JP3297482B2 - Method of manufacturing polycrystalline silicon-based substrate for liquid jet recording head - Google Patents

Method of manufacturing polycrystalline silicon-based substrate for liquid jet recording head

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JP3297482B2
JP3297482B2 JP29725192A JP29725192A JP3297482B2 JP 3297482 B2 JP3297482 B2 JP 3297482B2 JP 29725192 A JP29725192 A JP 29725192A JP 29725192 A JP29725192 A JP 29725192A JP 3297482 B2 JP3297482 B2 JP 3297482B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、記録用の液体を熱エネ
ルギ−を利用して、吐出口から吐出して記録を行う液体
噴射記録ヘッドに用いられる多結晶シリコンをベ−スに
した基板及び該基板の製造方法に関する。本発明は更
に、該基板を用いた液体噴射記録ヘッド及び液体噴射記
録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polycrystalline silicon-based substrate used in a liquid jet recording head for performing recording by discharging a recording liquid from a discharge port by utilizing thermal energy. And a method for manufacturing the substrate. The present invention further relates to a liquid jet recording head and a liquid jet recording apparatus using the substrate.

【0002】(背景技術)熱エネルギーを利用して吐出
口からインクなどの記録用液体を吐出、飛翔させ、紙,
プラスチックシ−ト,布等の被記録媒体に記録用液体を
付着させることによって記録を行う液体噴射記録方法
は、ノンインパクト式の記録方法であって、騒音が少な
いこと、被記録媒体に特に制限が無いこと、カラー画像
記録が容易にできることなどの利点を有する。
(Background Art) A recording liquid such as ink is ejected and ejected from an ejection port by utilizing thermal energy, and paper,
A liquid jet recording method for performing recording by attaching a recording liquid to a recording medium such as a plastic sheet or cloth is a non-impact recording method, which has low noise and is particularly limited to a recording medium. There is an advantage that there is no color image recording and that a color image can be easily recorded.

【0003】そしてこうした液体噴射記録方法を実施す
る装置、すなわち液体噴射記録装置については、その構
造が比較的シンプルであって、液体噴射ノズルを高密度
に配設でき当該記録装置の高速化も比較的容易に達成で
きるといった利点がある。こうしたことから上述した液
体噴射記録方法は社会的に注目され、該記録方法につい
て幾多の研究が成されている。因に該液体噴射記録方法
を実施するいくつかの液体噴射記録装置が市場化されて
実用に付されている。
[0003] An apparatus for implementing such a liquid jet recording method, that is, a liquid jet recording apparatus, has a relatively simple structure, the liquid jet nozzles can be arranged at a high density, and the speed of the recording apparatus can be increased. It has the advantage that it can be easily achieved. For these reasons, the above-described liquid jet recording method has attracted public attention, and many studies have been made on the recording method. Incidentally, some liquid jet recording apparatuses for performing the liquid jet recording method have been marketed and put to practical use.

【0004】図5(A)は、そうした液体噴射記録装置
に使用される記録ヘッドの要部破断斜視図であり、図5
(B)は、図5(A)に示した記録ヘッドの液路に添
い、基板に垂直な面での要部断面図である。
FIG. 5A is a fragmentary perspective view of a recording head used in such a liquid jet recording apparatus.
FIG. 5B is a sectional view of a principal part taken along a liquid path of the recording head shown in FIG. 5A and perpendicular to the substrate.

【0005】図5(A)及び図5(B)に示したよう
に、記録ヘッドは、一般にインク等の記録液を吐出する
ための複数の吐出口7、それら吐出口7のそれぞれに対
応した液路6、各液路6に記録液を供給するための液室
10、そして記録液に熱エネルギーを付与するための発
熱抵抗体2a、発熱抵抗体2aに電気信号を供給するた
めの配線3a,3bが配された液体噴射記録ヘッド用基
板8を有する。
As shown in FIGS. 5A and 5B, a recording head generally has a plurality of discharge ports 7 for discharging a recording liquid such as ink and the like, and corresponds to each of the discharge ports 7. The liquid path 6, a liquid chamber 10 for supplying a recording liquid to each liquid path 6, a heating resistor 2a for applying thermal energy to the recording liquid, and a wiring 3a for supplying an electric signal to the heating resistor 2a. , 3b are provided.

【0006】該液体噴射記録ヘッド用基板8は、一般に
図5(B)に示すように、基体1上に発熱抵抗層2を設
け、この発熱抵抗層2の上に、良好な電気伝導性を有す
る材料で構成される配線層3を積層されていて、該配線
層3が配されていない部分が発熱抵抗体2aとなる構成
のものである。なお、この構成においては、配線3a,
3bを介して発熱抵抗体2aに電気信号が印加される
と、該発熱抵抗体2aは発熱するところとなる。さら
に、液体噴射記録ヘッド用基板8において、配線3a,
3bや発熱抵抗体2aを被覆する目的で、保護層4を設
けることができる。この保護層4は、記録用の液体との
接触やこの液体の浸透による発熱抵抗体2a、配線3
a,3bの電蝕や電気的絶縁破壊を防止することに寄与
する。
As shown in FIG. 5B, the substrate 8 for the liquid jet recording head is generally provided with a heating resistor layer 2 on a base 1 and has a good electrical conductivity on the heating resistor layer 2. A wiring layer 3 made of a material having the above-described structure is laminated, and a portion where the wiring layer 3 is not disposed becomes a heating resistor 2a. In this configuration, the wirings 3a,
When an electric signal is applied to the heating resistor 2a via 3b, the heating resistor 2a generates heat. Further, in the liquid jet recording head substrate 8, the wirings 3a,
A protective layer 4 can be provided for covering the heating resistor 3b and the heating resistor 2a. The protective layer 4 is provided with a heating resistor 2 a and a wiring 3 due to contact with a recording liquid or penetration of the liquid.
It contributes to prevention of electrolytic corrosion and electrical breakdown of the a and 3b.

【0007】こうした液体噴射記録ヘッド用基板8を構
成する基体1としては、シリコン、ガラスあるいはセラ
ミックスなどの材料からなる板状の部材を用いることが
できる。しかしながら、通常、単結晶のシリコンからな
るの基体がもっぱら使用されている。この理由は次ぎに
述べることによる。即ち、基体1としてガラスを使用し
た場合、ガラスが熱伝導性に劣るため、発熱抵抗体2a
の発熱周期(駆動周波数)を高くすると基体1内に発熱
抵抗体が発した熱が過剰に蓄積してしまい、その結果、
この蓄積された熱によって、液体噴射記録ヘッド内のイ
ンクが加熱されて、気泡が生じ、インクの吐出不良など
を生じ易い。基体1としてセラミックスを使用する場合
には、比較的大きなサイズの基体を製作でき、かつガラ
スに比べて熱伝導率の高い材料を選択することができる
利点がある。しかしながら、セラミックス基体の場合、
一般に原料粉末を焼成しているため、数μm〜数10μ
mのピンホールや小突起などの表面欠陥が生じやすく、
その表面欠陥によって配線の短絡や断線などの故障が発
生し易く、歩留り低下の原因となる。また、その表面粗
度も、通常Ra(中心線平均荒さ)=0.15μm程度
であって、耐久性能に優れた発熱抵抗層2を成膜するの
に最適な表面粗度が得られない場合が多く、例えばアル
ミナセラミックス基体を使用して液体噴射記録ヘッドを
作成した場合には、これらの原因によって基体1からの
発熱抵抗層2の剥離や、欠陥部分に配された発熱抵抗層
の一部に、発泡した泡が消泡する際に生じるキャビテ−
ションが生じ、これに伴う発熱抵抗層の断線などが生じ
てしまい、耐久寿命が短くなるといった欠点がある。
As the substrate 1 constituting such a liquid jet recording head substrate 8, a plate-like member made of a material such as silicon, glass or ceramics can be used. Usually, however, substrates made of single-crystal silicon are used exclusively. The reason is as follows. That is, when glass is used as the base 1, the glass has poor thermal conductivity.
If the heat generation cycle (driving frequency) of is increased, the heat generated by the heat generating resistor in the base 1 is excessively accumulated, and as a result,
Due to the accumulated heat, the ink in the liquid jet recording head is heated, bubbles are generated, and ink ejection failure is likely to occur. When ceramics are used as the base 1, there is an advantage that a base having a relatively large size can be manufactured and a material having a higher thermal conductivity than glass can be selected. However, in the case of a ceramic substrate,
Generally, since raw material powder is fired, several μm to several tens μm
surface defects such as pinholes and small protrusions
Such surface defects tend to cause failures such as short-circuiting or disconnection of the wiring, which causes a reduction in yield. Also, the surface roughness is usually about Ra (center line average roughness) = 0.15 μm, and the optimum surface roughness for forming the heating resistance layer 2 having excellent durability performance cannot be obtained. For example, when a liquid jet recording head is manufactured using an alumina ceramic substrate, the heating resistance layer 2 may be peeled off from the substrate 1 or a part of the heating resistance layer disposed at a defective portion may be formed due to these causes. In addition, the cavities generated when the foamed foam disappears
However, there is a drawback that the heat generation resistance layer is disconnected and the durability life is shortened.

【0008】セラミックス基体を使用する場合のこれら
の問題点を解決するについて、セラミックス基体1の表
面を研磨して平滑化して発熱抵抗層2の密着性を向上さ
せると共に、キャビテ−ションが発熱抵抗層の一部に集
中することによって生ずる前記発熱抵抗層の早期断線を
防止するようにする提案がある。しかしこの提案につい
ては、アルミナは一般に硬度が高いため、表面粗度の調
整にも限界がありこの点で実用性に乏しい。
In order to solve these problems when using a ceramic substrate, the surface of the ceramic substrate 1 is polished and smoothed to improve the adhesion of the heating resistor layer 2 and the cavitation is reduced. There is a proposal to prevent early disconnection of the heating resistance layer caused by concentration on a part of the heating resistance layer. However, in this proposal, since alumina generally has high hardness, there is a limit in adjustment of the surface roughness, and this is not practical.

【0009】また、セラミックス基体の表面にグレーズ
層(ガラス質の層を熔着させたもの)を設けてアルミナ
グレーズ基板とすることにより上述の問題点を改善する
提案がある。しかし、グレーズ層は採用できる形成方法
では、その層厚を40〜50μm以下の厚さにすること
ができず、ガラス基体の場合と同様に蓄熱の問題を生じ
てしまうところ、この提案も実用的で無い。
There is also a proposal to improve the above-mentioned problem by providing a glaze layer (a glassy layer is welded) on the surface of a ceramic substrate to form an alumina glaze substrate. However, the glaze layer cannot be formed to a thickness of 40 to 50 μm or less by a forming method that can be adopted, and a problem of heat storage occurs as in the case of a glass substrate. Not.

【0010】シリコンを基体1に使用した場合には、上
述したガラスやセラミックスを基体1として使用した場
合における過剰な蓄熱の問題は無く、特に、単結晶シリ
コンウエハを使用する場合、表面性が非常に良いことか
ら上述の配線の断線等の問題が生じる心配がほとんど無
い。こうしたことから、例えば特開平2−125741
号公報に見られるように、上述した熱エネルギ−を利用
する液体噴射記録ヘッド用基体として単結晶シリコンウ
エハが用いられている。
When silicon is used for the substrate 1, there is no problem of excessive heat storage when the above-mentioned glass or ceramics is used for the substrate 1. In particular, when a single-crystal silicon wafer is used, the surface property is extremely low. Therefore, there is almost no concern that the above-described problem such as disconnection of the wiring may occur. For this reason, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
As can be seen in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-209, a single-crystal silicon wafer is used as a substrate for a liquid jet recording head utilizing the above-described thermal energy.

【0011】ところで、近年液体噴射記録法を用いた記
録分野に於いては、より高画質の記録をより高速で得る
ことが可能な記録装置の早期提供が望まれている。そし
て高速記録の要求に応える観点から、幅広の記録媒体へ
の記録を可能にすべく、該記録な幅に対応する幅を有し
た所謂フルラインヘッドのような大型の記録ヘッドにつ
いての鋭意研究が成されている。
In recent years, in the field of recording using the liquid jet recording method, early provision of a recording apparatus capable of obtaining higher quality recording at higher speed is desired. From the viewpoint of responding to the demand for high-speed recording, in order to enable recording on a wide recording medium, intensive research has been conducted on a large recording head such as a so-called full line head having a width corresponding to the recording width. Has been established.

【0012】そうした研究の結果として、上述したよう
に単結晶シリコンウエハは、記録ヘッドが比較的小型で
あるかぎりにおいて、該記録ヘッド用の基体として最適
ではあるものの、記録ヘッドを大型化するについてその
基体に単結晶シリコンウエハを使用すると下述するよう
な不都合が生じることから、単結晶シリコンウエハを大
型の記録ヘッド用の基体として使用できるようにするに
は解決を要する問題があることが指摘されている。
As a result of such research, as described above, a single-crystal silicon wafer is optimal as a substrate for a recording head as long as the recording head is relatively small, but is not suitable for increasing the size of the recording head. It is pointed out that the use of a single-crystal silicon wafer as a base causes the following inconveniences, and that there is a problem that needs to be solved before a single-crystal silicon wafer can be used as a base for a large recording head. ing.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】即ち、記録ヘッド用基
体を単結晶シリコンで構成する場合、当該単結晶シリコ
ン基体、即ち単結晶シリコンウエハは、通常単結晶引き
上げ法によって製造された単結晶インゴットから切り出
すことによって形成される。この単結晶引き上げ法によ
って製造できる単結晶インゴットの大きさは、現在のと
ころ直径8インチで長さが約1mのロッド状のものが限
界である。従って得られる単結晶インゴットから切り出
して得ることができる単結晶基体にもおのずと限界が生
ずる。また、このような単結晶インゴットからできるだ
け、長尺な基体を切り出そうとすると該インゴットの使
用効率が非常に悪くなってしまうため、得られる結晶ウ
エハは不可逆的に高価なものになり、このことは延べて
は最終製品をコスト高にしてしまう。
That is, when the recording head substrate is made of single-crystal silicon, the single-crystal silicon substrate, that is, the single-crystal silicon wafer is usually prepared from a single-crystal ingot manufactured by a single-crystal pulling method. It is formed by cutting. At present, the size of a single crystal ingot that can be manufactured by this single crystal pulling method is limited to a rod-shaped one having a diameter of 8 inches and a length of about 1 m. Therefore, there is naturally a limit to the single crystal substrate that can be obtained by cutting the obtained single crystal ingot. In addition, if it is attempted to cut out a long substrate as much as possible from such a single crystal ingot, the use efficiency of the ingot becomes extremely poor, so that the obtained crystal wafer becomes irreversibly expensive, and All this adds cost to the end product.

【0014】また、液体噴射記録ヘッド用基体に於いて
は、より良好に記録液に対して熱を伝える為に、その表
面に蓄熱性と放熱性の良好なバランスを達成する為の蓄
熱層(下部層)が設けられる。この場合、該基板は上述
の単結晶インゴットから切り出した単結晶シリコンウエ
ハの表面を熱酸化してSiO2層の蓄熱層を形成し、前述の
発熱抵抗層や配線等を形成した後に、個々の記録ヘッド
ごとに切り離すことにより製造される。
In the substrate for a liquid jet recording head, a heat storage layer for achieving a good balance between heat storage properties and heat dissipation properties is provided on the surface of the base for better transferring heat to the recording liquid. A lower layer). In this case, the substrate is thermally oxidized on the surface of the single-crystal silicon wafer cut out of the above-described single-crystal ingot to form a heat storage layer of an SiO 2 layer, and after forming the above-described heat-generating resistance layer, wiring, and the like, It is manufactured by separating each recording head.

【0015】しかしながら、本発明者が大型の記録ヘッ
ドを得るべく、検討したところ、図9(A)に示される
ように単結晶シリコンウエハの端部から切り出した基板
が弓なりに変形するという問題が生じることがわかっ
た。そして、その変形量は最大で60μm〜90μm に及
び、この変形を無理に矯正すると基板が破壊してしまう
場合が多々あり、またその変形が少ない場合であって
も、基板の切り出し工程の後に続く研磨工程に於いても
均一な研磨を行うことが困難であったり、基体上に配線
をパタ−ニングする際にパタ−ニングの精度が悪くなっ
たり、基板に配された配線とIC等を電気的に精度良く
接続することが困難となったりしていまう問題があるこ
とがわかった。仮に、曲がったままの基板を用いて、液
体噴射記録ヘッドが製造できたとしても、この基板の曲
がりが原因で記録液の被記録媒体に対しての付着位置の
ずれが生じるため、記録ドットの抜けやむらなどの画像
品位の低下を招いてしまう問題があることがわかった。
また、この変形を起こす部分、つまりシリコンウエハの
端部を、記録ヘッド用基板として使用しない場合には、
基板自体の製造コストが非常に高いものとなってしまう
ことがわかった。
However, when the present inventor studied to obtain a large recording head, there was a problem that the substrate cut out from the end of the single crystal silicon wafer was deformed in an arc shape as shown in FIG. Was found to occur. And the deformation amount reaches a maximum of 60 μm to 90 μm, and when this deformation is forcibly corrected, there are many cases where the substrate is broken, and even if the deformation is small, the substrate continues after the cutting step of the substrate. Even in the polishing process, it is difficult to perform uniform polishing, the accuracy of patterning becomes poor when patterning wiring on the substrate, or the wiring and IC etc. It has been found that there is a problem that it is difficult to connect with high accuracy. Even if a liquid jet recording head can be manufactured using a substrate that has been bent, even if the substrate is bent, the bent position of the recording liquid causes a shift in the adhesion position of the recording liquid to the recording medium. It has been found that there is a problem that image quality is deteriorated such as omission or unevenness.
In addition, when the portion that causes this deformation, that is, the edge of the silicon wafer is not used as the recording head substrate,
It has been found that the manufacturing cost of the substrate itself is very high.

【0016】このような、基板が変形を起こす原因を鋭
意検討したところ、上述の蓄熱層としての熱酸化層が施
されていない基板に於いては、このような基板の曲がり
変形が認められないこと、上述の変形は、熱酸化プロセ
スに起因するするものであることがわかった。そして当
該変形の発生は、単結晶シリコンウエハを熱処理した
後、冷却する際、該ウエハの端部、特に4隅が最も早く
冷却されることから、図8(A)の矢印で示されるごと
く、基体の外縁部に引っ張り応力が生じ、図8(B)に
(+)の符号で示されるような状態で基体内に応力が分
布してしまい、こうしたウエハから図9(A)のように
その一部を切断し、基体を形成すると、この応力の一部
が解放されて曲がり変形を生じることがわかった。
When the cause of such a deformation of the substrate has been intensively studied, no bending deformation of the substrate is observed in the substrate not provided with the above-mentioned thermal oxide layer as the heat storage layer. That is, it was found that the above-mentioned deformation was caused by the thermal oxidation process. The deformation occurs because the edge of the single crystal silicon wafer, particularly the four corners, is cooled most quickly when the single crystal silicon wafer is cooled after the heat treatment, as shown by the arrow in FIG. A tensile stress is generated at the outer edge of the base, and the stress is distributed in the base in a state as indicated by a sign (+) in FIG. 8B, and the stress is distributed from such a wafer as shown in FIG. 9A. It has been found that when a part is cut to form a substrate, a part of this stress is released to cause bending deformation.

【0017】従って単結晶シリコン基体を記録ヘッド用
基板の基体として用いる場合には、基板の長尺化を達成
する上でおのずと限界がある。このため、より高速記録
を達成する為の長尺ヘッドを作成する場合には、短い記
録ヘッド用の基板を継いで一体化することが要求され
る。ところがこの場合、基板の継ぎ目部分を記録画像に
悪影響を及ぼさないように調整することは至難の業であ
る。
Therefore, when a single-crystal silicon substrate is used as a substrate for a recording head substrate, there is naturally a limit in achieving a longer substrate. Therefore, when producing a long head for achieving higher-speed recording, it is required to connect and integrate a substrate for a shorter recording head. However, in this case, it is extremely difficult to adjust the joint portion of the substrate so as not to adversely affect the recorded image.

