JP2013065637A - Thin film manufacturing device and thin film manufacturing method - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film manufacturing device which manufactures a thin film using a laser as a heat treatment method and can calculate and control optimum laser conditions.SOLUTION: A thin film manufacturing device for manufacturing a thin film on a substrate comprises: coating means for coating a functional ink on a substrate in a prescribed pattern; one or two or more laser light sources for crystallizing the coated functional ink by heating; an X-ray diffraction device which measures a crystal state of the functional ink; a recording unit which records information of the crystal state of the functional ink measured by the X-ray diffraction device; and a control unit which controls laser irradiation conditions of the laser light source. The control unit controls adjustment of the laser irradiation conditions of the laser light source on the basis of the information (recorded in the recording unit) of the crystal state of the functional ink laser-irradiated in advance by the laser light source.

Description

本発明は薄膜製造装置及び薄膜製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method.

振動センサ、圧電スピーカ、各種駆動装置などの装置は、電気機械変換膜などの薄膜を積層した電気機械変換素子を具備している。駆動装置において、例えば、インクジェット用記録装置の液体吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室と、圧電素子などの電気機械変換素子とを含み、加圧室内のインクを加圧することでノズルからインク滴を吐出させる。   Devices such as a vibration sensor, a piezoelectric speaker, and various driving devices include an electromechanical conversion element in which thin films such as an electromechanical conversion film are stacked. In the driving device, for example, a liquid discharge head of an ink jet recording apparatus includes a nozzle that discharges ink droplets, a pressurizing chamber that communicates with the nozzle, and an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element. Ink droplets are ejected from the nozzles by pressurizing the ink.

電気機械変換膜の作製方法としては、スピンコート法などの方法がある。この方法は、スピンコート方式により基板全面に電気機械変換膜成分の前駆体を有するゾルゲル液を塗布し、熱処理(乾燥・熱分解・結晶化)することにより、均一な電気機械変換膜を形成する方法である。   Examples of a method for producing the electromechanical conversion film include a spin coating method. In this method, a uniform electromechanical conversion film is formed by applying a sol-gel solution having a precursor of an electromechanical conversion film component to the entire surface of the substrate by spin coating and heat-treating (drying, pyrolysis, crystallization). Is the method.

前駆体の熱処理方法としては、一般的に、ハロゲンランプ、赤外線又はレーザーを使用して加熱する方法が知られている。この中でも、エネルギー変換効率に優れ、タクトタイムが速く、急加熱・急冷却が可能であるレーザー照射装置を用いて、加熱する方法が広く使用されている(例えば、特許文献1)。   As a heat treatment method for the precursor, a method of heating using a halogen lamp, infrared rays or laser is generally known. Among these, a method of heating using a laser irradiation apparatus that is excellent in energy conversion efficiency, has a fast tact time, and is capable of rapid heating / cooling is widely used (for example, Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1などのレーザー照射装置を使用して加熱する方法では、レーザー条件(例えばレーザー出力)の制御が困難である。例えば、レーザー出力が大き過ぎると、電気機械変換膜にヒビが入ることがある。一方、レーザー出力が小さ過ぎると、前駆体の溶媒が完全に蒸発しない、又は電気機械変換膜が完全に結晶化せず、電気機械変換素子の機能が低下することがある。さらに、前駆体の光吸収率は、前駆体の相状態及び膜厚に応じて変更するため、前駆体の相状態及び膜厚に応じて、レーザー条件を制御する必要がある。   However, it is difficult to control laser conditions (for example, laser output) with a method of heating using a laser irradiation apparatus such as Patent Document 1. For example, if the laser output is too large, the electromechanical conversion film may crack. On the other hand, if the laser output is too small, the solvent of the precursor may not be completely evaporated, or the electromechanical conversion film may not be completely crystallized, and the function of the electromechanical conversion element may be deteriorated. Furthermore, since the light absorption rate of the precursor is changed according to the phase state and film thickness of the precursor, it is necessary to control the laser conditions according to the phase state and film thickness of the precursor.

そこで本発明は、熱処理方法としてレーザーを使用して薄膜を製造する薄膜製造装置であって、最適なレーザー条件を算出、制御することができる薄膜製造装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film manufacturing apparatus for manufacturing a thin film using a laser as a heat treatment method, and capable of calculating and controlling optimum laser conditions.

本発明によると、
基板上に機能性インクを所定のパターンで塗布する塗布手段と、
塗布された前記機能性インクを加熱して結晶化するための1つ又は2つ以上のレーザー光源と、
前記機能性インクの結晶状態を測定するためのX線回折装置と、
前記X線回折装置により測定された前記機能性インクの前記結晶状態の情報を記録する記録部と、
前記レーザー光源のレーザー照射条件を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御部は、前記記録部に記録された、事前の前記レーザー光源によるレーザー照射した前記機能性インクの前記結晶状態の情報に基づいて、前記レーザー光源のレーザー照射条件を調整するように制御する、
基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置が提供される。
According to the present invention,
Application means for applying functional ink in a predetermined pattern on the substrate;
One or more laser light sources for heating and crystallizing the applied functional ink;
An X-ray diffractometer for measuring the crystalline state of the functional ink;
A recording unit that records information on the crystalline state of the functional ink measured by the X-ray diffractometer;
A control device for controlling laser irradiation conditions of the laser light source;
Have
The control unit performs control so as to adjust the laser irradiation condition of the laser light source based on information on the crystal state of the functional ink recorded in the recording unit and laser-irradiated by the laser light source in advance. ,
A thin film manufacturing apparatus for forming a thin film on a substrate is provided.

本発明によれば、熱処理方法としてレーザーを使用して薄膜を製造する薄膜製造装置であって、最適なレーザー条件を算出、制御することができる薄膜製造装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a thin film manufacturing apparatus which manufactures a thin film using a laser as a heat processing method, Comprising: The thin film manufacturing apparatus which can calculate and control optimal laser conditions can be provided.

図1は、液体吐出ヘッドの構造の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the structure of the liquid ejection head. 図2は、SAM膜のパターニング工程の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the patterning process of the SAM film. 図3は、本発明に係る薄膜製造方法の一例を説明するための、フロー図である。FIG. 3 is a flowchart for explaining an example of the thin film manufacturing method according to the present invention. 図4は、レーザー照射による結晶化前のXRD計測結果の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an XRD measurement result before crystallization by laser irradiation. 図5は、レーザー照射による結晶化後のXRD計測結果の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an XRD measurement result after crystallization by laser irradiation. 図6は、本発明に係る薄膜製造装置の構成例を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example of a thin film manufacturing apparatus according to the present invention. 図7は、本発明に係る薄膜製造方法を説明するための概略図である。FIG. 7 is a schematic view for explaining the thin film manufacturing method according to the present invention. 図8は、本発明に係る薄膜製造方法を説明するための他の概略図である。FIG. 8 is another schematic diagram for explaining the thin film manufacturing method according to the present invention. 図9は、複数の電気機械変換素子を有する液体吐出ヘッドの構造を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a structure of a liquid discharge head having a plurality of electromechanical transducer elements. 図10は、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の例を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic view showing an example of an ink jet recording apparatus equipped with the liquid discharge head according to the present invention. 図11は、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の例を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic view showing an example of an ink jet recording apparatus equipped with a liquid discharge head according to the present invention.

本発明は、電気機械変換素膜などの薄膜の製造装置、製造された電気機械変換膜を備える液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドを備えるインクジェット記録装置などの画像形成装置などに適用することができる。   The present invention can be applied to an apparatus for manufacturing a thin film such as an electromechanical conversion element film, a liquid discharge head including the manufactured electromechanical conversion film, and an image forming apparatus such as an ink jet recording apparatus including the liquid discharge head.

インクジェット記録装置は、通常、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能である。また、インクジェット記録装置は、インクの自由度が高く、安価な普通紙を使用できるなどの多くの利点を有する。そのため、プリンタ、ファクシミリ、複写装置などの画像記録装置又は画像形成装置として広く利用されている。   The ink jet recording apparatus usually has extremely low noise and can perform high-speed printing. Further, the ink jet recording apparatus has many advantages such as a high degree of freedom of ink and the use of inexpensive plain paper. Therefore, it is widely used as an image recording apparatus or an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, and a copying apparatus.

図1に、液体吐出ヘッドの構造の一例を示す模式図を示す。インクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッド10は、インク滴を吐出するノズル11と、このノズルが連通する圧力室21(インク流路、加圧液室、加圧室、吐出室、液室等とも称される)と、加圧室内のインクを加圧する電気機械変換素子40、インク流路の壁面を形成する振動板30とを備えている。電気機械変換素子40は上部電極44と、電気機械変換膜43と、下部電極42とからなり、圧力室は圧力室基板20と振動板30と、ノズル板10とから構成される。前記エネルギー発生手段で発生したエネルギーを受けて、振動板30が例えば横方向(d31方向)に変形変位し、圧力室21内のインクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。なお、下部電極42と振動板30との密着性を良くするために、振動板30上には、例えばTi、TiO、TiN、Ta、Ta、Ta等の密着層41を設けても良い。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the structure of the liquid discharge head. A droplet discharge head 10 used in an ink jet recording apparatus includes a nozzle 11 that discharges ink droplets and a pressure chamber 21 (an ink channel, a pressurized liquid chamber, a pressurized chamber, a discharge chamber, a liquid chamber, etc.) that communicates with the nozzle. And an electromechanical transducer 40 that pressurizes the ink in the pressurizing chamber, and a diaphragm 30 that forms the wall surface of the ink flow path. The electromechanical conversion element 40 includes an upper electrode 44, an electromechanical conversion film 43, and a lower electrode 42, and the pressure chamber includes the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, and the nozzle plate 10. In response to the energy generated by the energy generating means, the vibration plate 30 is deformed and displaced, for example, in the lateral direction (d31 direction) and pressurizes the ink in the pressure chamber 21 to eject ink droplets from the nozzles. In order to improve the adhesion between the lower electrode 42 and the diaphragm 30, an adhesion layer 41 such as Ti, TiO 2 , TiN, Ta, Ta 2 O 5 , Ta 3 N 5 or the like is formed on the diaphragm 30. May be provided.

