JP2016103579A - Manufacturing method of substrate with piezoelectric thin film, manufacturing method of piezoelectric actuator, manufacturing method of ink jet head, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, ink jet head and ink jet printer - Google Patents

Manufacturing method of substrate with piezoelectric thin film, manufacturing method of piezoelectric actuator, manufacturing method of ink jet head, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, ink jet head and ink jet printer Download PDF

Info

Publication number
JP2016103579A
JP2016103579A JP2014241617A JP2014241617A JP2016103579A JP 2016103579 A JP2016103579 A JP 2016103579A JP 2014241617 A JP2014241617 A JP 2014241617A JP 2014241617 A JP2014241617 A JP 2014241617A JP 2016103579 A JP2016103579 A JP 2016103579A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
piezoelectric thin
substrate
piezoelectric
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014241617A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6432311B2 (en
Inventor
江口 秀幸
Hideyuki Eguchi
秀幸 江口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP2014241617A priority Critical patent/JP6432311B2/en
Publication of JP2016103579A publication Critical patent/JP2016103579A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6432311B2 publication Critical patent/JP6432311B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the occurrence of device failure by recognizing whether or not a piezoelectric thin film has such film quality that device failure occurs due to reduction in adhesion and piezoelectric characteristics before device manufacture.SOLUTION: A manufacturing method of a substrate with piezoelectric thin film comprises a piezoelectric thin film forming step (S4) and an inspection step (S5). The film forming step forms a piezoelectric thin film having the perovskite structure on a ground layer including a substrate. The inspection step irradiates the piezoelectric thin film with light, and determines the quality of the piezoelectric thin film on the basis of the measurement result of diffusion light reflected on the piezoelectric thin film.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、基板を含む下地層上に、ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜を形成した圧電薄膜付き基板およびその製造方法、上記圧電薄膜付き基板を有する圧電アクチュエータおよびその製造方法、上記圧電アクチュエータを有するインクジェットヘッドおよびその製造方法、上記インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタに関するものである。   The present invention includes a substrate with a piezoelectric thin film in which a piezoelectric thin film having a perovskite structure is formed on an underlayer including the substrate, a method for manufacturing the substrate, a piezoelectric actuator having the substrate with a piezoelectric thin film, a method for manufacturing the piezoelectric actuator, and the piezoelectric actuator. The present invention relates to an inkjet head, a method for manufacturing the same, and an inkjet printer having the inkjet head.

近年、駆動素子やセンサなどに応用するための機械電気変換素子として、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)などの鉛系の圧電体や、ニオブ酸カリウムナトリウム((K,Na)NbO3)などの鉛を含まない非鉛系の圧電体が用いられている。このような圧電体は、シリコン(Si)等の基板上に薄膜として形成することで、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子へ応用が期待されている。 In recent years, as electromechanical conversion elements for application to driving elements and sensors, lead-based piezoelectric materials such as lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ), potassium sodium niobate ((K, Lead-free piezoelectric materials such as Na) NbO 3 ) are used. Such a piezoelectric body is expected to be applied to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element by being formed as a thin film on a substrate such as silicon (Si).

MEMS素子の製造においては、フォトリソグラフィーなど半導体プロセス技術を用いた高精度な加工を適用できるため、素子の小型化や高密度化が可能となる。特に、直径6インチや直径8インチといった比較的大きなSiウェハ上に素子を高密度に一括で作製することにより、素子を個別に製造する枚葉製造に比べて、コストを大幅に低減することができる。   In manufacturing a MEMS element, since high-precision processing using a semiconductor process technology such as photolithography can be applied, the element can be reduced in size and density. In particular, the cost can be greatly reduced by manufacturing the elements at a high density on a relatively large Si wafer having a diameter of 6 inches or 8 inches, compared to single wafer manufacturing in which the elements are individually manufactured. it can.

また、圧電体の薄膜化やデバイスのMEMS化により、機械電気の変換効率が向上することで、センサの感度や駆動素子の特性が向上するといった新たな付加価値も生み出されている。例えば、熱センサでは、MEMS化による熱コンダクタンス低減により、測定感度を上げることが可能となり、プリンター用のインクジェットヘッドでは、ノズルの高密度化による高精細パターニングが可能となる。   In addition, the piezoelectric material has been made thinner and the device has been converted to MEMS, thereby improving the sensitivity of the sensor and the characteristics of the driving element by improving the conversion efficiency of the mechanical electricity. For example, in a thermal sensor, it is possible to increase measurement sensitivity by reducing thermal conductance due to MEMS, and in an inkjet head for a printer, high-definition patterning can be achieved by increasing the density of nozzles.

圧電体として、Pbを含む材料を用いる場合、PZTと呼ばれるPb、Zr、Ti、Oからなる結晶を用いることが多い。PZTは、図11に示すペロブスカイト型構造となるときに良好な圧電効果を発現するため、ペロブスカイト単相にする必要がある。ここで、ペロブスカイト型構造とは、理想的には立方晶系の単位格子を有し、立方晶の各頂点(Aサイト)に配置される金属(例えばPb)、体心(Bサイト)に配置される金属(例えばZrまたはTi)、立方晶の各面心に配置される酸素Oとから構成されるABO3型の結晶構造のことである。ペロブスカイト構造の結晶には、立方晶が歪んだ正方晶、斜方晶、菱面体晶等も含まれるものとする。特に、PZTでは、Bサイトに位置するZrとTiのモル比が52:48付近で、MPB(Morphotropic Phase Boundary)と呼ばれる層境界が存在する。このMPB組成では、圧電定数、分極値、誘電率といった圧電特性の極大が得られることから、MPB組成の圧電体が積極的に利用されている。 When a material containing Pb is used as the piezoelectric body, a crystal made of Pb, Zr, Ti, and O called PZT is often used. Since PZT exhibits a good piezoelectric effect when it has the perovskite structure shown in FIG. 11, it needs to be a perovskite single phase. Here, the perovskite structure ideally has a cubic unit cell, and is disposed at each vertex (A site) of the cubic crystal (for example, Pb) and at the body center (B site). This is an ABO 3 type crystal structure composed of a metal (for example, Zr or Ti) to be formed and oxygen O arranged at each face center of a cubic crystal. Crystals having a perovskite structure include tetragonal crystals, orthorhombic crystals, rhombohedral crystals and the like in which cubic crystals are distorted. In particular, in PZT, there is a layer boundary called MPB (Morphotropic Phase Boundary) when the molar ratio of Zr and Ti located at the B site is around 52:48. In this MPB composition, since the maximum of the piezoelectric characteristics such as the piezoelectric constant, the polarization value, and the dielectric constant can be obtained, the piezoelectric body having the MPB composition is actively used.

インクジェットヘッドのようなMEMS駆動素子に圧電体を用いる場合、Siなどの基板上に必要な変位発生力を満たすために、圧電体を1〜5μmの厚みで成膜しなければならない。このような圧電体の薄膜(以下、圧電薄膜とも称する)を基板上に成膜する方法としては、CVD法(Chemical Vapor Deposition )などの化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法などの液相での成長法が知られている。   When a piezoelectric body is used for a MEMS drive element such as an ink jet head, the piezoelectric body must be formed on a substrate of Si or the like with a thickness of 1 to 5 μm in order to satisfy a necessary displacement generating force. As a method for forming such a piezoelectric thin film (hereinafter also referred to as a piezoelectric thin film) on a substrate, a chemical film forming method such as a CVD method (Chemical Vapor Deposition), a physical method such as a sputtering method or an ion plating method is used. A liquid phase growth method such as a conventional method or a sol-gel method is known.

ところで、MEMS駆動素子における圧電薄膜の重要な膜特性として、基板を含む下地層との密着性がある。インクジェットヘッドの場合、電気信号が印加された圧電薄膜が逆圧電効果により駆動して、液体が充填されたチャンバー(圧力室)に力を加えて、液体の吐出を行うため、圧電薄膜と下地層との界面には大きな力が作用する。また、高解像な描画を実現すべく、チャネルを高密度に配置するためには、圧電薄膜の厚みも薄くする必要があり、それゆえ、圧電薄膜の剥がれが起きやすい。したがって、圧電薄膜と下地層との密着性を保持することが必要である。   By the way, as an important film characteristic of the piezoelectric thin film in the MEMS driving element, there is adhesion with an underlayer including a substrate. In the case of an ink jet head, a piezoelectric thin film to which an electric signal is applied is driven by a reverse piezoelectric effect to apply a force to a chamber (pressure chamber) filled with liquid to discharge the liquid. A large force acts on the interface. Also, in order to realize high-resolution drawing, in order to arrange the channels with high density, it is necessary to reduce the thickness of the piezoelectric thin film, and therefore, the piezoelectric thin film is easily peeled off. Therefore, it is necessary to maintain the adhesion between the piezoelectric thin film and the underlayer.

また、機械電気変換特性を示すパラメータの一つである圧電定数も、圧電薄膜の膜特性として重要である。圧電定数が高いほど、入力電圧に対して効率よく駆動することができる。例えばインクジェットヘッドにおいて、最適な設計により早い応答性を利用して、高速射出を可能とするためには、圧電薄膜の圧電定数|d31|の値は、例えば140pm/V以上、望ましくは160pm/V以上であることが要求される。 In addition, the piezoelectric constant, which is one of the parameters indicating the electromechanical conversion characteristics, is also important as the film characteristics of the piezoelectric thin film. The higher the piezoelectric constant, the more efficiently it can be driven with respect to the input voltage. For example, in an ink jet head, in order to enable high-speed injection by utilizing a quick response with an optimum design, the piezoelectric constant | d 31 | of the piezoelectric thin film has a value of, for example, 140 pm / V or more, preferably 160 pm / V or higher is required.

圧電素子を量産する場合、例えば直径6インチや8インチといったシリコンウェハ上に圧電薄膜を連続成膜するため、上記した密着性や圧電定数といった特性が、ウェハ面内のみならず、ウェハ間すなわちバッチ間でも、仕様を満たすことが要求される。   In mass production of piezoelectric elements, for example, a piezoelectric thin film is continuously formed on a silicon wafer having a diameter of 6 inches or 8 inches. Therefore, the above-mentioned characteristics such as adhesion and piezoelectric constant are not only in the wafer surface but also between wafers, that is, batch. Even between, it is required to meet the specifications.