【0018】こうしたことから、液体噴射記録ヘッド用
基板の形状がその製造工程に制約されず、また大型化に
伴う記録ヘッド用基板の変形等の問題が無くして高速の
高画質記録を容易に達成することを可能にする安価な液
体噴射記録用基板の提供が切望されている。
Accordingly, the shape of the substrate for a liquid jet recording head is not restricted by the manufacturing process, and high-speed, high-quality recording can be easily achieved without problems such as deformation of the substrate for a recording head due to enlargement. There is an urgent need to provide an inexpensive liquid jet recording substrate capable of performing such a process.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明の主
たる目的は、従来の液体噴射記録ヘッド用基体について
上述した諸問題を解決し、大型の記録ヘッドを得ること
を可能にする特定の材料で編成された基体を利用した液
体噴射記録ヘッド用長尺基板の製造方法を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is to solve the above-mentioned problems with the conventional liquid jet recording head substrate and to obtain a specific material capable of obtaining a large recording head. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a long substrate for a liquid jet recording head using a substrate knitted in the above.

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【0023】本発明の他の目的は、上述の液体噴射記録
ヘッド用基板に用いられる多結晶シリコンからなる基体
表面に良好な表面性を有する熱酸化層を形成することを
包含する、液体噴射記録ヘッド用基板の製造方法を提供
することにある。
Another object of the present invention is to form a thermally oxidized layer having good surface properties on the surface of a substrate made of polycrystalline silicon used for the above-described substrate for a liquid jet recording head. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a head substrate.

【0024】本発明者は、従来の液体噴射記録ヘッド用
基板における上述した問題点を解決し、上記目的を達成
すべく下述する実験を介して検討した。その結果、本発
明者は、次ぎの知見を得た。即ち、液体噴射記録ヘッド
用基板の基体として多結晶シリコンを用いる場合、
(i)上述した単結晶シリコンウエハを用いる場合の、
基板についてのサイズの制限に関わる問題及び変形に係
る問題を排除でき、高画質の記録画像を高速で記録する
ことができる記録ヘッドを低価格で提供することができ
る。そして、(ii)該多結晶シリコン基板の表面に熱酸
化層を形成するについて、該基体の表面に熱酸化層を形
成する場合に、該基体の表面に酸素の拡散障害層を設け
て酸化処理を行うことによって、該基体中に拡散する酸
素の量を制御することができて、表面性の良い熱酸化膜
を形成することができる、という知見を得た。
The present inventor has studied through the following experiments to solve the above-mentioned problems in the conventional liquid jet recording head substrate and to achieve the above object. As a result, the inventor has obtained the following knowledge. That is, when polycrystalline silicon is used as the base of the liquid jet recording head substrate,
(I) When the above-mentioned single crystal silicon wafer is used,
It is possible to eliminate a problem relating to the restriction on the size of the substrate and a problem relating to deformation, and to provide a recording head capable of recording a high-quality recording image at high speed at a low price. And (ii) forming a thermal oxidation layer on the surface of the polycrystalline silicon substrate, in the case of forming a thermal oxidation layer on the surface of the substrate, providing an oxygen diffusion barrier layer on the surface of the substrate and performing oxidation treatment. By carrying out the above, it has been found that the amount of oxygen diffused into the substrate can be controlled, and a thermal oxide film having good surface properties can be formed.

【0025】本発明は、本発明者が実験を介して得た上
記知見に基づいて完成したものである。
The present invention has been completed based on the above findings obtained by the present inventors through experiments.

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【0028】[0028]

【0029】[0029]

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【0032】本発明の、液体噴射記録ヘッド用基板の製
造方法によれば、本来粗表面の多結晶シリコンを基体と
して使用するも、その表面の平面性を確保しつつ良好な
熱酸化膜を形成することを可能とし、基体上に形成され
る配線等の断線の心配がない耐久性能の高い、表面酸化
層を有する基体を得ることができる。
According to the method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head of the present invention, a good thermal oxide film is formed while maintaining the flatness of the surface even though polycrystalline silicon having a rough surface is used as a substrate. This makes it possible to obtain a substrate having a surface oxide layer having a high durability performance and having no fear of disconnection of wiring or the like formed on the substrate.

【0033】(実験例)従来、太陽電池の分野において
板上の多結晶シリコン部材が用いられている。多結晶シ
リコン部材を液体噴射記録ヘッド用の基体として使用す
るとなると、多結晶シリコン部材上に精密な配線等を施
すことから該多結晶シリコン部材については表面が所望
の状態に平坦であることが必要とされる。ところが多結
晶シリコン部材は、単結晶部材とは異なり、様々な方位
の結晶が存在しているため、鏡面を得るためのポリッシ
ングを行っても、液体噴射記録ヘッド用の基体について
望まれる表面性を達成することは難しいと言うのが当該
技術分野における一般的認識であり、これが故に液体噴
射記録ヘッドの分野においては、多結晶シリコンを基体
として使用することは試みさえも成されなかった。
(Experimental Example) Conventionally, polycrystalline silicon members on a plate have been used in the field of solar cells. If the polycrystalline silicon member is to be used as a substrate for a liquid jet recording head, it is necessary to provide a precise wiring or the like on the polycrystalline silicon member. It is said. However, unlike a single-crystal member, a polycrystalline silicon member has crystals of various orientations. Therefore, even if polishing for obtaining a mirror surface is performed, the desired surface property of a substrate for a liquid jet recording head is obtained. It is general recognition in the art that it is difficult to achieve, and therefore no attempt has been made in the field of liquid jet recording heads to use polycrystalline silicon as a substrate.

【0034】発明者は、こうした認識を無視し敢えて多
結晶シリコンを液体噴射記録ヘッド用基板の基体とし
て、使用することを下述する実験を介して試みた。その
結果、多結晶シリコンを液体噴射記録ヘッド用基板の基
体として有効に利用することができる知見を得た。
The inventor of the present invention, ignoring such recognition, attempted to use polycrystalline silicon as a substrate of a liquid jet recording head substrate through an experiment described below. As a result, they have found that polycrystalline silicon can be effectively used as a substrate of a substrate for a liquid jet recording head.

【0035】以下に、本発明者が行った実験について説
明する。
An experiment performed by the present inventors will be described below.

【0036】実験A 従来の単結晶ウエハの場合、半導体デバイスとして表面
加工変質層を極小にする必要がある為、メカノケミカル
ポリシングが用いられてきた。メカノケミカルポリシン
グはポリシング用研磨剤として1次研磨の場合、コロイ
ダルシリカにNaOH、KOH、有機アミン等の各種ア
ルカリを添加したもの、2次研磨の場合、コロイダルシ
リカにアンモニアを添加したものを用いる。
Experiment A In the case of a conventional single crystal wafer, mechanochemical polishing has been used because it is necessary to minimize the surface processing-affected layer as a semiconductor device. In the case of mechanochemical polishing, a polishing agent for polishing is obtained by adding various alkalis such as NaOH, KOH and organic amine to colloidal silica in the case of primary polishing, and a polishing agent obtained by adding ammonia to colloidal silica in the case of secondary polishing.

【0037】ところで、多結晶シリコン基体を上述した
ポリシング手段で表面加工する場合、一般には段差が発
生してしまう。この理由は、研磨剤中のアルカリ成分に
よるシリコンのエッチング量が結晶方位によって異なる
ことが影響しているのではないかと想定し、以下の実験
を行った。
When the surface of a polycrystalline silicon substrate is processed by the above-mentioned polishing means, a step is generally generated. The following experiment was conducted on the assumption that the reason for this is that the amount of silicon etched by the alkali component in the polishing agent varies depending on the crystal orientation.

【0038】単結晶の基体試料を次ぎのようにして作成
した。先ずSiHcl3の水素還元と熱分解による析出反応で
作成した残留不純物濃度が1ppb以下の高純度多結晶ロ
ッドを破砕したものを溶解し、CZ法で <111 >方向
に引上げて製造されたボロンド−パントP型の単結晶イ
ンゴット(8inch×110cm) から、グラインダ−で角柱
状に整形した後、マルチワイヤ−ソ−を用いて板状に切
り出した。次にラップ加工で30μm程度、表面層を除
去して平坦化した。
A single crystal substrate sample was prepared as follows. First, a boron oxide produced by crushing a high-purity polycrystalline rod having a residual impurity concentration of 1 ppb or less produced by a precipitation reaction by hydrogen reduction and thermal decomposition of SiHcl 3 and then pulling it up in the <111> direction by the CZ method is manufactured. From a punt P type single crystal ingot (8 inch × 110 cm), it was shaped into a prism using a grinder, and cut into a plate using a multi-wire saw. Next, the surface layer was removed and flattened by about 30 μm by lapping.

【0039】一方、多結晶シリコン基体の試料は、単結
晶シリコンの製造に用いる水素還元と熱分解による析出
反応で製作された高純度多結晶シリコンや、単結晶シリ
コンを破砕したものを用い、石英るつぼで1420度に加熱
して溶融した後、グラファイト製の鋳型に流し込んで、
冷却して40cm 角のインゴットを作成した。次に、こ
のインゴットを板状にマルチワイヤ−ソ−で切り出し
た。次にラップ加工で30μm程度、表面部分を除去し
て平坦化した。
On the other hand, as a sample of the polycrystalline silicon substrate, high-purity polycrystalline silicon produced by a precipitation reaction by hydrogen reduction and thermal decomposition used for production of single crystal silicon or crushed single crystal silicon is used. After heating and melting to 1420 degrees in a crucible, pour into a graphite mold,
It was cooled to form a 40 cm square ingot. Next, the ingot was cut into a plate shape using a multi-wire saw. Next, the surface portion was removed by about 30 μm by lapping to make it flat.

【0040】上記のようにして300mm×150mm×
1. 1mm(以下簡単のため;300 ×150 ×1.1(mm) と略
記する。)のサイズの試料を単結晶シリコン及び多結晶
シリコンのそれぞれについて表1に示されるように複数
作成した。
As described above, 300 mm × 150 mm ×
A plurality of samples each having a size of 1.1 mm (hereinafter abbreviated as 300 × 150 × 1.1 (mm) for simplicity) were prepared for each of single-crystal silicon and polycrystal silicon as shown in Table 1.

【0041】ポリッシング装置としては、スピ−ドファ
ム(株)社製片面ポリシング機を用いた。
As a polishing apparatus, a single-side polishing machine manufactured by Speed Fam Co., Ltd. was used.

【0042】研磨工程は1次研磨、2次研磨に分けて下
述する条件で行い、1次研磨時にアルカリの添加の有無
と表面仕上げ性能を評価した。
The polishing step was divided into primary polishing and secondary polishing under the conditions described below, and the presence / absence of alkali addition during the primary polishing and the surface finishing performance were evaluated.

【0043】評価結果を表1にまとめて示す。The evaluation results are shown in Table 1.

【0044】[0044]

【表1】 1次研磨条件:研磨布;ポリウレタン含浸ポリエステル
不織布、 研磨剤;コロイダルシリカ(粒径0.06μm) 、 ポリッシング圧力;250g/cm2 、 ポリッシング温度;42℃、 加工速度;0.7μm/min 2次研磨条件:研磨布;スエ−ドタイプ発泡ポリウレタ
ン、 研磨剤;シリカ微粉(0.01μm) 、 ポリッシング圧力;175g/cm2 、 ポリッシング温度;32℃、 加工速度;0.07μm/min 表1に示した結果から、多結晶シリコン基体であっても
ポリシング時のアルカリ添加を無くすことによって単結
晶基体と同等な平滑性を得ることができること、及び多
結晶シリコンが、液体噴射記録ヘッド用基体として利用
できることが分かった。
[Table 1] Primary polishing conditions: polishing cloth; polyurethane-impregnated polyester nonwoven fabric, abrasive; colloidal silica (particle diameter 0.06 μm), polishing pressure: 250 g / cm 2 , polishing temperature: 42 ° C., processing speed: 0.7 μm / min secondary Polishing conditions: polishing cloth; suede-type foamed polyurethane, abrasive: silica fine powder (0.01 μm), polishing pressure: 175 g / cm 2 , polishing temperature: 32 ° C., processing speed: 0.07 μm / min The results show that even if a polycrystalline silicon substrate is used, it is possible to obtain the same smoothness as a single crystal substrate by eliminating the addition of alkali during polishing, and that polycrystalline silicon can be used as a substrate for a liquid jet recording head. Do you get it.

【0045】実験B 本実験では、長尺な基体を形成した場合における単結晶
シリコン基体と多結晶シリコン基体との変形量の差につ
いての検討をした。
Experiment B In this experiment, the difference in the amount of deformation between a single crystal silicon substrate and a polycrystalline silicon substrate when a long substrate was formed was examined.

【0046】単結晶シリコンの基体試料は次ぎのように
して作成した。すなわち先ずSiHcl3の水素還元と熱分解
による析出反応で作成した残留不純物濃度が1ppb以下
の高純度多結晶シリコンロッドを破砕したものを溶融
し、CZ法で<111>方向に引上げて得られたボロンド
−パントP型の単結晶インゴット(8inch×110
cm)から、グラインダ−で角柱状に整形した後、マル
チワイヤ−ソ−を用いて板状に切り出した。次にラップ
加工で30μm程度、表面層を除去して平坦化した後、
端部をべべリング機で面取りしてから、ポリッシュ加工
で最終表面仕上げを行って表面粗度Rmax 150Åの鏡
面基体に仕上げた。
A substrate sample of single crystal silicon was prepared as follows. That is, a crushed high-purity polycrystalline silicon rod with a residual impurity concentration of 1 ppb or less prepared by hydrogen reduction and thermal decomposition of SiHcl 3 was melted and pulled up in the <111> direction by the CZ method. Borondo-Punt P-type single crystal ingot (8 inch × 110
cm), it was shaped into a prism using a grinder, and then cut out into a plate using a multi-wire saw. Next, after removing the surface layer and flattening it by about 30 μm by lapping,
After chamfering the end with a beveling machine, a final surface finish was performed by polishing to obtain a mirror-finished substrate having a surface roughness Rmax of 150 °.

【0047】次に図7に模式的に示すようなパイロジェ
ニック酸化法(水素燃焼酸化法)により基体表面の熱酸
化を行った。その酸化は例えば次ぎのようにして行われ
る。すなわち、水素と酸素は別々に熱酸化する基体石英
チュ−ブ73内に導かれ、該石英チュ−ブ73内で反応
してH2O を生じ、残分は燃焼される。石英チュ−ブ73
内には熱酸酸化処理を行う基体71が配置されており、
電気炉74によって加熱される。
Next, the substrate surface was thermally oxidized by a pyrogenic oxidation method (hydrogen combustion oxidation method) as schematically shown in FIG. The oxidation is performed, for example, as follows. That is, hydrogen and oxygen are separately introduced into the base quartz tube 73 which is thermally oxidized, and react in the quartz tube 73 to generate H 2 O, and the remainder is burned. Quartz tube 73
Inside, a base 71 for performing a thermal acid oxidation treatment is disposed.
Heated by electric furnace 74.

【0048】前記用意された基体の熱酸化は、上述の酸
化装置及び方法で行われ、ガス圧;1気圧、処理温度;
1150℃、処理時間;14時間の条件で酸素を導入す
ることにより、3μmの熱酸化層を得た。
The thermal oxidation of the prepared substrate is performed by the above-described oxidizing apparatus and method, and the gas pressure; 1 atm;
By introducing oxygen at 1150 ° C. for a treatment time of 14 hours, a thermal oxide layer of 3 μm was obtained.

【0049】このようにして、表2に示した寸法の単結
晶シリコン基体試料を5個作成した。
In this way, five single crystal silicon substrate samples having the dimensions shown in Table 2 were prepared.

【0050】一方、多結晶シリコン基体試料は、単結晶
の製造に用いる水素還元と熱分解による析出反応で製作
された高純度多結晶や、単結晶を破砕したものを用い、
石英るつぼで1420℃に加熱して溶融した後、グラファイ
ト製の鋳型に流し込んで、冷却して120cm 角のインゴッ
トを作成した。冷却速度が早いほど結晶粒径は小さくな
る為、鋳型に接するインゴットの外側ほど粒径が小さ
く、中心付近ほど大きくなる。このインゴットの中から
平均結晶粒径2mmとなる様な位置で板状の多結晶シリコ
ンをマルチワイヤ−ソ−で切り出した。
On the other hand, as the polycrystalline silicon substrate sample, a high-purity polycrystal manufactured by hydrogen reduction and a deposition reaction by thermal decomposition used for the production of a single crystal, or a crushed single crystal is used.
After heating to 1420 ° C. in a quartz crucible to melt, it was poured into a graphite mold and cooled to form a 120 cm 2 ingot. The higher the cooling rate is, the smaller the crystal grain size is. Therefore, the grain size becomes smaller on the outer side of the ingot in contact with the mold, and becomes larger near the center. A plate-like polycrystalline silicon was cut out of the ingot at a position where the average crystal grain size became 2 mm with a multi-wire saw.

【0051】次にラップ加工で30μm程度、表面層を
除去して平坦化した後、端部をべべリング機で面取りし
てから、ポリッシュ加工で最終表面仕上げを行って表面
粗度Rmax 150Åの鏡面基板に仕上げた。
Next, after lapping, the surface layer was removed and flattened by about 30 μm, the end was chamfered by a beveling machine, and then the final surface was finished by polishing to obtain a mirror surface with a surface roughness Rmax of 150 °. Finished on a substrate.

【0052】次に熱酸化を、上述のパイロジェニック法
により、上述の条件と同様の条件で、3μmの熱酸化層
を形成した。
Next, a thermal oxidation layer was formed to a thickness of 3 μm by the above-mentioned pyrogenic method under the same conditions as those described above.

【0053】このようにして表2に示した寸法の多結晶
基体試料を5個作成した。
In this way, five polycrystalline substrate samples having the dimensions shown in Table 2 were prepared.

【0054】次に、夫々の単結晶シリコン基体試料及び
多結晶シリコン基体試料のそれぞれの表面上に、配線と
してのアルミニュウム層(4500Å)、発熱抵抗体と
してハフニュウム;Hf層(1500Å)、上層の保護
層との密着向上層としてTi層(50Å),保護層とし
てSiO2 (1.5μm),Ta(5000Å),ポリ
イミド(3μm)を夫々積層し、複数個の基板を作成し
た。
Next, an aluminum layer (4500.degree.) As a wiring, a hafnium; Hf layer (1500.degree.) As a heating resistor, and protection of the upper layer were formed on the respective surfaces of the single-crystal silicon substrate sample and the polycrystalline silicon substrate sample. A plurality of substrates were formed by laminating a Ti layer (50 °) as a layer for improving adhesion to the layers, and SiO 2 (1.5 μm), Ta (5000 °), and polyimide (3 μm) as protective layers, respectively.

【0055】液体噴射記録ヘッド製造工程の場合、次工
程は流路を形成するために20μm厚のネガドライフィ
ルムを積層し、露光することによって流路のパタ−ニン
グを行うが、このパタ−ニングの際に、基板に反りがあ
るとフォ−カス位置がずれる為に露光不良が生じる。そ
こで、得られた基板のそれぞれについて反りの度合いを
評価した。反りの度合いは、定盤の上に試料を置き、最
小目盛り1μmのダイヤルゲ−ジを用いて最大変位量を
計測することにより行った。その結果を表2に示す。
In the manufacturing process of the liquid jet recording head, in the next step, a 20 μm-thick negative dry film is laminated to form a flow path, and the flow path is patterned by exposing the flow path. In this case, if the substrate is warped, the focus position shifts, resulting in poor exposure. Therefore, the degree of warpage was evaluated for each of the obtained substrates. The degree of warpage was determined by placing the sample on a surface plate and measuring the maximum displacement using a dial gauge having a minimum scale of 1 μm. Table 2 shows the results.

【0056】[0056]

【表2】 [Table 2]

【0057】表2に示した結果は、300×150×
1. 1(mm) の試料サイズの多結晶シリコン基体試料の
最大反り量を1にし、その他の試料はそれに対する最大
反り量の相対値である。
The results shown in Table 2 are 300 × 150 ×
The maximum amount of warpage of a polycrystalline silicon substrate sample having a sample size of 1.1 (mm) is set to 1, and the other samples are relative values of the maximum amount of warpage.

