(57)【要約】【課題】  共通液室内に、基板の機械的強度を向上させるとともに耐食性に優れた梁を形成する。【解決手段】  インクジェット記録ヘッド２０は、シリコンからなる基板１と、基板１上に配置された、吐出口４を備えたオリフィスプレート３とを有している。基板１には、吐出口４に供給するインクを貯留する共通液室９が形成されている。共通液室９内であって、基板１の裏面側には断面略三角形状の梁１が、結晶異方性エッチングによって基板１の部材と一体に形成されている。梁１ａの底面以外の２面は結晶面方位が（１１１）面で構成されている。梁１ａ内に形成された突部１４ａは、梁１ａの底面から凸部の頂点まで貫通し、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する部材で構成されている。【選択図】  図２
2005169603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端が支持されるようにシリコン単結晶の母材と一体に形成され、方位面が（１１１）面である２面により形成された凸部を少なくとも１つ有する梁であって、
前記母材の１つの面と同一面内に形成された底面と、
前記底面から前記凸部の頂点まで貫通する溝と、
前記溝の内壁を覆う、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する保護部材とを有する梁。
【請求項２】
前記梁は、その断面形状が略三角形に形成されている請求項１に記載の梁。
【請求項３】
前記溝は、前記底面に対して垂直に形成されている請求項１または２に記載の梁。
【請求項４】
前記溝は、前記底面に対して傾斜して形成されている請求項１または２に記載の梁。
【請求項５】
前記溝の、向かい合う２面が平行に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の梁。
【請求項６】
前記溝は、前記保護部材で充填されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の梁。
【請求項７】
前記底面は、前記保護部材と同質の材料で覆われている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の梁。
【請求項８】
前記保護部材は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｇｅのうちのいずれかの物質である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の梁。
【請求項９】
前記保護部材は、酸化シリコンである請求項１ないし８のいずれか１項に記載の梁。
【請求項１０】
前記保護部材は、窒化シリコンである請求項１ないし８のいずれか１項に記載の梁。
【請求項１１】
前記保護部材は、樹脂である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の梁。
【請求項１２】
前記保護部材は、ポリエーテルアミド系樹脂である請求項１１に記載の梁。
【請求項１３】
シリコン単結晶の母材と一体に形成され、方位面が（１１１）面である２面により形成された凸部を少なくとも１つ有し、前記母材の１つの面と同一面内に形成された底面と、前記底面から前記凸部の頂点まで貫通する溝と、前記溝の内壁を覆う、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する保護部材とを有する梁の製造方法であって、
（ａ）前記底面側から前記母材に前記溝を形成する工程と、
（ｂ）前記溝内に前記保護部材を形成する工程と、
（ｃ）前記梁が形成される位置を挟んで複数の梁形成用溝を形成する工程と、
（ｄ）前記梁形成用溝に面した前記母材の一部を結晶異方性エッチングすることにより前記梁の前記底面以外の面を形成する工程とを含む、梁の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ａ）は、前記底面の幅方向の中心に、前記底面に対して垂直に前記溝を形成する工程を含む請求項１３に記載の梁の製造方法。
【請求項１５】
インクに吐出エネルギーを与えて吐出口から前記インクを吐出させるエネルギー発生手段が形成された基板と、前記基板に形成され前記吐出口に供給されるインクを貯留する共通液室とを有するインクジェット記録ヘッドであって、
前記共通液室内であって前記基板の裏面側に、その両端が支持されるように前記基板と一体に形成され、方位面が（１１１）面である２面により形成された凸部を少なくとも１つ有する少なくとも１つの梁をさらに有し、
前記梁は、
前記基板の裏面と同一面内に形成された底面と、
前記底面から前記凸部の頂点まで貫通する溝と、
前記溝の内壁を覆う、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する保護部材とを有するインクジェット記録ヘッド。
【請求項１６】
前記基板はシリコン単結晶からなる請求項１５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１７】
前記共通液室を構成する面は、シリコン結晶面の（１１１）面より形成されている請求項１６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１８】
前記梁は、複数の前記凸部を有し、隣接する前記凸部どうしの間に方位面が（１１１）面である２面により形成された凹部を有する請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１９】
前記梁は、前記底面以外の面の面方位が全て（１１１）面である請求項１５ないし１８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項２０】
インクに吐出エネルギーを与えて吐出口から前記インクを吐出させるエネルギー発生手段が形成された基板と、前記基板に形成され前記吐出口に供給されるインクを貯留する共通液室と、前記共通液室内であって前記基板の裏面側に前記基板と一体に形成された少なくとも１つの梁とを有し、前記梁は、方位面が（１１１）面である２面により形成された少なくとも１つ凸部と、前記基板の裏面と同一面内に形成された底面と、前記底面から前記凸部の頂点まで貫通する溝と、前記溝の内壁を覆う、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する保護部材とを有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
（ｅ）前記基板の裏面側から前記溝を形成する工程と、
（ｆ）前記溝内に前記保護部材を形成する工程と、
（ｇ）前記梁が形成される位置を挟んで複数の梁形成用溝を形成する工程と、
（ｈ）前記梁形成用溝に面した前記基板の一部を結晶異方性エッチングすることにより前記梁の前記底面以外の面と、前記基板の表面側に共通のインク供給口が開口した共通液室とを形成する工程とを含む、インクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２１】
前記工程（ｅ）の前に、前記基板の表面側にパッシベイション層を形成する工程を含み、
前記工程（ｈ）の後に、前記パッシベイション層の、前記インク供給口上の領域を、前記基板の裏面側より除去する工程を含む請求項２０に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２２】
前記工程（ｆ）の後に、前記基板の表面側にパッシベイション層を形成する工程を含み、
前記工程（ｈ）の後に、前記パッシベイション層の、前記インク供給口上の領域を、前記基板の裏面側より除去する工程を含む請求項２０に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２３】
前記工程（ｆ）の後に、前記パッシベイション層上に樹脂層を形成する工程を含み、
前記パッシベイション層を除去する工程の後に、前記樹脂層を、前記基板の裏面側より除去する工程を含むことを特徴とする請求項２１または２２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２４】
前記樹脂層を形成する工程の後に、前記基板の表面側に前記オリフィスプレートを設ける工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２５】
前記工程（ｅ）は、前記溝を形成するための第１のマスクを設ける工程を含む請求項２０ないし２４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２６】
前記工程（ｇ）は、前記梁形成用溝を形成するための第２のマスクを設ける工程を含む請求項２０ないし２５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２７】
前記工程（ｅ）および（ｇ）は、反応性イオンエッチングを用いて行われる請求項２０ないし２６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２８】
