JP3174415B2 - Method for manufacturing substrate for liquid jet recording head - Google Patents
Method for manufacturing substrate for liquid jet recording headInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、記録用の液体を熱エネ
ルギーを利用して、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ースに
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 substrate based on polycrystalline silicon used for a liquid jet recording head for performing recording by discharging a recording liquid from a discharge port by utilizing thermal energy, and the substrate. And a method for producing the same. The present invention further relates to a liquid jet recording head and a liquid jet recording apparatus using the substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】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
クシート,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。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。2. Description of the Related Art A liquid for recording by discharging a recording liquid such as ink from a discharge port by using thermal energy and causing the recording liquid to adhere to a recording medium such as paper, plastic sheet or cloth. The ejection recording method is a non-impact recording method and has advantages such as low noise, no particular limitation on the recording medium, and easy recording of a color image. An apparatus for performing such a liquid ejection recording method, that is, a liquid ejection recording apparatus has a relatively simple structure, and liquid ejection nozzles can be arranged at a high density, so that the recording apparatus can be relatively easily operated at high speed. It has the advantage that it can be 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.
【0003】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沿
い、基板に垂直な面での要部断面図である。FIG. 5A is a cutaway perspective view of a main part 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.
【0004】図5(A)及び図5(B)図に示したよう
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 a plurality of discharge ports 7 corresponding to each of the discharge ports 7. Liquid paths 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 for supplying an electric signal to the heating resistor 2a. It has a liquid jet recording head substrate 8 on which 3a and 3b are arranged.
【0005】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。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 a good electrical conductivity is provided 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.
【0006】なお、この構成においては、配線3a,3
b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3a,3b
の電蝕や電気的絶縁破壊を防止することに寄与する。In this configuration, the wirings 3a, 3a
b, when an electric signal is applied to the heating resistor 2a via
The heating resistor 2a generates heat. Further, the protective layer 4 can be provided on the liquid jet recording head substrate 8 for the purpose of covering the wirings 3a and 3b and the heating resistor 2a. The protective layer 4 is provided with a heating resistor 2a, wirings 3a and 3b due to contact with a recording liquid or penetration of the liquid.
Contributes to the prevention of electrolytic corrosion and electrical insulation breakdown.
【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、単結晶シリコン、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。As the substrate 1 constituting such a liquid jet recording head substrate 8, a plate-like member made of a material such as single crystal silicon, glass or ceramics can be used. However, a substrate made of single-crystal silicon is usually used exclusively. The reason is as follows. That is, when glass is used as the base 1, since the glass is inferior in heat conductivity, if the heat generation period (drive frequency) of the heating resistor 2a is increased, the heat generated by the heating resistor is excessively accumulated in the base 1. As a result, the ink in the liquid jet recording head is heated by the accumulated heat, 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.
【0008】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(中心線平均粗さ)=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ー
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。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 an optimum surface roughness for forming the heat-generating resistor layer 2 having excellent durability cannot be obtained. In many cases, for example, when a liquid jet recording head is manufactured by using an alumina ceramic substrate, the heating resistance layer 2 may be peeled off from the substrate 1 or the heating resistance layer disposed at a defective portion may be removed due to these causes. Cavitation occurs when the foamed foam disappears in the portion, which causes disconnection of the heat generating resistance layer and the like, and has a drawback that the durability life is shortened.
【0009】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、キャビテー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 in the case of using a ceramic substrate, the surface of the ceramic substrate 1 is polished and smoothed to improve the adhesion of the heat-generating resistance layer 2 and the cavitation is reduced by one part. There is a proposal to prevent the premature disconnection of the heat-generating resistance layer caused by concentrating on a portion. 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.
【0010】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、グレーズ層を形成方法として採用
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 problems by providing a glaze layer (a glassy layer is welded) on the surface of a ceramic substrate to form an alumina glaze substrate. However, in the formation method that can adopt the glaze layer as a formation method, the thickness of the layer cannot be reduced to 40 to 50 μm or less, and a problem of heat storage occurs as in the case of the glass substrate. Is also not practical.
【0011】単結晶シリコンを基体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、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
ネルギー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 single-crystal silicon is used for the substrate 1, there is no problem of excessive heat storage when the above-mentioned glass or ceramic is used for the substrate 1, and the surface is very good. There is almost no concern about problems such as these. From these facts, for example, JP
As can be seen in JP-A-1275741, a single-crystal silicon wafer is used as a substrate for a liquid jet recording head utilizing the above-described thermal energy.
【0012】ところで、近年液体噴射記録法を用いた記
録分野においては、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、該記録の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, keen research on a large-sized recording head such as a so-called full-line head having a width corresponding to the recording width has been conducted in order to enable recording on a wide recording medium. Has been established.
【0013】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.
【0014】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ある。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、得られる単結晶ウエハは不可逆的に高
価なものになり、このことは延いては最終製品をコスト
高にしてしまう。 また、液体噴射記録ヘッド用基板に
於いては、より良好に記録液に対して熱を伝える為に、
発熱抵抗体の直下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。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 formed by cutting out a single-crystal ingot manufactured by a single-crystal pulling method. . 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 out the obtained single crystal ingot. In addition, as much as possible to cut out a long base from such a single crystal ingot, the use efficiency of the ingot becomes very poor, and the obtained single crystal wafer becomes irreversibly expensive, This in turn adds cost to the end product. In addition, in the substrate for the liquid jet recording head, in order to transfer heat to the recording liquid better,
A heat storage layer (lower layer) is provided directly below the heating resistor to achieve a good balance between heat storage and heat dissipation. In this case, the substrate is thermally oxidized on the surface of the single-crystal silicon wafer cut from 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基体を用いて製作した液体噴射記
録ヘッド用基板の端部から切り出した液体噴射記録ヘッ
ド仕掛かり品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60〜90μm
に及び、この変形を無理に矯正すると仕掛かり品が破壊
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、仕掛かり品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、仕掛かり品に配された配線と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しまう問題があ
ることがわかった。仮に、曲がったままの仕掛り品を用
いて、液体噴射記録ヘッドが製造できたとしても、この
ヘッド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、記録ヘッド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。このような、記録ヘッド
仕掛り品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体に於
いては、このような記録ヘッド仕掛り品の曲がり変形が
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。However, when the present inventor studied to obtain a large-sized recording head, as shown in FIG. 9A, the liquid-jet recording head substrate manufactured using a single-crystal silicon substrate was cut from the end. It has been found that a problem arises in that the cut-out workpiece of the liquid jet recording head is deformed like a bow. And the deformation amount is up to 60 ~ 90μm
In many cases, if this deformation is forcibly corrected, the work-in-progress will often be destroyed, and even if the deformation is small, it will be uniform even in the polishing process following the process of cutting out the work-in-progress. It has been found that there is a problem that it is difficult to perform appropriate polishing, or it is difficult to electrically connect the wiring and the ICs and the like disposed on the in-process product with high precision. Even if a liquid jet recording head can be manufactured using a work-in-process that is still bent, the bending of the head causes a shift in the position at which the recording liquid adheres to the recording medium. It has been found that there is a problem that image quality is deteriorated such as missing dots or unevenness. In addition, it was found that when the portion causing the deformation, that is, the end of the silicon wafer was not used as the substrate for the recording head, the production cost of the recording head would be extremely high. When the cause of such deformation of the recording head work-piece is deformed, the substrate not provided with the above-described thermal oxide layer as the heat storage layer is bent. No deformation was observed, and 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.
【0016】または及び、単結晶シリコン基体に発熱抵
抗体や配線用の膜を積層してゆくと、その応力によって
液体噴射記録ヘッド用基板が反ってしまい、パターニン
グの際にフォーカス位置がずれて露光不良になることが
わかった。従って単結晶シリコンを記録ヘッド用基体と
して用いる場合には、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、短い記録ヘッドを継いで一
体化した液体噴射記録ヘッドユニットにすることが要求
される。ところがこの場合、ヘッド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。Alternatively, when a heating resistor or a film for wiring is laminated on a single-crystal silicon substrate, the stress causes the substrate for a liquid jet recording head to be warped, so that the focus position shifts during patterning and the exposure is performed. It turned out to be bad. Therefore, when single crystal silicon is used as a substrate for a recording head, there is naturally a limit in achieving a longer length. For this reason, in order to produce a long head for achieving higher-speed printing, it is required to form a liquid ejecting recording head unit by integrating a shorter recording head. However, in this case, it is extremely difficult to adjust the seam portion of the head so as not to adversely affect the recorded image.
【0017】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
伴う液体噴射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体の提供が切望されている。Accordingly, the shape of the substrate for the liquid jet recording head is not restricted by the manufacturing process, and there is no problem such as deformation of the substrate for the liquid jet recording head due to the increase in size, and high-speed high-quality recording can be easily performed. It has been desired to provide an inexpensive liquid jet recording substrate that can achieve the above.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】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
する特定の材料で構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を提供することにある。 本発明の
他の目的は、多結晶シリコンで構成された長尺基体を利
用した液体噴射記録ヘッド用長尺基板を提供することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION It is a principal object of the present invention to solve the above-mentioned problems with the conventional liquid jet recording head substrate and to use a specific material which enables a large recording head to be obtained. To provide a long substrate for a liquid jet recording head using a base that has been used. Another object of the present invention is to provide a long substrate for a liquid jet recording head using a long substrate made of polycrystalline silicon.
【0019】本発明の他の目的は、上述した単結晶シリ
コンウエハを用いる場合のように複数の液体噴射記録ヘ
ッドを一体的に接続することなくして記録ヘッドの大型
化を達成でき、且つ上述した単結晶シリコンウエハを用
いる場合のように液体噴射記録ヘッド仕掛り品の変形と
それにともなう記録画像の品位の低下、または及び液体
噴射記録ヘッド用基板の反りによる露光不良等の問題を
生じることのない上記液体噴射記録ヘッドを提供するこ
とにある。Another object of the present invention is to achieve a large-sized recording head without integrally connecting a plurality of liquid jet recording heads as in the case of using the above-mentioned single crystal silicon wafer. It does not cause problems such as deformation of the work-in-progress of the liquid jet recording head and deterioration of the quality of the recorded image due to the deformation as in the case of using a single-crystal silicon wafer, and poor exposure due to warpage of the substrate for the liquid jet recording head. An object of the present invention is to provide the above-described liquid jet recording head.
【0020】本発明の他の目的は、より高画質でより高
速記録を達成することが可能な、上記液体噴射記録ヘッ
ドを用いた液体噴射記録装置を提供することにある。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。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体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、加熱処理によって熱酸化層を形成し、さらに熱酸化
層軟化温度域にまで熱軟化処理を施する場合、該熱酸化
層は表面段差のない滑らかな連続表面を有するものとな
り、これにより表面性の良い熱酸化層がもたらされる、
という知見を得た。Another object of the present invention is to provide a liquid jet recording apparatus using the above liquid jet recording head, which can achieve higher image quality and higher speed recording. Another object of the present invention is to provide a substrate for a liquid jet recording head which includes forming a thermally oxidized layer having good surface properties on the surface of a substrate made of polycrystalline silicon used for the substrate for a liquid jet recording head described above. It is to provide a manufacturing method of. The present inventor has studied through the experiments described below in order to solve the above-described problems in the conventional liquid jet recording head substrate and achieve the above object. As a result, the inventor
The following findings were obtained. That is, in the case where polycrystalline silicon is used as the base of the substrate for a liquid jet recording head, (i) in the case of using the above-described single crystal silicon wafer, problems relating to size restriction and deformation of the substrate can be eliminated, A recording head capable of recording a high-quality recorded image at a high speed can be provided at a low price; and
(Ii) forming a thermal oxide layer on the surface of the polycrystalline silicon substrate; forming a thermal oxide layer on the surface of the substrate by heat treatment; When the thermal softening treatment is performed up to, the thermal oxide layer has a smooth continuous surface without surface steps, thereby providing a thermal oxide layer with good surface properties.
I got the knowledge.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】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。本発明は、下述する構成の液体噴射記録ヘッド用基
板、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、及び該基板の製造方法を包含する。The present invention has been completed based on the above findings obtained by the present inventors through experiments. The present invention includes a substrate for a liquid jet recording head having the configuration described below, a liquid jet recording head and a liquid jet recording apparatus using the substrate, and a method for manufacturing the substrate.
【0022】本発明によ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が
配された液体噴射記録ヘッド用基板であって、該基板を
構成する基体が多結晶シリコンで構成されていることを
特徴とする。A substrate for a liquid jet recording head according to the present invention is a liquid in which an electrothermal transducer having a heating resistor for generating heat and a pair of wirings electrically connected to the heating resistor is provided. A substrate for an ejection recording head, wherein a substrate constituting the substrate is made of polycrystalline silicon.
【0023】本発明の液体噴射記録ヘッド用基板は、上
述した単結晶シリコンウエハを基体に利用した場合に比
べ、非常に長尺な基板までをも低価格で達成できるこ
と、通常の形状においてはもちろんのこと、長尺な形状
においても変形の生じることがないこと、高精度の配線
パターンを容易に達成できること、等の利点を有する。The substrate for a liquid jet recording head according to the present invention can achieve even a very long substrate at a low price as compared with the case where the above-mentioned single crystal silicon wafer is used as a substrate. In addition, there are advantages such that no deformation occurs even in a long shape, and a highly accurate wiring pattern can be easily achieved.
【0024】本発明によ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前記熱エネルギーを発生する為の電
気信号を前記発熱抵抗体に供給する為の一対の配線とを
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、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で構成
されていることを特徴とする。A liquid jet recording head according to the present invention comprises a discharge port for discharging liquid, a heating resistor for generating thermal energy for discharging liquid from the discharge port, and a heating resistor electrically connected to the heating resistor. A substrate for a liquid jet recording head, on which an electrothermal converter having a pair of wirings for supplying an electric signal for generating thermal energy to the heating resistor is disposed; and the electrothermal converter of the substrate. And a flow path for supplying a liquid in the vicinity of the liquid jet recording head, wherein the base constituting the substrate is made of polycrystalline silicon.
【0025】本発明の液体噴射記録ヘッドは、所望の長
尺化を容易に達成できる利点を有する。即ち上述した単
結晶シリコンウエハを使用する場合、液体噴射記録ヘッ
ドの長尺化は、複数のヘッドを一体化することにより始
めて達成できるが、本発明においてはこの様な一体化作
業を必要としない。The liquid jet recording head of the present invention has an advantage that a desired length can be easily achieved. That is, when the above-described single crystal silicon wafer is used, the lengthening of the liquid jet recording head can be achieved only by integrating a plurality of heads, but the present invention does not require such an integrating operation. .