【0058】表2に示した結果から明らかなように、多
結晶シリコン基体試料の場合、実験に供した全サイズに
おいて同程度の反り量しか示さないのに比べ、単結晶シ
リコン基体試料では、500×150×1. 1(mm)の試
料サイズから反り量の増加が認められ、800×150
×1. 1(mm)の試料サイズでは、では反り量相対値3を
示す;反り量相対値2では、実際に露光する場合、フォ
−カス位置がずれることによる露光不良がかなり生じて
しまい、反り量相対値3ではすべてが露光不良となって
しまう;そして単結晶シリコン基体試料では500×1
50×1. 1の試料サイズが液体噴射記録ヘッドを製作
できる限度である。
As is evident from the results shown in Table 2, the polycrystalline silicon substrate sample showed only the same amount of warpage in all the sizes used in the experiment, whereas the single crystal silicon substrate sample did not. An increase in the amount of warpage was observed from a sample size of × 150 × 1.1 (mm), and 800 × 150
With a sample size of × 1.1 (mm), a warpage relative value of 3 is shown; with a warpage relative value of 2, when actual exposure is performed, exposure defects due to a shift in focus position considerably occur, In the case of the warpage relative value of 3, all of the exposures were defective; and in the case of the single crystal silicon substrate sample, 500 × 1
A sample size of 50 × 1.1 is the limit at which a liquid jet recording head can be manufactured.

【0059】実験C 本実験では、単結晶シリコン基体及び多結晶シリコン基
体について、結晶粒径の大きさと、基体の反りによる変
形の関係について検討した。 実験Bにおけると同様に
して、サイズが300×150×1. 1(mm)である鏡面
単結晶シリコン基体(試料No.1)を10枚作成し
た。これとは別に実験Bにおけると同様にして、サイズ
が300×150×1. 1(mm)の鏡面多結晶シリコン基
体を複数枚作成した。この際基体についての結晶粒径の
選択は、多結晶シリコンインゴットでは鋳型と接する表
面から中心部にむけて結晶粒径が大きくなっていること
から、このインゴットからの切り出しの際適当な部分を
選択することによって、表3の試料No.2〜8の項に
示した平均結晶粒径の複数の基体(試料No.2〜8)
を各10枚ずつ得た。
Experiment C In this experiment, the relationship between the crystal grain size and the deformation due to the warpage of the substrate was examined for a single crystal silicon substrate and a polycrystalline silicon substrate. In the same manner as in Experiment B, ten mirror-finished single-crystal silicon substrates (sample No. 1) each having a size of 300 × 150 × 1.1 (mm) were prepared. Separately, a plurality of mirror-surface polycrystalline silicon substrates having a size of 300 × 150 × 1.1 (mm) were prepared in the same manner as in Experiment B. At this time, since the crystal grain size of the substrate is selected from polycrystalline silicon ingots, since the crystal grain size increases from the surface in contact with the mold toward the center, an appropriate portion is selected when cutting out from the ingot. As a result, the sample No. A plurality of substrates having the average crystal grain diameters shown in the items 2 to 8 (Sample Nos. 2 to 8)
Were obtained 10 sheets each.

【0060】なおこのとき、基体の平均結晶粒径をJI
S G 0552の「鋼のフェライト結晶粒度試験法」
の項に記載された「切断法」に準じた結晶粒径測定法に
より測定した。用意した単結晶シリコン基体(試料N
o.1)、及び多結晶シリコン基体のそれぞれについ
て、その表面を実験Bに述べたと同様にパイロジェニッ
ク酸化法により、3μmの熱酸化層を形成した。
At this time, the average crystal grain size of the substrate was determined by JI
SG 0552 “Steel ferrite grain size test method”
Was measured by a crystal grain size measuring method according to the “cutting method” described in the section. Prepared single crystal silicon substrate (sample N
o. For each of 1) and the polycrystalline silicon substrate, a 3 μm-thick thermally oxidized layer was formed on the surface by pyrogenic oxidation in the same manner as described in Experiment B.

【0061】一体型の長尺液体噴射記録ヘッドは基体か
ら短冊状にヘッドごとに切断して作られるが、この際の
問題として基体の両端から切り出したヘッドのみが弓な
りに曲がるという問題がある。弓なり曲がり発生の状態
を図9(A)に示す。
An integrated long liquid jet recording head is manufactured by cutting each head in a strip shape from the substrate, but as a problem at this time, there is a problem that only the heads cut out from both ends of the substrate bend like a bow. FIG. 9A shows a state in which bowing or bending occurs.

【0062】ところで、研磨工程で研磨面が反っている
と発熱体からフェイス面の距離が均一に出来ない為、印
字品質の上で問題となる。
Incidentally, if the polished surface is warped in the polishing process, the distance between the heating element and the face surface cannot be made uniform, which causes a problem in printing quality.

【0063】そこで研磨工程での工程歩留を算定する目
的で基体両端部からそれぞれ10mm幅の短冊状にスラ
イサ−で切断して曲がり測定用サンプルを1基体当たり
2本作成した。表3の各試料のサンプル数はそれぞれ2
0本作成した。
Then, for the purpose of calculating the process yield in the polishing process, two samples for bending measurement were prepared from each end of the substrate by cutting them into strips each having a width of 10 mm with a slicer. The number of samples for each sample in Table 3 was 2
0 were created.

【0064】作成したサンプルをリニヤスケ−ル付き精
密XYテ−ブル上に置いて最大曲がり量を測定した。
The prepared sample was placed on a precision XY table with a linear scale, and the maximum bending amount was measured.

【0065】この場合採用した弓なり曲がり測定方法の
説明図を図9(B)、(C)、(D)に示す。
FIGS. 9 (B), 9 (C) and 9 (D) are explanatory views of the bow / bend measurement method adopted in this case.

【0066】図9(D)のa,b点をXYテ−ブルのX
軸に合わせ、Y方向の曲がり量を測定した。
The points a and b in FIG. 9D are replaced with the X of the XY table.
The amount of bending in the Y direction was measured along the axis.

【0067】研磨工程での許容曲がり量を越えたサンプ
ルを不合格として、各条件での合格率を計数した。表3
には、試料No.8の平均結晶粒径0.01mmのサン
プルの合格率を1とし、その他の試料については、試料
No.8 の値に対する相対値を示した。
Samples that exceeded the allowable bending amount in the polishing step were rejected, and the pass rate under each condition was counted. Table 3
The sample No. Sample No. 8 has a pass rate of 1 for a sample having an average crystal grain size of 0.01 mm, and for other samples, Sample No. The relative value to the value of 8 was shown.

【0068】[0068]

【表3】 [Table 3]

【0069】表3に示した結果から、単結晶シリコン基
体に対して多結晶シリコン基体は反りによる変形が少な
いという知見を得た。そして、また、多結晶シリコン基
体においても、その平均結晶粒径が8μmを越えるもの
は単結晶シリコンに対する優位性が少なく、平均結晶粒
径2μmを越え、平均結晶粒径8μm以下のものは、単
結晶シリコンに対する優位性はあるものの、平均結晶粒
径2μm以下のもに比べると劣ることが分かった。この
ことから、多結晶シリコン基体の平均結晶粒径として
は、8μm以下が好ましく、より好ましくは2μm以下
であることが分かった。
From the results shown in Table 3, it has been found that a polycrystalline silicon substrate is less deformed by warpage than a single crystal silicon substrate. Further, even in a polycrystalline silicon substrate, those having an average crystal grain size exceeding 8 μm have little advantage over single crystal silicon, and those having an average crystal grain size exceeding 2 μm and an average crystal grain size of 8 μm or less have a single crystal silicon. Although superior to crystalline silicon, it was found that it was inferior to those having an average crystal grain size of 2 μm or less. From this, it was found that the average crystal grain size of the polycrystalline silicon substrate is preferably 8 μm or less, more preferably 2 μm or less.

【0070】実験D 液体噴射記録ヘッド用基板を構成する基体については、
該基体上に配線を施すことから、該基体の表面が望まし
い状態に平滑であることが要求される。従って、該基体
が多結晶シリコンで構成される場合であってもこの要求
を満たすことが必要である。
Experiment D The substrate constituting the substrate for the liquid jet recording head was as follows.
Since wiring is provided on the base, the surface of the base is required to be smooth to a desired state. Therefore, it is necessary to satisfy this requirement even when the substrate is made of polycrystalline silicon.

【0071】ところで、多結晶シリコンは、太陽電池の
分野で使用されているが、その場合、多結晶シリコンで
構成される基体の表面状態については、液体噴射記録ヘ
ッド用基板を構成する基体の場合のような表面平滑性に
係わるシビアな要求はない。因みに、太陽電池に使用さ
れる多結晶シリコン基体は通常介在物を含有する。すな
わち太陽電池用の多結晶シリコン基体を得るについて使
用される多結晶シリコンインゴットは、石英ルツボ中で
シリコンを溶融させ、この溶融シリコンを冷却固化する
ことによって製造される。シリコン融液は化学的に非常
に活性であり、前記ルツボ材の構成材料の石英ともSi
2 +Si→2SiOのように反応する。その結果、冷
却固化の際にシリコンはルツボの内壁に強く固着してし
まう。
By the way, polycrystalline silicon is used in the field of solar cells. In this case, the surface condition of the substrate made of polycrystalline silicon depends on that of the substrate constituting the substrate for a liquid jet recording head. There is no severe requirement regarding surface smoothness as described above. Incidentally, a polycrystalline silicon substrate used for a solar cell usually contains inclusions. That is, a polycrystalline silicon ingot used for obtaining a polycrystalline silicon substrate for a solar cell is manufactured by melting silicon in a quartz crucible and cooling and solidifying the molten silicon. The silicon melt is chemically very active, and quartz as the constituent material of the crucible material is also Si
It reacts like O 2 + Si → 2SiO. As a result, the silicon firmly adheres to the inner wall of the crucible during cooling and solidification.

【0072】そこに石英とシリコンの熱膨張係数の違い
による歪みが加わるとルツボにクラックが入り易くな
る。その為、ルツボからインゴットを取り出す際に、そ
れを取出し易いようにするためにルツボの内壁面に粉末
の離型剤が塗布される。このため離型剤が多結晶シリコ
ンインゴット中に不可避的に介在してしまう。
When a strain is applied to the quartz and silicon due to a difference in thermal expansion coefficient between them, the crucible is easily cracked. Therefore, when the ingot is taken out of the crucible, a powdery release agent is applied to the inner wall surface of the crucible so that it can be easily taken out. Therefore, the release agent inevitably intervenes in the polycrystalline silicon ingot.

【0073】こうした介在物は太陽電池においては、何
ら問題にはならない。ところがかかる多結晶シリコンか
らなる基体上に配線を施す場合、先ず該基体の表面をポ
リッシュして鏡面仕上すると該介在物が数十μmのピッ
トや突起といった欠陥になって基体表面上に残ってしま
う。この様な欠陥があるとフォトリソグラフィ技術で配
線をパタ−ニングする場合に、レジスト塗布することが
できない部分や、レジストが溜ってしまう部分が生じた
りして、配線の断線や短絡等を生じてしまう場合があ
る。また、こうした欠陥が発熱抵抗体が配される位置に
あると、インクを吐出するために発生したバブルの消泡
時にキャビテ−ションダメッジが集中して早期断線をお
こしてしまう。
Such inclusions do not cause any problem in the solar cell. However, when wiring is applied on a substrate made of such polycrystalline silicon, if the surface of the substrate is first polished and mirror-finished, the inclusions become defects such as pits or projections of several tens of μm and remain on the surface of the substrate. . If such a defect is present, when wiring is patterned by photolithography technology, a portion where the resist cannot be applied or a portion where the resist accumulates may occur, resulting in disconnection or short circuit of the wiring. In some cases. Further, if such a defect is located at a position where the heating resistor is disposed, cavitation damage is concentrated at the time of bubble disappearance generated due to ink ejection, resulting in early disconnection.

【0074】本実験においては、上述した背景にたっ
て、液体噴射記録ヘッド用基板を構成する基体につい
て、それを多結晶シリコンで構成する場合の該多結晶シ
リコン中に含有される介在物の影響をその量的観点から
検討した。
In this experiment, the influence of the inclusions contained in the polycrystalline silicon when the substrate constituting the substrate for the liquid jet recording head was made of polycrystalline silicon was examined in the background described above. We examined from the quantitative viewpoint.

【0075】試料として先ず、実験Bの場合と同様にし
て、形成された単結晶シリコンウエハから330 ×1
50 ×1.1(mm) の寸法の単結晶基体を切り出し、
ラップ加工、ポリッシュ加工を行い、表面粗度がRma
x150Åである鏡面基体に仕上げた。この基体を試料
1とした。この段階でCCD読み取り方式による基板表
面検査装置(長瀬産業(株)製、商品名スキャンテッ
ク)によってこの基体(試料1)の表面状態を観察し
た。その結果、離型剤の介在物がないため基体の面積あ
たりの欠陥の数は、検出能力直径1μm以上のレンジに
おいてすべての測定点で1個/cm2 以下であった。この
結果は表4に示した。
First, as in the case of the experiment B, 330 × 1
A single crystal substrate having a size of 50 × 1.1 (mm) is cut out,
Lapping and polishing, surface roughness is Rma
It was finished to a mirror substrate of x150 °. This substrate was used as Sample 1. At this stage, the surface condition of the substrate (sample 1) was observed by a substrate surface inspection apparatus (trade name: Scantech, manufactured by Nagase & Co., Ltd.) using a CCD reading method. As a result, since there was no inclusion of the release agent, the number of defects per area of the substrate was 1 / cm 2 or less at all measurement points in the range of the detection capability diameter of 1 μm or more. The results are shown in Table 4.

【0076】[0076]

【表4】 [Table 4]

【0077】以上とは別に、離型剤を内面に塗布してい
ない石英ルツボでシリコンを溶融させた後、50cm角
の多結晶シリコンインゴットを作成した。このインゴッ
トから、単結晶シリコン基体の場合と同様の寸法の多結
晶シリコン基体を切り出し、その表面をラップ加工及び
ポリッシュ加工して、表面粗度が最高150 Åの鏡面基体
に仕上げた。この基体を試料2とした。上記、単結晶シ
リコン基体(試料1)の場合におけると同様の手法で、
この基体の表面状態を観察した。その結果、離型剤の介
在物がないため基体の面積あたりの欠陥の数は、検出能
力直径1μm以上のレンジにおいてすべての測定点で1
個/cm2 以下であった。この結果は表4に示した。
Separately from the above, silicon was melted in a quartz crucible in which a mold release agent was not applied to the inner surface, and then a 50 cm square polycrystalline silicon ingot was prepared. From this ingot, a polycrystalline silicon substrate having the same dimensions as that of the single crystal silicon substrate was cut out, and its surface was wrapped and polished to finish a mirror surface substrate having a maximum surface roughness of 150 mm. This substrate was used as Sample 2. In the same manner as in the case of the single crystal silicon substrate (sample 1),
The surface condition of the substrate was observed. As a result, since there was no inclusion of the release agent, the number of defects per area of the substrate was 1 at all measurement points in the range of the detection capability diameter of 1 μm or more.
Pcs / cm2 or less. The results are shown in Table 4.

【0078】次に、離型剤を使用する以外は、試料2を
作成した場合と同じ操作を行って、複数の基体(試料3
乃至6)を作成した。前記離型剤の使用量はそれぞれの
試料について異なるものとした。得られた基体(試料3
乃至6)のそれぞれについて、その表面状態を、上記単
結晶シリコン基体(試料1)におけると同様の手法で観
察した。
Next, the same operation as in the preparation of Sample 2 was performed except that a release agent was used, and a plurality of substrates (Sample 3) were prepared.
To 6) were created. The amount of the release agent used was different for each sample. The obtained substrate (sample 3
The surface condition of each of the samples 6 to 6) was observed in the same manner as in the single-crystal silicon substrate (sample 1).

【0079】その結果、試料3乃至6のそれぞれの欠陥
数は、それぞれ5個/cm2 以下、10個/cm2 以下、5
0個/cm2 以下、100個/cm2 以下であった。つぎ
に、それぞれの基体(試料1乃至6)について、その表
面を、実験Bで行った方法と同様の方法で熱酸化処理
し、3μmの熱酸化層を得た。
As a result, the number of defects in each of the samples 3 to 6 was 5 / cm 2 or less and 10 / cm 2 or less, respectively.
0 / cm2 or less and 100 / cm2 or less. Next, the surface of each of the substrates (samples 1 to 6) was subjected to a thermal oxidation treatment in the same manner as in the experiment B to obtain a 3 μm-thick thermally oxidized layer.

【0080】次に、介在物による断線や短絡の検出を行
うための、テスト配線パタ−ンとして、それぞれの試料
の熱酸化層の上に、Al膜をマグネトロンスパッタリン
グの方法で4500Å厚で成膜して、配線幅20μm,配線間
隔10μm の折返し配線パタ−ンを作成した。この時各試
料の折返し配線数は、液体噴射記録ヘッドの配線パタ−
ンを想定し、配線長8mm、配線数4736を、テストパタ−
ンとした。このテストパタ−ンは各試料に20個ずつ作
り込んだ。
Next, as a test wiring pattern for detecting a disconnection or a short circuit due to inclusions, an Al film was formed on the thermally oxidized layer of each sample to a thickness of 4500 mm by a magnetron sputtering method. Then, a folded wiring pattern having a wiring width of 20 μm and a wiring interval of 10 μm was prepared. At this time, the number of folded wirings of each sample is determined by the wiring pattern of the liquid jet recording head.
Assuming that the wiring length is 8 mm and the number of wirings is 4736, the test pattern
And 20 test patterns were formed for each sample.

【0081】プロ−ブピンを各配線端に接触させて導通
テストを行った。該導通テストの評価は、断線や短絡が
1か所も無いものを合格とする基準で行った。評価結果
は、テストパタ−ン20個に対しての断線及び短絡のい
ずれも無かったパタ−ン数、即ち、合格パタ−ン数/2
0テストパタ−ンを歩留として表した。得られた結果は
表4に示す通りであった。
A continuity test was performed by bringing the probe pins into contact with the ends of each wiring. The continuity test was evaluated on the basis of a test in which no disconnection or short circuit was found. The evaluation result is the number of patterns for which no disconnection or short circuit occurred for 20 test patterns, that is, the number of passed patterns / 2.
0 test pattern was expressed as yield. The results obtained are as shown in Table 4.

【0082】表4に示した結果から次ぎのことが判明し
た。即ち、(i)離型剤の介在物がない多結晶シリコン
は単結晶シリコンと同等の歩留を示す;(ii) 離型剤の
介在物がある多結晶シリコンでも直径1μm以上の欠陥
数が5個/cm2 以下のものは単結晶シリコンと同等の歩
留を示す;(iii )直径1μm以上の欠陥数が10個/
cm2 以下のものは5個/cm2 以下のものよりも歩留は低
下するが、その程度はわずかである;そして(iv) 直径
1μm以上の欠陥数が50個/cm2 以下のものは歩留の
悪化が大きいことから、実用的でない、また直径1μm
以上の欠陥数が100個/cm2 以下のものも同様に実用
的ではない。かくして判明したことから、次ぎの知見を
得た。即ち、多結晶シリコン部材について液体噴射記録
ヘッド基板を構成する基体として有効に使用できるもの
は、その表面の平滑性(平滑状態)が好ましくは、直径
1μm以上の欠陥数が10個/cm2 以下のもであり、よ
り好ましくは、直径1μm以上の欠陥数が5個/cm2 以
下のものであることが必要である。
From the results shown in Table 4, the following was found. That is, (i) polycrystalline silicon having no release agent inclusions exhibits the same yield as single crystal silicon; (ii) even polycrystalline silicon having release agent inclusions has a defect number of 1 μm or more in diameter. Those having 5 / cm2 or less show the same yield as single crystal silicon; (iii) 10 / cm2 or more defects having a diameter of 1 μm or more.
Yields lower than 5 cm2 / cm2 have a lower yield than those lower than 5 cm2 / cm2, but to a lesser extent; and (iv) yields of 50 μm / cm2 or less having a diameter of 1 μm or more It is not practical because the deterioration is large, and the diameter is 1 μm
Those having the number of defects of 100 defects / cm2 or less are not practical. From the findings, the following findings were obtained. That is, for a polycrystalline silicon member which can be effectively used as a substrate constituting a liquid jet recording head substrate, its surface is preferably smooth (smooth state), and the number of defects having a diameter of 1 μm or more is 10 / cm 2 or less. More preferably, the number of defects having a diameter of 1 μm or more should be 5 / cm 2 or less.