前記工程（ｅ）および（ｇ）は、炭素、塩素、硫黄、フッ素、酸素、水素、アルゴンのうちのいずれかの原子、および、それらから構成される分子よりなる反応性ガスのいずれかを用いたエッチングを用いて行われる請求項２０ないし２６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２９】
前記工程（ｅ）および（ｇ）は、エッチング工程と、エッチング保護膜を設ける工程とを繰り返して行われる請求項２０ないし２６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３０】
前記工程（ｈ）は、アルカリ水溶液を用いて行われる請求項２０ないし２９のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３１】
前記工程（ｈ）は、ＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ、ヒドラジンのいずれかのエッチング溶液を用いることにより行われる請求項３０に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを吐出させて被記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドに関し、特に、インクジェット記録ヘッドの機械的強度を向上させる梁、梁の製造方法、梁を備えたインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを加熱して気泡を生成させ、この気泡の生成に基づいてインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行う、インクジェット記録方式（例えば、特許文献１参照）は、高速記録が可能であり、また比較的記録品質も高く、低騒音であるという利点を有している。この方法では、カラー画像記録が比較的容易であって、普通紙等にも記録でき、装置の小型化も容易であり、さらに、記録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することが可能となるため、記録画像の高解像度化や高品質化に寄与する。この吐出方法を用いた記録装置（インクジェット記録装置）は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等における情報出力手段として種々使用されている。
【０００３】
従来のインクジェット記録装置およびインクを吐出する記録ヘッドの一例の概略を以下に示す。
【０００４】
図１３に示すインクジェット記録装置は、記録紙を給紙する給紙部１５０９と、給紙された記録紙にインクを吐出して記録を行う記録部１５１０と、記録が終了した記録紙を排紙する排紙部１５１１とを有し、給送部１５０９から給送された記録紙に対して記録部１５１０で記録を行い、記録が終了した記録紙を排出部１５１１に排出するものである。
【０００５】
記録部１５１０は、ガイド軸１５０６に摺動自在に保持され、記録紙の幅方向に往復移動自在に構成されたキャリッジ１５０３と、キャリッジ１５０３に着脱自在に保持される記録ユニット１５０１および複数のインクカートリッジ１５０２を備えている。
【０００６】
記録ユニット１５０１は、例えば、図１４に示すように、ホルダー１６０２に記録ヘッド１６０１を取り付けたものであり、記録ヘッド１６０１は複数の吐出口１０４を有している。ホルダー１６０２には、各インクカートリッジ１５０２のインクを記録ヘッド１６０１の吐出口１０４に供給するためのインク流路（不図示）形成されている。
【０００７】
この種の記録ヘッド１６０１の構造を以下に説明する。
【０００８】
記録ヘッド１６０１は、吐出口１０４と、吐出口１０４に連通してインクを供給するインク流路（不図示）と、そのインク流路内に設けられた図示しない、エネルギー発生手段である電気熱変換素子（発熱体）とを備えている。発熱体（不図示）は、いずれも不図示の、発熱抵抗層、その発熱抵抗層をインクから保護するための上部の保護層、および蓄熱するための下部の保護層とを備え、不図示の電極配線が電気的に接続されている。電極配線を介して発熱体（不図示）にパルス的な通電（駆動パルスの印加）がなされることにより、発熱体（不図示）は熱エネルギーを発生し、この熱エネルギーの作用によりインクが加熱され、インク内に気泡が発生し、この気泡の発生に基づく作用力によって、吐出口１０４からインク液滴が吐出される。このインク液滴が記録紙に付着することにより情報の記録が行われる。
【０００９】
ところで、近年、データ量の多い画像情報を出力する要求が高まっており、高精細な画像を高速に記録することが望まれてきている。高精細な画像を出力するには、微細なインク液滴を安定に吐出することが求められ、そのためには、吐出口１０４を高密度かつ高精度に形成する必要がある。
【００１０】
例えば特許文献２、３には、吐出口を高密度かつ高精度に形成可能な、インクジェット記録ヘッドの製造方法が提案されている。また、特許文献４には、特許文献２、３に記載の吐出口の製造方法において、吐出口が形成されたオリフィスプレートにリブ構造を形成する方法が提案されている。これらの文献に提案されているインクジェット記録ヘッドは、発熱体が形成された基板に対して、インク液滴が垂直方向に吐出する、いわゆる「サイドシュータ型」のインクジェット記録ヘッドである。
【００１１】
この、「サイドシュータ型」のインクジェット記録ヘッドにおいては、吐出口を高密度に配置しようとすれば当然ながら吐出口どうしの間隔が狭くなり、その結果、各吐出口までのインク流路は狭くなる。インク流路が狭くなると、インクの発泡後にインクが再びインク流路に満たす時間（リフィル時間）が長くなる。このリフィル時間を短くするためには、発熱体とインク供給口との間の距離を短くする必要がある。
【００１２】
インク供給口と発熱体との距離を精確に制御する方法として、シリコンの結晶方位面に応じたエッチング速度差を利用する、アルカリ水溶液を用いたシリコン結晶異方性エッチング（異方性エッチング）が知られている。この方法では、一般的に、方位面が（１００）のシリコンウエハを基板として用い、その基板の裏面よりシリコン結晶異方性エッチングを行いインク供給口を精度良く形成することにより、発熱体とインク供給口との距離の制御を行う。
【００１３】
開口部をより高精度に形成するため、例えば特許文献５では、シリコン基板の表面に形成した犠牲層と異方性エッチングとを組み合せたインク供給口の製造方法が提案されている。
【００１４】
インクジェット記録ヘッドの製造において、このシリコン結晶異方性エッチングはインク供給口を精度良く形成することができるため有用な技術となっている。
【００１５】
図１５は、従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す図であり、図１５（ａ）は吐出口側から見た図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【００１６】
図１５に示すように、インクジェット記録ヘッド１６０１は、シリコンからなる基板１０１上に、薄い板状に形成されたオリフィスプレート１０３が位置決め固定されることにより構成されている。
【００１７】
オリフィスプレート１０３は、例えば樹脂材料からなり、複数の吐出口１０４が形成されている。なお、上述した特許文献４によれば、このオリフィスプレート１０３にリブ構造を設けることにより、オリフィスプレート１０３の変形等が防止される。
【００１８】
基板１０１には、オリフィスプレート１０３の各吐出口１０４にインクを供給するための１つのインク供給口１０２が長穴として形成されている。オリフィスプレート１０３と基板１０１の間には、図１５（ｂ）に示すように、インク流路１０６が、インク供給口１０２とそれぞれの吐出口１０４とに連通するように形成されている。このインク流路１０６内には発熱体１０７が設けられており、発熱体１０７は各吐出口１０４に対応するように、インク供給口１０２を間に置いて配列されている。
【００１９】
このように形成されたインクジェット記録ヘッド１６０１では、インク流路１０６がインクで充填された状態で発熱体１０７を駆動することにより、インクが発泡し、この発泡を駆動力としてインクが吐出口１０４から吐出されるものである。
【特許文献１】特開昭５４―５１８３７号公報
【特許文献２】特開平５―３３００６６号公報
【特許文献３】特開平６―２８６１４９号公報
【特許文献４】特開平１０−１４６９７９号公報
【特許文献５】特開平１０―１８１０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら上述したような従来のインクジェット記録ヘッドでは、以下のような問題点があった。
【００２１】
特許文献２、３によるインクジェット記録ヘッドによれば、高精細画像を高速で記録できるようにするためには、吐出口を高密度に配置するとともに、吐出口の配列長さを長尺にしてより多くの吐出口を配置し、それにより記録の出力幅を大きくすればよい。しかし、このように吐出口数を増やすと、インク供給口の開口長は吐出口数に応じて長くなり、基板の機械的強度が低下する。機械的強度の低下は、インクジェット記録ヘッドの製造工程における基板の変形または破損等の原因となる。
