JP2008205048A - Method for manufacturing piezoelectric element and method for manufacturing liquid jet head - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電体層の剥離を防止することができる圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】基板１０上に下電極膜６０を形成する工程と、下電極膜６０上に第１の圧電体膜７１ａを形成する工程と、第１の圧電体膜７１ａ上にレジスト膜を所定形状に形成すると共にこのレジスト膜をマスクとして第１の圧電体膜７１ａ及び下電極膜６０をエッチングして所定形状に形成する工程と、レジスト膜を剥離する工程と、酸素を含む酸素雰囲気中で基板を熱処理することで第１の圧電体膜７１ａ上に残存する前記レジスト膜を除去する工程と、第１の圧電体膜７１ａ上に圧電体層７０を構成する残りの圧電体膜７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを形成する工程と、圧電体層７０上に上電極膜８０を形成する工程と、を有するようにする。
【選択図】図７A method of manufacturing a piezoelectric element and a method of manufacturing a liquid ejecting head capable of preventing peeling of a piezoelectric layer are provided.
A step of forming a lower electrode film on a substrate, a step of forming a first piezoelectric film on the lower electrode film, and a resist film on the first piezoelectric film. The first piezoelectric film 71a and the lower electrode film 60 are etched using the resist film as a mask and formed into a predetermined shape, the resist film is peeled off, and in an oxygen atmosphere containing oxygen The step of removing the resist film remaining on the first piezoelectric film 71a by heat-treating the substrate, and the remaining piezoelectric films 71b and 71c constituting the piezoelectric layer 70 on the first piezoelectric film 71a , 71d and a step of forming the upper electrode film 80 on the piezoelectric layer 70.
[Selection] Figure 7
Description
本発明は、圧電体層を具備する圧電素子の製造方法、及び圧電素子を具備するインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element including a piezoelectric layer, and a method for manufacturing a liquid ejecting head such as an ink jet recording head including the piezoelectric element.
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料等の強誘電材料からなる圧電体層を２つの電極で挟んだ素子であり、圧電体層は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。 A piezoelectric element used for a liquid jet head or the like is an element in which a piezoelectric layer made of a ferroelectric material such as a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function is sandwiched between two electrodes, and the piezoelectric layer is crystallized, for example. It is composed of piezoelectric ceramics.
このような圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。また、インクジェット式記録ヘッドとしては、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードのアクチュエータ装置を使用したものと、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を使用したものの２種類が実用化されている。たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電体膜を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けることによって圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。 As a liquid ejecting head using such a piezoelectric element, for example, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by the piezoelectric element and pressure is applied. There is an ink jet recording head that pressurizes ink in a generation chamber and ejects ink droplets from nozzle openings. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using an actuator device in a longitudinal vibration mode that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using an actuator device in a flexural vibration mode. As an actuator using a flexural vibration mode actuator, for example, a uniform piezoelectric film is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm, and this piezoelectric layer is applied to the pressure generation chamber by a lithography method. A device in which a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber by dividing into shapes is known.
ここで、圧電素子を構成する圧電体層としては、例えば、複数の強誘電体膜を積層することによって形成されたものがある。その製造方法としては、次のようなものがある。まず、基板上に設けられた下電極膜上に有機金属化合物のゾルを塗布して乾燥およびゲル化（脱脂）して強誘電体前駆体膜を形成し、その後、高温で熱処理して結晶化させて最下層の強誘電体膜（第１の強誘電体膜）を形成する。次に、第１の強誘電体膜及び下電極膜をエッチングすることによってこれら第１の強誘電体膜及び下電極膜を所定形状に形成する。その後、再び、有機金属化合物のゾルを塗布して乾燥及びゲル化（脱脂）する工程を少なくとも一回以上実施し、その後、高温で熱処理して結晶化させる。そして、これらの工程をさらに複数回繰り返し実施することで所定厚さの圧電体層を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。 Here, as a piezoelectric layer constituting the piezoelectric element, for example, there is one formed by laminating a plurality of ferroelectric films. The manufacturing method is as follows. First, a sol of an organometallic compound is applied on the lower electrode film provided on the substrate, dried and gelled (degreased) to form a ferroelectric precursor film, and then crystallized by heat treatment at a high temperature. Thus, the lowermost ferroelectric film (first ferroelectric film) is formed. Next, the first ferroelectric film and the lower electrode film are formed into a predetermined shape by etching the first ferroelectric film and the lower electrode film. Thereafter, the process of applying the sol of the organometallic compound again, drying and gelling (degreasing) is performed at least once, and then, it is crystallized by heat treatment at a high temperature. Then, there is a method of forming a piezoelectric layer having a predetermined thickness by repeating these steps a plurality of times (for example, see Patent Document 1).
特許文献１に記載されている方法で圧電体層を形成する場合、第１の強誘電体膜及び下電極膜を、第１の強誘電体膜上に形成されたレジスト膜をマスクとしてエッチングし、レジスト膜を、例えば、有機剥離液や酸素プラズマアッシング装置等を用いてレジスト膜を剥離させた後、第１の強誘電体膜上に残りの強誘電体膜を形成する。 When the piezoelectric layer is formed by the method described in Patent Document 1, the first ferroelectric film and the lower electrode film are etched using the resist film formed on the first ferroelectric film as a mask. The resist film is peeled off using, for example, an organic stripping solution or an oxygen plasma ashing apparatus, and then the remaining ferroelectric film is formed on the first ferroelectric film.