【0026】こうしたことから、本発明により提供され
る長尺の液体噴射記録ヘッドは単結晶シリコンウエハを
使用して長尺化を図る場合の複数のヘッドの一体化が故
に生ずる記録画像についての乱れの生起の問題はない。
これらの利点の他、本発明により提供される液体噴射記
録ヘッドには更なる利点がある。即ち、基板の平面性が
保たれ、かつまたヘッド仕掛り品の変形がないため、歩
留が良いこと、そして吐出口から吐出される液体の付着
位置精度が高いことから高品位画像を得ることができ
る。Therefore, the long liquid jet recording head provided by the present invention is disturbed in the recorded image caused by the integration of a plurality of heads when the length is increased by using a single crystal silicon wafer. There is no problem of the occurrence.
In addition to these advantages, the liquid jet recording head provided by the present invention has further advantages. That is, since the flatness of the substrate is maintained and there is no deformation of the work-in-progress, the yield is good, and a high-quality image can be obtained because of the high accuracy of the position of the liquid ejected from the ejection port. Can be.
【0027】本発明による液体噴射記録装置は、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た
めの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前記熱エネルギーを発生するための
電気信号を前記発熱抵抗体に供給するための一対の配線
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、液体
を供給するための流路とを有し、前記基板を構成する基
体が多結晶シリコンで構成された液体噴射記録ヘッド
と、該記録ヘッドの前記発熱抵抗体に電気信号を供給す
る為の電気信号供給手段とを有することを特徴とする。A liquid jet recording apparatus according to the present invention includes a discharge port for discharging liquid, a heating resistor for generating thermal energy for discharging liquid from the discharge port, and a heating resistor electrically connected to the heating resistor. A liquid jet recording head substrate on which an electrothermal converter having a pair of wirings for supplying an electric signal for generating thermal energy to the heating resistor is disposed; and the electrothermal converter of the substrate. A liquid jet recording head having a flow path for supplying a liquid in the vicinity of the substrate, wherein a substrate constituting the substrate is made of polycrystalline silicon; and an electric signal is supplied to the heating resistor of the recording head. And an electric signal supply means for performing the operation.
【0028】本発明の液体噴射記録装置は、上述した液
体噴射記録ヘッドを用いることから、優れた画質の記録
を高速で行うことができる利点を有する。Since the liquid jet recording apparatus of the present invention uses the above-described liquid jet recording head, it has an advantage that high-quality recording can be performed at a high speed.
【0029】本発明によ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
気熱変換体とが基体上に形成された蓄熱層としての酸化
層上に形成されている液体噴射記録ヘッド用基板の製造
方法であって、該製造方法は、該多結晶シリコン基体に
蓄熱層としての平滑な表面を有する熱酸化層(以下、こ
れを場合により、熱酸化層、SiO2 膜、またはSiO
2 層という)を形成することを特徴とする。本発明の液
体噴射記録ヘッド用基板の製造方法における前記熱酸化
層を形成する工程は、つぎの(i)または(ii)に述
べるように行われる。即ち、(i)所定の多結晶シリコ
ン基体を用意し、該多結晶シリコン基体の表面部分に熱
酸化処理を施して熱酸化層(即ち、SiO2 層)を形成
し、形成された熱酸化層に熱軟化処理を施して平滑な表
面を有する熱酸化層(即ち、蓄熱層)を前記多結晶シリ
コン基体に形成する。(ii)所定の多結晶シリコン基
体を用意し、該多結晶シリコン基体の表面部分に熱酸化
処理と熱軟化処理とを実質的に同時に施し、平滑な表面
を有する熱酸化層(即ち、蓄熱層)を前記多結晶シリコ
ン基体に形成する。According to a method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head according to the present invention, an electrothermal transducer having a heating resistor for generating thermal energy and a pair of wirings electrically connected to the heating resistor is formed on a substrate. A method for manufacturing a liquid jet recording head substrate formed on an oxide layer as a heat storage layer formed thereon, wherein the manufacturing method has a smooth surface as a heat storage layer on the polycrystalline silicon substrate. Thermal oxidation layer (hereinafter, this may be referred to as thermal oxidation layer, SiO 2 film, or SiO
(Referred to as two layers). The step of forming the thermal oxide layer in the method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head of the present invention is performed as described in the following (i) or (ii). That is, (i) a predetermined polycrystalline silicon substrate is prepared, and a thermal oxidation process is performed on a surface portion of the polycrystalline silicon substrate to form a thermal oxide layer (ie, a SiO 2 layer). Is subjected to a thermal softening treatment to form a thermal oxide layer (ie, a heat storage layer) having a smooth surface on the polycrystalline silicon substrate. (Ii) A predetermined polycrystalline silicon substrate is prepared, and a thermal oxidation treatment and a thermal softening treatment are substantially simultaneously performed on a surface portion of the polycrystalline silicon substrate to form a thermal oxide layer having a smooth surface (that is, a heat storage layer). ) Is formed on the polycrystalline silicon substrate.
【0030】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、その表面の平滑性を確保しつつ良好な
熱酸化層を形成することができることから、多結晶シリ
コン基体上に、上述した単結晶基体上に形成される蓄熱
層と同等の望ましい蓄熱層を形成することができる。そ
して該蓄熱層は良好な平滑な表面を有すると共に優れた
耐久性を有するところ、該蓄熱層上に配線等を所望状態
に形成することができ、それらについて断線等の問題が
生じる心配はない。According to the method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head of the present invention, a good thermal oxide layer is formed while maintaining the smoothness of the surface even though polycrystalline silicon having a rough surface is used as a base. Therefore, a desired heat storage layer equivalent to the above-described heat storage layer formed on the single crystal substrate can be formed on the polycrystalline silicon substrate. The heat storage layer has a good smooth surface and excellent durability, so that a wiring or the like can be formed in a desired state on the heat storage layer, and there is no fear that a problem such as disconnection occurs in the heat storage layer.
【0031】[0031]
実験 従来、太陽電池の分野において板状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。2. Description of the Related Art Conventionally, plate-shaped polycrystalline silicon members 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.
【0032】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.
【0033】以下に、本発明者が行った実験について説
明する。Hereinafter, an experiment performed by the present inventors will be described.
【0034】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 processed and deteriorated 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.
【0035】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.
【0036】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ーパントP型の単結晶イ
ンゴット(8inch×110cm) から、グラインダーで角柱
状に整形した後、マルチワイヤーソーを用いて板状に切
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 dopant 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 pulling it up in the <111> direction by the CZ method. A P-type single crystal ingot (8 inch × 110 cm) was shaped into a prism using a grinder, and then cut into a plate using a multi-wire saw. Next, the surface layer was removed and flattened by about 30 μm by lapping.
【0037】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℃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ーソーで切り出し
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 precipitation reaction by hydrogen reduction and thermal decomposition used for production of single crystal silicon, or a material obtained by crushing single crystal silicon is used. After heating and melting to 1420 ° C 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.
【0038】上記のようにして300(mm)×150
(mm)×1. 1(mm)(以下簡単のため300×1
50×1. 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
第1表に示されるように複数作成した。As described above, 300 (mm) × 150
(Mm) × 1.1 (mm) (300 × 1 for simplicity)
It is abbreviated as 50 × 1.1 (mm). ) Were prepared for each of single-crystal silicon and polycrystalline silicon as shown in Table 1.
【0039】[0039]
【表1】 ポリッシング装置としては、スピードファム(株)社製
片面ポリシング機を用いた。[Table 1] As a polishing apparatus, a single-side polishing machine manufactured by Speed Fam Co., Ltd. was used.
【0040】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 process was divided into primary polishing and secondary polishing under the conditions described below, and the presence or absence of the addition of alkali and the surface finishing performance were evaluated during the primary polishing.
【0041】評価結果を第1表にまとめて示す。The evaluation results are summarized in Table 1.
【0042】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/mi
n 2次研磨条件:研磨布;スエー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;0.2μm/min 第1表に示した結果から、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。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 / mi
n 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: 0.2 μm / min From the results shown in Table 1, it can be seen that even if a polycrystalline silicon substrate is used, smoothness equivalent to that of a single crystal substrate can be obtained by eliminating alkali addition during polishing. It has been found that crystalline silicon can be used as a substrate for a liquid jet recording head.
【0043】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.
【0044】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
ドーパントP型の単結晶インゴット(8inch×110cm)か
ら、グラインダーで角柱状に整形した後、マルチワイヤ
ーソーを用いて板状に切り出した。次にラップ加工で3
0μm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, first, a crushed high-purity polycrystalline silicon 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 was melted, and pulled up in the <111> direction by the CZ method. From a boron dopant P-type single crystal ingot (8 inch × 110 cm), it was shaped into a prism using a grinder, and then cut into a plate using a multi-wire saw. Next, lapping 3
After removing the surface layer by about 0 μm and flattening, the end portion was chamfered by a beveling machine, and the final surface was finished by polishing to finish the mirror surface substrate with a surface roughness Rmax of 150 °.
【0045】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
チューブ73内に導かれ、該石英チューブ73内で反応
してH2O を生じ、残分は燃焼される。石英チューブ73
内には熱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 guided into the thermally oxidized base quartz tube 73, and react in the quartz tube 73 to generate H 2 O, and the remainder is burned. Quartz tube 73
A base 71 for performing a thermal oxidation treatment is disposed therein, and is heated by an electric furnace 74.
【0046】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.
【0047】このようにして、第2表に示した寸法の単
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.
【0048】[0048]
【表2】 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
をマルチワイヤーソーで切り出した。[Table 2] On the other hand, a polycrystalline silicon substrate sample is a high-purity polycrystal produced by a precipitation reaction by hydrogen reduction and thermal decomposition used for the production of a single crystal, or a crushed single crystal, and heated to 1420 ° C. in a quartz crucible. After melting, the mixture was poured into a graphite mold and cooled to form a 120 cm square ingot. The faster the cooling rate is, the smaller the crystal grain size is, so the grain size is smaller outside the ingot in contact with the mold,
It becomes larger near the center. A plate-like polycrystalline silicon was cut out of this ingot at a position where the average crystal grain size became 2 mm with a multi-wire saw.
【0049】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 edge was chamfered with a beveling machine, and the final surface was finished by polishing to obtain a mirror surface with a surface roughness Rmax of 150 °. Finished on a substrate.
【0050】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。このようにして第2表に示した寸法の多結
晶基体試料を6個作成した。Next, a thermal oxidation layer was formed with a thickness of 3 μm by the above-mentioned pyrogenic method under the same conditions as those described above. Thus, six polycrystalline substrate samples having the dimensions shown in Table 2 were prepared.
【0051】次ぎに、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、6枚の基板を作成し
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 on the respective surfaces of the single crystal silicon substrate sample and the polycrystalline silicon substrate sample. A Ti layer (50 °) as a layer for improving adhesion to the layer, and SiO 2 (1.5 μm), Ta (5000 °), and polyimide (3 μm) as a protective layer were respectively laminated to form six substrates.
【0052】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ーニン
グを行うが、このパターニングの際に、基板に反りがあ
るとフォー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のダイヤルゲージを用いて最大変位量を
計測することにより行った。その結果を第2表に示す。In the case of the liquid jet recording head manufacturing process, 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. If the substrate is warped, the focus position shifts, resulting in exposure failure. Therefore, the degree of warpage was evaluated for each of the obtained substrates. The degree of warpage was measured 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.
【0053】第2表に示した結果は、300(mm)×1
50(mm)×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 (mm) × 1
The maximum warpage amount of a polycrystalline silicon substrate sample having a sample size of 50 (mm) × 1.1 (mm) is set to 1, and the other samples are relative values of the maximum warpage amount.
【0054】第2表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(mm)×150(mm)×
1. 1(mm)の試料サイズから反り量の増加が認めら
れ、800(mm)×150(mm)×1. 1(mm)の試料
サイズでは反り量相対値3を示す;反り量相対値2で
は、実際に露光する場合、フォー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(mm)×150(mm)×1.
1(mm)の試料サイズが液体噴射記録ヘッドを製作出来
る限度である。As is clear from the results shown in Table 2,
In the case of the polycrystalline silicon substrate sample, only the same amount of warpage is exhibited in all sizes used in the experiment, whereas in the case of the single crystal silicon substrate sample, 500 (mm) x 150 (mm)
An increase in the amount of warpage was observed from the sample size of 1.1 (mm), and a sample size of 800 (mm) × 150 (mm) × 1.1 (mm) shows a warpage amount relative value of 3; a warpage amount relative value. In the case of No. 2, when actual exposure is carried out, an exposure defect due to a shift of the focus position considerably occurs, and the warpage amount relative value 3
Would all result in poor exposure; and for a single crystal silicon substrate sample, 500 (mm) x 150 (mm) x 1.
The sample size of 1 (mm) is the limit at which a liquid jet recording head can be manufactured.
【0055】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(mm)×150(mm)×1. 1(m
m)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(mm)×150(mm)×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、
第3表の試料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, the size was 300 (mm) × 150 (mm) × 1.1 (m
m), ten mirror single-crystal silicon substrates (sample No. 1) were prepared. Separately, in the same manner as in Experiment B, the size was 300 (mm) × 150 (mm) × 1.1.
A plurality of (mm) mirror-surface polycrystalline silicon substrates were prepared. 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. By,
In Table 3, the sample No. A plurality of substrates (sample Nos. 2 to 8) having an average crystal grain size shown in the sections 2 to 8 were obtained for each ten sheets.
【0056】[0056]
【表3】 なおこのとき、基体の平均結晶粒径をJIS G 05
52の鋼のフェライト結晶粒度試験方法の項に記載され
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No.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。[Table 3] At this time, the average crystal grain size of the substrate was determined according to JIS G05.
No. 52 was measured by a crystal grain size measuring method according to the cutting method described in the section of the ferrite crystal grain size test method. The surface of each of the prepared single-crystal silicon substrate (sample No. 1) and polycrystalline silicon substrate was 3 μm by pyrogenic oxidation in the same manner as described in Experiment B.
Was formed.
【0057】一体型の長尺液体噴射記録ヘッドは液体噴
射記録ヘッド用基板から短冊状にヘッド仕掛り品ごとに
切断して作られるが、この際の問題として基板の両端か
ら切り出したヘッド仕掛り品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 a liquid jet recording head substrate into strips for each head-in-process product, but the problem with this is that the head-in-process cut out from both ends of the substrate is problematic. There is a problem that only the article bends like a bow. FIG. 9A shows a state in which bowing or bending occurs.