【００２２】
これに対して、オリフィスプレートにリブ構造を形成する特許文献４の技術によれば、インクによって膨潤する際のオリフィスプレートの変形を防止することは可能であるが、インクジェット記録ヘッド全体の強度を十分に向上させること困難である。つまり、樹脂材料等からなるオリフィスプレート自体の強度を向上させたところで、無機材料（シリコン）からなる基板のヤング率がオリフィスプレートと比較して２桁から５桁程度大きいため、インクジェット記録ヘッドの機械的強度は実質的には基板によるためである。
【００２３】
インクジェット記録ヘッドの長尺化に伴う機械的強度の低下によって生じる、基板の変形または破損等の問題点を以下により具体的に説明する。
（１）膜応力による基板の変形
一般に、インクジェット記録ヘッドの基板上には、発熱体が形成された発熱抵抗層、発熱体が発生させた熱を蓄熱する蓄熱層、保護層、および、発熱体へ電力を供給するための配線電極等が形成され、さらにその上にオリフィスプレートが位置決め固定されている。このように複数の層からなるインクジェット記録ヘッドでは、通常、各層の薄膜応力によって基板内に圧縮または引張応力が生じる。
【００２４】
例えば引張応力の場合、図１６（基板１０１のみを模式的に示す。）に示すように、長尺のインクジェット記録ヘッドでは、インク供給口１０２が形成されていることで応力が開放され、基板１０１の幅方向に曲げモーメントが発生し、インク供給口１０２の側壁（基板１０１）が内側に向かって湾曲する。このように基板１０１が湾曲すると、インク供給口１０２の幅に、その長手方向の端部と中心部とで差が生じる。その結果、オリフィスプレート（不図示）も変形するため、吐出口（不図示）の位置が所定の位置に対してズレることとなる。この、吐出口のズレ量は、基板の湾曲に起因したものであるため、インクジェット記録ヘッドが長尺になるにつれて大きくなる。吐出口のズレ量が大きいほど、記録時のムラや画像の歪みといった記録不良が顕著となる。
（２）ハンドリングによる基板の破損
インクジェット記録ヘッドの製造においては、通常、複数のインクジェット記録ヘッドは、基板上に一括に形成した後、個々にチッピングされる。次いで、チッピングされた個々のインクジェット記録ヘッドは、ハンドリング手段でハンドリングされ、そのヘッドにインクを供給するための流路が形成され流路部材の所定の位置にアライメントされる。しかし、例えば図１６に示したような、１つのインク供給口が長尺に形成されたインクジェット記録ヘッド１６０１では、１つのインク供給口１０２が貫通孔として基板１０１の中央に形成され、基板１０１は枠状となっているため、強度が低下し、ハンドリング手段でハンドリングした際に破壊するおそれがある。すなわち、そのようなインクジェット記録ヘッドを掴んだ際に曲げモーメトが発生し、枠状に形成された基板１０１の角部に応力が集中して破損するおそれがあり、こうした破損は製造歩留りの低下につながる。
（３）流路部材との接合時の、熱応力による基板の変形、破損
インクジェット記録ヘッドの製造においては、インクジェット記録ヘッドの基板は、耐インク性に優れた熱硬化性接着剤を用いてマウント用の流路部材に接着固定される。ところで、流路部材は、加工性や製造コストの点から樹脂部材で構成されている場合が多い。しかし、このようにシリコンからなる基板と樹脂部材からなる流路部材とを貼り合わせたものでは、両部材の熱膨張率の差に起因して、高温から常温に戻ったときにインクジェット記録ヘッド中に熱応力が発生する。この熱応力により、インクジェット記録ヘッドは例えば図１７に示すように変形する可能性がある。
【００２５】
図１７に示すインクジェット記録ヘッド１６０１は、基板１０１が、インク供給口１０２の開口幅が狭くなる方向に変形しているため、基板１０１上のオリフィスプレート１０３にも同方向の負荷が加わり、オリフィスプレート１０３が図示するように例えば上方に向かって膨らむように変形する。この変形により吐出口の軸線は、基板１０１の基板面に対して傾斜するため、インクの吐出方向も傾斜してしまう。吐出方向が傾斜することは、ムラや画像の歪みといった記録不良の原因となる。また、熱応力が、基板の所定の降伏応力を超えれば、基板が割れるおそれもある。
【００２６】
上述のように、インクジェット記録ヘッドを長尺化すると、歩留まりの低下や記録不良といった問題点が発生する。
【００２７】
そこで、この問題点を解決するため、長尺の１つインク供給口に代えて複数のインク供給口を形成する方法が考えられる。すなわち、例えば図１８（ａ）に示すように、複数のインク供給口１０２ａを一列に並べて形成することにより、各インク供給口１０２ａ間に梁１０１ａを形成し、基盤１０１の変形を防止する方法である。
【００２８】
この場合、一般に、梁１０１ａは異方性エッチングにより形成されるため、図１８（ｂ）に示すように、（１１１）面が５４．７°をなすように形成される。梁１０１ａは、基板１０１の裏面側での梁の幅はＬbであり、基盤１０１の表面側の梁の幅はＬtである断面逆台形状となる。したがって、例えば、裏面側での梁幅Ｌbが５０μｍであったとしても、表面側の梁幅Ｌtが９４０μｍとなることもある。その結果、基板１０１の表面側におけるインク供給口１０２ａの開口部どうしは必然的に互いに離れて形成され、各インク流路１０６までの流路の長さが不均一となる。さらに、梁幅Ｌtが９４０μｍの場合には、開口部からもっとも遠いインク流路１０６までの距離が４００μｍを超え、このような構造では、インクのリフィル時間が極めて遅くなるため、実用的な印字速度を得ることができない。
【００２９】
また、上記問題点を解決する他の方法として、例えば、特開平９−２１１０１９号公報に提案された技術を利用することが可能である。
【００３０】
この梁製造方法を用いる場合、基板裏面に梁を製造することが可能となり、また基板表面の梁の幅を狭めることが可能となるため、上記の方法に比べて製造歩留まりの低下や印字不良を改善でき、各発熱体へのインクのリフィルのズレを改善できる。しかしながら、基板表裏に製造される梁は、結晶異方性エッチングに用いる溶液である高ｐＨなインクに対して、梁の凸部を起点として溶けてしまうといった問題がある。また、インク供給口側に梁が残っている限り、インクリフィルのズレの問題を克服することが困難である。
【００３１】
以上説明したように、高精細な画像を形成可能なインクジェット記録ヘッドを形成するには、その構造をサイドシュータ型とし、かつ、シリコン結晶異方性エッチングでインク供給口を形成することが望ましく、また、高速印字を達成するには、インクのリフィル時間を短くしつつ、インク供給口を長尺にするとよい。しかし、長尺のインクジェット記録ヘッドは、製造時の歩留りの低下や記録不良が発生の原因となるおそれがあった。
【００３２】
そこで本発明は、基板の変形を抑えることで吐出口の位置ズレを低減するとともに、機械的強度が高く、ハンドリングやマウント時の破損を回避し、結果的に高精細かつ高速な記録を行うことが可能な、長尺に形成することができる、耐食性の梁を備えたインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。また本発明は、結晶異方性エッチングを用いた製造プロセスで製造されるマイクロ構造体に有効に用いられる耐食性の梁および梁の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクに吐出エネルギーを与えて吐出口から前記インクを吐出させるエネルギー発生手段が形成された基板と、前記基板に形成され前記吐出口に供給されるインクを貯留する共通液室とを有するインクジェット記録ヘッドであって、前記共通液室内であって前記基板の裏面側に、その両端が支持されるように前記基板と一体に形成され、方位面が（１１１）面である２面により形成された凸部を少なくとも１つ有する少なくとも１つの梁をさらに有し、前記梁は、前記基板の裏面と同一面内に形成された底面と、前記底面から前記凸部の頂点まで貫通する溝と、前記溝の内壁を覆う、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する保護部材とを有する。
【００３４】
本発明によれば、インクジェット記録ヘッドの共通液室内であって基板の裏面側に基板と一体に梁が形成されているため、基板の機械的強度が向上する。また、この構造によれば共通液室は、基板の表面側に共通のインク供給口を開口するように形成される。また、梁の凸部（断面形状）は、方位面が（１１１）面である２面により形成されているため、インク等に対して耐食性を備え、凸部を起点とした腐食が防止される。
【００３５】