このように有機剥離液等を用いてレジスト膜を剥離させた場合、レジスト膜が完全に剥離されず、第１の強誘電体膜上に染み状に残ってしまうことがある。そして、レジスト膜が残った状態で第１の強誘電体膜状に残りの強誘電体膜を形成すると、レジスト膜が除去されていなかった部分で剥離が生じてしまう虞がある。すなわち、圧電体層を構成する第１の強誘電体膜と残りの強誘電体膜との境界で圧電素子がアクチュエータ装置として駆動された際に剥離が生じてしまうという虞がある。 When the resist film is stripped using an organic stripping solution or the like as described above, the resist film may not be completely stripped and may remain in a stain state on the first ferroelectric film. Then, if the remaining ferroelectric film is formed in the first ferroelectric film shape with the resist film remaining, there is a possibility that peeling occurs at a portion where the resist film has not been removed. That is, there is a possibility that peeling occurs when the piezoelectric element is driven as an actuator device at the boundary between the first ferroelectric film constituting the piezoelectric layer and the remaining ferroelectric film.
なお、このような剥離は、アクチュエータ装置に用いられる圧電素子において、同様に生じる虞がある。 Such peeling may occur similarly in the piezoelectric element used in the actuator device.
本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層の剥離を防止することができる圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a piezoelectric element and a method for manufacturing a liquid jet head that can prevent peeling of a piezoelectric layer.
上記課題を解決する本発明は、基板上に下電極膜を形成する工程と、該下電極膜上に圧電体層を構成する複数の圧電体膜のうちの最下層である第１の圧電体膜を形成する工程と、該第１の圧電体膜上にレジスト膜を所定形状に形成すると共にこのレジスト膜をマスクとして前記第１の圧電体膜及び前記下電極膜をエッチングして所定形状に形成する工程と、前記レジスト膜を剥離する工程と、酸素を含む酸素雰囲気中で前記基板を熱処理することで前記第１の圧電体膜上に残存する前記レジスト膜を除去する工程と、前記第１の圧電体膜上に前記圧電体層を構成する残りの圧電体膜を形成する工程と、前記圧電体層上に上電極膜を形成する工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法にある。
かかる本発明では、熱処理を施すことで第１の圧電体膜上のレジスト膜を完全に除去することができる。これにより、第１の圧電体膜と残りの圧電体膜との境界で剥離が生じてしまうのを防止することができる。
The present invention for solving the above-described problems includes a step of forming a lower electrode film on a substrate, and a first piezoelectric body that is a lowermost layer among a plurality of piezoelectric films constituting a piezoelectric layer on the lower electrode film Forming a film; forming a resist film on the first piezoelectric film in a predetermined shape; and etching the first piezoelectric film and the lower electrode film into a predetermined shape using the resist film as a mask Forming, removing the resist film, removing the resist film remaining on the first piezoelectric film by heat-treating the substrate in an oxygen atmosphere containing oxygen, A piezoelectric element comprising: a step of forming the remaining piezoelectric film constituting the piezoelectric layer on one piezoelectric film; and a step of forming an upper electrode film on the piezoelectric layer. In the manufacturing method.
In the present invention, the resist film on the first piezoelectric film can be completely removed by performing heat treatment. As a result, it is possible to prevent peeling at the boundary between the first piezoelectric film and the remaining piezoelectric film.
ここで、前記圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛で形成されている場合、前記熱処理の温度が５００℃〜７５０℃であることが好ましい。これにより、第１の圧電体膜に悪影響を及ぼすことなく、レジスト膜（有機成分）を確実に酸化させて除去することができる。 Here, when the piezoelectric layer is formed of lead zirconate titanate, the temperature of the heat treatment is preferably 500 ° C. to 750 ° C. Thus, the resist film (organic component) can be reliably oxidized and removed without adversely affecting the first piezoelectric film.
また、上記温度で熱処理を行う場合には、前記熱処理の時間が３分〜２０分であることが好ましい。これにより、レジスト膜をより確実に除去することができる。 Moreover, when performing heat processing at the said temperature, it is preferable that the time of the said heat processing is 3 minutes-20 minutes. Thereby, the resist film can be removed more reliably.
さらに、熱処理により前記レジスト膜を除去する工程の後に、前記第１の圧電体膜上にチタン層を１〜６ｎｍの厚さで形成する工程をさらに有するようにしてもよい。これにより、圧電体層の剥離を防止すると共に、圧電体層の結晶性をさらに向上することができる。 Furthermore, after the step of removing the resist film by heat treatment, a step of forming a titanium layer with a thickness of 1 to 6 nm on the first piezoelectric film may be further included. Thereby, peeling of the piezoelectric layer can be prevented and the crystallinity of the piezoelectric layer can be further improved.
また、本発明は、上記のような製造方法により製造された圧電素子を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。このような方法で液体噴射ヘッドを構成する圧電素子を製造することで、液滴の吐出特性を長期間に亘って良好に維持でき耐久性に優れた液体噴射ヘッドを製造することができる。 According to another aspect of the invention, there is provided a liquid jet head manufacturing method using the piezoelectric element manufactured by the above manufacturing method. By manufacturing the piezoelectric element that constitutes the liquid ejecting head by such a method, it is possible to manufacture a liquid ejecting head that can maintain the droplet discharge characteristics well over a long period of time and has excellent durability.
