JP2014184644A - Liquid jet head manufacturing method and piezoelectric element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法、圧電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid jet head and a method for manufacturing a piezoelectric element.
従来、圧電素子を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。その代表例としては、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid ejecting head that ejects liquid droplets from a nozzle that communicates with a pressure generating chamber by deforming a piezoelectric element to cause pressure fluctuation in the liquid in the pressure generating chamber is known. A typical example is an ink jet recording head that ejects ink droplets as droplets.
インクジェット式記録ヘッドは、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を備え、この圧電素子の駆動によって振動板を変形させて圧力発生室に圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射させる。 The ink jet recording head includes, for example, a piezoelectric element on one surface side of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and the diaphragm is deformed by driving the piezoelectric element so as to enter the pressure generating chamber. By causing a pressure change, an ink droplet is ejected from the nozzle.
このような圧電素子は、振動板上に設けられた第1電極、圧電体層及び第2電極で構成されている。圧電素子を形成する場合、第2電極上に所定の厚さとなるように圧電体膜を積層し、これをドライエッチングにより所定の形状となるように除去して圧電体層を形成することが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Such a piezoelectric element is composed of a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode provided on the diaphragm. In the case of forming a piezoelectric element, it is known that a piezoelectric film is laminated on the second electrode so as to have a predetermined thickness, and this is removed by dry etching so as to have a predetermined shape, thereby forming a piezoelectric layer. (For example, refer to Patent Document 1).
上記のように圧電体膜をドライエッチングにより除去する場合、エッチングに時間が掛かり、圧電素子の製造時間がかかってしまい、スループットの向上が難しいという問題がある。 When the piezoelectric film is removed by dry etching as described above, there is a problem that it takes time to etch, and it takes time to manufacture the piezoelectric element, and it is difficult to improve the throughput.
これに対し、ウェットエッチングはエッチング時間が短いという利点があるが、ウェットエッチングによりパターニングを行うと、レジストと圧電体の間で生じるサイドエッチングが大きく、圧電素子を形成するための微細加工をするのが難しいという問題がある。 In contrast, wet etching has the advantage that the etching time is short, but if patterning is performed by wet etching, side etching that occurs between the resist and the piezoelectric body is large, and fine processing is performed to form the piezoelectric element. There is a problem that is difficult.
この場合、サイドエッチングを抑制するためにウェットエッチング液を調整することが考えられるが、圧電体膜にはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電材料が用いられているが、その材料や成膜方法は多岐に亘る。圧電体膜の成膜条件や組成によって最適なウェットエッチング液は異なると考えられるので、その成膜条件や組成毎に最適なウェットエッチング液を調製することは困難であり、他方で簡易にウェットエッチング液を調製するために添加剤を入れるとすればコスト高になるという問題がある。 In this case, it is conceivable to adjust the wet etching solution in order to suppress side etching, but a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) is used for the piezoelectric film. There are a wide variety of materials and deposition methods. It is considered that the optimal wet etchant differs depending on the film formation conditions and composition of the piezoelectric film, so it is difficult to prepare an optimal wet etchant for each film formation condition and composition. If an additive is added to prepare the liquid, there is a problem that the cost increases.
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。 Such a problem exists not only in an ink jet recording head but also in a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink.
本発明はこのような事情に鑑み、サイドエッチングを抑制しつつ、簡易に圧電体層をエッチングすることができる液体噴射ヘッドの製造方法、圧電素子の製造方法を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a liquid jet head and a method for manufacturing a piezoelectric element that can easily etch a piezoelectric layer while suppressing side etching.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、液体を吐出するノズル開口に連通する液体流路が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板に設けられて前記液体流路に圧力を付与する圧電素子とを備える液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記圧電素子の圧電体からなる圧電体膜を形成する工程と、前記圧電体膜の所定位置に対してプラズマ処理を行う工程と、前記圧電体膜をウェットエッチングによりパターニングする工程とを含むことを特徴とする。圧電体膜の所定位置に対してプラズマ処理を行う工程により、前記圧電体膜をウェットエッチングによりパターニングする工程におけるサイドエッチングを簡易に抑制することができる。 The method of manufacturing a liquid jet head according to the present invention includes a flow path forming substrate provided with a liquid flow path communicating with a nozzle opening for discharging a liquid, and a pressure applied to the liquid flow path provided on the flow path forming substrate. A method of manufacturing a liquid jet head comprising: a piezoelectric element that includes: a step of forming a piezoelectric film made of a piezoelectric body of the piezoelectric element; and a step of performing a plasma treatment on a predetermined position of the piezoelectric film; And patterning the piezoelectric film by wet etching. By performing the plasma treatment on a predetermined position of the piezoelectric film, side etching in the process of patterning the piezoelectric film by wet etching can be easily suppressed.
前記プラズマ処理中に前記圧電体膜にバイアス電圧が印加されていることが好ましい。バイアス電圧が印加されていることで、よりプラズマ処理を適切に行うことができ、サイドエッチングをより抑制できる。 A bias voltage is preferably applied to the piezoelectric film during the plasma treatment. By applying the bias voltage, the plasma processing can be performed more appropriately, and the side etching can be further suppressed.
前記圧電体膜は、金属酸化物からなり、前記プラズマ処理において導入するガスが酸素を含有するガスであることが好ましい。圧電体膜が酸化物からなるものであれば、プラズマ処理により圧電体膜に酸素が混入したとしても膜質の低下を抑制しやすい。 The piezoelectric film is preferably made of a metal oxide, and the gas introduced in the plasma treatment is a gas containing oxygen. If the piezoelectric film is made of an oxide, even if oxygen is mixed into the piezoelectric film by plasma treatment, it is easy to suppress deterioration of the film quality.
前記ウェットエッチング後に、前記圧電体膜を加熱する工程を有することが好ましい。加熱により、プラズマ処理による圧電体膜の膜質の低下を抑制することができる。 It is preferable to have a step of heating the piezoelectric film after the wet etching. By heating, the deterioration of the film quality of the piezoelectric film due to the plasma treatment can be suppressed.
本発明の好ましい実施形態としては、前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸鉄のいずれかからなることが挙げられる。 As a preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric film is made of any one of lead zirconate titanate, barium titanate, and iron titanate.
本発明の好ましい実施形態としては、前記ウェットエッチングに用いられるウェットエッチング液は、塩酸、硝酸及びフッ酸のうち少なくとも1以上を含有することが挙げられる。 As preferable embodiment of this invention, it is mentioned that the wet etching liquid used for the said wet etching contains at least 1 or more among hydrochloric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid.
前記所定位置は、前記圧電体膜の前記ウェットエッチングを行う際にマスクを設ける領域近傍であることが好ましい。少なくともこの領域にプラズマ処理を行うことで、より膜質の低下を抑制しながら適切にウェットエッチングを行うことができる。 The predetermined position is preferably in the vicinity of a region where a mask is provided when the wet etching of the piezoelectric film is performed. By performing plasma treatment at least in this region, appropriate wet etching can be performed while further suppressing deterioration in film quality.
本発明の好ましい実施形態としては、前記ウェットエッチングを行う際に設けるマスクは、有機材料からなることが挙げられる。 As a preferred embodiment of the present invention, it is mentioned that a mask provided when performing the wet etching is made of an organic material.
本発明の圧電素子の製造方法は、圧電体からなる圧電体膜と、該圧電体膜の両面にそれぞれ設けられた第1電極及び第2電極とを備えた圧電素子の製造方法であって、前記圧電体膜を形成する工程と、前記圧電体膜の所定位置に対してプラズマ処理を行う工程と、前記圧電体膜をウェットエッチングによりパターニングする工程とを含むことを特徴とする。本発明の圧電素子の製造方法では、圧電体膜の所定位置に対してプラズマ処理を行う工程により、前記圧電体膜をウェットエッチングによりパターニングする工程におけるサイドエッチングを簡易に抑制することができる。 A method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention is a method for manufacturing a piezoelectric element including a piezoelectric film made of a piezoelectric body, and a first electrode and a second electrode provided on both surfaces of the piezoelectric film, respectively. The method includes a step of forming the piezoelectric film, a step of performing plasma treatment on a predetermined position of the piezoelectric film, and a step of patterning the piezoelectric film by wet etching. In the method for manufacturing a piezoelectric element of the present invention, side etching in the step of patterning the piezoelectric film by wet etching can be easily suppressed by the step of performing plasma processing on a predetermined position of the piezoelectric film.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る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の分解斜視図であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head that is an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the ink jet recording head.