また、本発明のインクジェット記録ヘッドを製造する、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクに吐出エネルギーを与えて吐出口から前記インクを吐出させるエネルギー発生手段が形成された基板と、前記基板に形成され前記吐出口に供給されるインクを貯留する共通液室と、前記共通液室内であって前記基板の裏面側に前記基板と一体に形成された少なくとも１つの梁とを有し、前記梁は、方位面が（１１１）面である２面により形成された少なくとも１つ凸部と、前記基板の裏面と同一面内に形成された底面と、前記底面から前記凸部の頂点まで貫通する溝と、前記溝の内壁を覆う、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する保護部材とを有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
（ｅ）前記基板の裏面側から前記溝を形成する工程と、
（ｆ）前記溝内に前記保護部材を形成する工程と、
（ｇ）前記梁が形成される位置を挟んで複数の梁形成用溝を形成する工程と、
（ｈ）前記梁形成用溝に面した前記基板の一部を結晶異方性エッチングすることにより前記梁の前記底面以外の面と、前記基板の表面側に共通のインク供給口が開口した共通液室とを形成する工程とを含む。
【００３６】
本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、上記本発明のインクジェット記録ヘッドが良好に製造される。また、工程（ｅ）で形成する溝および工程（ｇ）で形成する梁形成用溝の形状を適宜変更することにより、梁の形状（高さ方向の寸法および底辺の幅方向の寸法）を容易に変更可能である。また、結晶異方性エッチングにより、梁の底面以外の面および共通液室の側壁が形成されるため、それぞれの面は結晶方位面が（１１１）面となり耐食性に優れたものとなる。
【００３７】
また、本発明の梁は、少なくとも一端が支持されるようにシリコン単結晶の母材と一体に形成され、方位面が（１１１）面である２面により形成された凸部を少なくとも１つ有する梁であって、前記母材の１つの面と同一面内に形成された底面と、前記底面から前記凸部の頂点まで貫通する溝と、前記溝の内壁を覆う、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する保護部材とを有する。
【００３８】
上述した本発明のインクジェット記録ヘッドの梁は、インクジェット記録ヘッド以外にもさまざまなマイクロ構造体に応用可能である。本発明の梁は、上述したように、その凸部を起点とした腐食が防止されたものである。
【００３９】
また、本発明による梁の製造方法は、シリコン単結晶の母材と一体に形成され、方位面が（１１１）面である２面により形成された凸部を少なくとも１つ有し、前記母材の１つの面と同一面内に形成された底面と、前記底面から前記凸部の頂点まで貫通する溝と、前記溝の内壁を覆う、結晶異方性エッチングの溶液に対して耐性を有する保護部材とを有する梁の製造方法であって、
（ａ）前記底面側から前記母材に前記溝を形成する工程と、
（ｂ）前記溝内に前記保護部材を形成する工程と、
（ｃ）前記梁が形成される位置を挟んで複数の梁形成用溝を形成する工程と、
（ｄ）前記梁形成用溝に面した前記母材の一部を結晶異方性エッチングすることにより前記梁の前記底面以外の面を形成する工程とを含む。
【００４０】
本発明の梁の製造方法によれば、上記本発明の梁が良好に製造され、特にマイクロ構造体の製造プロセスにおいて結晶異方性エッチングを用いる場合に有効である。上述したヘッドの製造方法と同様に、工程（ａ）で形成する溝および工程（ｃ）で形成する梁形成用溝の形状を適宜変更することにより、梁の形状（高さ方向の寸法および底辺の幅方向の寸法等）を容易に変更可能である。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、共通液室内に形成された梁によってインクジェット記録ヘッドの機械的強度が向上するため、インクジェット記録ヘッドの変形が防止され、吐出口の位置ズレを防止でき、また、インクジェット記録ヘッド長尺に形成することができるため、高精細かつ高速な記録を行うことが可能となる。また、製造工程における破損も防止されるため、製造歩留まりが向上する。また、基板の表面側に共通のインク供給口が開口するためインクのリフィル時間に関する問題が防止され、吐出の周波特性が均一化するとともに高速な記録が実現される。さらに、梁の凸部はインク等によって腐食しにくいものであるため、インクジェット記録ヘッドに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）―インクジェット記録ヘッド―
図１は、本実施形態によるインクジェット記録ヘッドの一例を示す斜視図である。図２は、図１のインクジェット記録ヘッドの断面図であり、図２（ａ）は短手方向に切断した断面図を示し、図２（ｂ）は長手方向に切断した断面図を示している。
【００４３】
図１に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド２０は、シリコン単結晶の部材からなる基板１と、複数の吐出口４を備え、基板１上に接着固定されたオリフィスプレート３とを備えている。基板１には、吐出口４に供給するインクを貯留する共通液室９が形成されており、共通液室９内であって、基板１の裏面側には梁１ａが形成されている。なお、オリフィスプレート３は、図１５に示したオリフィスプレート１０３と実質的に同一であるためその詳細な説明を省略し、以下、基板１に形成された梁１ａの周辺の構造について詳細に説明する。
【００４４】
共通液室９は、図２に示すように、基板１を貫通する形状に形成されている。図示するように、基板１によって構成されている共通液室９の側壁（内壁）の方位面は（１１１）となっている。また、共通液室９の側壁は、基板１の両面から（１１１）面が露出する角度に形成されており、表面側（上面側）の開口部から連続する（１１１）面と、裏面側の開口部から連続する（１１１）面とが、基板１の板厚方向（図面Ｚ方向）の中間部で交差している。この２つの（１１１）面が交差した部分は、共通液室９の外側に向かって突出するように形成されている。
【００４５】
梁１ａは、基板１全体を補強するための構造体であり、図２に示すように、断面略三角形状に形成され、梁１ａの３つ面のうちの１面（底面）が基板１の裏面と一致している。梁１ａの数は特に限定されるものではなく複数本であってもよいが、図示するインクジェット記録ヘッド２０では、１本の梁１ａが形成されている。梁１ａは、基板１の基板面に対して平行な方向であって、図面Ｙ方向に延びるようにして形成され、その両端が基板１によって支持されている。梁１ａの３つ面のうちの他の２面、すなわち上側の２面は共通液室９内に面しており、その方位面は（１１１）となっている。図２（ｂ）に示すように、梁１ａの高さ、すなわち、基板１の板厚方向（図面Ｚ方向）における梁１ａの寸法は、基板１の板厚よりも小さい値となっている。これにより、梁１ａの上方が共通液室９の一部として形成され、基板１の表面側に、１つインク供給口として開口している。
【００４６】
梁１ａの底面には、耐アルカリ性の部材からなる梁保護層１４が形成されている。また、梁１ａの底面に対して直交する方向に延びるように形成された突部１４ａ（保護部材）が、梁保護層１４と同質の材料で形成されている。突部１４ａの上端は、梁１ａの凸部の頂点にほぼ一致しており、詳細には、頂点は突部１４ａによって貫通されている。この梁保護層１４および突部１４ａとは、第１に、後述する、共通液室９の形成中に梁１ａがその凸部を起点としてエッチングされるのを防止する効果を有し、第２に、梁１ａがその凸部を起点としてインクによって腐蝕されるのを防止する効果を有する。
【００４７】
以上説明した、本発明の一実施形態によるインクジェット記録ヘッド２０によれば、共通液室９内に梁１ａが形成されているため、基板１の機械的強度が向上する。したがって、例えばインク供給口２を長尺に形成した場合であっても、梁１ａによって基板１の変形が防止される。その結果、基板の変形に伴う吐出口の位置ズレも防止される。また、梁１ａの上側の２面の方位面が（１１１）面となっているため、シリコンの（１１１）面に対するアルカリ水溶液のエッチング速度が遅いことから、梁１ａがアルカリ性のインクに対して腐食されにくくなり、耐食性に優れたものとなる。
【００４８】
なお、このような梁１ａ、および後述するその製造方法は、梁１ａを用いるさまざまなマイクロ構造体およびその製造において有効であり、特に、マイクロ構造体の製造プロセスにおいて結晶異方性エッチングを用いる場合に有効である。
【００４９】
図１または図２（ｂ）に示すように、インクジェット記録ヘッド２０では、基板１の表面側に、共通の１つのインク供給口２が形成されているため、各インク供給口２から各吐出口（不図示）までの流路の距離が均一化する。しかも、その距離も比較的に短く形成可能であるため、図１８（ｂ）を用いて説明したような、インクの流路の長さに起因したインクのリフィルに関する問題も発生しにくい。
【００５０】
共通液室９の側壁の方位面が（１１１）面となっているため、シリコンの（１１１）面に対するアルカリ水溶液のエッチング速度が遅いことから、共通液室９がアルカリ性のインクに対して腐食されにくくなり、耐食性に優れたものとなる。
【００５１】
