JP2008060520A - Method of manufacturing dielectric film, method of manufacturing piezoelectric element, and infrared heating unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a dielectric film, which can form a dielectric film having: excellent crystallinity; a method of manufacturing a piezoelectric element; and an infrared heating unit. <P>SOLUTION: A method of manufacturing a dielectric film comprises: a process of applying a sol of an organic metal compound to one side of a substrate 110 so as to form a dielectric precursor film 71; and a process of applying infrared irradiation, which has a wavelength range excluding a wavelength region for which the dielectric precursor film 71 has high absorptance, to an area of the substrate 110, which is opposite to the dielectric precursor film 71, and of applying infrared irradiation to the other side of the substrate 110 so as to heat and bake the dielectric precursor film 71 for crystallizing it. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘電体膜の製造方法及び圧電素子の製造方法並びにこれらを製造する際に用いられる赤外線加熱装置に関し、特に、液体噴射ヘッドに用いられる誘電体膜の製造方法及び圧電素子の製造方法並びにこれらを製造する際に用いられる赤外線加熱装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a dielectric film, a method for manufacturing a piezoelectric element, and an infrared heating apparatus used for manufacturing the dielectric film, and in particular, a method for manufacturing a dielectric film used for a liquid jet head and a method for manufacturing a piezoelectric element. In addition, the present invention relates to an infrared heating device used in manufacturing these.

液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる誘電体膜を2つの電極で挟んだ素子であり、誘電体膜は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。   A piezoelectric element used for a liquid ejecting head or the like is an element in which a dielectric film made of a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function is sandwiched between two electrodes. The dielectric film is made of, for example, crystallized piezoelectric ceramics. Has been.

このような圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な誘電体膜からなる圧電体層を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けることによって圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。   As a liquid ejecting head using such a piezoelectric element, for example, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by the piezoelectric element and pressure is applied. There is an ink jet recording head that pressurizes ink in a generation chamber and ejects ink droplets from nozzle openings. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. As an example of using a flexural vibration mode actuator, for example, a piezoelectric layer made of a uniform dielectric film is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric layer is subjected to pressure by a lithography method. A known piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber by cutting into a shape corresponding to the generating chamber.

圧電素子を構成する圧電体層の製造方法としては、いわゆるゾル−ゲル法が知られている。すなわち、下電極を形成した基板上に有機金属化合物のゾルを塗布して乾燥およびゲル化(脱脂)させて圧電体層の前駆体膜を形成する工程を少なくとも一回以上実施し、その後、高温で熱処理して結晶化させる。そして、これらの工程を複数回繰り返し実施することで所定厚さの圧電体層(圧電体薄膜)を製造している。   A so-called sol-gel method is known as a method for manufacturing a piezoelectric layer constituting a piezoelectric element. That is, a step of applying a sol of an organometallic compound on a substrate on which a lower electrode is formed, drying and gelling (degreasing) to form a precursor film of a piezoelectric layer is performed at least once, and then a high temperature And heat treatment to crystallize. A piezoelectric layer (piezoelectric thin film) having a predetermined thickness is manufactured by repeating these steps a plurality of times.

また、圧電素子を構成する圧電体層(誘電体膜)の製造方法としては、いわゆるMOD(Metal-Organic Decomposition)法が知られている。すなわち、一般的に、金属アルコキシド等有機金属化合物をアルコールに溶解し、これに加水分解抑制剤等を加えて得たコロイド溶液を被対象物上に塗布した後、これを乾燥して焼成することで成膜される。   A so-called MOD (Metal-Organic Decomposition) method is known as a method for manufacturing a piezoelectric layer (dielectric film) constituting a piezoelectric element. That is, generally, a colloidal solution obtained by dissolving an organometallic compound such as a metal alkoxide in alcohol and adding a hydrolysis inhibitor or the like to this is applied onto an object, and then dried and fired. Is formed.

また、ゾル−ゲル法やMOD法等では、誘電体前駆体膜を加熱焼成して、結晶化させて誘電体膜を形成する際には、赤外線を照射することで加熱する赤外線加熱装置が用いられてきた。   In addition, in the sol-gel method, the MOD method, and the like, an infrared heating apparatus that heats by irradiating infrared rays is used when a dielectric precursor film is heated and fired to be crystallized to form a dielectric film. Has been.

赤外線加熱装置を用いた場合、一方面側に誘電体前駆体膜が設けられた基板の表面又は裏面の一方側から赤外線を照射しただけでは、所望の昇温レートが得られず、優れた結晶性の誘電体膜を形成することができない。このため、基板の表面及び裏面の両方から赤外線を照射することで、誘電体前駆体膜を所望の昇温レートで加熱焼成していた。   When an infrared heating device is used, a desired temperature rise rate cannot be obtained simply by irradiating infrared rays from one side of the front surface or back surface of the substrate provided with the dielectric precursor film on one side, and an excellent crystal A dielectric film cannot be formed. For this reason, the dielectric precursor film was heated and fired at a desired temperature increase rate by irradiating infrared rays from both the front surface and the back surface of the substrate.

しかしながら、基板の誘電体前駆体膜側から当該誘電体前駆体膜に照射した赤外線は、誘電体前駆体膜でその多くが吸収されてしまい、誘電体前駆体膜を加熱してしまう。このため、誘電体前駆体膜の結晶化が始まる起点が、誘電体前駆体膜の表面側(下地とは反対側)又は誘電体前駆体膜の膜中となってしまい、結晶は下地側の配向、結晶粒サイズ等の結晶性を引き継がずに独立して成長し、柱状の結晶が立っている中に、それとは独立した結晶粒の大きな結晶が形成されてしまい、変位特性等の結晶性の悪い誘電体膜が形成されてしまうという問題がある。   However, most of the infrared rays irradiated to the dielectric precursor film from the dielectric precursor film side of the substrate is absorbed by the dielectric precursor film, and heats the dielectric precursor film. For this reason, the starting point at which crystallization of the dielectric precursor film starts is on the surface side of the dielectric precursor film (on the side opposite to the base) or in the film of the dielectric precursor film, and the crystal is on the base side. While it grows independently without inheriting crystallinity such as orientation and crystal grain size, and a columnar crystal stands, a large crystal with independent crystal grains is formed, and crystallinity such as displacement characteristics There is a problem that a poor dielectric film is formed.

また、ゾルを加熱して脱脂する際に、基板側から3μm〜5μmの波長を含む赤外線を照射する圧電体素子の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In addition, a method for manufacturing a piezoelectric element that irradiates infrared rays including a wavelength of 3 μm to 5 μm from the substrate side when the sol is heated and degreased has been proposed (for example, see Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1では、ゾルに吸収され易い波長の赤外線を用いただけであり、また、赤外線の波長はゾルの脱脂工程で規定されているだけである。さらに、特許文献1では、赤外線の照射が基板側からだけであり、昇温レートを高くすることができず、優れた結晶特性の誘電体膜を形成することができないという問題がある。   However, in Patent Document 1, only infrared light having a wavelength that is easily absorbed by the sol is used, and the wavelength of the infrared light is only defined in the degreasing step of the sol. Further, in Patent Document 1, there is a problem that infrared irradiation is performed only from the substrate side, the temperature rising rate cannot be increased, and a dielectric film having excellent crystal characteristics cannot be formed.

特開2003−115619号公報(特許請求の範囲、第5頁、第6図)JP 2003-115619 A (Claims, page 5, FIG. 6)

本発明はこのような事情に鑑み、結晶性に優れた誘電体膜を形成することができる誘電体膜の製造方法及び圧電素子の製造方法並びに赤外線加熱装置を提供することを課題とする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a dielectric film manufacturing method, a piezoelectric element manufacturing method, and an infrared heating apparatus capable of forming a dielectric film having excellent crystallinity.