以下に本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ’断面図であり、図３は、圧電素子の層構造を示す概略図である。図示するように、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドを構成する流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an outline of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 and a cross-sectional view along AA ′, and FIG. It is the schematic which shows the layer structure of an element. As shown in the drawing, a flow path forming substrate 10 constituting an ink jet recording head, which is an example of a liquid ejecting head, is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment, and one surface thereof has a dioxide dioxide. An elastic film 50 made of silicon is formed. In the flow path forming substrate 10, a plurality of pressure generating chambers 12 partitioned by a partition wall 11 are arranged in parallel in the width direction. An ink supply path 13 and a communication path 14 that are partitioned by a partition wall 11 and communicate with each pressure generation chamber 12 are provided on one end side in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10. A communication portion 15 that communicates with each communication path 14 is provided outside the communication path 14. The communication portion 15 communicates with a reservoir portion 32 of the protective substrate 30 described later, and constitutes a part of the reservoir 100 that becomes a common ink chamber (liquid chamber) of each pressure generating chamber 12.
インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。例えば、本実施形態では、インク供給路１３は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。 The ink supply path 13 is formed so as to have a narrower cross-sectional area than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 15. For example, in this embodiment, the ink supply path 13 has a width smaller than the width of the pressure generation chamber 12 by narrowing the flow path on the pressure generation chamber 12 side between the reservoir 100 and each pressure generation chamber 12 in the width direction. It is formed with. Each communication path 14 is formed by extending the partition walls 11 on both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12 to the communication part 15 side to partition the space between the ink supply path 13 and the communication part 15.
なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。 In this embodiment, the ink supply path is formed by narrowing the width of the flow path from one side. However, the ink supply path may be formed by narrowing the width of the flow path from both sides. Further, the ink supply path may be formed by narrowing from the thickness direction instead of narrowing the width of the flow path.
流路形成基板１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いているが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。 As a material for the flow path forming substrate 10, a silicon single crystal substrate is used in the present embodiment. However, the material is not limited to this, and glass ceramics, stainless steel, etc. may be used.
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１３とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼（ＳＵＳ）などからなる。 On the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 in which a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end portion of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 13 is formed is adhesive or heat welded. It is fixed via a film or the like. The nozzle plate 20 is made of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, or stainless steel (SUS).
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と、約１．０〜５．０μｍの圧電体層７０と、上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が実質的に振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。 On the other hand, the elastic film 50 is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 as described above, and the insulator film 55 is formed on the elastic film 50. Further, on the insulator film 55, a piezoelectric element 300 including a lower electrode film 60, a piezoelectric layer 70 of about 1.0 to 5.0 μm, and an upper electrode film 80 is formed. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode is patterned together with the piezoelectric layer 70 for each pressure generating chamber 12 to form individual electrodes. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. In the above-described example, the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode film 60 substantially function as a vibration plate, but only the lower electrode film 60 is provided without providing the elastic film 50 and the insulator film 55. The lower electrode film 60 may be left as a diaphragm. Further, the piezoelectric element 300 itself may substantially serve as a diaphragm.
ここで、本実施形態に係る圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、圧力発生室１２の両端部近傍でそれぞれパターニングされ、圧力発生室１２の並設方向に沿って連続的に設けられている。また、本実施形態では、各圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の端面は、絶縁体膜５５に対して所定角度で傾斜する傾斜面となっている。 Here, the lower electrode film 60 constituting the piezoelectric element 300 according to the present embodiment is patterned in the vicinity of both end portions of the pressure generation chamber 12 and continuously provided along the parallel direction of the pressure generation chambers 12. Yes. In the present embodiment, the end surface of the lower electrode film 60 in the region facing each pressure generation chamber 12 is an inclined surface that is inclined with respect to the insulator film 55 at a predetermined angle.
圧電体層７０は、圧力発生室１２毎に独立して設けられ、図３に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる複数層の圧電体膜７１（７１ａ〜７１ｄ）で構成され、それらのうちの最下層である第１の圧電体膜７１ａは下電極膜６０上のみに設けられている。そして、この第１の圧電体膜７１ａの端面は、下電極膜６０の端面に連続する傾斜面となっている。また、この第１の圧電体膜７１ａ上に形成される第２〜４の圧電体膜７１ｂ〜７１ｄは、第１の圧電体膜７１ａ上から絶縁体膜５５上まで、第１の圧電体膜７１ａ及び下電極膜６０の傾斜した端面を覆って設けられている。そして、第１の圧電体膜７１ａと下電極膜６０とは、圧力発生室１２の長手方向に対向する領域内に形成され、また、第２〜４の圧電体膜７１ｂ〜７１ｄは、圧力発生室１２の長手方向端部に対向する領域から当該領域外にまで延設している。 The piezoelectric layer 70 is provided independently for each pressure generating chamber 12, and as shown in FIG. 3, for example, a plurality of layers of piezoelectric films 71 (71a) made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). The first piezoelectric film 71a, which is the lowermost layer among them, is provided only on the lower electrode film 60. The end surface of the first piezoelectric film 71 a is an inclined surface that is continuous with the end surface of the lower electrode film 60. In addition, the second to fourth piezoelectric films 71b to 71d formed on the first piezoelectric film 71a are the first piezoelectric films from the first piezoelectric film 71a to the insulator film 55. 71a and the lower electrode film 60 are provided so as to cover the inclined end faces. The first piezoelectric film 71a and the lower electrode film 60 are formed in a region facing the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12, and the second to fourth piezoelectric films 71b to 71d are configured to generate pressure. The chamber 12 extends from the region facing the longitudinal end of the chamber 12 to the outside of the region.
