JP2007201496A

JP2007201496A - Heating device

Info

Publication number: JP2007201496A
Application number: JP2007090668A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Yokouchi; 俊昭横内; Koji Sumi; 浩二角
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2007-08-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating device which allows a ferroelectric substance precursor film to be positively degreased to obtain excellent crystallinity. <P>SOLUTION: This heating device is provided with a hot plate 202 heated at constant temperature, and a proximity pin 203 which is movably provided in a vertical direction and supports a predetermined substrate in a region facing the hot plate 202. Further, the device is constituted so as to be provide with a cooling means 2052 which cools at least a space temperature in an opposite side to the hot plate 202 of the substrate below a predetermined temperature lower than the temperature in the hot plate 202 side of the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電素子を構成する圧電体層となる強誘電体前駆体膜を脱脂する際に用いられる加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating device used when degreasing a ferroelectric precursor film that becomes a piezoelectric layer constituting a piezoelectric element.

強誘電体膜で形成される圧電体層を有する圧電素子は、自発分極、高誘電率、電気光学効果、圧電効果、焦電効果等を有しているため、広範なデバイス、例えば、インクジェット式記録ヘッド等に応用されている。このような圧電素子を構成する強誘電体膜（圧電体層）は、例えば、ゾル−ゲル法によって形成される。すなわち、所定の基板上に、例えば、有機金属化合物のゾルを塗布することによって強誘電体前駆体膜を形成し、さらにこの強誘電体前駆体膜を所定温度に加熱して乾燥・脱脂した後、さらに高温で焼成することにより結晶化させて強誘電体膜を得ている。 A piezoelectric element having a piezoelectric layer formed of a ferroelectric film has spontaneous polarization, high dielectric constant, electro-optic effect, piezoelectric effect, pyroelectric effect, etc. It is applied to recording heads. The ferroelectric film (piezoelectric layer) constituting such a piezoelectric element is formed by, for example, a sol-gel method. That is, after a ferroelectric precursor film is formed on a predetermined substrate by, for example, applying a sol of an organometallic compound, the ferroelectric precursor film is heated to a predetermined temperature, dried and degreased. Further, the ferroelectric film is obtained by crystallization by baking at a higher temperature.

ここで、強誘電体前駆体膜を脱脂する際、強誘電体前駆体膜を所定温度に加熱する必要があるが、その際に用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートに対向する位置に上下方向移動可能に設けられたプロキシミティピンによって基板を支持し、このプロキシミティピンを下降させて基板とホットプレートとの間隔を調整することで基板の加熱温度を調整するものがある（例えば、特許文献１参照）。 Here, when degreasing the ferroelectric precursor film, it is necessary to heat the ferroelectric precursor film to a predetermined temperature. As a heating device used at that time, for example, a position facing the hot plate is used. There is one that adjusts the heating temperature of the substrate by supporting the substrate by a proximity pin provided so as to be movable in the vertical direction, and lowering the proximity pin to adjust the distance between the substrate and the hot plate (for example, Patent Document 1).

特開平６−１８１１７３号公報（特許請求の範囲、第１図）JP-A-6-181173 (Claims, Fig. 1)

しかしながら、このような加熱装置を用いて強誘電体前駆体膜の脱脂を行うと、強誘電体前駆体膜を十分に脱脂することができない場合がある。すなわち、加熱装置は、安全等のために、例えば、ハウジング等の内部に配置されるため、ホットプレートを加熱するとこのハウジングの内部全体の温度が上昇してしまう。このため、強誘電体前駆体膜の表面に被膜が形成されて、強誘電体前駆体膜全体を十分に脱脂することができないという問題が発生する。 However, if the ferroelectric precursor film is degreased using such a heating apparatus, the ferroelectric precursor film may not be sufficiently degreased. That is, for safety and the like, the heating device is disposed, for example, inside a housing or the like, and therefore, when the hot plate is heated, the temperature inside the entire housing increases. For this reason, a film is formed on the surface of the ferroelectric precursor film, and there arises a problem that the entire ferroelectric precursor film cannot be sufficiently degreased.