【0083】実験E 本実験においては、液体噴射記録ヘッド用基板を構成す
る基体を多結晶シリコンで構成する場合の、多結晶シリ
コンが故の表面段差を解消する観点で検討を行った。前
出の背景技術の欄で述べたように、液体噴射記録ヘッド
用基板を構成する基体として単結晶シリコンを使用する
場合、液体噴射記録ヘッドとしてより良好な特性を得る
目的で該基体の放熱性と蓄熱性のバランスをとるよう、
蓄熱層を単結晶シリコン基板の表面に形成することが一
般的である。この蓄熱層としては、通常、該単結晶シリ
コン基体の表面を熱酸化して形成されるSiO2 層が使
用される。本発明者は前記単結晶シリコン基体に変えて
多結晶シリコン基体を使用し、上記蓄熱層の形成の場合
と同様に、該多結晶シリコン基体の表面を熱酸化して蓄
熱層たるSiO2 層を形成し、該SiO2 層の表面状態
を観察した。その結果、該SiO2 層の表面の結晶粒間
に最大で数千Å程度の段差が生じていることがわかっ
た。
Experiment E In this experiment, a study was made from the viewpoint of eliminating the surface step caused by the polycrystalline silicon when the base constituting the substrate for the liquid jet recording head was composed of polycrystalline silicon. As described in the Background Art section above, when single crystal silicon is used as a substrate constituting a substrate for a liquid jet recording head, the heat radiation property of the substrate is used in order to obtain better characteristics as a liquid jet recording head. And balance heat storage
Generally, a heat storage layer is formed on the surface of a single crystal silicon substrate. As the heat storage layer, an SiO 2 layer formed by thermally oxidizing the surface of the single crystal silicon substrate is usually used. The present inventor uses a polycrystalline silicon substrate in place of the single crystal silicon substrate, and thermally oxidizes the surface of the polycrystalline silicon substrate to form a SiO 2 layer as a heat storage layer in the same manner as in the case of forming the heat storage layer. Then, the surface state of the SiO 2 layer was observed. As a result, it was found that a maximum difference of about several thousand degrees was generated between crystal grains on the surface of the SiO 2 layer.

【0084】このような段差が液体噴射記録ヘッド用基
板を構成する基体上に存在すると、加熱冷却の熱衝撃又
は、/及び記録液の吐出時に発生するキャビテーション
によって、該段差部にダメージが集中し、該段差部上に
発熱抵抗体が形成されている場合には、耐久寿命の点で
の信頼性が低下するという問題が生じてしまう。即ち、
特に記録液の吐出を高速で繰り返したときには、該段差
部にキャビテーションが集中し、それにより早い時期に
発熱抵抗体が破断してしまう。
If such a step is present on the base constituting the substrate for a liquid jet recording head, damage is concentrated on the step due to thermal shock of heating / cooling and / or cavitation generated at the time of discharging the recording liquid. In the case where a heating resistor is formed on the stepped portion, there arises a problem that reliability in terms of durability life is reduced. That is,
In particular, when the ejection of the recording liquid is repeated at a high speed, cavitation concentrates on the step portion, whereby the heating resistor is broken at an early stage.

【0085】こうした問題を解決する策として、上記S
iO2 層を形成した後、該SiO2層の表面をポリッシ
ュ加工して平坦化することが考えられる。ところがこの
手法では該問題の満足の行く解決ははかれない。
As a measure for solving such a problem, the above S
After forming the iO 2 layer, the surface of the SiO 2 layer may be polished and flattened. However, this method does not provide a satisfactory solution to the problem.

【0086】即ち、該SiO2 層の表面段差は上述した
ように数千Å程度のものであるのに加えて、該SiO2
層は数ミクロンの厚みであることが望ましいことから、
ポリッシュ加工を介して、該SiO2 層の機能を阻害す
ることなくして当該問題の他の解決手段として、該Si
2 層をかなり厚いものにし、その表面上を上述したポ
リッシュ加工することも考えられるがこの場合、そうし
た過度な厚みのSiO2 層は所望の蓄熱層として機能し
ないという問題がある他、経済的観点からして実用的で
はない。発明者は、上記蓄熱層(即ち、SiO2 層)の
形成を、真空成膜法、即ち、スパッタリング法、熱CV
D法、プラズマCVD法及びイオンビーム蒸着法のそれ
ぞれで試みたが、いずれの場合にあっても、膜厚が不均
一になったり、成膜に長時間が掛かったり、成膜時に発
生したごみが膜中に混入してキャビテーションによる破
壊の原因となる直径数ミクロンの突起が生じてしまった
りした。こうした突起の生起は、そこから電流がリーク
して、電気的短絡の原因になることもわかった。こうし
たことから真空成膜法は、上記蓄熱層(即ち、SiO2
層)の形成に適さないことがわかった。本発明者は、ス
ピンオングラス法及びディップ引き上げ法のそれぞれを
採用して上記蓄熱層(SiO2 層)の形成を試みたが、
いずれの場合であっても形成されるSiO2 層の膜質が
悪く、良好な膜質を達成するのは難しく、また、膜中に
不純物粒子が混入する場合もあったりして、これらの成
膜法はいずれも採用できないものであることがわかっ
た。
[0086] That is, the surface level difference of the SiO 2 layer in addition to those of several thousands Å, as described above, the SiO 2
Since the layer is preferably several microns thick,
As another solution to the problem without inhibiting the function of the SiO 2 layer through polishing, the Si 2
It is also conceivable to make the O 2 layer considerably thick and to polish the surface on the surface as described above. In this case, however, there is a problem that such an excessively thick SiO 2 layer does not function as a desired heat storage layer and it is economical. Not practical from a point of view. The inventor described the formation of the heat storage layer (that is, the SiO 2 layer) by a vacuum film forming method, that is, a sputtering method, a thermal CV method.
Attempts were made in each of the D method, the plasma CVD method, and the ion beam evaporation method, but in any case, the film thickness was not uniform, it took a long time to form the film, Was mixed into the film, resulting in projections several microns in diameter that caused destruction by cavitation. It has also been found that the occurrence of such protrusions causes a current to leak therefrom, causing an electrical short circuit. For this reason, the vacuum film formation method uses the heat storage layer (that is, SiO 2
Layer). The present inventor tried to form the heat storage layer (SiO 2 layer) by employing each of the spin-on-glass method and the dip pulling method.
In any case, the film quality of the formed SiO 2 layer is poor, it is difficult to achieve good film quality, and impurity particles may be mixed in the film. Turned out to be unacceptable.

【0087】本発明者は、上述した多結晶シリコン基体
の表面を熱酸化して蓄熱層たるSiO2 層を形成した場
合、該SiO2 層の表面に段差が生じる原因について検
討した。その結果、前記多結晶シリコンを構成する複数
の結晶粒のそれぞれの結晶方位が一定で無く互いに異な
るため、熱酸化処理の際それぞれの結晶粒の熱酸化速度
が異なり、このことが原因でそうした段差が生じてしま
うことがわかった。
The present inventor has studied the cause of the occurrence of steps on the surface of the SiO 2 layer when the surface of the polycrystalline silicon substrate is thermally oxidized to form a SiO 2 layer as a heat storage layer. As a result, since the respective crystal orientations of the plurality of crystal grains constituting the polycrystalline silicon are not constant but different from each other, the thermal oxidation rates of the respective crystal grains are different during the thermal oxidation treatment. Was found to occur.

【0088】こうした表面段差の解消については、上述
したように適切な手段が無いところ、本発明者は、前記
多結晶シリコン基体の表面への熱酸化を介してのSiO
2 層(蓄熱層)の形成を直接的にではなく間接的に行う
ことを試みた。即ち、本発明者は、前記多結晶シリコン
基体の表面に形成する蓄熱層(SiO2 層)と同等の機
能を奏すると共に、該多結晶シリコン基体の表面への酸
素の到達を許す材料で構成された層(即ち拡散障害層)
を設け、該拡散障害層を介して酸素を導入して該多結晶
シリコン基体の表面の熱酸化を行った。
As described above, there is no appropriate means for eliminating such a surface step, but the present inventor has proposed that the surface of the polycrystalline silicon substrate be thermally oxidized by SiO 2.
We tried to form two layers (heat storage layer) indirectly, not directly. That is, the present inventor has a function equivalent to that of the heat storage layer (SiO 2 layer) formed on the surface of the polycrystalline silicon substrate and is made of a material that allows oxygen to reach the surface of the polycrystalline silicon substrate. Layer (ie diffusion barrier layer)
And the surface of the polycrystalline silicon substrate was thermally oxidized by introducing oxygen through the diffusion barrier layer.

【0089】その結果、この手法による熱酸化により前
記多結晶シリコン基体の表面に形成されるSiO2 層は
その表面に上述した表面段差の無いものであることがわ
かった。以下に、多結晶シリコン基体の表面を直接熱酸
化処理に付した場合形成されるSiO2層は表面イ段差
を有するものになってしまう理由及び多結晶シリコン基
体の表面に上記拡散障害層を設け、該拡散障害層を介し
て、間接的に該多結晶シリコン基体の表面を熱酸化した
場合表面段差の無いSiO2 層が該多結晶シリコン基体
の表面に形成される理由について本発明者が実験的に究
明したところを図4(A)乃至図4(C)を用いて説明
する。
As a result, it was found that the SiO 2 layer formed on the surface of the polycrystalline silicon substrate by the thermal oxidation according to this technique did not have the above-mentioned surface step on the surface. Hereinafter, the reason why the SiO 2 layer formed when the surface of the polycrystalline silicon substrate is directly subjected to the thermal oxidation treatment has a surface level difference, and that the diffusion barrier layer is provided on the surface of the polycrystalline silicon substrate The present inventor conducted an experiment on the reason why a SiO 2 layer having no surface step is formed on the surface of the polycrystalline silicon substrate when the surface of the polycrystalline silicon substrate is thermally oxidized indirectly via the diffusion barrier layer. What has been clarified will be described with reference to FIGS. 4A to 4C.

【0090】図4(A)に示したような多結晶シリコン
基体11をそのまま熱酸化すると、熱酸化時に体積が増
えることと、各結晶粒12の結晶面の結晶方位の相違が
故に熱酸化速度が異なり、図4(B)に示したように、
結晶粒12ごとに生成する熱酸化膜13の厚さが異なっ
て、表面に段差が生じてしまうことが実験により確かめ
られた。図4(B)中、一点鎖線aは熱酸化前の多結晶
シリコン基体11の表面の位置を示している。例えば、
多結晶シリコン基体11の表面に厚さ約3μmの熱酸化
膜(SiO2 膜)13を形成する場合、形成される熱酸
化膜の表面の段差は約1000Å程度のものとなる。こ
こで多結晶シリコンの表面の熱酸化過程を検討する。熱
酸化膜形成の極めて初期の段階においては、熱酸化膜1
3の厚さと酸化速度との間に直線則が成立する。すなわ
ち、シリコン(Si)と熱酸化膜を構成する酸化シリコン
(SiO2)との界面での酸素(O2 )の反応が律速とな
る。この場合、結晶面の方位によって酸素の酸化速度が
異なる。
When the polycrystalline silicon substrate 11 as shown in FIG. 4A is thermally oxidized as it is, the volume increases at the time of thermal oxidation, and the thermal oxidization rate is increased due to the difference in the crystal orientation of the crystal plane of each crystal grain 12. Is different, as shown in FIG.
Experiments have confirmed that the thickness of the thermal oxide film 13 generated for each crystal grain 12 is different, and a step is generated on the surface. In FIG. 4B, a dashed line a indicates the position of the surface of the polycrystalline silicon substrate 11 before thermal oxidation. For example,
When a thermal oxide film (SiO 2 film) 13 having a thickness of about 3 μm is formed on the surface of the polycrystalline silicon substrate 11, a step on the surface of the formed thermal oxide film is about 1000 °. Here, the thermal oxidation process on the surface of polycrystalline silicon will be examined. In the very early stage of thermal oxide film formation, the thermal oxide film 1
A linear law holds between the thickness of No. 3 and the oxidation rate. That is, the reaction of oxygen (O 2 ) at the interface between silicon (Si) and silicon oxide (SiO 2 ) constituting the thermal oxide film is rate-limiting. In this case, the oxidation rate of oxygen varies depending on the orientation of the crystal plane.

【0091】一方、熱酸化膜13がある程度の厚さ以上
に形成された後は、この熱酸化膜13中を酸素が拡散す
る過程が律速となる。熱酸化膜13中での酸素の拡散速
度は、シリコンの結晶粒12の結晶面の方位には左右さ
れないと考えられる。したがって、多結晶シリコン基板
11の結晶粒12ごとの熱酸化膜13の表面の段差は、
熱酸化工程の極めて初期に発生するものであって、ある
程度熱酸化膜13の形成が進行した後では、段差は増大
しないと考えてよい。
On the other hand, after the thermal oxide film 13 is formed to a certain thickness or more, the process of diffusing oxygen in the thermal oxide film 13 becomes rate-determining. It is considered that the diffusion rate of oxygen in the thermal oxide film 13 does not depend on the orientation of the crystal plane of the silicon crystal grains 12. Therefore, the step on the surface of thermal oxide film 13 for each crystal grain 12 of polycrystalline silicon substrate 11 is:
It occurs very early in the thermal oxidation step, and it may be considered that the step does not increase after the thermal oxide film 13 has been formed to some extent.

【0092】ここで、熱酸化を行なう前の多結晶シリコ
ン基板11の表面への酸素の拡散速度を制限する拡散障
害層14を設け、その後熱酸化処理を行なうと、この拡
散障害層14中を酸素が拡散透過する速度が熱酸化膜形
成の律速となるため、図4(C)に示したように、多結
晶シリコン基板11の表面の結晶粒12の結晶面の方位
によらず熱酸化膜13の生成速度は一定となる。すなわ
ち、拡散障害層14を設けたのちに熱酸化処理を行なう
ことにより、形成されるSiO2 層(蓄熱層)の表面で
の段差の形成が抑止されるところとなる。本発明者は、
上述の拡散層を用いた場合の効果についての検証実験
を、液体噴射記録ヘッド用基板を作成して行った。
Here, diffusion barrier layer 14 for limiting the diffusion rate of oxygen to the surface of polycrystalline silicon substrate 11 before thermal oxidation is provided, and thereafter thermal oxidation treatment is performed. Since the rate at which oxygen diffuses and permeates the rate of the formation of the thermal oxide film, as shown in FIG. 4C, the thermal oxide film does not depend on the crystal plane orientation of the crystal grains 12 on the surface of the polycrystalline silicon substrate 11. 13 is constant. That is, by performing the thermal oxidation treatment after providing the diffusion barrier layer 14, the formation of steps on the surface of the formed SiO 2 layer (heat storage layer) is suppressed. The inventor has
A verification experiment on the effect when the above-described diffusion layer was used was performed by preparing a substrate for a liquid jet recording head.

【0093】即ち、まず、上述したキャスティング法に
よって、多結晶シリコンインゴットを作成した。得られ
たインゴットから平均結晶粒径約2mmとなる位置で角
状基板を切り出してラップ加工、ポリッシュ加工を行な
って、300mm×150mm×1.1mmのサイズ
で、表面粗さがRmax150 Åである鏡面基体とし、こ
れを多結晶シリコン基板とした。ついで、それぞれの多
結晶シリコン基体の表面の全面にマグネトロンスパッタ
法により、膜厚0.04μmのSiO2 層(拡散障害層)を
形成した。
That is, first, a polycrystalline silicon ingot was formed by the casting method described above. A rectangular substrate is cut out from the obtained ingot at a position where the average crystal grain size is about 2 mm, lapping and polishing are performed, and a mirror surface having a size of 300 mm × 150 mm × 1.1 mm and a surface roughness of Rmax150 ° is obtained. The substrate was used as a polycrystalline silicon substrate. Next, a 0.04 μm-thick SiO 2 layer (diffusion barrier layer) was formed on the entire surface of each polycrystalline silicon substrate by magnetron sputtering.

【0094】次に、実験Bで示したのと同様の方法及び
条件で、拡散障害層を介して前記多結晶シリコン基体表
面の熱酸化を行った。該熱酸化後、前記拡散障害層を、
CHF3 −C26 −O2 ガスを使用するリアクティブ
イオンエッチング法により除去した。
Next, the surface of the polycrystalline silicon substrate was thermally oxidized via the diffusion barrier layer in the same manner and under the same conditions as those shown in Experiment B. After the thermal oxidation, the diffusion barrier layer is
It was removed by a reactive ion etching method using CHF 3 -C 2 F 6 -O 2 gas.

【0095】この拡散障害層の除去は、次ぎの理由から
行った。即ち、該拡散障害層(SiO2 膜)が上述した
ように、マグネトロンスパッタリング法により形成した
ものであって、その形成時に成膜室の内壁に堆積したS
iO2 膜が、剥れてパ−ティクルとなって該拡散障害層
中に混入してしまっている疑いがある。
The removal of the diffusion barrier layer was performed for the following reason. That is, as described above, the diffusion barrier layer (SiO 2 film) is formed by the magnetron sputtering method, and S deposited on the inner wall of the film forming chamber during the formation.
There is a suspicion that the iO 2 film is peeled off and becomes a particle and is mixed in the diffusion barrier layer.

【0096】以上のように多結晶シリコン基体を処理し
たことにより、表面に熱酸化膜(SiO2 膜)からなる
蓄熱層が形成された多結晶シリコン基体を得た。形成さ
れた蓄熱層(すなわちSiO2 層)の層厚は2.9μm
であった。
By treating the polycrystalline silicon substrate as described above, a polycrystalline silicon substrate having a heat storage layer formed of a thermal oxide film (SiO 2 film) on the surface was obtained. The layer thickness of the formed heat storage layer (that is, the SiO 2 layer) is 2.9 μm
Met.

【0097】また、上記蓄熱層の表面を触針式粗さ測定
計を用いて調べたところ、該蓄熱層の表面に段差の発生
は認められなかった。
When the surface of the heat storage layer was examined using a stylus type roughness meter, no step was found on the surface of the heat storage layer.

【0098】次に、かくして得られた支持体の表面に、
フォトリソグラフィ技術を用いて、HfB2からなる発熱抵
抗体[サイズ:20 μm×100 μm、厚さ:0.16 μm、配
線密度:16Pel (すなわち16本/mm)]を複数個と各発
熱抵抗体に接続されたAlからなる電極(幅20μm、膜
厚0.6 μm)を形成した。さらに、SiO2/Taからなる保
護層をこれら発熱抵抗体と電極が形成された部分の上に
スパッタリングにより形成して、図1(A)及び図1
(B)に示す構成の液体噴射記録ヘッド用基板を作成し
た。
Next, on the surface of the support thus obtained,
By photolithography, heating resistor consisting of HfB 2 [Size: 20 μm × 100 μm, thickness: 0.16 [mu] m, wiring density: 16 pel (i.e. 16 / mm)] a plurality and to the heating resistors The connected electrodes (20 μm wide, 0.6 μm thick) made of Al were formed. Further, a protective layer made of SiO 2 / Ta is formed by sputtering on the portion where the heating resistor and the electrode are formed, and FIG. 1 (A) and FIG.
A substrate for a liquid jet recording head having the configuration shown in FIG.

【0099】続いて、この液体噴射記録ヘッド用基板の
上に、ドライフィルムなどによって液路と液室を形成
し、スライサ切断によって吐出口を形成し、図5(A)
及び図5(B)に示した構成の液体噴射記録ヘッドを作
成した。
Subsequently, a liquid path and a liquid chamber are formed on the liquid jet recording head substrate by a dry film or the like, and a discharge port is formed by slicer cutting.
A liquid jet recording head having the configuration shown in FIG.

【0100】作成した液体噴射記録ヘッドについて、各
発熱抵抗体に1.1Vth( Vth は発泡電圧)、パルス幅10μ
sの駆動パルス(印字信号)を繰り返し印加して各吐出
口からインクを吐出させ、吐出耐久試験を行なった。駆
動パルスの積算数が1×107、1×108、3×108
にそれぞれなったときの発熱抵抗体の残存率、すなわち
発熱抵抗体の全数に対する断線していない発熱抵抗体の
数を求めることにより、液体噴射記録ヘッドの耐久性を
評価した。その結果は表5の試料No.3の欄に示す通
りであった。
With respect to the prepared liquid jet recording head, 1.1 Vth (Vth is a foaming voltage) and a pulse width of 10 μm were applied to each heating resistor.
An s drive pulse (print signal) was repeatedly applied to eject ink from each ejection port, and an ejection durability test was performed. The number of integrated drive pulses is 1 × 10 7 , 1 × 10 8 , 3 × 10 8
The durability of the liquid jet recording head was evaluated by obtaining the residual ratio of the heating resistors when the above conditions were satisfied, that is, the number of the heating resistors that were not disconnected with respect to the total number of the heating resistors. The results are shown in Table 5. As shown in column 3.

