JP2008235654A - 金属膜の製造方法、圧電素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター - Google Patents
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
【課題】デバイスに適した結晶構造を有する金属膜の製造方法、圧電素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターを提供する。
【解決手段】基体１０の上方に有機膜２５を形成する工程と、有機膜の上に金属膜３０ａを形成する工程と、基体を加熱することにより、有機膜２５を分解、ガス化して除去することで、金属層３０ａが下方に基体１０上に落下して、金属膜３０ａとは異なる新たな結晶構造が形成される工程と、金属膜はさらに加熱され、再結晶化された金属膜が形成される工程と、金属膜上に強誘電体層を形成する工程と、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】基体１０の上方に有機膜２５を形成する工程と、有機膜の上に金属膜３０ａを形成する工程と、基体を加熱することにより、有機膜２５を分解、ガス化して除去することで、金属層３０ａが下方に基体１０上に落下して、金属膜３０ａとは異なる新たな結晶構造が形成される工程と、金属膜はさらに加熱され、再結晶化された金属膜が形成される工程と、金属膜上に強誘電体層を形成する工程と、を含む。
【選択図】図２
Description
本発明は、金属膜の製造方法、圧電素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターに関する。
高画質、高速印刷を可能にするプリンターとして、インクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドを備え、このヘッドを走査させつつそのノズルからインク滴を吐出することにより、印刷を行うものである。このようなインクジェットプリンター用のインクジェット式記録ヘッドにおけるヘッドアクチュエーターとしては、従来、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）に代表される圧電体層を用いた圧電素子が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。また、圧電素子は、インクジェットプリンターの他に、圧電ポンプ、表面弾性波素子、薄膜圧電共振子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、および電子機器等のデバイスにおいても用いられる。このような圧電素子においては、その結晶構造が圧電特性に大きく寄与する。また他の素子においても、結晶構造がデバイス特性に大きく寄与することから、結晶配向を制御するための手段が望まれている。
特開２００１−２２３４０４号公報
本発明の目的は、デバイスに適した結晶構造を有する金属膜の製造方法、圧電素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターを提供することにある。
本発明にかかる金属膜の製造方法は、
（ａ）基体の上方に有機膜を形成する工程と、
（ｂ）前記有機膜の上に金属膜を形成する工程と、
（ｃ）前記基体を加熱することにより、前記有機膜を分解するとともに前記金属膜の結晶配向をかえる工程と、
を含む。
（ａ）基体の上方に有機膜を形成する工程と、
（ｂ）前記有機膜の上に金属膜を形成する工程と、
（ｃ）前記基体を加熱することにより、前記有機膜を分解するとともに前記金属膜の結晶配向をかえる工程と、
を含む。
本発明において、特定のＡ部材（以下、「Ａ部材」という。）の上方に設けられた特定のＢ部材（以下、「Ｂ部材」という。）というとき、Ａ部材の上に直接Ｂ部材が設けられた場合と、Ａ部材の上に他の部材を介してＢ部材が設けられた場合とを含む意味である。
本発明にかかる金属膜の製造方法において、
前記工程（ｂ）では、スパッタリングにより金属膜を形成することができる。
前記工程（ｂ）では、スパッタリングにより金属膜を形成することができる。
本発明にかかる金属膜の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ｃ）と同時に行うことができる。
前記工程（ｂ）は、前記工程（ｃ）と同時に行うことができる。
本発明にかかる金属膜の製造方法において、
前記工程（ｃ）の後に、
前記金属膜の上にさらに金属を堆積することができる。
前記工程（ｃ）の後に、
前記金属膜の上にさらに金属を堆積することができる。
本発明にかかる金属膜の製造方法において、
前記工程（ｂ）において形成される金属膜は、（１１１）配向の結晶構造を有し、
前記工程（ｃ）において、前記金属膜は、少なくとも一部の領域において（１００）配向の結晶構造にかわることができる。
前記工程（ｂ）において形成される金属膜は、（１１１）配向の結晶構造を有し、
前記工程（ｃ）において、前記金属膜は、少なくとも一部の領域において（１００）配向の結晶構造にかわることができる。
本発明にかかる金属膜の製造方法において、
前記金属膜は、白金またはイリジウムまたはルテニウムまたはロジウムまたはパラジウムまたはオスミウムまたはこれらの合金からなることができる。
前記金属膜は、白金またはイリジウムまたはルテニウムまたはロジウムまたはパラジウムまたはオスミウムまたはこれらの合金からなることができる。
本発明にかかる金属膜の製造方法において、
前記工程（ｂ）において形成される金属膜の膜厚は、５０ｎｍ以下であることができる。
前記工程（ｂ）において形成される金属膜の膜厚は、５０ｎｍ以下であることができる。
本発明にかかる金属膜の製造方法において、