図２に示すように、インクジェット記録ヘッド２０では、基板１の裏面に開口した共通液室９の開口面積の合計に対して、基板１の板厚方向中間における共通液室９の断面積がより広くなっている部分を備えている。つまり、従来のインクジェット記録ヘッドでは、一般に、共通液室９の断面形状は基板１の表面側に向かって開口面積が小さくなる台形であったため、共通液室９の容積を大きくするためには裏面の開口面積も大きくせざるを得なかったが、本インクジェット記録ヘッド２０では、従来のインクジェット記録ヘッドと比較して共通液室９の裏面の開口面積を小さくしながら、従来同様の共通液室の容積を確保できる。したがって、基板１の裏面も部材をより多く残すことができ、流路部材（図３参照）との接着面積を確保することができる。
【００５２】
図３を用いて、本発明によるインクジェット記録ヘッドと、流路部材とを接着固定した際の作用、効果についてより詳細に説明する。図３は、梁による、インクジェット記録ヘッドの機械的強度の向上を説明するための模式図である。図３（ａ）のインクジェット記録ヘッドは、図２のインクジェット記録ヘッド２０とほぼ同様の構成であり、梁１ａが基板１の裏面側に形成されている。図３（ｂ）のインクジェット記録ヘッドは、梁１ｂが基板１の、厚さ方向ほぼ中心付近に形成されたものである。
【００５３】
図３（ａ）、（ｂ）はいずれも各インクジェット記録ヘッドが、樹脂からなる流路部材１５に貼り付けられたものであり、インクジェット記録ヘッドと流路部材１５との接着には熱硬化性樹脂からなる接着剤が用いられている。このように熱硬化性樹脂を用いて接着するため、接着後、常温に戻るにつれて流路部材１５は収縮する。基板１の材質がシリコンであるのに対して、流路部材１５の材質が樹脂であるため、両部材の熱膨張率の差に起因して、基板１と流路部材１５との間にせん断応力が発生し、このせん断応力が基板１の変形または破損の原因となることがある。
【００５４】
図３（ａ）、（ｂ）の構成を比較すると、図３（ａ）に示す構成では、梁１ａを構成する１つの面が、基板１の裏面と一致しているため、図３（ｂ）の構成と比較して流路部材１５に対する接着面積が広くなり、よりせん断応力に強いものとなっている。このように、接着面積を広くとれることは、せん断応力の有無によらず、流路部材１５との接着強度が向上する点でより好ましい。一方、図３（ｂ）の構成では、梁１ｂ自体が存在しない構成と比較してその強度が向上しているが、図３（ａ）の構成と比較するとその接着面積が狭く、比較的せん断応力に弱いものとなっている。
【００５５】
以下、本発明の一例による梁およびインクジェット記録ヘッドの製造方法について第２〜第７の実施形態に説明する。なお、各実施形態において、説明を簡単にするため同一機能の構造部には図１、２と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、いずれの実施形態においても、基板上に形成された発熱体、その発熱体を駆動するための配線、および吐出口までのインク流路は図示せず、発熱体および配線を形成する工程の説明も省略する。
【００５６】
まず、第７の実施形態に用いる技術である「斜方エッチング」、すなわち、基板の基板面に対して所定の角度でエッチングする方法について図４、図５を用いて説明する。図４は、本発明の製造方法に利用する斜方エッチングを実施するための装置の模式図であり、図５は、そのエッチング方法によりエッチングされた基板を示す図である。
【００５７】
図４に示す斜方エッチング装置３０は、真空空間を形成する真空容器３２内でプラズマを利用してエッチングを行う一般的なエッチング装置内に、被エッチング部材（基板１）を傾斜して保持する基板保持治具３１を配置したものである。
【００５８】
真空容器３２の内部空間の上方のプラズマ発生部３３で発生したプラズマは、下方に向かって進行するように構成されており、被エッチング部材は、このプラズマの進行方向にエッチングされる。基板保持治具３１は、プラズマの進行方向に対して角度αをなして被エッチング部材を保持可能に構成されている。
【００５９】
図示するように、表面にマスク１１が形成された基板１を基板保持治具３１上に配置してプラズマを発生させ、エッチングを行うと、基板１は、マスク１１の開口部１８から入射したプラズマによって、図５に示すように斜め方向にエッチングされ溝１９が形成される。溝１９は、基板１の基板面に対して角度αをなし、ほぼ均一の幅ｗで形成される。
【００６０】
斜方エッチングは、炭素、塩素、硫黄、フッ素、酸素、水素、アルゴンのうちのいずれかの原子、および、それらから構成される分子よりなる反応性ガスのいずれかを用いたエッチングで実施可能である。
（第２の実施形態）−ＣＶＤによる梁保護層−
図６、７を参照して、本発明の一実施形態による、梁およびインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。以下に説明する製造方法は、図７（ｉ）に示すインクジェット記録ヘッド２１を製造する方法である。
【００６１】
インクジェット記録ヘッド２１は、図１〜図３のインクジェット記録ヘッド２０と同様、基板１上に複数の吐出口（不図示）が形成されたオリフィスプレート３が配置されることにより構成されている。なお、オリフィスプレート３単体の構造については、例えば図１５に示した従来のオリフィスプレート１０３と実質的に同一であるため説明を省略する。
【００６２】
インクジェット記録ヘッド２１の基板１は、図２（ｂ）に示した梁１ａと同形状の梁１ａを３つ備えている。
【００６３】
共通液室９は、基板１を貫通するように形成されており、基板１の表面側に１つの開口部（インク供給口２）を形成している。インク供給口２は、オリフィスプレート３の内面側に形成されたインク流路（不図示）に連通している。これにより、共通液室９から供給されたインクがインク流路を経て各吐出口（不図示）に供給されるように構成されている。
【００６４】
共通液室９の側壁は、基板１と同じ部材で構成されており、いずれもその方位面が（１１１）となっている。
【００６５】
基板１の両面にはそれぞれ、製造工程で利用した層の一部が形成されており、基板１の裏面側には梁保護層１４が形成され、表面側、すなわち基板１とオリフィスプレート３との間にはパッシベイション層１２が形成されている。パッシベイション層１２は、インク流路６を形成する工程で必要な層であり、所定のエッチングに対する耐エッチング性を備えている。
【００６６】
上述のような構成のインクジェット記録ヘッド２１を製造するため、まず、図６（ａ）に示すような前駆体２１ａを形成する。
【００６７】
前駆体２１ａは、シリコンからなる基板１をベースとして、その表面側（上面側）の表面にパッシベイション層１２が形成され、パッシベイション層１２上の一部に溶解可能な樹脂層１３が形成され、その樹脂層１３を覆うようにオリフィスプレート１３がパッシベイション層１２上に配置されている。また、基板１の裏面側には、第１の開口部１８ａを３つ備える第１のマスク１１ａが形成されている。なお、開口部１８ａ間の距離は、梁１ａの底辺の幅に略一致するように調整されている。
【００６８】
前駆体２１ａは、より詳細には以下の工程によって形成される。
【００６９】
まず、基板１として、結晶方位面が（１００）で所定厚さのシリコン製の基板を用意する。次いで、基板１全体を酸化ガスを用いて熱酸化させ、基板１の両面に二酸化シリコンからなる膜を形成し、裏面側全体を例えばバッファード弗酸により除去する。このとき、表面側の熱酸化膜の一部、具体的にはインク供給口２に対応する領域も同様にバッファード弗酸により除去する。
【００７０】
次いで、基板１の表面側に窒化シリコンからなる膜をＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法にて形成することにより、パッシベイション層１２を形成する。このとき同時に基板１の裏面側にも窒化シリコン膜が形成されるが、この窒化シリコン膜（不図示）は、例えばＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッチングを用いて除去可能である。
【００７１】
次いで、パッシベイション層１２上に、樹脂層１３を、インク流路（不図示）に対応した形状に形成する。
【００７２】
次いで、オリフィスプレート１３を樹脂層１３を覆うようにパッシベイション層１２上に位置決め固定する。
【００７３】
次いで、シリコンが露出した基板１の裏面に感光性レジストよりなる第１のマスク１１ａを形成し、第１の開口部１８を形成する。
【００７４】
以上、一連の工程により前駆体２１ａが形成される。
【００７５】
次いで、図６（ｂ）に示すように、第１の溝１９ａを形成する工程として、裏面よりＳＦ6ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第１の溝１９ａを所定の深さで形成する。なお、第１の溝１９ａの、向かい合う２面は互いに平行に形成されている。残存する第１のマスク１１ａは、Ｏ2ガスを用いたアッシングにより除去する。
【００７６】