[電気機械変換膜]
本実施の形態においては、電気機械変換膜の材料として、PZTを主に使用した。PZTとはジルコン酸鉛(PbZrO)とチタン酸鉛(PbTiO)の固溶体である。例えば、PbZrOとPbTiOの比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53、Ti0.47)O、一般にはPZT(53/47)と示されるPZTなどを使用することができる。PbZrOとPbTiOの比率によって、PZTの特性が異なる。
[Electromechanical conversion film]
In this embodiment, PZT is mainly used as the material of the electromechanical conversion film. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ). For example, the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 is 53:47, and Pb (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 in the chemical formula, PZT generally indicated as PZT (53/47), etc. Can be used. The characteristics of PZT vary depending on the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 .

電気機械変換膜としてPZTを使用する場合、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を使用し、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ、PZT前駆体溶液を作成する。酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物の混合量は、所望のPZTの組成(PbZrOとPbTiOの比率)に応じて、当業者が適宜選択できるものである。 When PZT is used as the electromechanical conversion film, lead acetate, a zirconium alkoxide compound, and a titanium alkoxide compound are used as starting materials, and dissolved in methoxyethanol as a common solvent to prepare a PZT precursor solution. The mixing amount of the lead acetate, zirconium alkoxide compound, and titanium alkoxide compound can be appropriately selected by those skilled in the art depending on the desired composition of PZT (ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 ).

なお、金属アルコキシド化合物は、大気中の水分により容易に分解する。そのため、PZT前駆体溶液に、安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定剤を添加しても良い。   Note that the metal alkoxide compound is easily decomposed by moisture in the atmosphere. Therefore, stabilizers such as acetylacetone, acetic acid and diethanolamine may be added to the PZT precursor solution as stabilizers.

PZT以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。これら材料は一般式ABOで記述され、A=Pb、Ba、Sr B=Ti、Zr、Sn、Ni、Zn、Mg、Nbを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として(Pb1−x、 Ba)(Zr、 Ti)O、(Pb1−x、 Sr)(Zr, Ti)O、と表され、これはAサイトのPbを一部BaやSrで置換した場合である。このような置換は2価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。 Examples of composite oxides other than PZT include barium titanate. In this case, it is also possible to prepare a barium titanate precursor solution by dissolving barium alkoxide and a titanium alkoxide compound in a common solvent. is there. These materials are described by the general formula ABO 3 and correspond to composite oxides containing A = Pb, Ba, Sr B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, and Nb as main components. The specific description is expressed as (Pb 1-x , Ba) (Zr, Ti) O 3 , (Pb 1-x , Sr) (Zr, Ti) O 3 , which is the same as Pb of the A site. This is a case where the part Ba or Sr is substituted. Such substitution is possible with a divalent element, and the effect thereof has an effect of reducing characteristic deterioration due to evaporation of lead during heat treatment.

[下部電極]
下部電極の材料としては、高い耐熱性を有し、下記に示すアルカンチオールとの反応により、SAM膜を形成する金属などを使用することができる。具体的には、低い反応性を有するルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、プラチナ(Pt)の白金族金属や、これら白金族金属を含む合金材料などを使用することができる。また、これらの金属層を作製した後に、導電性酸化物層を積層して使用することも可能である。導電性酸化物としては、具体的には、化学式ABOで記述され、A=Sr、Ba、Ca、La、 B=Ru、Co、Ni、を主成分とする複合酸化物があり、SrRuOやCaRuO、これらの固溶体である(Sr1−x Ca)Oのほか、LaNiOやSrCoO、さらにはこれらの固溶体である(La, Sr)(Ni1−y Co)O (y=1でも良い)が挙げられる。それ以外の酸化物材料として、IrO、RuOも挙げられる。
[Lower electrode]
As a material for the lower electrode, a metal having high heat resistance and forming a SAM film by reaction with alkanethiol described below can be used. Specifically, platinum group metals such as ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), and platinum (Pt) having low reactivity, and these platinum group metals are used. An alloy material or the like can be used. Moreover, after producing these metal layers, it is also possible to laminate | stack and use a conductive oxide layer. As the conductive oxide, specifically, there is a composite oxide described by the chemical formula ABO 3 and having A = Sr, Ba, Ca, La, B = Ru, Co, Ni as main components, and SrRuO 3 And CaRuO 3 , (Sr 1-x Ca x ) O 3 which is a solid solution thereof, LaNiO 3 and SrCoO 3 , and further, (La, Sr) (Ni 1-y Co y ) O 3 which is a solid solution thereof. (Y may be 1). Other oxide materials include IrO 2 and RuO 2 .

下部電極の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜法などの方法により作製することができる。   As a method for producing the lower electrode, it can be produced by a method such as a sputtering method or a vacuum film forming method such as vacuum deposition.

[振動板]
下部電極は、電気機械変換素子に信号入力する際の共通電極として電気的接続をするので、その下部にある振動板は絶縁体又は導体を絶縁処理したものを使用することができる。
[Diaphragm]
The lower electrode is electrically connected as a common electrode for inputting a signal to the electromechanical transducer, and therefore, the diaphragm under the insulator can be an insulator or a conductor subjected to insulation treatment.

振動板の具体的な材料としては、例えば、厚さ略数ミクロンのシリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜又はこれらの膜を積層した膜などを使用することができる。また、熱膨張差を考慮した酸化アルミニウム膜、ジルコニア膜などのセラミック膜も使用することができる。   As a specific material of the diaphragm, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a film in which these films are stacked having a thickness of about several microns can be used. In addition, a ceramic film such as an aluminum oxide film or a zirconia film in consideration of a difference in thermal expansion can also be used.

振動板の成膜方法としては、例えば、シリコン系絶縁膜は、CVD又はシリコン系膜を熱酸化処理することにより得ることができる。金属酸化膜は、スパッタリング法などにより成膜することができる。   As a method for forming the diaphragm, for example, the silicon-based insulating film can be obtained by CVD or thermal oxidation treatment of the silicon-based film. The metal oxide film can be formed by a sputtering method or the like.

[薄膜製造方法]
本発明に係る電気機械変換膜などの薄膜の製造方法について、図を参照して説明する。
[Thin film manufacturing method]
A method for producing a thin film such as an electromechanical conversion film according to the present invention will be described with reference to the drawings.

《SAM膜のパターニング形成方法》
まず、電気機械変換膜を作成するための、基板の表面処理方法について説明する。
<< SAM film patterning method >>
First, a substrate surface treating method for producing an electromechanical conversion film will be described.

図2に、基板上へのSAM(Self Assembled Monolayer)膜のパターニング工程の一例を示す模式図を示す。   FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a patterning process of a SAM (Self Assembled Monolayer) film on a substrate.

図2(a)は、例えば、下部電極である基板1である。本実施の形態では、下部電極としては白金(Pt)を使用した。   FIG. 2A shows a substrate 1 that is a lower electrode, for example. In the present embodiment, platinum (Pt) is used as the lower electrode.

基板1上に、アルカンチオールなどから成るSAM材料を用いて浸漬処理させる(図2(b))。これにより、基板1表面には、SAM材料が反応しSAM膜2が付着し、基板1表面を撥水化することができる。アルカンチオールは、分子鎖長により反応性や疎水(撥水)性が異なるが、通常、炭素数6〜18の分子を、アルコール、アセトン又はトルエンなどの有機溶媒に溶解させて作成する。通常、アルカンチオールの濃度は数モル/リットル程度である。   The substrate 1 is dipped using a SAM material made of alkanethiol or the like (FIG. 2B). Thereby, the SAM material reacts on the surface of the substrate 1 and the SAM film 2 adheres, and the surface of the substrate 1 can be made water repellent. Although alkanethiol has different reactivity and hydrophobicity (water repellency) depending on the molecular chain length, it is usually prepared by dissolving a molecule having 6 to 18 carbon atoms in an organic solvent such as alcohol, acetone or toluene. Usually, the concentration of alkanethiol is about several moles / liter.

所定時間後に基板1を取り出し、余剰な分子を溶媒で置換洗浄し、乾燥する。   After a predetermined time, the substrate 1 is taken out, and excess molecules are washed by substitution with a solvent and dried.

次に、公知のフォトリソグラフィーによりフォトレジスト3をパターン形成する(図2(c))。その後、ドライエッチングによりSAM膜を除去し、フォトレジスト3を除去してSAM膜のパターニングを終了する(図2(d))。   Next, a photoresist 3 is patterned by known photolithography (FIG. 2C). Thereafter, the SAM film is removed by dry etching, the photoresist 3 is removed, and the patterning of the SAM film is completed (FIG. 2D).

