JP2007173690A - Method of manufacturing stacked electrode, actuator device and manufacturing method thereof, and liquid jetting head - Google Patents
Method of manufacturing stacked electrode, actuator device and manufacturing method thereof, and liquid jetting head Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007173690A JP2007173690A JP2005371982A JP2005371982A JP2007173690A JP 2007173690 A JP2007173690 A JP 2007173690A JP 2005371982 A JP2005371982 A JP 2005371982A JP 2005371982 A JP2005371982 A JP 2005371982A JP 2007173690 A JP2007173690 A JP 2007173690A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- adhesion layer
- layer
- manufacturing
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、基板上に形成される積層電極の製造方法、圧電素子の電極として積層電極を適用した圧電素子を有するアクチュエータ装置及びその製造方法、並びにアクチュエータ装置を液体噴射手段として備えた液体噴射ヘッドに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a laminated electrode formed on a substrate, an actuator device having a piezoelectric element to which the laminated electrode is applied as an electrode of a piezoelectric element, a method for manufacturing the actuator device, and a liquid ejecting head including the actuator device as a liquid ejecting means. About.
電圧を印加することにより変位する圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、例えば、液滴を噴射する液体噴射ヘッド等に搭載される。このような液体噴射ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室等が設けられた流路形成基板上に振動板介して下電極、圧電体層、及び上電極からなる圧電素子が設けられ、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知られている。 An actuator device including a piezoelectric element that is displaced by applying a voltage is mounted on, for example, a liquid ejecting head that ejects droplets. As such a liquid ejecting head, for example, a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode is provided via a vibration plate on a flow path forming substrate provided with a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening. There is also known an ink jet recording head in which a diaphragm is deformed by a piezoelectric element to pressurize ink in a pressure generating chamber and eject ink droplets from nozzle openings.
また、圧電素子を備えたインクジェット式記録ヘッドとしては、酸化ジルコニウム(ZrO2)層上に拡散防止性金属を含む合金で形成された密着層と、密着層上に形成された下部電極と、下部電極上に形成された圧電体層と、圧電体層上に形成された上部電極とを有する電気機械変更素子を備えたヘッドが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 An ink jet recording head provided with a piezoelectric element includes an adhesion layer formed of an alloy containing a diffusion preventing metal on a zirconium oxide (ZrO 2 ) layer, a lower electrode formed on the adhesion layer, There has been proposed a head including an electromechanical change element having a piezoelectric layer formed on an electrode and an upper electrode formed on the piezoelectric layer (see, for example, Patent Document 1).
このようなインクジェット式記録ヘッドにおいては、例えば、圧電素子上からウェットエッチングによりパターン形成を行う成膜プロセスによって金属配線や絶縁膜等を形成する際、密着層と下部電極との端面が露出していると、密着層と下部電極との間で電食が生じ、電食によって下部電極の密着性が低下するという問題がある。また、下部電極が、下地から剥がれてしまうと、ヘッド故障等の原因となるため好ましくない。 In such an ink jet recording head, for example, when a metal wiring or an insulating film is formed by a film forming process in which a pattern is formed by wet etching on a piezoelectric element, the end surfaces of the adhesion layer and the lower electrode are exposed. If so, there is a problem that electrolytic corrosion occurs between the adhesion layer and the lower electrode, and the adhesion of the lower electrode is reduced by electrolytic corrosion. Further, if the lower electrode is peeled off from the base, it may cause a head failure or the like, which is not preferable.
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子だけでなく、圧電素子を有するアクチュエータ装置や、各種電子機器の電極形成等においても同様に存在する。 Such a problem exists not only in a piezoelectric element mounted on an ink jet recording head but also in an actuator device having a piezoelectric element, electrode formation of various electronic devices, and the like.