【0058】ところで、研磨工程で研磨面が反っている
と発熱体から吐出口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。However, if the polished surface is warped in the polishing step, the distance between the heating element and the discharge port surface cannot be made uniform, which causes a problem in print quality.
【0059】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
イサー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。第3表の各試料のサンプル数はそれぞれ
20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 for each substrate by cutting the substrate from both ends into strips each having a width of 10 mm with a slicer. 20 samples were prepared for each sample in Table 3.
【0060】作成したサンプルをリニヤスケール付き精
密XYテーブル上に置いて最大曲がり量を測定した。The sample thus prepared was placed on a precision XY table with a linear scale, and the maximum amount of bending was measured.
【0061】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.
【0062】図9(D)のa,b点をXYテーブルの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 represented by X in the XY table.
The amount of bending in the Y direction was measured along the axis.
【0063】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。第3
表には、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。A sample exceeding the allowable bending amount in the polishing step was regarded as a reject, and the pass rate under each condition was counted. Third
In the table, 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.
【0064】第3表に示した結果から、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8mm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2mmを越え、平均結晶粒径8mm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2mm以下のもの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、8mm以下が好ましく、より好ましくは2mm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. And also in the polycrystalline silicon substrate, those having an average crystal grain size exceeding 8 mm have little advantage over single crystal silicon, and those having an average crystal grain size of more than 2 mm and an average crystal grain size of 8 mm or less are:
Although superior to single crystal silicon, it was found to be inferior to those having an average crystal grain size of 2 mm or less.
From this, it was found that the average crystal grain size of the polycrystalline silicon substrate was preferably 8 mm or less, more preferably 2 mm or less.
【0065】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 liquid jet recording head substrate 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.
【0066】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
O2 +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。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。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ーニングする場合
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ーションダメー
ジが集中して早期断線をおこしてしまう。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 is different from 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. If strain due to the difference in the thermal expansion coefficient between quartz and silicon is added thereto, 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. Such inclusions do not pose any problem in solar cells. 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. . In the case where such defects are present, when wiring is patterned by photolithography technology, a portion where resist cannot be applied or a portion where the resist accumulates occurs, resulting in disconnection or short circuit of the wiring. There is. In addition, if such a defect is located at a position where the heating resistor is disposed, cavitation damage is concentrated when bubbles generated for discharging ink are eliminated, resulting in early disconnection.
【0067】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.
【0068】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(mm)
×150(mm)×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Rmax 150Å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
の結果は第4表に示した。As a sample, first, in the same manner as in Experiment B, 330 (mm)
A single crystal substrate having dimensions of × 150 (mm) × 1.1 (mm) was cut out, subjected to lapping and polishing, and finished into a mirror-finished substrate having a surface roughness of Rmax 150 °. 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.
【0069】[0069]
【表4】 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150Å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1
μm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。この結果は第4表に示した。[Table 4] Separately from the above, silicon was melted in a quartz crucible in which a release agent was not applied to the inner surface, and then a 50 cm square polycrystalline silicon ingot was formed. From this ingot, a polycrystalline silicon substrate having the same dimensions as that of the single crystal silicon substrate was cut out, and the surface thereof was wrapped and polished to finish a mirror surface substrate having a maximum surface roughness of 150 °. This substrate was used as Sample 2. The surface condition of the single-crystal silicon substrate (sample 1) was observed in the same manner as in the case of the single-crystal silicon substrate (sample 1). As a result, since there is no inclusion of the release agent, the number of defects per area of the substrate is 1
1 piece / cm 2 at all measurement points in the range of μm or more
It was below. The results are shown in Table 4.
【0070】次ぎに、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, Sample 2 was used except that a release agent was used.
A plurality of substrates (samples 3 to 6) were prepared by performing the same operation as in the case of preparing. The amount of the release agent used was different for each sample. The surface condition of each of the obtained substrates (samples 3 to 6) was observed in the same manner as in the single-crystal silicon substrate (sample 1).
【0071】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。次に、
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 Samples 3 to 6 was 5 / cm 2 or less, 10 / cm 2 or less,
The number was 0 / cm 2 or less and 100 / cm 2 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,
A 3 μm thermal oxide layer was obtained.
【0072】次に、介在物による断線や短絡の検出を行
うための、テスト配線パターンとして、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の折返し配線パターンを作成した。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
線パターンを想定し、配線長8mm、配線数4736を、
テストパターンとした。このテストパターンは各試料に
15個ずつ作り込んだ。Next, as a test wiring pattern for detecting disconnection or short circuit due to inclusions, an Al film was formed on the thermal oxide layer of each sample to a thickness of 4500 ° by a magnetron sputtering method. , Wiring width 20 μm,
A folded wiring pattern having a wiring interval of 10 μm was formed. At this time, the number of folded wirings of each sample is assumed to be the wiring pattern of the liquid jet recording head, and the wiring length is 8 mm and the number of wirings is 4736.
A test pattern was used. 15 test patterns were formed for each sample.
【0073】プロー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、テストパターン15個に対しての断線及び短絡のい
ずれも無かったパターン数、即ち、合格パターン数/1
5テストパターンを歩留として表した。得られた結果は
第4表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 without any disconnection or short circuit for 15 test patterns, that is, the number of passed patterns / 1.
Five test patterns were expressed as yield. The results obtained are as shown in Table 4.
【0074】第4表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1μ
m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 / cm 2 or less show the same yield as single crystal silicon; (iii) those having 10 / cm 2 or less of defects having a diameter of 1 μm or more have higher yields than those having 5 / cm 2 or less. (Iv) Those having 50 or less defects / cm 2 with a diameter of 1 μm or more are not practical because the yield is greatly deteriorated.
Those having a number of defects of 100 m / cm 2 or less are not practical. From the findings, the following findings were obtained. That is, a polycrystalline silicon member which can be effectively used as a substrate constituting a liquid jet recording head substrate preferably has a smooth surface (smooth state), and the number of defects having a diameter of 1 μm or more is 10 / cm 2 or less. And
More preferably, the number of defects having a diameter of 1 μm or more is 5 / cm 2
It must be:
【0075】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体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
コン基体の表面部分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部分を熱酸
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 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 a surface portion of the single crystal silicon substrate is usually used. The present inventor uses a polycrystalline silicon substrate instead of the single crystal silicon substrate, and thermally oxidizes a surface portion of the polycrystalline silicon substrate to form a SiO 2 layer as a heat storage layer, as in the case of forming the heat storage layer. Was formed, and 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.
【0076】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 and cooling or cavitation generated during ejection of the recording liquid. If the heating resistor is formed on the stepped portion, there arises a problem that the reliability in terms of the durability life is reduced. That is, particularly when the ejection of the recording liquid is repeated at a high speed, the cavitation concentrates on the step portion, whereby the heating resistor is broken at an early stage.
【0077】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。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
問題を望ましく解決することは難しい。当該問題の他の
解決手段として、該SiO2 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。As a measure to solve 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. That is,
As described above, the surface step of the SiO 2 layer is about several thousand degrees, and in addition, it is desirable that the SiO 2 layer has a thickness of several microns. It is difficult to desirably solve the problem without disturbing the function of the two layers. Another solution to the problem is to make the SiO 2 layer quite thick,
It is conceivable to perform the above-mentioned polishing on the surface, but in this case, there is a problem that such an excessively thick SiO 2 layer does not function as a desired heat storage layer, and it is not practical from an economic viewpoint. .
【0078】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CVD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、S
iO2 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、いずれの場合にあっても、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。The inventor has proposed that the heat storage layer (ie, SiO 2
Layer) is formed by a vacuum film forming method, that is, a sputtering method,
Attempts were made in each of the thermal CVD method, the plasma CVD method, and the ion beam evaporation method, but in any case, the film thickness became uneven, the film formation took a long time, or occurred during the film formation. Dust was mixed into the film and projections with a diameter of several microns were generated, which 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.
From these facts, the vacuum film formation method uses the heat storage layer (that is, S
(iO 2 layer). The inventor of the present invention has attempted 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 quality of the formed SiO 2 layer is low. Bad, it is difficult to achieve good film quality, and sometimes impurity particles are mixed in the film,
It has been found that none of these film forming methods can be adopted.
【0079】ところで、半導体デバイス製造の分野にお
いては、多層配線の段差部分における断線の問題を改善
する技術として、平坦化プロセスが採用されている。例
えばMOSLSIで広く用いられている平坦化プロセス
は、PSG膜のリフロー技術である。この技術は例えば
CVD法で形成されたSiO2 膜中に数モル%のP2O5
を含ませることで層間絶縁膜としてのPSG膜の軟化
点を下げ、熱処理(リフロー処理)を行なうことにより
PSG膜の段差を平坦化するというものである。この際
のリフロー温度は、形成されている配線等への熱の影響
を考慮して約800乃至1000℃程度の温度とされ
る。In the field of semiconductor device manufacturing, a flattening process is employed as a technique for improving the problem of disconnection at a step portion of a multilayer wiring. For example, a planarization process widely used in MOS LSI is a reflow technique for a PSG film. This technique P 2 having mole percent SiO 2 film formed by the CVD method is O 5
Is included to lower the softening point of the PSG film as an interlayer insulating film, and to perform a heat treatment (reflow treatment) to flatten the steps of the PSG film. The reflow temperature at this time is about 800 to 1000 ° C. in consideration of the influence of heat on the formed wiring and the like.
【0080】ところが、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し、該多結晶シリコ
ン基体に形成される熱酸化層についての上述した段差を
解消するについては前述の平坦化プロセスは採用できな
い。However, the substrate constituting the substrate for a liquid jet recording head is made of polycrystalline silicon, and the above-mentioned step in the thermal oxide layer formed on the polycrystalline silicon substrate is eliminated by the above-mentioned flattening process. Cannot be adopted.
【0081】即ち、上記半導体デバイスとは構成、機能
及び挙動、更には使用目的について全く別異の液体噴射
記録ヘッドにおいては、該記録ヘッド用基板には、該記
録ヘッドを使用して記録を行う際、発熱抵抗体は記録用
の液体を吐出する熱酸化層エネルギーを発生させるため
に、約1100℃に発熱するので、この温度に十分に耐
え得る特性を有することが要求される。したがって、該
基板を構成する基体はこの要件を満たものであることが
必須である。ところで、該基体を、上記半導体デバイス
におけるPSG膜とは全く別異の多結晶シリコンで構成
し、該多結晶シリコン基体に熱酸化層を形成する場合、
上述したように、該熱酸化層の表面には段差が生じてし
まう。本発明者は、この段差を解消するについて、上述
した半導体デバイスにおける段差解消手法を試みたが、
目的を達成することはできなかった。この点は下述する
実験結果からして明らかである。即ち、上述した半導体
デバイスにおける段差解消の際に採用するリフロー処理
温度の上限(約1000℃)よりはるかに高いリフロー
処理温度(約1100℃)を採用しても上記熱酸化層の
表面段差の解消はできなかった。That is, in the case of a liquid jet recording head which is completely different from the above-mentioned semiconductor device in terms of structure, function and behavior, and purpose of use, recording is performed on the recording head substrate using the recording head. In this case, the heat generating resistor generates heat at about 1100 ° C. in order to generate thermal oxide layer energy for discharging a recording liquid, and thus it is required that the heat generating resistor has a characteristic capable of sufficiently withstanding this temperature. Therefore, it is essential that the substrate constituting the substrate satisfies this requirement. By the way, when the substrate is made of polycrystalline silicon completely different from the PSG film in the semiconductor device, and a thermal oxide layer is formed on the polycrystalline silicon substrate,
As described above, a step occurs on the surface of the thermal oxide layer. The present inventor has attempted a step eliminating method in the semiconductor device described above to eliminate the step.
The goal could not be achieved. This point is clear from the experimental results described below. That is, even if a reflow processing temperature (about 1100 ° C.) which is much higher than the upper limit of the reflow processing temperature (about 1000 ° C.) used for eliminating the step in the semiconductor device described above, the surface step of the thermal oxide layer is eliminated. Could not.
【0082】以上述べたことから明らかなように、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
で構成し、該多結晶シリコン基体上に形成された熱酸化
層表面における段差(即ち、表面段差)を解消する有効
な手立ては全くない。As is apparent from the above description, the substrate constituting the substrate for the liquid jet recording head is made of polycrystalline silicon, and the step (ie, the step on the surface of the thermal oxide layer formed on the polycrystalline silicon substrate) There is no effective means to eliminate the surface step.
【0083】こうしたことから本発明者は、該熱酸化層
の表面における段差の生起の問題を熱軟化処理を介して
解消することを下述する実験を介して試みた。即ち、以
下の実験において、本発明者は、概要、2つの手法、即
ち、(i)多結晶シリコン基体の表面部分に熱酸化処理
を施して熱酸化層を形成し、ついで該熱酸化層に熱軟化
処理を施す手法、及び(ii)多結晶シリコン基体の表
面に熱酸化処理と熱軟化処理を同時に施す手法を試み
た。From the above, the present inventor tried through an experiment described below to solve the problem of the occurrence of steps on the surface of the thermal oxide layer through a thermal softening treatment. That is, in the following experiments, the present inventor outlines two methods: (i) performing a thermal oxidation treatment on the surface portion of the polycrystalline silicon substrate to form a thermal oxide layer; A method of performing a thermal softening treatment and a method of (ii) simultaneously performing a thermal oxidation treatment and a thermal softening treatment on the surface of a polycrystalline silicon substrate were attempted.
【0084】以下に、(a)多結晶シリコン基体の表面
を熱酸化処理に付した場合形成される熱酸化層(SiO
2 層)は表面段差を有するものになってしまう理由及び
(b)熱酸化処理が施された段差を有する多結晶シリコ
ン基体の表面に対して熱酸化層の軟化温度域での熱軟化
処理を行うことで表面段差の無い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
が実験を介して究明したところを図4(A)乃至図4
(C)を用いて説明する。The following is a description of (a) a thermal oxidation layer (SiO 2) formed when the surface of a polycrystalline silicon substrate is subjected to a thermal oxidation treatment.
(2 ) the reason why the surface of the polycrystalline silicon substrate having the step subjected to the thermal oxidation treatment is subjected to the thermal softening treatment in the softening temperature range of the thermal oxidation layer on the surface of the polycrystalline silicon substrate having the step subjected to the thermal oxidation treatment. FIG. 4A to FIG. 4 show that the inventor of the present invention has found through an experiment why the SiO 2 layer having no surface step is formed on the surface of the polycrystalline silicon substrate.