次いで、図６（ｃ）に示すように、第１の溝１９ａ内および基板１の裏面全体に、プラズマＣＶＤ法にて窒化ケイ素を形成することで、突部１４ａと梁保護層９０８を形成する。なお、図示する突部１４ａは、第１の溝１９ａ内に充填されているものであるが、それに限らず、第１の溝１９ａの内壁のそれぞれを窒化ケイ素（保護部材）で覆うようにしてもよく、この場合、突部１４ａは形成されない。
【００７７】
次いで、図６（ｄ）に示すように、梁保護層１４上に、フォトレジストよりなる第２のマスク１１ｂを形成し、パターニングされた第２のマスク１１ｂより露出した梁保護層１４を、リン酸を主成分とする溶液で除去し、第２の開口部１８ｂを４つ形成する。
【００７８】
次いで、図６（ｅ）に示すように、第１の溝１９ｂを形成する工程として、裏面よりＳＦ6ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第２の溝１９ｂを所定の深さで形成する。なお、残存する第２のマスク１１ｂはＯ2ガスを用いたアッシングにより除去する。
【００７９】
次いで、図７（ｆ）に示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液により結晶異方性エッチングを行うことで、第２の溝１９ｂに面する基板１の一部をエッチングする。基板１は、（１１１）面が露出するようにエッチングされ、梁１ａの上方には断面三角形状の残留部８ａが残留する。
【００８０】
次いで、図７（ｇ）に示すように、さらにエッチングを進行させると梁１ａのエッチングはほぼ停止し、残留部８ａのみが継続してエッチングされる。これは、梁１ａの中心に突部１４ａが形成されていることにより、梁１ａが、その凸部を起点としてエッチングされないことによる。この作用は、製品として完成した梁１ａが、耐食性を有し、インクによってその凸部を起点としてエッチングされにくいことを意味している。
【００８１】
最終的に、図７（ｈ）に示すように、残留部８ａは全て除去され、梁１ａのみが、基板１の裏面に形成され、共通液室９が基板１を貫通する形状に形成される。共通液室９の表面側の開口部はインク供給口２となっている。
【００８２】
次いで、図７（ｉ）に示すように、インク供給口２を通じてパッシベイション層１２をＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し、さらに樹脂層３を樹脂層の溶媒にて溶解除去することによってインク流路（不図示）を形成する。
【００８３】
以上の一連の工程により、インクジェット記録ヘッド２１が製造される。
【００８４】
インクジェット記録ヘッド２１の各構成部および各製造工程は、より詳細には以下のようなものであってもよい。
【００８５】
梁１ａの形状およびサイズは、第１の溝１９ａや第２のマスク１１ｂの形状を調整することにより制御できる。方位面が（１００）のシリコン基板１を用いる場合、（１００）面と（１１１）面とのなす角度は５４．７°であるため、第１の溝１９ａの深さ方向の寸法をＤ、第２のマスク１１ｂの幅の寸法をＷとしたとき、２Ｄ＝Ｗ・ｔａｎ５４．７°の関係となる。この式により、第１の溝１９ａや第２のマスク１１ｂの寸法を決定することで、梁の形状およびサイズを決定できる。
【００８６】
また、結晶方位（１１０）面の基板１を用いる場合であっても、結晶方位（１１０面）と結晶方位（１１１）面とのなす角度より、同様に結晶異方性エッチング後の梁の形状およびサイズを制御することが可能である。
【００８７】
また、梁１ａは、梁保護層１４と突部１４ａとを有しているが、必要に応じてこれらを除去してもよい。これらを除去することにより、１本の梁１ａを複数本（図７のインクジェット記録ヘッド２１の梁１ａの場合は２本）に分割することが可能である。
【００８８】
第１のマスク１１ａは、第１の溝１９ａを形成する工程に耐性を有する材料であればよく、フォトレジストなどの有機膜の他にも熱酸化膜などの無機膜であってもよい。
【００８９】
第１の溝１９ａ、第２の溝１９ｂの形成には、反応性イオンエッチングの他にも、ウエットエッチング、プラズマエッチング、スパッタエッチング、イオンミーリング、エキシマレーザーやＹＡＧレーザー等を用いたレーザーアブレイション、サンドブラスト等のいずれかを用いることができる。
【００９０】
梁保護層１４および突部１４ａは、結晶異方性エッチングに耐性を有する材料であれば特に限定されるものではない。特に、この梁保護層１４を有する梁１ａをインクジェット記録ヘッドに形成する場合、インクに対して耐性を有する材料を選択することが好ましい。そのような材料としては、金属、酸化物、窒化物などの無機膜や、樹脂などの有機膜を用いることができ、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｇｅ、シリコン化合物、ポリエーテルアミド樹脂を用いることが可能である。
【００９１】
梁保護層１４および突部１４ａは、第１の溝１９ａを形成した後、基板１の表面を熱酸化することで形成できる。また、上述したＣＶＤの他にも、蒸着法、スパッタ法、メッキ法、スピンコート、バーコート、ディップコート等の膜形成法を用いて形成することができる。
【００９２】
パッシベイション層１２は、共通液室９を形成するエッチングに対して少なくともエッチング耐性を有する材料であれば特に限定されるものではない。また、第２の溝１９ｂがパッシベイション層１２に到達するときには、パッシベイション層１２は第２の溝を形成する工程に対してもエッチング耐性を有する必要がある。なお、パッシベイション層１２の形成方法としては、従来の公知技術、例えば、蒸着法、スパッタ法、化学気相成長、メッキ法、または薄膜塗布法等の薄膜製造技術を用いることが可能である。
【００９３】
共通液室９を形成するエッチングには、アルカリ水溶液からなるエッチャントによるシリコン結晶異方性エッチングを用いることができ、ＴＭＡＨの他にも、例えばＫＯＨ、ＥＤＰ、ヒドラジン等の結晶面によるエッチング速度差を生じるエッチング液を用いることができる。共通液室９を形成するエッチングとしてシリコン結晶異方性エッチングを用いることにより、インク供給口２の幅（開口部形状）の精度が保たれる。
【００９４】
共通液室形成エッチングによって、連通した共通液室９を形成する方法として、パッシベイション層１２の下部に所望のインク供給口２の形状となる寸法の犠牲層を設ける方法を用いてもよい。この場合、犠牲層を、共通液室形成エッチング用のエッチング液に対して等方性エッチングされる材料とすることで、共通液室形成エッチングの際にその犠牲層と犠牲層下部のシリコン（残留部）が同時にエッチングされる。このように、パッシベイション層１２の下に開口形状を決定する犠牲層を設け、この犠牲層上にパッシベイション層１２を形成することにより、基板１を裏面側からエッチングする場合の、基板１の厚み、基板１内の結晶欠陥、ＯＦの角度バラツキ、およびエッチング液の濃度バラツキ等によって生じる開口形状のバラツキが防止される。すなわち、犠牲層のパターンによりインク供給口２の大きさを制御することが可能となる。
【００９５】
この犠牲層に用いる材料として、シリコン結晶異方性エッチングに用いるエッチャントにて等方性エッチングできる材料であり、かつ薄膜形成できる材料であれば半導体、絶縁体、金属等さまざまな材料が利用可能である。例えば、半導体であれば、多結晶シリコン、多孔質シリコン等、また、金属ではアルミニウム、絶縁体ではＺｎＯ等のアルカリ水溶液に容易に溶解可能な材料が好ましい。特に、多結晶シリコン膜はＬＳＩプロセスとの適合性に優れており、プロセス再現性が高く、犠牲層に好適である。犠牲層の厚みとしては薄膜形成可能な厚みであればよく、例えば、犠牲層に数百オングストローム程度の多結晶シリコンを用いた場合には、犠牲層の等方性エッチングと基板の異方性エッチングを同時に行うことができる。
（第３の実施形態）―熱酸化膜からなる梁保護層および突部―
図８を参照して、本発明の他の実施形態による、梁およびインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。以下に説明する製造方法は、図７（ｉ）に示したインクジェット記録ヘッド２１の、梁保護層１４および突部１４ａを、窒化ケイ素に代えて二酸化シリコンで構成したインクジェット記録ヘッド（不図示）を製造するものである。図８（ｅ）に示す前駆体２２ａは、図６（ｃ）に示す前駆体２１ａと同形状であり、梁保護層１４の材質のみが異なるものである。したがって、それ以降の工程は図６（ｄ）以降の工程と同様であるため、その説明は省略する。
【００９６】
前駆体２２ａを製造するため、まず、図８（ａ）に示すように、基板１を用意し、その裏面に図６（ａ）と同様の工程で第１のマスク１１ａを形成する。
【００９７】
次いで、図８（ｂ）に示すように、図６（ｂ）と同様の工程で第１の溝１９ａを形成する。
【００９８】
次いで、図８（ｂ）に示すように、基板１全体を酸化ガスにて熱酸化させ、基板１の両面に二酸化シリコンからなる膜１４を形成するとともに、第１の溝内に、同じく二酸化シリコンからなる突部１４ａを形成する。
【００９９】
次いで、図８（ｄ）に示すように、基板１の表面側に形成された膜１４の、インク供給口（不図示）に対応する部分をバッファード弗酸により除去する。
【０１００】