本発明はこのような事情に鑑み、優れた密着性を有する積層電極の製造方法、アクチュエータ装置及びその製造方法、並びに液体噴射ヘッド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 laminated electrode having excellent adhesion, an actuator device, a method for manufacturing the same, and a liquid jet head.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、基板上に密着性金属からなる密着層を形成すると共に前記密着層上に導体層を積層して積層電極を形成する工程と、前記密着層の端面を含む表面が露出した状態でウェットエッチングによりパターン形成を行う成膜プロセスによって前記基板上に所定の機能性膜を形成する工程とを有し、前記機能性膜を形成する工程前に、露出した前記密着層の端面を含む表面に絶縁化処理を施すことを特徴とする積層電極の製造方法にある。
かかる第1の態様では、機能性膜を形成する工程前に、露出した密着層の端面を含む表面に予め絶縁化処理が施されているので、成膜プロセスにおいて密着層と導体層との間で電食が生じるのを確実に防止することができ、密着性に優れた積層電極を製造することができる。
The first aspect of the present invention that solves the above-described problems includes a step of forming an adhesion layer made of an adhesive metal on a substrate and laminating a conductor layer on the adhesion layer to form a laminated electrode, and the adhesion layer Forming a predetermined functional film on the substrate by a film forming process in which pattern formation is performed by wet etching in a state where the surface including the end face is exposed, and before the step of forming the functional film, In the method for manufacturing a laminated electrode, the insulating surface is subjected to an insulating process including the exposed end face of the adhesion layer.
In this first aspect, since the surface including the end face of the exposed adhesion layer is preliminarily insulated before the step of forming the functional film, the gap between the adhesion layer and the conductor layer is formed in the film formation process. Thus, it is possible to reliably prevent the occurrence of electrolytic corrosion, and it is possible to manufacture a laminated electrode having excellent adhesion.
本発明の第2の態様は、基板上に密着性金属からなる密着層を形成すると共に前記密着層上に導体層を積層して積層電極からなる下電極を形成し、前記下電極上に圧電体層、上電極を積層して圧電素子を形成する工程と、前記密着層の端面を含む表面が露出した状態でウェットエッチングによりパターン形成を行う成膜プロセスによって前記基板上に所定の機能性膜を形成する工程とを有し、前記機能性膜を形成する工程前に、露出した前記密着層の端面を含む表面に絶縁化処理を施すことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第2の態様では、機能性膜を形成する工程前に、露出した密着層の端面を含む表面に予め絶縁化処理が施されているので、成膜プロセスにおいて密着層と導体層との間で電食が生じるのを確実に防止することができ、密着性に優れた下電極を有するアクチュエータ装置を製造することができる。
According to a second aspect of the present invention, an adhesive layer made of an adhesive metal is formed on a substrate, a conductor layer is laminated on the adhesive layer to form a lower electrode made of a laminated electrode, and a piezoelectric layer is formed on the lower electrode. A predetermined functional film is formed on the substrate by a step of forming a piezoelectric element by laminating a body layer and an upper electrode, and a film forming process in which a pattern is formed by wet etching with the surface including the end face of the adhesion layer exposed. And a step of insulating the exposed surface including the end face of the adhesion layer before the step of forming the functional film.
In the second aspect, since the surface including the end face of the exposed adhesion layer is preliminarily insulated before the step of forming the functional film, the gap between the adhesion layer and the conductor layer is formed in the film formation process. Thus, it is possible to reliably prevent the occurrence of electrolytic corrosion, and it is possible to manufacture an actuator device having a lower electrode with excellent adhesion.
本発明の第3の態様は、前記密着層の端面を含む表面に絶縁化処理として酸化処理を施すことを特徴とする第2の態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第3の態様では、酸化処理によって密着層の端面を含む表面を良好に絶縁化処理することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing an actuator device according to the second aspect, the surface including the end face of the adhesion layer is subjected to an oxidation treatment as an insulation treatment.
In the third aspect, the surface including the end face of the adhesion layer can be satisfactorily insulated by oxidation treatment.
本発明の第4の態様は、前記密着層の端面を含む表面への酸化処理を熱酸化とし且つ前記酸化処理を前記圧電素子の形成後に行うと共に前記密着層の端面を含む表面を熱酸化する際の加熱温度を前記圧電体層の形成時の焼成温度以下とすることを特徴とする第2又は3の態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第4の態様では、酸化処理によって圧電体層が破壊されるのを確実に防止することができる。
In a fourth aspect of the present invention, the oxidation treatment to the surface including the end face of the adhesion layer is thermal oxidation, the oxidation treatment is performed after the formation of the piezoelectric element, and the surface including the end face of the adhesion layer is thermally oxidized. In the method for manufacturing an actuator device according to the second or third aspect, the heating temperature at the time is set to be equal to or lower than a firing temperature at the time of forming the piezoelectric layer.