【0101】[0101]

【表5】 [Table 5]

【0102】比較目的で、拡散障害層を設けないで多結
晶シリコン基体の熱酸化を行なうこと以外は上述の手法
と実験例と同様にして、液体噴射記録ヘッドを作成し、
上述の例と同様に吐出耐久試験を行なった。その結果は
表5の試料No.1の欄に示す通りであった。
For comparison purposes, a liquid jet recording head was prepared in the same manner as in the above-described method and experimental example except that the polycrystalline silicon substrate was thermally oxidized without providing a diffusion barrier layer.
An ejection durability test was performed in the same manner as in the above example. The results are shown in Table 5. The results are shown in column 1.

【0103】上述の実験例(試料No.3)と比較例
(試料No.1)とを比較すると、試料No.3の場
合、全くキャビテーション破断が起こらず、駆動パルス
の3×108回の繰り返し後においても残存率が100
%であるのに対し、従来の技術に基づき蓄熱層表面に段
差のある試料No.1の場合、早い段階からキャビテー
ション破断が発生して残存率が低下した。以上の結果か
ら、多結晶シリコン基体の表面に適当な膜厚の拡散障害
層を設け、該拡散障害層を介して熱酸化を行なうことに
より、表面段差のない蓄熱層が得られ、吐出耐久試験に
おいても極めて良好な結果が得られることが確認され
た。
A comparison between the experimental example (sample No. 3) and the comparative example (sample No. 1) shows that sample no. In the case of No. 3, cavitation rupture did not occur at all, and the residual ratio was 100 even after the driving pulse was repeated 3 × 10 8 times.
% Of the sample No. having a step on the surface of the heat storage layer based on the conventional technology. In the case of 1, cavitation fracture occurred from an early stage, and the residual ratio was reduced. From the above results, by providing a diffusion barrier layer having an appropriate thickness on the surface of the polycrystalline silicon substrate and performing thermal oxidation through the diffusion barrier layer, a heat storage layer having no surface steps can be obtained. It was also confirmed that extremely good results were obtained in

【0104】次に、液体噴射記録ヘッド用基板を構成す
る基体の多結晶シリコン基体上に望ましい蓄熱層を形成
するについて実験を行った。即ち、液体噴射記録ヘッド
の蓄熱層は余り厚いとガラス基板の場合と同様に冷却が
不十分になる為、吐出駆動周波数を大きく出来ないし、
余り薄いと発熱抵抗体が昇温しにくいので大電力が必要
になる為、通常1μm〜3μmの範囲で選択される。そ
こで拡散障害層の厚さを種々変化させて蓄熱層の厚さを
調整した。
Next, an experiment was conducted to form a desirable heat storage layer on a polycrystalline silicon substrate as a substrate constituting a substrate for a liquid jet recording head. That is, if the heat storage layer of the liquid jet recording head is too thick, the cooling becomes insufficient as in the case of the glass substrate, so that the ejection drive frequency cannot be increased,
If the thickness is too small, the heating resistor is unlikely to rise in temperature, so that large power is required. Therefore, the thickness is usually selected in the range of 1 μm to 3 μm. Therefore, the thickness of the heat storage layer was adjusted by variously changing the thickness of the diffusion barrier layer.

【0105】まず、前述の拡散層を用いた場合の効果に
ついての検証実験と同様に作成し表面粗さがRmax1
50Åの多結晶シリコン基体を得た。ついで、それぞれ
の多結晶シリコン基体の表面の全面にマグネトロンスパ
ッタ法により膜厚0.004μm、0.1μm,1μ
m、10μm、20μm,50μmのSiO2 層(拡散
障害層)を形成した。これも前述の拡散層を用いた場合
の効果についての検証実験と同様にこの拡散障害層を介
して多結晶シリコン基体表面の熱酸化を行った。熱酸化
後、前記拡散障害層を、CHF3 −C26 −O2 ガス
を使用するリアクティブイオンエッチング法により除去
した。
First, a surface was prepared in the same manner as in the verification experiment for the effect when the diffusion layer was used, and the surface roughness was Rmax1.
A 50 ° polycrystalline silicon substrate was obtained. Then, the entire surface of each polycrystalline silicon substrate was subjected to magnetron sputtering to a thickness of 0.004 μm, 0.1 μm, and 1 μm.
m, 10 μm, 20 μm and 50 μm SiO 2 layers (diffusion barrier layers) were formed. In this case, the surface of the polycrystalline silicon substrate was thermally oxidized through the diffusion barrier layer in the same manner as in the above-described verification experiment on the effect when the diffusion layer was used. After thermal oxidation, the diffusion disorder layer was removed by reactive ion etching method using CHF 3 -C 2 F 6 -O 2 gas.

【0106】以上のように多結晶シリコン基体を処理し
たことにより、表面に熱酸化膜(SiO2 膜)からなる
蓄熱層が形成された多結晶シリコン基体を得た。形成さ
れた蓄熱層(すなわちSiO2 層)の層厚は3μm、
2.8μm、2μm、1μm、0.5μm、0.3μm
であった。拡散障害層の膜厚と得られた蓄熱層厚さの関
係を表5の試料No.2,4,5,6,7,8のそれぞ
れの欄に示す。
By treating the polycrystalline silicon substrate as described above, a polycrystalline silicon substrate having a heat storage layer made of a thermal oxide film (SiO 2 film) formed on the surface was obtained. The thickness of the formed heat storage layer (that is, the SiO 2 layer) is 3 μm,
2.8 μm, 2 μm, 1 μm, 0.5 μm, 0.3 μm
Met. Table 5 shows the relationship between the thickness of the diffusion barrier layer and the thickness of the obtained heat storage layer. These are shown in columns 2, 4, 5, 6, 7, and 8, respectively.

【0107】その結果、試料No.7と試料No.8で
は必要な熱酸化層厚さは得られなかった。また、熱酸化
層の表面を触針式粗さ測定計を用いて測定したところ、
試料No.2の、拡散障害層厚さが40Åのものに熱酸
化層表面の段差発生が認められた。それ以外の試料N
o.4、5、6、7、8では、熱酸化層表面に段差の発
生は認められなかった。
As a result, the sample No. 7 and sample no. In No. 8, the required thermal oxide layer thickness could not be obtained. Also, when the surface of the thermal oxidation layer was measured using a stylus type roughness meter,
Sample No. In the case of No. 2, in which the thickness of the diffusion barrier layer was 40 °, the occurrence of steps on the surface of the thermal oxide layer was observed. Other samples N
o. In Nos. 4, 5, 6, 7, and 8, no step was observed on the surface of the thermal oxide layer.

【0108】よって、前述の拡散層を用いた場合の効果
についての検証実験の試料No.3の結果も合わせ、拡
散障害層厚さが0. 04〜10μmの範囲で1μm〜3
μmの表面段差の無い蓄熱層(すなわち熱酸化層)が得
られた。 次に試料No.4、5、6の基体で、前述の
拡散層を用いた場合の効果についての検証実験と同様に
して液体噴射記録ヘッドを作成し、前記例と同様な方法
で吐出耐久試験を実施した。その結果は試料No.4、
5、6の欄に示す通りであり、いずれもキャビテーショ
ン破断が起こらず、駆動パルスの3×108 回の繰り返
し後においても残存率が100%であった。
Therefore, the sample No. of the verification experiment on the effect when the above-described diffusion layer was used was used. 3, the thickness of the diffusion barrier layer is from 1 μm to 3 μm in the range of 0.04 to 10 μm.
A heat storage layer having no surface step of μm (that is, a thermal oxidation layer) was obtained. Next, the sample No. A liquid jet recording head was prepared in the same manner as in the verification experiment on the effect when the diffusion layer was used with the substrates 4, 5, and 6, and an ejection durability test was performed in the same manner as in the above example. The results are shown in Sample No. 4,
As shown in columns 5 and 6, no cavitation breakage occurred, and the residual ratio was 100% even after the driving pulse was repeated 3 × 10 8 times.

【0109】以上の結果、及び前述の拡散層を用いた場
合の効果についての検証実験の試料No.3の結果も合
わせ、多結晶シリコン基板の表面に拡散障害層を厚さが
0.04μm〜10μmの範囲で設けて熱酸化を行なう
ことにより、表面段差のない蓄熱層が得られ、吐出耐久
試験においても極めて良好な結果が得られることが確認
された。
The above results, and the sample No. of the verification experiment on the effect when the above-mentioned diffusion layer was used were used. By combining the results of Step 3 with the diffusion barrier layer having a thickness in the range of 0.04 μm to 10 μm on the surface of the polycrystalline silicon substrate and performing thermal oxidation, a heat storage layer having no surface steps can be obtained. It was also confirmed that extremely good results were obtained in

【0110】好ましい態様の詳細な説明 本発明により提供される、液体噴射記録ヘッド用基板
は、熱を発生するための発熱抵抗体と発熱抵抗体に電気
的に接続された一対の配線とを有する電気熱変換体が配
された基板であって、該基板を構成する基体が多結晶シ
リコン等の多結晶物質で構成された基体であることを特
徴とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The substrate for a liquid jet recording head provided by the present invention has a heating resistor for generating heat and a pair of wirings electrically connected to the heating resistor. A substrate provided with an electrothermal converter, wherein the substrate constituting the substrate is a substrate composed of a polycrystalline material such as polycrystalline silicon.

【0111】本発明により提供される、液体噴射記録ヘ
ッドは、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口から液体
を吐出させる為の熱エネルギ−を発生する発熱抵抗体
と、該発熱抵抗体に電気的に接続されていて、前記熱エ
ネルギ−を発生せしめる電気信号を前記発熱抵抗体に供
給する一対の配線とを有する電気熱変換体とが配された
液体噴射記録ヘッド用基板と、該基板の前記電気熱変換
体の近傍に、記録用液体を供給するための流路とを有す
る液体噴射記録ヘッドであって、前記基板を構成する基
体が多結晶シリコン等の多結晶物質で構成された基体で
あることを特徴とする。
The liquid jet recording head provided by the present invention comprises a discharge port for discharging liquid, a heating resistor for generating thermal energy for discharging the liquid from the discharge port, and a heating resistor. A substrate for a liquid jet recording head, wherein the substrate is provided with an electrothermal transducer electrically connected and having a pair of wirings for supplying an electric signal for generating the thermal energy to the heating resistor; and A liquid jet recording head having a flow path for supplying a recording liquid in the vicinity of the electrothermal transducer, wherein the substrate constituting the substrate is composed of a polycrystalline material such as polycrystalline silicon. It is a substrate.

【0112】本発明により提供される、液体噴射記録装
置は、(a)液体を吐出する吐出口と、前記吐出口から
液体を吐出させる為の熱エネルギ−を発生する発熱抵抗
体と、該発熱抵抗体に電気的に接続されていて、前記熱
エネルギ−を発生せしめる電気信号を前記発熱抵抗体に
供給する一対の配線とを有する電気熱変換体とが配され
た液体噴射記録ヘッド用基板と、(b)該基板の前記電
気熱変換体の近傍に、記録用液体を供給するための流
路、とを有し、基板(a)を構成する基体が多結晶シリ
コン等の多結晶物質で構成された基体であることを特徴
とする。
The liquid jet recording apparatus provided by the present invention comprises: (a) a discharge port for discharging liquid, a heating resistor for generating heat energy for discharging liquid from the discharge port, A substrate for a liquid jet recording head, wherein the substrate is provided with an electrothermal transducer electrically connected to a resistor and having a pair of wirings for supplying an electric signal for generating the thermal energy to the heating resistor; (B) a flow path for supplying a recording liquid in the vicinity of the electrothermal transducer of the substrate, wherein the substrate constituting the substrate (a) is made of a polycrystalline material such as polycrystalline silicon. It is characterized by being a constituted base.

【0113】本発明により提供される、液体噴射記録ヘ
ッド用基板の製造方法は、熱エネルギーを発生する発熱
抵抗体と該発熱抵抗体に電気的に接続された一対の配線
とを有する電気熱変換体を基体上に形成する液体噴射記
録ヘッド用基板の製造方法であって、前記基板を構成す
る基体として多結晶シリコン等の多結晶物質で構成され
た基体を用い、該多結晶基体上に酸素の拡散速度を抑制
する拡散障害層を設け、前記多結晶基体の表面を前記拡
散障害層を介して熱酸化することにより、前記表面に酸
化物層を形成することを特徴とする。
A method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head provided by the present invention is directed to an electrothermal converter having a heating resistor for generating thermal energy and a pair of wirings electrically connected to the heating resistor. A method for manufacturing a substrate for a liquid jet recording head in which a substrate is formed on a substrate, wherein a substrate composed of a polycrystalline material such as polycrystalline silicon is used as the substrate constituting the substrate, and oxygen is deposited on the polycrystalline substrate. Forming an oxide layer on the surface of the polycrystalline substrate by thermally oxidizing the surface of the polycrystalline substrate through the diffusion barrier layer.

【0114】本発明における、液体噴射記録ヘッド用基
板を構成する基体として使用する、代表的には多結晶シ
リコンで構成される基体(以下これを単に多結晶シリコ
ン基体という)は、単結晶シリコン基体に比べて変形が
生じにくいため、上述した実験において述べたように、
単結晶シリコン基体を使用する場合に達成することが難
しい記録ヘッドの長尺化を容易に達成することができる
という顕著な効果を奏する。この点は、該多結晶シリコ
ン基体に設けられる酸化物層が重要な要件となる。即
ち、該多結晶シリコン基体の表面は、一般にその結晶粒
が故に平坦でないところ、上述した実験において述べた
ように、該表面に形成される酸化物層は段差を伴う表面
を有するものとなってしまう。
In the present invention, a substrate typically made of polycrystalline silicon (hereinafter simply referred to as a polycrystalline silicon substrate) used as a substrate constituting a liquid jet recording head substrate is a single crystal silicon substrate. Since deformation is less likely to occur, as described in the above experiment,
There is a remarkable effect that the length of the recording head, which is difficult to achieve when using a single crystal silicon substrate, can be easily achieved. In this regard, the oxide layer provided on the polycrystalline silicon substrate is an important requirement. That is, the surface of the polycrystalline silicon substrate is generally not flat because of its crystal grains, but as described in the above experiment, the oxide layer formed on the surface has a surface with steps. I will.

【0115】この本発明においては、前記酸化物層は、
前記多結晶シリコン基体の表面に拡散障害層を形成し、
該拡散障害層を介して、該多結晶シリコン基体の表面を
熱酸化することにより形成される。これにより上記段差
の問題が解消される。前述の実験等からわかったが、こ
のような多結晶シリコン基体の特質は、多結晶シリコン
基体の結晶粒界がすべり変形の抵抗になり、基体の変形
を抑制するためであると考えられる。
In the present invention, the oxide layer comprises:
Forming a diffusion barrier layer on the surface of the polycrystalline silicon substrate,
It is formed by thermally oxidizing the surface of the polycrystalline silicon substrate through the diffusion barrier layer. This eliminates the problem of the step. As is apparent from the above-described experiments and the like, it is considered that such a characteristic of the polycrystalline silicon substrate is that the crystal grain boundary of the polycrystalline silicon substrate becomes a resistance to slip deformation and suppresses the deformation of the substrate.

【0116】本発明においては、こうした多結晶シリコ
ン基体を液体噴射記録ヘッド用基板の構成要素として使
用することから、該基体の表面を熱酸化処理に付す際、
加熱又は冷却によって該基体に不均一収縮に伴う内部応
力が発生しても、変形の発生は事実上問題にならない程
度に押さえられる。
In the present invention, since such a polycrystalline silicon substrate is used as a component of a substrate for a liquid jet recording head, when the surface of the substrate is subjected to a thermal oxidation treatment,
Even if heating or cooling generates an internal stress due to uneven shrinkage of the substrate, the occurrence of deformation is suppressed to a level that does not actually cause a problem.

【0117】そして、液体噴射記録ヘッド用基板を構成
する基体として、こうした多結晶シリコン基体を用いる
ことから、前記基板を所望の長さの長尺なものにするこ
とが容易にでき、その場合、上述の実験Bで述べたよう
に、単結晶シリコン基体に比べて、反り量が小さいこと
から、反りの影響がほとんど無い長尺の記録ヘッドを容
易に達成できる。そして該長尺の記録ヘッドは、複数の
小型の記録ヘッドを一体的に接続して長尺な記録ヘッド
とした場合に生ずる画素の乱れの生起は無い。
Further, since such a polycrystalline silicon substrate is used as a substrate constituting the substrate for a liquid jet recording head, the substrate can be easily made to have a desired length, and in this case, As described in Experiment B above, since the amount of warpage is smaller than that of the single crystal silicon substrate, a long recording head which is hardly affected by warpage can be easily achieved. In addition, the long recording head does not cause pixel disturbance that occurs when a plurality of small recording heads are integrally connected to form a long recording head.

【0118】また、長尺な記録ヘッドを容易に得ること
ができることから、より高速な記録を達成することがで
きる記録装置を得ることができる。
Further, since a long recording head can be easily obtained, it is possible to obtain a recording apparatus capable of achieving higher-speed recording.

【0119】上記反り量については、上述した実験Cで
明らかにしたように、多結晶シリコン基体の平均結晶粒
径の大きさに比例する。記録ヘッド製造時の歩留まり向
上の要求から液体噴射記録ヘッド用基板を構成する基体
としての多結晶シリコンの好ましい平均結晶粒径は8μ
m以下であり、より好ましい平均結晶粒径は2μm以下
である。このような範囲の平均結晶粒径を有する多結晶
シリコン基体を用いる場合には、基板の反りの問題はな
く、より高画質な記録画像を高速で得ることを可能にす
る長尺の液体噴射記録ヘッド用基板を容易に達成でき
る。
The amount of warpage is proportional to the size of the average crystal grain size of the polycrystalline silicon substrate as clarified in Experiment C described above. From the demand for improving the yield during the production of the recording head, the preferred average crystal grain size of the polycrystalline silicon as the base constituting the substrate for the liquid jet recording head is 8 μm.
m, and a more preferred average crystal grain size is 2 μm or less. When a polycrystalline silicon substrate having an average crystal grain size in such a range is used, there is no problem of warpage of the substrate, and a long liquid jet recording capable of obtaining a higher quality recorded image at a high speed. A head substrate can be easily achieved.

【0120】液体噴射記録ヘッド用基板を構成する多結
晶シリコン基体上には、発熱抵抗層や配線等を形成する
必要性があるため、ピットや突起といった欠陥が無いこ
とが望まれる。該基体の表面にこれらの欠陥が多く存在
する場合には、それが原因で該基体上に形成される発熱
抵抗層に断線や短絡を生じてしまう。上述の実験Dにお
いて明かにしたように、記録ヘッド用基板に用いられる
多結晶シリコン基体においては、高い製造歩留まりや、
良好な記録特性を得るために、該基体の表面に存在する
直径1μm以上の欠陥の数が好ましくは10個/cm2
以下であり、より好ましくは、5個/cm2 以下であ
る。
Since it is necessary to form a heating resistance layer, wiring, and the like on the polycrystalline silicon substrate constituting the liquid jet recording head substrate, it is desirable that there be no defects such as pits and projections. When many of these defects are present on the surface of the base, the defects may cause disconnection or short circuit in the heat-generating resistance layer formed on the base. As has been clarified in Experiment D described above, the polycrystalline silicon substrate used for the recording head substrate has a high production yield,
In order to obtain good recording characteristics, the number of defects having a diameter of 1 μm or more on the surface of the substrate is preferably 10 / cm 2.
Or less, more preferably 5 / cm 2 or less.

【0121】尚、基体を構成する多結晶シリコンは、単
結晶シリコン基板の場合と同様で、該単結晶シリコンに
含まれると同様の不純物を微量含有していても差し支え
ない。
Incidentally, the polycrystalline silicon constituting the base is similar to the case of the single crystal silicon substrate, and may contain trace amounts of the same impurities as those contained in the single crystal silicon.