一方で、圧電薄膜を長期間安定して成膜することは一般的に非常に難しく、10数枚のウェハに安定して圧電薄膜を成膜した後に、突発的に仕様を満たさない不良膜が形成されることがある。これは、圧電薄膜の成膜では、上述したように、ペロブスカイト型構造の結晶を得ることが重要であるが、わずかな組成のばらつきや、結晶化時の環境の乱れによって、準安定相であるパイロクロア構造の結晶や非晶質な領域ができやすく、それらの異相が増えてしまうことで、密着性や圧電特性の劣化を引き起こすためと考えられる。そのため、量産時には、抜き取りによる検査ではなく、できるだけ多くの基板に成膜された膜を検査することが要求される。   On the other hand, it is generally very difficult to form a piezoelectric thin film stably for a long period of time, and after a stable film formation of a piezoelectric thin film on a dozen wafers, there is a defective film that does not meet the specifications suddenly. Sometimes formed. As described above, in the formation of a piezoelectric thin film, it is important to obtain a crystal having a perovskite structure, but it is a metastable phase due to slight variations in composition and disturbance of the environment during crystallization. This is probably because crystals of a pyrochlore structure and amorphous regions are easily formed, and their heterogeneous phases increase, thereby causing deterioration in adhesion and piezoelectric characteristics. Therefore, at the time of mass production, it is required to inspect films formed on as many substrates as possible instead of inspection by sampling.

ここで、従来の一般的な膜の検査において、膜質と相関がある組成を非破壊で検査する方法として、蛍光X線元素分析法(XRF;X-ray Fluorescence Analysis )やラマン分光といった方法がある。しかし、前者の方法では、一定以上のエネルギーを持つX線を膜に照射するため、膜へのダメージが大きい。また、後者の方法では、膜へのレーザー照射によって発生するラマン散乱光の強度は、入射光に対して非常に微弱であり、測定精度が低い。さらに、両方法とも、装置の導入コストが高く、低コストでの検査には向かない。   Here, in the conventional general film inspection, methods such as X-ray fluorescence analysis (XRF) and Raman spectroscopy are available as non-destructive methods for inspecting a composition correlated with film quality. . However, in the former method, since the film is irradiated with X-rays having a certain energy or more, damage to the film is large. In the latter method, the intensity of Raman scattered light generated by laser irradiation on the film is very weak with respect to incident light, and the measurement accuracy is low. Furthermore, both methods are expensive to install the apparatus and are not suitable for low-cost inspection.

また、膜の結晶性を測定する方法として、X線回折(XRD;X‐ray diffraction)を利用する方法もある。しかし、XRDでは、非破壊で、パーティクルなどの汚染なく測定を行うことは困難である。また、XRDの測定自体は、膜の密着性や圧電定数の測定には対応していない。   Further, as a method for measuring the crystallinity of the film, there is a method using X-ray diffraction (XRD). However, with XRD, it is difficult to perform measurement without contamination and without contamination of particles or the like. Further, the XRD measurement itself does not correspond to the measurement of film adhesion and piezoelectric constant.

その他に、ウェハ状態のまま、ウェハ面内の任意の微小な領域に電極部を設けて電荷を測定するとともに、変位をレーザー測定することで圧電定数を測定する検査装置(例えばアグザクト社製)も提案されている。しかし、この検査装置では、電極部はデバイスとして使用できない、装置の導入コストが高い、密着性の良否まで判別できない、といった欠点がある。   In addition, an inspection device (for example, manufactured by Axact Corporation) that measures the electric charge by providing an electrode portion in an arbitrary minute area in the wafer surface while measuring the charge and measuring the displacement by laser measurement is also available. Proposed. However, this inspection apparatus has drawbacks that the electrode portion cannot be used as a device, the introduction cost of the apparatus is high, and the quality of adhesion cannot be determined.

したがって、上記の各方法では、膜の検査段階では良品と判定されても、その後、デバイス作製後に不良が判明する場合がある。   Therefore, in each of the above methods, even if it is determined as a non-defective product at the film inspection stage, a defect may be found after device fabrication.

一方、圧電薄膜の膜厚や表面粗さを測定する方法については、例えば特許文献1および2に開示されている。特許文献1では、光学式の薄膜測定装置によって圧電薄膜の膜厚を非接触で測定するようにしている。そして、上記の光学測定による膜厚の測定値が、信頼性の高い値であるかどうかを以下のようにして判別している。つまり、圧電薄膜の表面に対して光を照射し、圧電薄膜の表面で反射された光と、照射光が圧電体膜を透過して下部電極の表面で反射された光との干渉によって得られる反射光から、反射率を測定する。そして、測定した反射率に基づいて、光学測定による膜厚の測定値が、走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)によって測定した圧電薄膜の断面での膜厚値(実測値)に近いかどうか、つまり、信頼性の高い値であるかどうかを判別するようにしている。特許文献2では、圧電薄膜の表面の平滑性(表面粗さ)を、原子間力顕微鏡(AFM;Atomic Force Microscope)を用いて測定するようにしている。   On the other hand, methods for measuring the film thickness and surface roughness of a piezoelectric thin film are disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example. In Patent Document 1, the film thickness of a piezoelectric thin film is measured in a non-contact manner by an optical thin film measuring apparatus. And it is discriminate | determined as follows whether the measured value of the film thickness by said optical measurement is a reliable value. In other words, light is applied to the surface of the piezoelectric thin film, and is obtained by interference between the light reflected by the surface of the piezoelectric thin film and the light transmitted through the piezoelectric film and reflected by the surface of the lower electrode. The reflectance is measured from the reflected light. And, based on the measured reflectance, whether the measured value of the film thickness by optical measurement is close to the film thickness value (actual value) in the cross section of the piezoelectric thin film measured by a scanning electron microscope (SEM) Whether or not it is a highly reliable value is determined. In Patent Document 2, the surface smoothness (surface roughness) of a piezoelectric thin film is measured using an atomic force microscope (AFM).

特開2013−197553号公報(請求項1、段落〔0011〕、〔0020〕、〔0022〕、〔0031〕〜〔0038〕、図2、図4等参照)JP 2013-197553 A (refer to claim 1, paragraphs [0011], [0020], [0022], [0031] to [0038], FIG. 2, FIG. 4 etc.) 特開2011−181776号公報(段落〔0046〕等参照)JP 2011-181776 A (see paragraph [0046] etc.)

ところが、特許文献1および2に開示された方法は、上述のように、圧電薄膜の膜厚や表面粗さといった、圧電薄膜の外見上のパラメータを測定(検査)するものであり、膜内部の状態を検査するものではなく、ましてや、密着性および圧電特性に影響を及ぼす圧電薄膜の膜質を検査するものでもない。このため、その後作製されるデバイスにおいて、圧電薄膜の密着性および圧電特性の低下に起因するデバイス不良が発生する場合がある。従来、このようなデバイス不良は、デバイスを作製した後に判明しており、デバイス作製前にデバイス不良となるような膜であるか否かを認識することはできなかった。   However, the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 measure (inspect) the external parameters of the piezoelectric thin film, such as the film thickness and surface roughness of the piezoelectric thin film, as described above. It does not inspect the state, nor does it inspect the film quality of the piezoelectric thin film that affects the adhesion and piezoelectric properties. For this reason, in a device manufactured thereafter, a device defect may occur due to a decrease in the adhesion and piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film. Conventionally, such a device failure has been found after the device is manufactured, and it has not been possible to recognize whether or not the film is a device failure before the device is manufactured.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、成膜された圧電薄膜が、密着性や圧電特性の低下によるデバイス不良が発生するような膜質のものであるか否かを、デバイス作製前に認識することができ、これによってデバイス不良の発生を抑えることができる圧電薄膜付き基板の製造方法と、その製造方法を用いた圧電アクチュエータの製造方法およびインクジェットヘッドの製造方法と、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタとを提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to form a piezoelectric thin film having a film quality that causes a device failure due to a decrease in adhesion and piezoelectric characteristics. Of manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film capable of suppressing the occurrence of device defects, and a method of manufacturing a piezoelectric actuator using the manufacturing method and an inkjet head. A manufacturing method and a substrate with a piezoelectric thin film, a piezoelectric actuator, an inkjet head, and an inkjet printer are provided.

本発明の一側面に係る圧電薄膜付き基板の製造方法は、基板を含む下地層上に、ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜を成膜する成膜工程と、前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される拡散光の測定結果に基づいて、前記圧電薄膜の膜質の良否を判定する検査工程とを有している。   According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film, a film forming step of forming a piezoelectric thin film having a perovskite structure on an underlayer including the substrate, irradiating the piezoelectric thin film with light, And an inspection step for determining the quality of the piezoelectric thin film based on the measurement result of the diffused light reflected by the piezoelectric thin film.

ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜の膜中に、ペロブスカイト型構造とは異なる結晶相(例えばパイロクロア構造)が存在すると、圧電薄膜の下地層との密着性や圧電特性の低下につながる。圧電薄膜に光を照射し、得られる拡散光(拡散反射光)を測定することにより、上記異なる結晶相に起因する圧電薄膜の白濁状態を調べることができ、これによって、密着性および圧電特性に影響を及ぼす圧電薄膜の膜質の良否を判定することができる。   If a crystal phase (for example, pyrochlore structure) different from the perovskite structure exists in the film of the piezoelectric thin film having the perovskite structure, the adhesion to the underlayer of the piezoelectric thin film and the piezoelectric characteristics are deteriorated. By irradiating the piezoelectric thin film with light and measuring the resulting diffused light (diffuse reflected light), it is possible to investigate the cloudiness of the piezoelectric thin film due to the different crystal phases, thereby improving adhesion and piezoelectric properties. It is possible to determine the quality of the piezoelectric thin film that has an effect.