次いで、図８（ｅ）に示すように、図６の前駆体２１ａの製造工程同様に、パッシベイション層２、樹脂層１３、オリフィスプレート３を順次形成する。
【０１０１】
以上一連の工程により、図６（ｃ）の状態の前駆体２１ａとほぼ同様の前駆体２２ａ（図８（ｅ）参照）が形成され、以降、図６（ｄ）以降と同様の工程で本実施形態のインクジェット記録ヘッド（不図示）が製造される。
（第４の実施形態）―有機膜からなる梁保護層および突部―
図９を参照して、本発明のさらに他の実施形態による、梁およびインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。以下に説明する製造方法は、図７（ｉ）に示したインクジェット記録ヘッド２１の、基板１と梁保護膜１４との間に、第１のマスク１１ａが形成されたインクジェット記録ヘッド（不図示）を製造するものである。図９（ｅ）に示す前駆体２３ａは、そのインクジェットヘッド（不図示）を製造するためのものであり、図６（ｅ）の前駆体２１ａと同様の状態となっており、基板１と梁保護層１４との間には第１のマスク１１ａが形成されている。それ以降の工程は図７（ｅ）以降の工程と同様であるため、その説明は省略する。
【０１０２】
まず、図９（ａ）に示すように、図６（ａ）と同様の工程で、前駆体２３ａを形成する。
【０１０３】
前駆体２３ａは、図６（ａ）の前駆体２１ａと同形状であるが、第１のマスク１１ａが、結晶異方性エッチングに耐性を有するポリエーテルアミド系樹脂からなるものである。後述するように、第１のマスク１１ａは、結晶異方性エッチングの際のマスクとして用いられる。
【０１０４】
次いで、図９（ｂ）に示すように、図６（ａ）と同様の工程で、第１の溝１９ａを形成する。
【０１０５】
次いで、図９（ｃ）に示すように、バーコード法によって、第１の溝１９ａ内および第１のマスク１１ａ上にそれぞれ樹脂膜からなる突部１４ａおよび梁保護膜１４を形成する。第２の実施形態で説明した図６（ｃ）の工程では突部１４ａおよび梁保護膜１４がＣＶＤによる窒化ケイ素からなるものであったが、本実施形態の突部１４ａおよび梁保護膜１４は上述のように樹脂材料からなっている。
【０１０６】
次いで、図９（ｄ）に示すように、図６（ｄ）と同様の工程で、梁保護層１４上に第２の開口部１８ｂを備えた第２のマスク１１ｂを形成する。
【０１０７】
次いで、図９（ｅ）に示すように、図６（ｅ）と同様の工程で、第２の溝１９ｂを形成する。
【０１０８】
以上一連の工程により、図６（ｅ）の状態の前駆体２１ａとほぼ同様の前駆体２２ａ（図９（ｅ）参照）が形成され、以降、図７（ｅ）以降と同様の工程で本実施形態のインクジェット記録ヘッド（不図示）が製造される。
【０１０９】
上述したように、梁保護層１４および突部１４ａの材質は種々変更可能である。これらの材料としては、本実施形態で説明した樹脂材料の他にも、金属材料（例えばＰｔ）であってもよい。金属材料の場合、梁保護層１４および突部１４ａの形成は例えばスパッタ法であってもよい。
【０１１０】
本発明による梁の形状は、梁保護膜および突部の形状を変更することにより制御可能であり、以下、その例について説明する。
（第５の実施形態）―五角形の梁―
第１の溝の深さと梁の底辺の幅とを調整することによって、断面５角形の梁を形成することができる。
【０１１１】
図１０を参照して、以下、断面五角形の梁を形成可能な製造方法について説明する。以下に説明する製造方法は、図１０（ｅ）に示すインクジェット記録ヘッド２４を製造するものである。
【０１１２】
まず、図１０（ａ）に示すように、図６（ａ）、（ｂ）と同様の工程で、前駆体２４ａを形成する。
【０１１３】
前駆体２４ａは、図６（ｂ）の前駆体２１ａと比較して、第１の溝１９ａがより浅く形成されており、例えば１５０μｍの深さで形成されている。
【０１１４】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、図６（ｃ）、（ｄ）と同様の工程で、図示する状態の前駆体２４ａを形成する。この前駆体２４ａは、図６（ｄ）に示した前駆体２１ａと同じ状態のものであり、第２の開口部１８ｂが形成されている。また、開口部１８ｂ間の距離、すなわち梁１ａの底辺の幅を制御する部分の距離は例えば３００μｍに形成されている。
【０１１５】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、図６（ｅ）と同様の工程で、第２の溝１９ｂを形成する。
【０１１６】
次いで、図１０（ｄ）に示すように、図７（ｆ）、（ｇ）と同様の工程で、第２の溝１９ｂに露出した基板１の一部を結晶異方性エッチングすることによって、図示するような断面五角形の梁１ａが形成される。このように、梁１ａが断面五角形に形成されるのは、梁１ａの底辺の幅に対して突部１４ａの高さ寸法が小さいためであり、異方性エッチングが（１１１）面を露出させるように進行する特性を利用したものである。
【０１１７】
次いで、図１０（ｅ）に示すように、図７（ｈ）と同様の工程で、さらにエッチングを進行させ断面略三角形状の梁１ａと、共通液室９とが形成され、図７（ｉ）と同様の工程で、本実施形態のインクジェット記録ヘッド２４が製造される。
（第６の実施形態）―逆Ｗ型の梁―
上述の実施形態で説明したように、第１の溝および梁の底辺の幅を調整することにより梁の断面形状は種々変更可能である。
【０１１８】
図１１を参照して、以下、断面形状が逆Ｗ型となる梁の製造方法について説明する。以下に説明する製造方法は、図１１（ｄ）に示すインクジェット記録ヘッド２５を製造するものであり、その梁１ｃの断面形状は図示するように逆Ｗ型となっている。すなわち、２つの底角が５４．７°である三角形の凸部（図１１（ｃ）参照）が、その先端から５４．７°の角度でエッチングされ、その結果として２つの凸部の間に凹部が形成されている。梁１ｃの、底面以外の面はほぼ全て（１１１）面となる。
【０１１９】
まず、図１１（ａ）に示すように、図６（ａ）〜（ｃ）と同様の工程で、前駆体２５ａを形成する。
【０１２０】
前駆体２５ａは、図６（ｃ）に示した前駆体２１ａと同じ状態のものであり、基板１の裏面に梁保護層１４が形成され、互いに所定の距離をおいて近接した一対の突部１４ａが、基板１に対して所定の深さに形成されている。
【０１２１】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、図６（ｄ）、（ｅ）と同様の工程で、第２の溝１９ｂを形成する。第２の溝１９ｂ間の距離は、梁１ｄの底辺の幅に略一致するように形成されている。
【０１２２】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、図７（ｆ）と同様の工程で、基板１をエッチングする。この状態の梁１ｄは、突部１４ａ間に１つの凸部が残っている断面三角形状となっている。
【０１２３】
次いで、図１１（ｄ）に示すように、図７（ｇ）以降と同様の工程で、さらにエッチングを進行させると、上記凸部からエッチングが進行し、上述したような逆Ｗ型の梁１ｄが形成される。同時に共通液室９が形成され、本実施形態のインクジェット記録ヘッド２５が製造される。
【０１２４】
梁１ｄは、２つの凸部の間に１つの凹部が形成されたものであったが、突部１４ａの数を増やすことによりこの凹部の数も増やすことができる。このような凹部は、インクジェット記録ヘッドにおいてインクの吐出を阻害するガスをトラップするものとして機能する。
（第７の実施形態）―傾斜した突部―
上述した各実施形態では、いずれも突部が基板に対して垂直に形成されたものであったが、図４、５を用いて説明した「斜方エッチング」を利用することにより、傾斜した突部を形成することができ、それにより梁の形状を種々変更することができる。
【０１２５】
図１２を参照して、以下、傾斜した突部を備えた梁の製造方法について説明する。以下に説明する製造方法は、図１２（ｄ）に示すインクジェット記録ヘッド２６を製造するものであり、その梁１ｅの突部１４ａは図示するように基板１の基板面に対して傾斜している。
【０１２６】
まず、図１２（ａ）に示すように、図６（ａ）〜（ｃ）とほぼ同様の工程で、前駆体２６ａを形成する。ただし、第１の溝（図示する突部１４ｂに相当）は、図４に示した斜方エッチング装置３０を用いて形成する。
【０１２７】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、図６（ｄ）、（ｅ）と同様の工程で、第２の開口部１８ｂを形成し、第２の溝１９ｂを形成する。
【０１２８】
次いで、図１２（ｃ）に示すように、図７（ｆ）と同様の工程で、基板１をエッチングする。これにより、梁１ｅは、その凸部の頂点が突部１４ｂの先端と一致するように形成される。
【０１２９】
次いで、図１２（ｄ）に示すように、図７（ｇ）以降と同様の工程で、さらにエッチングを進行させると、梁１ｅと、共通液室９とが形成され、本実施形態のインクジェット記録ヘッド２６が製造される。
【０１３０】
第２〜第７の実施形態として以上に説明したインクジェット記録ヘッド２１〜２６（図６〜図１２参照）を製造し、その特性を確認する試験を行った。
【０１３１】