他にも、図2(a)の状態から、先にフォトレジストパターンを形成し(図2(b'))、SAM処理を行い(図2(c''))、レジストを除去してSAM膜2のパターニングを行っても良い。   In addition, a photoresist pattern is first formed from the state of FIG. 2A (FIG. 2B ′), SAM treatment is performed (FIG. 2C ″), and the resist is removed to remove the SAM. The film 2 may be patterned.

さらに他にも、図2(b)の状態から、フォトマスク4を介して紫外線又は酸素プラズマを基板表面に照射することで(図2(c'))、露光部のSAM膜2を除去してSAM膜2のパターニングを行っても良い。   Furthermore, the SAM film 2 in the exposed portion is removed by irradiating the substrate surface with ultraviolet light or oxygen plasma through the photomask 4 from the state of FIG. 2B (FIG. 2C ′). Then, the SAM film 2 may be patterned.

なお、パターニング後、SAM膜が残っている領域は、表面が疎水性となる。一方、ドライエッチングなどによりSAM膜が除去され、表面が電極材料となっている領域は、表面が親水性となる。この表面エネルギーのコントラストを利用して、下記で詳述するPZT前駆体液の塗り分けが可能となる。   Note that the surface of the region where the SAM film remains after patterning is hydrophobic. On the other hand, in the region where the SAM film is removed by dry etching or the like and the surface is an electrode material, the surface becomes hydrophilic. Using this surface energy contrast, the PZT precursor liquid described in detail below can be applied separately.

《電気機械変換膜の形成方法》
次に、表面処理された基板上に、電気機械変換膜などの薄膜を製造する方法について、図を参照して、説明する。図3に、本発明に係る薄膜製造方法の一例を説明するための、フロー図を示す。
<Method for forming electromechanical conversion film>
Next, a method for manufacturing a thin film such as an electromechanical conversion film on a surface-treated substrate will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows a flow chart for explaining an example of the thin film manufacturing method according to the present invention.

電気機械変換膜は、PZT前駆体溶液を使用して、スピンコート法、インクジェット法などの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化などの熱処理を施すことにより得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で100nm以下の膜厚が得られるように、前駆体溶液濃度を調整する。   The electromechanical conversion film is obtained by using a PZT precursor solution to form a coating film by a solution coating method such as a spin coating method or an ink jet method, and performing a heat treatment such as solvent drying, thermal decomposition, or crystallization. . Since the transformation from the coating film to the crystallized film is accompanied by volume shrinkage, the precursor solution concentration is adjusted so that a film thickness of 100 nm or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film.

また、液体吐出装置の電気機械変換素子としてPZT膜を使用する場合、PZT膜の膜厚は1μm〜2μmであることが要求される。そのため、通常、塗膜、熱処理の工程を繰り返して、所望の膜厚を得る。   Moreover, when using a PZT film | membrane as an electromechanical conversion element of a liquid discharge apparatus, it is requested | required that the film thickness of a PZT film | membrane should be 1 micrometer-2 micrometers. Therefore, the desired film thickness is usually obtained by repeating the coating and heat treatment steps.

図3に示すように、まず、基板上に、機能性インク(例えば、PZT前駆体溶液)を、インクジェットヘッドを用いたインクジェット法(又はスピンコート法)により均一に塗布する(ステップ1(S1))。この時、表面エネルギーのコントラストにより、機能性インクの塗布領域は、親水性の領域のみとなる。新水面の領域のみにPZT前駆体溶液を吐出させることにより、塗布する溶液の使用量をスピンコート法等のプロセスよりも減らすことができると共に、工程を簡略化することが可能である。   As shown in FIG. 3, first, a functional ink (for example, PZT precursor solution) is uniformly applied on a substrate by an inkjet method (or spin coating method) using an inkjet head (step 1 (S1)). ). At this time, due to the contrast of the surface energy, the application region of the functional ink is only a hydrophilic region. By discharging the PZT precursor solution only to the area of the new water surface, the amount of the solution to be applied can be reduced as compared with a process such as a spin coating method, and the process can be simplified.

次に、塗布された機能性インクの膜を完全に結晶化するまで熱処理する(ステップ2(S2))。ここで言う熱処理とは、ゾルゲル液膜に含まれる溶媒成分を乾燥させる工程と、乾燥させたゾルゲル液膜を熱分解させる工程と、熱分解されたゾルゲル液膜を結晶化させる工程と、を含む。これにより、PZT前駆体溶液は、結晶化し、PZT膜となる。加熱手段としては、通常、オーブンや高速加熱処理(RTA:Rapid Thermal Annealing)装置などを使用することができるが、本実施の形態では、レーザー装置400(Dilas社製)を使用した。   Next, heat treatment is performed until the applied functional ink film is completely crystallized (step 2 (S2)). The heat treatment referred to here includes a step of drying a solvent component contained in the sol-gel liquid film, a step of thermally decomposing the dried sol-gel liquid film, and a step of crystallizing the pyrolyzed sol-gel liquid film. . Thereby, the PZT precursor solution is crystallized to become a PZT film. As the heating means, an oven, a rapid thermal annealing (RTA) apparatus, or the like can be usually used. In this embodiment, a laser apparatus 400 (manufactured by Dias) is used.

次に、機能性インクの膜の結晶性をX線回折装置(XRD)により計測する(ステップ3(S3))。XRD装置としては特に限定はなく、例えば、Bruker Axs社のD8 Discover with Vantec 2000などを使用することができる。この装置を使用した場合、出力45kV、100mA、X線照射エリアφ50μ、軸角度(2θ)を20〜50度、角度分解能0.02度に設定し、2048Pixelの受光素子、Timestep0.5secの条件で、1フレームあたりおよそ10minで計測することが可能である。   Next, the crystallinity of the functional ink film is measured by an X-ray diffractometer (XRD) (step 3 (S3)). The XRD apparatus is not particularly limited, and for example, Bruker Ax's D8 Discover with Vantec 2000 can be used. When this device is used, the output is 45 kV, 100 mA, the X-ray irradiation area is φ50 μ, the shaft angle (2θ) is set to 20 to 50 degrees, and the angle resolution is 0.02 degrees. It is possible to measure at approximately 10 minutes per frame.

図4及び図5に、各々、レーザー照射による結晶化前後のXRD計測結果の一例を示す。結晶化前後で結晶性が変化し、各々で特徴的なピークが見受けられる。   FIG. 4 and FIG. 5 show examples of XRD measurement results before and after crystallization by laser irradiation, respectively. Crystallinity changes before and after crystallization, and a characteristic peak is observed in each.

次に、目標とする結晶ピークの目標値を設定する((ステップ4(S4)))。即ち、所定の配向に対応する結晶ピークに対して、強度(Intensity)値の目標値を設定する。ここでは具体的な例を挙げる。例えば、PZT膜の(110)配向の結晶性を重視する場合、(110)の配向は2θでは略31度の結晶ピークを有する。そのため、本実施の形態では、2θの略31度の強度値が、例えば700以上となるように設定する。   Next, the target value of the target crystal peak is set ((Step 4 (S4))). That is, a target value of intensity (Intensity) value is set for a crystal peak corresponding to a predetermined orientation. A specific example is given here. For example, when emphasizing the crystallinity of the (110) orientation of the PZT film, the (110) orientation has a crystal peak of approximately 31 degrees at 2θ. Therefore, in the present embodiment, the intensity value of about 31 degrees of 2θ is set to be 700 or more, for example.

なお、強度値は、PZT膜の厚みに依存し、通常PZT膜が厚いほど強度値が大きくなる。また、強度値は測定領域にも大きく依存する。XRDの測定領域が、PZT膜のパターン形状の領域と、ほぼ同じ又はXRDの測定領域の方が狭い方が、測定時のノイズが小さく、より効率的に強度値を測定することができる。PZT膜は、後述するように重ね塗りする。したがって、重ね塗りの層数に応じて、当業者は目標を適宜設定することができる。この時、XRDの結晶性の測定は、通常、レーザー照射中にリアルタイムに行うため、数msecから数十msec程度である。測定時間が短い場合、受光素子に入るX線量が少なくなり、強度が低く計測される。そのため、ステップ3での事前計測も、リアルタイム測定と同程度の計測時間(数msecから数十msec程度)に設定することが好ましい。   The strength value depends on the thickness of the PZT film, and the strength value usually increases as the PZT film is thicker. The intensity value also greatly depends on the measurement region. When the XRD measurement region is substantially the same as the PZT film pattern shape region or the XRD measurement region is narrower, the measurement noise is smaller and the intensity value can be measured more efficiently. The PZT film is overcoated as described later. Therefore, a person skilled in the art can appropriately set a target according to the number of layers of overcoating. At this time, the crystallinity measurement of XRD is usually performed in real time during laser irradiation, and is about several milliseconds to several tens of milliseconds. When the measurement time is short, the X-ray dose entering the light receiving element is reduced and the intensity is measured low. For this reason, it is preferable to set the pre-measurement in step 3 to the same measurement time as the real-time measurement (several milliseconds to several tens of milliseconds).