なお、上電極膜８０は、圧電体層７０と同様に圧力発生室１２毎に独立して設けられている。そして、各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなる絶縁体膜５５上まで延設されるリード電極９０がそれぞれ接続されている。 The upper electrode film 80 is provided independently for each pressure generation chamber 12 as in the piezoelectric layer 70. Each upper electrode film 80 is connected to a lead electrode 90 extending to the insulator film 55 made of, for example, gold (Au) or the like.
また流路形成基板１０上には、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合されている。なお、この圧電素子保持部３１は密封されていてもよいが、密封されていなくてもよい。また保護基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。さらに、保護基板３０上には、剛性が低く可撓性を有する材料で形成される封止膜４１と金属等の硬質の材料で形成される固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。なお、固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっており、リザーバ１００の一方面は封止膜４１のみで封止されている。 A protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 for protecting the piezoelectric element 300 is bonded onto the flow path forming substrate 10. The piezoelectric element holding portion 31 may be sealed, but may not be sealed. The protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 100 serving as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12. Further, on the protective substrate 30, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 formed of a material having low rigidity and flexibility and a fixing plate 42 formed of a hard material such as metal is joined. Yes. A region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, and one surface of the reservoir 100 is sealed only by the sealing film 41.
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。 Such an ink jet recording head of this embodiment takes in ink from an external ink supply means (not shown), fills the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then follows a recording signal from a drive circuit (not shown). A voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 via the external wiring, and the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer. By bending and deforming 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.
以下、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、圧電素子の形成方法について図４〜図９を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０上に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を全面に形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、少なくとも白金を含む下電極膜６０を絶縁体膜５５上に形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金の単層、又は白金とイリジウムの積層、またはこれらの材料の合金層等が好適である。本実施形態のように、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金、イリジウム等が好適である。 Hereinafter, a method for manufacturing an ink jet recording head according to the present embodiment, particularly a method for forming a piezoelectric element, will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4A, a silicon dioxide film 51 constituting the elastic film 50 is formed on the entire surface on a flow path forming substrate wafer 110 that is a silicon wafer to be the flow path forming substrate 10. Next, as shown in FIG. 4B, an insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51). Next, as shown in FIG. 4C, for example, a lower electrode film 60 containing at least platinum is formed on the insulator film 55. As a material for the lower electrode film 60, a single layer of platinum, a laminate of platinum and iridium, or an alloy layer of these materials is preferable. When lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70 as in the present embodiment, it is desirable that there is little change in conductivity due to diffusion of lead oxide. For these reasons, platinum, iridium, etc. Is preferred.
次いで、下電極膜６０上に圧電体層７０を形成する。圧電体層７０は、上述したように複数層の圧電体膜７１ａ〜７１ｄを積層することによって形成され、本実施形態では、これらの圧電体膜７１をいわゆるゾル−ゲル法を用いて形成している。すなわち、金属有機物を溶媒に溶解・分散しゾルを塗布・乾燥しゲル化して圧電体前駆体膜７２を形成し、さらにこの圧電体前駆体膜７２を脱脂して有機成分を離脱させた後、焼成して結晶化させることで各圧電体膜７１を得ている。 Next, the piezoelectric layer 70 is formed on the lower electrode film 60. The piezoelectric layer 70 is formed by laminating a plurality of layers of piezoelectric films 71a to 71d as described above. In the present embodiment, these piezoelectric films 71 are formed using a so-called sol-gel method. Yes. That is, after dissolving / dispersing a metal organic substance in a solvent, applying a sol, drying and gelling to form a piezoelectric precursor film 72, and degreasing the piezoelectric precursor film 72 to release organic components, Each piezoelectric film 71 is obtained by firing and crystallizing.
具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上に、チタン又は酸化チタンからなる結晶種（層）６５を、例えば、スパッタ法により形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、例えば、スピンコート法等の塗布法により未結晶状態の圧電体前駆体膜７２ａを所定の厚さとなるように形成する。この圧電体前駆体膜７２ａを乾燥させて溶媒を蒸発させる。圧電体前駆体膜７２ａを乾燥させる温度は、例えば、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましく、好適には１８０℃程度である。また、乾燥させる時間は、例えば、５分以上１５分以下であることが好ましく、好適には１０分程度である。 Specifically, first, as shown in FIG. 5A, a crystal seed (layer) 65 made of titanium or titanium oxide is formed on the lower electrode film 60 by, for example, sputtering. Next, as shown in FIG. 5B, an uncrystallized piezoelectric precursor film 72a is formed to have a predetermined thickness by, for example, a coating method such as spin coating. The piezoelectric precursor film 72a is dried to evaporate the solvent. The temperature at which the piezoelectric precursor film 72a is dried is, for example, preferably 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and preferably about 180 ° C. The drying time is preferably, for example, from 5 minutes to 15 minutes, and preferably about 10 minutes.
そして、乾燥した圧電体前駆体膜７２ａを所定温度で脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７２ａの有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。なお、脱脂時の流路形成基板用ウェハ１１０の加熱温度は、３００℃〜５００℃程度であることが好ましい。温度が高すぎると圧電体前駆体膜７２ａの結晶化が始まってしまい、温度が低すぎると十分な脱脂が行えないためである。本実施形態では、ホットプレートによって流路形成基板用ウェハ１１０を４００℃程度に加熱して、圧電体前駆体膜７２ａの脱脂を行った。 Then, the dried piezoelectric precursor film 72a is degreased at a predetermined temperature. Here, degreasing refers, the organic component of the piezoelectric precursor film 72a, for example, is to be detached as NO 2, CO 2, H 2 O or the like. In addition, it is preferable that the heating temperature of the wafer 110 for flow path formation substrates at the time of degreasing is about 300 to 500 degreeC. This is because if the temperature is too high, crystallization of the piezoelectric precursor film 72a starts, and if the temperature is too low, sufficient degreasing cannot be performed. In this embodiment, the flow channel substrate wafer 110 is heated to about 400 ° C. by a hot plate, and the piezoelectric precursor film 72a is degreased.