図示するように、本実施形態の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Iが備える流路形成基板10には、圧力発生室12が形成されている。そして、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口21が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室12の並設方向、又は第1の方向Xと称する。また、流路形成基板10平面内において、第1の方向Xに直交する方向を第2の方向Yとする。さらに、第1の方向X及び第2の方向Yに直交する方向を第3の方向Zとする。図には、第1の方向Xに並設された圧力発生室12の列は1列分示されているが、圧力発生室12の列を第2の方向Yに複数並設してもよい。 As shown in the drawing, a pressure generating chamber 12 is formed in a flow path forming substrate 10 provided in an ink jet recording head I which is an example of a liquid ejecting head of the present embodiment. The pressure generating chambers 12 partitioned by the plurality of partition walls 11 are arranged in parallel along the direction in which the plurality of nozzle openings 21 for discharging the same color ink are arranged in parallel. Hereinafter, this direction is referred to as a direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged side by side or a first direction X. Further, a direction orthogonal to the first direction X is defined as a second direction Y in the plane of the flow path forming substrate 10. Furthermore, a direction orthogonal to the first direction X and the second direction Y is defined as a third direction Z. Although one row of the pressure generation chambers 12 arranged in parallel in the first direction X is shown in the drawing, a plurality of rows of the pressure generation chambers 12 may be arranged in the second direction Y. .
流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向の一端部側、すなわち第2の方向Yの一端部側には、インク供給路13と連通路14とが複数の隔壁11によって区画されている。連通路14の外側(第2の方向Yにおいて圧力発生室12とは反対側)には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるマニホールド100の一部を構成する連通部15が形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15からなる液体流路が設けられている。 An ink supply path 13 and a communication path 14 are partitioned by a plurality of partition walls 11 at one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10, that is, one end side in the second direction Y. . On the outside of the communication passage 14 (on the side opposite to the pressure generation chamber 12 in the second direction Y), a communication portion that constitutes a part of the manifold 100 serving as a common ink chamber (liquid chamber) of each pressure generation chamber 12. 15 is formed. That is, the flow path forming substrate 10 is provided with a liquid flow path including a pressure generation chamber 12, an ink supply path 13, a communication path 14, and a communication portion 15.
流路形成基板10の一方面側、すなわち圧力発生室12等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室12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によって接合されている。すなわち、ノズルプレート20には、第1の方向Xにノズル開口21が並設されている。 On one side of the flow path forming substrate 10, that is, the surface where the liquid flow path such as the pressure generation chamber 12 opens, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with each pressure generation chamber 12 is provided with an adhesive. Or a heat-welded film or the like. In other words, the nozzle openings 21 are arranged in the nozzle plate 20 in the first direction X.
流路形成基板10の他方面側には、振動板50が形成されている。本実施形態に係る振動板50は、流路形成基板10上に形成された弾性膜51と、弾性膜51上に形成された絶縁体膜52とで構成されている。なお、圧力発生室12等の液体流路は、流路形成基板10を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室12等の液体流路の他方面は、振動板50(弾性膜51)で構成されている。 A diaphragm 50 is formed on the other surface side of the flow path forming substrate 10. The diaphragm 50 according to the present embodiment includes an elastic film 51 formed on the flow path forming substrate 10 and an insulator film 52 formed on the elastic film 51. The liquid flow path such as the pressure generation chamber 12 is formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 from one surface, and the other surface of the liquid flow path such as the pressure generation chamber 12 is a diaphragm. 50 (elastic film 51).
絶縁体膜52上には、厚さが例えば、約0.2μmの第1電極60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの第2電極80とで構成される圧電素子300が形成されている。この基板(流路形成基板10)に設けられた圧電素子300は、本実施形態ではアクチュエーター装置として機能する。 On the insulator film 52, a first electrode 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, and a thickness of, for example, about 0.05 μm. A piezoelectric element 300 composed of the second electrode 80 is formed. In this embodiment, the piezoelectric element 300 provided on the substrate (the flow path forming substrate 10) functions as an actuator device.
以下、アクチュエーター装置を構成する圧電素子300について詳細に説明する。 Hereinafter, the piezoelectric element 300 constituting the actuator device will be described in detail.
図2に示すように、圧電素子300を構成する第1電極60は圧力発生室12毎に切り分けられ、圧電素子300毎に独立する個別電極を構成する。そして第1電極60は、圧力発生室12の第1の方向Xにおいては、圧力発生室12の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち圧力発生室12の第1の方向Xにおいて、第1電極60の端部は、圧力発生室12に対向する領域の内側に位置している。圧力発生室12の第2の方向Yでは、第1電極60の両端部は、それぞれ圧力発生室12の外側まで延設されている。なお、第1電極60の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Cuなどの金属や、これらの材料の1種のみ、又はこれらの2種以上を混合又は積層したものを第1電極60としてもよい。 As shown in FIG. 2, the first electrode 60 constituting the piezoelectric element 300 is separated for each pressure generation chamber 12 and constitutes an individual electrode independent for each piezoelectric element 300. The first electrode 60 is formed with a width narrower than the width of the pressure generation chamber 12 in the first direction X of the pressure generation chamber 12. That is, in the first direction X of the pressure generation chamber 12, the end portion of the first electrode 60 is located inside the region facing the pressure generation chamber 12. In the second direction Y of the pressure generation chamber 12, both end portions of the first electrode 60 are extended to the outside of the pressure generation chamber 12. The material of the first electrode 60 is not particularly limited as long as it is a metal material. For example, metals such as Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, and Cu are used. Alternatively, only one of these materials, or a mixture or stack of two or more of these materials may be used as the first electrode 60.
圧電体層70は、第2の方向Yが所定の幅となるように第1の方向Xに亘って連続して設けられている。圧電体層70の第2の方向Yの幅は、圧力発生室12の第2の方向Yの長さよりも広い。このため、圧力発生室12の第2の方向Yでは、圧電体層70は圧力発生室12の外側まで設けられている。 The piezoelectric layer 70 is continuously provided over the first direction X so that the second direction Y has a predetermined width. The width of the piezoelectric layer 70 in the second direction Y is wider than the length of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y. Therefore, in the second direction Y of the pressure generation chamber 12, the piezoelectric layer 70 is provided to the outside of the pressure generation chamber 12.
圧力発生室12の第2の方向Yの一端部側(本実施形態では、インク供給路側)における圧電体層70の端部は、第1電極60の端部よりも外側に位置している。すなわち、第1電極60の端部は圧電体層70によって覆われている。圧力発生室12の第2の方向Yの他端側における圧電体層70の端部は、第1電極60の端部よりも内側(圧力発生室12側)に位置している。 The end portion of the piezoelectric layer 70 on the one end side in the second direction Y of the pressure generation chamber 12 (in the present embodiment, on the ink supply path side) is located outside the end portion of the first electrode 60. That is, the end portion of the first electrode 60 is covered with the piezoelectric layer 70. The end portion of the piezoelectric layer 70 on the other end side in the second direction Y of the pressure generation chamber 12 is located on the inner side (the pressure generation chamber 12 side) than the end portion of the first electrode 60.
なお、圧電体層70の外側まで延設された第1電極60には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接続されている。図示は省略するが、このリード電極90は、駆動回路等に繋がる接続配線が接続される端子部を構成する。 Note that a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like is connected to the first electrode 60 extended to the outside of the piezoelectric layer 70. Although not shown, the lead electrode 90 constitutes a terminal portion to which connection wiring connected to a drive circuit or the like is connected.
また、圧電体層70には、各隔壁11に対向する凹部71が形成されている。この凹部71の第1の方向Xの幅は、各隔壁11の第1の方向Xの幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。すなわち、圧電体層70は、第1の方向Xに沿って各圧力発生室12に亘り連続的に形成され、各隔壁11に対向する一部が除去されて凹部71が形成されている。この凹部71により、振動板50の圧力発生室12の幅方向端部に対向する部分(いわゆる振動板50の腕部)の剛性が抑えられるため、圧電素子300を良好に変位させることができる。 In addition, the piezoelectric layer 70 is formed with a recess 71 that faces each partition wall 11. The width of the recess 71 in the first direction X is substantially the same as or wider than the width of each partition 11 in the first direction X. In other words, the piezoelectric layer 70 is continuously formed along the first direction X across the pressure generation chambers 12, and a portion facing each partition wall 11 is removed to form a recess 71. The recess 71 can suppress the rigidity of the portion of the vibration plate 50 that faces the end portion in the width direction of the pressure generating chamber 12 (so-called arm portion of the vibration plate 50), and thus the piezoelectric element 300 can be displaced favorably.