このように、圧電薄膜に光を照射して得られる拡散光の測定結果に基づいて、圧電薄膜の膜質の良否を判定することにより、圧電アクチュエータやインクジェットヘッドなどのデバイスの作製前に、成膜された圧電薄膜が、密着性や圧電特性の低下によるデバイス不良が発生するような膜であるか否かを認識することができる。これにより、膜質良の圧電薄膜を有する基板(圧電薄膜付き基板)を用いてデバイスを作製して、デバイス不良の発生を抑えることができる。   As described above, the quality of the piezoelectric thin film is judged based on the measurement result of the diffused light obtained by irradiating the piezoelectric thin film with light. It is possible to recognize whether or not the formed piezoelectric thin film is a film that causes a device failure due to a decrease in adhesion and piezoelectric characteristics. Thereby, a device can be produced using a substrate having a piezoelectric thin film with good film quality (substrate with a piezoelectric thin film), and the occurrence of device defects can be suppressed.

前記検査工程では、正反射光を除く前記拡散光の測定結果に基づいて、前記膜質の良否を判定してもよい。正反射光は、膜中に上記異なる結晶相が存在しているか否かに関係なく、圧電薄膜の表面での正反射によって発生するため、そのような正反射光が拡散光に含まれると、拡散光の測定結果に、正反射光によるノイズが含まれる可能性がある。正反射光を除く拡散光の測定結果に基づいて膜質の良否を判定することにより、正反射光によるノイズの影響を低減して、拡散光の測定結果に基づく膜質の良否の判定精度を向上させることができる。   In the inspection step, the quality of the film quality may be determined based on the measurement result of the diffused light excluding regular reflected light. Regardless of whether or not the different crystal phases exist in the film, the specularly reflected light is generated by specular reflection on the surface of the piezoelectric thin film. Therefore, when such specularly reflected light is included in the diffused light, There is a possibility that noise due to specularly reflected light is included in the measurement result of diffused light. By determining the quality of the film based on the measurement result of the diffused light excluding the specularly reflected light, the influence of noise due to the specularly reflected light is reduced and the accuracy of determining the quality of the film based on the measurement result of the diffused light is improved. be able to.

前記検査工程では、前記拡散光の反射率が11%以下である場合に、膜質良と判定してもよい。拡散光の反射率が11%以下であれば、圧電薄膜において白濁部分が少ないため、膜中に密着性および圧電特性の低下をもたらす結晶相が少ないと考えられる。したがって、密着性および圧電特性に関して信頼性の高い膜質判定を実現できる。   In the inspection step, it may be determined that the film quality is good when the reflectance of the diffused light is 11% or less. If the reflectance of diffused light is 11% or less, it is considered that there are few crystallized phases in the film that cause a decrease in adhesion and piezoelectric characteristics because there are few white turbid portions in the piezoelectric thin film. Therefore, it is possible to realize highly reliable film quality determination with respect to adhesion and piezoelectric characteristics.

前記検査工程では、前記拡散光の反射率が6%以下である場合に、膜質良と判定してもよい。拡散光の反射率が6%以下であれば、圧電薄膜において白濁部分が非常に少ないため、膜中に密着性および圧電特性の低下をもたらす結晶相が非常に少ないと考えられる。したがって、密着性および圧電特性に関してさらに信頼性の高い膜質判定ができる。   In the inspection step, when the diffused light reflectance is 6% or less, the film quality may be determined to be good. If the reflectance of diffused light is 6% or less, it is considered that there are very few crystal turbidities in the film that cause a decrease in adhesion and piezoelectric properties because there are very few white turbid portions in the piezoelectric thin film. Therefore, the film quality can be judged more reliably with respect to the adhesion and the piezoelectric characteristics.

本発明の他の側面に係る圧電アクチュエータの製造方法は、上述した圧電薄膜付き基板の製造方法を用いた圧電アクチュエータの製造方法であって、前記圧電薄膜付き基板の製造方法は、前記成膜工程の前に、前記下地層の最表層として下部電極を形成する工程を含み、前記圧電アクチュエータの製造方法は、前記検査工程にて膜質良と判定された圧電薄膜上に、上部電極を形成する工程と、前記上部電極が形成された前記基板に、圧力室を形成する工程とを有している。   A method for manufacturing a piezoelectric actuator according to another aspect of the present invention is a method for manufacturing a piezoelectric actuator using the above-described method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film, wherein the method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film includes the film forming step. A step of forming a lower electrode as an outermost layer of the base layer, and the method of manufacturing the piezoelectric actuator includes a step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film determined to have a good film quality in the inspection step And a step of forming a pressure chamber in the substrate on which the upper electrode is formed.

下地層の最表層として下部電極を形成し、圧電薄膜の成膜後、膜質良と判定された圧電薄膜上に上部電極を形成し、上部電極が形成された基板に圧力室を形成することで、圧電アクチュエータが得られる。膜質良と判定された圧電薄膜を用いて圧電アクチュエータが構成されるため、この圧電アクチュエータにおいて、圧電薄膜の密着性および圧電特性の低下に起因する不良(例えば素子としての駆動不良)の発生を低減することができる。   A lower electrode is formed as the outermost layer of the underlayer, and after forming the piezoelectric thin film, an upper electrode is formed on the piezoelectric thin film determined to have good film quality, and a pressure chamber is formed on the substrate on which the upper electrode is formed. A piezoelectric actuator is obtained. Since the piezoelectric actuator is configured using a piezoelectric thin film that has been judged to have good film quality, the piezoelectric actuator reduces the occurrence of defects (for example, drive failure as an element) due to the deterioration of the adhesion and piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film. can do.

本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上述した圧電アクチュエータの製造方法を用いたインクジェットヘッドの製造方法であって、前記圧電アクチュエータの前記圧力室が形成された前記基板を支持基板とすると、前記支持基板の、前記圧力室に対して前記圧電薄膜の形成側とは反対側の表面に、インク吐出孔を有するノズル基板を貼り合わせる工程を有している。   An inkjet head manufacturing method according to still another aspect of the present invention is an inkjet head manufacturing method using the above-described piezoelectric actuator manufacturing method, and supports the substrate on which the pressure chamber of the piezoelectric actuator is formed. The substrate includes a step of bonding a nozzle substrate having ink ejection holes to the surface of the support substrate opposite to the piezoelectric thin film formation side with respect to the pressure chamber.

圧電アクチュエータの支持基板の、圧力室に対して圧電薄膜の形成側とは反対側の表面にノズル基板が貼り合わされることで、インクジェットヘッドが得られる。膜質良と判定された圧電薄膜を用いてインクジェットヘッドが構成されるため、このインクジェットヘッドにおいて、圧電薄膜の密着性および圧電特性の低下に起因する不良(例えばインク吐出不良)の発生を低減することができる。   An ink jet head is obtained by attaching a nozzle substrate to the surface of the support substrate of the piezoelectric actuator opposite to the piezoelectric thin film forming side with respect to the pressure chamber. Since an inkjet head is configured using a piezoelectric thin film that has been determined to have good film quality, the occurrence of defects (for example, ink ejection defects) due to a decrease in the adhesion and piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film is reduced in this inkjet head. Can do.

本発明のさらに他の側面に係る圧電薄膜付き基板は、基板を含む下地層上に、ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜を形成した圧電薄膜付き基板であって、前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される、正反射光を除く拡散光を測定したときに、前記拡散光の反射率が11%以下である。   A substrate with a piezoelectric thin film according to still another aspect of the present invention is a substrate with a piezoelectric thin film in which a piezoelectric thin film having a perovskite structure is formed on an underlayer including the substrate, and the piezoelectric thin film is irradiated with light, When diffuse light except regular reflection light reflected by the piezoelectric thin film is measured, the reflectance of the diffuse light is 11% or less.

ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜の膜中に、ペロブスカイト型構造とは異なる結晶相(例えばパイロクロア構造)が存在すると、圧電薄膜の下地層との密着性や圧電特性の低下につながる。しかし、圧電薄膜に光を照射し、得られる拡散光(拡散反射光)を測定することにより、上記異なる結晶相に起因する圧電薄膜の白濁状態を調べることができる。上記拡散光の反射率が11%以下である場合、圧電薄膜の膜中に白濁の原因となる上記異なる結晶相が少ないと考えられるため、圧電薄膜において良好な密着性および圧電特性が得られる。このとき、上記拡散光には正反射光が含まれていないため、上記拡散光の反射率に、正反射光によるノイズの影響はほとんどない。   If a crystal phase (for example, pyrochlore structure) different from the perovskite structure exists in the film of the piezoelectric thin film having the perovskite structure, the adhesion to the underlayer of the piezoelectric thin film and the piezoelectric characteristics are deteriorated. However, by irradiating the piezoelectric thin film with light and measuring the obtained diffused light (diffuse reflected light), it is possible to investigate the cloudiness of the piezoelectric thin film caused by the different crystal phases. When the diffused light reflectance is 11% or less, it is considered that there are few different crystal phases that cause white turbidity in the film of the piezoelectric thin film, so that good adhesion and piezoelectric characteristics can be obtained in the piezoelectric thin film. At this time, since the diffused light does not include specularly reflected light, the reflectance of the diffused light is hardly affected by noise due to the specularly reflected light.

このように、圧電アクチュエータやインクジェットヘッドなどのデバイスの作製前に、圧電薄膜が、密着性および圧電特性が良好な膜であると認識できる。したがって、そのような膜質良の圧電薄膜を有する基板(圧電薄膜付き基板)を用いてデバイスを作製して、圧電薄膜の密着性や圧電特性の低下に起因するデバイス不良の発生を抑えることができる。   Thus, it can be recognized that the piezoelectric thin film is a film having good adhesion and piezoelectric characteristics before the fabrication of devices such as piezoelectric actuators and inkjet heads. Therefore, it is possible to produce a device using such a substrate having a piezoelectric thin film with good film quality (substrate with a piezoelectric thin film), and to suppress the occurrence of device defects due to the adhesion of the piezoelectric thin film and the deterioration of the piezoelectric characteristics. .

前記拡散光の反射率が6%以下であってもよい。この場合、圧電薄膜の膜中に白濁の原因となる上記異なる結晶相が非常に少ないと考えられるため、圧電薄膜において良好な密着性および圧電特性が確実に得られる。したがって、そのような膜質良の圧電薄膜を有する基板を用いてデバイスを作製して、デバイス不良の発生を確実に抑えることができる。   The reflectance of the diffused light may be 6% or less. In this case, it is considered that the different crystal phases causing white turbidity are very small in the film of the piezoelectric thin film, so that good adhesion and piezoelectric characteristics can be reliably obtained in the piezoelectric thin film. Therefore, it is possible to manufacture a device using a substrate having such a piezoelectric thin film with good film quality and reliably suppress the occurrence of device defects.