This will be described with reference to FIG.
【0085】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、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の熱酸化層(S
iO2 層)13を形成する場合、形成される熱酸化層は
表面に約1000Å程度の段差を有するものとなる。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 oxidation 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, line a indicates the position of the surface of the polycrystalline silicon substrate 11 before thermal oxidation. For example, on the surface of the polycrystalline silicon substrate 11, a thermal oxide layer (S
When the iO 2 layer 13 is formed, the formed thermal oxide layer has a step of about 1000 ° on the surface.
【0086】このような表面段差部を有する熱酸化層を
有する多結晶シリコン基体を利用して作成された記録ヘ
ッドの場合、該基体上に形成された発熱抵抗体上でバブ
ルが消泡する際に生じるキャビテーションダメージが該
基体の段差部に集中することになり、記録ヘッドの駆動
後極めて早い段階で発熱抵抗体の破壊を招くことにな
る。In the case of a recording head made using a polycrystalline silicon substrate having a thermal oxide layer having such a surface step, when bubbles disappear on a heating resistor formed on the substrate. The cavitation damage generated in the recording head is concentrated on the step portion of the substrate, and the heating resistor is destroyed very early after the driving of the recording head.
【0087】ここで多結晶シリコン基体の表面部分の熱
酸化過程について検討する。該多結晶シリコン基体の表
面部分を熱酸化処理して形成される熱酸化層形成の極め
て初期の段階においては、熱酸化層13の厚さと酸化速
度との間に直線則が成立する。すなわち、多結晶シリコ
ン(Si)と熱酸化層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。Here, the process of thermal oxidation of the surface of the polycrystalline silicon substrate will be discussed. In a very early stage of forming a thermal oxide layer formed by thermally oxidizing the surface portion of the polycrystalline silicon substrate, a linear rule is established between the thickness of the thermal oxide layer 13 and the oxidation rate. That is, the reaction of oxygen (O 2 ) at the interface between polycrystalline silicon (Si) and silicon oxide (SiO 2 ) constituting the thermal oxide layer is rate-limiting. In this case, the oxidation rate of oxygen varies depending on the orientation of the crystal plane.
【0088】一方、熱酸化層13がある程度の厚さ以上
に形成された後は、この熱酸化層13中を酸素が拡散す
る過程が律速となる。熱酸化層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。On the other hand, after the thermal oxide layer 13 is formed to a certain thickness or more, the process of diffusing oxygen in the thermal oxide layer 13 becomes rate-determining. It is considered that the diffusion rate of oxygen in the thermal oxide layer 13 is not affected by the orientation of the crystal plane of the silicon crystal grains 12.
【0089】したがって、多結晶シリコン基板11の結
晶粒12ごとの熱酸化層(即ち、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、ある程度熱酸化層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。Therefore, the step on the surface of the thermal oxide layer (that is, thermal oxide film) 13 for each crystal grain 12 of the polycrystalline silicon substrate 11 occurs at the very beginning of the thermal oxidation step, and to a certain extent, After the formation of the layer 13 proceeds,
It can be considered that the step does not increase.
【0090】このようにして生じた段差に対して、図4
(C)に示すように多結晶シリコン材料が溶融しない程
度に高い温度(軟化温度)で加熱(即ち、熱軟化処理)
すると、熱酸化層が徐々に流動性を示すようになり、滑
らかな表面を得ることができる。FIG. 4 shows the step thus generated.
As shown in (C), heating at a temperature (softening temperature) high enough not to melt the polycrystalline silicon material (that is, thermal softening treatment)
Then, the thermal oxide layer gradually shows fluidity, and a smooth surface can be obtained.
【0091】即ち、熱を加えることで熱酸化層の表面段
差が平均化されるようにその表面状態が変形し平滑な面
となるため、多結晶シリコン基体の該熱酸化層上に設け
られた発熱抵抗体にキャビテーションダメージが集中す
ることがなくなり耐久性が向上する。That is, the surface state of the thermal oxide layer is deformed by applying heat so that the surface steps of the thermal oxide layer are averaged, and the surface becomes smooth. Therefore, the thermal oxide layer is provided on the thermal oxide layer of the polycrystalline silicon substrate. Cavitation damage is not concentrated on the heating resistor, and durability is improved.
【0092】本発明の場合LSI製造工程の多層配線形
成時の配線上の層間絶縁膜の平坦化の場合とは異なり、
多結晶シリコン上に形成された熱酸化層の表面段差の平
坦化であるため、より僅かな流動性を持たすだけで平滑
化を達成することが可能である。In the case of the present invention, unlike the case of flattening the interlayer insulating film on the wiring when forming the multilayer wiring in the LSI manufacturing process,
Since the surface step of the thermal oxide layer formed on the polycrystalline silicon is flattened, it is possible to achieve the smoothing with only a slight fluidity.
【0093】上述の熱軟化処理は、熱酸化処理(即ち、
熱酸化膜形成)後行ってもよいし、あるいは該熱酸化処
理と同時併行的に行ってもよい。The above-mentioned thermal softening treatment is a thermal oxidation treatment (ie,
This may be performed after the formation of the thermal oxide film), or may be performed concurrently with the thermal oxidation treatment.
【0094】また、使用する多結晶シリコン基体に対し
て所定の不純物を導入して熱軟化処理を行うことも可能
である。不純物を導入することで熱酸化層の軟化温度が
低下し処理効率の向上を図ることが出来る。つまり軟化
のための温度は比較的低くてよく、処理時間を短縮出来
る。なお、該軟化処理を比較的高い温度で行う場合、熱
酸化層の軟化が効果的に進行するため、一層効果的に段
差の平滑化を行うことが出来る。このように前記熱酸化
層の軟化の状態を進行させることで多結晶シリコン基体
上に形成される熱酸化層について、その上に形成される
発熱抵抗体との密着性の向上がはかれる。It is also possible to introduce a predetermined impurity into the polycrystalline silicon substrate to be used and to perform a thermal softening treatment. By introducing the impurities, the softening temperature of the thermal oxide layer is lowered, and the processing efficiency can be improved. That is, the temperature for softening may be relatively low, and the processing time can be shortened. When the softening treatment is performed at a relatively high temperature, the softening of the thermal oxide layer proceeds effectively, so that the steps can be more effectively smoothed. As described above, by promoting the softened state of the thermal oxide layer, the adhesion of the thermal oxide layer formed on the polycrystalline silicon substrate to the heating resistor formed thereon can be improved.
【0095】本発明者は、熱軟化処理を行う場合の効果
について、検証実験を液体噴射記録ヘッド用基板を作成
することで行った。The present inventor conducted a verification experiment on the effect of performing the thermal softening treatment by preparing a substrate for a liquid jet recording head.
【0096】実験E−1 本発明者は、上述の熱軟化処理を熱酸化処理に引き続い
て行なって形成した熱酸化層を有する多結晶のシリコン
基体の効果を、液体噴射記録ヘッド用基板を作成して検
討した。Experiment E-1 The present inventor examined the effects of a polycrystalline silicon substrate having a thermally oxidized layer formed by performing the above-described thermal softening treatment subsequent to the thermal oxidation treatment, and prepared a liquid jet recording head substrate. And studied.
【0097】即ち、まず、上述したキャスティング法に
よって、結晶粒径の平均が約4 mmである多結晶シリコ
ンインゴットを作成した。得られたインゴットから角状
基体を5枚切り出した。それぞれの基体をラップ加工、
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体とした。次に、チューブ
(図7中73参照)をSiCにした以外は実験Bにおけ
ると同様の手法及び条件で、前記多結晶シリコン基体表
面部分に熱酸化処理を施し熱酸化層を形成した。That is, first, a polycrystalline silicon ingot having an average crystal grain size of about 4 mm was prepared by the casting method described above. Five square substrates were cut out from the obtained ingot. Wrap each substrate,
Polishing was performed to obtain a mirror substrate having a size of 300 mm × 150 mm × 1.1 mm and a surface roughness of Rmax150 °, which was used as a polycrystalline silicon substrate. Next, a thermal oxidation treatment was applied to the surface of the polycrystalline silicon substrate to form a thermal oxide layer in the same manner and under the same conditions as in Experiment B except that the tube (see 73 in FIG. 7) was made of SiC.
【0098】かくして得られた熱酸化層を有する5枚の
多結晶シリコン基体のそれぞれを熱酸化炉に導入し、炉
内温度をそれぞれ1380℃、1330℃、1280
℃、1230℃、1180℃にして1時間保持して熱酸
化層の熱軟化処理を行なった。このようにして、試料N
o.1,2,3,4及び5の多結晶シリコン基体を作成
した。Each of the five polycrystalline silicon substrates having the thermal oxide layers thus obtained was introduced into a thermal oxidation furnace, and the furnace temperatures were set at 1380 ° C., 1330 ° C., and 1280, respectively.
The temperature was kept at 1230 ° C. and 1180 ° C. for 1 hour to perform a thermal softening treatment on the thermal oxide layer. Thus, the sample N
o. 1, 2, 3, 4 and 5 polycrystalline silicon substrates were prepared.
【0099】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、いずれの
場合も3.0μmであった。次に、上記蓄熱層の表面の
段差形状を触針式粗さ測定計で調べると共に評価した。
その際の段差形状の測定方法と評価基準は下記のとうり
とした。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 thickness of the formed heat storage layer (that is, the SiO 2 layer) was 3.0 μm in each case. Next, the shape of the step on the surface of the heat storage layer was examined with a stylus roughness meter and evaluated.
The measurement method and evaluation criteria for the step shape at that time were as follows.
【0100】スタイラス走査距離:10mm 測定箇所:1基体当たり15箇所 測定位置:基体の短辺150mmを4等分する線分と、
長辺300mmを6等分する線分の交点位置の合計15
箇所。Stylus scanning distance: 10 mm Measurement location: 15 locations per substrate Measurement location: a line segment that divides the short side 150 mm of the substrate into four equal parts,
Total 15 intersection points of line segments that divide the long side 300mm into 6 equal parts
Section.
【0101】評価基準:測定箇所15箇所中の段差の最
大高さが0μm以上で0.05μm未満を◎、0.05
μm以上で0.1μm未満を〇、0.1μm以上を×と
した。Evaluation criteria: The maximum height of the step in the 15 measurement points was 0 μm or more and less than 0.05 μm.
A value of 〇 or more and less than 0.1 μm was evaluated as Δ, and a value of 0.1 μm or more was evaluated as ×.
【0102】試料No.1、2の表面段差は◎、試料N
o.3、4の表面段差は〇、試料No.5の表面段差は
×であった。Sample No. The surface steps of 1 and 2 are ◎, sample N
o. The surface steps of Sample Nos. 3 and 4 are Δ. The surface step of No. 5 was x.
【0103】次に、かくして得られた多結晶シリコン基
体(試料No.1〜5)のそれぞれについて、その蓄熱
層の表面に、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, for each of the polycrystalline silicon substrates (samples Nos. 1 to 5) thus obtained, a heating resistor made of HfB 2 [size: 20 μm × 100 μm, thickness:
0.16 μm, wiring density: 16Pel (ie 16 lines / mm)]
Were formed and an electrode (width 20 μm, thickness 0.6 μm) made of Al connected to each heating resistor. Furthermore, SiO 2
A protective layer made of / Ta is formed by sputtering on the portion where the heat generating resistor and the electrode are formed.
A substrate for a liquid jet recording head having the configuration shown in FIG. 1A and FIG. 1B was prepared.
【0104】試料No.1の基体は熱軟化温度が高すぎ
たため、基体に変形が生じており、液体噴射記録ヘッド
製造工程でフォトレジストをロールコータで塗布する際
に基体が割れてしまって、液体噴射記録ヘッドを製作す
ることが出来なかった。Sample No. Substrate 1 was too hot softening temperature, so the substrate was deformed, and the substrate was cracked when applying a photoresist with a roll coater in the liquid jet recording head manufacturing process, producing a liquid jet recording head. I couldn't do it.
【0105】試料No.2乃至5の基体のそれぞれにつ
いて、蓄熱層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
ッドを各1個ずつ作成した。Sample No. For each of the substrates 2 to 5, a liquid path and a liquid chamber are formed on the heat storage layer by a dry film or the like, and a discharge port is formed by cutting a slicer, and the structure shown in FIGS. 5A and 5B is used. Each of the liquid jet recording heads was prepared.
【0106】得られた4つの液体噴射記録ヘッドのそれ
ぞれについて、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。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5−1の
試料No.2乃至5の欄に示す通りであった。With respect to each of the obtained four liquid jet recording heads, a driving pulse (print signal) having a pulse width of 1.1 Vth (Vth is a foaming voltage) and a pulse width of 10 μs was repeatedly applied to each heating resistor, and ink was discharged from each discharge port. Was discharged, and a discharge durability test was performed. The number of integrated 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. The results are shown in Table 5-1. The results were as shown in columns 2 to 5.
【0107】[0107]
【表5】 試料No.2乃至4については、いずれの場合も、全く
キャビテーション破断が起こらず、駆動パルスの3×1
08 回の繰り返し後においても残存率が100%でっ
た。ところが試料No.5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。[Table 5] Sample No. Regarding 2 to 4, in each case, no cavitation breakage occurred and 3 × 1 of the driving pulse
0 8 times also residual rate after the repetition of the De' 100%. However, the sample No. In the case of No. 5, cavitation fracture occurred from an early stage, and the residual ratio was lowered.
【0108】以上の結果から、多結晶シリコン基体を熱
酸化した後に1230℃乃至1330℃程度の範囲の温
度にて熱軟化処理をおこなうことで、表面段差形状がな
めらかになった蓄熱層が得られ、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。From the above results, it is possible to obtain a heat storage layer having a smooth surface step by performing a thermal softening treatment at a temperature in the range of about 1230 ° C. to 1330 ° C. after the polycrystalline silicon substrate is thermally oxidized. It was also confirmed that extremely good results were obtained in the discharge durability test.