また、このような加熱装置を用いて脱脂を行うと、強誘電体前駆体膜の温度が急激に上昇するためか、強誘電体前駆体膜中に結晶核が形成されにくく、強誘電体前駆体膜を焼成しても良好に結晶化されないという問題もある。 In addition, if degreasing is performed using such a heating device, the temperature of the ferroelectric precursor film rapidly increases, so that crystal nuclei are hardly formed in the ferroelectric precursor film, and the ferroelectric precursor film is not easily formed. There is also a problem that even if the body film is fired, it is not crystallized well.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、強誘電体前駆体膜を確実に脱脂できて良好な結晶性を得ることができる加熱装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the heating apparatus which can degrease a ferroelectric precursor film | membrane reliably and can obtain favorable crystallinity.

上記課題を解決する本発明は、一定温度に加熱されたホットプレートと、上下方向に移動可能に設けられて前記ホットプレートに対向する領域に所定の基板を支持するプロキシミティピンと、を具備する加熱装置であって、前記基板の少なくとも前記ホットプレートとは反対側の空間の温度を当該基板の前記ホットプレート側の温度よりも低い所定温度以下に冷却する冷却手段を具備することを特徴とする加熱装置にある。
かかる本発明では、強誘電体前駆体膜を最適な加熱温度で加熱でき、また空間を冷却することで強誘電体前駆体膜の表面に被膜が形成されるのを防止できるため、強誘電体前駆体膜が良好に脱脂される。 The present invention for solving the above-mentioned problems comprises a heating plate comprising: a hot plate heated to a constant temperature; and a proximity pin provided so as to be movable in the vertical direction and supporting a predetermined substrate in a region facing the hot plate. An apparatus, comprising: a cooling unit that cools at least a temperature of a space of the substrate opposite to the hot plate to a predetermined temperature lower than a temperature of the substrate on the hot plate side. In the device.
In the present invention, the ferroelectric precursor film can be heated at an optimum heating temperature, and the formation of a film on the surface of the ferroelectric precursor film can be prevented by cooling the space. The precursor film is well degreased.

ここで、前記冷却手段が、前記基板の少なくとも前記ホットプレートとは反対側の表面近傍に気流を発生させる気流発生手段であることが好ましい。これにより、上記空間の温度を比較的容易且つ十分に冷却することができるので、基板表面全体の温度を一定以下に保つことが容易である。 Here, it is preferable that the cooling unit is an air flow generating unit that generates an air flow in the vicinity of the surface of the substrate opposite to the hot plate. As a result, the temperature of the space can be cooled relatively easily and sufficiently, so that the temperature of the entire substrate surface can be easily kept below a certain level.

また、前記冷却手段は、前記空間の温度を２００℃以下に冷却することが好ましい。これにより、強誘電体前駆体膜の表面に被膜が形成されるのを確実に防止でき、強誘電体前駆体膜が良好に脱脂される。 Moreover, it is preferable that the said cooling means cools the temperature of the said space to 200 degrees C or less. Thereby, it is possible to reliably prevent a film from being formed on the surface of the ferroelectric precursor film, and the ferroelectric precursor film can be satisfactorily degreased.

さらに、空間の温度を２００℃以下に冷却する場合、前記ホットプレートの加熱温度が、３００℃〜５００℃であることが好ましい。これにより、強誘電体前駆体膜を良好に脱脂できる。 Furthermore, when cooling the temperature of space to 200 degrees C or less, it is preferable that the heating temperature of the said hot plate is 300 to 500 degreeC. Thereby, the ferroelectric precursor film can be satisfactorily degreased.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、圧電素子を具備す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、図１の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、例えば、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、異方性エッチングにより形成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、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する封止基板のリザーバ部と連通してリザーバの一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。また、この流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他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１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head including a piezoelectric element, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of, for example, a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), and a plurality of pressure generating chambers 12 formed by anisotropic etching are provided on one surface thereof. It is arranged side by side in the width direction. Further, on the outer side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12, a communicating portion 13 is formed which communicates with a reservoir portion of a sealing substrate, which will be described later, and constitutes a part of the reservoir. Each communicates via an ink supply path 14. Further, one surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and an elastic film 50 having a thickness of 1 to 2 μm made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation is formed on the other surface.

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とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。 Further, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12 on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 is an adhesive, a heat-welded film, or the like. It is fixed through.