ABO3型の前記ペロブスカイト型構造のAサイトの元素は、鉛、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ビスマス、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カドミウム、マグネシウム、カリウムの少なくとも1つを含み、Bサイトの元素は、ジルコニウムおよびチタンを含み、さらに、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、スカンジウム、コバルト、銅、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、鉄、ニッケルの少なくとも1つを含んでいてもよい。 The ABO 3 type perovskite structure A site element contains at least one of lead, barium, lanthanum, strontium, bismuth, lithium, sodium, calcium, cadmium, magnesium, potassium, and the B site element is zirconium. And titanium, and may further include at least one of vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, scandium, cobalt, copper, indium, tin, gallium, cadmium, iron, and nickel.

圧電薄膜が、上記のいずれかの元素を含むペロブスカイト型構造を有している構成において、上述の効果を得ることができる。   In the configuration in which the piezoelectric thin film has a perovskite structure containing any one of the above elements, the above-described effects can be obtained.

本発明のさらに他の側面に係る圧電アクチュエータは、上述した圧電薄膜付き基板と、前記圧電薄膜を膜厚方向から挟むように形成される上部電極および下部電極とを備え、前記圧電薄膜が形成される基板には、圧力室が形成されている。   A piezoelectric actuator according to still another aspect of the present invention includes the above-described substrate with a piezoelectric thin film, and an upper electrode and a lower electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film from the film thickness direction, and the piezoelectric thin film is formed. A pressure chamber is formed in the substrate.

密着性および圧電特性が良好な圧電薄膜を用いて圧電アクチュエータが構成されるため、この圧電アクチュエータにおいて、圧電薄膜の密着性および圧電特性の低下に起因する不良(例えば素子としての駆動不良)の発生を低減することができる。   Since a piezoelectric actuator is formed using a piezoelectric thin film having good adhesion and piezoelectric characteristics, defects (for example, defective driving as an element) due to a decrease in the adhesion and piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film occur in this piezoelectric actuator. Can be reduced.

本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドは、上記の圧電アクチュエータと、インク吐出孔を有するノズル基板とを備え、前記圧電アクチュエータの前記圧力室が形成された基板を支持基板とすると、前記ノズル基板は、前記支持基板の、前記圧力室に対して前記圧電薄膜の形成側とは反対側の表面に貼り合わされている。   An ink jet head according to still another aspect of the present invention includes the above piezoelectric actuator and a nozzle substrate having ink discharge holes, and the nozzle on which the pressure chamber of the piezoelectric actuator is formed is a support substrate. The substrate is bonded to the surface of the support substrate opposite to the piezoelectric thin film forming side with respect to the pressure chamber.

密着性および圧電特性が良好な圧電薄膜を用いてインクジェットヘッドが構成されるため、このインクジェットヘッドにおいて、圧電薄膜の密着性および圧電特性の低下に起因する不良(例えばインク吐出不良)の発生を低減することができる。   Since the inkjet head is configured using a piezoelectric thin film with good adhesion and piezoelectric characteristics, the occurrence of defects (for example, ink ejection defects) due to the deterioration of the adhesion and piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film is reduced in this inkjet head. can do.

本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドは、基板を含む下地層上に、下部電極と鉛系のペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜とがこの順で形成された圧電アクチュエータと、インク吐出孔を有するノズル基板と、を備えたインクジェットヘッドであって、前記圧電薄膜が形成される基板には、圧力室が形成されており、前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される、正反射光を除く拡散光を測定したときに、前記拡散光の反射率が11%以下である。   An ink jet head according to still another aspect of the present invention includes a piezoelectric actuator in which a lower electrode and a piezoelectric thin film having a lead-based perovskite structure are formed in this order on an underlayer including a substrate, and an ink discharge hole. And a nozzle substrate having a pressure chamber is formed on the substrate on which the piezoelectric thin film is formed, and the piezoelectric thin film is irradiated with light and reflected by the piezoelectric thin film. When the diffused light excluding regular reflected light is measured, the diffused light has a reflectance of 11% or less.

インクジェットヘッドを構成する圧電アクチュエータに用いられる圧電薄膜に光を照射し、得られる拡散光(拡散反射光)を測定することにより、鉛系のペロブスカイト型構造とは異なる結晶相(例えばパイロクロア構造)に起因する圧電薄膜の白濁状態を調べることができる。上記拡散光の反射率が11%以下である場合、圧電薄膜の膜中に白濁の原因となる上記異なる結晶相が少ないと考えられるため、圧電薄膜において良好な密着性および圧電特性が得られる。このとき、上記拡散光には正反射光が含まれていないため、上記拡散光の反射率に、正反射光によるノイズの影響はほとんどない。したがって、密着性および圧電特性が良好な、鉛系のペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜を下部電極上に有する圧電アクチュエータと、ノズル基板とを用いて構成されたインクジェットヘッドにおいて、圧電薄膜の密着性や圧電特性の低下に起因するデバイス不良の発生を抑えることができる。   By irradiating the piezoelectric thin film used for the piezoelectric actuator constituting the inkjet head with light, and measuring the diffused light (diffuse reflected light) obtained, the crystal phase (for example, pyrochlore structure) different from the lead-based perovskite structure is obtained. The resulting clouded state of the piezoelectric thin film can be examined. When the diffused light reflectance is 11% or less, it is considered that there are few different crystal phases that cause white turbidity in the film of the piezoelectric thin film, so that good adhesion and piezoelectric characteristics can be obtained in the piezoelectric thin film. At this time, since the diffused light does not include specularly reflected light, the reflectance of the diffused light is hardly affected by noise due to the specularly reflected light. Therefore, in an inkjet head configured using a piezoelectric substrate having a lead-based perovskite structure with a good adhesion and piezoelectric characteristics on the lower electrode and a nozzle substrate, the adhesion of the piezoelectric thin film and It is possible to suppress the occurrence of device defects due to the deterioration of the piezoelectric characteristics.

前記圧電薄膜の膜厚は、2μm以上6μm以下であることが望ましい。この場合、インクジェットヘッドにおいて、上記膜厚範囲の圧電薄膜を用いて、インクの吐出を確実に行うことができる。   The thickness of the piezoelectric thin film is preferably 2 μm or more and 6 μm or less. In this case, in the inkjet head, ink can be reliably discharged using the piezoelectric thin film in the above-mentioned film thickness range.

本発明のさらに他の側面に係るインクジェットプリンタは、上記のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる。これにより、記録媒体上にインク吐出により形成される画像において、インク吐出不良による画質低下を抑えることができる。   An ink jet printer according to still another aspect of the present invention includes the above ink jet head, and ejects ink from the ink jet head toward a recording medium. As a result, in an image formed by ink ejection on the recording medium, it is possible to suppress deterioration in image quality due to ink ejection failure.

圧電アクチュエータやインクジェットヘッドなどのデバイスの作製前に、密着性および圧電特性に影響を与える圧電薄膜の膜質を認識できる。したがって、膜質良の圧電薄膜を有する基板を用いてデバイスを作製して、圧電薄膜の密着性や圧電特性の低下に起因するデバイス不良の発生を抑えることができる。   Prior to fabrication of devices such as piezoelectric actuators and inkjet heads, the film quality of the piezoelectric thin film that affects adhesion and piezoelectric properties can be recognized. Therefore, it is possible to manufacture a device using a substrate having a piezoelectric thin film with good film quality, and to suppress the occurrence of device defects due to the deterioration of the adhesion and piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film.

本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention. FIG. 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドのアクチュエータの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるA−A’線矢視断面図とを併せて示した図である。It is the figure which showed together the top view which shows the schematic structure of the actuator of the inkjet head with which the said inkjet printer is provided, and the A-A 'arrow sectional drawing in the top view. 上記インクジェットヘッドの断面図である。It is sectional drawing of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドの製造時の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process at the time of manufacture of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said inkjet head. 基板を含む下地層上に圧電薄膜を形成した圧電薄膜付き基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate with a piezoelectric thin film which formed the piezoelectric thin film on the base layer containing a board | substrate. 測定物に光を照射して得られる拡散光の光量分布を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically light quantity distribution of the diffused light obtained by irradiating light to a measurement object. 上記圧電薄膜付き基板の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said board | substrate with a piezoelectric thin film. 拡散光の反射率と、圧電薄膜の密着性および圧電特性の評価との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the reflectance of a diffused light, the adhesiveness of a piezoelectric thin film, and evaluation of a piezoelectric characteristic. 膜質の異なる3つの圧電薄膜についての拡散光の反射率スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance spectrum of the diffused light about three piezoelectric thin films from which film quality differs. 圧電体の結晶構造を示す説明図である。模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the crystal structure of a piezoelectric material. It is explanatory drawing shown typically.

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をA〜Bと表記した場合、その数値範囲に下限Aおよび上限Bの値は含まれるものとする。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present specification, when the numerical range is expressed as A to B, the numerical value range includes the values of the lower limit A and the upper limit B.

〔インクジェットプリンタの構成〕
図1は、本実施形態のインクジェットプリンタ1の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ1は、インクジェットヘッド部2において、インクジェットヘッド21が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
[Configuration of inkjet printer]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer 1 according to the present embodiment. The ink jet printer 1 is a so-called line head type ink jet recording apparatus in which an ink jet head 21 is provided in a line shape in the width direction of a recording medium in the ink jet head unit 2.

インクジェットプリンタ1は、上記のインクジェットヘッド部2と、繰り出しロール3と、巻き取りロール4と、2つのバックロール5・5と、中間タンク6と、送液ポンプ7と、貯留タンク8と、定着機構9とを備えている。   The ink jet printer 1 includes an ink jet head unit 2, a feed roll 3, a take-up roll 4, two back rolls 5 and 5, an intermediate tank 6, a liquid feed pump 7, a storage tank 8, and a fixing tank. And a mechanism 9.