上記課題を解決する本発明の態様は、基板の一方面側に有機金属化合物のゾルを塗布して誘電体前駆体膜を形成する工程と、前記基板の前記誘電体前駆体膜に相対向する領域から当該誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線を照射すると共に、前記基板の他方面側から赤外線を照射して前記誘電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化する工程とを具備することを特徴とする誘電体膜の製造方法にある。
かかる態様では、優れた結晶性の誘電体膜を形成することができる。すなわち、誘電体膜自体を赤外線で加熱することなく、誘電体膜の下地を加熱することができるため、誘電体膜の厚さが限定されることなく、誘電体膜を大粒結晶の形成を防止して、比較的粒径が小さく且つ均一な結晶で形成することができる。また、基板の両側から赤外線を照射することによって、昇温レートを高くして、優れた結晶性の誘電体膜を形成することができる。
An aspect of the present invention that solves the above-described problems is a process of forming a dielectric precursor film by applying a sol of an organometallic compound on one side of a substrate, and facing the dielectric precursor film of the substrate Irradiate infrared light in a wavelength region excluding a wavelength region having a high absorption rate of the dielectric precursor film from the region, and heat and bak the dielectric precursor film by irradiating infrared light from the other surface side of the substrate. And a step of crystallizing the dielectric film.
In such an embodiment, an excellent crystalline dielectric film can be formed. In other words, since the dielectric film itself can be heated without being heated by infrared rays, the thickness of the dielectric film is not limited and the formation of large crystals can be prevented. Thus, it can be formed with relatively small and uniform crystals. Further, by irradiating infrared rays from both sides of the substrate, the temperature rise rate can be increased and an excellent crystalline dielectric film can be formed.

ここで、前記誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線の照射が、赤外線を照射する熱源と、前記誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外するフィルタとを用いて行うことが好ましい。これによれば、所望の波長領域の赤外線を容易に照射することができ、誘電体膜自体を加熱することなく、誘電体膜の下地を確実に加熱して結晶化することができる。   Here, the infrared irradiation of the wavelength region excluding the wavelength region where the absorption rate of the dielectric precursor film is high excludes the heat source that irradiates the infrared ray and the wavelength region where the absorption rate of the dielectric precursor film is high. It is preferable to use a filter. According to this, it is possible to easily irradiate infrared rays in a desired wavelength region, and it is possible to reliably heat and crystallize the base of the dielectric film without heating the dielectric film itself.

また、前記誘電体前駆体膜を結晶化する工程の前に、前記誘電体前駆体膜を乾燥させる乾燥工程、乾燥した前記誘電体前駆体膜を脱脂する脱脂工程をさらに具備することが好ましい。これによれば、乾燥工程及び脱脂工程を行うことで、結晶性に優れた誘電体膜を得ることができる。   Moreover, it is preferable to further comprise a drying step of drying the dielectric precursor film and a degreasing step of degreasing the dried dielectric precursor film before the step of crystallizing the dielectric precursor film. According to this, the dielectric film excellent in crystallinity can be obtained by performing a drying process and a degreasing process.

また、前記誘電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化する工程では、100℃/sec以上の昇温レートで行うことが好ましい。これによれば、高い昇温レートで焼成することによって、優れた結晶性の誘電体膜を形成することができる。   The step of crystallizing the dielectric precursor film by heating and firing is preferably performed at a temperature rising rate of 100 ° C./sec or more. According to this, an excellent crystalline dielectric film can be formed by firing at a high temperature rising rate.

さらに、本発明の他の態様は、前記基板上に下電極を形成する工程と、該下電極上に前記圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、前記圧電体層を形成する工程が、上記態様の製造方法により製造された誘電体膜を製造する方法であることを特徴とする圧電素子の製造方法にある。
かかる態様では、結晶性に優れた誘電体膜を有する圧電素子を形成することができるため、変位特性に優れた圧電素子を得ることができる。
Furthermore, another aspect of the present invention includes a step of forming a lower electrode on the substrate, a step of forming the piezoelectric layer on the lower electrode, and a step of forming an upper electrode on the piezoelectric layer. And the step of forming the piezoelectric layer is a method of manufacturing a dielectric film manufactured by the manufacturing method of the above aspect.
In such an embodiment, a piezoelectric element having a dielectric film having excellent crystallinity can be formed, so that a piezoelectric element having excellent displacement characteristics can be obtained.

ここで、前記下電極が前記基板側に密着層を有すると共に、前記誘電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化する工程では、前記基板の他方面側から赤外線を照射する色温度を、前記基板の一方面側から赤外線を照射する熱源の色温度よりも低くして行うことが好ましい。これによれば、密着層よりも基板側が加熱される温度を、密着層よりも圧電体層側が加熱される温度に比べて低くすることで、密着層を挟んで圧電体層側から基板側に向かって低くなる温度勾配をつけることができ、密着層が下電極中に拡散して基板と下電極との密着力が低下して下電極が剥離するのを防止することができる。   Here, the lower electrode has an adhesion layer on the substrate side, and in the step of crystallizing the dielectric precursor film by heating and baking, the color temperature for irradiating infrared rays from the other surface side of the substrate is set as follows. It is preferable to carry out by making it lower than the color temperature of the heat source which irradiates infrared rays from the one surface side of the substrate. According to this, the temperature at which the substrate side is heated from the adhesion layer is set lower than the temperature at which the piezoelectric layer side is heated from the adhesion layer, so that the piezoelectric layer side to the substrate side with the adhesion layer interposed therebetween. A temperature gradient that decreases toward the bottom can be applied, and the adhesion layer can be prevented from diffusing into the lower electrode and the adhesion between the substrate and the lower electrode being reduced to cause the lower electrode to peel off.

また、前記密着層が、チタンを主成分とする材料からなることが好ましい。これによれば、密着層としてチタンを用いることで、下電極と基板との密着力を向上することができると共に、チタンが下電極中に拡散するのを防止することができ、下電極と基板との密着力が低下して下電極が剥離するのを防止することができる。   Moreover, it is preferable that the said adhesion layer consists of a material which has titanium as a main component. According to this, by using titanium as the adhesion layer, the adhesion force between the lower electrode and the substrate can be improved, and titanium can be prevented from diffusing into the lower electrode. It is possible to prevent the lower electrode from being peeled off due to the lowering of the adhesive force between the lower electrode and the lower electrode.

さらに、本発明の他の態様は、一方面側に誘電体前駆体膜が設けられた基板の前記誘電体膜側に相対向する領域に設けられて、当該誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線を照射する第1の加熱手段と、前記基板の他方面側に設けられて、当該基板の前記他方面側に赤外線を照射する第2の加熱手段とを具備することを特徴とする赤外線加熱装置にある。
かかる態様では、赤外線加熱装置によって、誘電体膜自体を加熱することなく、誘電体膜の下地を確実に加熱して、優れた結晶性の誘電体膜を形成することができる。
Furthermore, another aspect of the present invention is provided in a region opposite to the dielectric film side of the substrate provided with the dielectric precursor film on one surface side, and the absorption rate of the dielectric precursor film is increased. A first heating unit that irradiates infrared light in a wavelength region excluding a large wavelength region; and a second heating unit that is provided on the other surface side of the substrate and irradiates infrared light on the other surface side of the substrate. An infrared heating device is provided.
In such an embodiment, an excellent crystalline dielectric film can be formed by reliably heating the base of the dielectric film without heating the dielectric film itself by the infrared heating device.

また、前記第1の加熱手段が、赤外線を照射する熱源と、該熱源と前記基板との間に設けられて、前記誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外するフィルタとで構成されていることが好ましい。これによれば、所望の波長領域の赤外線を誘電体膜側に容易に照射することができる。   The first heating means includes a heat source that emits infrared rays, and a filter that is provided between the heat source and the substrate and excludes a wavelength region having a high absorption rate of the dielectric precursor film. It is preferable that According to this, it is possible to easily irradiate the dielectric film side with infrared rays in a desired wavelength region.

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 which is an example of a liquid ejecting head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. FIG.

図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では結晶面方位が(110)面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って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。   As shown in the drawing, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a crystal plane orientation of (110) in this embodiment, and one surface thereof has a thickness of 0. An elastic film 50 of 5 to 2 μm is formed.