圧電体層70としては、第1電極60上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜(ペロブスカイト型結晶)が挙げられる。圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。具体的には、チタン酸鉛(PbTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)、ジルコニウム酸鉛(PbZrO3)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La),TiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O3)又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)(Mg,Nb)O3)等を用いることができる。本実施形態では、圧電体層70として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた。 Examples of the piezoelectric layer 70 include a perovskite structure crystal film (perovskite crystal) made of a ferroelectric ceramic material having an electromechanical conversion effect and formed on the first electrode 60. As a material of the piezoelectric layer 70, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) or a material obtained by adding a metal oxide such as niobium oxide, nickel oxide, or magnesium oxide to the piezoelectric material is used. be able to. Specifically, lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La), TiO 3 ) ), Lead lanthanum zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ), lead magnesium titanate zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) (Mg, Nb) O 3 ), etc. Can do. In the present embodiment, lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70.
また、圧電体層70の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。非鉛系の圧電材料としては、例えば、鉄酸ビスマス((BiFeO3)、略「BFO」)、チタン酸バリウム((BaTiO3)、略「BT」)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K,Na)(NbO3)、略「KNN」)、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(NbO3))、ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(Nb,Ta)O3)、チタン酸ビスマスカリウム((Bi1/2K1/2)TiO3、略「BKT」)、チタン酸ビスマスナトリウム((Bi1/2Na1/2)TiO3、略「BNT」)、マンガン酸ビスマス(BiMnO3、略「BM」)、ビスマス、カリウム、チタン及び鉄を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物(x[(BixK1−x)TiO3]−(1−x)[BiFeO3]、略「BKT−BF」)、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物((1−x)[BiFeO3]−x[BaTiO3]、略「BFO−BT」)や、これにマンガン、コバルト、クロムなどの金属を添加したもの((1−x)[Bi(Fe1−yMy)O3]−x[BaTiO3](Mは、Mn、CoまたはCr))等が挙げられる。 The material of the piezoelectric layer 70 is not limited to a lead-based piezoelectric material including lead, and a lead-free piezoelectric material not including lead can also be used. Examples of lead-free piezoelectric materials include bismuth ferrate ((BiFeO 3 ), approximately “BFO”), barium titanate ((BaTiO 3 ), approximately “BT”), and sodium potassium niobate ((K, Na). ) (NbO 3 ), approximately “KNN”), potassium sodium niobate lithium ((K, Na, Li) (NbO 3 )), potassium sodium tantalate niobate ((K, Na, Li) (Nb, Ta) ) O 3 ), potassium bismuth titanate ((Bi 1/2 K 1/2 ) TiO 3 , approximately “BKT”), sodium bismuth titanate ((Bi 1/2 Na 1/2 ) TiO 3 , approximately “BNT” "), bismuth manganate (BiMnO 3, substantially" BM "), bismuth, potassium, composite oxides having a perovskite structure that contains titanium and iron (x [(Bi x K 1 -x) TiO 3] - (1 x) [BiFeO 3], approximately "BKT-BF"), bismuth, iron, composite oxide having a perovskite structure containing barium and titanium ((1-x) [BiFeO 3] -x [BaTiO 3], approximately " BFO-BT ”) or a metal added with manganese, cobalt, chromium or the like ((1-x) [Bi (Fe 1-y M y ) O 3 ] -x [BaTiO 3 ] (M is Mn, Co or Cr)).
本実施形態では、かかる圧電体層70は、詳しくは後述するようにサイドエッチングを抑制しつつウェットエッチングによりパターニングされたものである。従って、本実施形態の圧電体層70は、所望の微細形状に簡易に形成されたものである。 In the present embodiment, the piezoelectric layer 70 is patterned by wet etching while suppressing side etching as will be described in detail later. Therefore, the piezoelectric layer 70 of the present embodiment is simply formed in a desired fine shape.
第2電極80は、圧力発生室12の第1の方向Xにおいて、圧電体層70上に連続して設けられ、複数の圧電素子300に共通する共通電極を構成する。圧力発生室12の第2の方向Yの一端側における第2電極80の端部は、圧電体層70の端部よりも外側に位置している。 The second electrode 80 is continuously provided on the piezoelectric layer 70 in the first direction X of the pressure generating chamber 12 and constitutes a common electrode common to the plurality of piezoelectric elements 300. The end portion of the second electrode 80 on one end side in the second direction Y of the pressure generating chamber 12 is located outside the end portion of the piezoelectric layer 70.
このような第2電極80の材料は、金属材料であれば特に限定されず、例えば、第1電極60と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、第2電極80は、ニッケル(Ni)から形成されている。 The material of the second electrode 80 is not particularly limited as long as it is a metal material. For example, the same material as that of the first electrode 60 can be used. In the present embodiment, the second electrode 80 is made of nickel (Ni).
このような構成の圧電素子300は、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第1電極60と第2電極80とで挟まれている圧電体層70に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層70に圧電歪みが生じる部分を能動部320と称する。これに対して、圧電体層70に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。また、圧電体層70に圧電歪みが生じる能動部320において、圧力発生室12に対向する部分を可撓部と称し、圧力発生室12の外側の部分を非可撓部と称する。 The piezoelectric element 300 having such a configuration is displaced by applying a voltage between the first electrode 60 and the second electrode 80. That is, by applying a voltage between both electrodes, a piezoelectric strain is generated in the piezoelectric layer 70 sandwiched between the first electrode 60 and the second electrode 80. A portion where piezoelectric distortion occurs in the piezoelectric layer 70 when a voltage is applied to both electrodes is referred to as an active portion 320. On the other hand, a portion where no piezoelectric distortion occurs in the piezoelectric layer 70 is referred to as an inactive portion. In the active part 320 in which piezoelectric distortion occurs in the piezoelectric layer 70, a part facing the pressure generation chamber 12 is referred to as a flexible part, and a part outside the pressure generation chamber 12 is referred to as a non-flexible part.
本実施形態では、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80の全てが圧力発生室12の第2の方向Yにおいて圧力発生室12の外側まで連続的に設けられている。すなわち能動部320が圧力発生室12の外側まで連続的に設けられている。このため、能動部320のうち圧電素子300の圧力発生室12に対向する部分が可撓部となり、圧力発生室12の外側の部分が非可撓部となっている。 In the present embodiment, all of the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are continuously provided to the outside of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y of the pressure generation chamber 12. That is, the active part 320 is continuously provided to the outside of the pressure generating chamber 12. For this reason, a portion of the active portion 320 facing the pressure generation chamber 12 of the piezoelectric element 300 is a flexible portion, and a portion outside the pressure generation chamber 12 is a non-flexible portion.
なお、上述のように第1電極60は、圧力発生室12毎に切り分けられているため、圧電素子300には、第2の方向Yに沿って、すなわち、能動部320の長手方向(第2の方向Y)に沿って、第1電極60の段差が形成されている。 Since the first electrode 60 is separated for each pressure generation chamber 12 as described above, the piezoelectric element 300 has the second direction Y, that is, the longitudinal direction of the active portion 320 (second direction). A step of the first electrode 60 is formed along the direction Y).
図1及び図2に示すように、圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、圧電素子300を保護する保護基板30が接着剤35によって接合されている。保護基板30には、圧電素子300を収容する空間を画成する凹部である圧電素子保持部31が設けられている。また保護基板30には、マニホールド100の一部を構成するマニホールド部32が設けられている。マニホールド部32は、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部15と連通している。また保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。各圧電素子300の第1電極60に接続されたリード電極90は、この貫通孔33内に露出している。各圧電素子300の第1電極60に接続されたリード電極90には、図示しない駆動回路に接続される接続配線の一端がこの貫通孔33内で接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a protective substrate 30 that protects the piezoelectric element 300 is bonded to the flow path forming substrate 10 on which the piezoelectric element 300 is formed by an adhesive 35. The protective substrate 30 is provided with a piezoelectric element holding portion 31 that is a recess that defines a space for accommodating the piezoelectric element 300. The protective substrate 30 is provided with a manifold portion 32 that constitutes a part of the manifold 100. The manifold portion 32 penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction and is formed across the width direction of the pressure generating chamber 12 and communicates with the communication portion 15 of the flow path forming substrate 10 as described above. The protective substrate 30 is provided with a through hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction. The lead electrode 90 connected to the first electrode 60 of each piezoelectric element 300 is exposed in the through hole 33. One end of a connection wiring connected to a drive circuit (not shown) is connected to the lead electrode 90 connected to the first electrode 60 of each piezoelectric element 300 in the through hole 33.