このように圧電体前駆体膜７２ａの脱脂を行った後、流路形成基板用ウェハ１１０を、例えば、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置等に投入し、圧電体前駆体膜７２ａを約７００℃の高温で焼成して結晶化することにより、最下層の圧電体膜である第１の圧電体膜７１ａを形成する。 After degreasing the piezoelectric precursor film 72a in this way, the flow path forming substrate wafer 110 is put into, for example, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus or the like, and the piezoelectric precursor film 72a is heated to about 700 ° C. By baking and crystallizing at a high temperature, the first piezoelectric film 71a which is the lowermost piezoelectric film is formed.
次に、下電極膜６０と第１の圧電体膜７１ａとを同時にパターニングする。まず図５（ｃ）に示すように、第１の圧電体膜７１ａ上にレジストを塗布し、露光及び現像することにより所定パターンのレジスト膜２００を形成する。ここで、レジストは、例えば、ネガレジストをスピンコート法等により塗布して形成し、レジスト膜２００は、その後、所定のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成する。勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。なお、本実施形態では、レジスト膜２００の端面が所定角度で傾斜するように形成している。 Next, the lower electrode film 60 and the first piezoelectric film 71a are patterned simultaneously. First, as shown in FIG. 5C, a resist is applied on the first piezoelectric film 71a, and a resist film 200 having a predetermined pattern is formed by exposure and development. Here, the resist is formed by, for example, applying a negative resist by a spin coat method or the like, and the resist film 200 is formed by performing exposure, development, and baking using a predetermined mask. Of course, a positive resist may be used instead of the negative resist. In the present embodiment, the end surface of the resist film 200 is formed so as to be inclined at a predetermined angle.
そして、図６（ａ）に示すように、このようなレジスト膜２００を介して下電極膜６０及び第１の圧電体膜７１ａをイオンミリングすることによってパターニングする。このとき、これら下電極膜６０及び第１の圧電体膜７１ａは、レジスト膜２００の傾斜した端面に沿ってパターニングされ、これらの端面は、振動板に対して所定角度で傾斜する傾斜面となる。 Then, as shown in FIG. 6A, patterning is performed by ion milling the lower electrode film 60 and the first piezoelectric film 71a through such a resist film 200. At this time, the lower electrode film 60 and the first piezoelectric film 71a are patterned along the inclined end surfaces of the resist film 200, and these end surfaces become inclined surfaces inclined at a predetermined angle with respect to the diaphragm. .
次に、図６（ｂ）に示すように、第１の圧電体膜７１ａ上のレジスト膜２００を剥離させる。レジスト膜２００の剥離方法は、特に限定されないが、例えば、酸素（Ｏ２）プラズマアッシング、或いは有機剥離液による剥離等が挙げられる。 Next, as shown in FIG. 6B, the resist film 200 on the first piezoelectric film 71a is peeled off. The method for peeling the resist film 200 is not particularly limited, and examples thereof include oxygen (O 2 ) plasma ashing, or peeling with an organic peeling solution.
ここで、例えば、このように酸素プラズマアッシングや有機剥離液による剥離によりレジスト膜２００を剥離させた場合、レジスト膜２００の一部が第１の圧電体膜７１ａ上に染み状に残ってしまう場合がある。 Here, for example, when the resist film 200 is stripped by oxygen plasma ashing or stripping by an organic stripping solution as described above, a part of the resist film 200 remains on the first piezoelectric film 71a. There is.
このため本発明では、レジスト膜２００を剥離させた後に、第１の圧電体膜７１ａが形成された流路形成基板用ウェハ１１０を酸素雰囲気中で熱処理するようにした。これにより、第１の圧電体膜７１ａ上に残存するレジスト膜２００が酸化されて完全に除去される。この熱処理の温度は、第１の圧電体膜７１ａの焼成温度以下であることが好ましく、本実施形態のように第１の圧電体膜７１ａ（圧電体層７０）の材料がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である場合、５００℃〜７５０℃であることが好ましい。熱処理の時間は、熱処理の温度が低いほど長くする必要があるが、例えば、熱処理の温度を５００℃〜７５０℃とした場合には、３〜２０分程度とすることが好ましい。これにより、第１の圧電体膜７１ａに悪影響を及ぼすことなく、第１の圧電体膜７１ａ上に残っているレジスト膜２００（有機成分）を確実に酸化させて第１の圧電体膜７１ａ上から完全に除去することができる。 Therefore, in the present invention, after the resist film 200 is peeled off, the flow path forming substrate wafer 110 on which the first piezoelectric film 71a is formed is heat-treated in an oxygen atmosphere. As a result, the resist film 200 remaining on the first piezoelectric film 71a is oxidized and completely removed. The temperature of this heat treatment is preferably equal to or lower than the firing temperature of the first piezoelectric film 71a, and the material of the first piezoelectric film 71a (piezoelectric layer 70) is lead zirconate titanate as in this embodiment. When it is (PZT), it is preferable that it is 500 to 750 degreeC. The heat treatment time needs to be longer as the heat treatment temperature is lower. For example, when the heat treatment temperature is 500 ° C. to 750 ° C., it is preferably about 3 to 20 minutes. Accordingly, the resist film 200 (organic component) remaining on the first piezoelectric film 71a is reliably oxidized without adversely affecting the first piezoelectric film 71a, and thus the first piezoelectric film 71a is oxidized. Can be completely removed.