前記工程（ａ）では、前記基体の上方における一部の領域に有機膜を形成し、
前記工程（ｂ）では、前記一部の領域の上および他の領域の上に金属膜を形成し、
前記工程（ｃ）では、前記一部の領域に形成された金属膜の結晶配向をかえることができる。
前記工程（ａ）では、前記基体の上方における一部の領域に有機膜を形成し、
前記工程（ｂ）では、前記一部の領域の上および他の領域の上に金属膜を形成し、
前記工程（ｃ）では、前記一部の領域に形成された金属膜の結晶配向をかえることができる。
本発明にかかる圧電素子の製造方法は、
（ａ）基体の上方に有機膜を形成する工程と、
（ｂ）前記有機膜の上に金属膜を形成する工程と、
（ｃ）前記基体を加熱することにより、前記有機膜を分解するとともに前記金属膜の結晶配向をかえる工程と、
（ｄ）前記金属膜の上方に圧電体膜を形成する工程と、
を含む。
（ａ）基体の上方に有機膜を形成する工程と、
（ｂ）前記有機膜の上に金属膜を形成する工程と、
（ｃ）前記基体を加熱することにより、前記有機膜を分解するとともに前記金属膜の結晶配向をかえる工程と、
（ｄ）前記金属膜の上方に圧電体膜を形成する工程と、
を含む。
本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程（ａ）では、前記基体の上方における一部の領域に有機膜を形成し、
前記工程（ｂ）では、前記一部の領域の上および他の領域の上に金属膜を形成し、
前記工程（ｃ）では、前記一部の領域に形成された金属膜の結晶配向をかえて、
前記工程（ｄ）では、前記一部の領域内に前記圧電体膜を形成することができる。
前記工程（ａ）では、前記基体の上方における一部の領域に有機膜を形成し、
前記工程（ｂ）では、前記一部の領域の上および他の領域の上に金属膜を形成し、
前記工程（ｃ）では、前記一部の領域に形成された金属膜の結晶配向をかえて、
前記工程（ｄ）では、前記一部の領域内に前記圧電体膜を形成することができる。
本発明にかかるインクジェット式記録ヘッドは、上述した製造方法により製造された圧電素子を含む。
本発明にかかるインクジェットプリンターは、上述したインクジェット式記録ヘッドを含む。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
１．金属膜の製造方法
まず、本実施の形態にかかる金属膜の製造方法について説明する。図１〜図４は、本実施の形態にかかる金属膜の製造方法を模式的に示す断面図である。以下、工程順に説明する。
まず、本実施の形態にかかる金属膜の製造方法について説明する。図１〜図４は、本実施の形態にかかる金属膜の製造方法を模式的に示す断面図である。以下、工程順に説明する。
（１）まず、基体１０を準備する。基体１０の材質は特に限定されないが、たとえば無機系基板（例えば石英ガラス、シリコンウエハ、酸化物層）であってもよい。また、基体１０は、基板上に単層膜または多層膜が形成されたものであってもよい。圧電素子に適用される場合には、基体１０は、たとえば、シリコン層および酸化シリコンや酸化ジルコニウム等の無機酸化物層を含むことができる。また基体１０は、弾性板として機能する層を含んでもよい。
（２）次に、基体１０上に有機膜２５を形成する（図１参照）。有機膜２５の材質は、熱処理を施すことにより分解できる材質であれば特に限定されないが、たとえばフォトレジスト、シランカップリング剤、ＬＢ膜（Langmuir Blodgett film）、自己組織化膜（ＳＡＭ;self-assembled monolayer）、その他の熱可塑性樹脂または光硬化性樹脂等の樹脂であることができる。有機膜２５は、公知の方法を用いて形成することができるが、たとえば液体状の有機材料をスピンコート法、ディップコート等により基体１０上に塗布し、その後加熱または光を照射等することによって硬化して得られる。また有機膜２５は、パターニングされてもよく、たとえばフォトリソグラフィ技術を用いて形成されてもよい。形成された有機膜２５の膜厚は、特に限定されないが、たとえば５Å〜５０ｎｍであることができる。このような膜厚を有することにより、後述する金属膜の配向性を、膜形状を維持させながら適切な配向にかえることができる。
（３）次に、有機膜２５の上に金属膜３０ａを形成する（図２参照）。金属膜３０ａの材質は、自己配向性の強いものであることができ、たとえば白金、イリジウムなどの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳｒＲｕＯ３やＬａＮｉＯ３といった複合酸化物など、を用いることができる。特に自己配向性の強い白金またはイリジウムまたはルテニウムまたはロジウムまたはパラジウムまたはオスミウムまたはこれらの合金を適用することが好ましい。
金属膜３０ａの形成方法としては、公知の方法を用いることができ、特に限定されないが、たとえばスパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ法、めっき法等により成膜することができる。
なお、金属膜３０ａの膜厚は、５０ｎｍ以下であることが好ましい。金属膜３０ａの膜厚が５０ｎｍより大きくなると、後の加熱処理の際に基体１０から剥離してしまうことがあるからである。
（４）次に、基体１０を加熱することにより、有機膜２５を分解して除去するとともに、金属膜３０ａの結晶配向をかえる（図２〜図４参照）。加熱は、ランプアニールまたは拡散炉により、大気雰囲気中、５００℃〜８００℃で５分〜３０分間程度行われることが好ましい。なお、加熱雰囲気としては、有機膜２５をガス化することのできる雰囲気であればよく、酸素または窒素を含む雰囲気であってもよい。