流路形成基板10には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、インク供給路14と連通路15とが隔壁11によって区画されている。また、連通路15の一端には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバ100の一部を構成する連通部13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、連通部13、インク供給路14及び連通路15からなる液体流路が設けられている。   In the flow path forming substrate 10, pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction (short direction) by anisotropic etching from the other surface side. In addition, an ink supply path 14 and a communication path 15 are partitioned by a partition wall 11 on one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10. In addition, a communication portion 13 constituting a part of the reservoir 100 serving as an ink chamber (liquid chamber) common to the pressure generation chambers 12 is formed at one end of the communication passage 15. That is, the flow path forming substrate 10 is provided with a liquid flow path including a pressure generation chamber 12, a communication portion 13, an ink supply path 14, and a communication path 15.

インク供給路14は、圧力発生室12の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室12より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路14は、リザーバ100と各圧力発生室12との間の圧力発生室12側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室12の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路15は、インク供給路14の圧力発生室12とは反対側に連通し、インク供給路14の幅方向(短手方向)より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路15を圧力発生室12と同じ断面積で形成した。   The ink supply path 14 communicates with one end side in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 and has a smaller cross-sectional area than the pressure generation chamber 12. For example, in the present embodiment, the ink supply path 14 has a width smaller than the width of the pressure generation chamber 12 by narrowing the flow path on the pressure generation chamber 12 side between the reservoir 100 and each pressure generation chamber 12 in the width direction. It is formed with. As described above, in this embodiment, the ink supply path 14 is formed by narrowing the width of the flow path from one side. However, the ink supply path may be formed by narrowing the width of the flow path from both sides. Further, the ink supply path may be formed by narrowing from the thickness direction instead of narrowing the width of the flow path. Further, each communication path 15 communicates with the side of the ink supply path 14 opposite to the pressure generation chamber 12 and has a larger cross-sectional area than the width direction (short direction) of the ink supply path 14. In this embodiment, the communication passage 15 is formed with the same cross-sectional area as the pressure generation chamber 12.

すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12と、圧力発生室12の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると共にインク供給路14の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路15とが複数の隔壁11により区画されて設けられている。   In other words, the flow path forming substrate 10 is connected to the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14 having a smaller cross-sectional area in the short direction of the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, and the ink supply. A communication passage 15 having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area in the short direction of the path 14 is provided by being partitioned by a plurality of partition walls 11.

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、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、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。   Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive. Or a heat-welded film or the like. The nozzle plate 20 is made of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like.

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、酸化ジルコニウム(ZrO)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、厚さが約0.1〜0.5μmの下電極膜60と、誘電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなり厚さが例えば、約1.1μmの圧電体層70と、金、白金又はイリジウム等からなり厚さが例えば、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320という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子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12毎に圧電体能動部320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アクチュエータ装置と称する。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、弾性膜50、絶縁体膜55を設けずに、下電極膜60のみを残して下電極膜60を振動板としてもよい。 On the other hand, an elastic film 50 made of silicon dioxide and 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. An insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) or the like and having a thickness of, for example, about 0.4 μm is laminated. On the insulator film 55, the lower electrode film 60 having a thickness of about 0.1 to 0.5 μm and lead zirconate titanate (PZT) which is an example of a dielectric film are formed. For example, a piezoelectric layer 70 having a thickness of about 1.1 μm and an upper electrode film 80 made of gold, platinum, iridium, or the like and having a thickness of, for example, about 0.05 μm are laminated and formed by a process described later, and the piezoelectric element 300 Is configured. 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 this case, 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 320. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active part 320 is formed for each pressure generating chamber 12. In addition, here, the piezoelectric element 300 and the diaphragm that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as an actuator device. In the above-described example, the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode film 60 function as a diaphragm. However, the elastic film 50 and the insulator film 55 are not provided, and only the lower electrode film 60 is left. The electrode film 60 may be a diaphragm.

また、本実施形態の圧電体層70としては、下電極膜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が好適である。具体的には、チタン酸鉛(PbTiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)、ジルコニウム酸鉛(PbZrO)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La),TiO)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O)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)O)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。 In addition, as the piezoelectric layer 70 of the present embodiment, a perovskite structure crystal film made of a ferroelectric ceramic material having an electromechanical conversion effect and formed on the lower electrode film 60 can be cited. 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 suitable. It is. 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、圧電素子300の個別電極である各上電極膜80には、インク供給路14側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜55上まで延設される、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接続されている。   Further, each upper electrode film 80 that is an individual electrode of the piezoelectric element 300 is drawn from the vicinity of the end on the ink supply path 14 side and extended to the insulator film 55, for example, from gold (Au) or the like. Lead electrode 90 is connected.

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、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。リザーバ部31は、本実施形態では、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13と連通されて各圧力発生室12の共通の液体室となるリザーバ100を構成している。   On the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, a protective substrate 30 having a reservoir portion 31 constituting at least a part of the reservoir 100 is bonded via an adhesive 35. In this embodiment, the reservoir portion 31 is formed across the protective substrate 30 in the thickness direction and across the width direction of the pressure generating chamber 12, and as described above, the reservoir portion 31 is connected to the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. A reservoir 100 is formed which communicates with each other and serves as a common liquid chamber for the pressure generating chambers 12.

また、保護基板30の圧電素子300に対向する領域には、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32が設けられている。保護基板30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。   A piezoelectric element holding portion 32 having a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is provided in a region of the protective substrate 30 that faces the piezoelectric element 300. The protective substrate 30 only needs to have a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300, and the space may be sealed or unsealed.

このような保護基板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 such a protective substrate 30, it is preferable to use substantially the same material as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10, for example, glass, ceramic material, etc. In this embodiment, the same material as the flow path forming substrate 10 is used. The silicon single crystal substrate was used.

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。そして、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、貫通孔33内に露出するように設けられている。   The protective substrate 30 is provided with a through hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction. The vicinity of the end portion of the lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 is provided so as to be exposed in the through hole 33.

さらに、保護基板30上には、並設された圧電素子300を駆動するための駆動回路120が固定されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。   Further, a drive circuit 120 for driving the piezoelectric elements 300 arranged in parallel is fixed on the protective substrate 30. For example, a circuit board or a semiconductor integrated circuit (IC) can be used as the drive circuit 120. The drive circuit 120 and the lead electrode 90 are electrically connected via a connection wiring 121 made of a conductive wire such as a bonding wire.

また、このような保護基板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31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。   In addition, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and the sealing film 41 seals one surface of the reservoir portion 31. It has been stopped. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 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120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, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then in accordance with a recording signal from the drive circuit 120. Applying a voltage between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 to bend and deform the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70. As a result, the pressure in each pressure generating chamber 12 increases 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8を参照して説明する。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断面図である。   Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the ink jet recording head.

まず、図3(a)に示すように、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とな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、厚さが約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。   First, as shown in FIG. 3A, the flow path forming substrate wafer 110 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. to form a silicon dioxide film 51 that becomes the elastic film 50 on the surface thereof. In the present embodiment, a silicon wafer having a relatively thick and high rigidity of about 625 μm is used as the flow path forming substrate wafer 110.

次いで、図3(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)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)からなる絶縁体膜55を形成する。 Next, as shown in FIG. 3B, a zirconium (Zr) layer is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51), 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.

次いで、図3(c)に示すように、例えば、白金又はイリジウムとからなる下電極膜60を絶縁体膜55の全面に亘って形成する。下電極膜60は、例えば、スパッタリング法により形成することができる。   Next, as shown in FIG. 3C, a lower electrode film 60 made of, for example, platinum or iridium is formed over the entire surface of the insulator film 55. The lower electrode film 60 can be formed by, for example, a sputtering method.

次に、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を形成している。なお、圧電体層70の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛に限定されず、例えば、リラクサ強誘電体(例えば、PMN−PT、PZN-PT、PNN-PT等)の他の圧電材料を用いてもよい。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 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 organic material is dissolved and dispersed in a catalyst 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 this method. The material of the piezoelectric layer 70 is not limited to lead zirconate titanate, and other piezoelectric materials such as relaxor ferroelectrics (for example, PMN-PT, PZN-PT, PNN-PT, etc.) are used. May be. The method for manufacturing the piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method, and for example, a MOD (Metal-Organic Decomposition) method or the like may be used.