なお、この熱処理は、例えば、ＲＴＡ装置或いは拡散炉等によって行えばよい。また、酸素雰囲気とは、酸素を含む雰囲気であればよく、装置内に酸素を供給した酸素雰囲気だけでなく、勿論、大気雰囲気等であってもよい。 Note that this heat treatment may be performed by, for example, an RTA apparatus or a diffusion furnace. Further, the oxygen atmosphere may be an atmosphere containing oxygen, and may of course be an air atmosphere as well as an oxygen atmosphere in which oxygen is supplied into the apparatus.
その後は、図６（ｃ）に示すように、この第１の圧電体膜７１ａ上に、スピンコート法等により圧電体前駆体膜７２ｂを所定の厚さ、具体的には、焼成後で３３０ｎｍ程度の厚さとなるように形成する。本実施形態では、３回の塗布により所望の厚さの圧電体前駆体膜７２ｂを得ている。次いで、この圧電体前駆体膜７２ｂを乾燥・脱脂後、焼成して結晶化させて圧電体膜７１ｂとする。その後、残りの圧電体膜を形成する。例えば、三度の塗布によって圧電体前駆体膜７２ｂ〜７２ｄを形成する工程と、その圧電体前駆体膜７２ｂ〜７２ｄを乾燥・脱脂後、焼成する工程とを複数回、本実施形態では、３回繰り返すことにより、残りの圧電体膜である第２〜第４の圧電体膜７１ｂ〜７１ｄを形成する。これにより、複数層の圧電体膜７１ａ〜７１ｄからなり、厚さが約１μｍの圧電体層７０が形成される（図７（ａ））。 Thereafter, as shown in FIG. 6C, the piezoelectric precursor film 72b is formed on the first piezoelectric film 71a by a spin coating method or the like to a predetermined thickness, specifically, 330 nm after firing. It is formed to have a thickness of about. In the present embodiment, the piezoelectric precursor film 72b having a desired thickness is obtained by three coatings. Next, the piezoelectric precursor film 72b is dried and degreased and then fired and crystallized to form a piezoelectric film 71b. Thereafter, the remaining piezoelectric film is formed. For example, the step of forming the piezoelectric precursor films 72b to 72d by three times of application and the step of drying and degreasing the piezoelectric precursor films 72b to 72d and baking the piezoelectric precursor films 72b to 72d are performed a plurality of times in this embodiment. The second to fourth piezoelectric films 71b to 71d, which are the remaining piezoelectric films, are formed by repeating the process repeatedly. As a result, a piezoelectric layer 70 composed of a plurality of layers of piezoelectric films 71a to 71d and having a thickness of about 1 μm is formed (FIG. 7A).
上述したように、本発明では、第１の圧電体膜７１ａのパターニングに用いたレジスト膜２００を酸素プラズマアッシングによって剥離させた後、第１の圧電体膜７１ａの表面に残っているレジスト膜２００を熱処理により除去する工程を設けるようにしたので、レジスト膜２００を除去することができる。これにより、第１の圧電体膜７１ａ上に第２〜第４の圧電体膜７１ｂ〜７１ｄを良好に形成することができ、圧電体層７０の結晶性が向上する。すなわち、圧電体層７０を構成する第１〜第４の圧電体膜７１ａ〜７１ｄの結晶は、第１の圧電体膜７１ａから第４の圧電体膜７１ｄまで実質的に連続した柱状結晶となり且つ（１００）面に優先配向する。したがって、第１の圧電体膜７１ａと第２の圧電体膜７１ｂとの境界でアクチュエータ装置の動作時に剥離が生じてしまうのを防止することができる。また、圧電素子３００の変位特性が向上し、インク吐出特性に優れたインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。 As described above, in the present invention, after the resist film 200 used for patterning the first piezoelectric film 71a is peeled off by oxygen plasma ashing, the resist film 200 remaining on the surface of the first piezoelectric film 71a. Since the step of removing by heat treatment is provided, the resist film 200 can be removed. Accordingly, the second to fourth piezoelectric films 71b to 71d can be favorably formed on the first piezoelectric film 71a, and the crystallinity of the piezoelectric layer 70 is improved. That is, the crystals of the first to fourth piezoelectric films 71a to 71d constituting the piezoelectric layer 70 are substantially continuous columnar crystals from the first piezoelectric film 71a to the fourth piezoelectric film 71d, and Preferentially oriented in the (100) plane. Therefore, it is possible to prevent peeling at the boundary between the first piezoelectric film 71a and the second piezoelectric film 71b during the operation of the actuator device. Further, the displacement characteristics of the piezoelectric element 300 are improved, and an ink jet recording head having excellent ink ejection characteristics can be realized.
本実施形態では、第１の圧電体膜７１ａの表面を熱処理した後、この第１の圧電体膜７１ａの表面に第２の圧電体膜７１ｂを直接形成するようにしたが、熱処理後、第１の圧電体膜７１ａ及び絶縁体膜５５上に、チタン（Ｔｉ）からなるチタン層を１〜６ｎｍ程度の厚さでさらに形成し、このチタン層を介して第１の圧電体膜７１ａ上に第２の圧電体膜７１ｂを形成するようにしてもよい。 In the present embodiment, after the surface of the first piezoelectric film 71a is heat-treated, the second piezoelectric film 71b is directly formed on the surface of the first piezoelectric film 71a. A titanium layer made of titanium (Ti) is further formed with a thickness of about 1 to 6 nm on the first piezoelectric film 71a and the insulator film 55, and the first piezoelectric film 71a is formed on the first piezoelectric film 71a via the titanium layer. The second piezoelectric film 71b may be formed.