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、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、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜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の上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層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、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、本実施形態では、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。 On the other hand, as described above, the elastic film 50 having a thickness of, for example, about 1.0 μm is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10. For example, an insulator film 55 having a thickness of about 0.4 μm is formed. Further, on the insulator film 55, a lower electrode film 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 The upper electrode film 80 having a thickness of 0.05 μm is laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In the present embodiment, the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode film 60 function as a diaphragm.

ここで、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなり、インク供給路１４側の端部近傍から圧力発生室１２の外側まで延設されるリード電極９０が接続されている。そして、このリード電極９０の先端部近傍には、図示しないが、圧電素子３００を駆動するための駆動回路に繋がる外部配線が接続される。 Here, each upper electrode film 80 that is an individual electrode of the piezoelectric element 300 is made of, for example, gold (Au) or the like and extends from the vicinity of the end on the ink supply path 14 side to the outside of the pressure generation chamber 12. A lead electrode 90 is connected. An external wiring connected to a drive circuit for driving the piezoelectric element 300 is connected to the vicinity of the tip of the lead electrode 90 (not shown).

また、このような圧電素子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確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が接合されている。この封止基板３０に用いられる材料は、流路形成基板１０の線膨張係数とほぼ同一の材料、例えばシリコン単結晶基板を用いることが好ましい。また、封止基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。また、封止基板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、封止基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。さらに、封止基板３０上には、剛性が低く可撓性を有する材料で形成される封止膜４１と金属等の硬質の材料で形成される固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。なお、固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっており、リザーバ１００の一方面は封止膜４１のみで封止されている。 In addition, on the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, the space is sealed in a region that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 in a region facing the piezoelectric element. A sealing substrate 30 having a possible piezoelectric element holding portion 31 is bonded. The material used for the sealing substrate 30 is preferably a material substantially the same as the linear expansion coefficient of the flow path forming substrate 10, for example, a silicon single crystal substrate. In addition, the sealing substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 100 serving as an ink chamber common to the pressure generation chambers 12. A through hole 33 that penetrates the sealing substrate 30 in the thickness direction is provided in a region between the piezoelectric element holding portion 31 and the reservoir portion 32 of the sealing substrate 30. The lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 is exposed in the through hole 33 in the vicinity of its end. Further, on the sealing substrate 30, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 formed of a material having low rigidity and flexibility and a fixing plate 42 formed of a hard material such as metal is bonded. ing. A region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, and one surface of the reservoir 100 is sealed only by the sealing film 41.

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。 Such an ink jet recording head of this embodiment takes in ink from an external ink supply means (not shown), fills the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then follows a recording signal from a drive circuit (not shown). A voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 via the external wiring, and the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer. By bending and deforming 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について図３〜図６を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコンウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０及びマスク膜５１となる二酸化シリコン膜５２を全面に形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとからなる下電極膜６０を絶縁体膜５５上に形成して所定形状にパターニングする。この下電極膜６０の材料としては、白金、イリジウム等が好適であるが、これはスパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、本実施形態のように、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金、イリジウム等が好適である。 Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3A, a silicon wafer 110 to be a flow path forming substrate 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. to form an elastic film 50 and a silicon dioxide film 52 to be a mask film 51 on the entire surface. Form. Next, as shown in FIG. 3B, a zirconium (Zr) layer is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 52), and then thermally oxidized in, for example, a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C. to form zirconium oxide ( An insulator film 55 made of ZrO ₂ ) is formed. Next, as shown in FIG. 3C, for example, a lower electrode film 60 made of platinum and iridium is formed on the insulator film 55 and patterned into a predetermined shape. As a material of the lower electrode film 60, platinum, iridium, or the like is suitable. However, a piezoelectric layer 70 described later formed by sputtering or sol-gel is used in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after film formation. This is because it is necessary to crystallize by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. below. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere, and lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70 as in this embodiment. When used, it is desirable that there is little change in conductivity due to diffusion of lead oxide. For these reasons, platinum, iridium and the like are preferable.