具体的な配向の例としては、(100)配向の場合、2θでは23度から25度あたりの結晶ピークに対して強度値の目標値を設定することが好ましい。(111)配向の場合、2θでは38度から40度あたりの結晶ピークに対して強度値の目標値を設定することが好ましい。また、目標値を設定する配向は、複数選択しても良い。その場合、各々の配向の結晶ピークの強度比がわかっていれば、複数の強度ピークの目標値を、その比率と略同じ割合にして、目標を設定しても良い。   As a specific example of the orientation, in the case of (100) orientation, it is preferable to set the target value of the intensity value for the crystal peak around 23 to 25 degrees at 2θ. In the case of (111) orientation, it is preferable to set the target value of the intensity value for the crystal peak at 38 to 40 degrees at 2θ. A plurality of orientations for setting the target value may be selected. In that case, if the intensity ratio of the crystal peaks of each orientation is known, the target may be set by setting the target values of the plurality of intensity peaks to substantially the same ratio as the ratio.

さらに、目標とする結晶ピークは、例えば図5の略31度のピークのように、2θ軸に対してピーク幅を有する。そのため、このピーク幅が、例えば30.5度〜31.5度まで狭くなること、といったピーク幅に関する条件を、目標値設定の条件に追加しても良い。なお、通常、ピーク幅が狭いほど結晶性が良好であり(例えば、PZTの場合、ペロブスカイト構造)、電気機械変換素子としての特性に優れている。逆に、ピーク幅が広いほど結晶性が悪く(例えば、PZTの場合、パイロクロア構造)、電気機械変換素子としての特性が悪くなる傾向にある。   Furthermore, the target crystal peak has a peak width with respect to the 2θ axis, for example, a peak of about 31 degrees in FIG. Therefore, a condition relating to the peak width such that the peak width is narrowed to, for example, 30.5 degrees to 31.5 degrees may be added to the target value setting conditions. In general, the narrower the peak width, the better the crystallinity (for example, in the case of PZT, a perovskite structure), and the excellent characteristics as an electromechanical conversion element. Conversely, the wider the peak width, the worse the crystallinity (for example, in the case of PZT, a pyrochlore structure), and the characteristics as an electromechanical conversion element tend to deteriorate.

次のステップ5(S5)工程では、目標とする2θでの角度と、それに対応する結晶ピークの強度の目標値などのレンジ情報を、後述する記録部に記録する。次に基板上に、機能性インク(例えば、PZT前駆体溶液)を、インクジェットヘッド300を用いたインクジェット法(又はスピンコート法)により均一に塗布する(ステップ6(S6))。なお、加熱工程において、SAM膜が消失した場合、後の機能性インクの塗布で毎回SAM膜を形成する。2回目以降、SAM膜は酸化膜上には形成されず、フォトリソグラフィーの工程は不要となる。2回目以降のプロセスで、PZT前駆体溶液の消費量を低減したい場合は、インクジェット法又は凸版印刷によりPZTのパターンを形成する。なお、この方法によるパターン化は、通常PZT膜の膜厚が5μm程度まで好ましくは形成することができる。   In the next step 5 (S5), range information such as a target angle at 2θ and a target value of the intensity of the corresponding crystal peak is recorded in a recording unit to be described later. Next, functional ink (for example, PZT precursor solution) is uniformly applied on the substrate by an ink jet method (or spin coat method) using the ink jet head 300 (step 6 (S6)). In the heating process, when the SAM film disappears, the SAM film is formed every time the functional ink is applied later. From the second time on, the SAM film is not formed on the oxide film, and the photolithography process is not necessary. In the second and subsequent processes, when it is desired to reduce the consumption of the PZT precursor solution, a PZT pattern is formed by an ink jet method or letterpress printing. The patterning by this method can be preferably formed until the film thickness of the PZT film is usually about 5 μm.

その後、塗布したPZT膜をレーザー加熱する(ステップ7(S7))。さらに、XRDによりPZT膜の結晶性を測定し、リアルタイムにステップ5で記録された結晶ピークの強度の目標値と比較し、同等の結晶性が得られるまでレーザー加熱を続ける(ステップ8(S8)。   Thereafter, the applied PZT film is laser-heated (step 7 (S7)). Further, the crystallinity of the PZT film is measured by XRD, compared with the target value of the intensity of the crystal peak recorded in step 5 in real time, and laser heating is continued until an equivalent crystallinity is obtained (step 8 (S8)). .

リアルタイム計測において、結晶性を高速かつ高精度に計測する方法の一例について、下記に説明する。例えば、受光素子を必要な2θレンジ内でアレイ化することで、単一の受光素子をある角度に駆動する方式よりも高精度かつ高速に測定することができる。他にも、測定する2θレンジを限定することでも、高精度かつ高速測定が実現される。前述の通り、狙いとする配向が決定されると、その配向に対応する2θの角度範囲の情報が必要となる。そのため、所定の角度のみを測定することにより、高精度かつ高速計測が可能となる。   An example of a method for measuring crystallinity at high speed and with high accuracy in real-time measurement will be described below. For example, by arraying the light receiving elements within the required 2θ range, it is possible to perform measurement with higher accuracy and higher speed than the method of driving a single light receiving element at a certain angle. In addition, high-precision and high-speed measurement can be realized by limiting the 2θ range to be measured. As described above, when the target orientation is determined, information on the angle range of 2θ corresponding to the orientation is required. Therefore, high-precision and high-speed measurement is possible by measuring only a predetermined angle.

レーザー加熱条件で変えることが調整(変更)可能なパラメータとしては、例えば、レーザーパワー、レーザー照射時間及びレーザー照射回数などが挙げられる。レーザーパワーは通常、レーザー制御装置のパワーを制御する入力電圧を変更することで、リアルタイムに調整可能である。レーザー照射時間は、例えば連続照射型レーザーの場合、基板を保持するステージの移動速度を変えることで調整可能である。パルスレーザーの場合は、発光時間を変えることで調整可能である。さらに、レーザー照射回数は、基板を複数回、レーザーの照射下に搬送することで、同じパターンに複数回照射することができる。このように、レーザー加熱条件をリアルタイムに変更することで、良質かつ均一な特性を有するPZTのパターン膜を製造することができる。また、上述のように、XRDの測定領域が、レーザー照射エリア(即ち、PZT膜のパターン形状の領域)と、ほぼ同じ又はXRDの測定領域の方が小さい方が、測定時のノイズが小さく、より高精度の制御が可能となる。   Examples of parameters that can be adjusted (changed) according to laser heating conditions include laser power, laser irradiation time, and number of times of laser irradiation. Laser power is usually adjustable in real time by changing the input voltage that controls the power of the laser controller. For example, in the case of a continuous irradiation type laser, the laser irradiation time can be adjusted by changing the moving speed of the stage holding the substrate. In the case of a pulse laser, it can be adjusted by changing the emission time. Furthermore, the number of times of laser irradiation can irradiate the same pattern a plurality of times by conveying the substrate a plurality of times under laser irradiation. Thus, by changing the laser heating conditions in real time, a PZT pattern film having good quality and uniform characteristics can be manufactured. In addition, as described above, the XRD measurement area is substantially the same as the laser irradiation area (that is, the pattern shape area of the PZT film), or the XRD measurement area is smaller, the noise during measurement is smaller. Higher precision control is possible.

なお、レーザーを用いた加熱(蒸発)プロセスは、O濃度が50%以上の雰囲気で行うことが、より良質な膜が形成できるため好ましい。O濃度が50%以上の雰囲気で行うことにより、有機化合物の化学結合を切断するときに、Cが膜から抜けやすくなる。この時、Cは、雰囲気中のOと結合して抜けていく。さらに、レーザーを用いた結晶化プロセスにおいて、N濃度が50%以上の雰囲気で行うことが、より良質な膜を形成できるため好ましい。N濃度が50%以上の雰囲気で行うことにより、結晶化時の膜中のPbが雰囲気のOと結合し、脱離することを低減することができる。この効果は、雰囲気のO濃度を下げるために、N濃度を50%以上にすることで達成される。 Note that it is preferable to perform the heating (evaporation) process using a laser in an atmosphere having an O 2 concentration of 50% or more because a higher-quality film can be formed. By performing in an atmosphere having an O 2 concentration of 50% or more, C is easily removed from the film when the chemical bond of the organic compound is broken. At this time, C bonds with O 2 in the atmosphere and escapes. Further, in a crystallization process using a laser, it is preferable to perform in an atmosphere having an N 2 concentration of 50% or more because a film with higher quality can be formed. By performing the N 2 concentration in an atmosphere having a concentration of 50% or more, it is possible to reduce Pb in the film at the time of crystallization from bonding and desorption with O 2 in the atmosphere. This effect is achieved by setting the N 2 concentration to 50% or more in order to lower the O 2 concentration of the atmosphere.

上述の工程では、一度の工程で100nm以下の膜厚の電気機械変換膜が得られる。電気機械変換膜を液体吐出装置の電気機械変換素子として使用する場合、1μm〜2μmが要求される。そのため、上記ステップ1から8までのステップは、目標の膜厚に到達するまで繰り返される。   In the above process, an electromechanical conversion film having a thickness of 100 nm or less can be obtained in a single process. When the electromechanical conversion film is used as an electromechanical conversion element of a liquid ejection device, 1 μm to 2 μm is required. Therefore, the above steps 1 to 8 are repeated until the target film thickness is reached.