圧電体層70の具体的な形成手順としては、まず、図4(a)に示すように、下電極膜60上にPZT前駆体膜である誘電体前駆体膜71を成膜する。すなわち、下電極膜60が形成された流路形成基板10上に金属有機化合物を含むゾル(溶液)を塗布する(塗布工程)。次いで、この誘電体前駆体膜71を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる(乾燥工程)。例えば、本実施形態では、誘電体前駆体膜71を150〜200℃で5〜15分間保持することで乾燥することができる。   As a specific forming procedure of the piezoelectric layer 70, first, as shown in FIG. 4A, a dielectric precursor film 71 which is a PZT precursor film is formed on the lower electrode film 60. That is, a sol (solution) containing a metal organic compound is applied onto the flow path forming substrate 10 on which the lower electrode film 60 is formed (application process). Next, the dielectric precursor film 71 is heated to a predetermined temperature and dried for a predetermined time (drying step). For example, in the present embodiment, the dielectric precursor film 71 can be dried by holding at 150 to 200 ° C. for 5 to 15 minutes.

次に、乾燥した誘電体前駆体膜71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、誘電体前駆体膜71を300〜400℃程度の温度に加熱して約5〜10分保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱脂とは、誘電体前駆体膜71に含まれる有機成分を、例えば、NO、CO、HO等として離脱させることである。 Next, the dried dielectric precursor film 71 is degreased by heating it to a predetermined temperature and holding it for a certain time (degreasing step). For example, in this embodiment, the dielectric precursor film 71 is degreased by heating to a temperature of about 300 to 400 ° C. and holding it for about 5 to 10 minutes. Here, degreasing refers, the organic components contained in the dielectric precursor film 71, for example, is to be detached as NO 2, CO 2, H 2 O or the like.

次に、図4(b)に示すように、誘電体前駆体膜71を赤外線加熱装置200によって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、誘電体膜72を形成する(焼成工程)。   Next, as shown in FIG. 4B, the dielectric precursor film 71 is crystallized by being heated to a predetermined temperature by the infrared heating device 200 and held for a predetermined time to form a dielectric film 72 (baking). Process).

ここで誘電体前駆体膜71を加熱焼成する赤外線加熱装置200としては、図4(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の一方面側に設けられた誘電体前駆体膜71に相対向する領域に設けられて、誘電体前駆体膜71に当該誘電体前駆体膜71の吸収率の大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線を照射する第1の加熱手段201と、流路形成基板用ウェハ110の他方面側(裏面側)に相対向する領域に設けられて、流路形成基板用ウェハ110の他方面側に赤外線を照射する第2の加熱手段202とを具備する。   Here, as the infrared heating apparatus 200 for heating and baking the dielectric precursor film 71, as shown in FIG. 4B, the dielectric precursor film 71 provided on one surface side of the flow path forming substrate wafer 110. A first heating unit 201 that irradiates the dielectric precursor film 71 with infrared rays in a wavelength region excluding a wavelength region having a high absorption rate of the dielectric precursor film 71, Second heating means 202 is provided in a region opposite to the other surface side (back surface side) of the path forming substrate wafer 110 and irradiates the other surface side of the channel forming substrate wafer 110 with infrared rays. .

第1の加熱手段201は、赤外線が照射される熱源203と、熱源203と流路形成基板用ウェハ110との間に設けられたフィルタ204とを具備する。   The first heating unit 201 includes a heat source 203 that is irradiated with infrared rays, and a filter 204 provided between the heat source 203 and the flow path forming substrate wafer 110.

また、第2の加熱手段202は、赤外線が照射される熱源205のみで構成されている。第1の加熱手段201及び第2の加熱手段202のそれぞれの熱源203、205は、遠赤外線を含む赤外線を照射するものである。   The second heating means 202 is composed only of the heat source 205 that is irradiated with infrared rays. The heat sources 203 and 205 of the first heating unit 201 and the second heating unit 202 irradiate infrared rays including far infrared rays.

フィルタ204は、熱源203が照射した赤外線から、誘電体前駆体膜71の吸収率の大きい波長領域を除外するものであり、例えば、所定の波長領域の電磁波を反射する反射膜や、所定の波長領域を吸収する吸収膜などが設けられたガラス基板等が挙げられる。   The filter 204 excludes a wavelength region where the absorption rate of the dielectric precursor film 71 is large from infrared rays irradiated by the heat source 203. For example, a reflective film that reflects electromagnetic waves in a predetermined wavelength region, a predetermined wavelength, Examples thereof include a glass substrate provided with an absorption film that absorbs the region.

ここで、フィルタ204によって除外する誘電体前駆体膜71の赤外線の吸収率の大きい波長領域とは、誘電体前駆体膜71自体が加熱されて、誘電体前駆体膜71の膜中を起点として結晶成長する範囲のことである。なお、誘電体前駆体膜71は、膜厚、材料及び組成比などによって、赤外線の吸収率の大きい波長領域が異なるため、フィルタ204によって除外する波長領域は、誘電体前駆体膜71の膜厚、材料及び組成比などによって適宜選択するのが好ましい。   Here, the wavelength region having a large infrared absorption rate of the dielectric precursor film 71 to be excluded by the filter 204 means that the dielectric precursor film 71 itself is heated and starts in the film of the dielectric precursor film 71. It is the range where crystals grow. The dielectric precursor film 71 has a different wavelength region with a large infrared absorption rate depending on the film thickness, material, composition ratio, and the like. Therefore, the wavelength region excluded by the filter 204 is the film thickness of the dielectric precursor film 71. It is preferable to select appropriately depending on the material and composition ratio.

また、誘電体前駆体膜71の赤外線の吸収率の大きい波長領域は、例えば、赤外線を透過する基板の一方面に誘電体前駆体膜71を形成し、誘電体前駆体膜71に赤外線を照射して、基板の他方面側で誘電体前駆体膜71を透過した赤外線の波長領域を測定することで、取得することができる。   Further, in the wavelength region where the infrared absorption rate of the dielectric precursor film 71 is large, for example, the dielectric precursor film 71 is formed on one surface of a substrate that transmits infrared rays, and the dielectric precursor film 71 is irradiated with infrared rays. And it can acquire by measuring the wavelength range of the infrared rays which permeate | transmitted the dielectric precursor film | membrane 71 by the other surface side of the board | substrate.

このような第1の加熱手段201によって誘電体前駆体膜71を加熱すると、誘電体前駆体膜71の吸収率の大きい波長領域以外の波長領域の赤外線によって、誘電体前駆体膜71を直接加熱することなく、誘電体前駆体膜71の下地、すなわち、下電極膜60、絶縁体膜55、弾性膜50及び流路形成基板用ウェハ110を加熱することができ、誘電体前駆体膜71の膜中を起点として結晶成長させることなく、誘電体前駆体膜71を下地側を起点として結晶成長させることができる。これにより、下地側から配向及び結晶粒のサイズ等の結晶性を引き継いで、誘電体膜72を良好な結晶性で形成することができる。すなわち、誘電体膜72の膜厚を規定することなく、所望の膜厚の誘電体膜72を比較的粒径が小さく且つ均一な結晶で形成することができ、大粒結晶の形成を実質的に防止することができる。これにより、結晶性に優れた誘電体膜72を有する圧電素子300を形成することができ、圧電素子300の変位特性を向上することができる。   When the dielectric precursor film 71 is heated by such first heating means 201, the dielectric precursor film 71 is directly heated by infrared rays in a wavelength region other than the wavelength region where the dielectric precursor film 71 has a high absorption rate. Without heating, the base of the dielectric precursor film 71, that is, the lower electrode film 60, the insulator film 55, the elastic film 50, and the flow path forming substrate wafer 110 can be heated. The dielectric precursor film 71 can be crystal-grown starting from the base side without crystal growth starting from the film. As a result, the dielectric film 72 can be formed with good crystallinity by taking over crystallinity such as orientation and crystal grain size from the base side. That is, the dielectric film 72 having a desired film thickness can be formed with a relatively small grain size and a uniform crystal without prescribing the film thickness of the dielectric film 72, thereby substantially forming a large crystal. Can be prevented. Thereby, the piezoelectric element 300 having the dielectric film 72 having excellent crystallinity can be formed, and the displacement characteristics of the piezoelectric element 300 can be improved.