まず、この加熱処理では、図２に示すように、有機膜２５が分解される。有機膜２５を分解することにより、ガス化して除去することができる。有機膜２５が除去されることにより、金属層３０ａが下方に基体１０上に落下して、金属膜３０ｂが形成される（図３参照）。金属膜３０ｂは、図２における金属膜３０ａの結晶構造が落下により破壊された状態である。このように、金属膜３０ｂは、一旦破壊されることにより、金属膜３０ａとは異なる新たな結晶構造を形成することが容易になる。その後、金属膜３０ｂは、さらに加熱されることによって、図４に示すように、再結晶化されて金属膜３０が形成される。
以上の工程により、金属膜３０が形成される。金属膜３０は、有機膜２５の上に形成された金属膜３０ａと異なる結晶配向性を有する。たとえば、金属膜３０ａが（１１１）配向のみを有する結晶構造であった場合に、有機膜２５の形成および除去工程を経ることによって、金属膜３０は、（１００）配向と、（１１１）配向の双方を有する結晶構造または（１００）配向のみを有する結晶構造となることができる。また、たとえば、金属膜３０ａが（１００）配向と（１１１）配向の双方を有する結晶構造であった場合には、有機膜２５の形成および除去工程を経ることによって、（１００）配向と（１１１）配向の割合を変えて金属膜３０を形成することができる。このようにして、たとえば金属膜３０ａの材質が自己配向性の強い材質であっても、その自己配向性とは異なった配向性の結晶構造に変化させることができる。従って、本実施の形態にかかる金属膜の製造方法によれば、金属膜３０の用途に適した配向の結晶構造を有する金属膜を容易に形成することができる。
なお、工程（４）の加熱処理は、工程（３）の金属膜３０ａの形成工程と同時に行っても良いし、金属膜３０ａの一部を形成した後に金属膜３０ａを厚膜化させながら加熱処理を開始してもよい。このように、加熱処理の開始時期を早めることによって、スループットを向上させることができる。
また、金属膜３０の形成後、さらに金属膜３０を厚膜化してもよい。この工程では、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ法、めっき法等により厚膜化することができる。金属膜３０は、上述したように配向が制御されているため、厚膜化した金属膜についても、金属膜３０と同様の配向にすることが可能である。
２．圧電素子およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法
図５〜図１３は、本発明の実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッド１０００の製造方法を模式的に示す断面図である。図示した構造は、インクジェット式記録ヘッド１０００の要部である圧電動作によって変形する部分、すなわち、圧電素子１００（図１３、図１４参照）を中心として描いてある。ここでは説明の便宜のために、単純な例を示すのであり、本実施形態の構造は、ここで示す構造に限定されるものではない。
図５〜図１３は、本発明の実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッド１０００の製造方法を模式的に示す断面図である。図示した構造は、インクジェット式記録ヘッド１０００の要部である圧電動作によって変形する部分、すなわち、圧電素子１００（図１３、図１４参照）を中心として描いてある。ここでは説明の便宜のために、単純な例を示すのであり、本実施形態の構造は、ここで示す構造に限定されるものではない。
（１）まず、基体１０の一部としての基板１１を準備する（図５参照）。基板１１は、たとえばシリコン層１２および酸化物層１４を有する。酸化物層１４は、シリコン層１２の上部に酸化処理を施すことによって設けられた酸化シリコンであってもよいし、シリコン層１２の上面に公知の方法によって新たに設けられた酸化シリコンその他の酸化物であってもよい。酸化物層１４は、熱酸化処理などによって設けることができる。あるいは、基板１１の上部に酸化物層１４を別途設ける場合は、蒸着、スパッタ等の公知の方法によることができる。
（２）次に、基板１１上に弾性体層２０を形成する（図５参照）。弾性体層２０は、スパッタ法、真空蒸着、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＣＶＤ法）などの公知の方法で形成することができる。弾性体層２０の材質としては、たとえば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどが好適である。基板１１の上面に酸化物層１４を設けている場合、弾性体層２０の材質は、酸化物層１４の材質と同じ材質でも、異なる材質でもよい。たとえば、弾性体層２０は、材質を酸化ジルコニウムとし、スパッタ法により、たとえば５００ｎｍの厚みに形成することができる。
（３）次に、弾性体層２０上に有機膜２５を形成する（図６参照）。有機膜２５の材質は、熱処理を施すことにより分解できる材質であれば特に限定されないが、たとえばフォトレジスト、シランカップリング剤、ＬＢ膜（Langmuir Blodgett film）、自己組織化膜（ＳＡＭ;self-assembled monolayer）、その他の熱可塑性樹脂または光硬化性樹脂等の樹脂であることができる。有機膜２５は、公知の方法を用いて形成することができるが、たとえば液体状の有機材料をスピンコート法、ディップコート等により基体１０上に塗布し、その後加熱または光を照射等することによって硬化して得られる。形成された有機膜２５の膜厚は、特に限定されないが、たとえば１０ｎｍ〜５０ｎｍであることができる。
（４）次に、有機膜２５上に、下部電極層３０ａ（金属膜）を形成する（図７参照）。下部電極層３０ａの形成は、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ法などの公知の方法でおこなうことができる。たとえば、下部電極層３０ａは、材質を白金とし、スパッタリングにより、たとえば５０ｎｍの厚みに形成することができる。