【0122】液体噴射記録ヘッド用基板を構成する多結
晶シリコン基体の表面を熱酸化し、酸化膜を形成する際
に生ずる表面段差を防ぐについて、該多結晶シリコン基
体上に酸素の拡散を抑制することのできる拡散障害層を
形成し、該拡散障害層を介して該多結晶シリコン基体の
熱酸化処理を行う。この手法で熱酸化層を形成すること
によって、平滑性に優れた熱酸化層を有する多結晶シリ
コン基体を得ることができる。
In order to thermally oxidize the surface of the polycrystalline silicon substrate constituting the substrate for a liquid jet recording head and to prevent a surface step occurring when an oxide film is formed, diffusion of oxygen on the polycrystalline silicon substrate is suppressed. A diffusion barrier layer is formed, and a thermal oxidation treatment is performed on the polycrystalline silicon substrate through the diffusion barrier layer. By forming a thermal oxide layer by this method, a polycrystalline silicon substrate having a thermal oxide layer with excellent smoothness can be obtained.

【0123】拡散障害層を構成する材料については、第
1に、少なくとも熱酸化温度に対しての耐熱性を有する
ことが必要とされる。通常、半導体基板に熱酸化膜を形
成する場合は、850℃〜1000℃の温度範囲で行わ
れるが、液体噴射記録ヘッド用の基板を構成する基体の
表面に蓄熱層として形成される熱酸化膜の厚さは、数ミ
クロンと厚いため、該基体の表面への熱酸化膜の形成
は、主としてその形成時間を短縮する観点からして10
00℃〜1250℃という高い温度で行われる。従っ
て、拡散障害は、少なくとも1000℃以上の温度に対
して、望ましくは1200℃以上の温度に対して耐熱性
を有することが重要で有る。
First, the material constituting the diffusion barrier layer is required to have heat resistance to at least the thermal oxidation temperature. Normally, when a thermal oxide film is formed on a semiconductor substrate, the thermal oxide film is formed in a temperature range of 850 ° C. to 1000 ° C., but a thermal oxide film formed as a thermal storage layer on the surface of a substrate constituting a substrate for a liquid jet recording head Has a thickness of several microns, the formation of a thermal oxide film on the surface of the substrate is mainly performed from the viewpoint of shortening the formation time.
It is performed at a high temperature of 00C to 1250C. Therefore, it is important that the diffusion barrier has heat resistance at a temperature of at least 1000 ° C., preferably at a temperature of 1200 ° C. or more.

【0124】第2に、的確に酸素の拡散を抑制するため
に緻密性の高い膜の形成をもたらす材料で有ることが必
要である。なお、拡散障害層を多孔質膜で構成する場合
は、シリコンと酸素との直接的な接触が成されてしまう
ため、表面段差の完全な解消はできない。
Second, in order to accurately suppress the diffusion of oxygen, it is necessary that the material be a material that can form a highly dense film. In the case where the diffusion barrier layer is formed of a porous film, direct contact between silicon and oxygen is made, so that the surface step cannot be completely eliminated.

【0125】第3に、酸素の透過量が経時的に大きく変
化しない材料であることが必要である。酸素の透過量が
経時的に大きく変化する材料では、酸素透過量のコント
ロ−ルが行われにくいため、所望の厚さの熱酸化層が得
られなかったり、表面段差が生じてしまう場合があった
りするため十分な機能を果たすことが困難である。
Third, it is necessary that the material does not greatly change the amount of permeation of oxygen with time. In the case of a material whose oxygen permeation amount changes greatly with time, it is difficult to control the oxygen permeation amount, so that a thermally oxidized layer having a desired thickness may not be obtained or a surface step may occur. Or it is difficult to fulfill a sufficient function.

【0126】拡散障害層を構成する材料としては、以上
の第1から第3の条件を満たすものであればいずれも用
いることができるが、特にその形成の行い易さから上述
の条件を満足する例えば酸化チタン、酸化コバルト、酸
化シリコン等の無機酸化物が望ましく用いられる。該拡
散障害層は、酸化処理後通常選択エッチング法などの方
法によって除去される。しかし、除去しなくても特に不
都合の無い場合には取り除かずにそのままにして置いて
も良い。即ち、記録ヘッド用基板を形成するに際して、
該拡散防止層を取り除かなくても支障を来さない場合の
代表例は、該拡散防止層を酸化シリコンで構成した場合
である。
As the material constituting the diffusion barrier layer, any material can be used as long as it satisfies the above first to third conditions. In particular, the above conditions are satisfied because of the ease of formation. For example, inorganic oxides such as titanium oxide, cobalt oxide, and silicon oxide are desirably used. After the oxidation treatment, the diffusion barrier layer is usually removed by a method such as a selective etching method. However, if there is no particular inconvenience without removing, it may be left as it is without removing. That is, when forming the recording head substrate,
A typical example in which no problem occurs even if the diffusion preventing layer is not removed is a case where the diffusion preventing layer is made of silicon oxide.

【0127】また、本発明における拡散防止層は、緻密
な膜を形成し得る成膜方法であればいずれの方法によっ
ても形成できる。そうした成膜方法として、熱CVD
法,光CVD法,プラズマCVD法等のCVD成膜法、
スパッタ法、蒸着法等の成膜方法を挙げることができ
る。
Further, the diffusion preventing layer in the present invention can be formed by any method capable of forming a dense film. As such a film forming method, thermal CVD
Film formation methods, such as a CVD method, an optical CVD method, and a plasma CVD method,
A film forming method such as a sputtering method and a vapor deposition method can be given.

【0128】拡散障害層の厚さは、上記多結晶シリコン
基体に形成される熱酸化層の厚みに配慮すると共に該熱
酸化層の表面に段差が生じないよう配慮して決定され
る。該熱酸化層の厚みは通常1μm乃至3μmの範囲と
される。この点に配慮し形成される前記熱酸化層の表面
に段差の生起をもたらさない拡散障害層の厚みは、上述
の実験Eにおいて明かにしたように、0.04μm乃至
10μmの範囲である。
The thickness of the diffusion barrier layer is determined in consideration of the thickness of the thermal oxide layer formed on the above-mentioned polycrystalline silicon substrate and also of the surface of the thermal oxide layer so that no step is formed. The thickness of the thermal oxide layer is usually in the range of 1 μm to 3 μm. In consideration of this point, the thickness of the diffusion barrier layer that does not cause a step on the surface of the thermal oxidation layer formed is in the range of 0.04 μm to 10 μm, as clarified in the experiment E described above.

【0129】以下に、本発明の液体噴射記録ヘッド用基
板の態様を述べる。
Hereinafter, embodiments of the substrate for a liquid jet recording head according to the present invention will be described.

【0130】図1(A)は、本発明の液体噴射記録ヘッ
ド用基板の一例の要部概略平面図である。図1(B)
は、図1(A)のX−X’線における断面図である。図
2は、前記液体噴射記録ヘッド用基板を構成する基体の
模式的断面図である。
FIG. 1A is a schematic plan view of an essential part of an example of the substrate for a liquid jet recording head of the present invention. FIG. 1 (B)
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. FIG. 2 is a schematic sectional view of a base constituting the substrate for a liquid jet recording head.

【0131】液体噴射記録ヘッド用基板8は、多結晶シ
リコン基体1の上に、記録用の液体を噴射するための熱
エネルギーを発生する発熱抵抗体2aと、この発熱抵抗
体2aに電気的に接続された一対の配線3a,3bとで
構成される電気熱変換体を有している。
The liquid jet recording head substrate 8 comprises a heating resistor 2a for generating thermal energy for ejecting a recording liquid on the polycrystalline silicon substrate 1, and an electrical connection between the heating resistor 2a and the heating resistor 2a. It has an electrothermal converter composed of a pair of connected wires 3a and 3b.

【0132】この発熱抵抗体2aと配線3a,3bは、
基体1の上に、例えばスパッタリングによって、ある程
度の大きさの体積抵抗率を有する材料からなる発熱抵抗
層2と、電気伝導性のよい材料からなる電極層3とを積
層し、その後、フォトリソグラフィ工程によって所定の
形状にパターニングされることによって形成されてい
る。
The heating resistor 2a and the wires 3a and 3b are
A heating resistance layer 2 made of a material having a certain level of volume resistivity and an electrode layer 3 made of a material having good electrical conductivity are laminated on the base 1 by, for example, sputtering, and then a photolithography process is performed. Is formed by patterning into a predetermined shape.

【0133】そして、配線3a,3bを介して、前記発
熱抵抗体に電気信号を印加することによって、発熱抵抗
体が発熱することになる。
Then, by applying an electric signal to the heating resistor via the wirings 3a and 3b, the heating resistor generates heat.

【0134】発熱抵抗層2を構成する望ましい材料とし
ては、ホウ化ハフニウム(HfB2) ,窒化タンタル(Ta
2N),酸化ルビジュウム(RuO2),Ta-Al 合金,Ta-Al-Ir
合金を始めとする様々な金属,合金,金属化合物、ある
いはサ−メット等が用いられる。また、配線層3を構成
する材料としては、導電性の高い金属、例えばアルミニ
ウムや金等を使用することができる。 液体噴射記録ヘ
ッド用基板8には、配線3a,3bや発熱抵抗体2aを
被覆するようにして、保護層4が設けられている。この
保護層4は、インクとの接触やインクの浸透による発熱
抵抗体2a、配線3a,3bの電蝕や電気的絶縁破壊を
防止する目的で設けられる。
Desirable materials for forming the heating resistance layer 2 include hafnium boride (HfB 2 ) and tantalum nitride (Ta).
2 N), rubidium oxide (RuO 2 ), Ta-Al alloy, Ta-Al-Ir
Various metals such as alloys, alloys, metal compounds, cermets and the like are used. Further, as a material forming the wiring layer 3, a metal having high conductivity, for example, aluminum or gold can be used. A protective layer 4 is provided on the liquid jet recording head substrate 8 so as to cover the wirings 3a and 3b and the heating resistor 2a. The protective layer 4 is provided for the purpose of preventing the heating resistor 2a and the wirings 3a and 3b from being electrically corroded or electrically broken down due to contact with the ink or penetration of the ink.

【0135】こうした保護層は、SiO2,SiC,Si3N4等の電
気的絶縁材料で構成することができる。該保護層は多層
構成のものにすることができる。その場合、例えば、前
記電気絶縁材料で構成される層上にTaやTa2O5 で構成さ
れる層を積層して保護層とすることができる。
Such a protective layer can be made of an electrically insulating material such as SiO 2 , SiC, Si 3 N 4 and the like. The protective layer may have a multilayer structure. In that case, for example, a layer made of Ta or Ta 2 O 5 can be laminated on a layer made of the above-mentioned electric insulating material to form a protective layer.

【0136】また、拡散障害層がその後の製作工程や液
体噴射記録ヘッドの性能に悪影響を与えないものなら
ば、拡散障害層を取り去らずに、拡散障害層の上に発熱
抵抗層2や電極層3を形成するようにしてもよい。
If the diffusion barrier layer does not adversely affect the subsequent manufacturing process and the performance of the liquid jet recording head, the heat generation resistance layer 2 and the electrode layer are placed on the diffusion barrier layer without removing the diffusion barrier layer. 3 may be formed.

【0137】上述の液体噴射記録ヘッドの態様では吐出
口から液体が吐出する方向と、発熱抵抗体に液体が供給
される方向がほぼ同じであるが、例えば前記2つの方向
が互いに異なる(例えばほぼ垂直である)ものも、本発
明の液体噴射記録ヘッドは包含する。
In the above-described liquid jet recording head, the direction in which the liquid is ejected from the ejection port is substantially the same as the direction in which the liquid is supplied to the heating resistor. For example, the two directions are different from each other (for example, substantially the same). Perpendicular) are included in the liquid jet recording head of the present invention.

【0138】以下に、上述した基板を用いた液体噴射記
録ヘッドの態様について説明する。
Hereinafter, an embodiment of a liquid jet recording head using the above-described substrate will be described.

【0139】記録ヘッドの主たる構成については、前出
の発明の背景のところで図5(A)及び図5(B)を用
いて説明したが、ここで再度簡単に説明する。上述の各
発熱抵抗体2aの近傍に記録液であるインクを供給する
ための液路6が、天板5を基板に接続することにより形
成されている。そして、液路内のインクをそれぞの発熱
抵抗体で加熱することによって、気泡を生じせしめ、こ
の気泡発生の圧力によってインクを吐出口7から吐出さ
せて記録を行う。
Although the main structure of the recording head has been described with reference to FIGS. 5A and 5B in the background of the invention, it will be briefly described again. A liquid path 6 for supplying ink as a recording liquid is formed in the vicinity of each of the heating resistors 2a by connecting the top plate 5 to a substrate. Then, the ink in the liquid path is heated by the respective heating resistors to generate air bubbles, and the ink is ejected from the ejection port 7 by the pressure of the air bubbles to perform printing.

【0140】図5(A)及び図5(B)においては、液
体噴射記録ヘッドの形態として、発熱抵抗体と吐出口の
数の対応が一対一であるものを示した。本発明の記録ヘ
ッドはこれに限られるものではない。即ち、一つの吐出
口に対して複数の発熱抵抗体が対応する形態のもなど、
上述の基板を適用し得る形態であればいずれも本発明の
態様である。また、図5(A)及び図5(B)において
は、発熱抵抗体が配された基板面とインクを吐出する方
向とがほぼ平行な形態の記録ヘッドを示しているが、こ
れに限られることなく、インクを吐出する方向と基板面
とが、交わる形態のもので合っても良いことはいうまで
もない。更に、本発明の液体噴射記録ヘッドは、装置に
組み込まれ、又は記録装置から着脱可能であって、イン
クタンクからチュ−ブなどを介してインクの供給を受け
る形態の記録ヘッドであっても良いし、また、記録装置
から着脱可能であると共に、インクタンクと着脱可能に
接続される形態の記録ヘッドであっても良い。 本発明
の記録ヘッドに適用し得る記録液としては、様々なもの
が使用可能であるが、一般的には、染料 0.5〜20wt%,
(多価)アルコ−ル,ポリアルキレングリコ−ル等の水
溶性有機溶剤10〜80wt%,水10〜90wt%の
インク組成を持つものを好ましく用いることができ、そ
の具体的なインク組成の一例としては、C.I フ−ドブラ
ック2 3wt%,ジエチレングリコ−ル 25wt
%,N−メチル−2−ピロリドン20wt%,水 52
wt%の構成を挙げることができる。
FIGS. 5A and 5B show a liquid jet recording head having a one-to-one correspondence between the number of heating resistors and the number of discharge ports. The recording head of the present invention is not limited to this. That is, such a form that a plurality of heating resistors correspond to one discharge port,
Any embodiment to which the above-described substrate can be applied is an embodiment of the present invention. Further, FIGS. 5A and 5B show a recording head in which the substrate surface on which the heating resistor is disposed is substantially parallel to the direction in which ink is ejected, but the present invention is not limited to this. It goes without saying that the direction in which the ink is ejected and the substrate surface may intersect with each other without intersecting. Further, the liquid jet recording head of the present invention may be a recording head which is incorporated in the apparatus or is detachable from the recording apparatus, and which receives ink from an ink tank via a tube or the like. Alternatively, the recording head may be detachable from the recording device and detachably connected to the ink tank. Various recording liquids can be used as the recording liquid applicable to the recording head of the present invention.
A water-soluble organic solvent such as a (polyvalent) alcohol or polyalkylene glycol having an ink composition of 10 to 80 wt% and water of 10 to 90 wt% can be preferably used. As CI food black 23 wt%, diethylene glycol 25 wt%
%, N-methyl-2-pyrrolidone 20 wt%, water 52
wt%.

【0141】図6は本発明による記録ヘッドをインクジ
ェットヘッドカートリッジ(IJC)として装着したイ
ンクジェット記録装置(IJRA)の一例を示す外観斜
視図である。
FIG. 6 is an external perspective view showing an example of an ink jet recording apparatus (IJRA) in which the recording head according to the present invention is mounted as an ink jet head cartridge (IJC).

【0142】図6(A)において、120はプラテン1
24上に送紙されてきた記録紙の記録面に対向してイン
ク吐出を行うノズル群を具えたインクジェットヘッドカ
ートリッジ(IJC)である。116はIJC120を
保持するキャリッジHCであり、駆動モータ117の駆
動力を伝達する駆動ベルト118の一部と連結し、互い
に平行に配設された2本のガイドシャフト119Aおよ
び119Bと摺動可能とすることにより、IJC120
の記録紙の全幅にわたる往復移動が可能となる。
In FIG. 6A, reference numeral 120 denotes a platen 1
24 is an ink jet head cartridge (IJC) including a nozzle group for discharging ink while facing the recording surface of the recording paper sent on the recording paper 24. Reference numeral 116 denotes a carriage HC that holds the IJC 120. The carriage HC is connected to a part of a drive belt 118 that transmits the driving force of the drive motor 117, and is slidable with two guide shafts 119A and 119B disposed in parallel with each other. By doing, IJC120
Reciprocating over the entire width of the recording paper.

【0143】なおここでは、記録ヘッドとして小型の記
録ヘッドを有するインクジェットヘッドカ−トリッジを
取り上げたが、記録紙の記録可能幅に対応して記録を行
うことができるフルラインタイプのような本発明の長尺
な記録ヘッドを用いることができることはもちろんであ
って、この様な長尺な記録ヘッドを用いた場合は、前述
したような反りがほとんどないという特徴、短い記録ヘ
ッドを用いた場合の画像の乱れが無いという特徴、高速
記録を行うことができるという特徴を更に生かすことが
できる、記録装置を得ることができる。
In this embodiment, the ink jet head cartridge having a small recording head is taken as the recording head. However, the present invention is not limited to the full line type which can perform recording in accordance with the recordable width of the recording paper. Of course, it is possible to use a long recording head.When such a long recording head is used, there is almost no warpage as described above, and when a short recording head is used. It is possible to obtain a recording device that can further utilize the feature that there is no image disturbance and the feature that high-speed recording can be performed.

【0144】126はヘッド回復装置であり、IJC1
20の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向
する位置に配設される。伝動機構123を介したモータ
122の駆動力によって、ヘッド回復装置126を動作
せしめ、IJC120のキャッピングを行う。このヘッ
ド回復装置126のキャップ部126AによるIJC1
20へのキャッピングに関連させて、ヘッド回復装置1
26内に設けた適宜の吸引手段によるインク吸引もしく
はIJC120へのインク供給経路に設けた適宜の加圧
手段によるインク圧送を行い、インクを吐出口より強制
的に排出させることによりノズル内の増粘インクを除去
する等の吐出回復処理を行う。また、記録終了時等にキ
ャッピングを施すことによりIJCが保護される。
Reference numeral 126 denotes a head recovery device, and IJC1
It is disposed at one end of the 20 movement paths, for example, at a position facing the home position. The head recovery device 126 is operated by the driving force of the motor 122 via the transmission mechanism 123, and the IJC 120 is capped. IJC1 by the cap 126A of the head recovery device 126
20 in connection with the capping of the head recovery device 1
The ink is sucked by an appropriate suction means provided in the ink jet printer 26 or the ink is fed by an appropriate pressurizing means provided in the ink supply path to the IJC 120, and the ink is forcibly discharged from the discharge port to increase the viscosity in the nozzle. An ejection recovery process such as removal of ink is performed. Also, by performing capping at the end of recording or the like, IJC is protected.

【0145】130はヘッド回復装置126の側面に配
設され、シリコンゴムで形成されるワイピング部材とし
てのブレードである。ブレード130はブレード保持部
材130Aにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回復
装置126と同様、モータ122および伝動機構123
によって動作し、IJC120の吐出面との係合が可能
となる。これにより、IJC120の記録動作における
適切なタイミングで、あるいはヘッド回復装置126を
用いた吐出回復処理後に、ブレード130をIJC12
0の移動経路中に突出させ、IJC120の移動動作に
伴ってIJC120の吐出面における結露、濡れあるい
は塵埃等をふきとるものである。
A blade 130 is provided on the side of the head recovery device 126 and is made of silicone rubber and serves as a wiping member. The blade 130 is held in a cantilever form by a blade holding member 130 </ b> A, and similarly to the head recovery device 126, a motor 122 and a transmission mechanism 123 are provided.
And the engagement with the ejection surface of the IJC 120 becomes possible. Accordingly, the blade 130 is moved to the IJC 12 at an appropriate timing in the recording operation of the IJC 120 or after the ejection recovery processing using the head recovery device 126.
In this case, the projection is made to protrude into the movement path of the IJC 120 to wipe off dew condensation, wetness, dust and the like on the discharge surface of the IJC 120 with the movement of the IJC 120.