また、赤外線加熱装置200として、流路形成基板用ウェハ110の一方面側の誘電体前駆体膜71側から加熱する第1の加熱手段201と、流路形成基板用ウェハ110の他方面側(裏面側)から加熱する第2の加熱手段202とを用いることで、高い昇温レートで誘電体前駆体膜71を加熱して結晶化させて良好な結晶性を有する誘電体膜72を形成することができる。   In addition, as the infrared heating device 200, a first heating unit 201 for heating from the dielectric precursor film 71 side on one side of the flow path forming substrate wafer 110, and the other surface side of the flow path forming substrate wafer 110 ( By using the second heating means 202 that heats from the back surface side, the dielectric precursor film 71 is heated and crystallized at a high temperature rise rate to form a dielectric film 72 having good crystallinity. be able to.

なお、このような赤外線加熱装置200を用いて加熱する焼成工程では、誘電体前駆体膜71を600〜750℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、上述した赤外線加熱装置200によって、700℃で5分間加熱を行って誘電体前駆体膜71を焼成して誘電体膜72を形成した。また、焼成工程では、昇温レートを50℃/sec以上とするのが好ましく、100℃/sec以上が好適である。このように誘電体膜72の焼成時の昇温レートを50℃/sec以上とすることで、低温の昇温レートで長時間行うのに比べて短時間で行うことができると共に、誘電体膜72を比較的粒径が小さく且つ均一な結晶で形成することができ、大粒結晶の形成を実質的に防止することができる。   In the firing step of heating using such an infrared heating device 200, it is preferable to heat the dielectric precursor film 71 to 600 to 750 ° C. In this embodiment, the dielectric heating film 200 is set to 700 by the infrared heating device 200 described above. The dielectric precursor film 71 was baked by heating at 5 ° C. for 5 minutes to form the dielectric film 72. In the firing step, the rate of temperature rise is preferably 50 ° C./sec or more, and preferably 100 ° C./sec or more. In this way, by setting the temperature rising rate during firing of the dielectric film 72 to 50 ° C./sec or more, the dielectric film 72 can be performed in a shorter time as compared with the case where the temperature rising rate is low for a long time, and the dielectric film. 72 can be formed of uniform crystals having a relatively small grain size, and the formation of large crystals can be substantially prevented.

なお、上述した乾燥工程及び脱脂工程においても、焼成工程で用いる赤外線加熱装置200を用いることで、使用する装置の種類を減少させて製造コストを低減することができるが、乾燥工程及び脱脂工程では、赤外線加熱装置200とは別の装置、例えば、ホットプレート等を用いるようにしてもよい。   In addition, also in the drying process and the degreasing process described above, by using the infrared heating device 200 used in the firing process, the type of apparatus to be used can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. However, in the drying process and the degreasing process, A device other than the infrared heating device 200, such as a hot plate, may be used.

そして、図5(a)に示すように、下電極膜60上に誘電体膜72の1層目を形成した段階で、下電極膜60及び1層目の誘電体膜72を同時にパターニングする。なお、下電極膜60及び誘電体膜72のパターニングは、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。   Then, as shown in FIG. 5A, when the first layer of the dielectric film 72 is formed on the lower electrode film 60, the lower electrode film 60 and the first dielectric film 72 are simultaneously patterned. The patterning of the lower electrode film 60 and the dielectric film 72 can be performed by dry etching such as ion milling, for example.

そして、パターニング後、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誘電体膜形成工程を複数回繰り返すことで、図5(b)に示すように複数層の誘電体膜72からなる所定厚さの圧電体層70を形成する。例えば、ゾルの1回あたりの膜厚が0.1μm程度の場合には、例えば、10層の誘電体膜72からなる圧電体層70全体の膜厚は約1.1μm程度となる。   Then, after patterning, the dielectric film forming process including the coating process, the drying process, the degreasing process, and the baking process described above is repeated a plurality of times, thereby forming a plurality of dielectric films 72 as shown in FIG. A piezoelectric layer 70 having a predetermined thickness is formed. For example, when the film thickness per sol is about 0.1 μm, for example, the entire film thickness of the piezoelectric layer 70 composed of ten dielectric films 72 is about 1.1 μm.

そして、圧電体層70を形成した後は、図6(a)に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜80を流路形成基板10の全面に形成した後、図6(b)に示すように、圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。   Then, after the piezoelectric layer 70 is formed, as shown in FIG. 6A, for example, an upper electrode film 80 made of iridium is formed on the entire surface of the flow path forming substrate 10, and then, as shown in FIG. As shown, the piezoelectric element 300 is formed by patterning the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 in a region facing each pressure generating chamber 12.

次に、リード電極90を形成する。具体的には、図6(c)に示すように、流路形成基板10の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して各圧電素子300毎にパターニングすることで形成される。   Next, the lead electrode 90 is formed. Specifically, as shown in FIG. 6C, after forming the lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like over the entire surface of the flow path forming substrate 10, for example, a mask pattern made of a resist or the like. It is formed by patterning each piezoelectric element 300 via (not shown).

次に、図7(a)に示すように、パターニングされた複数の圧電素子300を保持する保護基板用ウェハ130を、流路形成基板10上に例えば接着剤35によって接合する。なお、保護基板用ウェハ130には、リザーバ部31、圧電素子保持部32等が予め形成されている。また、保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するシリコン単結晶基板からなり、保護基板用ウェハ130を接合することで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 illustrated in FIG. 7A, a protective substrate wafer 130 that holds a plurality of patterned piezoelectric elements 300 is bonded onto the flow path forming substrate 10 with, for example, an adhesive 35. The protective substrate wafer 130 is preliminarily formed with a reservoir portion 31, a piezoelectric element holding portion 32, and the like. Further, the protective substrate wafer 130 is made of, for example, a silicon single crystal substrate having a thickness of about 400 μm, and the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is remarkably improved by bonding the protective substrate wafer 130. Become.

次いで、図7(b)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、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ110を、約70μmの厚さとなるように加工した。   Next, as shown in FIG. 7B, after the flow path forming substrate wafer 110 is polished to a certain thickness, the flow path forming substrate wafer 110 is further wet-etched with hydrofluoric acid to obtain a predetermined thickness. To. For example, in this embodiment, the flow path forming substrate wafer 110 is processed to have a thickness of about 70 μm by polishing and wet etching.

次に、図7(c)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、図8に示すように、流路形成基板用ウェハ110をマスク膜52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、圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15を形成する。   Next, as shown in FIG. 7C, a mask film 52 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 8, by performing anisotropic etching (wet etching) using an alkaline solution such as KOH on the flow path forming substrate wafer 110 through the mask film 52, the pressure generating chamber 12, the communication portion 13, an ink supply path 14 and a communication path 15 are formed.

その後は、流路形成基板用ウェハ110の圧力発生室12が開口する面側のマスク膜52を除去し、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ130の周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハ110等を、図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。   Thereafter, the mask film 52 on the surface side where the pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate wafer 110 is opened is removed, and unnecessary portions of the peripheral portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are, for example, It is removed by cutting by dicing or the like. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. The ink jet type recording head having the above-described structure is manufactured by dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into a single chip size flow path forming substrate 10 as shown in FIG.

(実施形態2)
図9は、本発明の実施形態2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要部断面図である。なお、上述した実施形態1と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member similar to Embodiment 1 mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図9に示すように、本実施形態の圧電素子300の下電極膜60Aは、基板(流路形成基板10)側に密着層61を有する。   As shown in FIG. 9, the lower electrode film 60 </ b> A of the piezoelectric element 300 of the present embodiment has an adhesion layer 61 on the substrate (flow path forming substrate 10) side.