インクジェットヘッド部2は、インクジェットヘッド21から記録媒体Pに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成(描画)を行うものであり、一方のバックロール5の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド21の詳細については後述する。   The ink jet head unit 2 ejects ink from the ink jet head 21 toward the recording medium P to perform image formation (drawing) based on image data, and is disposed in the vicinity of one back roll 5. Details of the inkjet head 21 will be described later.

繰り出しロール3、巻き取りロール4および各バックロール5は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール3は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Pを、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール3は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Pを図1のX方向へ繰り出して搬送する。   The feed roll 3, the take-up roll 4 and the back rolls 5 are members each having a cylindrical shape that can rotate about its axis. The feeding roll 3 is a roll that feeds the long recording medium P wound around the circumferential surface toward the position facing the inkjet head unit 2. The feeding roll 3 is rotated by driving means (not shown) such as a motor, thereby feeding the recording medium P in the X direction in FIG.

巻き取りロール4は、繰り出しロール3より繰り出されて、インクジェットヘッド部2によってインクが吐出された記録媒体Pを周面に巻き取る。   The take-up roll 4 is taken out from the take-out roll 3 and takes up the recording medium P on which the ink is ejected by the inkjet head unit 2 around the circumferential surface.

各バックロール5は、繰り出しロール3と巻き取りロール4との間に配設されている。記録媒体Pの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール5は、繰り出しロール3によって繰り出された記録媒体Pを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール5は、インクジェットヘッド部2との対向位置から巻き取りロール4に向けて、記録媒体Pを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。   Each back roll 5 is disposed between the feed roll 3 and the take-up roll 4. One back roll 5 located on the upstream side in the conveyance direction of the recording medium P is opposed to the inkjet head unit 2 while winding the recording medium P fed by the feeding roll 3 around and supporting the recording medium P. Transport toward The other back roll 5 conveys the recording medium P from a position facing the inkjet head unit 2 toward the take-up roll 4 while being wound around and supported by a part of the peripheral surface.

中間タンク6は、貯留タンク8より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク6は、複数のインクチューブ10と接続され、各インクジェットヘッド21におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド21にインクを供給する。   The intermediate tank 6 temporarily stores the ink supplied from the storage tank 8. The intermediate tank 6 is connected to a plurality of ink tubes 10, adjusts the back pressure of ink in each inkjet head 21, and supplies ink to each inkjet head 21.

送液ポンプ7は、貯留タンク8に貯留されたインクを中間タンク6に供給するものであり、供給管11の途中に配設されている。貯留タンク8に貯留されたインクは、送液ポンプ7によって汲み上げられ、供給管11を介して中間タンク6に供給される。   The liquid feed pump 7 supplies the ink stored in the storage tank 8 to the intermediate tank 6 and is disposed in the middle of the supply pipe 11. The ink stored in the storage tank 8 is pumped up by the liquid feed pump 7 and supplied to the intermediate tank 6 through the supply pipe 11.

定着機構9は、インクジェットヘッド部2によって記録媒体Pに吐出されたインクを当該記録媒体Pに定着させる。この定着機構9は、吐出されたインクを記録媒体Pに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにUV(紫外線)を照射することによりインクを硬化させるためのUVランプ等で構成されている。   The fixing mechanism 9 fixes the ink ejected to the recording medium P by the inkjet head unit 2 on the recording medium P. The fixing mechanism 9 includes a heater for heat-fixing the discharged ink on the recording medium P, a UV lamp for curing the ink by irradiating the discharged ink with UV (ultraviolet light), and the like. Yes.

上記の構成において、繰り出しロール3から繰り出される記録媒体Pは、バックロール5により、インクジェットヘッド部2との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部2から記録媒体Pに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Pに吐出されたインクは定着機構9によって定着され、インク定着後の記録媒体Pが巻き取りロール4によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ1では、インクジェットヘッド部2を静止させた状態で、記録媒体Pを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Pに画像が形成される。   In the above configuration, the recording medium P fed from the feeding roll 3 is transported to a position facing the inkjet head unit 2 by the back roll 5, and ink is ejected from the inkjet head unit 2 to the recording medium P. Thereafter, the ink ejected onto the recording medium P is fixed by the fixing mechanism 9, and the recording medium P after ink fixing is taken up by the take-up roll 4. As described above, in the line head type inkjet printer 1, ink is ejected while the recording medium P is conveyed while the inkjet head unit 2 is stationary, and an image is formed on the recording medium P.

なお、インクジェットプリンタ1は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。   The ink jet printer 1 may be configured to form an image on a recording medium by a serial head method. The serial head method is a method of forming an image by ejecting ink by moving an inkjet head in a direction orthogonal to the transport direction while transporting a recording medium.

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド21の構成について説明する。図2は、インクジェットヘッド21のアクチュエータ21a(圧電アクチュエータ)の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるA−A’線矢視断面図とを併せて示したものである。また、図3は、図2のアクチュエータ21aにノズル基板31を接合してなるインクジェットヘッド21の断面図である。
[Configuration of inkjet head]
Next, the configuration of the inkjet head 21 will be described. FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of an actuator 21a (piezoelectric actuator) of the inkjet head 21 and a cross-sectional view taken along the line AA ′ in the plan view. FIG. 3 is a cross-sectional view of the inkjet head 21 in which the nozzle substrate 31 is joined to the actuator 21a of FIG.

インクジェットヘッド21は、複数の圧力室22a(開口部)を有する基板22上に、熱酸化膜23、下部電極24、圧電薄膜25、上部電極26をこの順で有している。なお、基板22、熱酸化膜23および下部電極24は、圧電薄膜25を成膜する際の下地となる下地層を構成しているが、下地層はこれらに限定されるわけではなく、適宜変更可能である。   The inkjet head 21 has a thermal oxide film 23, a lower electrode 24, a piezoelectric thin film 25, and an upper electrode 26 in this order on a substrate 22 having a plurality of pressure chambers 22a (openings). The substrate 22, the thermal oxide film 23, and the lower electrode 24 constitute an underlayer that becomes an underlayer when the piezoelectric thin film 25 is formed. However, the underlayer is not limited to these and may be changed as appropriate. Is possible.

基板22は、厚さが例えば300〜750μm程度の単結晶Si(シリコン)単体からなる半導体基板またはSOI(Silicon on Insulator)基板で構成されている。なお、図2では、基板22をSOI基板で構成した場合を示している。SOI基板は、酸化膜を介して2枚のSi基板を接合したものである。基板22における圧力室22aの上壁(圧力室22aよりも圧電薄膜25側に位置する壁)は、従動膜となる振動板22bを構成しており、圧電薄膜25の駆動(伸縮)に伴って変位(振動)し、圧力室22a内のインクに圧力を付与する。なお、圧力室22aが形成される上記の基板22のことを、その上に形成される圧電素子27を支持するための支持基板とも称する。   The substrate 22 is configured by a semiconductor substrate or a SOI (Silicon on Insulator) substrate made of a single crystal Si (silicon) alone having a thickness of about 300 to 750 μm, for example. Note that FIG. 2 shows a case where the substrate 22 is configured by an SOI substrate. The SOI substrate is obtained by bonding two Si substrates through an oxide film. The upper wall of the pressure chamber 22a in the substrate 22 (the wall positioned closer to the piezoelectric thin film 25 than the pressure chamber 22a) constitutes a vibration plate 22b serving as a driven film. Displacement (vibration) applies pressure to the ink in the pressure chamber 22a. The substrate 22 on which the pressure chamber 22a is formed is also referred to as a support substrate for supporting the piezoelectric element 27 formed thereon.

熱酸化膜23は、例えば厚さが0.1μm程度のSiO2(酸化シリコン)からなり、基板22の保護および絶縁の目的で形成されている。 The thermal oxide film 23 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide) having a thickness of about 0.1 μm, and is formed for the purpose of protecting and insulating the substrate 22.

下部電極24は、複数の圧力室22aに共通して設けられるコモン電極であり、Ti(チタン)層とPt(白金)層とを積層して構成されている。Ti層は、熱酸化膜23とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1μm程度である。なお、Ti層の代わりにTiOx(酸化チタン)からなる層を用いてもよい。   The lower electrode 24 is a common electrode provided in common to the plurality of pressure chambers 22a, and is configured by laminating a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer. The Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the thermal oxide film 23 and the Pt layer. The thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 μm, and the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 μm. A layer made of TiOx (titanium oxide) may be used instead of the Ti layer.

圧電薄膜25は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの、ペロブスカイト型構造を有する強誘電体薄膜で構成されており、各圧力室22aに対応して設けられている。圧電薄膜25の膜厚は、例えば1μm以上10μm以下とすることができるが、インクジェットヘッド用の圧電アクチュエータとしては、2μm以上6μm以下であることが、薄膜の構成でインクの吐出を確実に行える観点から望ましい。また、インクジェットヘッドにおいては、圧電薄膜25として、鉛(Pb)を有するもの、つまり、鉛系のペロブスカイト型構造を有するものが、良好な圧電特性が得られる点で望ましい。   The piezoelectric thin film 25 is composed of a ferroelectric thin film having a perovskite structure, such as lead zirconate titanate (PZT), and is provided corresponding to each pressure chamber 22a. The film thickness of the piezoelectric thin film 25 can be, for example, 1 μm or more and 10 μm or less. However, as a piezoelectric actuator for an ink jet head, the film thickness is 2 μm or more and 6 μm or less. Desirable from. In addition, in the ink jet head, a piezoelectric thin film 25 having lead (Pb), that is, having a lead-based perovskite structure is desirable in terms of obtaining good piezoelectric characteristics.

上部電極26は、各圧力室22aに対応して設けられる個別電極であり、Ti層とPt層とを積層して構成されている。Ti層は、圧電薄膜25とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1〜0.2μm程度である。上部電極26は、下部電極24との間で圧電薄膜25を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Pt層の代わりに、金(Au)からなる層を形成してもよい。   The upper electrode 26 is an individual electrode provided corresponding to each pressure chamber 22a, and is configured by laminating a Ti layer and a Pt layer. The Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the piezoelectric thin film 25 and the Pt layer. The thickness of the Ti layer is about 0.02 μm, for example, and the thickness of the Pt layer is about 0.1 to 0.2 μm, for example. The upper electrode 26 is provided so as to sandwich the piezoelectric thin film 25 from the film thickness direction with the lower electrode 24. Note that a layer made of gold (Au) may be formed instead of the Pt layer.