これにより、レジスト残りが無くなった状態でチタン層を第１の圧電体膜７１ａ及び絶縁体膜５５上に形成するので、チタン層を均一な厚みを有する状態で存在されることとなり、圧電体層７０の結晶性をさらに向上することができる。チタン層の厚みを均一に形成することは、圧電体層の配向及び柱状結晶を形成する上で重要となる。つまり、チタン層の厚みは、圧電体層の配向を決定付ける要因になるので、チタン層の厚みがばらつくことは配向を低下させることになる。また、圧電体層を構成する結晶粒はチタン層を核として成長するため、膜厚がばらつくことによって核として良好に形成されていないチタン層が存在することになり、その領域の結晶粒は所望の柱状結晶をなさない場合がある。なお、チタン層を、上記１〜６ｎｍ程度の厚みで形成する理由としては、圧電体層として（１００）面の優先配向にするためである。従って、（１００）面以外の配向を優先配向とするのであれば、このチタン層の厚みに限定されない。菱面体晶系の結晶系を備える圧電体層は、優先配向が（１００）であることが最も圧電特性が良いことが知られている。 As a result, the titanium layer is formed on the first piezoelectric film 71a and the insulator film 55 with no resist remaining, and therefore the titanium layer has a uniform thickness. The crystallinity of 70 can be further improved. Uniform formation of the titanium layer is important for the orientation of the piezoelectric layer and the formation of columnar crystals. In other words, the thickness of the titanium layer becomes a factor that determines the orientation of the piezoelectric layer, so that the variation in the thickness of the titanium layer reduces the orientation. In addition, since the crystal grains constituting the piezoelectric layer grow with the titanium layer as a nucleus, there is a titanium layer that is not well formed as a nucleus due to the variation in film thickness. The columnar crystal may not be formed. The reason why the titanium layer is formed with the thickness of about 1 to 6 nm is that the piezoelectric layer has a (100) plane preferential orientation. Therefore, if the orientation other than the (100) plane is set as the preferential orientation, the thickness of the titanium layer is not limited. It is known that a piezoelectric layer having a rhombohedral crystal system has the best piezoelectric characteristics when the preferred orientation is (100).
なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。 Note that the preferential orientation refers to a state in which the orientation direction of the crystal is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. A columnar thin film refers to a state in which substantially cylindrical crystals are aggregated over the surface direction with the central axis substantially coincided with the thickness direction to form a thin film.
このような圧電体層７０の材料としては、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）にニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。また、本実施形態では、圧電体層７０を構成する各圧電体膜７１を、ゾル−ゲル法によって形成したが、これに限定されず、例えば、金属アルコキシド等の有機金属化合物をアルコールに溶解し、これに加水分解抑制剤等を加えて得たコロイド溶液を被対象物上に塗布した後、これを乾燥して焼成することで成膜する、いわゆるＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法によって形成してもよい。 In this embodiment, lead zirconate titanate (PZT) is used as the material of the piezoelectric layer 70, but the material is not limited to this. For example, a relaxor ferroelectric material in which a metal such as niobium, nickel, magnesium, bismuth or yttrium is added to lead zirconate titanate (PZT) may be used. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics, application, etc. of the piezoelectric element 300. For example, PbTiO 3 (PT), PbZrO 3 (PZ), Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (PZT) ), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PZN-PT), Pb (Ni 1 ) / 3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PNN-PT), Pb (In 1/2 Nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PIN-PT), Pb (Sc 1/2 Ta 1/2 ) O 3 -PbTiO 3 (PST- PT), Pb (Sc 1/2 Nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PSN-PT), BiScO 3 -PbTiO 3 (BS-PT), BiYbO 3 -PbTiO 3 (BY PT), and the like. In the present embodiment, each piezoelectric film 71 constituting the piezoelectric layer 70 is formed by a sol-gel method, but the present invention is not limited to this. For example, an organic metal compound such as a metal alkoxide is dissolved in alcohol. This is formed by the so-called MOD (Metal-Organic Decomposition) method, in which a colloidal solution obtained by adding a hydrolysis inhibitor or the like is applied onto an object and then dried and baked to form a film. May be.
圧電体層７０を形成した後は、図７（ｂ）に示すように、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０を積層形成し、圧電体層７０及び上電極膜８０を各圧力発生室１２に対向する領域内にパターニングして圧電素子３００を形成する（図７（ｃ））。 After the formation of the piezoelectric layer 70, as shown in FIG. 7B, for example, an upper electrode film 80 made of iridium (Ir) is laminated, and the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are generated with each pressure. Patterning is performed in a region facing the chamber 12 to form the piezoelectric element 300 (FIG. 7C).
次に、図８（ａ）に示すように、金（Ａｕ）からなる金属層９１を流路形成基板１０の全面に亘って形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介してこの金属層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることによってリード電極９０を形成する。 Next, as shown in FIG. 8A, after a metal layer 91 made of gold (Au) is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10, for example, through a mask pattern (not shown) made of resist or the like. The lead electrode 90 is formed by patterning the metal layer 91 for each piezoelectric element 300.