また、下電極膜60Aは、圧電体層70を形成する前に密着層61と、密着層61上に白金(Pt)からなる白金層と、白金層上に拡散防止層とが順次積層されて形成され、詳しくは後述する製造方法によって圧電体層70を焼成して結晶化させて形成した際に下電極膜60Aも同時に加熱処理されて合金化される。このように下電極膜60Aが加熱されて合金化された際に、密着層61が他の層(特に白金層)内に拡散する量を減少させて、下電極膜60Aと基板(本実施形態では、絶縁体膜55)との間に残留するようにしている。このため、密着層61が下電極膜60A内に拡散することによって、基板(本実施形態では、絶縁体膜55)と下電極膜60Aとの密着力が低下するのを防止している。   Further, the lower electrode film 60A includes an adhesion layer 61, a platinum layer made of platinum (Pt) on the adhesion layer 61, and a diffusion prevention layer sequentially laminated on the adhesion layer 61 before the piezoelectric layer 70 is formed. When the piezoelectric layer 70 is formed by firing and crystallizing by the manufacturing method described in detail later, the lower electrode film 60A is also heat-treated and alloyed. In this way, when the lower electrode film 60A is heated and alloyed, the amount of diffusion of the adhesion layer 61 into other layers (particularly, the platinum layer) is reduced, and the lower electrode film 60A and the substrate (this embodiment) are reduced. Then, it is made to remain between the insulator films 55). For this reason, the adhesion layer 61 is diffused into the lower electrode film 60A, thereby preventing the adhesion between the substrate (in this embodiment, the insulator film 55) and the lower electrode film 60A from being reduced.

なお、密着層61としては、下電極膜60Aと基板との密着力を向上するものであれば、特に限定されず、例えば、チタン(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)及びタングステン(W)等が挙げられる。   The adhesion layer 61 is not particularly limited as long as it improves the adhesion between the lower electrode film 60A and the substrate. For example, titanium (Ti), chromium (Cr), tantalum (Ta), zirconium ( Zr) and tungsten (W).

ここで、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10は、本発明の実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。なお、上述した実施形態1と同様の工程については、重複する説明は省略する。   Here, a method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, about the process similar to Embodiment 1 mentioned above, the overlapping description is abbreviate | omitted.

上述した実施形態1と同様に、流路形成基板用ウェハ110上に弾性膜50、絶縁体膜55を形成した後、図10(a)に示すように、密着層61、白金層62及び拡散防止層63からなる下電極膜60Aを形成する。具体的には、まず、絶縁体膜55上に、密着層61を形成する。密着層61としては、例えば、厚さが10〜50nmのチタン(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)及びタングステン(W)からなる群から選択される少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、密着層61として、厚さ20nmのチタン(Ti)を設けた。このように下電極膜60Aの最下層に密着層61を設けることによって、絶縁体膜55と下電極膜60Aとの密着力を高めることができる。次いで、密着層61上に白金(Pt)からなり厚さが50〜500nmの白金層62を形成する。本実施形態では、白金層62を130nmの厚さで形成した。そして、白金層62上に拡散防止層63を形成する。これにより、密着層61、白金層62及び拡散防止層63からなる下電極膜60Aが形成される。なお、拡散防止層63は、後の工程で圧電体層70を焼成して結晶化させて形成する際に、密着層61の成分が圧電体層70に拡散するのを防止すると共に圧電体層70の成分が下電極膜60Aに拡散するのを防止するためのものである。このような拡散防止層63としては、厚さが5〜20nmのイリジウム(Ir)、パラジウム(Pb)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)及びオスミウム(Os)からなる群から選択される少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、拡散防止層63として、厚さ10nmのイリジウム(Ir)を用いた。   Similar to the first embodiment, after the elastic film 50 and the insulator film 55 are formed on the flow path forming substrate wafer 110, as shown in FIG. 10A, the adhesion layer 61, the platinum layer 62, and the diffusion layer are formed. A lower electrode film 60A made of the prevention layer 63 is formed. Specifically, first, the adhesion layer 61 is formed on the insulator film 55. As the adhesion layer 61, for example, at least one element selected from the group consisting of titanium (Ti), chromium (Cr), tantalum (Ta), zirconium (Zr), and tungsten (W) having a thickness of 10 to 50 nm. Is the main component. In this embodiment, 20 nm-thick titanium (Ti) is provided as the adhesion layer 61. Thus, by providing the adhesion layer 61 in the lowermost layer of the lower electrode film 60A, the adhesion between the insulator film 55 and the lower electrode film 60A can be enhanced. Next, a platinum layer 62 made of platinum (Pt) and having a thickness of 50 to 500 nm is formed on the adhesion layer 61. In the present embodiment, the platinum layer 62 is formed with a thickness of 130 nm. Then, a diffusion preventing layer 63 is formed on the platinum layer 62. Thereby, the lower electrode film 60 </ b> A composed of the adhesion layer 61, the platinum layer 62, and the diffusion preventing layer 63 is formed. The diffusion preventing layer 63 prevents the components of the adhesion layer 61 from diffusing into the piezoelectric layer 70 when the piezoelectric layer 70 is formed by firing and crystallizing in a later step. This is to prevent the component 70 from diffusing into the lower electrode film 60A. Such a diffusion preventing layer 63 is at least one selected from the group consisting of iridium (Ir), palladium (Pb), rhodium (Rh), ruthenium (Ru) and osmium (Os) having a thickness of 5 to 20 nm. The main component is one element. In the present embodiment, iridium (Ir) having a thickness of 10 nm is used as the diffusion preventing layer 63.

次に、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。具体的には、図10(b)に示すように、下電極膜60A上にPZT前駆体膜である誘電体前駆体膜71を成膜する。次に、乾燥した誘電体前駆体膜71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)。   Next, a piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) is formed. Specifically, as shown in FIG. 10B, a dielectric precursor film 71 which is a PZT precursor film is formed on the lower electrode film 60A. Next, the dried dielectric precursor film 71 is degreased by heating it to a predetermined temperature and holding it for a certain time (degreasing step).

次に、図10(c)に示すように、誘電体前駆体膜71を赤外線加熱装置200Aによって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、誘電体膜72を形成する(焼成工程)。   Next, as shown in FIG. 10C, the dielectric precursor film 71 is crystallized by being heated to a predetermined temperature by the infrared heating device 200A and held for a certain period of time to form a dielectric film 72 (baking). Process).

ここで誘電体前駆体膜71を加熱焼成する赤外線加熱装置200Aとしては、図10(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の一方面側に設けられた誘電体前駆体膜71に相対向する領域に設けられて、誘電体前駆体膜71に当該誘電体前駆体膜71の吸収率の大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線を照射する第1の加熱手段201Aと、流路形成基板用ウェハ110の他方面側(裏面側)に相対向する領域に設けられて、流路形成基板用ウェハ110の他方面側に赤外線を照射する第2の加熱手段202Aとを具備する。   Here, as the infrared heating apparatus 200A for heating and baking the dielectric precursor film 71, as shown in FIG. 10C, the dielectric precursor film 71 provided on one side of the flow path forming substrate wafer 110. A first heating means 201A for irradiating the dielectric precursor film 71 with infrared rays in a wavelength region excluding a wavelength region having a high absorption rate of the dielectric precursor film 71; Provided in a region opposite to the other surface side (back surface side) of the path forming substrate wafer 110, is provided with second heating means 202 </ b> A that irradiates the other surface side of the channel forming substrate wafer 110 with infrared rays. .

第1の加熱手段201Aは、赤外線が照射される熱源203Aと、熱源203Aと流路形成基板用ウェハ110との間に設けられたフィルタ204とを具備する。   The first heating means 201 </ b> A includes a heat source 203 </ b> A to which infrared rays are irradiated, and a filter 204 provided between the heat source 203 </ b> A and the flow path forming substrate wafer 110.

また、第2の加熱手段202Aは、赤外線が照射される熱源205Aのみで構成されている。第1の加熱手段201A及び第2の加熱手段202Aのそれぞれの熱源203A、205Aは、遠赤外線を含む赤外線を照射するものである。   Further, the second heating means 202A is composed only of a heat source 205A irradiated with infrared rays. The heat sources 203A and 205A of the first heating unit 201A and the second heating unit 202A irradiate infrared rays including far infrared rays.