保護基板30上には、封止膜41及び固定板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。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってマニホールド部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板42のマニホールド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となっているため、マニホールド100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。 On the protective substrate 30, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded. The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility, and one surface of the manifold portion 32 is sealed by the sealing film 41. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal. Since the area of the fixing plate 42 facing the manifold 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the manifold 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至るまで液体流路の内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加する。これにより圧電素子300と共に振動板50がたわみ変形して各圧力発生室12内の圧力が高まり、各ノズル開口21からインク滴が噴射される。 In such an ink jet recording head I of this embodiment, ink is taken in from an ink inlet connected to an external ink supply means (not shown), and the interior of the liquid flow path is filled with ink from the manifold 100 to the nozzle opening 21. Thereafter, a voltage is applied between each of the first electrode 60 and the second electrode 80 corresponding to the pressure generating chamber 12 in accordance with a recording signal from the drive circuit. As a result, the diaphragm 50 is bent and deformed together with the piezoelectric element 300 to increase the pressure in each pressure generating chamber 12, and an ink droplet is ejected from each nozzle opening 21.
ここで、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図3〜図8は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す第1の方向Xの断面図である。 Here, a method for manufacturing the ink jet recording head of the present embodiment will be described. 3 to 8 are cross-sectional views in the first direction X showing the method of manufacturing the ink jet recording head.
まず、図3(a)に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜51を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー110を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる弾性膜51を形成した。もちろん、弾性膜51の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法やCVD法等によって形成してもよい。 First, as shown in FIG. 3A, an elastic film 51 is formed on the surface of a flow path forming substrate wafer 110 that is a silicon wafer. In the present embodiment, the elastic film 51 made of silicon dioxide is formed by thermally oxidizing the flow path forming substrate wafer 110. Of course, the method of forming the elastic film 51 is not limited to thermal oxidation, and may be formed by sputtering, CVD, or the like.
次いで、図3(b)に示すように、弾性膜51上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜52を形成する。絶縁体膜52は、ジルコニウムをスパッタリング法等により形成後、加熱することで熱酸化して形成してもよく、酸化ジルコニウムを反応性スパッタリング法により形成するようにしてもよい。この弾性膜51及び絶縁体膜52によって振動板50が形成される。 Next, as shown in FIG. 3B, an insulator film 52 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 51. The insulator film 52 may be formed by thermally oxidizing zirconium after being formed by sputtering or the like, or zirconium oxide may be formed by reactive sputtering. A diaphragm 50 is formed by the elastic film 51 and the insulator film 52.
次いで、図3(c)に示すように、絶縁体膜52上の全面に第1電極60を形成する。この第1電極60の材料は特に限定されないが、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材料であることが望ましい。このため、第1電極60の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第1電極60は、例えば、スパッタリング法やPVD法(物理蒸着法)などにより形成することができる。 Next, as shown in FIG. 3C, the first electrode 60 is formed on the entire surface of the insulator film 52. The material of the first electrode 60 is not particularly limited, but when lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70, it is desirable that the material has little change in conductivity due to diffusion of lead oxide. For this reason, platinum, iridium, etc. are used suitably as a material of the 1st electrode 60. FIG. Moreover, the 1st electrode 60 can be formed by sputtering method, PVD method (physical vapor deposition method), etc., for example.
次いで、図4(a)に示すように、第1電極60をパターニングする。パターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。 Next, as shown in FIG. 4A, the first electrode 60 is patterned. The patterning can be performed by dry etching such as ion milling, for example.
また、特に図示しないが、第1電極60上にチタン(Ti)からなる結晶種層を形成してもよい。第1電極60の上に結晶種層を設けることにより、第1電極60上に結晶種層を介して圧電体層70を形成する際に、圧電体層70の優先配向方位を(100)に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層70を得ることができる。結晶種層としては、チタン(Ti)、酸化チタン(TiO2)を用いてもよく、また、チタン及びチタン酸化物以外の材料、例えば、ランタンニッケル酸化物等を用いることもできる。 Although not particularly shown, a crystal seed layer made of titanium (Ti) may be formed on the first electrode 60. By providing the crystal seed layer on the first electrode 60, when the piezoelectric layer 70 is formed on the first electrode 60 via the crystal seed layer, the preferred orientation direction of the piezoelectric layer 70 is set to (100). The piezoelectric layer 70 that can be controlled and is suitable as an electromechanical conversion element can be obtained. As the crystal seed layer, titanium (Ti) or titanium oxide (TiO 2 ) may be used, and materials other than titanium and titanium oxide, such as lanthanum nickel oxide, may be used.
次に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層70を形成する。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成している。なお、圧電体層70の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD(Metal-Organic Decomposition)法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のPVD(Physical Vapor Deposition)法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層70は液相法、気相法の何れで形成してもよい。 Next, in this embodiment, the piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) is formed. Here, in this embodiment, a so-called sol-gel in which a so-called sol in which a metal complex is dissolved / dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. The piezoelectric layer 70 is formed using the method. The method for manufacturing the piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method, and for example, using a MOD (Metal-Organic Decomposition) method, a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as a sputtering method or a laser ablation method. Also good. That is, the piezoelectric layer 70 may be formed by either a liquid phase method or a gas phase method.
圧電体層70の具体的な形成手順としては、まず、図4(b)に示すように、第1電極60及び絶縁体膜52上にPZT前駆体膜である圧電体前駆体膜73を成膜する。すなわち、第1電極60が形成された流路形成基板用ウェハー110上に金属錯体を含むゾル(溶液)を塗布する(塗布工程)。ゾルの塗布方法は特に限定されず、例えば、スピンコート装置を用いたスピンコート法やスリットコータを用いたスリットコート法等が挙げられる。次いで、この圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる(乾燥工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜73を170〜180℃で8〜30分間保持することで乾燥することができる。 As a specific procedure for forming the piezoelectric layer 70, first, as shown in FIG. 4B, a piezoelectric precursor film 73, which is a PZT precursor film, is formed on the first electrode 60 and the insulator film 52. Film. That is, a sol (solution) containing a metal complex is applied onto the flow path forming substrate wafer 110 on which the first electrode 60 is formed (application step). The method for applying the sol is not particularly limited, and examples thereof include a spin coat method using a spin coater and a slit coat method using a slit coater. Next, the piezoelectric precursor film 73 is heated to a predetermined temperature and dried for a predetermined time (drying step). For example, in the present embodiment, the piezoelectric precursor film 73 can be dried by holding at 170 to 180 ° C. for 8 to 30 minutes.
次に、乾燥した圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する(脱脂工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜73を300〜400℃程度の温度に加熱して約10〜30分保持することで脱脂した。なお、ここでいう脱脂とは、圧電体前駆体膜73に含まれる有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等として離脱させることである。 Next, the dried piezoelectric precursor film 73 is degreased by heating to a predetermined temperature and holding for a certain time (degreasing step). For example, in this embodiment, the piezoelectric precursor film 73 is degreased by heating to a temperature of about 300 to 400 ° C. and holding for about 10 to 30 minutes. Note that the degreasing here, the organic components contained in the piezoelectric precursor film 73, for example, is to be detached as NO 2, CO 2, H 2 O or the like.
次に、圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜74を形成する(焼成工程)。この焼成工程では、圧電体前駆体膜73を700℃以上に加熱するのが好ましい。なお、焼成工程では、昇温レートを50℃/sec以上とするのが好ましい。これにより優れた特性の圧電体膜74を得ることができる。 Next, the piezoelectric precursor film 73 is crystallized by being heated to a predetermined temperature and held for a predetermined time, thereby forming the piezoelectric film 74 (firing process). In this firing step, the piezoelectric precursor film 73 is preferably heated to 700 ° C. or higher. In the firing step, it is preferable that the temperature rising rate is 50 ° C./sec or more. Thereby, the piezoelectric film 74 having excellent characteristics can be obtained.
図4(b)に示すように、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことにより複数層の圧電体膜74からなる圧電体層70を形成する。圧電体膜74は、一層ごと形成してもよいし、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程を繰り返して複数層の圧電体前駆体膜73を形成し、それらにまとめて焼成工程を行うことで複数の圧電体膜74を形成してもよい。 As shown in FIG. 4B, the piezoelectric layer 70 composed of a plurality of piezoelectric films 74 is formed by repeating the piezoelectric film forming process including the coating process, the drying process, the degreasing process, and the baking process described above a plurality of times. Form. The piezoelectric film 74 may be formed one layer at a time, or a plurality of layers may be formed by repeating a coating process, a drying process, and a degreasing process to form a plurality of piezoelectric precursor films 73 and performing a baking process on them. Alternatively, the piezoelectric film 74 may be formed.