第1の実施の形態では、上記手法を繰り返し、厚さ約1〜2μm程度の、PZTからなる圧電素子を製造した。なお、本実施の形態では、レーザー照射エリア1000μm×50μm、レーザー波長980nm、レーザービームプロファイルはトップハット(フラット)、基板スキャン速度100mm/sとした。この時、20乃至40W付近に最適なレーザーパワーが観察され、初期的に設定した。第1の実施形態では、1層あたり70nm程度の膜を形成し、上記手法を略28回から29回繰り返すことにより、略2μmの膜を形成した。通常、膜厚が厚くなるにつれ、Intensityの絶対値は上昇する。したがって、Intensityの目標値は、徐々に上げていった。このとき、得られる膜厚のIntensityは、膜厚に対して線形的に変化すると考え、Intensityの目標値を設定した(具体的には、1層70nm時にIntensityは略500であり、略2μmの膜厚時にIntensityは1E6(100万〜1000万)以上であった)。他の実施形態でも同様の手順でIntensityの目標値を設定した。   In the first embodiment, the above method was repeated to manufacture a piezoelectric element made of PZT having a thickness of about 1 to 2 μm. In this embodiment, the laser irradiation area is 1000 μm × 50 μm, the laser wavelength is 980 nm, the laser beam profile is top hat (flat), and the substrate scanning speed is 100 mm / s. At this time, an optimum laser power was observed in the vicinity of 20 to 40 W, and was initially set. In the first embodiment, a film having a thickness of about 70 nm is formed per layer, and the above method is repeated approximately 28 to 29 times to form a film having a thickness of approximately 2 μm. Usually, the absolute value of Intensity increases as the film thickness increases. Therefore, the target value of Intensity was gradually increased. At this time, the intensity of the obtained film thickness is considered to change linearly with respect to the film thickness, and the target value of the intensity was set (specifically, the intensity is approximately 500 when one layer is 70 nm, approximately 2 μm. Intensity was 1E6 (1 million to 10 million) or more at the time of film thickness). In other embodiments, the target value of Intensity is set in the same procedure.

上記レーザー加熱条件で製造した機能性インク膜(電気機械変換膜)はクラックが無く、結晶性も良好であった。また、得られた電気機械変換膜の圧電素子特性も良好であった。   The functional ink film (electromechanical conversion film) produced under the above laser heating conditions had no cracks and good crystallinity. Moreover, the piezoelectric element characteristics of the obtained electromechanical conversion film were also good.

得られた電気機械変換膜の具体的な圧電素子特性としては、比誘電率が1000以上であり、圧電歪定数(d31方向)が100pm/V以上であった。また、2μmの膜厚を有する膜の結晶配向は主に(111)配向で、2θで38度から40度の範囲におけるIntensityは1E6(100万〜1000万)以上であった。他にも(100)配向も有しており、2θで23度から25度の範囲におけるIntensityは1E4(1万〜10万)以上であった。   As specific piezoelectric element characteristics of the obtained electromechanical conversion film, the relative dielectric constant was 1000 or more, and the piezoelectric strain constant (d31 direction) was 100 pm / V or more. Further, the crystal orientation of the film having a thickness of 2 μm was mainly (111) orientation, and the Intensity in the range of 38 ° to 40 ° at 2θ was 1E6 (1 million to 10 million) or more. In addition, it also has (100) orientation, and the intensity in the range of 23 to 25 degrees at 2θ was 1E4 (10,000 to 100,000) or more.

[薄膜製造装置]
次に、本発明の薄膜製造方法を実施できる、薄膜製造装置について、図を参照して説明する。
[Thin film manufacturing equipment]
Next, a thin film manufacturing apparatus capable of carrying out the thin film manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings.

《第1の実施形態》
次に、電気機械変換膜の形成方法を実施するための薄膜製造装置の装置構成について、説明する。図6に、本発明に係る薄膜製造装置の構成例を示す概略図を示す。図7に、本発明に係る薄膜製造方法を説明するための概略図を、図8に、本発明に係る薄膜製造方法を説明するための他の概略図を示す。なお、本発明におけるX軸方向、Y軸方向及びZ軸などの方向は、説明のためであり、本発明を限定するものではない。
<< First Embodiment >>
Next, the apparatus structure of the thin film manufacturing apparatus for enforcing the electromechanical conversion film forming method will be described. FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example of a thin film manufacturing apparatus according to the present invention. FIG. 7 shows a schematic diagram for explaining the thin film manufacturing method according to the present invention, and FIG. 8 shows another schematic diagram for explaining the thin film manufacturing method according to the present invention. Note that directions such as the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis in the present invention are for explanation, and do not limit the present invention.

本発明に係る薄膜製造装置は、架台700上に、Y軸駆動手段201が設置されている。Y軸駆動手段201上には、基板1を搭載するステージ203が、Y軸方向に駆動可能なように設置されている。なお、ステージ203には通常、真空又は静電気などを利用した図示しない吸着手段が付随されており、これにより基板1を固定することができる。また、ステージ203には、Z軸を中心に回転する図示しない駆動手段が搭載され、後述するインクジェット塗布装置又はレーザー照射システムと、基板との相対的な傾きを補正できる構成であっても良い。   In the thin film manufacturing apparatus according to the present invention, a Y-axis driving unit 201 is installed on a gantry 700. On the Y-axis driving means 201, a stage 203 on which the substrate 1 is mounted is installed so as to be driven in the Y-axis direction. The stage 203 is usually accompanied by a suction means (not shown) using vacuum or static electricity, so that the substrate 1 can be fixed. Further, the stage 203 may be provided with a driving means (not shown) that rotates around the Z axis so that the relative inclination between an inkjet coating apparatus or a laser irradiation system (to be described later) and the substrate can be corrected.

また、架台700上には、X軸駆動手段705を支持するためのX軸支持部材704が設置されている。X軸駆動手段705には、Z軸駆動手段711が設置され、Z軸駆動手段711上にはヘッドベース706が取り付けられ、X軸及びZ軸方向に移動できるようになっている。Z軸駆動手段711は、インクジェット塗布装置又はレーザー照射システムと、基板との距離を制御することができる。ヘッドベース706の上には、機能性インク(例えば、PZT前駆体溶液)を吐出させるインクジェット(IJ)ヘッド300が搭載されている。インクジェットヘッド300には、各インクタンク707から図示しないインク供給用パイプから機能性インクが供給される。   An X-axis support member 704 for supporting the X-axis drive unit 705 is installed on the gantry 700. The X-axis drive means 705 is provided with a Z-axis drive means 711, and a head base 706 is attached on the Z-axis drive means 711 so that it can move in the X-axis and Z-axis directions. The Z-axis driving unit 711 can control the distance between the inkjet coating apparatus or the laser irradiation system and the substrate. On the head base 706, an ink jet (IJ) head 300 for discharging functional ink (for example, PZT precursor solution) is mounted. Functional ink is supplied to the inkjet head 300 from each ink tank 707 through an ink supply pipe (not shown).

X軸駆動手段705には、他のZ軸駆動手段711'が取り付けられ、レーザー及びXRD支持部材708が取り付けられる。XRD支持部材708には、レーザー光源400(及び実施の形態によっては500、600)、X線管602、X線受光素子603が取り付けられる。なお、X線管602及びX線受光素子603は、各々、部材位置調整機構709、709'上に設置されている。図7に示すように、X線管602から角度606で照射されたX線604は、溶媒蒸発、熱分解した機能性インク402に照射され、反射したX線605がX線受光素子により検出される(図3のS3、S8参照)。部材位置調整機構709とは、X線管602、X線受光素子603の位置及び角度を調整可能である調整機構である。レーザー光源400、500及び600もまた、図示しない調整機構にて、X線管602及びX線受光素子603との相対的な位置及び角度を調整可能となっている。   To the X-axis driving means 705, another Z-axis driving means 711 ′ is attached, and a laser and XRD support member 708 is attached. To the XRD support member 708, a laser light source 400 (and 500 or 600 depending on the embodiment), an X-ray tube 602, and an X-ray light receiving element 603 are attached. The X-ray tube 602 and the X-ray light receiving element 603 are installed on member position adjusting mechanisms 709 and 709 ′, respectively. As shown in FIG. 7, the X-ray 604 irradiated from the X-ray tube 602 at an angle 606 is applied to the functional ink 402 which has been evaporated and thermally decomposed, and the reflected X-ray 605 is detected by the X-ray light receiving element. (See S3 and S8 in FIG. 3). The member position adjustment mechanism 709 is an adjustment mechanism that can adjust the positions and angles of the X-ray tube 602 and the X-ray light receiving element 603. The laser light sources 400, 500, and 600 can also adjust the relative positions and angles of the X-ray tube 602 and the X-ray light receiving element 603 by an adjusting mechanism (not shown).

Z軸駆動手段711(711')を複数設置することにより、レーザー光源、インクジェットヘッドを、容易に複数設置することができる。   By installing a plurality of Z-axis driving means 711 (711 ′), a plurality of laser light sources and inkjet heads can be easily installed.