下部電極24、圧電薄膜25および上部電極26は、圧力室22a内のインクを外部に吐出させるための圧電素子27を構成している。この圧電素子27は、駆動回路28から下部電極24および上部電極26に印加される電圧(駆動信号)に基づいて駆動される。インクジェットヘッド21は、圧電素子27および圧力室22aを縦横に並べることにより形成される。   The lower electrode 24, the piezoelectric thin film 25, and the upper electrode 26 constitute a piezoelectric element 27 for discharging ink in the pressure chamber 22a to the outside. The piezoelectric element 27 is driven based on a voltage (drive signal) applied from the drive circuit 28 to the lower electrode 24 and the upper electrode 26. The inkjet head 21 is formed by arranging the piezoelectric element 27 and the pressure chamber 22a vertically and horizontally.

圧力室22aが形成された基板22に対して、圧電薄膜25の形成側とは反対側には、ノズル基板31が接合されている。ノズル基板31には、圧力室22aに収容されるインクをインク滴として外部に吐出するためのインク吐出孔(ノズル孔)31aが形成されている。圧力室22aには、中間タンク6より供給されるインクが収容される。   A nozzle substrate 31 is bonded to the substrate 22 on which the pressure chamber 22a is formed on the side opposite to the piezoelectric thin film 25 forming side. The nozzle substrate 31 is formed with an ink discharge hole (nozzle hole) 31a for discharging the ink stored in the pressure chamber 22a to the outside as ink droplets. Ink supplied from the intermediate tank 6 is stored in the pressure chamber 22a.

上記の構成において、駆動回路28から下部電極24および上部電極26に電圧を印加すると、圧電薄膜25が、下部電極24と上部電極26との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向(基板22の面に平行な方向)に伸縮する。そして、圧電薄膜25と振動板22bとの長さの違いにより、振動板22bに曲率が生じ、振動板22bが厚さ方向に変位(湾曲、振動)する。   In the above configuration, when a voltage is applied from the drive circuit 28 to the lower electrode 24 and the upper electrode 26, the piezoelectric thin film 25 is in a direction perpendicular to the thickness direction (substrate) according to the potential difference between the lower electrode 24 and the upper electrode 26. (Direction parallel to the surface of 22). Then, due to the difference in length between the piezoelectric thin film 25 and the diaphragm 22b, a curvature is generated in the diaphragm 22b, and the diaphragm 22b is displaced (curved or vibrated) in the thickness direction.

したがって、圧力室22a内にインクを収容しておけば、上述した振動板22bの振動により、圧力室22a内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室22a内のインクが吐出孔31aからインク滴として外部に吐出される。   Therefore, if ink is accommodated in the pressure chamber 22a, a pressure wave is propagated to the ink in the pressure chamber 22a by the vibration of the vibration plate 22b described above, and the ink in the pressure chamber 22a is ejected from the ejection hole 31a. Is discharged to the outside.

〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッド21の製造方法について以下に説明する。図4は、インクジェットヘッド21の製造時の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、基板準備工程(S1)、熱酸化膜成膜工程(S2)、下部電極形成工程(S3)、圧電薄膜成膜工程(S4)、検査工程(S5)、上部電極形成工程(S6)、圧力室形成工程(S7)、ノズル基板接合工程(S8)が順に行われることで、インクジェットヘッド21が作製される。このうち、S1〜S5が、圧電薄膜付き基板の製造工程に対応し、S1〜S7が圧電アクチュエータの製造工程に対応している。以下、図5を参照しながら、各工程の詳細について説明する。図5は、インクジェットヘッド21の製造工程を示す断面図である。
[Inkjet head manufacturing method]
Next, the manufacturing method of the inkjet head 21 of this embodiment is demonstrated below. FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing when manufacturing the inkjet head 21. In this embodiment, a substrate preparation step (S1), a thermal oxide film formation step (S2), a lower electrode formation step (S3), a piezoelectric thin film formation step (S4), an inspection step (S5), an upper electrode formation step ( The inkjet head 21 is manufactured by performing the pressure chamber forming step (S7) and the nozzle substrate bonding step (S8) in this order. Among these, S1 to S5 correspond to the manufacturing process of the substrate with the piezoelectric thin film, and S1 to S7 correspond to the manufacturing process of the piezoelectric actuator. Hereinafter, the details of each step will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the inkjet head 21.

(S1;基板準備工程)
まず、基板22を用意する。基板22としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)に多く利用されている結晶シリコン(Si)を用いることができ、ここでは、酸化膜22eを介して2枚のSi基板22c・22dが接合されたSOI構造のものを用いている。
(S1; substrate preparation process)
First, the substrate 22 is prepared. As the substrate 22, crystalline silicon (Si) often used in MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) can be used. Here, two Si substrates 22 c and 22 d are bonded via an oxide film 22 e. An SOI structure is used.

(S2;熱酸化膜成膜工程)
基板22を加熱炉に入れ、1500℃程度に所定時間保持して、Si基板22c・22dの表面にSiO2からなる熱酸化膜23a・23bをそれぞれ形成する。
(S2: thermal oxide film formation step)
The substrate 22 is put in a heating furnace and held at about 1500 ° C. for a predetermined time, and thermal oxide films 23a and 23b made of SiO 2 are formed on the surfaces of the Si substrates 22c and 22d, respectively.

(S3;下部電極形成工程)
次に、一方の熱酸化膜23a上に、TiおよびPtの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極24を形成する。これにより、基板22、熱酸化膜23aおよび下部電極24からなる下地層が形成される。つまり、下部電極24は、上記の下地層において、基板22とは反対側の最表層に位置している。
(S3; lower electrode forming step)
Next, Ti and Pt layers are sequentially formed on one thermal oxide film 23a by a sputtering method to form the lower electrode 24. As a result, a base layer composed of the substrate 22, the thermal oxide film 23a, and the lower electrode 24 is formed. That is, the lower electrode 24 is located in the outermost layer on the side opposite to the substrate 22 in the base layer.

(S4;圧電薄膜成膜工程)
続いて、基板22上に、PZTなどのペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜25を成膜する。より具体的には、基板22を600℃程度に再加熱し、変位膜となるPZTの層25aをスパッタ法で成膜する。次に、基板22に感光性樹脂35をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂35の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜25の形状を転写する。その後、感光性樹脂35をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層25aの形状を加工し、圧電薄膜25とする。
(S4: Piezoelectric thin film forming step)
Subsequently, a piezoelectric thin film 25 having a perovskite structure such as PZT is formed on the substrate 22. More specifically, the substrate 22 is reheated to about 600 ° C., and a PZT layer 25a serving as a displacement film is formed by sputtering. Next, a photosensitive resin 35 is applied to the substrate 22 by a spin coating method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 35 are removed by exposure and etching through a mask, and the shape of the piezoelectric thin film 25 to be formed is transferred. . Thereafter, using the photosensitive resin 35 as a mask, the shape of the layer 25 a is processed using a reactive ion etching method to form the piezoelectric thin film 25.

(S5;検査工程)
基板22上に成膜された圧電薄膜25の膜質を検査する。なお、検査工程の詳細については後述する。なお、以降で説明する工程は、S5の検査工程にて、膜質良と判定された圧電薄膜25を有する基板22に対してのみ行う。
(S5: Inspection process)
The film quality of the piezoelectric thin film 25 formed on the substrate 22 is inspected. Details of the inspection process will be described later. In addition, the process demonstrated below is performed only with respect to the board | substrate 22 which has the piezoelectric thin film 25 determined to be film quality with the test | inspection process of S5.

(S6;上部電極形成工程)
次に、圧電薄膜25を覆うように、下部電極24上に、TiおよびPtの各層をスパッタ法で順に成膜し、層26aを形成する。続いて、層26a上に感光性樹脂36をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂36の不要な部分を除去し、形成する上部電極26の形状を転写する。その後、感光性樹脂36をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層26aの形状を加工し、上部電極26を形成する。
(S6; upper electrode forming step)
Next, Ti and Pt layers are sequentially formed on the lower electrode 24 by a sputtering method so as to cover the piezoelectric thin film 25, thereby forming a layer 26a. Subsequently, a photosensitive resin 36 is applied onto the layer 26a by a spin coating method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 36 are removed by exposure and etching through a mask, and the shape of the upper electrode 26 to be formed is transferred. To do. Thereafter, using the photosensitive resin 36 as a mask, the shape of the layer 26a is processed using a reactive ion etching method to form the upper electrode 26.

(S7;圧力室形成工程)
次に、基板22の裏面(熱酸化膜23b側)に感光性樹脂37をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂37の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室22aの形状を転写する。そして、感光性樹脂37をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板22の除去加工を行い、圧力室22aを形成してアクチュエータ21aとする。
(S7: pressure chamber forming step)
Next, a photosensitive resin 37 is applied to the back surface (thermal oxide film 23b side) of the substrate 22 by a spin coat method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 37 are removed by exposure and etching through a mask. The shape of the pressure chamber 22a to be formed is transferred. Then, using the photosensitive resin 37 as a mask, the substrate 22 is removed using a reactive ion etching method to form a pressure chamber 22a to be an actuator 21a.

(S8;ノズル基板接合工程)
その後、アクチュエータ21aの基板22と、インク吐出孔31aを有するノズル基板31とを、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド21が完成する。なお、インク吐出孔31aに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜23bを除去して、基板22と中間ガラス、および中間ガラスとノズル基板31とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに3者(基板22、中間ガラス、ノズル基板31)を接合することができる。
(S8; nozzle substrate bonding step)
Thereafter, the substrate 22 of the actuator 21a and the nozzle substrate 31 having the ink discharge holes 31a are bonded using an adhesive or the like. Thereby, the inkjet head 21 is completed. The intermediate glass having a through hole at a position corresponding to the ink discharge hole 31a is used, the thermal oxide film 23b is removed, and the substrate 22 and the intermediate glass, and the intermediate glass and the nozzle substrate 31 are anodically bonded. May be. In this case, the three parties (substrate 22, intermediate glass, nozzle substrate 31) can be joined without using an adhesive.