【0109】実験E−2 本実験では熱酸化処理と熱軟化処理を同時に行なって多
結晶シリコン基体に熱酸化層(蓄熱層)を形成した場合
の効果について検討した。実験E−1の場合と同様にし
て300(mm)×150(mm)×1.1(mm)の
サイズで、表面粗さがRmax150 Åである鏡面基体を
5枚作成した。これらを多結晶シリコン基体(試料N
o.6及至10)とした。次に、これらの多結晶シリコ
ン基体のそれぞれに対し、実験E−1において使用した
と同じ装置を用いて熱酸化処理と熱軟化処理を同時に行
って蓄熱層(熱酸化層)を形成した。Experiment E-2 In this experiment, the effect of forming a thermal oxide layer (heat storage layer) on a polycrystalline silicon substrate by simultaneously performing thermal oxidation and thermal softening was examined. Five mirror-finished substrates having a size of 300 (mm) × 150 (mm) × 1.1 (mm) and a surface roughness of Rmax150 ° were prepared in the same manner as in Experiment E-1. These were formed on a polycrystalline silicon substrate (sample N
o. 6 to 10). Next, a thermal storage layer (thermal oxide layer) was formed on each of these polycrystalline silicon substrates by simultaneously performing a thermal oxidation treatment and a thermal softening treatment using the same apparatus as that used in Experiment E-1.
【0110】即ち、それぞれの多結晶シリコン基体を熱
酸化炉に入れ、そこにパイロジェニック法により酸素を
入れ、該熱酸化炉の内部を所定温度に保って該多結晶シ
リコン基体の表面部分に熱酸化処理と熱軟化処理を同時
に施して蓄熱層(熱酸化層、即ちSiO2 層)を形成し
た。その際の炉内温度は、それぞれの場合で異なる13
80℃、1330℃、1280℃、1230℃及び11
80℃にした。蓄熱層(熱酸化SiO2 層)を3μm得
る為に、加熱時間をそれぞれ5、7、8、11及び14
時間とした。このようにして、試料No.6乃至10の
5枚の多結晶シリコン基体を作成した。That is, each polycrystalline silicon substrate was placed in a thermal oxidation furnace, oxygen was introduced therein by a pyrogenic method, and the interior of the thermal oxidation furnace was maintained at a predetermined temperature to apply heat to the surface of the polycrystalline silicon substrate. An oxidation treatment and a thermal softening treatment were simultaneously performed to form a heat storage layer (thermal oxidation layer, ie, SiO 2 layer). The furnace temperature at that time differs in each case.
80 ° C, 1330 ° C, 1280 ° C, 1230 ° C and 11
80 ° C. In order to obtain a heat storage layer (thermally oxidized SiO 2 layer) of 3 μm, the heating times were 5, 7, 8, 11 and 14, respectively.
Time. Thus, the sample No. Five to six polycrystalline silicon substrates were prepared.
【0111】以上のように多結晶シリコン基体を処理す
ることにより、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、いずれの
場合も、3.0μmであった。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 layer thickness of the formed heat storage layer (that is, the SiO 2 layer) was 3.0 μm in each case.
【0112】次に、上記蓄熱層の表面の段差形状を触針
式粗さ測定計で調べるとともに評価した。その際の測定
及び評価は実験E−1におけると同様にして行った。Next, the shape of the step on the surface of the heat storage layer was examined and evaluated with a stylus type roughness meter. The measurement and evaluation at that time were performed in the same manner as in Experiment E-1.
【0113】試料No.6、7の表面段差は◎、試料N
o.8、9の表面段差は〇、試料No.10の表面段差
は×であった。The sample No. The surface steps of 6 and 7 are ◎, sample N
o. The surface steps of Sample Nos. 8 and 9 are Δ. The surface step of No. 10 was x.
【0114】次に、かくして得られた多結晶シリコン基
体のそれぞれについて、その蓄熱層の表面に、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:1
6Pel (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0.6μ
m)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, for each of the polycrystalline silicon substrates thus obtained, a heating resistor made of HfB 2 [size: 20 μm × 100 μm, thickness: : 0.16 μm, wiring density: 1
6Pel (ie, 16 wires / mm)] and an electrode made of Al connected to each of the heating resistors (width 20 μm, thickness 0.6 μm)
m) was 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 the liquid jet recording head having the structure shown in FIGS. 1A and 1B is formed. A substrate was prepared.
【0115】試料No.6の基体は熱軟化温度が高すぎ
たため、基体に変形が生じており、液体噴射記録ヘッド
製造工程でフォトレジストをロールコータで塗布する際
に基体が割れてしまって、液体噴射記録ヘッドを製作す
ることが出来なかった。Sample No. The substrate of No. 6 had a thermal softening temperature that was too high, so that the substrate was deformed, and the substrate was broken when a photoresist was applied by a roll coater in the liquid jet recording head manufacturing process, and the liquid jet recording head was manufactured. I couldn't do it.
【0116】試料No.7乃至10の基体のそれぞれに
ついて、形成された蓄熱層上に、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各1個ずつ作成した。Sample No. For each of the bases 7 to 10, a liquid path and a liquid chamber are formed on the formed heat storage layer by a dry film or the like, and a discharge port is formed by slicer cutting, and FIGS. 5A and 5B Each of the liquid jet recording heads having the configuration shown in FIG.
【0117】得られた4個の液体噴射記録ヘッドのそれ
ぞれについて、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。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5−2の
試料No.7乃至10の欄に示す通りであった。With respect to each of the four obtained liquid jet recording heads, 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 was repeatedly applied to the heating resistor, and ink was discharged from each discharge port. Was discharged, and a discharge durability test was performed. The number of integrated 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. The results are shown in Table 5-2. The results were as shown in columns 7 to 10.
【0118】[0118]
【表6】 試料No.7乃至9についてはいずれの場合にもキャビ
テーション破断は全く起こらず、駆動パルスの3×10
8 回の繰り返し後においても残存率が100%であっ
た。ところが、試料No.10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。[Table 6] Sample No. No cavitation breakage occurred in any of the cases 7 to 9, and 3 × 10
Even after 8 repetitions, the residual ratio was 100%. However, the sample No. In the case of 10, cavitation fracture occurred from an early stage, and the residual ratio was reduced.
【0119】以上の結果から、1230℃乃至1330
℃程度の範囲の温度にて多結晶シリコン基体の熱酸化処
理と熱軟化処理を同時におこなうことで、表面段差形状
がなめらかになった蓄熱層が得られ、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。From the above results, 1230 ° C. to 1330
Simultaneous thermal oxidation treatment and thermal softening treatment of the polycrystalline silicon substrate at a temperature in the range of about ℃ gives a heat storage layer with a smooth surface step shape, and extremely good results in the discharge durability test. It was confirmed that it could be obtained.
【0120】実験E−3 本実験では、実験E−1において行なった、多結晶シリ
コン基体の表面部分に熱酸化処理を施して熱酸化層(蓄
熱層)を形成し、該熱酸化層を熱軟化処理する手法にあ
って、熱酸化処理により形成された前記熱酸化層に不純
物をドープし、不純物のドープされた熱酸化層に前記熱
軟化処理を施す場合の効果について検討した。Experiment E-3 In this experiment, a thermal oxidation treatment was performed on the surface portion of the polycrystalline silicon substrate, which was performed in Experiment E-1, to form a thermal oxide layer (heat storage layer). In the method of softening treatment, the effect of doping impurities into the thermal oxide layer formed by the thermal oxidation treatment and performing the thermal softening treatment on the doped thermal oxide layer was examined.
【0121】まず、実験Bと同様にして300(mm)
×150(mm)×1.1(mm)のサイズで、表面粗
さがRmax150 Åである鏡面基体を15枚作成した。
これらを多結晶シリコン基体(試料No.11〜No.
25)とした。試料No.11乃至25のそれぞれにつ
いて、先ず実験E−1におけると同様に熱酸化処理を行
って熱酸化層を形成した。ついで形成された熱酸化層に
以下のようにして不純物をドープした。First, in the same manner as in Experiment B, 300 (mm)
Fifteen mirror-like substrates having a size of × 150 (mm) × 1.1 (mm) and a surface roughness of Rmax150 ° were prepared.
These were made of a polycrystalline silicon substrate (samples No. 11 to No. 11).
25). Sample No. Each of 11 to 25 was first subjected to a thermal oxidation treatment in the same manner as in Experiment E-1 to form a thermal oxide layer. Then, the formed thermal oxide layer was doped with impurities as follows.
【0122】即ち、熱酸化層(SiO2 層)の表面への
不純物のドーピングは常圧CVD法を用いて行なった。
ドーパントとしては、液体ソースのPOCl3 を用い、
キャリアN2 ガスで炉内に導入して、飽和状態に保持し
た。その際、拡散時間は30分とし、拡散温度は試料N
o.11乃至15については1050℃とし、試料N
o.16乃至20については1000℃とし、試料N
o.21乃至25については950℃とした。。That is, doping of the surface of the thermal oxide layer (SiO 2 layer) with impurities was performed by the normal pressure CVD method.
As a dopant, a liquid source of POCl 3 was used,
It was introduced into the furnace with a carrier N 2 gas and kept in a saturated state. At this time, the diffusion time was 30 minutes, and the diffusion temperature was
o. Samples 11 to 15 were set to 1050 ° C.
o. For samples 16 to 20, the temperature was set to 1000 ° C.
o. The temperature was set to 950 ° C. for 21 to 25. .
【0123】得られた各試料について、表面の燐濃度を
2次イオン質量分析計(型名:IMS−3F、CAME
CA社製)(以下、SIMSと略す)を用いて測定し
た。For each of the obtained samples, the surface phosphorus concentration was measured using a secondary ion mass spectrometer (model name: IMS-3F, CAME).
The measurement was performed using a CA (hereinafter abbreviated as SIMS).
【0124】拡散温度1050℃の試料No.11乃至
15のそれぞれは5×1021atoms/cm3 、拡散温度10
00℃の試料No.16乃至20のそれぞれは1×10
21atoms/cm3 、拡散温度950℃の試料No.21乃至
25それぞれは1×1020atoms/cm3 であった。Sample No. 1 having a diffusion temperature of 1050 ° C. Each of 11 to 15 has 5 × 10 21 atoms / cm 3 and a diffusion temperature of 10
Sample No. of 00 ° C. Each of 16 to 20 is 1 × 10
Sample No. 21 having 21 atoms / cm 3 and a diffusion temperature of 950 ° C. Each of 21 to 25 was 1 × 10 20 atoms / cm 3 .
【0125】この不純物のドーピングに引き続いて熱軟
化処理を実験E−1におけると同様にして行った。その
際、熱軟化処理時間は1時間に固定し、軟化温度を12
80℃、1230℃、1180℃、1130℃、108
0℃の5条件とした。各試料の熱軟化温度を第5−3表
に示す。Subsequent to the impurity doping, a thermal softening treatment was performed in the same manner as in Experiment E-1. At that time, the heat softening treatment time was fixed at 1 hour, and the softening temperature was 12 hours.
80 ° C, 1230 ° C, 1180 ° C, 1130 ° C, 108
Five conditions of 0 ° C. were set. Table 5-3 shows the thermal softening temperature of each sample.
【0126】[0126]
【表7】 このようにして、試料No.11乃至25の15枚の多
結晶シリコン基体を作成した。[Table 7] Thus, the sample No. Fifteen polycrystalline silicon substrates of 11 to 25 were prepared.
【0127】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)の層厚はいずれの場
合も3.0μmであった。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 layer thickness of the formed heat storage layer (that is, the SiO 2 layer) was 3.0 μm in each case.
【0128】それぞれの試料について、形成された蓄熱
層の表面の段差形状を触針式粗さ測定計で調べると共に
評価した。その際の測定及び評価は実験E−1における
と同様にした。With respect to each sample, the shape of the step on the surface of the formed heat storage layer was examined with a stylus type roughness meter and evaluated. The measurement and evaluation at that time were the same as in Experiment E-1.
【0129】試料No.19と23の表面段差は〇、試
料No.20と24及び25の表面段差は×であった。The sample No. The surface steps of Sample Nos. 19 and 23 are Δ. The surface steps of 20, 24 and 25 were x.
【0130】それ以外のすべての試料の表面段差は◎で
あった。The surface steps of all the other samples were ◎.
【0131】次に、かくして得られた多結晶シリコン基
体のそれぞれに形成された蓄熱層上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, using a photolithography technique, a heating resistor made of HfB 2 [size: 20] was formed on the heat storage layer formed on each of the thus obtained polycrystalline silicon substrates.
μm × 100 μm, thickness: 0.16 μm, wiring density: 16 Pel (ie, 16 wires / mm)] and electrodes made of Al connected to each heating resistor (width 20 μm, thickness 0.6 μm) did. 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 the liquid jet recording head having the structure shown in FIGS. 1A and 1B is formed. A substrate was prepared.
【0132】かくして得られた液体噴射記録ヘッド用基
板のそれぞれについて、該基板上に、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各1個ずつ作成した。For each of the liquid jet recording head substrates thus obtained, a liquid path and a liquid chamber are formed on the substrate by a dry film or the like, and a discharge port is formed by cutting a slicer. One liquid jet recording head having the configuration shown in FIG. 5B was prepared.
【0133】得られた液体噴射記録ヘッドのそれぞれに
ついて、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。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5−3の試料N
o.11乃至25の各欄に示す通りであった。For each of the obtained liquid jet recording heads, a drive pulse (print signal) having a pulse width of 1.1 Vth (Vth is a bubbling voltage) and a pulse width of 10 μs is repeatedly applied to the heating resistor to cause ink to be ejected from each ejection port. And a discharge durability test. When the integrated number of drive pulses is 1 × 10 7 , 1 × 10 8 ,
The durability of the liquid jet recording head was evaluated by obtaining the residual ratio of the heating resistors when the value reached 3 × 10 8 , 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 5-3.
o. Nos. 11 to 25 were as shown in the respective columns.
【0134】試料No.11乃至15のそれぞれの場
合、累積駆動パルスの少ない段階から発熱低抗体の断線
が多量に発生した。断線部を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、熱酸化SiO2 層と発熱抵抗体との間で剥離
が生じていた。試料No.11乃至15のそれぞれの場
合、不純物表面濃度が高い為、発熱抵抗体直下の蓄熱層
(熱酸化SiO2 層)の軟化温度が下がり、最高温度が
1100℃程度に達する発熱低抗体の温度で変形を生じ
たものと考えられる。The sample No. In each of the cases 11 to 15, a large number of disconnections of the heat-generating low antibody occurred from the stage where the cumulative driving pulse was small. Observation of the broken portion with a scanning electron microscope revealed that peeling occurred between the thermally oxidized SiO 2 layer and the heating resistor. Sample No. In each of 11 to 15, since the impurity surface concentration is high, the softening temperature of the heat storage layer (thermally oxidized SiO 2 layer) immediately below the heat generating resistor decreases, and the maximum temperature reaches about 1100 ° C., and the temperature of the heat generating low antibody changes. Is considered to have occurred.