なお、図6は、基板1がY方向の1軸の自由度を有し、インクジェットヘッド300及びレーザー光源400、500、600がX方向の1軸の自由度を有する構成を示しているが、本発明はこの点において限定されない。例えば、基板1がX及びY方向の2軸の自由度を有し、インクジェットヘッド300及びレーザー光源400、500、600を固定する構成であっても良い。また、基板1を固定し、インクジェットヘッド300及びレーザー光源400、500、600がX及びY方向の2軸の自由度を有する構成であっても良い。また、X軸及びY軸は、X軸及びY軸ベクトルにより、1平面を表現できれば直交する必要はなく、例えば、X軸ベクトルとY軸ベクトルは30度、45度、60度の角度を有しても良い。   FIG. 6 shows a configuration in which the substrate 1 has one axis of freedom in the Y direction and the inkjet head 300 and the laser light sources 400, 500, and 600 have one axis of freedom in the X direction. The present invention is not limited in this respect. For example, the substrate 1 may have a biaxial degree of freedom in the X and Y directions, and the inkjet head 300 and the laser light sources 400, 500, and 600 may be fixed. Alternatively, the substrate 1 may be fixed, and the inkjet head 300 and the laser light sources 400, 500, and 600 may have a biaxial degree of freedom in the X and Y directions. In addition, the X axis and the Y axis do not need to be orthogonal if one plane can be expressed by the X axis and the Y axis vector. For example, the X axis vector and the Y axis vector have angles of 30 degrees, 45 degrees, and 60 degrees. You may do it.

レーザー光源400、500、600としては、半導体レーザーやYAGレーザーなど連続照射レーザー装置又はパルス照射レーザー装置などを使用することができる。レーザー装置の構成については、下記で詳細に説明する。   As the laser light sources 400, 500, and 600, a continuous irradiation laser device such as a semiconductor laser or a YAG laser or a pulse irradiation laser device can be used. The configuration of the laser device will be described in detail below.

本発明に係る薄膜製造装置は、図示しない装置制御部を有し、インクジェットヘッド300の機能性インクの吐出条件及びレーザー光源400、500、600のレーザー照射条件を制御する。また、装置制御部は図示しない記録部を有し、上で詳細に説明した、機能性インクの結晶状態、レーザーの最適な照射条件が記録されている。   The thin film manufacturing apparatus according to the present invention includes an apparatus control unit (not shown) and controls the functional ink ejection conditions of the inkjet head 300 and the laser irradiation conditions of the laser light sources 400, 500, and 600. In addition, the apparatus control unit has a recording unit (not shown), and the crystal state of the functional ink and the optimum laser irradiation conditions described in detail above are recorded.

《第2の実施形態》
第2の実施の形態では、第1の実施の形態における、レーザー光源400として連続照射レーザー装置400が、レーザー光源500としてパルス照射レーザー装置500が配置されている。
<< Second Embodiment >>
In the second embodiment, the continuous irradiation laser device 400 is disposed as the laser light source 400 and the pulse irradiation laser device 500 is disposed as the laser light source 500 in the first embodiment.

図8左に示されるように、基板1上の親水部に着弾した機能性インク301、302は、時間とともに濡れ広がる。その後、ステージをY軸及び/又はX軸へ駆動することにより、機能性インクがパターニングされた基板は、前述の図3の方法により、レーザー加熱される。この時、ステージ203をY軸及び/又はX軸に駆動し、連続照射レーザー装置400により機能性インクのパターンにレーザー光401を照射する(図8中央参照)。照射された機能性インクは、溶媒が蒸発し、熱分解され、熱分解された機能性インク402となる。連続照射レーザー400としては、通常、半導体レーザーやYAGレーザーを用いることができる。   As shown on the left side of FIG. 8, the functional inks 301 and 302 that have landed on the hydrophilic portion on the substrate 1 spread out with time. Thereafter, by driving the stage to the Y axis and / or the X axis, the substrate on which the functional ink is patterned is laser-heated by the method shown in FIG. At this time, the stage 203 is driven to the Y axis and / or the X axis, and the laser beam 401 is irradiated to the functional ink pattern by the continuous irradiation laser device 400 (see the center of FIG. 8). The irradiated functional ink is vaporized and thermally decomposed to become thermally decomposed functional ink 402. As the continuous irradiation laser 400, a semiconductor laser or a YAG laser can be usually used.

具体的なレーザー加熱条件としては、波長400nm〜10000nm、基板移動速度10mm/s〜1000mm/sで、レーザーパワーは、数Wから数十Wの範囲で行った。なお、連続照射レーザー装置400によるレーザー光は、SAM膜が存在する領域もレーザー照射する。しかしながら、上記設定条件では基板の温度が500℃以下にとどまるため、SAM膜は消失しない。その後、パルス照射レーザー装置500を用いたレーザー光501により、熱分解した機能性インク402膜上を照射し、機能性インクを結晶化する(図8右側参照)。結晶化された機能性インク502は、例えば、電気機械変換膜として使用されるPZT膜である。パルス照射レーザー装置500としては、半導体ファイバーカプリングレーザー装置又は半導体レーザースタック装置などを使用することができる。レーザー加熱条件は、図3などで上述した通り、ステップ4での結晶性の目標値設定に適合するように選択される。   As specific laser heating conditions, the wavelength was 400 nm to 10000 nm, the substrate moving speed was 10 mm / s to 1000 mm / s, and the laser power was in the range of several W to several tens W. Note that the laser beam emitted by the continuous irradiation laser device 400 also irradiates the region where the SAM film exists. However, the SAM film does not disappear because the substrate temperature remains below 500 ° C. under the above set conditions. Thereafter, the thermally decomposed functional ink 402 film is irradiated with laser light 501 using the pulse irradiation laser apparatus 500 to crystallize the functional ink (see the right side of FIG. 8). The crystallized functional ink 502 is, for example, a PZT film used as an electromechanical conversion film. As the pulse irradiation laser device 500, a semiconductor fiber coupling laser device, a semiconductor laser stack device, or the like can be used. The laser heating conditions are selected so as to meet the crystallinity target value setting in step 4 as described above with reference to FIG.

具体的には、レーザーパワーは、数Wから数十W、レーザー照射時間数μ秒〜数百μ秒、発光周波数は機能性インクのパターンと基板の移動速度により調整した。例えば、パターン間隔が100μmで、基板移動速度が100mm/sの場合、パルスレーザーの発光周波数は1kHzである。パルスレーザー発光中に基板が移動することで、例えば照射時間が100μ秒、基板移動速度が100mm/sの場合、10umレーザー照射する範囲が広がる。そのため、レーザー照射の範囲を考慮してパターン形状に合った照射タイミングを制御し、SAM膜領域に照射しないことが好ましい。   Specifically, the laser power was adjusted from several W to several tens W, the laser irradiation time was several μs to several hundreds μs, and the light emission frequency was adjusted by the functional ink pattern and the moving speed of the substrate. For example, when the pattern interval is 100 μm and the substrate moving speed is 100 mm / s, the emission frequency of the pulse laser is 1 kHz. By moving the substrate during pulsed laser emission, for example, when the irradiation time is 100 μsec and the substrate moving speed is 100 mm / s, the range of 10 μm laser irradiation is expanded. Therefore, it is preferable not to irradiate the SAM film region by controlling the irradiation timing according to the pattern shape in consideration of the range of laser irradiation.

《第3の実施形態》
上述の第2の実施形態では、連続照射レーザー装置400とパルス照射レーザー装置500を別々の装置として使用した構成であった。第3の実施形態では、通常の半導体ファイバーカプリングレーザー装置又は半導体レーザースタック装置などのパルス照射レーザー装置を使用して、パルスレーザー装置と連続照射レーザー装置の両方の機能を持たせる。これにより、1台のレーザー装置で機能性インクの溶媒蒸発、熱分解、結晶化までのプロセスと行うことができる。また、本実施の形態のような構成とすることで、ステージ駆動手段のY軸方向の長さを短くすることができる。そのため、Y軸方向の移動精度が向上するだけでなく、装置がコンパクトとなるため、装置の低コスト化が可能となる。
<< Third Embodiment >>
In the second embodiment described above, the continuous irradiation laser device 400 and the pulse irradiation laser device 500 are configured as separate devices. In the third embodiment, a pulse irradiation laser device such as a normal semiconductor fiber coupling laser device or a semiconductor laser stack device is used to provide the functions of both a pulse laser device and a continuous irradiation laser device. Thus, the process from solvent evaporation, thermal decomposition, and crystallization of the functional ink can be performed with one laser device. In addition, with the configuration as in the present embodiment, the length of the stage driving means in the Y-axis direction can be shortened. For this reason, not only the movement accuracy in the Y-axis direction is improved, but the apparatus becomes compact, so that the cost of the apparatus can be reduced.

なお、連続照射型レーザーを使用して、溶媒蒸発、熱分解、結晶化までの全ての加熱プロセスを行っても良い。この場合、装置コストの削減につながるが、加熱プロセス後SAM膜が消失する。そのため、レーザー加熱後にSAM膜を形成する工程を行う必要がある。   In addition, you may perform all the heating processes from solvent evaporation, thermal decomposition, and crystallization using a continuous irradiation type laser. In this case, the device cost is reduced, but the SAM film disappears after the heating process. Therefore, it is necessary to perform a step of forming a SAM film after laser heating.