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するRTP(Rapid Thermal Processing)装置などを用いることができる。 In addition, as a heating apparatus used in such a drying process, a degreasing process, and a baking process, for example, a hot plate, an RTP (Rapid Thermal Processing) apparatus that heats by irradiation with an infrared lamp, or the like can be used.
次いで、図4(c)に示すように、圧電体層70に対してプラズマ処理を行う。プラズマ処理とは、圧電体層70の表面をプラズマに曝すことであり、このようなプラズマ処理により圧電体層70の表面にプラズマ処理層75が形成される。このようなプラズマ処理は、チャンバ内にプラズマ生成ガスを導入しつつ放電を行ってプラズマを生成して行われる。 Next, as shown in FIG. 4C, plasma processing is performed on the piezoelectric layer 70. The plasma processing is to expose the surface of the piezoelectric layer 70 to plasma, and the plasma processing layer 75 is formed on the surface of the piezoelectric layer 70 by such plasma processing. Such plasma treatment is performed by generating plasma by discharging while introducing a plasma generating gas into the chamber.
プラズマ生成ガスとしては、通常プラズマを生成するために用いられるガスであればよく、例えば、塩素ガス、酸素ガス、炭化フッ素等のフッ素系ガス、また、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガス等を用いることができ、さらにこれらの混合ガスを用いてもよく、さらにキャリアガスとして別の希ガスが混合されていてもよい。 The plasma generating gas may be any gas that is normally used for generating plasma. For example, a fluorine-based gas such as chlorine gas, oxygen gas, or fluorine carbide, or a rare gas such as helium, neon, or argon may be used. These mixed gases may be used, and another rare gas may be mixed as a carrier gas.
このうち、プラズマ生成ガスとしては、好ましくは、塩素ガス(Cl2)、酸素ガス(O2)、四フッ化炭素(CF4)、アルゴン(Ar)が挙げられる。後述するサイドエッチングをよく抑制することができるからである。特に、酸素ガスを用いることが好ましい。酸素ガスは、サイドエッチングをよく抑制することができると共に、仮にプラズマ処理により圧電体層表面に入り込んだとしても圧電体層自体が酸化物であるので圧電体層70の変位特性に大きく影響しないからである。 Of these, the plasma generating gas is preferably chlorine gas (Cl 2 ), oxygen gas (O 2 ), carbon tetrafluoride (CF 4 ), or argon (Ar). This is because side etching described later can be well suppressed. In particular, it is preferable to use oxygen gas. Oxygen gas can suppress side etching well, and even if it enters the surface of the piezoelectric layer by plasma treatment, the piezoelectric layer itself is an oxide and therefore does not greatly affect the displacement characteristics of the piezoelectric layer 70. It is.
このプラズマ生成ガスは、例えば10〜200sccmで処理チャンバ内に導入される。本実施形態では100sccmで導入される。 The plasma generation gas is introduced into the processing chamber at, for example, 10 to 200 sccm. In this embodiment, it is introduced at 100 sccm.
放電電圧は、例えば800〜2000Wであり、本実施形態では1000Wである。 A discharge voltage is 800-2000W, for example, and is 1000W in this embodiment.
また、放電時には基板側、即ち圧電体層70にバイアス電圧を印加してプラズマを維持しながらプラズマ処理を行う。バイアス電圧は、例えば100〜500Wであり、本実施形態では100Wである。 Further, during the discharge, a plasma treatment is performed while maintaining the plasma by applying a bias voltage to the substrate side, ie, the piezoelectric layer 70. The bias voltage is 100 to 500 W, for example, and is 100 W in this embodiment.
プラズマ処理を行う時間は、1〜30秒程度である。 The time for performing the plasma treatment is about 1 to 30 seconds.
次に、図5(a)に示すように、圧電体層70にレジスト膜78を形成する。ここで、レジスト膜78はマスクとして機能するものであり、有機材料からなるものを用いている。有機材料としては、例えば、フェノールまたはo−、m−またはp−クレゾール、キシレノールまたはこれらのフェノール系化合物の混合物とホルムアルデヒドとの縮合反応により得られるノボラック系樹脂が好ましく用いられる。ノボラック系樹脂は、高精度なパターニングが可能であることから、レジスト材料として好適である。 Next, as shown in FIG. 5A, a resist film 78 is formed on the piezoelectric layer 70. Here, the resist film 78 functions as a mask and is made of an organic material. As the organic material, for example, a novolak resin obtained by a condensation reaction of phenol or o-, m- or p-cresol, xylenol or a mixture of these phenol compounds with formaldehyde is preferably used. A novolac resin is suitable as a resist material because it can be patterned with high accuracy.
本実施形態ではレジスト膜78としてはノボラック系樹脂を用いている。なお、レジスト膜78は有機材料であるものを用いるとサイドエッチング量をより効果的に抑制することができるが、いわゆるハードマスクを用いてもよい。 In this embodiment, a novolac resin is used as the resist film 78. Note that when the resist film 78 is made of an organic material, the amount of side etching can be more effectively suppressed, but a so-called hard mask may be used.
次いで、図5(b)に示すように、フォトリソグラフィー法により、圧電体層70の各圧電素子300が形成される領域ごとにレジスト膜78が形成されるようにパターニングする。 Next, as shown in FIG. 5B, patterning is performed by a photolithography method so that a resist film 78 is formed in each region where each piezoelectric element 300 of the piezoelectric layer 70 is formed.
次いで、図5(c)に示すように、ウェットエッチングにより、圧電体層70を各圧力発生室12に対向する領域にパターニングする。この場合に、本実施形態では、圧電体層70の表面にプラズマ処理層75が形成されていることで、サイドエッチングを抑制できる。 Next, as shown in FIG. 5C, the piezoelectric layer 70 is patterned into regions facing the pressure generation chambers 12 by wet etching. In this case, in this embodiment, side etching can be suppressed by forming the plasma processing layer 75 on the surface of the piezoelectric layer 70.
即ち、図5(c)の一部拡大図である図6(a)に示すように、本実施形態では、プラズマ処理層75が形成されていることでウェットエッチング液がレジスト膜78の内側に回り込まず、圧電体層70とレジスト膜78と間のサイドエッチング量が少ない。これに対し、プラズマ処理層75が形成されていない場合を示す図6(b)の場合には、ウェットエッチング液がレジスト膜78の内側に回り込み、圧電体層70とレジスト膜78と間のサイドエッチング量が大きい。 That is, as shown in FIG. 6A, which is a partially enlarged view of FIG. 5C, in this embodiment, the wet etching liquid is placed inside the resist film 78 because the plasma treatment layer 75 is formed. The side etching amount between the piezoelectric layer 70 and the resist film 78 is small. On the other hand, in the case of FIG. 6B showing the case where the plasma treatment layer 75 is not formed, the wet etching solution wraps around the inside of the resist film 78, and the side between the piezoelectric layer 70 and the resist film 78. The etching amount is large.
このように、本実施形態ではプラズマ処理を行うことでサイドエッチングを良く抑制している。これにより、本実施形態ではウェットエッチングによって簡易に、かつスループットよく圧電体層70を形成している。 As described above, in this embodiment, the side etching is well suppressed by performing the plasma treatment. Thus, in the present embodiment, the piezoelectric layer 70 is formed easily and with high throughput by wet etching.
ウェットエッチングは、公知の方法を用いることができる。ウェットエッチング液としては、フッ酸、硝酸及び塩酸から選ばれた少なくとも1種を含むものが用いられる。例えば、BHF(バッファードフッ酸)20wt%溶液、硝酸及び塩酸の混合液や、BHF20%wt溶液のみでウェットエッチングを行い、残渣物を硝酸で除去する二段階の工程を用いてもよい。 A known method can be used for wet etching. As the wet etching solution, one containing at least one selected from hydrofluoric acid, nitric acid and hydrochloric acid is used. For example, a two-step process in which wet etching is performed only with a BHF (buffered hydrofluoric acid) 20 wt% solution, a mixed solution of nitric acid and hydrochloric acid, or a BHF 20% wt solution and the residue is removed with nitric acid may be used.
次に、図7(a)に示すように、レジスト膜78を除去し、圧電体層70上及び絶縁体膜52上に亘って、第2電極80を形成する。なお、第2電極80は、スパッタリング法やPVD法(物理蒸着法)、また無電解めっき法などにより形成することもできる。 Next, as shown in FIG. 7A, the resist film 78 is removed, and the second electrode 80 is formed over the piezoelectric layer 70 and the insulator film 52. The second electrode 80 can also be formed by a sputtering method, a PVD method (physical vapor deposition method), an electroless plating method, or the like.