（５）次に、基体１０を加熱することにより、有機膜２５を分解して除去するとともに、下部電極層３０ａの結晶配向をかえる（図７〜図９参照）。加熱は、ランプアニールまたは拡散炉により、大気雰囲気中、５００℃〜８００℃で５分〜３０分間程度行われることが好ましい。なお、加熱雰囲気としては、有機膜２５をガス化することのできる雰囲気であればよく、酸素または窒素を含む雰囲気であってもよい。
まず、この加熱処理では、図７に示すように、有機膜２５が分解される。有機膜２５を分解することにより、ガス化して除去することができる。有機膜２５が除去されることにより、下部電極層３０ａが基体１０上に落下して、下部電極層３０ｂが形成される（図８参照）。下部電極層３０ｂは、図７における下部電極層３０ａの結晶構造が落下により破壊された状態である。このように、下部電極層３０ｂは、一旦破壊されることにより、下部電極層３０ａとは異なる新たな結晶構造を形成することが容易になる。その後、下部電極層３０ｂは、さらに加熱されることによって、図９に示すように、再結晶化されて下部電極層３０が形成される。その後下部電極層３０は、厚膜化されてたとえば１００ｎｍの厚みに形成することができる。
白金は、（１１１）配向の強い自己配向性を有する。したがって、下部電極層３０の材質を白金とした場合、通常、その結晶構造は、（１１１）に優先配向する。しかしながら、本実施の形態にかかる製造方法を用いることにより、（１１１）配向の領域を（１００）配向にかえることができる。これにより、後述する強誘電体層４０の配向を（１００）配向に形成することができ、優れた圧電特性を有する圧電素子を得ることができる。
（６）次に、下部電極層３０上に、強誘電体層４０を形成する（図１０参照）。強誘電体層４０は、ゾル−ゲル法、有機金属熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等の液相法やＣＶＤ法やスパッタ法を用いて形成される。強誘電体層４０の材質は、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）は、圧電性能が良好なため、強誘電体層４０の材質として好適である。たとえば、ゾル−ゲル法を用いる場合には、Ｐｂ、Ｚｒ、およびＴｉをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させた溶液を下部電極層３０上に塗布し、その後、乾燥工程および脱脂工程、および結晶化工程を経ることにより、強誘電体層４０を形成することができる。以上の一連の工程を繰り返すことにより、所望の膜厚の強誘電体層４０を得ることができる。強誘電体層４０の膜厚は、たとえば５０ｎｍ〜１５００ｎｍであることができる。
（７）次に強誘電体層４０上に、上部電極層５０を形成する。上部電極層５０の形成は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの公知の方法でおこなうことができる。たとえば、上部電極層５０ａは、材質を白金とし、スパッタ法により、たとえば５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みに形成することができる。以上の工程により、下部電極層３０、強誘電体層４０、および上部電極層５０を含む積層体６０を得ることができる（図１０参照）。
（８）次に、図１１に示すように、強誘電体層４０および上部電極層５０をパターニングすることにより、所定の形状の強誘電体層４２および上部電極層５２と下部電極層３０とを含むキャパシタ構造部６２を形成する。パターニングは、公知のレジストおよびエッチングを用いた、フォトリソグラフィ技術によっておこなうことができる。
（９）次に、図１２に示すように、キャパシタ構造部６２の上面および側面に保護層７０を形成する。保護層７０の成膜方法としては、公知のスパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。なお、保護層７０は、成膜後に、必要に応じてパターニングしてもよい（図示せず）。パターニングは、たとえば、上述した公知のフォトリソグラフィ技術によっておこなうことができる。
（１０）次に、基板１０に、図１３に示すように、圧力発生室１６を形成する。圧力発生室１６は、基板１０の下面から、公知の異方性エッチング技術を用いて凹状の孔を形成することにより得られる。その後、基板１０の下にノズルプレート１８を接合する。ノズルプレート１８は、開口部を有するステンレス板などを用いることができる。圧力発生室１６は、基板１０にキャパシタ構造部６２に対応して、その下方に形成される。圧力発生室１６は、インクジェット式記録ヘッド１０００が駆動する際、液体が満たされる。圧力発生室１６に満たされた液体は、圧電素子１００の動作により加圧される。圧力発生室１６は、前記圧力により、ノズルプレート１８の開口部を通じて、前記液体を吐出させる機能を有する。
以上の工程により、圧電素子１００を有するインクジェット式記録ヘッド１０００を製造することができる。本実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッド１０００の製造方法によれば、下部電極層３０の配向を所望の配向に制御することができる。即ち、たとえば下部電極層３０の材質が自己配向性の強い材質であっても、その配向を圧電素子に適した配向にかえることができる。よって、下部電極層３０の上に形成される強誘電体膜４２の配向を圧電特性の優れた配向に優先的に成長させることができる。
３．変形例
次に変形例にかかる圧電素子２００の製造方法について説明する。図１５〜図１９は、変形例にかかる圧電素子２００およびインクジェット式記録ヘッド２０００の製造方法を模式的に示す断面図である。変形例にかかる圧電素子２００の製造方法では、一部の領域にのみ有機膜２５を形成している点で、上述した圧電素子１００の製造方法と異なる。なお、上述した圧電素子１００およびインクジェット式記録ヘッド１０００と共通する部材については、同一の符号を付した。変形例にかかる圧電素子２００の製造方法の詳細は、以下のとおりである。