In the fourth aspect, the piezoelectric layer can be reliably prevented from being destroyed by the oxidation treatment.
本発明の第5の態様は、前記下電極上に形成される前記圧電体層、及び前記上電極をドライエッチングでパターニングすることにより所定形状の前記圧電素子を形成することを特徴とする第2〜4の何れかの態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第5の態様では、圧電素子のパターニングにより露出した密着層の端面を含む表面に予め絶縁化処理が施されるので、成膜プロセスにおいて密着層と導体層との間で電食が生じるのを確実に防止することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, the piezoelectric element having a predetermined shape is formed by patterning the piezoelectric layer formed on the lower electrode and the upper electrode by dry etching. The method of manufacturing an actuator device according to any one of the aspects -4.
In the fifth aspect, since the insulating process is performed in advance on the surface including the end face of the adhesion layer exposed by patterning of the piezoelectric element, electrolytic corrosion occurs between the adhesion layer and the conductor layer in the film forming process. Can be reliably prevented.
本発明の第6の態様は、前記機能性膜として、無機絶縁材料からなり前記圧電素子を覆う絶縁膜、又は金属材料からなり前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成することを特徴とする第5の態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第6の態様では、絶縁膜又はリード電極を形成する際に密着層と導体層との間で電食が生じるのを確実に防止することができる。
In a sixth aspect of the present invention, the functional film is formed of an insulating film made of an inorganic insulating material and covering the piezoelectric element, or a lead electrode made of a metal material and drawn from the piezoelectric element. The method of manufacturing the actuator device according to the fifth aspect.
In the sixth aspect, it is possible to reliably prevent the occurrence of electrolytic corrosion between the adhesion layer and the conductor layer when forming the insulating film or the lead electrode.
本発明の第7の態様は、前記圧電体層を形成する焼成時に前記導体層に拡散し難い材料で前記密着層を形成することを特徴とする第2〜6の何れかの態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第7の態様では、密着層の金属成分が導体層に拡散し難くなり、下電極の密着性を十分に確保することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the actuator device according to any one of the second to sixth aspects, the adhesion layer is formed of a material that is difficult to diffuse into the conductor layer during firing to form the piezoelectric layer. It is in the manufacturing method.
In the seventh aspect, the metal component of the adhesion layer is difficult to diffuse into the conductor layer, and the adhesion of the lower electrode can be sufficiently ensured.
本発明の第8の態様は、Ta、Zr、W、Ni、Hf、Nb、Mo、Coからなる群から選択される少なくとも1種の材料で前記密着層を形成することを特徴とする第2〜7の何れかの態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第8の態様では、優れた密着性を有する下電極を形成することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, the adhesion layer is formed of at least one material selected from the group consisting of Ta, Zr, W, Ni, Hf, Nb, Mo, and Co. It exists in the manufacturing method of the actuator apparatus of any aspect of -7.
In the eighth aspect, a lower electrode having excellent adhesion can be formed.
本発明の第9の態様は、基板上に設けられた下電極、圧電体層、上電極からなる圧電素子を具備し、前記下電極が、前記基板上に設けられた密着性金属からなる密着層と前記密着層上に設けられた導体層とで構成される積層電極からなり、前記基板上には、ウェットエッチングによりパターン形成を行う成膜プロセスによって成膜された所定の機能性膜が設けられ、前記機能性膜の形成前の状態で露出した前記密着層の端面を含む表面には、絶縁化処理が施されて絶縁処理膜が設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第9の態様では、優れた密着性を有する下電極となるため、高い信頼性を有するアクチュエータ装置を提供することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on a substrate, wherein the lower electrode is an adhesive made of an adhesive metal provided on the substrate. And a predetermined functional film formed by a film forming process in which a pattern is formed by wet etching on the substrate. The actuator device is characterized in that an insulating treatment film is provided on a surface including an end face of the adhesion layer exposed in a state before the functional film is formed.
In the ninth aspect, since the lower electrode has excellent adhesion, an actuator device having high reliability can be provided.