ここで、第2の加熱手段202Aの熱源205Aの色温度は、第1の加熱手段201Aの熱源203Aの色温度に比べて低くしている。これにより、密着層61よりも基板(流路形成基板用ウェハ110)側が加熱される温度を、密着層61よりも誘電体膜72側が加熱される温度に比べて低くすることができる。したがって、密着層61を挟んで誘電体膜72側から基板(流路形成基板用ウェハ110)側に向かって低くなる温度勾配をつけることができる。   Here, the color temperature of the heat source 205A of the second heating unit 202A is lower than the color temperature of the heat source 203A of the first heating unit 201A. Thereby, the temperature at which the substrate (flow path forming substrate wafer 110) side is heated from the adhesion layer 61 can be made lower than the temperature at which the dielectric film 72 side is heated from the adhesion layer 61. Therefore, a temperature gradient that decreases from the dielectric film 72 side toward the substrate (flow path forming substrate wafer 110) side can be provided with the adhesion layer 61 interposed therebetween.

このため、誘電体膜72を焼成する際に、下電極膜60Aが同時に加熱されても、密着層61が下電極膜60A内に拡散される量を減少させて、下電極膜60Aと基板(本実施形態では絶縁体膜55)との間に密着層61を残留させることができる。これにより、密着層61が下電極膜60A内に拡散することによる下電極膜60Aと基板(絶縁体膜55)との密着力が低下するのを防止して、圧電素子300の駆動時に下電極膜60Aの剥離による圧電素子300の損傷を防止でき、印刷品質を維持することができると共に、信頼性を向上することができる。   Therefore, even when the lower electrode film 60A is heated at the same time when the dielectric film 72 is baked, the amount of the adhesion layer 61 diffused into the lower electrode film 60A is reduced, and the lower electrode film 60A and the substrate ( In this embodiment, the adhesion layer 61 can remain between the insulating film 55). This prevents a decrease in adhesion between the lower electrode film 60A and the substrate (insulator film 55) due to the diffusion of the adhesion layer 61 into the lower electrode film 60A. Damage to the piezoelectric element 300 due to peeling of the film 60A can be prevented, print quality can be maintained, and reliability can be improved.

なお、密着層61の拡散条件は、密着層61の濃度勾配と、加熱される温度勾配とによって決まる。このため、本実施形態のように温度勾配を制御することによって、密着層61の拡散を減少させることができる。   The diffusion condition of the adhesion layer 61 is determined by the concentration gradient of the adhesion layer 61 and the temperature gradient to be heated. For this reason, the diffusion of the adhesion layer 61 can be reduced by controlling the temperature gradient as in the present embodiment.

また、シリコンからなる流路形成基板用ウェハ110は、赤外線が通過して加熱されず、二酸化シリコン(SiO)からなる弾性膜50は2nmの波長を吸収するため、吸光発熱が高い。そして、温度勾配をつけずに加熱した場合、下電極膜60Aの下部側(密着層61側)から発熱し、下電極膜60Aの厚さ方向の下部側が上部側に比べて高い温度で加熱される。したがって、温度の高い側に設けられた密着層61は、温度の低い側の下電極膜60A内に拡散してしまう。本実施形態では、下電極膜60Aが温度勾配をつけて加熱されるようにしたため、密着層61が下電極膜60A内に拡散して、下電極膜60Aの密着力が低下するのを防止できる。 In addition, the flow path forming substrate wafer 110 made of silicon is not heated by passing infrared rays, and the elastic film 50 made of silicon dioxide (SiO 2 ) absorbs a wavelength of 2 nm, and therefore the heat of absorption is high. When heated without a temperature gradient, heat is generated from the lower side of the lower electrode film 60A (adhesion layer 61 side), and the lower side in the thickness direction of the lower electrode film 60A is heated at a higher temperature than the upper side. The Therefore, the adhesion layer 61 provided on the higher temperature side diffuses into the lower electrode film 60A on the lower temperature side. In the present embodiment, since the lower electrode film 60A is heated with a temperature gradient, it is possible to prevent the adhesion layer 61 from diffusing into the lower electrode film 60A and reducing the adhesion of the lower electrode film 60A. .

ちなみに、酸化ジルコニウム(ZrO)からなる絶縁体膜55は20nmの波長を吸収し、白金族金属からなる白金層62及び拡散防止層63は赤外線を反射する。また、PZTからなる誘電体膜72は20〜40nmの波長を吸収する。 Incidentally, the insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) absorbs a wavelength of 20 nm, and the platinum layer 62 and the diffusion prevention layer 63 made of a platinum group metal reflect infrared rays. The dielectric film 72 made of PZT absorbs a wavelength of 20 to 40 nm.

また、誘電体前駆体膜71の赤外線の吸収率の大きい波長領域は、例えば、赤外線を透過する基板の一方面に誘電体前駆体膜71を形成し、誘電体前駆体膜71に赤外線を照射して、基板の他方面側で誘電体前駆体膜71を透過した赤外線の波長領域を測定することで、取得することができる。   Further, in the wavelength region where the infrared absorption rate of the dielectric precursor film 71 is large, for example, the dielectric precursor film 71 is formed on one surface of a substrate that transmits infrared rays, and the dielectric precursor film 71 is irradiated with infrared rays. And it can acquire by measuring the wavelength range of the infrared rays which permeate | transmitted the dielectric precursor film | membrane 71 by the other surface side of the board | substrate.

さらに、本実施形態では、第1の加熱手段201Aの熱源203Aの色温度を、第2の加熱手段202Aの熱源205Aの色温度よりも高くしたため、誘電体膜72が直接加熱されて大粒径の結晶ができ易いが、本実施形態でも上述した実施形態1と同様に、第1の加熱手段201Aにフィルタ204を設けているため、誘電体前駆体膜71の吸収率の大きい波長領域以外の波長領域の赤外線によって、誘電体前駆体膜71を直接加熱することなく、誘電体前駆体膜71の下地を加熱することができる。したがって、誘電体前駆体膜71の膜中を起点として結晶成長させることなく、誘電体前駆体膜71を下地側を起点として結晶成長させることができ、下地側から配向及び結晶粒のサイズ等の結晶性を引き継いで、誘電体膜72を良好な結晶性で形成することができる。   Furthermore, in this embodiment, since the color temperature of the heat source 203A of the first heating unit 201A is set higher than the color temperature of the heat source 205A of the second heating unit 202A, the dielectric film 72 is directly heated and has a large particle size. In this embodiment, the filter 204 is provided in the first heating means 201A as in the first embodiment, so that the dielectric precursor film 71 has a wavelength region other than the wavelength region where the absorption rate is high. The base of the dielectric precursor film 71 can be heated without directly heating the dielectric precursor film 71 with infrared rays in the wavelength region. Accordingly, the dielectric precursor film 71 can be crystal-grown starting from the base side without crystal growth starting from the film of the dielectric precursor film 71, and the orientation, crystal grain size, etc. The dielectric film 72 can be formed with good crystallinity by taking over the crystallinity.

また、赤外線加熱装置200Aとして、流路形成基板用ウェハ110の一方面側の誘電体前駆体膜71側から加熱する第1の加熱手段201Aと、流路形成基板用ウェハ110の他方面側(裏面側)から加熱する第2の加熱手段202Aとを用いることで、高い昇温レートで誘電体前駆体膜71を加熱して結晶化させて良好な結晶性を有する誘電体膜72を形成することができる。   Further, as the infrared heating apparatus 200A, first heating means 201A for heating from the dielectric precursor film 71 side on one side of the flow path forming substrate wafer 110, and the other side of the flow path forming substrate wafer 110 ( By using the second heating means 202A that heats from the back surface side, the dielectric precursor film 71 is heated and crystallized at a high temperature rising rate to form the dielectric film 72 having good crystallinity. be able to.

なお、その後の工程については、上述した実施形態1と同様であるため重複する説明は省略する。   Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment described above, a duplicate description is omitted.

また、本実施形態では、密着層61、白金層62及び拡散防止層63を順次積層して下電極膜60Aを形成したが、下電極膜60Aは、基板(絶縁体膜55)側に密着層61を有するものであれば、その他の材料については、特に限定されるものではない。また、密着層61の材料についても、圧電体層70を形成する際の加熱によって下電極膜60A内に拡散されるものであれば、上述したものに限定されるものではない。   In this embodiment, the adhesion layer 61, the platinum layer 62, and the diffusion prevention layer 63 are sequentially laminated to form the lower electrode film 60A. However, the lower electrode film 60A is disposed on the substrate (insulator film 55) side. If it has 61, it will not specifically limit about another material. Further, the material of the adhesion layer 61 is not limited to the above as long as it is diffused into the lower electrode film 60A by heating when the piezoelectric layer 70 is formed.