次に変形例にかかる圧電素子２００の製造方法について説明する。図１５〜図１９は、変形例にかかる圧電素子２００およびインクジェット式記録ヘッド２０００の製造方法を模式的に示す断面図である。変形例にかかる圧電素子２００の製造方法では、一部の領域にのみ有機膜２５を形成している点で、上述した圧電素子１００の製造方法と異なる。なお、上述した圧電素子１００およびインクジェット式記録ヘッド１０００と共通する部材については、同一の符号を付した。変形例にかかる圧電素子２００の製造方法の詳細は、以下のとおりである。
まず、上述した２．の工程（１）〜（３）と同様にして、基板１１、弾性体層２０、および有機膜２５を形成する。
次いで有機膜２５をパターニングすることにより、一部の領域２７にのみ有機膜２５を形成する。パターニング方法としては、特に限定されないが、たとえば露光法を適用することができる（図１５参照）。
次に、基体１０上の全面に下部電極層３０ａ（金属膜）を形成する。下部電極層３０ａは、少なくとも一部の領域２７の上に形成されればよく、他の領域に形成されていてもよい。下部電極層３０ａの形成は、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ法などの公知の方法でおこなうことができる。たとえば、下部電極層３０ａは、材質を白金とし、スパッタリングにより、たとえば１００ｎｍの厚みに形成することができる。
次に、基体１０を加熱することにより、有機膜２５を分解して除去するとともに、下部電極層３０ａの領域２７の結晶配向をかえる（図１６〜図１８参照）。加熱は、ランプアニールまたは拡散炉により、大気雰囲気中、５００℃〜８００℃で５分〜３０分間程度行われることが好ましい。なお、加熱雰囲気としては、有機膜２５をガス化することのできる雰囲気であればよく、酸素または窒素を含む雰囲気であってもよい。
まず、この加熱処理では、図１６に示すように、有機膜２５が分解される。有機膜２５を分解することにより、ガス化して除去することができる。有機膜２５が除去されることにより、領域２７における下部電極層３０ａが基体１０上に落下して、下部電極層３０ｂが形成される（図１７参照）。領域２７における下部電極層３０ｂは、図１６における下部電極層３０ａの結晶構造が落下により破壊された状態である。このように、領域２７における下部電極層３０ｂは、一旦破壊されることにより、下部電極層３０ａおよび領域２７以外の領域の下部電極層３０ｂとは異なる新たな結晶構造を形成することが容易になる。その後、領域２７における下部電極層３０ｂは、さらに加熱されることによって、図１８に示すように、再結晶化されて下部電極層３０が形成される。下部電極層３０は、白金からなり、たとえば１００ｎｍの厚みに形成することができる。そして下部電極層３０は、領域２７における結晶構造が他の領域と異なる。
白金は、（１１１）配向の強い自己配向性を有する。したがって、下部電極層３０の材質を白金とした場合、通常、その結晶構造は、（１１１）に優先配向する。しかしながら、本実施の形態にかかる製造方法を用いることにより、領域２７において、（１１１）配向の領域を（１００）配向にかえることができる。これにより、後述する強誘電体層４０の配向を（１００）配向に形成することができ、優れた圧電特性を有する圧電素子を得ることができる。
次に、下部電極層３０上に、強誘電体層４０を形成する（図１９参照）。以後の工程については、上述した２．の工程（６）〜（９）と同様にして、強誘電体層４２、上部電極層５２、および保護層７０を形成することにより、圧電素子２００を得ることができる。そして上述した２．の工程（１０）と同様にして、圧力発生室１６およびノズルプレート１８を形成することにより、インクジェット式記録ヘッド２０００を得ることができる。
変形例にかかる圧電素子２００の製造方法によれば、下部電極層３０は、上述したように一部の領域２７における配向を他の領域における配向と異なるように形成されている。これにより、下部電極層３０においては、強誘電体層４２の形成領域を、圧電素子に適した配向に形成し、かつ他の領域を結晶性に優れた構造に形成することができる。
４．実験例
４．１．第１の実験例
本実施の形態にかかる金属膜の製造方法を用いて、白金膜を形成してサンプル１（有機膜有）を作製し、その配向性を調べた。サンプルの作製方法は、以下のとおりである。
４．１．第１の実験例
本実施の形態にかかる金属膜の製造方法を用いて、白金膜を形成してサンプル１（有機膜有）を作製し、その配向性を調べた。サンプルの作製方法は、以下のとおりである。
まず、有機膜２５としてフォトレジストを、基板上に成膜した。フォトレジストの成膜方法としては、スピンコート法を適用した。フォトレジストの膜厚は、約５０ｎｍであった。
次に、スパッタリングにより白金からなる金属膜３０ａを成膜した。スパッタリングは、白金をターゲットとして、雰囲気（アルゴン）の流量を５０［ｓｃｃｍ］、成膜パワーを０．１［ｋＷ］とし、かつ基板温度を室温［℃］として行った。
次に、大気雰囲気下で熱処理（ランプアニール）を７００℃で５分間行った。得られた白金膜のＸＲＤパターンを図２０に示す。
４．２．第２の実験例（比較例）
次に、比較例として、有機膜２５を形成せずに白金膜を形成してサンプル２（有機膜無）を作製した。
次に、比較例として、有機膜２５を形成せずに白金膜を形成してサンプル２（有機膜無）を作製した。
まず、スパッタリングにより白金からなる金属膜３０ａを基板上に成膜した。スパッタリングは、白金をターゲットとして、雰囲気（アルゴン）の流量を５０［ｓｃｃｍ］、成膜パワーを０．１［ｋＷ］とし、かつ基板温度を室温［℃］として行った。
次に、大気雰囲気下で熱処理（ランプアニール）を７００℃で５分間行った。得られた白金膜のＸＲＤパターンを図２０に示す。