次に、図３（ｄ）に示すように、下電極膜６０上に圧電体層７０を形成する。圧電体層７０は、上述したように複数層の強誘電体膜７１を積層することによって形成され、本実施形態では、これらの強誘電体膜７１をいわゆるゾル−ゲル法を用いて形成している。すなわち、金属有機物を触媒に溶解・分散しゾルを塗布乾燥しゲル化して強誘電体前駆体膜を形成し、さらにこの強誘電体前駆体膜を脱脂して有機成分を離脱させた後、焼成して結晶化させることで強誘電体膜７１を形成している。 Next, as shown in FIG. 3D, the piezoelectric layer 70 is formed on the lower electrode film 60. The piezoelectric layer 70 is formed by laminating a plurality of ferroelectric films 71 as described above. In the present embodiment, these ferroelectric films 71 are formed using a so-called sol-gel method. Yes. That is, a metal organic substance is dissolved / dispersed in a catalyst, a sol is applied, dried and gelled to form a ferroelectric precursor film, and the ferroelectric precursor film is degreased to release organic components, followed by firing. Then, the ferroelectric film 71 is formed by crystallization.

具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、下電極膜６０上を含むシリコンウェハ１１０の全面に、チタン又は酸化チタンからなる結晶種（層）６５をスパッタ法で形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、例えば、スピンコート法等の塗布法によって未結晶の強誘電体前駆体膜７２を所定の厚さ、本実施形態では、０．２μｍ程度の厚さで形成する（成膜工程）。なお、一度の塗布によって形成される強誘電体前駆体膜７２の厚さは約０．１μｍ程度であるため、本実施形態では、２度の塗布により約０．２μｍ程度の厚さの強誘電体前駆体膜７２を形成している。 Specifically, first, as shown in FIG. 4A, a crystal seed (layer) 65 made of titanium or titanium oxide is formed on the entire surface of the silicon wafer 110 including the upper electrode film 60 by sputtering. Next, as shown in FIG. 4B, for example, an amorphous ferroelectric precursor film 72 is formed to a predetermined thickness by a coating method such as a spin coating method, and in this embodiment, a thickness of about 0.2 μm. (Film forming step). Note that, since the thickness of the ferroelectric precursor film 72 formed by one coating is about 0.1 μm, in this embodiment, the ferroelectric having a thickness of about 0.2 μm is formed by two coatings. A body precursor film 72 is formed.

次いで、この強誘電体前駆体膜７２を所定温度で所定時間乾燥させる（乾燥工程）。強誘電体前駆体膜７２を乾燥させる温度は、例えば、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましく、好適には１８０℃程度である。また、乾燥させる時間は、例えば、５分以上１５分以下であることが好ましく、好適には１０分程度である。 Next, the ferroelectric precursor film 72 is dried at a predetermined temperature for a predetermined time (drying process). The temperature for drying the ferroelectric precursor film 72 is preferably, for example, 150 ° C. or more and 200 ° C. or less, and preferably about 180 ° C. The drying time is preferably, for example, from 5 minutes to 15 minutes, and preferably about 10 minutes.

次に、後述する加熱装置によってシリコンウェハ１１０を加熱することで強誘電体前駆体膜７２を所定時間、たとえば１０〜１５分程度脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、強誘電体前駆体膜の有機成分、例えば、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等を離脱させることである。このような脱脂工程でのシリコンウェハ１１０の加熱温度は、３００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。温度が高すぎると強誘電体前駆体膜７２の結晶化が始まってしまい、温度が低すぎると十分な脱脂が行えないためである。 Next, the ferroelectric wafer 72 is degreased for a predetermined time, for example, about 10 to 15 minutes by heating the silicon wafer 110 with a heating device described later (degreasing step). Here, degreasing refers to an organic component of the ferroelectric precursor film, for _example, is to leave the _{_{NO 2, CO 2, H 2}} O or the like. The heating temperature of the silicon wafer 110 in such a degreasing step is preferably in the range of 300 ° C. or more and 500 ° C. or less. This is because if the temperature is too high, crystallization of the ferroelectric precursor film 72 starts, and if the temperature is too low, sufficient degreasing cannot be performed.