(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1及び2では、白金又はイリジウムからなる下電極膜60や密着層61、白金層62及び拡散防止層63からなる下電極膜60Aを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、誘電体前駆体膜71を形成する前に、下電極膜60、60A上に誘電体膜72を結晶成長させる際の核となる種チタン等を設けるようにしてもよい。
(Other embodiments)
While the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above. For example, in the first and second embodiments described above, the lower electrode film 60 made of platinum or iridium, the lower electrode film 60A made of the adhesion layer 61, the platinum layer 62, and the diffusion prevention layer 63 are exemplified, but the present invention is not particularly limited thereto. For example, before the dielectric precursor film 71 is formed, seed titanium or the like serving as a nucleus for crystal growth of the dielectric film 72 may be provided on the lower electrode films 60 and 60A.

また、上述した実施形態1及び2では、流路形成基板10及び流路形成基板用ウェハ110として、結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位が(100)面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。   In the first and second embodiments described above, the flow path forming substrate 10 and the flow path forming substrate wafer 110 are exemplified by the silicon single crystal substrate having the (110) crystal plane orientation, but the present invention is not particularly limited thereto. For example, a silicon single crystal substrate having a (100) crystal plane orientation may be used, or a material such as an SOI substrate or glass may be used.

なお、上述した実施形態1及び2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(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。   In the first and second embodiments described above, 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 ejects liquids other than ink. Of course, the invention can also be applied to a liquid jet 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 (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.

また、本発明は、圧電素子を有する液体噴射ヘッドの製造方法に限定されるものではない。即ち、本発明は、誘電体膜からなる圧電体層の製造方法に限定されず、あらゆる誘電材料からなる誘電体膜の製造方法に適用できることは言うまでもない。   Further, the present invention is not limited to a method for manufacturing a liquid jet head having a piezoelectric element. That is, it goes without saying that the present invention is not limited to a method for manufacturing a piezoelectric layer made of a dielectric film, but can be applied to a method for manufacturing a dielectric film made of any dielectric material.

実施形態1に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態2に係る記録ヘッドの要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a recording head according to a second embodiment. 実施形態2に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a recording head according to Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

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 リザーバ部、 32 圧電素子保持部、 40 コンプライアンス基板、 60、60A 下電極膜、 61 密着層、 62 白金層、 63 拡散防止層、 70 圧電体層、 71 誘電体前駆体膜、 72 誘電体膜、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 110 流路形成基板用ウェハ、 120 駆動回路、 121 接続配線、 130 保護基板用ウェハ、 200、200A 赤外線加熱装置、 201、201A 第1の加熱手段、 202、202A 第2の加熱手段、 204 フィルタ、 300 圧電素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 13 Communication part, 14 Ink supply path, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board, 31 Reservoir part, 32 Piezoelectric element holding part, 40 Compliance board, 60, 60A Bottom Electrode film, 61 Adhesion layer, 62 Platinum layer, 63 Diffusion prevention layer, 70 Piezoelectric layer, 71 Dielectric precursor film, 72 Dielectric film, 80 Upper electrode film, 90 Lead electrode, 100 Reservoir, 110 Channel formation substrate Wafer, 120 drive circuit, 121 connection wiring, 130 protective substrate wafer, 200, 200A infrared heating device, 201, 201A first heating means, 202, 202A second heating means, 204 filter, 300 piezoelectric element

Claims (9)

基板の一方面側に有機金属化合物のゾルを塗布して誘電体前駆体膜を形成する工程と、前記基板の前記誘電体前駆体膜に相対向する領域から当該誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線を照射すると共に、前記基板の他方面側から赤外線を照射して前記誘電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化する工程とを具備することを特徴とする誘電体膜の製造方法。 Applying a sol of an organometallic compound to one side of the substrate to form a dielectric precursor film; and an absorptance of the dielectric precursor film from a region of the substrate facing the dielectric precursor film And irradiating infrared rays in a wavelength region excluding a large wavelength region, and irradiating infrared rays from the other surface side of the substrate to heat-fire and crystallize the dielectric precursor film. A method for manufacturing a dielectric film. 前記誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線の照射が、赤外線を照射する熱源と、前記誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外するフィルタとを用いて行うことを特徴とする請求項1記載の誘電体膜の製造方法。 Irradiation of infrared light in a wavelength region excluding a wavelength region having a high absorption rate of the dielectric precursor film includes a heat source that irradiates infrared light, and a filter that excludes a wavelength region in which the dielectric precursor film has a high absorption rate. The method for producing a dielectric film according to claim 1, wherein the dielectric film is produced by using the dielectric film. 前記誘電体前駆体膜を結晶化する工程の前に、前記誘電体前駆体膜を乾燥させる乾燥工程、乾燥した前記誘電体前駆体膜を脱脂する脱脂工程をさらに具備することを特徴とする請求項1又は2記載の誘電体膜の製造方法。 The method further comprises a drying step of drying the dielectric precursor film and a degreasing step of degreasing the dried dielectric precursor film before the step of crystallizing the dielectric precursor film. Item 3. The method for producing a dielectric film according to Item 1 or 2. 前記誘電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化する工程では、100℃/sec以上の昇温レートで行うことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の誘電体膜の製造方法。 4. The dielectric film according to claim 1, wherein the step of crystallizing the dielectric precursor film by heating and baking is performed at a temperature rising rate of 100 ° C./sec or more. 5. Production method. 前記基板上に下電極を形成する工程と、該下電極上に前記圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、前記圧電体層を形成する工程が、請求項1〜4の何れか一項に記載の製造方法により製造された誘電体膜を製造する方法であることを特徴とする圧電素子の製造方法。 Forming a piezoelectric layer, comprising: forming a lower electrode on the substrate; forming a piezoelectric layer on the lower electrode; and forming an upper electrode on the piezoelectric layer. A method of manufacturing a piezoelectric element, wherein the step of performing is a method of manufacturing a dielectric film manufactured by the manufacturing method according to claim 1. 前記下電極が前記基板側に密着層を有すると共に、前記誘電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化する工程では、前記基板の他方面側から赤外線を照射する色温度を、前記基板の一方面側から赤外線を照射する熱源の色温度よりも低くして行うことを特徴とする請求項5記載の圧電素子の製造方法。 The lower electrode has an adhesion layer on the substrate side, and in the step of crystallizing the dielectric precursor film by heating and baking, the color temperature of irradiating infrared rays from the other surface side of the substrate is set to one of the substrates. 6. The method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 5, wherein the temperature is lower than a color temperature of a heat source that irradiates infrared rays from the side. 前記密着層が、チタンを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項6記載の圧電素子の製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 6, wherein the adhesion layer is made of a material mainly composed of titanium. 一方面側に誘電体前駆体膜が設けられた基板の前記誘電体膜側に相対向する領域に設けられて、当該誘電体前駆体膜の吸収率が大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線を照射する第1の加熱手段と、前記基板の他方面側に設けられて、当該基板の前記他方面側に赤外線を照射する第2の加熱手段とを具備することを特徴とする赤外線加熱装置。 Infrared light in a wavelength region that is provided in a region opposite to the dielectric film side of the substrate having a dielectric precursor film provided on one side and excluding a wavelength region in which the dielectric precursor film has a high absorption rate An infrared heating apparatus comprising: a first heating unit that irradiates the substrate; and a second heating unit that is provided on the other surface side of the substrate and irradiates infrared light on the other surface side of the substrate. . 前記第1の加熱手段が、赤外線を照射する熱源と、該熱源と前記基板との間に設けられて、前記誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外するフィルタとで構成されていることを特徴とする請求項8記載の赤外線加熱装置。 The first heating means includes a heat source that emits infrared rays, and a filter that is provided between the heat source and the substrate and excludes a wavelength region having a large absorption rate of the dielectric precursor film. The infrared heating device according to claim 8, wherein
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