《第4の実施形態》
通常、レーザー加熱によるレーザー照射エリアの形状は円形であり、ビームプロファイルはGaussianである。そのため、基板がY軸方向に移動し、円形のレーザー照射エリアで機能性インクを照射する場合、円中央領域と円端部分では実照射時間が異なる。即ち、円中央の方が長い時間照射され、円端の方は短い時間照射される。そのため、本実施の形態では、レーザー照射エリアを機能性インクのパターンと同じ又はそれよりも大きい形状にする。それにより、所定の形状にパターニングされた機能性インクを、均一に加熱することができる。さらに、例えば、パルス照射レーザー装置及び連続照射型レーザー装置によるレーザー照射のビームプロファイルを、照射エリア内でフラット形状又はトップハット形状にすることで、機能性インクをより均一に加熱することが可能となる。なお、照射エリアの形状とビームプロファイルの調整は、連続照射レーザー装置及びパルス照射レーザー装置のいずれの装置にも搭載することが可能である。
<< Fourth Embodiment >>
Usually, the shape of the laser irradiation area by laser heating is circular, and the beam profile is Gaussian. Therefore, when the substrate moves in the Y-axis direction and the functional ink is irradiated in a circular laser irradiation area, the actual irradiation time is different between the circle center region and the circle end portion. That is, the center of the circle is irradiated for a longer time, and the end of the circle is irradiated for a shorter time. For this reason, in the present embodiment, the laser irradiation area has the same shape as the functional ink pattern or a larger shape. Thereby, the functional ink patterned into a predetermined shape can be heated uniformly. Furthermore, for example, by making the beam profile of laser irradiation by a pulse irradiation laser device and a continuous irradiation laser device into a flat shape or a top hat shape in the irradiation area, it is possible to heat the functional ink more uniformly. Become. The adjustment of the shape of the irradiation area and the beam profile can be mounted on either a continuous irradiation laser device or a pulse irradiation laser device.

連続照射レーザー装置及びパルス照射レーザー装置のいずれの場合でも、基板が同時に移動できる方向が1方向である場合、照射エリアは長方形で、かつ、長方形の傾きと基板の移動方向の傾きがそろっていることが好ましい。上述のような構成にすることで、基板移動方向の照射時間が、基板移動方向と直角の方向(例えば、図8でのX軸方向)で同一となる。即ち、均一なレーザー加熱が可能となり、信頼性の高い機能性インク膜を形成することができる。更に、特に連続照射レーザー装置において、照射エリアのX軸方向の長さと、パターンのX軸方向長さとを同じにし、また、照射エリアのZ軸の長さと、パターンのZ軸方向長さとを同じにすることにより、より効率的に機能性インクを加熱することができるため、好ましい。   In either case of continuous irradiation laser apparatus or pulse irradiation laser apparatus, if the direction in which the substrate can move simultaneously is one direction, the irradiation area is rectangular, and the inclination of the rectangle and the inclination of the movement direction of the substrate are aligned. It is preferable. With the above-described configuration, the irradiation time in the substrate movement direction is the same in a direction perpendicular to the substrate movement direction (for example, the X-axis direction in FIG. 8). That is, uniform laser heating is possible, and a highly reliable functional ink film can be formed. Further, particularly in a continuous irradiation laser apparatus, the length of the irradiation area in the X-axis direction is the same as the length of the pattern in the X-axis direction, and the length of the irradiation area in the Z-axis is the same as the length of the pattern in the Z-axis direction. This is preferable because the functional ink can be heated more efficiently.

《第5の実施形態》
第5の実施の形態では、機能性インクを結晶化のためにレーザー加熱する前に、エキシマレーザーを用いてレーザー照射を行う。金属成分を含む有機化合物は、含まれる金属成分によって金属有機化合物が異なる温度で分解されるため、材料によって結晶粒の形成方法が異なる。そのため、エキシマレーザーを用いてレーザー照射することで、それぞれの金属有機化合物の化学結合を切断し、結晶粒の形成方法を統一させる。それにより、緻密で粒径が揃った結晶膜を形成することができ、得られた結晶膜の圧電素子特性が向上する。エキシマレーザーによって切断された化学結合については、赤外吸収スペクトルなどを用いて確認することができる。具体的には、連続照射レーザー装置にて溶媒を蒸発させた後,例えば波長が300nm以下のエキシマレーザーなどを照射する。より具体的には、例えば,連続照射型KrFエキシマレーザー装置を用いて、波長230−280nm、100mJ/cm以上の照射条件でエキシマレーザーを照射することで、得られる機能性インク膜の特性を向上させることができる。
<< Fifth Embodiment >>
In the fifth embodiment, laser irradiation is performed using an excimer laser before laser heating the functional ink for crystallization. Since the organic compound containing a metal component is decomposed at different temperatures depending on the metal component contained, the method for forming crystal grains differs depending on the material. For this reason, laser irradiation using an excimer laser cuts the chemical bonds of the respective metal organic compounds and unifies the crystal grain formation method. Thereby, a dense crystal film having a uniform grain size can be formed, and the piezoelectric element characteristics of the obtained crystal film are improved. About the chemical bond cut | disconnected by the excimer laser, it can confirm using an infrared absorption spectrum etc. Specifically, after evaporating the solvent with a continuous irradiation laser device, for example, an excimer laser having a wavelength of 300 nm or less is irradiated. More specifically, for example, by using a continuous irradiation type KrF excimer laser apparatus, the excimer laser is irradiated under irradiation conditions of wavelengths 230 to 280 nm and 100 mJ / cm 2 or more, thereby obtaining the characteristics of the functional ink film obtained. Can be improved.

[インクジェット用記録装置]
本発明に係るインクジェット用記録装置について、図と共に説明する。図9は、図1の液滴吐出ヘッドを複数個配置した例を示し、図10及び図11は、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の例を示す概略図である。
[Inkjet recording apparatus]
An ink jet recording apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 shows an example in which a plurality of droplet discharge heads of FIG. 1 are arranged, and FIGS. 10 and 11 are schematic views showing an example of an ink jet recording apparatus equipped with the liquid discharge head according to the present invention.

なお、図10はインクジェット用記録装置の斜視説明図を示し、図11はインクジェット用記録装置の機構部の側面説明図を示す。   10 is a perspective explanatory view of the ink jet recording apparatus, and FIG. 11 is a side explanatory view of a mechanism portion of the ink jet recording apparatus.

本発明に係るインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ93、キャリッジ93に搭載した本発明の一実施形態であるインクジェット用記録ヘッド94、インクジェット用記録ヘッド94へインクを供給するインクカートリッジ95等で構成される印字機構部82等を収納する。記録装置本体81の下方部には、多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができる。給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。   The ink jet recording apparatus according to the present invention includes a carriage 93 that can move in the main scanning direction inside a recording apparatus main body 81, an ink jet recording head 94 that is mounted on the carriage 93, and an ink jet recording head 94 according to an embodiment of the present invention. A printing mechanism 82 including an ink cartridge 95 that supplies ink to the ink is accommodated. A sheet feeding cassette (or a sheet feeding tray) 84 on which a large number of sheets 83 can be stacked can be detachably mounted on the lower part of the recording apparatus main body 81. Further, the manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be turned over. The paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and after a required image is recorded by the printing mechanism unit 82, the paper is discharged to a paper discharge tray 86 mounted on the rear side.

印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェット用記録ヘッド94を、複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ93は、インクジェット用記録ヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。   The printing mechanism 82 holds the carriage 93 slidably in the main scanning direction with a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). An inkjet recording head 94 according to the present invention for ejecting ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) is provided on the carriage 93, and a plurality of ink ejection ports (nozzles). Are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and the ink droplet ejection direction is directed downward. Further, the carriage 93 is mounted with replaceable ink cartridges 95 for supplying ink of the respective colors to the ink jet recording head 94.

インクカートリッジ95は、上方に大気と連通する図示しない大気口、下方にはインクジェット用記録ヘッド94へインクを供給する図示しない供給口を、内部にはインクが充填された図示しない多孔質体を有している。多孔質体の毛管力によりインクジェット用記録ヘッド94へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、インクジェット用記録ヘッド94としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。   The ink cartridge 95 has an air port (not shown) communicating with the air at the upper side, a supply port (not shown) for supplying ink to the inkjet recording head 94 at the lower side, and a porous body (not shown) filled with ink inside. doing. The ink supplied to the inkjet recording head 94 is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the porous body. In addition, although the heads of the respective colors are used here as the ink jet recording head 94, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.

キャリッジ93は、用紙搬送方向下流側を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、用紙搬送方向上流側を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装し、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。タイミングベルト100は、キャリッジ93に固定されている。   The carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the downstream side in the paper conveyance direction, and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the upstream side in the paper conveyance direction. In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by the main scanning motor 97, so that the main scanning motor 97 is forward / reverse. The carriage 93 is reciprocated by the rotation. The timing belt 100 is fixed to the carriage 93.

また、本発明に係るインクジェット記録装置は、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101、フリクションパッド102、用紙83を案内するガイド部材103、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105、搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106、を設けている。これにより、給紙カセット84にセットした用紙83を、インクジェット用記録ヘッド94の下方側に搬送される。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。   The ink jet recording apparatus according to the present invention also reverses the paper feed roller 101 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84, the friction pad 102, the guide member 103 for guiding the paper 83, and the fed paper 83. A conveyance roller 104 that conveys the sheet 83, a conveyance roller 105 that is pressed against the circumferential surface of the conveyance roller 104, and a leading end roller 106 that defines a feeding angle of the sheet 83 from the conveyance roller 104. As a result, the paper 83 set in the paper feed cassette 84 is conveyed to the lower side of the inkjet recording head 94. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.

用紙ガイド部材である印写受け部材109は、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設けている。さらに、用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115、116とを配設している。   The printing receiving member 109 which is a paper guide member guides the paper 83 sent out from the transport roller 104 corresponding to the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction on the lower side of the recording head 94. On the downstream side of the printing receiving member 109 in the sheet conveyance direction, a conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send out the sheet 83 in the sheet discharge direction are provided. Further, a discharge roller 113 and a spur 114 for sending the paper 83 to the discharge tray 86, and guide members 115 and 116 for forming a discharge path are provided.

