the opening of the supply path 13 were set to 260 μm in the short direction and 20,000 μm in the long direction.
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。
Next, a leading hole 32 was formed in the silicon substrate 10. In the first embodiment, among the guide holes shown in FIG. 11, the front guide hole 32 and the back guide hole 331 are formed. Here, the arrangement interval in the longitudinal direction of the front guide hole 32 was 20 μm, the number of rows in the longitudinal direction was 2, the arrangement interval in the short direction was 120 μm, and the depth was 75 μm. In the formation of the back leading hole 331, the arrangement interval in the longitudinal direction was 20 μm, the number of rows in the longitudinal direction was 2, the arrangement interval in the short direction was 160 μm, and the depth was 650 μm.
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。
Next, the modified layer 34 was formed on the surface of the second surface 22 of the silicon substrate 10. In the step of forming the modified layer 34, first, a modified pattern defining an opening of the supply path 13 was formed outside the back leading hole 331 at an interval of 40 μm. The modified pattern had a line width of 25 μm and was formed in a square shape surrounding the back leading hole 331. Further, in the region immediately below the long beams 51 of the silicon substrate 10, a pattern having a line width of 120 μm in the short direction is set in a range corresponding to the length of the supply path 13 to be formed in the long direction. Formed over.
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。
Next, the long beam 51 and the short beam 52 were formed together with the supply path 13. FIG. 15B is a cross-sectional view showing a state where the supply path 13 and the longitudinal beam 51 are formed by anisotropic etching. As the etching conditions, a TMAH aqueous solution (83 ° C., 22%) was used, and the etching time was set at 1 hour.
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。
In the process of forming the longitudinal beam 51, the etching proceeds while forming the (111) plane from the first surface 21 and the second surface 22 side. In the back guide hole 331, the etching is performed on the (011) plane so that the guide holes are connected to each other. Since the modified layer 34 is formed on the second surface 22 side by the modification process, the etching proceeds on the second surface 22 to a position dug by 15 μm. At this time, the opening width in the short direction on the first surface 21 of the supply path 13 was 140 μm. The beam width W1 of the longitudinal beam 51 formed on the first surface 21 side was 100 μm, and the beam height H1 was 710 μm.
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。
Since the short beam 52 was formed based on the process described in the second embodiment, a detailed description of the step of forming the short beam 52 is omitted here. In the step of forming the short beam 52, the length L2 of the short beam 52 in the longitudinal direction was 300 μm, and the beam height H2 was 400 μm. The short beam 52 was formed at a distance of 200 μm from the first surface 21. At this time, the depth of the front leading hole 322 was about 200 μm, and the depth of the rear leading hole 334 was 100 μm.
As described above, since the liquid ejection head substrate 1 according to the first embodiment has a shape in which the long beam 51 and the short beam 52 are connected, the strength of the long beam 51 and the short beam 52 increases, and the silicon An improvement in the strength of the entire substrate 10 can be expected. In addition, each dimension of the long beam 51 and the short beam 52 shown in the first embodiment is not limited thereto, and can be appropriately adjusted within the range shown in the embodiment.
＜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。
<Example 2 of second embodiment>
FIG. 16 is a diagram illustrating the configuration of the silicon substrate 10 of the liquid ejection head substrate according to the second embodiment. FIG. 16A is a bottom view of the silicon substrate 10 as viewed from the second surface 22 side. FIG. 16B is a vertical cross-section taken along a line XVIb-XVIb which passes through the center in the short direction of the supply path 13 shown in FIG. 16A and is parallel to the long direction (X direction). FIG.
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。
As shown in FIG. 16B, inside the supply path 13, a long beam 51 and a short beam 52 are formed so as to be connected to each other. Further, a plurality of short beams 52 are formed in one supply path 13. The figure shows an example in which three short beams 52 are formed. That is, one short beam 52 is formed at the center of the supply path 13 in the longitudinal direction, and the other two short beams 52 are 5000 μm away from both sides of the short beam 52 at the center. Is formed. The configuration shown in FIG. 16 is an example, and the configuration, arrangement, number, and the like of the short beams 52 are not limited to this example. For example, the number of short beams 52 can be appropriately set in consideration of the size of the supply passage 13 to be formed and the shapes of the long beams 51 and the short beams 52. Since the method of forming each short beam 52 is the same as the above-described method, the description of the forming method is omitted here.
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。
As described above, in the second embodiment, the long beam 51 and the plurality of short beams 52 connected to the long beam 51 are provided in the supply path 13. For this reason, the strength of the silicon substrate 10 is further increased, and the overall strength of the liquid discharge head substrate 1 is greatly improved. Therefore, the reliability of the printhead using the printhead substrate is improved, and the quality of an image formed using the printhead can be expected to be improved.
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。
In addition, each dimension of the long beam 51 and the short beam 52 shown in Example 2 is not limited to this, and can be appropriately changed within the range shown in the embodiment. For example, the short beams 52 can be arranged as follows. It is also possible to form one at the center of the supply path 13 in the longitudinal direction, and to form the remaining two short beams 52 at positions 3000 μm and 5000 μm away from each other on both sides. In this case, the short beam 52 located at the center is formed at a distance of 200 μm excavated from the first surface 21, the beam length L2 is 300 μm, and the beam height H2 is 400 μm. The two short beams 52 located on both sides of the short beam 52 located at the center are formed at a distance of 400 μm dug from the first surface 21. The beam length L2 is 400 μm, and the beam height H2 is 200 μm. The configuration of the longitudinal beam 51 is formed in the same manner as in the second embodiment.
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。
As described above, by adjusting the position at which the short beam 52 is formed, it is possible to appropriately cope with a case where the force applied to the silicon substrate 10 is partially different. That is, by determining the position and size and size of the short beam in accordance with the position where the stress is generated and the magnitude of the stress in the silicon substrate 10, the deformation of the silicon substrate 10 can be more effectively suppressed. Will be possible. In addition, each dimension of the long beam 51 and the short beam 52 shown in Example 3 is not limited to this, and can be appropriately adjusted within the range shown in the embodiment.
（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。
(Other embodiments)
In the method of processing a silicon substrate according to the present invention described above, a liquid supply path of a liquid discharge head is formed in a silicon substrate in a process of manufacturing a structure including the silicon substrate, particularly, a device such as a liquid discharge head. This is particularly suitable. In the above embodiment, an example in which the method of processing a silicon substrate according to the present invention is applied to a method of manufacturing a substrate on which an energy generating element is provided in a liquid discharge head, that is, a substrate for a liquid discharge head. However, the method for processing a silicon substrate according to the present invention is not only used for manufacturing a substrate for a liquid ejection head, but can also be used for manufacturing or processing other structures using a silicon substrate. When the method for processing a silicon substrate according to the present invention is applied to the manufacture of a substrate for a liquid discharge head, the surface of the silicon substrate may have a (100) crystal orientation or a crystal orientation relative to the (100) plane. It is preferable to use one having an equivalent surface. In this case, it is preferable to use a substrate having a thickness of 580 to 750 μm.