【0135】試料No.16乃至25については、試料
No.20、試料No.24、試料No.25では早い
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
したが、その他の試料No.16乃至19、試料No.
21乃至23では、いずれの場合にあってもキャビテー
ション破断は全く起こらず、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。Sample No. For samples 16 to 25, sample Nos. 20, sample no. 24, sample no. In the case of Sample No. 25, cavitation rupture occurred from an early stage and the residual ratio was lowered. 16 to 19, sample no.
In the cases of Nos. 21 to 23, no cavitation breakage occurred in any case, and the residual ratio was 100% even after the driving pulse was repeated 3 × 10 8 times.
【0136】以上の結果から、不純物表面濃度が高い方
が、より低い熱軟化温度で段差の平滑化が可能である
が、1080℃以下で軟化する程度に不純物をドーピン
グしてしまうと発熱抵抗体の温度で蓄熱層(熱酸化層、
即ちSiO2 層)が変形し、発熱低抗体の耐久性が低下
することがわかった。From the above results, the higher the impurity surface concentration, the smoother the step can be made at a lower thermal softening temperature. However, if the impurity is doped to such an extent that the impurity softens at 1080 ° C. or lower, the heat generating resistor is not heated. At the temperature of the thermal storage layer (thermal oxidation layer,
That is, it was found that the SiO 2 layer) was deformed, and the durability of the antibody with low heat generation was reduced.
【0137】熱酸化層(SiO2 層)に、軟化温度が1
130℃、またはそれ以上であって、なるべく低い温度
になるように不純物をドーピングすると、ドーピングし
ない場合と比べて100℃以上低い温度で段差の効果的
解消が図れ、処理炉の使用温度も比較的低くすることが
できるので、炉の寿命が延びて製造コスト的に有利であ
ることがわかった。The thermal oxidation layer (SiO 2 layer) has a softening temperature of 1
If impurities are doped at a temperature of 130 ° C. or higher and as low as possible, the step can be effectively eliminated at a temperature lower than 100 ° C. as compared with the case without doping, and the operating temperature of the processing furnace is relatively low. It has been found that the lowering of the furnace length is advantageous in terms of manufacturing cost because the life of the furnace is extended.
【0138】また、軟化温度の上限は、実験E−1及び
実験E−2の場合と同様に、多結晶シリコン基体の変形
による悪影響が出ない1330℃より低い温度である。The upper limit of the softening temperature is lower than 1330 ° C. at which no adverse effect due to the deformation of the polycrystalline silicon substrate occurs as in the case of Experiments E-1 and E-2.
【0139】加えて、ドーピングしない場合と同様な熱
軟化処理温度条件及び時間を採用した場合には熱酸化層
の軟化状態が一層進行し、熱酸化層の表面状態が一層段
差が解消された好ましいものとなる。In addition, when the same temperature condition and time for thermal softening treatment as in the case where no doping is employed, the softened state of the thermal oxide layer is further advanced, and the surface state of the thermal oxide layer is preferably further reduced in level. It will be.
【0140】(好ましい態様の詳細な説明)本発明の特
徴点は、液体噴射記録ヘッド用基板を構成する基体にあ
る。該基体は、多結晶シリコンで構成されていて、該多
結晶シリコンの表面に滑らかな表面性を有する蓄熱層
(熱酸化層)を有することで特徴づけられる。該蓄熱層
は、前記多結晶シリコンの表面部分に熱酸化処理と熱軟
化処理とを施すことにより形成される。(Detailed Description of Preferred Embodiments) The feature of the present invention lies in the base constituting the substrate for a liquid jet recording head. The substrate is made of polycrystalline silicon, and is characterized by having a heat storage layer (thermal oxide layer) having smooth surface properties on the surface of the polycrystalline silicon. The heat storage layer is formed by subjecting a surface portion of the polycrystalline silicon to a thermal oxidation treatment and a thermal softening treatment.
【0141】前記基体を多結晶シリコンで構成する場
合、該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
形成される熱酸化層は段差を伴う表面を有するものとな
ってしまう。When the substrate is made of polycrystalline silicon, the surface of the substrate is generally not flat because of its crystal grains. As described in the above experiment, the thermal oxide layer formed on the surface has a step. The surface has an accompanying surface.
【0142】本発明は、この段差の問題を解消すべく本
発明者が行なった実験、特に実験Eにおいて判明した事
実に基づくものである。本発明における、滑らかな表面
性を有する蓄熱層を有する多結晶シリコン基体は、多結
晶シリコンからなる基体を用意し、該基体の表面部分に
対して熱酸化処理と熱軟化処理を施すことで該基体表面
に段差のない平滑な表面を有する蓄熱層を形成すること
で実現される。The present invention is based on an experiment conducted by the present inventor to solve the problem of the level difference, in particular, a fact found in an experiment E. In the present invention, the polycrystalline silicon substrate having a heat storage layer having a smooth surface property is prepared by preparing a substrate made of polycrystalline silicon and subjecting a surface portion of the substrate to a thermal oxidation treatment and a thermal softening treatment. This is realized by forming a heat storage layer having a smooth surface without any steps on the surface of the base.
【0143】本発明においては、こうした蓄熱層を有す
る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、該基板の使用にあっ
て、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、事実上問題とされるほどの変形の
発生はない。In the present invention, since the polycrystalline silicon substrate having such a heat storage layer is used as a component of a substrate for a liquid jet recording head, the substrate is not uniformly formed by heating or cooling. Even if an internal stress is generated due to the shrinkage, the deformation does not substantially occur as a problem.
【0144】上記熱軟化処理は、多結晶シリコン基体に
対して熱酸化処理を施して熱酸化層(蓄熱層)を形成し
た後に行なってもよく、あるいは該熱酸化処理と同時併
行的に行っても良い。熱酸化処理と熱軟化処理とを同時
併行的に行う場合には、これらの処理を各別に行なって
所望の蓄熱層を多結晶シリコン基体上に形成する場合に
費やされる時間より大幅に短くてすむ。The thermal softening treatment may be performed after a thermal oxidation treatment is performed on the polycrystalline silicon substrate to form a thermal oxidation layer (heat storage layer), or may be performed concurrently with the thermal oxidation treatment. Is also good. When the thermal oxidation treatment and the thermal softening treatment are performed simultaneously and concurrently, the time required for performing these treatments separately and forming a desired heat storage layer on a polycrystalline silicon substrate can be significantly shorter. .
【0145】なお、熱軟化処理を独立して行なう場合に
は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ等のラン
プ加熱やCO2 、YAG、Ar等のレーザーによる連続
発振加熱あるいはパルス発振加熱、電子ビームによる連
続発振加熱あるいはパルス発振加熱、高周波加熱等によ
って多結晶シリコン基体表面の所望の部分、例えば発熱
抵抗体形成部分にのみに熱軟化処理を行なうようにして
もよい。When the heat softening treatment is performed independently, for example, lamp heating such as a halogen lamp or a xenon lamp, continuous oscillation heating or pulse oscillation heating using a laser such as CO 2 , YAG, Ar, or electron beam. The thermal softening treatment may be performed only on a desired portion of the surface of the polycrystalline silicon substrate, for example, only on a portion where a heating resistor is formed, by continuous oscillation heating, pulse oscillation heating, high-frequency heating, or the like.
【0146】熱軟化処理は、基体材料である多結晶シリ
コンの溶融温度より低い温度で行なうことが必要であ
る。この際の温度は、具体的には、実験Eにおいて明ら
かにしたように、1230℃乃至1330℃の範囲で選
択されることが望ましい。The thermal softening treatment needs to be performed at a temperature lower than the melting temperature of polycrystalline silicon as a base material. Specifically, it is desirable that the temperature at this time is selected in the range of 1230 ° C. to 1330 ° C. as clarified in Experiment E.
【0147】本発明においては、熱酸化処理と熱軟化処
理とを各別に行なう場合、熱酸化処理を行なって形成さ
れる熱酸化層に不純物を導入し、その後不純物をドープ
した該熱酸化層に熱軟化処理を施すようにしても本発明
の目的は達成される。この場合の熱軟化処理は、不純物
を使用しない場合の熱軟化処理の際の温度より低い温度
で行なうことができる。また、この場合に熱酸化層に導
入する不純物としては、P、B、Asなど半導体の技術
分野で一般に使用される不純物を選択的に使用できる。
こうした不純物を熱酸化層に導入する手法としては、半
導体技術において採用される不純物導入法が採用でき
る。熱酸化層に導入される不純物濃度は、使用する不純
物の種類により異なる。一般には、該濃度は、その上限
について、蓄熱層(熱酸化層)上に形成される発熱抵抗
体が発熱する温度により該蓄熱層が軟化しないよう配慮
し、その下限について、該蓄熱層が熱軟化処理により所
望状態に軟化して平滑な表面をもたらすよう配慮して適
宜決定される。In the present invention, when the thermal oxidation treatment and the thermal softening treatment are performed separately, impurities are introduced into the thermal oxide layer formed by performing the thermal oxidation treatment, and then the impurity is doped into the thermal oxide layer. The object of the present invention can be achieved even by performing a heat softening treatment. The thermal softening treatment in this case can be performed at a temperature lower than the temperature in the thermal softening treatment when no impurities are used. In this case, as impurities to be introduced into the thermal oxide layer, impurities generally used in the semiconductor technical field, such as P, B, and As, can be selectively used.
As a method for introducing such impurities into the thermal oxide layer, an impurity introduction method employed in semiconductor technology can be employed. The concentration of impurities introduced into the thermal oxide layer varies depending on the type of impurities used. In general, the upper limit of the concentration is determined so that the heat storage layer is not softened by the temperature at which the heating resistor formed on the heat storage layer (thermal oxide layer) generates heat. It is appropriately determined in consideration of softening to a desired state by a softening treatment to provide a smooth surface.
【0148】本発明で行なう熱軟化処理は、主として、
熱酸化層の表面の段差を解消し、平滑な表面状態とする
目的で行なわれる。該熱軟化処理が施されて形成され
た、所望の熱酸化層の所望の平滑表面上に形成される発
熱抵抗体は、該熱酸化層との望ましい密着性が確保され
る。The heat softening treatment performed in the present invention mainly includes
This step is performed for the purpose of eliminating the steps on the surface of the thermal oxidation layer and obtaining a smooth surface state. The heat-generating resistor formed on the desired smooth surface of the desired thermal oxide layer formed by performing the thermal softening treatment ensures the desired adhesion to the thermal oxide layer.
【0149】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
変換体が配された多結晶物質で構成された基板であっ
て、該基体の表面には熱酸化処理と熱軟化処理とを施し
て構成した酸化物層を有していることを特徴とする。The substrate for a liquid jet recording head provided by the present invention includes an electrothermal converter having a heating resistor for generating heat and a pair of wirings electrically connected to the heating resistor. A substrate made of a polycrystalline material prepared as described above, wherein the surface of the substrate has an oxide layer formed by performing a thermal oxidation treatment and a thermal softening treatment.
【0150】また、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ていて、前記
熱エネルギー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
る多結晶物質の表面には、熱酸化処理と熱軟化処理とを
施して構成された酸化物層を有していることを特徴とす
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 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 having a pair of wirings electrically connected to the heating element and supplying an electric signal for generating the thermal energy to the heating resistor. A liquid jet recording head having a flow path for supplying a recording liquid in the vicinity of the electrothermal transducer, wherein a surface of a polycrystalline material constituting the substrate is subjected to thermal oxidation treatment and thermal softening. And an oxide layer formed by performing the treatment.
【0151】さらに、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てい
て、前記熱エネルギー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、前記基板(a)を構成する多結
晶物質の表面には、熱酸化処理と熱軟化処理とを施して
構成された酸化物層を有していることを特徴とする。Further, the liquid jet recording apparatus provided by the present invention comprises: (a) a discharge port for discharging liquid, a heating resistor for generating thermal energy for discharging liquid from the discharge port, A liquid ejecting recording head substrate, which is electrically connected to the heating resistor, and on which an electrothermal transducer having a pair of wires for supplying an electric signal for generating the thermal energy to the heating resistor is disposed; (B) a flow path for supplying a recording liquid in the vicinity of the electrothermal converter of the substrate, and the surface of the polycrystalline material constituting the substrate (a) is thermally oxidized. It has an oxide layer formed by performing a treatment and a thermal softening treatment.
【0152】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で構成された基体を用い、
該多結晶基体の表面に対して酸化層を形成するための熱
酸化処理と、該表面を軟化し滑らかな表面形状にするた
めの熱軟化処理を施すことにより、前記表面に滑らかな
表面性を有する蓄熱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, wherein a substrate is formed on a substrate, wherein a substrate composed of polycrystalline silicon is used as a substrate constituting the substrate,
The surface of the polycrystalline substrate is subjected to a thermal oxidation treatment for forming an oxide layer and a thermal softening treatment for softening the surface to have a smooth surface shape, so that the surface has a smooth surface property. It is characterized in that a heat storage layer is formed.
【0153】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。In the present invention, a substrate composed of polycrystalline silicon (hereinafter simply referred to as a polycrystalline silicon substrate) used as a substrate constituting a substrate for a liquid jet recording head 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.
【0154】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。Since such a polycrystalline silicon substrate is used as a substrate constituting a 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.
【0155】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可能な記録装
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.
【0156】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8m
m以下であり、より好ましい平均結晶粒径は2mm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 average crystal grain size of the polycrystalline silicon substrate, as clarified in Experiment C described above. In view of 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 m.
m, and a more preferred average crystal grain size is 2 mm 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.
【0157】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 clarified in Experiment D described above, in order to obtain a high production yield and good recording characteristics, a defect having a diameter of 1 μm or more existing on the surface of the polycrystalline silicon substrate used for the recording head substrate is required. Is preferably 10 / cm 2 or less, more preferably 5 / cm 2 or less.
【0158】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。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。Hereinafter, embodiments of the substrate for a liquid jet recording head according to the present invention will be described. FIG. 1A is a schematic plan view of a main part of an example of the substrate for a liquid jet recording head of the present invention. FIG.
FIG. 2B 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.
【0159】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 has a heating resistor 2a for generating thermal energy for ejecting a recording liquid on the polycrystalline silicon substrate 1, and the heating resistor 2a is electrically connected to the heating resistor 2a. It has an electrothermal converter composed of a pair of connected wires 3a and 3b.
【0160】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 wirings 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.