【0146】また記録装置には、記録ヘッドに対してイ
ンクを吐出させるための電気信号を付与するための電気
信号付与手段を有している。また、記録装置としては上
述のような記録紙に記録を行う形態だけで無く、布等に
模様を記録する捺染装置も、その態様である。この捺染
装置に於いては、非常に幅の広い布に対して高速で記録
を行う必要があるため、本発明の長尺で良好な記録ヘッ
ドの適用は特に望ましいものである。
Further, the recording apparatus has an electric signal applying means for applying an electric signal for discharging ink to the recording head. Further, the recording apparatus is not limited to the above-described embodiment in which recording is performed on recording paper, but also includes a textile printing apparatus which records a pattern on cloth or the like. In this printing apparatus, since it is necessary to perform high-speed recording on a very wide cloth, it is particularly desirable to apply a long and good recording head of the present invention.

【0147】(その他の態様)本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも熱エネルギーでインクを吐出さ
せる方式のインクジェット記録ヘッド、インクジェット
記録装置に於いて、優れた効果をもたらすものである。
(Other Embodiments) The present invention brings about an excellent effect particularly in an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus of a type in which ink is ejected by thermal energy among ink jet recording methods.

【0148】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第4723129号明細書、同第4740
796号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行なうものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド
型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能である
が、特に、オンデマンド型の場合には、液体(インク)
が保持されているシートや液路に対応して配置されてい
る電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越
える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号
を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギー
を発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、
結果的にこの駆動信号に一対一対応し液体(インク)内
の気泡を形成出来るので有効である。
The typical configuration and principle are described in, for example, US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740.
It is preferable to use the basic principle disclosed in the specification of Japanese Patent No. 796. This method can be applied to both the so-called on-demand type and the continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, liquid (ink)
By applying at least one drive signal corresponding to the recorded information and providing a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to an electrothermal transducer arranged corresponding to the sheet or liquid path in which , Heat energy is generated in the electrothermal transducer, and the film is boiled on the heat-acting surface of the recording head.
As a result, air bubbles in the liquid (ink) can be formed in one-to-one correspondence with the drive signal, which is effective.

【0149】この気泡の成長,収縮により吐出用開口を
介して液体(インク)を吐出させて、少なくとも一つの
滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即
時適切に気泡の成長収縮が行なわれるので、特に応答性
に優れた液体(インク)の吐出が達成でき、より好まし
い。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第4
463359号明細書、同第4345262号明細書に
記載されているようなものが適している。尚、上記熱作
用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第43131
24号明細書に記載されている条件を採用すると、更に
優れた記録を行なうことができる。
The liquid (ink) is ejected through the ejection opening by the growth and contraction of the bubble to form at least one droplet. When the drive signal is formed into a pulse shape, the growth and shrinkage of the bubble are performed immediately and appropriately, so that the ejection of liquid (ink) having particularly excellent responsiveness can be achieved, which is more preferable. As the pulse-shaped drive signal, US Pat.
Those described in 463359 and 4345262 are suitable. In addition, US Pat. No. 4,431,131 of the invention relating to the rate of temperature rise of the heat acting surface.
If the conditions described in the specification of JP-A No. 24 are adopted, more excellent recording can be performed.

【0150】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組合わせ構成(直線状液流路又は直角液流路)の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第4558333号明細書、米国特許第44
59600号明細書を用いた構成も本発明に有効であ
る。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するス
リットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特
開昭59年第123670号公報や熱エネルギーの圧力
波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する
特開昭59年第138461号公報に基づいた構成とし
ても本発明は有効である。
The configuration of the recording head may be a combination of a discharge port, a liquid path, and an electrothermal converter (a linear liquid flow path or a right-angled liquid flow path) as disclosed in the above specification. U.S. Pat. No. 4,558,333 and U.S. Pat.
A configuration using the specification of Japanese Patent No. 59600 is also effective for the present invention. In addition, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 123670/1984 discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of an electrothermal converter for a plurality of electrothermal converters, and an aperture for absorbing pressure waves of thermal energy. The present invention is also effective as a configuration based on Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-138461, which discloses a configuration corresponding to a discharge unit.

【0151】更に、インクジェット記録装置が記録でき
る最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルライン
タイプの記録ヘッドにおいては、前述したように、上述
した効果を一層有効に発揮することができる。
Further, in a full-line type recording head having a length corresponding to the width of the maximum recording medium that can be recorded by the ink jet recording apparatus, the above-described effects can be more effectively exerted as described above.

【0152】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明を適用す
るすることができる。
In addition, the print head is exchangeable with a print head of the chip type, which can be electrically connected to the main body of the apparatus or supplied with ink from the main body of the apparatus, or is integrated with the print head itself. The present invention can also be applied to a case where a cartridge type recording head provided in a specific manner is used.

【0153】インクジェット記録装置の記録モードとし
ては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記
録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組合わせによっ
てでもよいが、異なる色の複色カラー又は、混色による
フルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は
極めて有効である。
The recording mode of the ink jet recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, but may be a single recording head or a combination of plural recording heads. The present invention is also very effective for an apparatus provided with at least one of full colors by color mixture.

【0154】以上説明した本発明実施例においては、イ
ンクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化もしくは液体或い
は、上述のインクジェットではインク自体を30℃以上
70℃以下の範囲内で温度調整を行なってインクの粘性
を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的
であるから、吐出用の記録信号付与時にインクが液状を
なすものであれば良い。加えて、積極的に熱エネルギー
による昇温をインクの固形状態から液体状態への態変化
のエネルギーとして使用せしめることで防止するか又
は、インクの蒸発防止を目的として放置状態で固化する
インクを用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの
記録信号に応じた付与によってインクが液化してインク
液状として吐出するものや記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギーによ
って初めて液化する性質のインク使用も本発明には適用
可能である。このような場合インクは、特開昭54−5
6847号公報あるいは特開昭60−71260号公報
に記載されるような、多孔質シート凹部又は貫通孔に液
状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に
対して対向するような形態としても良い。
In the embodiments of the present invention described above, the ink is described as a liquid. However, the ink is solidified at room temperature or lower, and is softened or liquid at room temperature. Generally, the temperature is controlled within the range of 70 ° C. or more and 70 ° C. or less to control the temperature so that the viscosity of the ink is in the stable ejection range. Therefore, the ink is in a liquid state when the recording signal for ejection is applied. I just want it. In addition, positively prevent the temperature rise due to thermal energy by using the energy of the state change of the ink from the solid state to the liquid state, or use ink that solidifies in a standing state to prevent evaporation of the ink. In any case, heat energy is applied by heat energy, such as one in which ink is liquefied and ejected as an ink liquid by application of heat energy according to a recording signal, or one which already starts to solidify when reaching a recording medium. The use of an ink that liquefies for the first time is also applicable to the present invention. In such a case, the ink is disclosed in JP-A-54-5.
No. 6,847, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-71260, in which the porous sheet is opposed to the electrothermal converter while being held as a liquid or solid substance in the concave portions or through holes of the porous sheet. It is good.

【0155】[0155]

【実施例】以下に実施例を上げて、本発明の構成及び効
果を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限
定されるものではない。
EXAMPLES The structure and effects of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0156】実施例1 (液体噴射記録ヘッド用基板を構成する多結晶シリコン
基体の調整)出発材料の多結晶シリコンインゴットを次
のようにして作成した。すなわち、は単結晶シリコンの
製造に用いる水素還元と熱分解による析出反応で製作さ
れた高純度多結晶シリコンを用い、石英るつぼに導入
し、そこで1420℃に加熱して溶融した後、グラファ
イト製の鋳型に流し込んで冷却し、80cm角の多結晶
シリコンインゴットを作成した。この際、離型剤は用い
なかった。 次にこのインゴットの中から平均結晶粒径
2mmとなるような位置で、表6の試料No.1及至N
o.4のそれぞれの欄に示した寸法の板状にそれぞれ1
枚をマルチワイヤ−ソ−で切り出した。得られた4枚の
多結晶シリコン板のそれぞれについてラップ加工で表面
部分を30μm程度除去して平坦化した後、端部ベベリ
ング機で面取りした。
Example 1 (Adjustment of Polycrystalline Silicon Substrate Constituting Liquid Jet Recording Head Substrate) A polycrystalline silicon ingot as a starting material was prepared as follows. That is, using high-purity polycrystalline silicon produced by precipitation reaction by hydrogen reduction and thermal decomposition used for the production of single-crystal silicon, introduced into a quartz crucible, heated to 1420 ℃ and melted, then made of graphite The mixture was poured into a mold and cooled to prepare an 80 cm square polycrystalline silicon ingot. At this time, no release agent was used. Next, at a position where the average crystal grain size becomes 2 mm from the ingot, the sample No. in Table 6 was used. 1 to N
o. 4 in the form of a plate shown in the respective column.
The sheets were cut out with a multi-wire saw. The surface of each of the obtained four polycrystalline silicon plates was removed by lapping to remove about 30 μm and flattened, and then chamfered by an end beveling machine.

【0157】その後にスピ−ドファム(株)製、片面ポ
リシング機で表面ポリッシュして表面粗度がRmax1
50Åの鏡面基体に仕上げた。この際、研磨剤中のアル
カリ成分によるエッチングが結晶方位依存性を持つこと
に起因する表面段差を防止する為、アルカリ添加なしに
ポリシングした。
Thereafter, the surface was polished with a single-side polishing machine manufactured by Speed Fam Co., Ltd., and the surface roughness was Rmax1.
It was finished to a mirror substrate of 50 °. At this time, in order to prevent a surface step due to etching by an alkali component in the polishing agent having crystal orientation dependency, polishing was performed without adding an alkali.

【0158】ここで、実験Dと同様の手法で基板表面検
査装置によってそれぞれの多結晶シリコン板即ち、多結
晶シリコン基体表面の凹凸を測定したところ、検出能力
直径1μm以上のレンジにおいて凹凸による表面欠陥
が、すべての測定点で1個/cm2 以下であることを確
認した。
Here, the surface roughness of each polycrystalline silicon plate, ie, the surface of the polycrystalline silicon substrate was measured by a substrate surface inspection apparatus in the same manner as in Experiment D. Was 1 / cm 2 or less at all measurement points.

【0159】さらに、それぞれの多結晶シリコン基体の
表面の平滑性をレ−ザテック(株)製、非接触式表面粗
さ測定計を用いて測定し、段差の発生のないことを確認
した。
Further, the smoothness of the surface of each polycrystalline silicon substrate was measured using a non-contact type surface roughness meter manufactured by Lasertec Co., Ltd., and it was confirmed that no step was generated.

【0160】次にそれぞれの多結晶シリコン基体の表面
に拡散障害層としてのSiO2 膜をマグネトロンバイア
ススパッタ法にり0.04μm厚に形成した。
Next, an SiO 2 film as a diffusion barrier layer was formed on the surface of each polycrystalline silicon substrate to a thickness of 0.04 μm by magnetron bias sputtering.

【0161】この際の成膜条件は以下のとおりとした。At this time, the film forming conditions were as follows.

【0162】到達真空度:8×10-7 Torr プレヒ
−ト:300℃、5分 アルゴンガス圧:10m Torr タ−ゲット電力:2
KW プレスパッタ時間:1分 バイアス電圧:10
0V 次に、この拡散障害層を設けた多結晶シリコン基体のそ
れぞれをパイロジェニック法による熱酸化処理に付して
該多結晶シリコン基体に蓄熱層としてのSiO2 膜を形
成した。
Ultimate vacuum: 8 × 10 −7 Torr Preheat: 300 ° C., 5 minutes Argon gas pressure: 10 mTorr Target power: 2
KW Pre-sputtering time: 1 minute Bias voltage: 10
Next, each of the polycrystalline silicon substrates provided with the diffusion barrier layers was subjected to a thermal oxidation treatment by a pyrogenic method to form an SiO 2 film as a heat storage layer on the polycrystalline silicon substrates.

【0163】この際の熱酸化条件は以下のとおりにし
た。
The thermal oxidation conditions at this time were as follows.

【0164】 熱酸化温度:1150℃ 炉内圧力:1気圧 熱酸化時間:14時間 熱酸化処理後、拡散障害層を、CHF3 −C26 −O
2 ガスを使用するリアクティブイオンエッチング法によ
り除去した。
Thermal oxidation temperature: 1150 ° C. Furnace pressure: 1 atm Thermal oxidation time: 14 hours After the thermal oxidation treatment, the diffusion barrier layer was changed to CHF 3 —C 2 F 6 —O
It was removed by reactive ion etching using two gases.

【0165】かくして蓄熱層として2.9μmの熱酸化
層(SiO2 層)を持つ液体噴射記録ヘッド用多結晶シ
リコン基体を4枚(試料No.1及至No.4)完成し
た。
Thus, four polycrystalline silicon substrates for a liquid jet recording head having a thermal oxide layer (SiO 2 layer) of 2.9 μm as a heat storage layer (samples No. 1 to No. 4) were completed.

【0166】試料No.1及至No.4の基体のそれぞ
れについて蓄熱層の表面の平滑性をレ−ザテック(株)
製、非接触式表面粗さ測定機を用いて測定した。その結
果、いずれの基体にも表面段差の発生のないことがわか
った。
Sample No. No. 1 to No. The surface smoothness of the heat storage layer was measured for each of the substrates 4 by Lasertec Co., Ltd.
And a non-contact type surface roughness measuring device. As a result, it was found that there was no surface step on any of the substrates.

【0167】次に試料No.1及至No.4の基体のそ
れぞれにフォトリソグラフィ技術を用いて、HfB2からな
る複数の発熱抵抗体(サイズ:20μm×100 μm、厚
さ:0.16μm、発熱抵抗対ピッチ間隔:63. 5μm)
と各発熱抵抗体に接続されたAlからなる電極(幅20μ
m、膜厚0.6 μm)を形成し、さらに、SiO2/Ta(SiO2
膜厚:1.3μm、Ta膜厚:0.5μm)からなる保護
層をこれら発熱抵抗体と電極が形成された部分の上にス
パッタリングにより形成して、図1(A)、及び図1
(B)に示した構成の液体噴射記録ヘッド用基板を4枚
作成した(試料No.1及至No.4)。
Next, the sample No. No. 1 to No. A plurality of heating resistors made of HfB 2 (size: 20 μm × 100 μm, thickness: 0.16 μm, heating resistance vs. pitch interval: 63.5 μm) using a photolithography technique for each of the four substrates.
And an electrode made of Al connected to each heating resistor (width 20μ)
m, a film thickness of 0.6 μm), and SiO 2 / Ta (SiO 2
A protective layer having a thickness of 1.3 μm and a thickness of Ta: 0.5 μm) is formed by sputtering on the portion where the heating resistor and the electrode are formed.
Four substrates for a liquid jet recording head having the configuration shown in (B) were prepared (Sample Nos. 1 to 4).

【0168】次に、得られた4枚の液体噴射記録ヘッド
用基板のそれぞれについて感光性ドライフィルムを用い
るフォトリソグラフィにより複数のインク流路を形成す
る際の露光時に下述するようにしてインク流路を的確に
形成し得るか否かを観察し、露光合格率を算定した。
Next, for each of the four obtained substrates for a liquid jet recording head, when exposing a plurality of ink flow paths by photolithography using a photosensitive dry film as described below, the ink flow It was observed whether the path could be formed accurately and the pass rate of exposure was calculated.

【0169】即ち試料No.1については1ヘッド当た
り8576個、試料No.2はについては1ヘッド当た
り7244個、試料No.3については1ヘッド当たり
5504個、試料No.4については1ヘッド当たり4
288個のインク吐出用流路をそれぞれ持つ液体噴射記
録ヘッドのパタ−ンサンプルを1基板当たり15サンプ
ルずつ作り込んだ。試料No.1及至No.4のそれぞ
れについて、作り込んだ15個のパタ−ンサンプルの
中、基板の反りの為にフォ−カス位置がずれて、吐出口
のパタ−ンに1つでもパタ−ン欠けが発生した場合を不
合格、そうしたパタ−ン欠けが全く発生しなかった場合
を合格とする基準で、露光合格率を算定した。
That is, the sample No. Sample No. 1 was 8576 pieces per head. For sample No. 2, 7244 pieces per head, sample No. For No. 3, 5504 pieces per head, sample no. 4 for 4 per head
Pattern samples of a liquid jet recording head each having 288 ink discharge channels were prepared, 15 samples per substrate. Sample No. No. 1 to No. For each of No. 4, when the focus position is shifted due to the warpage of the substrate among the 15 pattern samples prepared, and even one of the patterns at the discharge port is chipped. The pass rate of exposure was calculated based on the criteria for rejecting the test, and determining that no pattern chipping occurred at all.

【0170】得られた結果を表6に示す。Table 6 shows the obtained results.

【0171】[0171]

【表6】 [Table 6]

【0172】表6に示した結果から明らかなように、試
料No.1及至No.4の全てが100%の露光合格率
であることが理解される。
As is clear from the results shown in Table 6, Sample No. No. 1 to No. It can be seen that all four have a 100% exposure pass rate.

【0173】比較例1 (液体噴射記録ヘッド用基板を構成する単結晶シリコン
基体の調整)出発材料として単結晶シリコンインゴット
から、実施例1におけると同様の手法で、表6の比較試
料No.1乃至No.4のそれぞれの欄に示した寸法で
表面粗度がRmax150Åである鏡面単結晶シリコン
基体を4枚(比較試料No.1乃至No.4)を作成し
た。なお、いずれの場合においてもポリッシングの際、
アルカリを添加した。次に拡散障害層を形成しなかった
以外は、実施例1と同様で、パイロジェニック法でそれ
ぞれの単結晶を熱酸化し、3.0μmの熱酸化蓄熱層を
形成して、4個の液体噴射記録ヘッド用基体(比較試料
No.1乃至No.4)を作成した。
Comparative Example 1 (Adjustment of Single Crystal Silicon Substrate Constituting Substrate for Liquid Jet Recording Head) A single crystal silicon ingot was used as a starting material in the same manner as in Example 1 to obtain Comparative Sample No. 1 to No. Four mirror single-crystal silicon substrates (comparative samples No. 1 to No. 4) having the dimensions shown in the respective columns and having a surface roughness of Rmax 150 ° were prepared. In any case, when polishing,
Alkali was added. Next, in the same manner as in Example 1 except that the diffusion barrier layer was not formed, each single crystal was thermally oxidized by a pyrogenic method to form a 3.0 μm thermally oxidized heat storage layer, and four liquids were formed. Substrates for ejection recording heads (Comparative Samples No. 1 to No. 4) were prepared.

【0174】次に、試料No.1乃至No.4の単結晶
シリコン基体のそれぞれを、各別に使用して、実施例1
におけると同様にして4個の液体噴射記録ヘッド用基板
(比較試料No.1乃至No.4)を作成した。
Next, the sample no. 1 to No. Example 1 using each of the single crystal silicon substrates of Example 4
In the same manner as in the above, four substrates for liquid jet recording heads (Comparative Samples No. 1 to No. 4) were prepared.

【0175】次に、得られた試料No.1乃至No.4
の液体噴射記録ヘッド用基体のそれぞれについて、実施
例におけると同様の方法で、露光合格率を算定した。
Next, the obtained sample no. 1 to No. 4
The pass rate of exposure was calculated for each of the liquid jet recording head substrates in the same manner as in the examples.

【0176】得られた結果を表7に示す。Table 7 shows the obtained results.

【0177】[0177]

【表7】 [Table 7]

【0178】表7に示した結果から明らかなように、比
較試料No.2で露光合格率の低下が認められ、比較試
料No. 1では大多数のものが不合格となった。
As is clear from the results shown in Table 7, Comparative Sample No. A decrease in the exposure pass rate was observed in Sample No. 2, and the majority of Comparative Sample Nos. 1 failed.

【0179】実施例2 (多結晶シリコン基体を用いた液体噴射記録ヘッドの作
成)本実施例では、実施例1で作成した表6に示した4
枚の液体噴射記録ヘッド用基板(試料No.1及至N
o.4)のそれぞれを用い、下記の手法で図3の断面図
に示す構成の液体噴射記録ヘッドを4個製作した。
Example 2 (Preparation of a liquid jet recording head using a polycrystalline silicon substrate) In this example, the liquid jet recording head shown in Table 6 prepared in Example 1 was used.
Liquid jet recording head substrates (Sample Nos. 1 to N)
o. Using each of 4), four liquid jet recording heads having the configuration shown in the sectional view of FIG. 3 were manufactured by the following method.