４．３．ＸＲＤパターン
図２０によれば、２θ＝３９°付近および２θ＝４６．５°付近にピークが観測された。２θ＝３９°付近のピークは、（１１１）配向を有する結晶質の白金であると推測される。２θ＝４６．５°付近のピークは、（２００）配向を有する結晶質の白金であると推測される。有機膜を形成しないで得た白金膜のＸＲＤパターンでは、２θ＝３９°付近のピークのみが観測され、２θ＝４６．５°付近のピークはなかった。一方、有機膜を形成した後に形成した白金膜のＸＲＤパターンでは、２θ＝３９°付近のピークと２θ＝４６．５°付近のピークの双方が観測された。従って、本実施の形態にかかる金属膜の製造方法によれば、基板上に直接白金膜を形成した場合とは異なる配向を有する結晶質の白金膜を得られることが確認された。
図２０によれば、２θ＝３９°付近および２θ＝４６．５°付近にピークが観測された。２θ＝３９°付近のピークは、（１１１）配向を有する結晶質の白金であると推測される。２θ＝４６．５°付近のピークは、（２００）配向を有する結晶質の白金であると推測される。有機膜を形成しないで得た白金膜のＸＲＤパターンでは、２θ＝３９°付近のピークのみが観測され、２θ＝４６．５°付近のピークはなかった。一方、有機膜を形成した後に形成した白金膜のＸＲＤパターンでは、２θ＝３９°付近のピークと２θ＝４６．５°付近のピークの双方が観測された。従って、本実施の形態にかかる金属膜の製造方法によれば、基板上に直接白金膜を形成した場合とは異なる配向を有する結晶質の白金膜を得られることが確認された。
５．インクジェット式記録ヘッド
次に、圧電素子１００を用いたインクジェット式記録ヘッドの全体構成について説明する。図２１は、インクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図２２は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図２２は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
次に、圧電素子１００を用いたインクジェット式記録ヘッドの全体構成について説明する。図２１は、インクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図２２は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図２２は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
インクジェット式記録ヘッド（以下、「ヘッド」ともいう）５００は、図２１に示すように、ヘッド本体５４２と、ヘッド本体５４２の上に設けられた圧電部５４０と、を備える。なお、図２１に示した圧電部５４０は、圧電素子１００における下部電極層３０、強誘電体層４２、および上部電極層５２に相当する。本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドおいて、圧電素子１００は、圧電アクチュエータとして機能することができる。圧電アクチュエータとは、ある物質を動かす機能を有する素子、即ち電圧を印加することにより機械的ひずみを発生させる素子である。
また、圧電素子１００における酸化物層１４および弾性体層２０は、図２１において弾性膜５５０に相当する。また、基板１０はヘッド本体５４２の要部を構成するものとなっている。
すなわち、ヘッド５００は、図２２に示すようにノズルプレート５１０と、インク室基板５２０と、弾性膜５５０と、弾性膜５５０に接合された圧電部（振動源）５４０とを備え、これらが基体５６０に収納されて構成されている。なお、このヘッド５００は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
ノズルプレート５１０は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１を一列に形成したものである。これらノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
ノズルプレート５１０には、インク室基板５２０が固着（固定）されている。インク室基板５２０は、上述のシリコン基板１２によって形成されたものである。インク室基板５２０は、ノズルプレート５１０、側壁（隔壁）５２２、および後述する弾性膜５５０によって、複数のキャビティー（インクキャビティー）５２１と、リザーバ５２３と、供給口５２４と、を区画形成したものである。リザーバ５２３は、インクカートリッジ６３１（図２３参照）から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口５２４によって、リザーバ５２３から各キャビティー５２１にインクが供給される。
キャビティー５２１は、図２１および図２２に示すように、各ノズル５１１に対応して配設されている。キャビティー５２１は、後述する弾性膜５５０の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティー５２１は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
インク室基板５２０のノズルプレート５１０と反対の側には弾性膜５５０が配設されている。さらに弾性膜５５０のインク室基板５２０と反対の側には複数の圧電部５４０が設けられている。弾性膜５５０の所定位置には、図１７に示すように、弾性膜５５０の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。連通孔５３１により、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３へのインクの供給がなされる。