また、このような温度までシリコンウェハ１１０を加熱する場合であっても、強誘電体前駆体膜７２側の空間の温度は２００℃以下に抑えられていることが望ましい。これにより、強誘電体前駆体膜７２の表面にカーボンが残留した被膜が形成されることがなく、脱脂工程によって有機成分が強誘電体前駆体膜７２から確実に離脱する。 Even when the silicon wafer 110 is heated to such a temperature, it is desirable that the temperature of the space on the ferroelectric precursor film 72 side is suppressed to 200 ° C. or lower. As a result, a film in which carbon remains on the surface of the ferroelectric precursor film 72 is not formed, and the organic component is reliably detached from the ferroelectric precursor film 72 by the degreasing process.

このような温度制御を実現するために、本発明では、以下に説明する加熱装置を用いている。本発明に係る加熱装置２００は、図５に示すように、内部にヒータ２０１を有するホットプレート２０２と、ホットプレート２０２に対向する領域にシリコンウェハ１１０を支持する複数のプロキシミティピン２０３とを有し、これらがハウジング２０４内に配置されている。また、ハウジング２０４には、シリコンウェハ１１０のホットプレート２０２とは反対側の空間の温度を冷却する冷却手段、本実施形態では、ハウジング２０４内に外気を流入させるファン２０５が設けられている。そして、脱脂工程において、ホットプレート２０２とシリコンウェハ１１０の間隔を調節すると共にシリコンウェハ１１０のホットプレート２０２とは反対側の空間の温度を冷却して、強誘電体前駆体膜７２の加熱温度を調整するようにした。 In order to realize such temperature control, the present invention uses a heating device described below. As shown in FIG. 5, the heating apparatus 200 according to the present invention includes a hot plate 202 having a heater 201 therein and a plurality of proximity pins 203 that support the silicon wafer 110 in a region facing the hot plate 202. These are disposed in the housing 204. The housing 204 is provided with a cooling means for cooling the temperature of the space on the opposite side of the silicon wafer 110 from the hot plate 202, in this embodiment, a fan 205 that allows the outside air to flow into the housing 204. In the degreasing process, the distance between the hot plate 202 and the silicon wafer 110 is adjusted, and the temperature of the space on the opposite side of the silicon wafer 110 from the hot plate 202 is cooled, so that the heating temperature of the ferroelectric precursor film 72 is increased. I adjusted it.

また、本実施形態では、このような加熱装置２００を用いた脱脂工程において、同時に強誘電体前駆体膜７２に結晶核を成長させている。このため、脱脂工程は、シリコンウェハ１１０をホットプレート２０２との間に所定間隔を維持した状態で加熱して強誘電体前駆体膜７２を脱脂する第１の脱脂工程と、シリコンウェハ１１０をホットプレート２０２に接触させた状態で加熱して強誘電体前駆体膜７２を脱脂する第２の脱脂工程とを有することが好ましい。 In the present embodiment, crystal nuclei are grown on the ferroelectric precursor film 72 at the same time in the degreasing process using such a heating apparatus 200. For this reason, the degreasing process includes a first degreasing process in which the ferroelectric precursor film 72 is degreased by heating the silicon wafer 110 while maintaining a predetermined gap between the silicon wafer 110 and the hot plate 202, and the silicon wafer 110 is hot. It is preferable to include a second degreasing step in which the ferroelectric precursor film 72 is degreased by heating in contact with the plate 202.

具体的には、まず、図６（ａ）に示すように、ホットプレート２０２を所定の温度、本実施形態では４００℃に加熱した状態で、例えば、ロボットアーム等でシリコンウェハ１１０をホットプレート２０２に対向する領域に導入し、プロキシミティピン２０３によってシリコンウェハ１１０を支持する。そして、図６（ｂ）に示すように、プロキシミティピン２０３を下降させて、ホットプレート２０２とシリコンウェハ１１０との間隔が所定間隔ｄとなる位置で停止させる。この状態でシリコンウェハ１１０をホットプレート２０２の輻射熱によって加熱して、強誘電体前駆体膜７２を一定時間、例えば、５分程度脱脂する（第１の脱脂工程）。これにより、シリコンウェハ１１０上の強誘電体前駆体膜７２は、所定の昇温レートで３８０℃程度まで加熱され、強誘電体前駆体膜７２から有機成分が離脱されると共に結晶核が多数形成される。 Specifically, first, as shown in FIG. 6A, in a state where the hot plate 202 is heated to a predetermined temperature, in this embodiment, 400 ° C., for example, the silicon wafer 110 is heated with a robot arm or the like. The silicon wafer 110 is supported by the proximity pins 203. Then, as shown in FIG. 6B, the proximity pin 203 is lowered and stopped at a position where the distance between the hot plate 202 and the silicon wafer 110 becomes a predetermined distance d. In this state, the silicon wafer 110 is heated by the radiant heat of the hot plate 202 to degrease the ferroelectric precursor film 72 for a certain time, for example, about 5 minutes (first degreasing step). As a result, the ferroelectric precursor film 72 on the silicon wafer 110 is heated to about 380 ° C. at a predetermined temperature increase rate, and organic components are separated from the ferroelectric precursor film 72 and a large number of crystal nuclei are formed. Is done.