【0180】まず、液体噴射記録ヘッド用基板上に、感
光性ドライフィルムを用いるフォトリソグラフィにより
複数のインク流路を形成し、スライサで切断してヘッド
単位の分離と吐出口の形成を行なった。次に吐出口面を
研磨して、切断時に生じたチッピング等の欠陥を修正し
た。
First, a plurality of ink flow paths were formed on a substrate for a liquid jet recording head by photolithography using a photosensitive dry film, and cut with a slicer to separate heads and form discharge ports. Next, the discharge port surface was polished to correct defects such as chipping generated during cutting.

【0181】このようにして、それぞれの液体噴射記録
ヘッド用基板について、15の液体噴射記録ヘッド仕掛
かり品を作成した。これら15個の仕掛かり品のそれぞ
れに発熱抵抗体駆動用ICを、フリップチップ接続方式
を用いて配線と接続して、吐出口ピッチ間隔63. 5μ
mの液体噴射記録ヘッドを作成した。
In this way, 15 liquid jet recording head in-process products were prepared for each liquid jet recording head substrate. A heating resistor driving IC is connected to each of the fifteen in-process products using a flip-chip connection method, and the discharge port pitch is 63.5 μm.
m of a liquid jet recording head.

【0182】かくして、試料No.1及至No.4の液
体噴射記録ヘッド用基板のそれぞれについて15個の液
体噴射記録ヘッドを作成した(以下、試料No.1及至
No.4のそれぞれから得た15個の液体噴射記録ヘッ
ドからなる群をそれぞれ試料No.1’,試料No.
2’,試料No.3,そして試料No.4’と呼称する
こととする。)。
Thus, the sample No. No. 1 to No. Fourteen liquid ejecting recording heads were prepared for each of the liquid ejecting recording head substrates of No. 4 (hereinafter, a group consisting of 15 liquid ejecting recording heads obtained from each of Sample Nos. 1 to 4 was used as a sample). No. 1 ′, sample No.
2 ', sample no. 3, and sample no. 4 '. ).

【0183】試料No.1’乃至No.4’の液体噴射
記録ヘッドの製造工程歩留はいずれもノズル数の増加に
対応して低下する通常のレベル内であった。
Sample No. 1 'to No. 1 The manufacturing process yield of the 4 ′ liquid jet recording head was within a normal level that decreased in accordance with the increase in the number of nozzles.

【0184】表8の製造工程総合歩留評価欄では、試料
No.1’乃至No.4’のそれぞれの吐出口数から想
定される歩留に対し、それを越えない場合は問題無しと
して○記号をつけた。
In the column for evaluating the total yield of the manufacturing process in Table 8, the sample No. 1 'to No. 1 When the yield expected from the number of the discharge ports of 4 'was not exceeded, the symbol ○ was given as no problem.

【0185】次に、試料No.1’乃至No.4’のそ
れぞれについて無作為に選んだ一個の液体噴射記録ヘッ
ドについて、各発熱抵抗体に1.1Vth( Vth は発泡電
圧)、パルス幅10μsの駆動パルス(印字信号)を繰り
返し印加して各吐出口からインクを吐出させ、吐出耐久
試験を行なった。
Next, for sample no. 1 'to No. 1 For one liquid jet recording head randomly selected for each of 4 ', a drive pulse (print signal) having a pulse width of 1.1 Vth (Vth is a foaming voltage) and a pulse width of 10 μs is repeatedly applied to each of the heating resistors, so that each ejection port is formed. , And a discharge durability test was performed.

【0186】該耐久試験における評価は次ぎのようにし
て行った。即ち、駆動パルスの積算数が1×107 、1
×108 、3×108 にそれぞれなったときの発熱抵抗
体の残存率、すなわち発熱抵抗体の全数に対する断線し
ていない発熱抵抗体の数を求めることにより、液体噴射
記録ヘッドの耐久性を評価した。得られた結果を表7に
示す。表8に示した結果から明らかなように、いずれの
場合も駆動パルスの3×108 回の繰り返し後において
も残存率は100%で吐出耐久性能として問題の無い結
果であった。
The evaluation in the durability test was performed as follows. That is, the integrated number of drive pulses is 1 × 10 7 , 1
The durability of the liquid jet recording head is determined by calculating the residual ratio of the heating resistors when the heating resistors reach × 10 8 and 3 × 10 8 , that is, the number of the heating resistors that are not disconnected with respect to the total number of the heating resistors. evaluated. Table 7 shows the obtained results. As is evident from the results shown in Table 8, in all cases, the residual ratio was 100% even after the driving pulse was repeated 3 × 10 8 times, which was a result having no problem in the discharge durability performance.

【0187】次いで、試料No.1’乃至No.4’の
それぞれについて無作為に選んだ別の液体噴射記録ヘッ
ドを用い、印字性能として、印字ドット間隔精度と濃度
むらの評価を行った。用いたインク組成は以下のもので
ある。
Next, the sample No. 1 'to No. 1 Using another liquid jet recording head randomly selected for each of 4 ', the printing dot spacing accuracy and density unevenness were evaluated as printing performance. The ink composition used is as follows.

【0188】 染料:C.I.ダイレクトブラック19 3wt% ジエチレングリコ−ル 25wt% N−メチル−2−ピロリドン 20wt% イオン交換水 52wt% この評価においては、インクのにじみ率のバラツキを所
定の範囲内に納めた紙を、全ノズルが吐出している状態
の液体噴射記録ヘッドの吐出方向と垂直に走査し、ノズ
ル配置方向印字幅4種類、紙送り方向200mmの印字
サンプルを得た。この際、紙の送り速度は1KHzの吐
出周波数のとき、紙送り方向印字ドット間隔が63.5
μmになるように調整した。ヘッド駆動条件は次の通り
に設定した。
Dye: C.I. I. Direct Black 19 3 wt% Diethylene glycol 25 wt% N-methyl-2-pyrrolidone 20 wt% Ion-exchanged water 52 wt% In this evaluation, all the nozzles ejected paper in which the variation of the ink bleed rate was within a predetermined range. Scanning was performed perpendicularly to the ejection direction of the liquid jet recording head in the above state, and a print sample having four types of print widths in the nozzle arrangement direction and a paper feed direction of 200 mm was obtained. At this time, when the paper feed speed is an ejection frequency of 1 KHz, the print dot interval in the paper feed direction is 63.5.
It was adjusted to be μm. The head driving conditions were set as follows.

【0189】発熱抵抗体印加電圧:1.1Vth、( Vth)は発
泡電圧 駆動周波数:1KHz(発熱抵抗体印加間隔) パルス幅:10μs(発熱抵抗体の1パルス印加時間) 表8に各液体噴射記録ヘッドでの印字幅を示す。
Heating resistor applied voltage: 1.1 Vth, (Vth) is foaming voltage Driving frequency: 1 KHz (heating resistor applied interval) Pulse width: 10 μs (one pulse application time of heating resistor) Indicates the print width at the head.

【0190】[0190]

【表8】 [Table 8]

【0191】ここで得られた印字サンプルについて、印
字精度と印字濃度むらを下述するように評価した。
The printing samples obtained here were evaluated for printing accuracy and printing density unevenness as described below.

【0192】印字精度の評価 測定目盛り付拡大鏡を用い、印字サンプルの印字ドット
間隔(ドット中心間隔)を測定し、そのバラツキの範囲
を求めた。1測定範囲を2cm角とし、印字サンプル上
の任意の10か所を選んで測定した。紙送り方向と垂直
方向をX,紙送り方向をYとし、10か所すべてについ
て1測定範囲の2cm角のすべてのX方向ドット間隔,
Y方向ドット間隔が43.5μmから83.5μmの範
囲内のものを合格とした。試料No.1’乃至4’のい
ずれも印字精度について合格であった。
Evaluation of Printing Accuracy Using a magnifying glass with a measuring scale, the printing dot interval (dot center interval) of the printing sample was measured, and the range of the variation was obtained. One measurement range was set to 2 cm square, and measurement was performed by selecting any 10 places on the print sample. X is the paper feed direction and the vertical direction, and Y is the paper feed direction.
Those having a dot interval in the Y direction within a range of 43.5 μm to 83.5 μm were regarded as acceptable. Sample No. All of 1 ′ to 4 ′ passed the printing accuracy.

【0193】印字濃度むらの評価 印字サンプルの濃度むらをマクベス濃度計を用いて測定
した。印字サンプルの全面をCCDスキャナで読み取
り、紙送り方向と垂直方向に1cm幅ごとの光学濃度を
測定した。
Evaluation of Print Density Unevenness The print sample was measured for density unevenness using a Macbeth densitometer. The entire surface of the print sample was read by a CCD scanner, and the optical density was measured for each 1 cm width in the direction perpendicular to the paper feed direction.

【0194】印字サンプル全面で、隣り合う領域の光学
濃度が0.2以内のものを合格とした。試料No.1’
乃至4’のいずれも印字濃度むらについて合格であっ
た。
[0194] A sample in which the optical density of an adjacent area on the entire surface of the print sample was within 0.2 was judged to be acceptable. Sample No. 1 '
All of the samples 4 to 4 'passed the print density unevenness.

【0195】比較例2 (単結晶シリコン基体を用いた液体噴射記録ヘッドの作
成)次に比較例1で作成した表7に示した液体噴射記録
ヘッド用基板、比較試料No.1乃至No.4を用い、
実施例2と同様にして液体噴射記録ヘッド(比較試料N
o.1’乃至No.4’)を製作した。
Comparative Example 2 (Preparation of Liquid Jet Recording Head Using Single Crystal Silicon Substrate) Next, the liquid jet recording head substrate shown in Table 7 and the comparative sample No. 1 to No. Using 4,
In the same manner as in Example 2, the liquid jet recording head (Comparative Sample N
o. 1 'to No. 1 4 ').

【0196】比較試料No.1’乃至No.4’のそれ
ぞれについて、実施例2におけると同様にして歩留まり
を評価した。得られた結果を表9に示す。
Comparative sample No. 1 'to No. 1 For each of 4 ′, the yield was evaluated in the same manner as in Example 2. Table 9 shows the obtained results.

【0197】[0197]

【表9】 [Table 9]

【0198】表9の製造工程総合歩留評価欄では、各試
料の吐出口数から想定される歩留に対し、ての評価結果
が下記評価基準で示されている。
In the total yield evaluation column of the manufacturing process in Table 9, all evaluation results are shown based on the following evaluation criteria with respect to the yield assumed from the number of discharge ports of each sample.

【0199】×:最終的に良品の液体噴射記録ヘッドが
無い。
X: No good liquid jet recording head was finally found.

【0200】△:良品の液体噴射記録ヘッドが非常に僅
かで実用的でない。
Δ: A non-defective liquid jet recording head is very small and not practical.

【0201】○:ノズル数から想定される歩留に対し
て、それを越えない場合。
:: When the yield expected from the number of nozzles is not exceeded.

【0202】表9に示した結果から次ぎのことが理解さ
れる即ち、比較試料No.1’の場合、実用に供し得る
液体噴射記録ヘッドが作成できない。
From the results shown in Table 9, the following is understood: the comparative sample No. In the case of 1 ', a practically usable liquid jet recording head cannot be produced.

【0203】比較試料No.2’の場合、実用に供し得
る液体噴射記録ヘッドの製造歩留は極めて低い。
Comparative Sample No. In the case of 2 ′, the production yield of a practically usable liquid jet recording head is extremely low.

【0204】比較試料No.3’及びNo.4’は製造
歩留に問題は無い。
Comparative Sample No. 3 ′ and No. 4 'has no problem in production yield.

【0205】次に、比較試料No.2’乃至No.4’
のそれぞれについて、実施例2と同様にして吐出耐久試
験、及び印字性能として、印字精度と濃度むらの評価を
行った。その結果、実用に供し得る液体噴射記録ヘッ
ド、即ち、比較試料No.2’、No.3’及びNo.
4’については、いずれも吐出耐久試験及び印字性能と
しての、印字精度と濃度むらの評価は合格であった。
Next, the comparative sample No. 2 ′ to No. 4 '
For each of them, an ejection durability test and evaluation of printing accuracy and density unevenness were performed as printing performance in the same manner as in Example 2. As a result, a practically usable liquid jet recording head, that is, Comparative Sample No. 2 ′, No. 3 ′ and No.
Regarding 4 ′, the evaluation of printing accuracy and density unevenness as the discharge durability test and printing performance were all passed.

【0206】比較例3 (単結晶シリコン基体を用いた液体噴射記録ヘッドの作
成)比較例2において作成した表9に示す試料No.
4’の液体噴射記録ヘッドを2本用い、該2本のヘッド
を一体的に接続して、8576個の吐出口を持つ液体噴
射記録ヘッドユニット(比較試料No.4''、表10参
照)を作成した。
Comparative Example 3 (Preparation of Liquid Jet Recording Head Using Single Crystal Silicon Substrate)
A liquid ejection recording head unit having 8576 ejection ports using two liquid ejection recording heads of 4 'and integrally connecting the two heads (Comparative Sample No. 4'', see Table 10) It was created.

【0207】まず、該ヘッドユニットはつぎのようにし
て作成した。即ちアルミニウム製の支持部材を用い、該
支持部材の一方の面に第一の液体噴射記録ヘッドを固定
した。ついで該支持部材の他方の面に吐出口の配置間隔
が接続領域を含む液体噴射記録ヘッドユニットの全長に
わたって、可能な限り一定になる様に第二のヘッドを配
置固定した。
First, the head unit was prepared as follows. That is, an aluminum support member was used, and the first liquid jet recording head was fixed to one surface of the support member. Next, the second head was arranged and fixed on the other surface of the support member such that the arrangement interval of the ejection ports was as constant as possible over the entire length of the liquid jet recording head unit including the connection region.

【0208】かくして得られた液体噴射記録ヘッドユニ
ットの比較試料No4''について、実施例2と同様にし
て吐出耐久試験、及び印字精度と濃度むらの評価を行っ
た。吐出耐久試験は、合格であったが、印字精度に関し
ては2本のヘッドの接続部の組み立て誤差の影響で不合
格となった。
For the comparative sample No. 4 ″ of the liquid jet recording head unit thus obtained, an ejection durability test and evaluation of printing accuracy and density unevenness were performed in the same manner as in Example 2. The ejection durability test passed, but the printing accuracy was rejected due to the assembling error of the connection portion between the two heads.

【0209】濃度むらは2本のヘッドのVth(発泡電
圧)の違いの影響で不合格となった。これらの評価結果
を表10にまとめて示す。
[0209] Density unevenness was rejected due to the difference in Vth (foaming voltage) between the two heads. Table 10 summarizes the results of these evaluations.

【0210】[0210]

【表10】 [Table 10]

【0211】[0211]

【発明の効果】上述したような本発明によれば、長尺な
液体噴射記録ヘッドに用いられる基板においても、変形
等の問題のない基板を容易にしかも安価に得提供するこ
とができると共に、この基板製造を容易に製造すること
ができる。またこれによって、画像品位のより優れた記
録ヘッドを提供することができる。更には、画像品位の
優れたしかも高速記録の可能な記録装置を得ることがで
きる。
According to the present invention as described above, it is possible to easily and inexpensively obtain and provide a substrate having no problem such as deformation even in a substrate used for a long liquid jet recording head. This substrate can be easily manufactured. This also makes it possible to provide a recording head with better image quality. Further, it is possible to obtain a recording apparatus having excellent image quality and capable of high-speed recording.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)図は本発明の位置実施例の液体噴射記録
ヘッド用基板の要部概略平面図であり、(B)図は、
(A)図のX−X’線における要部断面図である。
FIG. 1A is a schematic plan view of a main part of a substrate for a liquid jet recording head according to a position embodiment of the present invention, and FIG.
(A) It is principal part sectional drawing in the XX 'line | wire of a figure.

【図2】液体噴射記録ヘッド用基板を構成する基体の断
面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a base constituting a substrate for a liquid jet recording head.

【図3】液体噴射記録ヘッドの製造例を説明する模式的
断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a production example of a liquid jet recording head.

【図4】(A)図乃至(C)図は、多結晶シリコン基板
表面での熱酸化膜の形成を説明する図である。
FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating the formation of a thermal oxide film on the surface of a polycrystalline silicon substrate.

【図5】(A)図は液体噴射記録ヘッドの要部破断斜視
図であり、(B)図は液体噴射記録ヘッドの流路方向で
の要部垂直断面図である。
5A is a cutaway perspective view of a main part of the liquid jet recording head, and FIG. 5B is a vertical sectional view of the main part of the liquid jet recording head in a flow path direction.

【図6】本発明の液体噴射記録ヘッドを備えた記録装置
をの一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a recording apparatus including the liquid jet recording head according to the invention.

【図7】液体噴射記録ヘッド用基板を構成する基体の表
面を熱酸化する熱酸化装置の一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a thermal oxidation device for thermally oxidizing the surface of a base constituting a substrate for a liquid jet recording head.

【図8】(A)図及び(B)図は、基体に発生する弓な
り曲がりの機構を説明する図である。
FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining a bow-and-bend mechanism generated in a base. FIG.

【図9】(A)図乃至(C)図は、基体の切り放し時に
生じる弓なり曲がりの発生状態を説明する図であり、
(D)図は、基体の弓なり曲がりの度合いを測定する方
法の説明図である。
FIGS. 9A to 9C are diagrams for explaining a state of occurrence of bowing and bending occurring when the base is cut off;
(D) is an explanatory view of a method for measuring the degree of bowing or bending of the base.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基体 1a 多結晶シリコン基部 1b 蓄層 2 発熱抵抗層 2a 発熱抵抗体 3 配線層 3a,3b 配線 4 保護層 5 天板 6 液路 7 吐出口 8 液体噴射記録ヘッド用基板 9 液体供給口 10 液室 11 多結晶シリコン基板 12 結晶粒 13 熱酸化層 14 拡散障害層 116 キャリッジ 117 駆動用モ−タ 118 駆動ベルト 119A,119B ガイドシャフト 120 インクジェットヘッドカ−トリッジ 122 クリ−ニング用モ−タ 123 伝導機構 124 プラテン 126 ヘッド回復装置 126A キャップ部 130 ブレ−ド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 1a Polycrystalline silicon base 1b Storage layer 2 Heating resistance layer 2a Heating resistor 3 Wiring layer 3a, 3b wiring 4 Protective layer 5 Top plate 6 Liquid path 7 Discharge port 8 Liquid ejection recording head substrate 9 Liquid supply port 10 Liquid Chamber 11 Polycrystalline silicon substrate 12 Crystal grains 13 Thermal oxide layer 14 Diffusion barrier layer 116 Carriage 117 Driving motor 118 Driving belt 119A, 119B Guide shaft 120 Inkjet head cartridge 122 Cleaning motor 123 Transmission mechanism 124 Platen 126 Head recovery device 126A Cap part 130 Blade

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 熱エネルギーを発生する発熱抵抗体と該
発熱抵抗体に電気的に接続された一対の配線とを有する
電気熱変換体を基体上に形成する液体噴射記録ヘッド用
基板の製造方法に於いて、前記基板を構成する基体とし
て多結晶物質で構成された基体を用い、該多結晶基体上
に酸素の拡散速度を抑制する酸化シリコン、酸化チタ
ン、酸化コバルトのいずれかから選択される材料拡散障
害層を設け、前記多結晶基体の表面を前記拡散障害層を
介して熱酸化することにより、前記表面に酸化物層を形
成することを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基板の製
造方法。
1. A method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head, wherein an electrothermal converter having a heating resistor for generating thermal energy and a pair of wirings electrically connected to the heating resistor is formed on a substrate. In the above, a substrate composed of a polycrystalline substance is used as a substrate constituting the substrate, and is selected from any of silicon oxide, titanium oxide, and cobalt oxide that suppresses the diffusion rate of oxygen on the polycrystalline substrate. A method for manufacturing a substrate for a liquid jet recording head, comprising: providing a material diffusion barrier layer; and thermally oxidizing the surface of the polycrystalline substrate through the diffusion barrier layer to form an oxide layer on the surface. .
【請求項2】 前記基体が多結晶シリコン基体である請
求項1に記載の液体噴射記録ヘッド用基板の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the substrate is a polycrystalline silicon substrate.
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