本発明の第10の態様は、第9の態様に記載のアクチュエータ装置を、ノズル開口から液体を噴射させる液体噴射手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第10の態様では、高い信頼性を有する液体噴射ヘッドを提供することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a liquid ejecting head including the actuator device according to the ninth aspect as a liquid ejecting unit that ejects a liquid from a nozzle opening.
In the tenth aspect, a liquid jet head having high reliability can be provided.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びそのA−A′断面図であり、図3は、図2(a)のB−B′の要部拡大断面図である。図示するように、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、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ0.5〜2μmの弾性膜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。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して連通されている。なお、連通部13は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 and a sectional view taken along line AA ′, and FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of BB ′ in FIG. As shown in the drawing, the flow
また、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14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、後述するマスク膜52を介して接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]である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などからなる。
Further, a
一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO2)等からなり厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が積層形成されている。また、この絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.1〜0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約0.5〜5μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とからなる圧電素子300が形成されている。
On the other hand, an
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、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。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。何れの場合においても、圧力発生室12毎に圧電体能動部が形成されていることになる。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が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜50及び絶縁体膜55を設けずに、下電極膜60のみが振動板として作用するようにしてもよい。
In general, one electrode of the
また、このような各圧電素子300の上電極膜80には、本実施形態では、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が設けられている。具体的には、各圧電素子300のそれぞれにリード電極90が接続され、これら各リード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。なお、このリード電極90は、詳細は後述するが、電解液であるエッチング液を用いたウェットエッチングにより所定形状にパターン形成されたものであり、配線として機能する機能性膜である。
Further, in the present embodiment, a
さらに、本実施形態では、下電極膜60を複数の圧電素子300の並設方向に亘って設け、下電極膜60の圧力発生室12の長手方向の端部を、圧力発生室12に相対向する位置となるように設けた。また、圧電体層70は、下電極膜60の圧力発生室12の長手方向の端部を覆って絶縁体膜55上に達するまで延設されている。
Furthermore, in this embodiment, the
圧電素子300の下電極膜60は、図3に示すように、本実施形態では、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55上に形成された密着性金属からなる密着層61と、この密着層61上の全面に形成された導体層62とで構成された2層構造の積層電極である。
As shown in FIG. 3, the
ここで、密着層61を形成する密着性金属としては、圧電体層70の形成時の焼成温度で導体層62に拡散し難い高融点金属材料で、且つ圧電体層70の焼成温度以下の温度で熱酸化する材料であるのが好ましい。具体的には、例えば、Ta、Zr、W、Ni、Hf、Nb、Mo、Coからなる群から選択される少なくとも1種の材料を用いるのが好ましい。これにより、密着層61の金属成分が導体層62に拡散することが抑えられ、下電極膜60の密着性を十分に確保することができる。一方、導体層62を形成する金属材料としては、例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os),レニウム(Re),ロジウム(Rh),パラジウム(Pd)等の白金族が挙げられる。本実施形態では、密着層61をZrで形成し、導体層62をPtで形成した。勿論、本発明において密着層61及び導体層62を形成する材料は、上述した材料に限定されるものではない。
Here, the adhesive metal that forms the
そして、本実施形態では、所定形状のリード電極90を形成する前、すなわち、各圧力発生室12毎に圧電素子300を形成した後で且つ成膜及びウェットエッチングによりパターン形成する成膜プロセスによりリード電極90を形成する工程前に、その時点で露出状態となった密着層61の端面を含む表面(露出表面)61aに、所定の絶縁化処理が施されて絶縁処理膜63が設けられている。
In this embodiment, the lead is formed by a film formation process in which a pattern is formed by film formation and wet etching before the
より詳細には、本実施形態では、上述したように、下電極膜60が複数の圧電素子300の並設方向に亘って設けられ且つ圧電体層70が下電極膜60の圧力発生室12の長手方向の端部を覆って絶縁体膜55上に達するまで延設されている。このような構造においては、密着層61の一部の端面(圧電体層70で覆われていない領域の端面)、及び隣り合う圧電素子300の間の領域に対応する密着層61の上面が露出している。そして、本実施形態では、このように露出した密着層61の表面61aに絶縁化処理として熱酸化処理が施されてZr酸化物からなる絶縁処理膜63が設けられている。