【0161】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。 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(Ta2N),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、あるいはサー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。Then, when an electric signal is applied to the heating resistor via the wirings 3a and 3b, the heating resistor generates heat. Desirable materials for forming the heating resistance layer 2 include hafnium boride (HfB 2 ), tantalum nitride (Ta 2 N), rubidium oxide (RuO 2 ), Ta-Al alloy, and Ta-Al-Ir alloy. Various metals, 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.
【0162】液体噴射記録ヘッド用基板8には、配線3
a,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,3
bの電蝕や電気的絶縁破壊を防止する目的で設けられ
る。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。The wiring 3 is provided on the substrate 8 for the liquid jet recording head.
The protective layer 4 is provided so as to cover the heating resistors a and 3b and the heating resistor 2a. The protective layer 4 includes a heating resistor 2a, wirings 3a and 3a due to contact with ink and permeation of ink.
It is provided for the purpose of preventing the electrolytic corrosion of b and electrical breakdown. Such a protective layer can be made of an electrically insulating material such as SiO 2 , SiC, and Si 3 N 4 . 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.
【0163】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。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。In the above-described embodiment of the liquid jet recording head, the direction in which the liquid is discharged from the discharge port is substantially the same as the direction in which the liquid is supplied to the heating resistor. Perpendicular) are included in the liquid jet recording head of the present invention. Hereinafter, an embodiment of a liquid jet recording head using the above-described substrate will be described.
【0164】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。The main structure of the recording head has been described with reference to FIGS. 5A and 5B in the background of the invention, but 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.
【0165】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
クタンクからチュー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。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 ejection 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 that is incorporated in the apparatus or is detachable from the recording apparatus and receives supply of ink from an ink tank via a tube or the like, Further, the recording head may be detachable from the recording device and detachably connected to the ink tank.
【0166】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)アルコール,ポリアルキレン
グリコール等の水溶性有機溶剤10〜80wt%,水1
0〜90wt%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 フードブラック2 3wt%,ジエチレングリ
コール 25wt%,N−メチル−2−ピロリドン20
wt%,水 52wt%の構成を挙げることができる。As the recording liquid applicable to the recording head of the present invention, various liquids can be used.
Dye 0.5 20 wt%, water-soluble organic solvent such as (polyhydric) alcohol, polyalkylene glycol 10-80 wt%, water 1
An ink composition having an ink composition of 0 to 90 wt% can be preferably used, and specific examples of the ink composition include CI food black 23 wt%, diethylene glycol 25 wt%, and N-methyl-2-pyrrolidone 20.
wt% and water of 52 wt%.
【0167】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).
【0168】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 the 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.
【0169】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ートリッジを
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
ッドを複数個繋いで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。
126はヘッド回復装置であり、IJC120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、IJ
C120のキャッピングを行う。このヘッド回復装置1
26のキャップ部126AによるIJC120へのキャ
ッピングに関連させて、ヘッド回復装置126内に設け
た適宜の吸引手段によるインク吸引もしくはIJC12
0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。Here, an ink jet head cartridge having a small recording head has been described as a recording head. However, the present invention is not limited to the full line type according to the present invention, such as a full line type capable of recording in accordance with the recordable width of recording paper. Needless to say, a long recording head can be used, and when such a long recording head is used, there is almost no warpage as described above, and a plurality of short recording heads are used. In this case, it is possible to obtain a recording apparatus capable of further utilizing a feature that there is no image disturbance and a feature that high-speed printing can be performed.
Reference numeral 126 denotes a head recovery device, which is disposed at one end of the movement path of the IJC 120, 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 IJ
Capping of C120 is performed. This head recovery device 1
In connection with the capping of the IJC 120 by the cap portion 126A of the ink jet head 26, ink suction by an appropriate suction means provided in the head recovery device 126 or IJC 12
The ink is fed by an appropriate pressurizing means provided in the ink supply path to the ink supply path 0, and the ejection recovery processing such as removing the thickened ink in the nozzles by forcibly discharging the ink from the ejection port is performed. Also, by performing capping at the end of recording or the like, IJC is protected.
【0170】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。Reference numeral 130 denotes a blade disposed on the side surface of the head recovery device 126 and formed of silicon rubber 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.
【0171】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。The printing apparatus has an electric signal applying means for applying an electric signal for ejecting 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.
【0172】(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 provides 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.
【0173】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.
【0174】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.
【0175】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 include 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-mentioned respective specifications. 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.
【0176】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.
【0177】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 replaceable with a print head of a replaceable 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.
【0178】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.
【0179】以上説明した本発明の態様においては、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, the temperature rise due to thermal energy is positively prevented by using it as energy for changing the state of the ink from a solid state to a liquid state, or an ink that solidifies in a standing state for the purpose of preventing evaporation of the ink is used. 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.
【0180】[0180]
【実施例】 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、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142
0℃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,第6表の試料No.1及至No.12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
イヤーソーで切り出した。EXAMPLES Example 1 Preparation of Polycrystalline Silicon Substrate Constituting Liquid Jet Recording Head Substrate A polycrystalline silicon ingot as a starting material was prepared as follows. That is, high-purity polycrystalline silicon produced by hydrogen reduction and deposition reaction by thermal decomposition used for production of single-crystal silicon is used, and introduced into a quartz crucible.
After heating to 0 ° C. and melting, the mixture was poured into a graphite 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. No. 1 to No. Twelve sheets were cut out with a multi-wire saw into a plate having the dimensions shown in each column.
【0181】[0181]
【表8】 得られた12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。[Table 8] The surface of each of the obtained 12 polycrystalline silicon plates was removed by about 30 μm by lapping, flattened, and chamfered with an end beveling machine.
【0182】その後にスピードファム(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ため、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 set to Rmax1.
It was finished to a mirror substrate of 50 °. At this time, polishing was performed without adding an alkali in order to prevent a surface step due to etching by an alkali component in the abrasive having crystal orientation dependence.
【0183】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.
【0184】さらに、それぞれの多結晶シリコン基体の
表面の平滑性をレーザテック(株)製、非接触式表面粗
さ測定器を用いて測定し、段差の発生のないことを確認
した。Further, the surface smoothness of each polycrystalline silicon substrate was measured using a non-contact type surface roughness measuring device manufactured by Lasertec Co., Ltd., and it was confirmed that no step was generated.
【0185】次に、前述の多結晶シリコン基体のうち4
枚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 層を形成し
た。この際の熱酸化条件は以下のとおりにした。Next, 4 of the above-mentioned polycrystalline silicon substrates were used.
The sheet was subjected to a thermal oxidation treatment by a pyrogenic method to form an SiO 2 layer as a heat storage layer on the polycrystalline silicon substrate. The thermal oxidation conditions at this time were as follows.
【0186】 熱酸化温度:1150℃ 炉内圧力:1気圧 熱酸化時間:14時間 続いて、このSiO2 層が形成された基体4枚のそれぞ
れについて熱軟化処理を行ない、SiO2 層表面の段差
の平滑化を行なった。熱軟化処理の条件は以下のとおり
にした。Thermal oxidation temperature: 1150 ° C. Furnace pressure: 1 atm Thermal oxidation time: 14 hours Subsequently, a thermal softening treatment was performed on each of the four substrates on which the SiO 2 layer was formed, and a step on the surface of the SiO 2 layer was formed. Was smoothed. The conditions of the heat softening treatment were as follows.
【0187】 熱軟化温度:1330℃ 炉内圧力:1気圧 熱軟化時間:1時間 かくして蓄熱層として3μm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)得た。Thermal softening temperature: 1330 ° C. Furnace pressure: 1 atm Thermal softening time: 1 hour Thus, a 3 μm thermal oxide layer (SiO 2 layer) as a heat storage layer
Thus, four sheets (sample Nos. 1 to 4) of a polycrystalline silicon substrate for a liquid jet recording head having the following were obtained.
【0188】また、前述の多結晶シリコン基体のうち別
の4枚を使用し、それぞれの基体について、パイロジェ
ニック法による熱酸化処理とSiO2 層に段差が生じる
ことを防止するための熱軟化処理を実質的に同時に行な
った。かくして多結晶シリコン基体に段差のない蓄熱層
を形成した。この際の熱処理条件は以下のとおりにし
た。Further, another four of the above-mentioned polycrystalline silicon substrates were used, and each substrate was subjected to a thermal oxidation treatment by a pyrogenic method and a thermal softening treatment for preventing a step from being formed in the SiO 2 layer. Were performed substantially simultaneously. Thus, a heat storage layer having no steps was formed on the polycrystalline silicon substrate. The heat treatment conditions at this time were as follows.
【0189】 加熱温度:1330℃ 炉内圧力:1気圧 加熱時間:7時間 かくして蓄熱層として3μm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.5及至No.8)完成した。Heating temperature: 1330 ° C. Furnace pressure: 1 atm Heating time: 7 hours Thus, a 3 μm thermal oxide layer (SiO 2 layer) as a heat storage layer
Thus, four polycrystalline silicon substrates (sample Nos. 5 to 8) for a liquid jet recording head having the above-mentioned structure were completed.
【0190】さらに、前述の多結晶シリコン基体のうち
残りの4枚のそれぞれについて、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 層を形成した。ついで、形成したSi
O2 層に不純物を拡散させた。この際の熱酸化条件およ
び不純物拡散条件は以下のとおりにした。Further, each of the remaining four polycrystalline silicon substrates was subjected to a thermal oxidation treatment by a pyrogenic method to form an SiO 2 layer as a heat storage layer on the polycrystalline silicon substrate. Then, the formed Si
Impurities were diffused in the O 2 layer. The thermal oxidation conditions and impurity diffusion conditions at this time were as follows.
【0191】 熱酸化条件 熱酸化温度:1150℃ 炉内圧力:1気圧 熱酸化時間:14時間 不純物拡散条件 拡散ソース:POCl3 拡散方法:常圧熱CVD法 拡散温度 :1000℃ 以上の条件により多結晶シリコン基体表面に拡散された
Pの不純物濃度はSIMSによる測定の結果1×1021
atom/cm3であった。Thermal oxidation conditions Thermal oxidation temperature: 1150 ° C. Furnace pressure: 1 atm Thermal oxidation time: 14 hours Impurity diffusion conditions Diffusion source: POCl 3 Diffusion method: Normal pressure thermal CVD method Diffusion temperature: 1000 ° C. The impurity concentration of P diffused into the surface of the crystalline silicon substrate was 1 × 10 21 as a result of SIMS measurement.
atom / cm 3 .
【0192】続いて、このSiO2 層が形成された基体
4枚のそれぞれについて熱軟化処理を行ない、SiO2
層表面の段差の平滑化を行なった。この際の熱軟化処理
の条件は以下のとおりにした。[0192] Subsequently, subjected to thermal softening treatment for the SiO 2 layer each base four formed is, SiO 2
The level difference on the layer surface was smoothed. The conditions of the heat softening treatment at this time were as follows.
【0193】 熱軟化温度:1130℃ 炉内圧力:1気圧 熱軟化時間:1時間 かくして蓄熱層として3μm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.9及至No.12)得た。Thermal softening temperature: 1130 ° C. Furnace pressure: 1 atm Thermal softening time: 1 hour Thus, a 3 μm thermal oxide layer (SiO 2 layer) as a heat storage layer
Thus, four polycrystalline silicon substrates (samples No. 9 to No. 12) for a liquid jet recording head having the following were obtained.
【0194】試料No. 1及至No. 12の基体のそれ
ぞれについて蓄熱層の表面の段差形状を触針式粗さ測定
計で調べると共に評価した。段差形状の測定方法と評価
基準は下記のとうりとした。With respect to each of the substrates No. 1 to No. 12, the shape of the step on the surface of the heat storage layer was examined with a stylus type roughness meter and evaluated. The measurement method and evaluation criteria of the step shape were as follows.
【0195】スタイラス走査距離:10mm 測定箇所:1基体当たり15箇所 測定位置:基体の短辺150mmを4等分する線分と、
長辺600mm、500mm,400mm,300mm
それぞれを6等分する線分の交点位置の合計15箇所。Stylus scanning distance: 10 mm Measurement location: 15 locations per base Measurement location: a line segment that divides the shorter side 150 mm of the base into four equal parts,
Long side 600mm, 500mm, 400mm, 300mm
A total of 15 points at the intersections of line segments that divide each into six equal parts.
【0196】評価基準:測定箇所15箇所中の段差の最
大高さが0μm以上で0.05μm未満を◎、0.05
μm以上で0.1μm未満を〇、0.1μm以上を×と
した。Evaluation Criteria: The maximum height of the step in the 15 measurement points was 0 μm or more and less than 0.05 μm.
A value of 〇 or more and less than 0.1 μm was evaluated as Δ, and a value of 0.1 μm or more was evaluated as ×.
【0197】その結果、試料No. 1及至No. 12の
すべてが◎であり、いずれの基体も段差が平滑化された
滑らかな表面を有していることがわかった。As a result, all of the samples No. 1 to No. 12 were ◎, and it was found that all the substrates had a smooth surface with a smoothed step.
【0198】次に試料No.1及至No.12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12
枚作成した。(試料No.1及至No.12) 次に、得られた12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, 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 photolithography technology for each of the 12 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.
The substrate for a liquid jet recording head having the configuration shown in FIG.
Created. (Samples No. 1 to No. 12) Next, each of the obtained twelve liquid jet recording head substrates was exposed at the time of exposure when forming a plurality of ink flow paths by photolithography using a photosensitive dry film. As described above, whether or not the ink flow path could be formed accurately was observed, and the exposure pass rate was calculated.
【0199】即ち試料No.1、5、9については1ヘ
ッド当たり8576個、試料No.2、6、10はにつ
いては1ヘッド当たり7244個、試料No.3、7、
11については1ヘッド当たり5504個、試料No.
4、8、12については1ヘッド当たり4288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
ターンサンプルを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.12のそれぞれについ
て、作り込んだ15個のパターンサンプルの中、基板の
反りのためにフォーカス位置がずれて、吐出口のパター
ンに1つでもパターン欠けが発生した場合を不合格、そ
うしたパター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 Nos. 1, 5, and 9 were 8576 pieces per head. For Nos. 2, 6, and 10, 7244 pieces per head, sample Nos. 3, 7,
Sample No. 11 was 5504 per head.
With respect to 4, 8, and 12, pattern samples of a liquid jet recording head each having 4288 ink discharge channels per head were prepared in 15 samples per substrate. Sample No. No. 1 to No. For each of the 12 samples, out of the 15 pattern samples created, the focus position was shifted due to the warpage of the substrate, and even if at least one pattern was missing in the pattern of the discharge port, it was rejected. The exposure pass rate was calculated based on the criteria for accepting no occurrence at all.