次いで、図８（ｂ）に示すように、複数の保護基板３０が一体的に形成される保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。ここで、保護基板用ウェハ１３０には、圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が予め形成されている。 Next, as shown in FIG. 8B, a protective substrate wafer 130 in which a plurality of protective substrates 30 are integrally formed is bonded onto the flow path forming substrate wafer 110 with an adhesive 35. Here, a piezoelectric element holding portion 31, a reservoir portion 32, and the like are formed in advance on the protective substrate wafer 130.
次いで、図８（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。次いで、図９（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる保護膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図９（ｂ）に示すように、この保護膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）して、流路形成基板用ウェハ１１０に、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５を形成する。 Next, as shown in FIG. 8C, after the flow path forming substrate wafer 110 is polished to a certain thickness, it is further wet-etched with hydrofluoric acid so that the flow path forming substrate wafer 110 has a predetermined thickness. To. Next, as shown in FIG. 9A, a protective film 52 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 9B, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) through the protective film 52, so that the pressure generating chamber is formed in the flow path forming substrate wafer 110. 12, an ink supply path 13, a communication path 14, and a communication portion 15 are formed.
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハ１１０等を、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。 Thereafter, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. The ink jet type recording head having the above-described structure is manufactured by dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into a single chip size flow path forming substrate 10 as shown in FIG.
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、第１の圧電体膜上の圧電体膜（第２〜第４の圧電体膜）は、それぞれ三度の塗布により圧電体前駆体膜を形成後、この圧電体前駆体膜を焼成することによって形成されているが、勿論、各圧電体膜は、一度の塗布により形成した圧電体前駆体膜をそれぞれ焼成することよって形成するようにしてもよい。また、上述の実施形態では、第１の圧電体膜及び下電極膜の端面が振動板に対して傾斜するように形成したが、勿論、振動板に対して略垂直な端面であってもよい。また、上述の実施形態では、下電極膜が並設された圧力発生室に対応する領域に亘って連続的に設けられているが、これに限定されず、例えば、下電極膜を櫛歯状に形成し、各圧力発生室に対向する領域の下電極膜が実質的に独立するようにしてもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the structure of this invention is not limited to what was mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the piezoelectric film (second to fourth piezoelectric films) on the first piezoelectric film is formed by forming the piezoelectric precursor film by applying the piezoelectric film three times. Although the precursor film is formed by firing, of course, each piezoelectric film may be formed by firing each piezoelectric precursor film formed by one application. In the above-described embodiment, the end surfaces of the first piezoelectric film and the lower electrode film are formed so as to be inclined with respect to the vibration plate. However, the end surfaces may be substantially perpendicular to the vibration plate. . Further, in the above-described embodiment, the lower electrode film is continuously provided over a region corresponding to the pressure generation chambers arranged in parallel. However, the present invention is not limited to this, for example, the lower electrode film is comb-like. The lower electrode film in the region facing each pressure generating chamber may be substantially independent.
また、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。さらに、本発明は、液体噴射ヘッドに利用される圧電素子だけでなく、他のあらゆる装置、例えば、マイクロホン、発音体、各種振動子、発信子等に搭載される圧電素子の製造方法にも適用できることは言うまでもない。 In addition, although an ink jet recording head that discharges ink as an example of the liquid ejecting head has been described as an example, the present invention is widely intended for liquid ejecting heads and liquid ejecting apparatuses in general. Examples of the liquid ejecting head include a recording head used for an image recording apparatus such as a printer, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL display, and an electrode formation such as an FED (field emission display). Electrode material ejecting heads used in manufacturing, bioorganic matter ejecting heads used in biochip production, and the like. Furthermore, the present invention is applied not only to the piezoelectric element used in the liquid ejecting head but also to a manufacturing method of a piezoelectric element mounted on any other device, for example, a microphone, a sounding body, various vibrators, an oscillator, and the like. Needless to say, you can.
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ７１ 圧電体膜、 ７２ 圧電体前駆体膜、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 ２００ レジスト膜、 ３００ 圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board | substrate, 40 Compliance board | substrate, 50 Elastic film, 55 Insulator film, 60 Lower electrode film, 70 Piezoelectric layer, 71 Piezoelectric film 72 Piezoelectric precursor film, 80 Upper electrode film, 90 Lead electrode, 200 Resist film, 300 Piezoelectric element
Claims (5)
該下電極膜上に圧電体層を構成する複数の圧電体膜のうちの最下層である第１の圧電体膜を形成する工程と、
該第１の圧電体膜上にレジスト膜を所定形状に形成すると共にこのレジスト膜をマスクとして前記第１の圧電体膜及び前記下電極膜をエッチングして所定形状に形成する工程と、
前記レジスト膜を剥離する工程と、
酸素を含む酸素雰囲気中で前記基板を熱処理することで前記第１の圧電体膜上に残存する前記レジスト膜を除去する工程と、
前記第１の圧電体膜上に前記圧電体層を構成する残りの圧電体膜を形成する工程と、
前記圧電体層上に上電極膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。 Forming a lower electrode film on the substrate;
Forming a first piezoelectric film as a lowermost layer of the plurality of piezoelectric films constituting the piezoelectric layer on the lower electrode film;
Forming a resist film on the first piezoelectric film in a predetermined shape and etching the first piezoelectric film and the lower electrode film using the resist film as a mask;
Removing the resist film;
Removing the resist film remaining on the first piezoelectric film by heat-treating the substrate in an oxygen atmosphere containing oxygen;
Forming the remaining piezoelectric film constituting the piezoelectric layer on the first piezoelectric film;
Forming an upper electrode film on the piezoelectric layer;
A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising:
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