More specifically, in the present embodiment, as described above, the
このように、本実施形態では、リード電極90が形成される前の状態で露出した密着層61の表面61aに絶縁処理膜63が設けられているので、詳細は後述するが、リード電極90を形成する際に用いる電解液であるエッチング液が導電性を有する密着層61に直接接触することがない。このため、密着層61と導体層62との間で電食が生じることがない。これにより、絶縁体膜55と下電極膜60との密着性を十分に確保することができ、ヘッド故障を防止して、ヘッドの信頼性を高めることができる。
As described above, in this embodiment, since the insulating
なお、絶縁処理膜63は、電解液であるエッチング液に曝されて厚さ方向に膜減りが生じない膜であるのが好ましいが、エッチング液によって多少の膜減りが生じるような場合でも、導電性を有する密着層61がエッチング液に曝されない程度の膜厚で絶縁処理膜63を形成すればよい。
The insulating
このような下電極膜60上に形成される圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料に、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(Sc1/3Ta2/3)O3−PbTiO3(PST−PT)、Pb(Sc1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PSN−PT)、BiScO3−PbTiO3(BS−PT)、BiYbO3−PbTiO3(BY−PT)等が挙げられる。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)法等を用いてもよい。
Examples of the material of the
また、圧電素子300が形成された流路形成基板10上、すなわち、下電極膜60、絶縁体膜55、弾性膜50及びリード電極90上には、圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部31を有する保護基板30が、接着剤層35を介して接合されている。なお、圧電素子保持部31は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
Further, on the flow
さらに、保護基板30には、連通部13に対向する領域にリザーバ部32が設けられており、このリザーバ部32は、上述したように、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100を構成している。また、保護基板30の圧電素子保持部31とリザーバ部32との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられ、この貫通孔33内に下電極膜60の一部及びリード電極90の先端部が露出され、これら下電極膜60及びリード電極90には、図示しないが、駆動ICから延設される接続配線の一端が接続される。
Further, the
保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
As the
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。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部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(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板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となっているため、リザーバ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
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、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、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。
In such an ink jet recording head of this embodiment, after taking ink from an external ink supply means (not shown) and filling the interior from the
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図4〜図8を参照して説明する。なお、図4〜図8は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。まず、図4(a)に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜51を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
Here, a method of manufacturing the ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 4 to 8 are sectional views of the
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、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, an
次に、図4(c)に示すように、絶縁体膜55の前面に、例えば、ジルコニウム(Zr)からなる密着層61を形成し、この密着層61上に白金(Pt)からなる導体層62を形成した。
Next, as shown in FIG. 4C, an
次に、下電極膜60上に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層70を形成する。なお、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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を形成した。また、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)法等を用いてもよい。
Next, a
圧電体層70の形成手順の一例としては、まず、図5(a)に示すように、下電極膜60上にPZT前駆体膜である圧電体前駆体膜71を成膜する。すなわち、流路形成基板用ウェハ110上に金属有機化合物を含むゾル(溶液)を塗布する。次いで、圧電体前駆体膜71を、所定温度に加熱して一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜71を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜71を脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等として離脱させることである。
As an example of a procedure for forming the
そして、図5(b)に示すように、この圧電体前駆体膜71を拡散炉又はRTP(Rapid Thermal Processing)装置等で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜72を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜71を焼成することで結晶が成長して圧電体膜72が形成される。なお、焼成温度は、650〜850℃であることが好ましく、例えば、約700℃で30分間、圧電体前駆体膜71を焼成して圧電体膜72を形成する。なお、このように形成した圧電体膜72の結晶は(100)面に優先配向する。その後、このようにして形成された圧電体膜72と、その下地である下電極膜60とを所定形状にパターニングする。