【0200】得られた結果を第6表に示す。The results obtained are shown in Table 6.
【0201】第6表に示した結果から明らかなように、
試料No.1及至No.12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 is understood that all 12 have a 100% exposure pass rate.
【0202】しかも、熱酸化層を軟化させて、その表面
を平滑化しているため、熱酸化層上に形成された発熱抵
抗体の密着性も極めて良好であることが理解される。Furthermore, since the thermal oxide layer is softened and its surface is smoothed, it is understood that the adhesion of the heating resistor formed on the thermal oxide layer is extremely good.
【0203】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、第8表の比較試料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、熱酸化後に熱軟化処理を行なわなかっ
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 Preparation 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
Through 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 addition,
In each case, an alkali was added during polishing. Next, in the same manner as in Example 1 except that the thermal softening treatment was not performed after the thermal oxidation, each single crystal was thermally oxidized by a pyrogenic method to form a 3.0 μm thermally oxidized heat storage layer. (Comparative Samples No. 1 to No. 4) were prepared.
【0204】[0204]
【表9】 次ぎに、比較試料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。[Table 9] Next, the comparative sample No. 1 to No. Four single-crystal silicon substrates were used separately, and four liquid jet recording head substrates (Comparative Samples No. 1 to No. 4) were prepared in the same manner as in Example 1.
【0205】得られた比較試料No.1乃至No.4の
液体噴射記録ヘッド用基板のそれぞれについて、実施例
におけると同様の方法で、露光合格率を算定した。The obtained comparative sample No. 1 to No. For each of the liquid ejecting recording head substrates of No. 4, the pass rate of exposure was calculated in the same manner as in the example.
【0206】得られた結果を第8表に示す。第8表に示
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。また長さが短い比較試料N
o.3及び4は100%の露光合格率を示した。Table 8 shows the obtained results. As is clear from the results shown in Table 8, 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. The comparative sample N having a short length
o. Nos. 3 and 4 showed a 100% exposure pass rate.
【0207】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で作成した第6表に示した12
枚の液体噴射記録ヘッド用基板(試料No.1及至N
o.12)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15個ずつ製作し
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 12), 15 liquid jet recording heads each having the configuration shown in the sectional view of FIG. 3 were manufactured by the following method.
【0208】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 by 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.
【0209】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個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. 5
μmの液体噴射記録ヘッドを作成した。In this manner, fifteen 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 by using a flip-chip connection method to form a discharge port pitch of 63.5.
A μm liquid jet recording head was prepared.
【0210】かくして、試料No.1及至No.12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.12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’乃至試料
No.12’と呼称することとする。) 試料No.1’乃至No.12’の液体噴射記録ヘッド
の製造工程歩留については、それぞれの吐出口数で決定
される所定の割合に対して、該割合より良好なものを
○、該割合より悪いものを×として評価し第7表に示し
た。試料No.1’乃至No.12’の液体噴射記録ヘ
ッドはいずれも不良率の発生状態は所定のレベル内であ
った。Thus, the sample No. No. 1 to No. Fifteen liquid jet recording heads were prepared for each of the twelve liquid jet recording head substrates. (Hereinafter, sample No. 1
Toshi No. A group consisting of 15 liquid jet recording heads obtained from each of Sample Nos. 1 ′ to sample No. 12 '. ) Sample No. 1 'to No. 1 Regarding the manufacturing process yield of the liquid jet recording head of 12 ′, for a predetermined ratio determined by the number of discharge ports, a sample having a rate better than the ratio was evaluated as 、, and a sample worse than the ratio was evaluated as ×. The results are shown in Table 7. Sample No. 1 'to No. 1 In each of the liquid jet recording heads 12 ', the state of occurrence of the defect rate was within a predetermined level.
【0211】[0211]
【表10】 次に、試料No.1’乃至No.12’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。[Table 10] Next, the sample No. 1 'to No. 1 For each of the liquid jet recording heads selected at random for each of 12 ', 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 heating resistor, and each ejection port is formed. , And a discharge durability test was performed.
【0212】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。得られた結果を第7表
に示す。第7表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 clear from the results shown in Table 7, the residual ratio was 100% even after 3 × 10 8 repetitions of the drive pulse in each case, which was a result having no problem in the discharge durability performance.
【0213】次いで、試料No.1’乃至No.12’
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 12 '
Using a different liquid jet recording head randomly selected for each of the above, the printing dot spacing accuracy and density unevenness were evaluated as printing performance. The ink composition used is as follows.
【0214】 染料:C.I.ダイレクトブラック19 3wt% ジエチレングリコール 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 193 3 wt% Diethylene glycol 25 wt% N-methyl-2-pyrrolidone 20 wt% Ion-exchanged water 52 wt% In this evaluation, all the nozzles eject paper containing variation in the ink bleed rate within a predetermined range. Scanning was performed perpendicularly to the ejection direction of the liquid jet recording head in a state where the nozzles were arranged, 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.
【0215】 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) 第7表に各液体噴射記録ヘッドでの印字幅を示す。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。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 recording head. The printing samples obtained here were evaluated for printing accuracy and printing density unevenness as described below.
【0216】印字精度の評価 測微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。Evaluation of Printing Accuracy Using a magnifying glass with a fine scale, the printing dot interval (dot center interval) of the printing sample was measured, and the range of the variation was determined. 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.
【0217】試料No.1’乃至12’のいずれも印字
精度について合格であった。The sample No. All of 1 ′ to 12 ′ passed the printing accuracy.
【0218】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.
【0219】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。A sample having an optical density of 0.2 or less in an adjacent area over the entire surface of the print sample was judged to be acceptable.
【0220】試料No.1’乃至12’のいずれも印字
濃度むらについて合格であった。The sample No. All of 1 'to 12' passed the print density unevenness.
【0221】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 比較例1で作成した第8表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)それぞれを
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No.1’乃至No.4’)を製作した。Comparative Example 2 Preparation of a Liquid Ejection Recording Head Using a Single Crystal Silicon Substrate A substrate for a liquid ejection recording head shown in Table 8 prepared in Comparative Example 1 and Comparative Sample Nos. 1 to 4 , Liquid jet recording heads (Comparative Samples No. 1 'to No. 4') were manufactured in the same manner as in Example 2.
【0222】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を評
価した。得られた結果を第9表に示す。第9表の製造工
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。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. In the manufacturing process total yield evaluation column of Table 9, evaluation results for the yield expected from the number of discharge ports of each sample are shown by the following evaluation criteria.
【0223】×: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.
【0224】△: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.
【0225】○: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.
【0226】[0226]
【表11】 第9表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出来ない。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。比較試料No.3’及びNo.4’は製造歩
留に問題は無い。[Table 11] The following is understood from the results shown in Table 9. That is, the comparative sample No. In the case of 1 ', a practically usable liquid jet recording head cannot be produced. Comparative sample No. In the case of 2 ', the production yield of a practically usable liquid jet recording head is extremely low. Comparative sample No. 3 ′ and No. 4 'has no problem in production yield.
【0227】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, 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.
【0228】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において作成した第9表に示す比較試料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''、第10表
参照)を作成した。Comparative Example 3 Preparation of a Liquid Ejection Recording Head Using a Single Crystal Silicon Substrate
A liquid jet recording head unit having 8576 ejection ports (comparative sample No. 4 ″, see Table 10) using two liquid jet recording heads 4 ′ and connecting the two heads integrally. )created.
【0229】[0229]
【表12】 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。[Table 12] 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 area.
【0230】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。濃度むらについては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。The comparative sample No. 4 ″ of the liquid jet recording head unit thus obtained was subjected to an ejection durability test and evaluation of printing accuracy and density unevenness in the same manner as in Example 2. The ejection durability test was passed. However, the printing accuracy was rejected due to the assembling error of the connecting portion between the two heads.
(Fail) due to the difference in (foaming voltage).
【0231】これらの評価結果を第10表にまとめて示
す。The results of these evaluations are summarized in Table 10.
【0232】[0232]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、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
料で構成された基体を利用した液体噴射記録ヘッド用長
尺基板を提供することができる。また、多結晶シリコン
で構成された長尺基体を利用した液体噴射記録ヘッド用
長尺基板を提供することができる。As described above, the present invention solves the above-mentioned problems with respect to the conventional liquid jet recording head substrate, and a substrate made of a specific material capable of obtaining a large recording head. And a long substrate for a liquid jet recording head utilizing the above. Further, a long substrate for a liquid jet recording head using a long substrate made of polycrystalline silicon can be provided.
【0233】本発明は、上述した単結晶シリコンウエハ
を用いる場合のように複数の液体噴射記録ヘッドを一体
的に接続することなくして記録ヘッドの大型化を達成で
き、且つ上述した単結晶シリコンウエハを用いる場合の
ように液体噴射記録ヘッド仕掛り品の変形とそれにとも
なう記録画像の品位の低下、または及び液体噴射記録ヘ
ッド用基板の反りによる露光不良等の問題を生じること
のない上記液体噴射記録ヘッドを提供することができ
る。According to the present invention, it is possible to increase the size of the recording head without integrally connecting a plurality of liquid jet recording heads as in the case of using the above-mentioned single crystal silicon wafer. Liquid jet recording, which does not cause problems such as deformation of the work-in-progress of the liquid jet recording head and deterioration of the quality of the recorded image due to the deformation, or exposure failure due to warpage of the liquid jet recording head substrate as in the case of using A head can be provided.
【0234】さらに、本発明は、より高画質でより高速
記録を達成することが可能な、上記液体噴射記録ヘッド
を用いた液体噴射記録装置を提供することができる。加
えて、本発明は、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ができ
る。Further, the present invention can provide a liquid jet recording apparatus using the above liquid jet recording head, which can achieve higher image quality and higher speed recording. In addition, the present invention includes forming a thermally oxidized layer having good surface properties on the surface of a substrate made of polycrystalline silicon used for the substrate for a liquid jet recording head described above. A manufacturing method can be provided.
【図1】(A)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、(B)は、同図(A)
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.
3 is a cross-sectional view of a main part taken along line XX ′ of FIG.
【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)乃至(C)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 formation of a thermal oxide film on the surface of a polycrystalline silicon substrate.
【図5】(A)は液体噴射記録ヘッドの要部破断斜視図
で、(B)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 in the flow path direction of the liquid jet recording head.
【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)及び(B)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 illustrating a mechanism of bowing and bending occurring on a base.
【図9】(A)乃至(C)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、(D)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。9 (A) to 9 (C) are views for explaining a state of occurrence of bowing and bending occurring when the base is cut off, and FIG. 9 (D) is an explanatory view of a method for measuring the degree of bowing and bending of the base.
1 基体 2a 発熱抵抗体 3a,3b 配線 6 液路 7 吐出口 8 液体噴射記録ヘッド用基板 10 液室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2a Heating resistor 3a, 3b Wiring 6 Liquid path 7 Discharge port 8 Substrate for liquid jet recording head 10 Liquid chamber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/16 B41J 2/05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/16 B41J 2/05
Claims (9)
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
電気熱変換体を備え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物
質で構成された基体を用い、前記多結晶基体の表面を熱
酸化して酸化物層を形成する工程と、前記酸化物層を有
する多結晶基体を1230℃乃至1330℃の範囲の温
度にて保持し酸化物層を熱軟化処理して表面を平滑にす
る工程とを含む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 for manufacturing a substrate for a liquid jet recording head comprising an electrothermal transducer having a heating resistor for generating thermal energy and a pair of wirings electrically connected to the heating resistor, A step of forming an oxide layer by thermally oxidizing the surface of the polycrystalline substrate using a substrate made of a polycrystalline substance as a substrate constituting the substrate; A process of holding the oxide layer at a temperature in the range of 1 to 1330 ° C. and thermally softening the oxide layer to smooth the surface.
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 polycrystalline substance is polycrystalline silicon.
次行う請求項1に記載の液体噴射記録ヘッド用基板の製
造方法。3. The method according to claim 1, wherein the thermal oxidation step and the thermal softening step are sequentially performed.
質的に同時に行う請求項1に記載の液体噴射記録ヘッド
用基板の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the thermal oxidation step and the thermal softening step are performed substantially simultaneously.
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
電気熱変換体を備え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物
質で構成された基体を用い、前記多結晶基体の表面を熱
酸化して酸化物層を形成する工程と、前記酸化物層に不
純物を拡散させる工程と、前記酸化物層を熱軟化処理し
て表面を平滑にする工程とを含む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。5. A method for manufacturing a substrate for a liquid jet recording head, comprising: an electrothermal transducer having a heating resistor for generating thermal energy and a pair of wirings electrically connected to the heating resistor, A step of forming an oxide layer by thermally oxidizing the surface of the polycrystalline substrate, using a base made of a polycrystalline substance as a base constituting the substrate, and diffusing impurities into the oxide layer, A method of thermally softening the oxide layer to smooth the surface thereof.
1021atoms/cm3以下となるようにし、このときの熱
軟化工程を1130℃乃至1330℃の範囲の温度で行
う請求項5に記載の液体噴射記録ヘッド用基板の製造方
法。6. An impurity diffused in the oxide layer is 1 ×
6. The method for manufacturing a substrate for a liquid jet recording head according to claim 5, wherein the temperature is set to 10 21 atoms / cm 3 or less, and the thermal softening step is performed at a temperature in a range of 1130 ° C. to 1330 ° C.
請求項5に記載の液体噴射記録ヘッド用基板の製造方
法。7. The method according to claim 5, wherein the polycrystalline substance is polycrystalline silicon.
次行う請求項5に記載の液体噴射記録ヘッド用基板の製
造方法。8. The method according to claim 5, wherein the thermal oxidation step and the thermal softening step are sequentially performed.
質的に同時に行う請求項5に記載の液体噴射記録ヘッド
用基板の製造方法。9. The method according to claim 5, wherein said thermal oxidation step and said thermal softening step are performed substantially simultaneously.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30244892A JP3174415B2 (en) | 1991-11-12 | 1992-11-12 | Method for manufacturing substrate for liquid jet recording head |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29585291 | 1991-11-12 | ||
| JP3-295852 | 1991-11-12 | ||
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| JPH05193147A JPH05193147A (en) | 1993-08-03 |
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- 1992-11-12 JP JP30244892A patent/JP3174415B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH05193147A (en) | 1993-08-03 |
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