各圧電部５４０は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。すなわち、各圧電部５４０はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエーター）として機能する。弾性膜５５０は、圧電部５４０の振動（たわみ）によって振動し（たわみ）、キャビティー５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
基体５６０は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されている。図２２に示すように、この基体５６０にインク室基板５２０が固定、支持されている。
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５００によれば、上述したように、圧電部５４０にクラックが発生しにくいため信頼性が高く、良好な圧電特性を有し、効率的なインクの吐出が可能となっている。したがって、ノズル５１１の高密度化などが可能となり、高密度印刷や高速印刷が可能となる。さらには、ヘッド全体の小型化を図ることができる。
６．インクジェットプリンター
次に、上述のインクジェット式記録ヘッド５００を備えたインクジェットプリンターについて説明する。図２３は、本発明のインクジェットプリンター６００を、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、図２３中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
次に、上述のインクジェット式記録ヘッド５００を備えたインクジェットプリンターについて説明する。図２３は、本発明のインクジェットプリンター６００を、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、図２３中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
インクジェットプリンター６００は、装置本体６２０を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有する。
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えている。
ヘッドユニット６３０は、その下部に、上述の多数のノズル５１１を備えるインクジェット式記録ヘッド５００と、このインクジェット式記録ヘッド５００にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５００およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有する。
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有する。キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されている。キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５００から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有する。給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。
本実施の形態にかかるインクジェットプリンター６００によれば、信頼性が高く高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド５００を備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。
なお、本発明のインクジェットプリンター６００は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整して使用することができる。
７．上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
また、上述した実施形態に係る圧電素子は、アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンターの他に、たとえばジャイロセンサ等のジャイロ素子、ＦＢＡＲ（film bulk acoustic resonator）型やＳＭＲ（solid mounted resonator）型等のＢＡＷ（bulk acoustic wave）フィルタ、超音波モータなどに適用されることができる。本発明の実施形態に係る圧電素子は、上述したように良好な圧電特性を有し、信頼性が高いため、各種の用途に好適に適用できる。
１０ 基板、１２ シリコン層、１４ 酸化物層、２０ 弾性体層、３０ 下部電極層、３２ 下部電極層、４２ 圧電体層、４２ａ ＰＺＴ前駆体層、４３ 凸部、４４ 圧電体層、４４ａ ＰＺＴ前駆体層、４５ 空孔、４６ 圧電体層、４８ 圧電体層、５０ 上部電極層、５２ 上部電極層、５４ 保護膜、６０ キャパシタ構造部、６２ キャパシタ構造部、１００ 圧電素子、１４４ 第１の圧電体層、１４６ 第２の圧電体層、１４８ 圧電体層、２００ 圧電素子、２４４ 第１の圧電体層、２４５ 空孔、２４６ 第２の圧電体層、３００ 圧電素子、３４５ 空孔、３４５ａ 固体高分子、３４８ 圧電体層、３４８ａ ＰＺＴ前駆体層、４００ 圧電素子、４４５ 空孔、４４８ 圧電体層、４５０ 圧電素子、５００ インクジェット式記録ヘッド、５１０ ノズル板、５１１ ノズル、５２０ インク室基板、５２１ キャビティー、５２２ 側壁、５２３ リザーバ、５２４ 供給口、５３１ 連通孔、５４０ 圧電アクチュエータ、５４２ ヘッド本体、５５０ 弾性板、５６０ 基体、６００ インクジェットプリンター、６２０ 装置本体、６２１ トレイ、６２２ 排出口、６３０ ヘッドユニット、６３１ インクカートリッジ、６３２ キャリッジ、６４０ 印刷装置、６４１ キャリッジモータ、６４２ 往復動機構、６４３ キャリッジガイド軸、６４４ タイミングベルト、６５０ 給紙装置、６５１ 給紙モータ、６５２ 給紙ローラ、６６０ 制御部、６７０ 操作パネル