次に、図7(b)に示すように、加熱処理を行うことで圧電体層70に形成されたプラズマ処理層75を除去する。即ち、加熱処理によりプラズマ処理層の特性を回復する。この場合の加熱は、400〜900℃で行われ、本実施形態では700℃である。 Next, as shown in FIG. 7B, the plasma treatment layer 75 formed on the piezoelectric layer 70 is removed by performing a heat treatment. That is, the characteristics of the plasma treatment layer are recovered by heat treatment. The heating in this case is performed at 400 to 900 ° C, and in this embodiment, 700 ° C.
次に、図8(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハー130を接着剤35(図2(b)参照)を介して接合した後、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みに薄くする。 Next, as shown in FIG. 8A, a protective substrate wafer 130 which is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is attached to the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110 with an adhesive 35 (FIG. 2). After joining via (b), the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a predetermined thickness.
次いで、図8(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜53を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図8(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜53を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15等を形成する。 Next, as shown in FIG. 8B, a mask film 53 is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 8C, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) using an alkaline solution such as KOH through the mask film 53, thereby forming the piezoelectric element 300. Corresponding pressure generating chambers 12, ink supply passages 13, communication passages 14, communication portions 15 and the like are formed.
その後は、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー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ー110の保護基板用ウェハー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、保護基板用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー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、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。 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. By dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into a single chip size flow path forming substrate 10 and the like as shown in FIG. 1, the ink jet recording head of this embodiment is obtained.
このように、本実施形態では、サイドエッチングを抑制しつつウェットエッチングにより圧電体層70を簡易にパターニングすることができる。 Thus, in this embodiment, the piezoelectric layer 70 can be easily patterned by wet etching while suppressing side etching.
上述した実施形態では、プラズマ処理層75を除去するための加熱処理を第2電極を形成した後に行ったが、これに限定されない。ウェットエッチングを行った後であればよく、例えば第2電極80を形成する前に行っても良い。 In the above-described embodiment, the heat treatment for removing the plasma treatment layer 75 is performed after the second electrode is formed. However, the present invention is not limited to this. It may be performed after wet etching, for example, before the second electrode 80 is formed.
また、本実施形態ではプラズマ処理を圧電体層70の表面全体に亘って行ったが、これに限定されない。プラズマ処理は、少なくともレジスト膜78が設けられる領域の境界線近傍に行われていればサイドエッチングを効果的に抑制することができるので、プラズマ処理時にマスクを設けてこのレジスト膜78が設けられる領域の境界線近傍にのみプラズマ処理が行われるように構成してもよい。このように構成することで、サイドエッチングを効果的に抑制しつつ、圧電体層70の特性変化を最小限に抑制できる。なお、このようにレジスト膜78が設けられる領域の境界線近傍にのみプラズマ処理が行われるように構成した場合には、プラズマ処理層75を除去するための加熱処理を行わなくてもよい。 In the present embodiment, the plasma treatment is performed over the entire surface of the piezoelectric layer 70, but the present invention is not limited to this. Since the side etching can be effectively suppressed if the plasma treatment is performed at least in the vicinity of the boundary line of the region where the resist film 78 is provided, the region where the resist film 78 is provided by providing a mask during the plasma processing. The plasma processing may be performed only in the vicinity of the boundary line. With this configuration, it is possible to minimize the change in characteristics of the piezoelectric layer 70 while effectively suppressing side etching. Note that in the case where the plasma treatment is performed only in the vicinity of the boundary line of the region where the resist film 78 is provided in this way, the heat treatment for removing the plasma treatment layer 75 may not be performed.
(実施形態2)
本実施形態では、別のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、第1電極が各圧電素子に亘って共通であり、第2電極が圧電素子毎に、即ち個別に設けられている。かかるインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図9〜図10を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, another method for manufacturing an ink jet recording head will be described. In the ink jet recording head of this embodiment, the first electrode is common to each piezoelectric element, and the second electrode is provided for each piezoelectric element, that is, individually. A method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS.
まず、図9(a)に示すように、実施形態1と同様に、絶縁体膜52上に第1電極60を形成する。次いで、第1電極60上に圧電体膜74からなる圧電体層70を形成する。 First, as shown in FIG. 9A, the first electrode 60 is formed on the insulator film 52 as in the first embodiment. Next, the piezoelectric layer 70 made of the piezoelectric film 74 is formed on the first electrode 60.
図9(b)に示すように、圧電体層70の表面にスパッタリング等で第2電極膜81を形成する。第2電極膜81は実施形態1における第2電極と同様に形成することができる。 As shown in FIG. 9B, a second electrode film 81 is formed on the surface of the piezoelectric layer 70 by sputtering or the like. The second electrode film 81 can be formed in the same manner as the second electrode in the first embodiment.
次に、図9(c)に示すように、第2電極膜81の表面に電極用マスク82を形成し第2電極80をドライエッチングによりパターニングする。従って、第2電極80間に圧電体層70が露出する。 Next, as shown in FIG. 9C, an electrode mask 82 is formed on the surface of the second electrode film 81, and the second electrode 80 is patterned by dry etching. Accordingly, the piezoelectric layer 70 is exposed between the second electrodes 80.
この場合に、ドライエッチングは、エッチングガスとして塩素ガスとアルゴンガスを導入すると共に、放電電力500〜1800W(本実施形態では1000W)で放電を行って、バイアス電力250〜500W(本実施形態では450W)となるようにバイアス電圧を印加する。エッチングガスとしては、他に三塩化ホウ素(BCl3)、炭化フッ素(CF4、C4F8など)を用いることができる。 In this case, dry etching introduces chlorine gas and argon gas as the etching gas, and discharges with a discharge power of 500 to 1800 W (1000 W in this embodiment), and a bias power of 250 to 500 W (450 W in this embodiment). ) To apply a bias voltage. In addition, boron trichloride (BCl 3 ) and fluorine carbide (CF 4 , C4F 8, etc.) can be used as the etching gas.
次いで、このままドライエッチングを継続してオーバーエッチングすることにより、図10(a)に示すように、露出した圧電体層70の表面にプラズマ処理を行い、プラズマ処理層75を形成する。即ち、本実施形態では第2電極80をパターニングするためのドライエッチングにより圧電体層70表面のプラズマ処理を行っているのである。 Next, as shown in FIG. 10A, plasma processing is performed on the exposed surface of the piezoelectric layer 70 to form a plasma processing layer 75 by continuously performing dry etching and over-etching as it is. That is, in this embodiment, the plasma treatment of the surface of the piezoelectric layer 70 is performed by dry etching for patterning the second electrode 80.
図10(b)に示すように、圧電体層用レジスト膜83を電極用マスク82を覆うように設ける。圧電体層用レジスト膜83は、実施形態1におけるレジスト膜と同様に形成することができる。 As shown in FIG. 10B, a piezoelectric layer resist film 83 is provided so as to cover the electrode mask 82. The piezoelectric layer resist film 83 can be formed in the same manner as the resist film in the first embodiment.
この圧電体層用レジスト膜83をマスクとして、ウェットエッチングを行い、圧電体層70をパターニングする。ウェットエッチングも、実施形態1におけるウェットエッチングと同様に行うことができる。 With this piezoelectric layer resist film 83 as a mask, wet etching is performed to pattern the piezoelectric layer 70. The wet etching can also be performed in the same manner as the wet etching in the first embodiment.
次に、図10(c)に示すように圧電体層用レジスト膜83を除去する。その後は、まず加熱工程を行って圧電体層70の表面に形成されたプラズマ処理層75を除去する。加熱工程も、実施形態1における加熱工程と同様に行うことができる。以降、実施形態1と同様に、上述した圧電素子300を有する流路形成基板用ウェハー110から個々のインクジェット式記録ヘッドを形成する。 Next, as shown in FIG. 10C, the piezoelectric layer resist film 83 is removed. Thereafter, a heating process is first performed to remove the plasma treatment layer 75 formed on the surface of the piezoelectric layer 70. The heating step can also be performed in the same manner as the heating step in the first embodiment. Thereafter, as in Embodiment 1, individual ink jet recording heads are formed from the flow path forming substrate wafer 110 having the piezoelectric elements 300 described above.