機械的強度の向上を確認するために、製造した各インクジェット記録ヘッド２１〜２６（図６〜図１２参照）と、従来例のインクジェット記録ヘッド（図１５参照）との比較試験を行った。
【０１３２】
従来例のインクジェット記録ヘッド（図１５参照）は、各インクジェット記録ヘッド２１〜２６と同じ吐出エレメント寸法とし、梁を有さないものとした。そして、図１５のインク供給口１０２の幅方向に、基板が破損するまで荷重を与える破壊試験を行った。
【０１３３】
本実施形態による各インクジェット記録ヘッド２１〜２６はいずれも、従来例のインクジェット記録ヘッドが破損した荷重で基板が破損することはなかった。これにより、本実施形態によるインクジェット記録ヘッド２１〜２６はいずれも従来例のインクジェット記録ヘッドと比較してその機械的強度が向上していたのが確認された。
【０１３４】
また、各インクジェット記録ヘッド２１〜２６を用いて印字を行ったところ、インク供給口から発熱体までの距離が略等しく、各ヘッドでのリフィル時間がほとんど差のない、リフィル特性に関し均一な周波数特性を得ることができた。
【０１３５】
また、インクジェット記録ヘッド２１〜２６に形成された梁を３ヶ月間インクに浸したところ、いずれのインクジェット記録ヘッド２１〜２６の梁もその形状が変化することがなかった。さらに、図１０のインクジェット記録ヘッド２４の前駆体２４ａの、五角形の梁１ｃ（図１０（ｄ）参照）についてもその形状が変化することはなかった。
【０１３６】
以上説明したインクジェット記録ヘッド２１〜２６はいずれも、梁が基板１の短手方向（図１に示すＹ方向）に延びるように形成されたものであったが、梁の方向は特に限定されるものではなく、例えば基板１の長手方向に延びるように形成してもよい。また、梁を格子状に形成してもよい。梁を格子状、または一方向であっても狭いピッチで形成することにより、それらの梁がフィルターとして機能し、インク内に混入した異物が共通液室９内に入ることが防止される。このように、梁をインクジェット記録ヘッド以外のマイクロ構造体に応用する場合、梁は必ずしもその両端が母材に支持されてなくてもよく、片端のみが支持されるものであってもよい。
【０１３７】
梁の形状は、上述した実施形態の他にも種々変更可能であり、例えば、第１の溝の位置を第２のマスクの幅方向の中心からずらすことにより、非対称な梁を形成可能である。また、例えば、基板１に対して垂直な第１の溝を第２のマスクの端部に形成すれば、その断面が直角三角形の梁が形成される。この場合、第１の溝内に形成された突部が梁の底面に直交する１面を構成する。また、第１の溝および第２のマスクの形状を制御することにより、例えば、断面コの字形状を有する梁を製造することも可能である。
【０１３８】
このように、上述した梁は、底面から頂点まで貫通するように形成された第１の溝によってその高さ方向の寸法を容易に変更可能であるため、種々の形状に形成可能である。また同様に、梁の底辺の幅も、マスク部材の形状によって容易に変更可能である。
【０１３９】
以上説明した本発明の実施の形態による各インクジェット記録ヘッドは、「気泡連通吐出方式」において有効な構成となる。
【０１４０】
「気泡連通吐出方式」とは、吐出のためにインクを加熱することにより生成される膜沸騰による気泡を、吐出口近傍で外気に連通させて吐出を行うインクジェット記録方式であり、特開平２−１１２８３２号公報、特開平２−１１２８３３号公報、特開平２−１１２８３４号公報、特開平２−１１４４７２号公報等において提案されている方式である。
【０１４１】
連通吐出方式によれば、吐出口近傍への気泡成長を急激にしかも確実に行うことができるので、非遮断状態のインク路によるリフィル性も手伝って、高安定高速記録が達成される。また、気泡と大気とを連通させることによって、気泡の消泡過程がなくなり、キャビテーションによるヒータや基板の損傷も防止される。また、気泡連通吐出方式の基本的な作用として、気泡が生成される部位より吐出出口側にあるインクは原理的に全てインク液滴となって吐出されるということがある。このため、吐出インク量は、吐出出口から気泡生成部位までの距離等、記録ヘッドの構造によって定まる。この結果、上記気泡連通吐出方式によれば、インク温度の変化等の影響をそれほど受けずに吐出量の安定した吐出を行うことが可能となる。
【０１４２】
サイドシュータ型のインクジェット記録ヘッドは、オリフィスプレートの厚さによりインク吐出口と発熱体との距離を容易に制御できる。気泡連通吐出方式では前記距離が吐出インク量を決定する重要な因子の一つであることより、本発明のインクジェット記録ヘッドは、気泡連通吐出方式に好適な構造となる。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明による梁および梁の製造方法は、その梁を用いるさまざまなマイクロ構造体およびその製造において有効であり、特に、マイクロ構造体の製造プロセスにおいて結晶異方性エッチングを用いる場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本実施形態によるインクジェット記録ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のインクジェット記録ヘッドの断面図であり、図２（ａ）は短手方向に切断した断面図であり、図２（ｂ）は長手方向に切断した断面図である。
【図３】梁による、インクジェット記録ヘッドの機械的強度の向上を説明するための模式図である。
【図４】本発明の製造方法に利用する斜方エッチングを実施するための装置の模式図である。
【図５】図４の装置を用いたエッチングによりエッチングされた基板を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による製造方法を説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による製造方法を説明するための図である。
【図９】本発明の第４の実施形態による製造方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態による製造方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態による製造方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態による製造方法を説明するための図である。
【図１３】従来のインクジェット記録装置の一例を示す図である。
【図１４】従来の記録ユニットの一例を示す図である。
【図１５】従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す図である。
【図１６】長尺のインクジェット記録ヘッドの問題点を説明するための図である。
【図１７】インクジェット記録ヘッドの変形による、インク吐出方向のズレを説明するための図である。
【図１８】従来の製造方法により複数のインク供給口を形成したインクジェット記録ヘッドの一例示す図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１  基板
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  梁
２  インク供給口
３  オリフィスプレート
４  吐出口
６  インク流路
７  発熱体
８ａ  残留部
９  共通液室
１１、１１ａ、１１ｂ  マスク
１２  パッシベイション層
１３  樹脂層
１４  梁保護膜
１４ａ  突部
１５  流路部材
１８、１８ａ、１８ｂ  開口部
１９、１９ａ、１９ｂ  溝
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６  インクジェット記録ヘッド
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ  前駆体
３０  斜方エッチング装置
３１  基板保持治具
３２  真空容器
３３  プラズマ発生部
【図１】
2005169603.tif 000003
【図２】
2005169603.tif 000004
【図３】
2005169603.tif 000005
【図４】
2005169603.tif 000006
【図５】
2005169603.tif 000007
【図６】
2005169603.tif 000008
【図７】
2005169603.tif 000009
【図８】
2005169603.tif 000010
【図９】
2005169603.tif 000011
【図１０】
2005169603.tif 000012
【図１１】
2005169603.tif 000013
【図１２】
2005169603.tif 000014
【図１３】
2005169603.tif 000015
【図１４】
2005169603.tif 000016
【図１５】
2005169603.tif 000017
【図１６】
2005169603.tif 000018
【図１７】
2005169603.tif 000019
【図１８】
2005169603.tif 000020