ここで、第１の脱脂工程において強誘電体前駆体膜７２に結晶核が良好に形成されるためには、強誘電体前駆体膜７２の温度を比較的ゆっくりした昇温レートで上昇させることが好ましく、例えば、２５０℃から３００℃に上昇する際の昇温レートが、１．５〜２℃／秒程度であることが望ましい。例えば、本実施形態の強誘電体前駆体の場合、図７に示すように、シリコンウェハ１１０はホットプレート２０２との間に所定間隔ｄを２ｍｍ程度とすることで所望の昇温レートが得られた。なお、間隔ｄを１ｍｍ程度とすると強誘電体前駆体膜７２の温度の昇温レートが高くなり過ぎ、間隔ｄを５ｍｍ程度とすると逆に昇温レートが低くなり過ぎ、何れにしても結晶核が形成されにくくなってしまう。このような理由に基づきシリコンウェハ１１０とホットプレート２０２との間隔ｄを２ｍｍとすることが好ましい。 Here, in order to satisfactorily form crystal nuclei in the ferroelectric precursor film 72 in the first degreasing step, the temperature of the ferroelectric precursor film 72 is increased at a relatively slow temperature increase rate. For example, it is desirable that the rate of temperature rise from 250 ° C. to 300 ° C. is about 1.5 to 2 ° C./second. For example, in the case of the ferroelectric precursor of this embodiment, as shown in FIG. 7, a desired temperature increase rate can be obtained by setting the predetermined distance d between the silicon wafer 110 and the hot plate 202 to about 2 mm. It was. If the distance d is about 1 mm, the temperature rise rate of the ferroelectric precursor film 72 is too high, and if the distance d is about 5 mm, the temperature rise rate is too low. Is difficult to form. For this reason, the distance d between the silicon wafer 110 and the hot plate 202 is preferably 2 mm.

なお、第１の脱脂工程におけるシリコンウェハ１１０とホットプレート２０２との間隔ｄは、強誘電体前駆体膜７２の成分等に応じて、所望の昇温レートとなるように適宜決定されればよい。 Note that the distance d between the silicon wafer 110 and the hot plate 202 in the first degreasing step may be appropriately determined so as to achieve a desired temperature increase rate according to the components of the ferroelectric precursor film 72 and the like. .

そして、強誘電体前駆体膜７２に結晶核が形成された段階で、図６（ｃ）に示すように、プロキシミティピン２０３をさらに下降させ、シリコンウェハ１１０をホットプレート２０２に接触させた状態で４００℃まで加熱し、強誘電体前駆体膜７２を数十秒程度脱脂する（第２の脱脂工程）。また、本実施形態では、脱脂工程においては、加熱装置２００のファン２０５を常に作動させ、シリコンウェハ１１０の表面近傍の空間に気流を発生させて冷却しているため、シリコンウェハ１１０とホットプレート２０２との間隔にかかわらず、強誘電体前駆体膜７２の表面の温度は、常に２００℃以下に抑えられている。 Then, when the crystal nucleus is formed in the ferroelectric precursor film 72, the proximity pin 203 is further lowered and the silicon wafer 110 is brought into contact with the hot plate 202 as shown in FIG. 6C. Then, the ferroelectric precursor film 72 is degreased for several tens of seconds (second degreasing step). In the present embodiment, in the degreasing process, the fan 205 of the heating device 200 is always operated to generate an airflow in the space near the surface of the silicon wafer 110 and cool down. Therefore, the silicon wafer 110 and the hot plate 202 are cooled. Regardless of the interval, the surface temperature of the ferroelectric precursor film 72 is always kept at 200 ° C. or lower.