このように、本実施形態でもプラズマ処理層75を圧電体層70に形成することで、圧電体層70をウェットエッチングする場合にサイドエッチングを抑制することができ、ウェットエッチングにより微細加工を簡易にスループット良く行うことが可能である。この場合に、プラズマ処理工程を別途設けずに第2電極のドライエッチングにより同時に行うことで、さらに簡易に製造を行うことができる。なお、第2電極をパターニングした後に放電を一度停止し、改めて実施形態1に示すようなプラズマ処理を行っても良い。即ち、異なるプラズマ生成ガスを導入して、第2電極をパターニングした場合とは異なる条件でプラズマ処理を行っても良い。 As described above, also in this embodiment, by forming the plasma processing layer 75 on the piezoelectric layer 70, side etching can be suppressed when the piezoelectric layer 70 is wet-etched, and microfabrication can be easily performed by wet etching. It is possible to perform with high throughput. In this case, manufacturing can be performed more easily by simultaneously performing dry etching of the second electrode without separately providing a plasma processing step. Note that the discharge may be stopped once after the second electrode is patterned, and plasma treatment as shown in Embodiment 1 may be performed again. That is, the plasma treatment may be performed under a condition different from the case where the second electrode is patterned by introducing a different plasma generation gas.
この場合に、本実施形態でもプラズマ処理層75は加熱工程により除去することができるから圧電体層70の変位特性の変化を抑制することができる。 In this case, also in this embodiment, since the plasma treatment layer 75 can be removed by the heating process, a change in the displacement characteristics of the piezoelectric layer 70 can be suppressed.
以下、実験例により本発明をより詳細に説明する。
(実験例1)
BFOからなる圧電体膜を厚さ0.8μmで形成した。この圧電体膜に対し、プラズマ生成ガスとして塩素とアルゴンを導入し(各ガス流量は50sccm)、チャンバー内圧力1.0Pa、放電電力900W、バイアス電力400Wとしてプラズマ処理を10秒行った。次に、ノボラック樹脂からなるレジスト膜を公知の方法で形成し、パターニングした。このレジスト膜をマスクとして圧電体膜をウェットエッチング液として塩酸及び硝酸の混合液によりウェットエッチングした。レジスト近傍の断面SEM写真を図11に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples.
(Experimental example 1)
A piezoelectric film made of BFO was formed with a thickness of 0.8 μm. For this piezoelectric film, chlorine and argon were introduced as plasma generation gases (each gas flow rate was 50 sccm), and plasma treatment was performed for 10 seconds with a chamber pressure of 1.0 Pa, a discharge power of 900 W, and a bias power of 400 W. Next, a resist film made of a novolak resin was formed by a known method and patterned. Using this resist film as a mask, the piezoelectric film was wet etched with a mixed solution of hydrochloric acid and nitric acid as a wet etching solution. A cross-sectional SEM photograph near the resist is shown in FIG.
(実験例2)
実験例1とはプラズマ処理を行わない以外は同様に圧電体膜を形成し、ウェットエッチングを行った。レジスト近傍の断面SEM写真を図12に示す。
(Experimental example 2)
A piezoelectric film was formed in the same manner as in Experimental Example 1 except that plasma treatment was not performed, and wet etching was performed. A cross-sectional SEM photograph in the vicinity of the resist is shown in FIG.
これらの実験例1、2の結果を示す各SEM写真から、プラズマ処理を行った実験例1の場合にはサイドエッチング量は0.7μmであり、プラズマ処理を行わなかった実験例2の場合はサイドエッチング量は4.6μmであった。従って、プラズマ処理を行った実験例1のサイドエッチング量は、プラズマ処理を行わなかった実験例2のサイドエッチング量を基準とすると、約15%であった。 From each SEM photograph showing the results of these experimental examples 1 and 2, the side etching amount is 0.7 μm in the case of experimental example 1 in which the plasma treatment is performed, and in the case of experimental example 2 in which the plasma treatment is not performed. The side etching amount was 4.6 μm. Therefore, the side etching amount in Experimental Example 1 in which the plasma treatment was performed was about 15% based on the side etching amount in Experimental Example 2 in which the plasma processing was not performed.
これらの実験例1、2から、プラズマ処理を行うことで、ウェットエッチング液を最適化しなくてもサイドエッチングを抑制できることが分かった。 From Experimental Examples 1 and 2, it was found that side etching can be suppressed by performing plasma treatment without optimizing the wet etching solution.
(実験例3)
PZTからなる圧電体膜を厚さ0.8μmで形成した。この圧電体膜に対し、プラズマ生成ガスとして塩素ガスのみを導入し(流量100sccm)、チャンバー内圧力0.5Pa、放電電力1000W、バイアス電力100Wとしてプラズマ処理を15秒行った。
次に、ノボラック樹脂からなるレジスト膜を公知の方法で形成し、パターニングした。このレジスト膜をマスクとして圧電体膜をウェットエッチング液として塩酸及びフッ酸を主成分とする混合液によりウェットエッチングしてサイドエッチング量を調べた。サイドエッチング量は、プラズマ処理を行わなかった場合のサイドエッチング量を基準とすると62%であり、プラズマ処理によりサイドエッチングを抑制することができることが確認された。即ち、ウェットエッチング液として塩酸及びフッ酸を主成分とする混合液は、通常PZT用のウェットエッチング液として最適化されたものであるが、プラズマ処理によりこのようなウェットエッチング液についてもさらにサイドエッチングを抑制することができた。
(Experimental example 3)
A piezoelectric film made of PZT was formed with a thickness of 0.8 μm. For this piezoelectric film, only chlorine gas was introduced as a plasma generation gas (flow rate 100 sccm), and plasma treatment was performed for 15 seconds with a chamber internal pressure of 0.5 Pa, a discharge power of 1000 W, and a bias power of 100 W.
Next, a resist film made of a novolak resin was formed by a known method and patterned. Using this resist film as a mask, the piezoelectric film was used as a wet etching solution and wet etching was performed using a mixed solution mainly composed of hydrochloric acid and hydrofluoric acid, and the side etching amount was examined. The side etching amount is 62% based on the side etching amount when the plasma treatment is not performed, and it was confirmed that the side etching can be suppressed by the plasma treatment. That is, a mixed liquid mainly composed of hydrochloric acid and hydrofluoric acid as a wet etching liquid is usually optimized as a wet etching liquid for PZT, but such a wet etching liquid is further subjected to side etching by plasma treatment. Could be suppressed.
(実験例4)
実験例3とはプラズマ生成ガスとして酸素ガスのみを導入し(流量100sccm)、チャンバー内圧力0.5Pa、放電電力1000W、バイアス電力100Wとしてプラズマ処理を15秒行う点以外は同一としてサイドエッチング量を調べた。得られたサイトエッチング量は、プラズマ処理を行わなかった場合のサイドエッチング量を基準とすると実験例2のサイドエッチング量を基準とすると73%であり、プラズマ処理によりサイドエッチングを抑制することができることが確認された。このように、酸素ガスは塩素ガスに次ぐサイドエッチングの抑制効果があることが分かった。
(Experimental example 4)
The side etching amount is the same as in Experimental Example 3 except that only oxygen gas is introduced as the plasma generation gas (flow rate 100 sccm), the chamber pressure is 0.5 Pa, the discharge power is 1000 W, and the bias power is 100 W. Examined. The amount of site etching obtained is 73% based on the amount of side etching in Example 2 when the amount of side etching without plasma treatment is used as a reference, and the side etching can be suppressed by plasma treatment. Was confirmed. Thus, it has been found that oxygen gas has an effect of suppressing side etching next to chlorine gas.
(実験例5)
実験例3とはプラズマ生成ガスとして四フッ化炭素ガスのみを導入し(流量100sccm)、チャンバー内圧力0.5Pa、放電電力1000W、バイアス電力100Wとしてプラズマ処理を15秒行う点以外は同一としてサイドエッチング量を調べた。得られたサイドエッチング量は、プラズマ処理を行わなかった場合のサイドエッチング量を基準とすると79%であり、プラズマ処理によりサイドエッチングを抑制することができることが確認された。
(Experimental example 5)
It is the same as Experimental Example 3 except that only carbon tetrafluoride gas is introduced as the plasma generation gas (flow rate 100 sccm), and the plasma treatment is performed for 15 seconds with a chamber internal pressure of 0.5 Pa, a discharge power of 1000 W, and a bias power of 100 W. The etching amount was examined. The obtained side etching amount was 79% based on the side etching amount when the plasma treatment was not performed, and it was confirmed that the side etching can be suppressed by the plasma treatment.