〔検査工程の詳細について〕
図6は、基板22を含む下地層上に圧電薄膜25を形成した圧電薄膜付き基板の断面図である。圧電薄膜25において、下地層との界面側(基板22側)に、ペロブスカイト型構造とは異なる結晶相41(例えばパイロクロア構造)が存在すると、その上層に圧電薄膜25の結晶を成長させたときに、圧電薄膜25の表面のラフネス(表面粗さ)が変化して、表面に凸部42が形成されたり、圧電薄膜25を構成する柱状結晶の粒界25b付近の結晶状態や組成が変化することで粒界25bに隙間43が形成されたりする。この場合、圧電薄膜25に光を照射したときに、上記異なる結晶相41での光の反射、圧電薄膜25の表面の凸部42での光の反射、粒界25bの隙間43での光の反射によって、圧電薄膜25が白濁して見える白濁現象が起こる。また、良好な圧電特性が得られるペロブスカイト型構造とは異なる結晶相41が、下地層との界面側に存在すると、圧電特性が低下するのみならず、下地層(下部電極24)との密着性が低下する原因となる。
[Details of inspection process]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a substrate with a piezoelectric thin film in which a piezoelectric thin film 25 is formed on an underlayer including the substrate 22. In the piezoelectric thin film 25, if a crystal phase 41 (for example, pyrochlore structure) different from the perovskite structure exists on the interface side (substrate 22 side) with the base layer, the crystal of the piezoelectric thin film 25 is grown on the upper layer. The roughness (surface roughness) of the surface of the piezoelectric thin film 25 is changed, so that a convex portion 42 is formed on the surface, or the crystal state and composition in the vicinity of the grain boundary 25b of the columnar crystal constituting the piezoelectric thin film 25 are changed. As a result, a gap 43 is formed in the grain boundary 25b. In this case, when the piezoelectric thin film 25 is irradiated with light, the light is reflected by the different crystal phases 41, the light is reflected by the convex portions 42 on the surface of the piezoelectric thin film 25, and the light in the gap 43 of the grain boundary 25b is reflected. The reflection causes a white turbidity phenomenon in which the piezoelectric thin film 25 appears white turbid. In addition, when the crystal phase 41 different from the perovskite structure capable of obtaining good piezoelectric characteristics exists on the interface side with the underlayer, not only the piezoelectric characteristics are deteriorated, but also the adhesion with the underlayer (lower electrode 24). Cause a drop.

同じ条件で圧電薄膜25を成膜していても、成膜時のわずかな組成のばらつきや、結晶化時の環境の乱れ等により、圧電薄膜25に上記異なる結晶相41が突然生じると、圧電薄膜25の膜質が変化して、デバイス作製後に不良となることがある。このような圧電薄膜25は、上記した白濁現象による膜の白濁度合が強いことを見出した。白濁度合は、光の散乱性を示す指標であり、拡散光の反射率で定量化できる。   Even if the piezoelectric thin film 25 is formed under the same conditions, if the different crystal phase 41 is suddenly generated in the piezoelectric thin film 25 due to slight compositional variation during film formation or disturbance of the environment during crystallization, the piezoelectric thin film 25 The film quality of the thin film 25 may change and become defective after device fabrication. It has been found that such a piezoelectric thin film 25 has a high degree of white turbidity due to the above-described white turbidity phenomenon. The degree of white turbidity is an index indicating the light scattering property, and can be quantified by the reflectance of diffused light.

そこで、本実施形態では、上述した検査工程において、下地層上に成膜された圧電薄膜25に光を照射して、圧電薄膜25にて反射される拡散光(拡散反射光)を測定(検出)し、その測定結果(測定された反射率)に基づいて、圧電薄膜25の膜質の良否を判定するようにしている。上記拡散光を測定することにより、異なる結晶相41に起因する圧電薄膜25の白濁状態を調べることができるため、拡散光の測定結果に基づいて、密着性および圧電特性に影響を及ぼす圧電薄膜25の膜質の良否を判定することができる。   Therefore, in this embodiment, in the inspection process described above, light is irradiated to the piezoelectric thin film 25 formed on the underlayer, and diffused light (diffuse reflected light) reflected by the piezoelectric thin film 25 is measured (detected). The quality of the piezoelectric thin film 25 is determined based on the measurement result (measured reflectance). By measuring the diffused light, the cloudiness of the piezoelectric thin film 25 caused by the different crystal phases 41 can be examined. Therefore, the piezoelectric thin film 25 that affects the adhesion and the piezoelectric characteristics based on the measurement result of the diffused light. The quality of the film quality can be determined.

例えば、拡散光の反射率が11%以下であれば、圧電薄膜25の膜中において、白濁を生じる原因となる結晶相41の存在が少ないと判断できるため、そのような圧電薄膜25は密着性および圧電特性が良好であり、膜質良と判断できる。特に、拡散光の反射率が6%以下であれば、圧電薄膜25の膜中において異なる結晶相41が非常に少ないため、圧電薄膜25の密着性および圧電特性はさらに良好であると判断できる。なお、反射率11%や6%の根拠については後述する。   For example, if the reflectance of diffused light is 11% or less, it can be determined that there is little crystal phase 41 that causes white turbidity in the film of the piezoelectric thin film 25. Also, the piezoelectric characteristics are good, and it can be judged that the film quality is good. In particular, if the reflectance of diffused light is 6% or less, the crystal phase 41 that is different in the film of the piezoelectric thin film 25 is very small. Therefore, it can be determined that the adhesion and piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film 25 are further improved. The basis for the reflectivity of 11% or 6% will be described later.

以上のように、圧電薄膜25に光を照射し、圧電薄膜25にて反射される拡散光の測定結果に基づいて、圧電薄膜25の膜質の良否を判定することにより、圧電アクチュエータ21aやインクジェットヘッド21などのデバイスの作製前に、成膜された圧電薄膜25が、密着性や圧電特性の低下によるデバイス不良が発生するような膜であるか否かを認識することができる。これにより、膜質良の圧電薄膜25を有する基板22(圧電薄膜付き基板)を用いて、上述した圧電アクチュエータ21aやインクジェットヘッド21などのデバイスを作製して、駆動不良やインク吐出不良などのデバイス不良が発生するのを抑えることができる。   As described above, by irradiating the piezoelectric thin film 25 with light and determining the quality of the piezoelectric thin film 25 based on the measurement result of the diffused light reflected by the piezoelectric thin film 25, the piezoelectric actuator 21a and the inkjet head Before manufacturing a device such as 21, it is possible to recognize whether or not the formed piezoelectric thin film 25 is a film that causes a device failure due to a decrease in adhesion and piezoelectric characteristics. As a result, devices such as the piezoelectric actuator 21a and the ink-jet head 21 described above are manufactured using the substrate 22 (substrate with piezoelectric thin film) having the piezoelectric thin film 25 with good film quality, and device defects such as defective driving and defective ink ejection are produced. Can be prevented from occurring.

特に、圧電薄膜25に光を照射して拡散光を測定するため、圧電薄膜25の膜質の検査を非破壊で行うことができる。また、拡散光を測定するにあたっては、特殊な装置ではなく、後述する既存の反射率測定装置を用いることができるため、膜質の検査を低コストで行うことができる。   In particular, since the piezoelectric thin film 25 is irradiated with light and diffused light is measured, the film quality of the piezoelectric thin film 25 can be inspected nondestructively. Further, when measuring diffused light, an existing reflectance measuring device to be described later can be used instead of a special device, so that the film quality can be inspected at low cost.

ここで、図7は、測定物に光を照射したときの拡散光(拡散反射光)の光量分布を模式的に示している。拡散光の反射率を測定する方式としては、SCI(Specular Compenent Include)方式と、SCE(Specular Compenent Exclude)方式とがある。SCI方式は、正反射光を含む拡散光を測定する方式であり、SCE方式は、正反射光を除く拡散光を測定する方式である。各測定方式は、CIE(国際照明委員会) No.15、ASTM(アメリカ材料試験協会) E1164、JIS(日本工業規格) Z8722、ISO(国際標準化機構)/D/S/7724/1などの規格で定められている。   Here, FIG. 7 schematically shows a light amount distribution of diffused light (diffuse reflected light) when the measurement object is irradiated with light. As a method for measuring the reflectance of diffused light, there are an SCI (Specular Compenent Include) method and an SCE (Specular Compenent Exclude) method. The SCI method is a method for measuring diffused light including specularly reflected light, and the SCE method is a method for measuring diffused light excluding specularly reflected light. Each measurement method is CIE (International Commission on Illumination) No. 15, ASTM (American Society for Testing and Materials) E1164, JIS (Japanese Industrial Standards) Z8722, ISO (International Organization for Standardization) / D / S / 7724/1.

圧電薄膜25に光を照射したときに生じる正反射光は、圧電薄膜25の膜質(結晶相41の存在)とは関係なく、表面での正反射によって生じる。測定される拡散光に正反射光が含まれていても、拡散光の測定結果に基づいて圧電薄膜25の膜質の良否を判定することはできるが、正反射光がノイズとなって膜質の良否の判定精度が低下することが懸念される。   The regular reflection light generated when the piezoelectric thin film 25 is irradiated with light is generated by regular reflection on the surface irrespective of the film quality of the piezoelectric thin film 25 (existence of the crystal phase 41). Even if the diffused light to be measured includes specularly reflected light, the quality of the piezoelectric thin film 25 can be judged based on the measurement result of the diffused light, but the specularly reflected light becomes noise and the quality of the film is good. There is a concern that the determination accuracy will be reduced.

そこで、検査工程では、正反射光を除く拡散光を測定し(SCE方式)、その測定結果に基づいて、圧電薄膜25の膜質の良否を判定することが望ましい。これにより、正反射光によるノイズの影響を低減して、拡散光の測定結果に基づく膜質の良否の判定精度を向上させることができる。   Therefore, in the inspection process, it is desirable to measure diffused light excluding specularly reflected light (SCE method) and determine the quality of the piezoelectric thin film 25 based on the measurement result. Thereby, the influence of the noise by specular reflection light can be reduced, and the determination accuracy of the film quality based on the measurement result of diffused light can be improved.