画像記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。   At the time of image recording, the recording head 94 is driven in accordance with the image signal while moving the carriage 93 to eject ink onto the stopped paper 83 to record one line, and after the paper 83 is conveyed by a predetermined amount Record the next line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing end of the paper 83 reaches the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.

キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を有する。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有する。キャリッジ93は、印字待機中に回復装置117側に移動されてキャッピング手段でヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに、記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   A recovery device 117 for recovering defective ejection of the head 94 is provided at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby, and the head 94 is capped by the capping unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド94の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。また、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。さらに、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   When a discharge failure occurs, the discharge port of the head 94 is sealed by the capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port by the suction unit through the tube. Also, ink or dust adhering to the ejection port surface is removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. Further, the sucked ink is discharged into a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

本発明に係るインクジェット記録装置においては、本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。   In the ink jet recording apparatus according to the present invention, since the ink jet head embodying the present invention is mounted, there is no ink droplet ejection failure due to vibration plate drive failure, stable ink droplet ejection characteristics are obtained, and image quality is improved. improves.

1 基板
2 SAM膜
3 フォトレジスト
4 フォトマスク
10 ノズル板
11 ノズル
20 圧力室基板
21 圧力室
30 振動板
40 電気機械変換素子
41 密着層
42 下部電極
43 電気機械変換膜
44 上部電極
400 レーザー源(連続照射レーザー装置)
500 レーザー源(パルス照射レーザー装置)
600 レーザー装置
601 レーザー光
602 X線管
603 X線受光素子
604 X線
605 反射したX線
606 角度(2θ)
700 架台
704 X軸支持部材
705 X軸駆動手段
711 Z軸駆動手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 SAM film 3 Photoresist 4 Photomask 10 Nozzle plate 11 Nozzle 20 Pressure chamber substrate 21 Pressure chamber 30 Diaphragm 40 Electromechanical conversion element 41 Adhesion layer 42 Lower electrode 43 Electromechanical conversion film 44 Upper electrode 400 Laser source (continuous Irradiation laser device)
500 Laser source (pulse irradiation laser equipment)
600 Laser device 601 Laser light 602 X-ray tube 603 X-ray light receiving element 604 X-ray 605 Reflected X-ray 606 Angle (2θ)
700 Base 704 X-axis support member 705 X-axis drive means 711 Z-axis drive means

特許4353145号公報Japanese Patent No. 4353145

Claims (13)

基板上に機能性インクを所定のパターンで塗布する塗布手段と、
塗布された前記機能性インクを加熱して結晶化するための1つ又は2つ以上のレーザー光源と、
前記機能性インクの結晶状態を測定するためのX線回折装置と、
前記X線回折装置により測定された前記機能性インクの前記結晶状態の情報を記録する記録部と、
前記レーザー光源のレーザー照射条件を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御部は、前記記録部に記録された、事前の前記レーザー光源によるレーザー照射した前記機能性インクの前記結晶状態の情報に基づいて、前記レーザー光源のレーザー照射条件を調整するように制御する、
基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置。
Application means for applying functional ink in a predetermined pattern on the substrate;
One or more laser light sources for heating and crystallizing the applied functional ink;
An X-ray diffractometer for measuring the crystalline state of the functional ink;
A recording unit that records information on the crystalline state of the functional ink measured by the X-ray diffractometer;
A control device for controlling laser irradiation conditions of the laser light source;
Have
The control unit performs control so as to adjust the laser irradiation condition of the laser light source based on information on the crystal state of the functional ink recorded in the recording unit and laser-irradiated by the laser light source in advance. ,
A thin film manufacturing apparatus that forms a thin film on a substrate.
基板上に機能性インクを所定のパターンで塗布する工程と、
塗布された前記機能性インクを、1つ又は2つ以上のレーザー光源によりレーザー照射を行うことで加熱して、結晶化する工程と、
X線回折装置により前記機能性インクの結晶状態を測定する工程と、
前記基板上に前記機能性インクを前記所定のパターンで塗布する工程と、
前記測定する工程により得られた前記機能性インクの結晶状態に基づいて、前記レーザー光源のレーザー照射条件を決定し、前記機能性インクを熱処理する工程と、
を有する、基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法。
Applying functional ink in a predetermined pattern on a substrate;
Heating the applied functional ink by laser irradiation with one or more laser light sources to crystallize;
Measuring the crystalline state of the functional ink with an X-ray diffractometer;
Applying the functional ink on the substrate in the predetermined pattern;
Determining the laser irradiation conditions of the laser light source based on the crystalline state of the functional ink obtained by the measuring step, and heat-treating the functional ink;
A thin film manufacturing method for forming a thin film on a substrate.
前記X線回折装置による前記機能性インクに対する測定領域は、
前記基板上に形成された前記機能性インクのパターン領域と同じ又は前記測定領域の方が狭く、
前記レーザー光源による前記レーザー照射の照射領域と同じ又は記測定領域の方が狭い、
請求項2に記載の薄膜製造方法。
The measurement area for the functional ink by the X-ray diffractometer is:
Same as the pattern area of the functional ink formed on the substrate or the measurement area is narrower,
Same as the irradiation area of the laser irradiation by the laser light source or the measurement area is narrower,
The thin film manufacturing method according to claim 2.
前記測定する工程における前記X線回折装置によるX線照射角度の範囲は、前記機能性インクの所定の結晶ピークに対応する角度である、請求項2又は3に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 2 or 3, wherein a range of an X-ray irradiation angle by the X-ray diffractometer in the measuring step is an angle corresponding to a predetermined crystal peak of the functional ink. 前記レーザー照射条件とは、前記レーザー光源の、照射出力、照射回数又は照射時間のいずれかを含む、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の薄膜製造方法。   The said laser irradiation conditions are the thin film manufacturing methods as described in any one of Claims 2 thru | or 4 including any of the irradiation output of the said laser light source, the frequency | count of irradiation, or irradiation time. 前記熱処理とは、前記機能性インク中の溶媒を蒸発する工程と、前記機能性インクを結晶化する工程とを含み、
前記溶媒を蒸発する工程では、連続照射レーザー装置を使用してレーザー照射を行い、
前記結晶化する工程では、パルス照射レーザー装置を使用してレーザー照射を行う、
請求項2乃至5のいずれか一項に記載の薄膜製造方法。
The heat treatment includes a step of evaporating a solvent in the functional ink, and a step of crystallizing the functional ink,
In the step of evaporating the solvent, laser irradiation is performed using a continuous irradiation laser device,
In the crystallization step, laser irradiation is performed using a pulsed irradiation laser device.
The thin film manufacturing method as described in any one of Claims 2 thru | or 5.
前記連続照射レーザー装置の光強度分布はトップハット形状である、請求項6に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 6, wherein a light intensity distribution of the continuous irradiation laser device is a top hat shape. 前記連続照射レーザー装置による前記レーザー照射は、前記基板を一の方向にスキャンしながら照射するものであり、
前記連続照射レーザー装置による前記レーザー照射の照射形状は、前記一の方向の幅が、前記機能性インクの前記一の方向の幅と同じ又は該一の方向の幅より大きく、
前記連続照射レーザー装置による前記レーザー照射の照射形状は、前記基板の深さ方向の幅が、前記機能性インクの前記基板の深さの方向の幅と同じ又は該基板の深さの方向の幅より大きい、
請求項6又は7に記載の薄膜製造方法。
The laser irradiation by the continuous irradiation laser device irradiates while scanning the substrate in one direction,
The irradiation shape of the laser irradiation by the continuous irradiation laser device is such that the width in the one direction is the same as or larger than the width in the one direction of the functional ink,
The irradiation shape of the laser irradiation by the continuous irradiation laser device is such that the width in the depth direction of the substrate is the same as the width in the depth direction of the functional ink or the width in the depth direction of the substrate Greater than,
The thin film manufacturing method according to claim 6 or 7.
前記溶媒を蒸発する工程で、前記パルス照射レーザー装置を使用する、請求項6に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 6, wherein the pulse irradiation laser device is used in the step of evaporating the solvent. 前記パルス照射レーザー装置の光強度分布はトップハット形状である、請求項6乃至9のいずれか一項に記載の薄膜製造方法。   10. The thin film manufacturing method according to claim 6, wherein a light intensity distribution of the pulse irradiation laser device is a top hat shape. 11. 前記パルス照射レーザー装置によるレーザー照射の照射領域は、前記基板上に形成された前記機能性インクのパターン領域と同じ又は前記照射領域の方が広い、請求項6乃至10のいずれか一項に記載の薄膜製造方法。   The irradiation region of laser irradiation by the pulse irradiation laser device is the same as the pattern region of the functional ink formed on the substrate, or the irradiation region is wider. Thin film manufacturing method. 前記パルス照射レーザー装置によるレーザー照射の照射形状は矩形である、請求項6乃至11のいずれか一項に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 6, wherein an irradiation shape of laser irradiation by the pulse irradiation laser apparatus is a rectangle. 前記結晶化する工程の前に、紫外線により前記機能性インクを照射する工程を含む、請求項6乃至12のいずれか一項に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to any one of claims 6 to 12, comprising a step of irradiating the functional ink with ultraviolet rays before the crystallization step.
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