このように強誘電体前駆体膜７２の脱脂を行うことにより、第１の脱脂工程において、強誘電体前駆体膜７２を脱脂しつつ結晶核を良好に形成でき、さらに第２の脱脂工程において脱脂速度が早められるため、強誘電体前駆体膜７２の脱脂時間を短縮でき作業効率が向上する。また、脱脂工程時には、シリコンウェハ１１０の表面近傍の空間の温度は常に２００℃以下に抑えられているため、ホットプレート２０２による強誘電体前駆体膜７２の加熱温度を比較的高くしても、強誘電体前駆体膜７２を良好に脱脂することができる。 By degreasing the ferroelectric precursor film 72 in this way, in the first degreasing step, it is possible to satisfactorily form crystal nuclei while degreasing the ferroelectric precursor film 72, and further in the second degreasing step. Since the degreasing speed is increased, the degreasing time of the ferroelectric precursor film 72 can be shortened and the working efficiency is improved. In the degreasing process, the temperature of the space near the surface of the silicon wafer 110 is always suppressed to 200 ° C. or lower. Therefore, even if the heating temperature of the ferroelectric precursor film 72 by the hot plate 202 is relatively high, The ferroelectric precursor film 72 can be satisfactorily degreased.

なお、このような脱脂工程終了後は、シリコンウェハ１１０を拡散炉等で約７００℃に加熱することにより、強誘電体前駆体膜７２を焼成して結晶化させて第一層目の強誘電体膜７１を形成する（焼成工程）。そして、このような成膜工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を複数回、本実施形態では、５回繰り返して複数層の強誘電体膜７１を形成することにより全体として約１μｍの厚さの圧電体層７０となる（図４（ｃ））。 After completion of such a degreasing process, the ferroelectric film 72 is fired and crystallized by heating the silicon wafer 110 to about 700 ° C. in a diffusion furnace or the like, so that the first ferroelectric layer is crystallized. The body film 71 is formed (firing process). Then, the film forming process, the drying process, the degreasing process, and the baking process are repeated a plurality of times, in this embodiment, five times, thereby forming a plurality of ferroelectric films 71 to have a thickness of about 1 μm as a whole. The piezoelectric layer 70 (FIG. 4C).

また、上述した脱脂工程、すなわち第一層目の強誘電体膜７１を形成する際の脱脂工程は、第１の脱脂工程と第２の脱脂工程とを有することが好ましいが、第二層目以降の強誘電体膜７１を形成する際の脱脂工程は、初めからシリコンウェハをホットプレートに接触させた状態で加熱して強誘電体前駆体膜を脱脂すればよい。第二層目以降の強誘電体膜７１は、第一層目の強誘電体膜７１の結晶を核として結晶成長し、別途、結晶核を形成する必要はないからである。 In addition, the degreasing step described above, that is, the degreasing step when forming the first-layer ferroelectric film 71 preferably includes a first degreasing step and a second degreasing step. In the subsequent degreasing step when forming the ferroelectric film 71, the ferroelectric precursor film may be degreased by heating the silicon wafer in contact with the hot plate from the beginning. This is because the second and subsequent ferroelectric films 71 are grown using the crystal of the first-layer ferroelectric film 71 as a nucleus, and it is not necessary to separately form a crystal nucleus.

また、その後は、図８（ａ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、イリジウム、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。次に、図８（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。次いで、図８（ｃ）に示すように、リード電極９０を形成する。例えば、本実施形態では、金（Ａｕ）等からなる金属膜９０Ａをシリコンウェハ１１０の全面に亘って形成し、その後、この金属膜９０Ａを圧電素子３００毎にパターニングすることによって各リード電極９０を形成した。 Thereafter, as shown in FIG. 8A, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a highly conductive material, and many metals such as iridium, aluminum, gold, nickel, and platinum, conductive oxides, and the like can be used. In this embodiment, the platinum film is formed by sputtering. Next, as shown in FIG. 8B, the piezoelectric element 300 is patterned by etching only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80. Next, as shown in FIG. 8C, lead electrodes 90 are formed. For example, in the present embodiment, a metal film 90A made of gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the silicon wafer 110, and then each lead electrode 90 is formed by patterning the metal film 90A for each piezoelectric element 300. Formed.