(実験例6)
実験例3とはプラズマ生成ガスとしてアルゴンガスのみを導入し(流量100sccm)、チャンバー内圧力0.5Pa、放電電力1000W、バイアス電力100Wとしてプラズマ処理を15秒行う点以外は同一としてサイドエッチング量を調べた。得られたサイドエッチング量は、プラズマ処理を行わなかった場合のサイドエッチング量を基準とすると87%であり、プラズマ処理によりサイドエッチングを抑制することができることが確認された。
(Experimental example 6)
The side etching amount is the same as in Experimental Example 3 except that only argon gas is introduced as the plasma generation gas (flow rate: 100 sccm), the chamber pressure is 0.5 Pa, the discharge power is 1000 W, and the bias power is 100 W. Examined. The obtained side etching amount was 87% based on the side etching amount when the plasma treatment was not performed, and it was confirmed that the side etching can be suppressed by the plasma treatment.
(実験例7)
実験例4とはバイアス電力を印加せずにプラズマ処理を15秒行った点以外は全て同一でサイドエッチング量を調べた。得られたサイトエッチング量は、得られたサイドエッチング量は、プラズマ処理を行わなかった場合のサイドエッチング量を基準とすると88%であり、プラズマ処理によりサイドエッチングを抑制することができることが確認され、かつ、バイアス電力がある方が好ましいことが分かった。
(Experimental example 7)
The side etching amount was examined in the same manner as in Experimental Example 4 except that the plasma treatment was performed for 15 seconds without applying bias power. The obtained site etching amount was 88% based on the side etching amount when the plasma treatment was not performed, and it was confirmed that the side etching can be suppressed by the plasma treatment. It was also found that it is preferable to have a bias power.
(実験例8)
実験例3とはバイアス電力を印加せずにプラズマ処理を15秒行った点以外は全て同一でサイドエッチング量を調べた。得られたサイトエッチング量は、得られたサイドエッチング量は、プラズマ処理を行わなかった場合のサイドエッチング量を基準とすると92%であり、プラズマ処理によりサイドエッチングを抑制することができることが確認され、かつ、バイアス電力がある方が好ましいことが分かった。
(Experimental example 8)
The side etching amount was examined in the same manner as in Experimental Example 3 except that the plasma treatment was performed for 15 seconds without applying bias power. The obtained site etching amount was 92% based on the side etching amount when the plasma treatment was not performed, and it was confirmed that the side etching can be suppressed by the plasma treatment. It was also found that it is preferable to have a bias power.
以上の実験例から、プラズマ処理によりサイドエッチングを抑制できることが確認された。 From the above experimental examples, it was confirmed that side etching can be suppressed by plasma treatment.
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the basic composition of this invention is not limited to what was mentioned above.
例えば、インクジェット式記録ヘッドIは、例えば、図13に示すように、インクジェット式記録装置IIに搭載される。インクジェット式記録ヘッドIを有する記録ヘッドユニット1は、インク供給手段を構成するカートリッジ2が着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1を搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動可能に設けられている。この記録ヘッドユニット1は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を噴射する。 For example, the ink jet recording head I is mounted on an ink jet recording apparatus II, for example, as shown in FIG. A recording head unit 1 having an ink jet recording head I is provided with a cartridge 2 constituting an ink supply means in a detachable manner. A carriage 3 on which the recording head unit 1 is mounted is a carriage shaft 5 attached to an apparatus body 4. Are provided so as to be movable in the axial direction. The recording head unit 1 ejects, for example, a black ink composition and a color ink composition.
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1を搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。 Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head unit 1 is mounted is moved along the carriage shaft 5. On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S that is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is wound around the platen 8. It is designed to be transported.
そして本発明では、上述のようにインクジェット式記録ヘッドIを構成する圧電素子300の破壊を抑制しつつ噴射特性の均一化を図ることができる。結果として、印刷品質を向上し耐久性を高めたインクジェット式記録装置IIを実現することができる。 In the present invention, it is possible to make the ejection characteristics uniform while suppressing the breakage of the piezoelectric element 300 constituting the ink jet recording head I as described above. As a result, it is possible to realize an ink jet recording apparatus II with improved printing quality and improved durability.
なお、上述した例では、インクジェット式記録装置IIとして、インクジェット式記録ヘッドIがキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、その構成は特に限定されるものではない。インクジェット式記録装置IIは、例えば、インクジェット式記録ヘッドIを固定し、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。 In the above-described example, the ink jet recording apparatus II has been exemplified in which the ink jet recording head I is mounted on the carriage 3 and moves in the main scanning direction, but the configuration is not particularly limited. The ink jet recording apparatus II may be, for example, a so-called line recording apparatus that performs printing by fixing the ink jet recording head I and moving a recording sheet S such as paper in the sub-scanning direction.
また、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて本発明を説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド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、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッドの他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)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が挙げられる。 In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking an ink jet recording head as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads. Examples of the liquid ejecting head include various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used for manufacturing color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
さらに本発明は、このような液体噴射ヘッド(インクジェット式記録ヘッド)だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエーター装置に適用することができる。本発明により製造された圧電素子を用いるアクチュエーター装置は、例えば、超音波トランスデューサー、焦電センサーのような各種センサー類等にも適用することができる。 Furthermore, the present invention can be applied not only to such a liquid jet head (inkjet recording head) but also to an actuator device mounted on any device. The actuator device using the piezoelectric element manufactured according to the present invention can be applied to various sensors such as an ultrasonic transducer and a pyroelectric sensor.
I インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 II インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、 10 流路形成基板、 11 隔壁、 12 圧力発生室、 13 インク供給路、 14 連通路、 15 連通部、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 圧電素子保持部、 32 マニホールド部、 33 貫通孔、 35 接着剤、 40 コンプライアンス基板、 41 封止膜、 42 固定板、 43 開口部、 50 振動板、 51 弾性膜、 52 絶縁体膜、 60 第1電極、 70 圧電体層、 71 凹部、 73 圧電体前駆体膜、 74 圧電体膜、 75 プラズマ処理膜、 80 第2電極、 90 リード電極、 100 マニホールド、 300 圧電素子、 320 能動部 I ink jet recording head (liquid ejecting head), II ink jet recording apparatus (liquid ejecting apparatus), 10 flow path forming substrate, 11 partition, 12 pressure generating chamber, 13 ink supply path, 14 communication path, 15 communication section, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection substrate, 31 Piezoelectric element holding portion, 32 Manifold portion, 33 Through hole, 35 Adhesive, 40 Compliance substrate, 41 Sealing film, 42 Fixing plate, 43 Opening portion, 50 Vibration plate, 51 elastic film, 52 insulator film, 60 first electrode, 70 piezoelectric layer, 71 recess, 73 piezoelectric precursor film, 74 piezoelectric film, 75 plasma treatment film, 80 second electrode, 90 lead electrode, 100 manifold , 300 piezoelectric element, 320 active part
Claims (9)
前記圧電素子の圧電体からなる圧電体膜を形成する工程と、
前記圧電体膜の所定位置に対してプラズマ処理を行う工程と、
前記圧電体膜をウェットエッチングによりパターニングする工程と、を含む
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 Manufacturing of a liquid ejecting head comprising a flow path forming substrate provided with a liquid flow path communicating with a nozzle opening for discharging a liquid, and a piezoelectric element provided on the flow path forming substrate and applying pressure to the liquid flow path A method,
Forming a piezoelectric film made of a piezoelectric body of the piezoelectric element;
Performing a plasma treatment on a predetermined position of the piezoelectric film;
And a step of patterning the piezoelectric film by wet etching.
ことを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein a bias voltage is applied to the piezoelectric film during the plasma processing.
前記プラズマ処理において導入するガスが酸素を含有するガスである
ことを特徴とする請求項1又は2記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 The piezoelectric film is made of a metal oxide,
3. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the gas introduced in the plasma processing is a gas containing oxygen.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, further comprising a step of heating the piezoelectric film after the wet etching.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 5. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric film is made of any one of lead zirconate titanate, barium titanate, and iron titanate.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the wet etching solution used for the wet etching contains at least one of hydrochloric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the predetermined position is near a region where a mask is provided when the wet etching of the piezoelectric film is performed.
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein a mask provided when performing the wet etching is made of an organic material.
前記圧電体膜を形成する工程と、
前記圧電体膜の所定位置に対してプラズマ処理を行う工程と、
前記圧電体膜をウェットエッチングによりパターニングする工程と、を含む
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
A method for manufacturing a piezoelectric element comprising: a piezoelectric film made of a piezoelectric body; and a first electrode and a second electrode provided on both sides of the piezoelectric film,
Forming the piezoelectric film;
Performing a plasma treatment on a predetermined position of the piezoelectric film;
And a step of patterning the piezoelectric film by wet etching.
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