Then, as shown in FIG. 5B, the
さらに、上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、図5(c)に示すように、例えば、5層の圧電体膜72を形成し、所定厚さの圧電体層70を形成する。なお、このように複数回焼成を行って圧電体層70を形成する場合には、トータルの焼成(加熱)時間を、0.5〜3時間以内とするのが好ましい。
Further, by repeating the above-described coating, drying, degreasing, and firing steps a plurality of times, for example, as shown in FIG. 5C, a five-
次に、このように圧電体層70を形成した後は、図6(a)に示すように、例えば、イリジウム(Ir)からなる上電極膜80を流路形成基板用ウェハ110の全面に形成する。次いで、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に積層された圧電体層70及び上電極膜80を、例えば、イオンミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチングを用いて各圧力発生室12となる領域にパターニングすることにより、各圧力発生室12となる領域のそれぞれに対応して圧電素子300を形成する。
Next, after the
このように、圧電素子300をパターニングした後の状態では、圧電素子300で覆われていない密着層61の端面、及び隣り合う圧電素子300の間の領域に対応する密着層61の上面が露出した状態となる。
Thus, in the state after patterning the
次いで、図6(c)に示すように、密着層61の端面を含む表面61aに絶縁化処理を施す。具体的には、ドライエッチングでのパターニングによって所定形状の圧電素子300を形成後に露出した状態の密着層61の端面を含む表面61aに絶縁処理膜63を形成する。例えば、本実施形態では、酸素雰囲気で約650℃で5分間加熱することにより、密着層61の端面を含む表面61aを熱酸化してZr酸化物からなる絶縁処理膜63を形成する。なお、上電極膜80は、Irで形成されているため、ここでの加熱処理によって殆ど酸化することはない。すなわち、上記の熱酸化条件によれば、露出した密着層61の表面61aだけを選択的に熱酸化することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 6C, an insulating process is performed on the
ここで、密着層61の表面61aを熱酸化する条件としては、圧電体層70を形成する際の焼成温度以下、具体的には、約850℃以下にするのが好ましい。なお、本実施形態では圧電体層70の形成時の焼成温度を700℃としたので、700℃以下に設定している。これは、絶縁処理膜63を形成する際に、圧電体層70が熱により破壊されるのを防止するためである。また、本実施形態では、密着層61の表面61aを熱酸化して絶縁処理膜63を形成したが、勿論これに限定されず、陽極酸化等の絶縁化処理を施して絶縁処理膜を形成してもよい。なお、絶縁処理膜63は、後述する成膜プロセスにおいて、エッチング液(電解液)に曝されても、密着層61と導体層62との導通を確実に遮断できる程度の絶縁性を有する膜で形成されている。
Here, the condition for thermally oxidizing the
次いで、リード電極90を形成する。具体的には、図7(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなる金属層91を形成する。その後、金属層91上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を形成し、このマスクパターンを介して金属層91を、所定の電解液からなるエッチング液によりウェットエッチングして各圧電素子300毎にパターニングする。その後、マスクパターンを除去することにより、リード電極90が形成される。なお、リード電極90としては、密着層とこの密着層上に形成される導体層とで構成された2層構造の積層電極としてもよい。
Next, the
ここで、本実施形態では、密着層61の表面に予め絶縁処理膜63を形成しているため、リード電極90を形成する際に用いる電解液であるエッチング液は、密着層61の絶縁処理膜63に接触するが、導電性を有する密着層61には接触しない。このため、密着層61と導体層62との間で電食が生じることを確実に防止することができる。これにより、絶縁体膜55と下電極膜60との密着性を十分に確保することができ、リード電極90の形成後において下電極膜60の剥がれ等が発生することがない。したがって、密着性に優れた下電極膜60及び圧電素子300を形成することができ、ヘッド故障を防止して、ヘッドの信頼性を高めることができる。
Here, in this embodiment, since the insulating
次に、図7(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の圧電素子300側に、接着剤層35を介して、シリコンウェハであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハ130を接合する。なお、この保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ130を接合することによって流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。
Next, as shown in FIG. 7B, a protective substrate wafer that is a silicon wafer and serves as a plurality of
次いで、図7(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。例えば、本実施形態では、約70μm厚になるように流路形成基板用ウェハ110をエッチング加工した。
Next, as shown in FIG. 7C, after the flow path forming
次いで、図8(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)からなるマスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜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することにより、図8(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。
Next, as shown in FIG. 8A, a
なお、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、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、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
After that, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming
(他の実施形態)