以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図８（ｄ）に示すように、シリコンウェハ１１０に封止基板３０を接合し、所定形状にパターニングしたマスク膜５１を介してシリコンウェハ１１０をエッチングすることにより圧力発生室１２等を形成する。なお、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のシリコンウェハ１１０上に多数のチップを同時に形成する。そして上記プロセス終了後、上述したノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を接着して一体化し、その後、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毎に分割することによってインクジェット式記録ヘッドとする。 The above is the film forming process. After film formation in this way, as shown in FIG. 8D, the sealing substrate 30 is bonded to the silicon wafer 110, and the silicon wafer 110 is etched through the mask film 51 patterned into a predetermined shape. Thus, the pressure generating chamber 12 and the like are formed. In practice, a large number of chips are simultaneously formed on one silicon wafer 110 by the series of film formation and anisotropic etching described above. After the above process is completed, the nozzle plate 20 and the compliance substrate 40 are bonded and integrated, and then divided into each chip-sized flow path forming substrate 10 as shown in FIG. And

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、加熱装置に冷却手段としてファンを設けるようにしたが、冷却手段はシリコンウェハの表面近傍の空間の温度を所定温度に冷却できるものであればよい。また、上述した実施形態では、インクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本発明の圧電体層の形成方法は、他のデバイスに用いられる圧電体層の形成にも適用することができる。勿論、加熱装置もあらゆるデバイスの圧電体層を形成する際に採用することができる。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the structure of this invention is not limited to what was mentioned above. For example, in the above-described embodiment, a fan is provided as a cooling unit in the heating device, but the cooling unit may be any unit that can cool the temperature of the space near the surface of the silicon wafer to a predetermined temperature. In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example. However, the piezoelectric layer forming method of the present invention can also be applied to the formation of a piezoelectric layer used in other devices. Of course, a heating apparatus can also be employed when forming the piezoelectric layer of any device.

記録ヘッドの分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view of a recording head. 記録ヘッドの平面図及び断面図。FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view of a recording head. 記録ヘッドの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a recording head. 記録ヘッドの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a recording head. 一実施形態に係る加熱装置の概略図。1 is a schematic view of a heating device according to an embodiment. 記録ヘッドの製造工程を示す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of a recording head. 脱脂時のシリコンウェハの温度上昇を示すグラフ。The graph which shows the temperature rise of the silicon wafer at the time of degreasing. 記録ヘッドの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a recording head.

Explanation of symbols

１０流路形成基板、１２圧力発生室、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０封止基板、４０コンプライアンス基板、６０下電極膜、７０圧電体層、７１強誘電体膜、７２強誘電体前駆体膜、８０上電極膜、１１０シリコンウェハ、２００加熱装置、２０２ホットプレート、２０３プロキシミティピン、２０４ハウジング、２０５ファン 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 sealing substrate, 40 compliance substrate, 60 lower electrode film, 70 piezoelectric layer, 71 ferroelectric film, 72 ferroelectric precursor Film, 80 upper electrode film, 110 silicon wafer, 200 heating device, 202 hot plate, 203 proximity pin, 204 housing, 205 fan

Claims

A heating device comprising: a hot plate heated to a constant temperature; and a proximity pin that is movably provided in the vertical direction and supports a predetermined substrate in a region facing the hot plate,
A heating apparatus comprising cooling means for cooling a temperature of at least a space of the substrate opposite to the hot plate to a predetermined temperature lower than a temperature of the substrate on the hot plate side.

The heating apparatus according to claim 1, wherein the cooling unit is an air flow generation unit that generates an air flow in the vicinity of a surface of the substrate opposite to the hot plate.

The heating device according to claim 1 or 2, wherein the cooling means cools the temperature of the space to 200 ° C or lower.

The heating apparatus according to claim 3, wherein a heating temperature of the hot plate is 300C to 500C.