Claims (12)
- （ａ）基体の上方に有機膜を形成する工程と、
（ｂ）前記有機膜の上に金属膜を形成する工程と、
（ｃ）前記基体を加熱することにより、前記有機膜を分解するとともに前記金属膜の結晶配向をかえる工程と、
を含む、金属膜の製造方法。 - 請求項１において、
前記工程（ｂ）では、スパッタリングにより金属膜を形成する、金属膜の製造方法。 - 請求項１または２において、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ｃ）と同時に行う、金属膜の製造方法。 - 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）の後に、
前記金属膜の上にさらに金属を堆積する、金属膜の製造方法。 - 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記工程（ｂ）において形成される金属膜は、（１１１）配向の結晶構造を有し、
前記工程（ｃ）において、前記金属膜は、少なくとも一部の領域において（１００）配向の結晶構造にかわる、金属膜の製造方法。 - 請求項５において、
前記金属膜は、白金またはイリジウムまたはルテニウムまたはロジウムまたはパラジウムまたはオスミウムまたはこれらの合金からなる、金属膜の製造方法。 - 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記工程（ｂ）において形成される金属膜の膜厚は、５０ｎｍ以下である、金属膜の製造方法。 - 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記工程（ａ）では、前記基体の上方における一部の領域に有機膜を形成し、
前記工程（ｂ）では、前記一部の領域の上および他の領域の上に金属膜を形成し、
前記工程（ｃ）では、前記一部の領域に形成された金属膜の結晶配向をかえる、金属膜の製造方法。 - （ａ）基体の上方に有機膜を形成する工程と、
（ｂ）前記有機膜の上に金属膜を形成する工程と、
（ｃ）前記基体を加熱することにより、前記有機膜を分解するとともに前記金属膜の結晶配向をかえる工程と、
（ｄ）前記金属膜の上方に圧電体膜を形成する工程と、
を含む、圧電素子の製造方法。 - 請求項９において、
前記工程（ａ）では、前記基体の上方における一部の領域に有機膜を形成し、
前記工程（ｂ）では、前記一部の領域の上および他の領域の上に金属膜を形成し、
前記工程（ｃ）では、前記一部の領域に形成された金属膜の結晶配向をかえて、
前記工程（ｄ）では、前記一部の領域内に前記圧電体膜を形成する、圧電素子の製造方法。 - 請求項９または１０に記載の製造方法により製造された圧電素子を含む、インクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１１に記載のインクジェット式記録ヘッドを含む、インクジェットプリンター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007074548A JP2008235654A (ja) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | 金属膜の製造方法、圧電素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007074548A JP2008235654A (ja) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | 金属膜の製造方法、圧電素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター |
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| JP2008235654A true JP2008235654A (ja) | 2008-10-02 |
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| JP2007074548A Withdrawn JP2008235654A (ja) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | 金属膜の製造方法、圧電素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター |
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|---|---|
| JP (1) | JP2008235654A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8801146B2 (en) | 2012-06-19 | 2014-08-12 | Samsung Display Co., Ltd. | Inkjet print head and method for manufacturing the same |
-
2007
- 2007-03-22 JP JP2007074548A patent/JP2008235654A/ja not_active Withdrawn
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