以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した一実施形態では、下電極膜60を圧電素子300の並設方向に亘って連続的に設けたヘッド構造について説明したが、勿論これに限定されず、例えば、図9に示すように、各圧力発生室12に対向する領域に下電極膜60A、圧電体層70、及び上電極膜80を積層した圧電素子300Aをそれぞれ設けると共に、各圧力発生室12に対向する領域において圧電素子300Aの並設方向に下電極膜60Aを不連続としたヘッド構造にも本発明を適用することができる。この場合には、所定形状のリード電極90を形成する前、すなわち、各圧力発生室12毎に圧電素子300Aを形成した後で且つ成膜及びウェットエッチングによりパターン形成する成膜プロセスによりリード電極90を形成する工程前に、圧電素子300Aの幅方向両側で露出した下電極膜60Aの密着層61Aの端面に絶縁処理膜63Aを設けるようにする。これにより、上述した実施形態と同様に、リード電極90を形成する際に密着層61Aと導体層62Aとの間で電食が生じることがないため、下電極膜60A及び圧電素子300Aの密着性を十分に確保することができる。なお、図9は、本発明の他の実施形態に係る圧電素子の幅方向の要部拡大断面図である。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on one Embodiment, this invention is not limited to one Embodiment mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the head structure in which the
また、上述した一実施形態では、下電極膜60を積層電極の一例とし、機能性膜としてリード電極90を例示して説明したが、勿論これに限定されず、本発明は、密着層と導体層とからなるリード電極を形成した後に、この上からアルミナ等からなる保護膜を電解液のウェットエッチングによりパターン形成する場合においても適用可能である。また、圧電素子を形成後で且つリード電極形成前に、この圧電素子を覆うようにアルミナ等からなる保護膜を電解液のウェットエッチングによりパターン形成する場合において、保護膜の形成前に、露出した密着層の端面を含む表面に絶縁化処理を施すようにしてもよい。なお、このような場合には、保護膜は、基本的には圧電素子を構成する各層を覆っているが、圧電素子の一端部近傍に対向する領域においては、保護膜にコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールを介してリード電極と圧電素子(上電極膜)とが電気的に接続される。
In the above-described embodiment, the
なお、上述した一実施形態では、酸化処理により絶縁処理膜63を形成したが、勿論これに限定されず、例えば、圧電素子を形成した後で且つ所定の成膜プロセスを実施する前に、密着層の端面に絶縁材料を選択的に供給して絶縁処理膜を形成してもよい。
In the above-described embodiment, the insulating
また、上述した一実施形態では、密着層61上の全面に導体層62を設けたが、例えば、密着層のパターン形状を導体層のパターン形状より大きくしてもよいし、反対に小さくしてもよい。
In the above-described embodiment, the
なお、上述した一実施形態では、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り、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の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各種の記録ヘッド、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(面発光ディスプレー)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が挙げられる。 In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely applied to all liquid ejecting heads, and is a liquid ejecting liquid other than ink. Of course, the present invention can also be applied to an ejection head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (surface emitting 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.
また、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)に液体吐出手段として搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用することができる。例えば、アクチュエータ装置は、上述したヘッドの他に、センサー等にも適用することができる。 The present invention can be applied not only to an actuator device mounted as liquid ejecting means on such a liquid jet head (inkjet recording head) but also to an actuator device mounted on any device. For example, the actuator device can be applied to a sensor or the like in addition to the head described above.
さらに、本発明は、液体噴射ヘッドに利用される圧電素子の製造方法に適用可能であり、また、ヘッドの圧電素子だけでなく、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にも適用可能である。 Furthermore, the present invention is applicable to a method for manufacturing a piezoelectric element used for a liquid ejecting head, and is mounted not only on the piezoelectric element of the head but also on, for example, a microphone, a sounding body, various vibrators, an oscillator, and the like. Is also applicable.
何れにしても、本発明は、上述したものに限定されず、電解液のウェットエッチングによりパターン形成する成膜プロセスに先立って、密着層と導体層との間で電食が生じないように、露出した密着層の端面を含む表面に積極的に絶縁化処理を施すことにより、密着層及び導体層からなる積層電極とその下地との密着性を十分に確保することができるという特異な効果を奏する。 In any case, the present invention is not limited to the above-described one, and prior to the film forming process of forming a pattern by wet etching of the electrolytic solution, so as not to cause electrolytic corrosion between the adhesion layer and the conductor layer. By positively insulating the surface including the end face of the exposed adhesion layer, the unique effect of sufficiently ensuring the adhesion between the laminated electrode composed of the adhesion layer and the conductor layer and the underlying layer can be obtained. Play.
したがって、本発明は、基板上に密着層と導体層とを積層して積層電極を形成した後、密着層の端面を含む表面が露出した状態で電解液を用いたウェットエッチングによりパターン形成を行う成膜プロセスによって基板上に所定の機能性膜を形成する前に、その状態で露出した密着層の端面を含む表面に絶縁化処理を施す工程を有する積層電極の製造方法として広く適用可能である。 Therefore, in the present invention, after forming a laminated electrode by laminating an adhesion layer and a conductor layer on a substrate, pattern formation is performed by wet etching using an electrolytic solution in a state where the surface including the end face of the adhesion layer is exposed. Before forming a predetermined functional film on a substrate by a film forming process, it can be widely applied as a method of manufacturing a laminated electrode having a step of performing an insulation treatment on the surface including the end face of the adhesion layer exposed in that state. .
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 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 リザーバ部、 40 コンプライアンス基板、 60 下電極膜、 61 密着層、 62 導体層、 63 絶縁処理膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
A liquid ejecting head comprising the actuator device according to claim 9 as liquid ejecting means for ejecting liquid from a nozzle opening.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005371982A JP2007173690A (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Method of manufacturing stacked electrode, actuator device and manufacturing method thereof, and liquid jetting head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005371982A JP2007173690A (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Method of manufacturing stacked electrode, actuator device and manufacturing method thereof, and liquid jetting head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007173690A true JP2007173690A (en) | 2007-07-05 |
Family
ID=38299813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005371982A Pending JP2007173690A (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Method of manufacturing stacked electrode, actuator device and manufacturing method thereof, and liquid jetting head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007173690A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012204549A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Seiko Epson Corp | Manufacturing method of piezoelectric element, piezoelectric element, liquid injection head, and liquid injection device |
-
2005
- 2005-12-26 JP JP2005371982A patent/JP2007173690A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012204549A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Seiko Epson Corp | Manufacturing method of piezoelectric element, piezoelectric element, liquid injection head, and liquid injection device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5251031B2 (en) | Piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, sensor | |
JP4367654B2 (en) | Piezoelectric element and liquid jet head | |
JP5083496B2 (en) | Actuator device, liquid jet head, and image recording apparatus | |
JP4501917B2 (en) | Actuator device and liquid jet head | |
JP5024518B2 (en) | Actuator device, liquid jet head, and image recording apparatus | |
JP2008284781A (en) | Liquid ejection head, its manufacturing process, and liquid ejector | |
JP2009214522A (en) | Liquid jet head, method of manufacturing liquid jet head, and liquid jet device | |
JP2007073931A (en) | Actuator equipment, manufacturing method thereof, and liquid injection head and liquid injection equipment | |
JP2006044083A (en) | Liquid jet head and manufacturing method therefor and | |
JP2007175989A (en) | Method for manufacturing liquid jet head | |
JP2009190351A (en) | Manufacturing method of liquid jet head and manufacturing method of piezoelectric element | |
JP4442486B2 (en) | Method for manufacturing liquid jet head | |
JP2007173691A (en) | Method of manufacturing piezoelectric element, actuator device and liquid jetting head | |
JP4337096B2 (en) | Piezoelectric actuator, liquid ejecting apparatus including the same, and method of manufacturing piezoelectric actuator | |
JP2009208411A (en) | Method for manufacturing liquid injection head | |
JP5664410B2 (en) | Method for manufacturing liquid jet head and liquid jet head | |
JP5099303B2 (en) | Liquid ejecting head and manufacturing method thereof | |
JP5157127B2 (en) | Actuator device, manufacturing method thereof, liquid jet head, and liquid jet device | |
JP2007173690A (en) | Method of manufacturing stacked electrode, actuator device and manufacturing method thereof, and liquid jetting head | |
JP4888647B2 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
JP2009016589A (en) | Piezoelectric element, manufacturing method thereof, actuator device, liquid jetting head, and liquid jetting device | |
JP2006082529A (en) | Manufacturing method of liquid ejection head | |
JP2008087271A (en) | Method for manufacturing liquid jetting head | |
JP5256998B2 (en) | Method for manufacturing actuator device and method for manufacturing liquid jet head | |
JP2006264044A (en) | Manufacturing method for actuator device, actuator device, and liquid jet head and liquid jet apparatus |