〔実施例〕
次に、圧電アクチュエータおよびインクジェットヘッドの製造に用いられる圧電薄膜付き基板の製造方法の具体的な実施例について説明する。図8は、圧電薄膜付き基板50の製造工程を示す断面図である。
〔Example〕
Next, specific examples of a method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film used for manufacturing a piezoelectric actuator and an inkjet head will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the substrate 50 with a piezoelectric thin film.

まず、厚さ625μm程度の単結晶Siウェハからなる基板51に、熱酸化膜52を100nm程度形成した。ウェハの厚みは300μm〜725μm、直径は3インチ〜8インチなど、市販されているウェハの標準的な値でよい。熱酸化膜42は、ウェット酸化用熱炉を用いてSiウェハを酸素雰囲気中に1200℃程度の高温にさらすことで形成できる。なお、基板51および熱酸化膜52は、図2の基板22および熱酸化膜23にそれぞれ対応するものである。   First, a thermal oxide film 52 having a thickness of about 100 nm was formed on a substrate 51 made of a single crystal Si wafer having a thickness of about 625 μm. The thickness of the wafer may be 300 μm to 725 μm, and the diameter may be a standard value of a commercially available wafer such as 3 to 8 inches. The thermal oxide film 42 can be formed by exposing the Si wafer to a high temperature of about 1200 ° C. in an oxygen atmosphere using a wet oxidation furnace. The substrate 51 and the thermal oxide film 52 correspond to the substrate 22 and the thermal oxide film 23 in FIG. 2, respectively.

次に、熱酸化膜52上に、厚さ20nm程度の酸化チタン(TiOx)からなる層を密着層として形成し、さらに白金(Pt)からなる電極層を厚さ10nm程度形成して、下部電極53を形成した。これにより、基板51、熱酸化膜52および下部電極53からなる下地層が形成される。下部電極53を構成する酸化チタンは、反応性スパッタで成膜してもよいし、チタンのみを先に成膜した後に、RTA(Rapid Thermal Anneal)炉やマッフル炉で酸化雰囲気中のアニールを施してもよい。   Next, on the thermal oxide film 52, a layer made of titanium oxide (TiOx) having a thickness of about 20 nm is formed as an adhesion layer, and an electrode layer made of platinum (Pt) is formed in a thickness of about 10 nm to form a lower electrode. 53 was formed. As a result, a base layer composed of the substrate 51, the thermal oxide film 52, and the lower electrode 53 is formed. The titanium oxide constituting the lower electrode 53 may be formed by reactive sputtering, or after only forming titanium first, annealing in an oxidizing atmosphere is performed in an RTA (Rapid Thermal Anneal) furnace or a muffle furnace. May be.

酸化チタンを反応性スパッタで成膜するときの成膜条件は、基板温度:350度、Ar流量:20sccm、O2:流量1sccm、圧力:0.4Pa、ターゲットに印加するRFパワー:200Wである。また、反応性スパッタではなく、チタンのみを先に成膜して、成膜後にアニールを行う場合、酸素雰囲気中の基板温度:約730℃、加熱時間:30分である。 The film forming conditions for forming titanium oxide by reactive sputtering are substrate temperature: 350 ° C., Ar flow rate: 20 sccm, O 2 : flow rate 1 sccm, pressure: 0.4 Pa, and RF power applied to the target: 200 W. . In the case where only titanium is formed first and annealing is performed after the film formation, instead of reactive sputtering, the substrate temperature in the oxygen atmosphere is about 730 ° C. and the heating time is 30 minutes.

Ptのスパッタ条件は、Ar流量:20sccm、圧力:0.4Pa、ターゲットに印加するRFパワー:150W、基板温度:530℃である。なお、下部電極53は、図2の下部電極24に対応する。Ptは、その自己配向性により、(111)配向を有する膜となるが、Pt結晶性は、Pt上に成膜するPZT薄膜の膜質に影響するため、Ptは高い結晶性を持つことが望ましい。   The sputtering conditions for Pt are Ar flow rate: 20 sccm, pressure: 0.4 Pa, RF power applied to the target: 150 W, and substrate temperature: 530 ° C. The lower electrode 53 corresponds to the lower electrode 24 in FIG. Pt becomes a film having (111) orientation due to its self-orientation, but Pt crystallinity affects the film quality of the PZT thin film formed on Pt, so it is desirable that Pt has high crystallinity. .

続いて、Pt付きSiウェハを、誘電体薄膜形成装置に投入し、スパッタ法により、膜厚5μmのPZTからなる圧電薄膜54を成膜した。このときのスパッタ条件は、Ar流量:20sccm、O2流量:0.6sccm、圧力:0.5Pa、基板温度:600℃、ターゲットに印加するRFパワー:500Wである。これにより、圧電薄膜付き基板50が得られる。 Subsequently, the Si wafer with Pt was put into a dielectric thin film forming apparatus, and a piezoelectric thin film 54 made of PZT having a thickness of 5 μm was formed by sputtering. The sputtering conditions at this time are Ar flow rate: 20 sccm, O 2 flow rate: 0.6 sccm, pressure: 0.5 Pa, substrate temperature: 600 ° C., and RF power applied to the target: 500 W. Thereby, the board | substrate 50 with a piezoelectric thin film is obtained.

ここで、PZTの高温成膜時のPb抜けを補償するため、PZTターゲット中のPb量を増やすことが望ましい。ターゲット中のPb量は、PZTのストイキメトリー組成におけるPb量を1mol%とした場合、少なくとも1.2mol%以上、望ましくは1.3〜1.5mol%がよい。   Here, it is desirable to increase the amount of Pb in the PZT target in order to compensate for Pb loss during the high-temperature deposition of PZT. The amount of Pb in the target is at least 1.2 mol%, preferably 1.3 to 1.5 mol%, when the amount of Pb in the stoichiometric composition of PZT is 1 mol%.

このような成膜方法でPZTを複数枚成膜し、それらの拡散光の反射率を、反射率測定装置により測定した。反射率測定装置としては、分光測色計(例えばコニカミノルタ製のCM−3600dやその後継機など)を使用することができる。上記装置では、上述の規格に従って、参照サンプルにより反射率を規格化した後、拡散光の反射率をSCE方式で測定した。このとき、SCI方式により、正反射を含む拡散光の反射率を測定してもよいが、正反射光を除く拡散光の反射率を測定するSCE方式を用いることにより、拡散光をより感度よく測定できる。   A plurality of PZT films were formed by such a film forming method, and the reflectance of the diffused light was measured by a reflectance measuring device. As the reflectance measuring device, a spectrocolorimeter (for example, CM-3600d manufactured by Konica Minolta or its successor) can be used. In the above apparatus, the reflectance of the diffused light was measured by the SCE method after the reflectance was normalized by the reference sample according to the above-mentioned standard. At this time, the reflectance of diffused light including regular reflection may be measured by the SCI method. However, by using the SCE method of measuring the reflectance of diffused light excluding regular reflected light, the diffused light is more sensitive. It can be measured.

このように、PZT薄膜に光を照射して拡散光の反射率を測定するとき、例えば、ウェハの中心部および外周部を数か所測定するとよい。このとき、外周部の測定箇所としては、例えば、外周端から5〜10mmの位置を測定するとよい。   As described above, when the reflectance of diffused light is measured by irradiating the PZT thin film with light, for example, the central part and the outer peripheral part of the wafer may be measured at several places. At this time, as a measurement location of the outer peripheral portion, for example, a position of 5 to 10 mm from the outer peripheral end may be measured.

図9は、複数枚のPZT薄膜に光を照射して測定した拡散光の反射率と、圧電薄膜の密着性および圧電特性の評価との関係を示している。なお、上記の密着性および圧電特性については、成膜した圧電薄膜の全てについて評価を行うために、作製した全ての圧電薄膜付き基板を用いて、図5で示した方法でデバイス(アクチュエータ21a)を作製し、そのデバイスにおける圧電薄膜の基板との密着性および圧電定数を調べた。   FIG. 9 shows the relationship between the diffused light reflectance measured by irradiating a plurality of PZT thin films with light, and the evaluation of the adhesion and piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film. For the above-mentioned adhesion and piezoelectric characteristics, in order to evaluate all of the formed piezoelectric thin films, the device (actuator 21a) was manufactured by the method shown in FIG. And the adhesion of the piezoelectric thin film with the substrate and the piezoelectric constant of the device were investigated.

具体的には、密着性については、圧電薄膜を挟む上部電極および下部電極に印加する電圧を上げていき、圧電薄膜が剥がれるときの圧電薄膜の変位量を監視し、以下の基準で評価した。なお、圧電薄膜の密着性に要求される仕様としては、膜のせん断応力(膜の厚さに垂直な方向の応力)として80MPaが一つの基準となる。つまり、せん断応力が80MPa以下で圧電薄膜が下地から剥がれると、仕様を満たさないため、不良品となる。圧電薄膜のせん断応力と変位量とは対応関係にあるため、変位量を監視することにより、仕様を満たしているか否か、つまり、密着性が良好であるか否かを判断することができる。
≪密着性評価基準≫
○・・・せん断応力が80MPaとなる変位量で圧電薄膜を変位させても、圧電薄膜が剥離しなかった。
×・・・せん断応力が80MPa以下となる変位量で圧電薄膜を変位させると、圧電薄膜が剥離した。
Specifically, for adhesion, the voltage applied to the upper electrode and the lower electrode sandwiching the piezoelectric thin film was increased, the amount of displacement of the piezoelectric thin film when the piezoelectric thin film was peeled off, and evaluated according to the following criteria. As a specification required for the adhesion of the piezoelectric thin film, 80 MPa is one standard as the shear stress of the film (stress in the direction perpendicular to the film thickness). In other words, if the piezoelectric thin film is peeled off from the base at a shear stress of 80 MPa or less, the specification is not satisfied and the product becomes a defective product. Since the shear stress and the displacement amount of the piezoelectric thin film are in a correspondence relationship, it is possible to determine whether the specification is satisfied, that is, whether the adhesion is good or not, by monitoring the displacement amount.
≪Adhesion evaluation criteria≫
○ The piezoelectric thin film did not peel even when the piezoelectric thin film was displaced by a displacement amount at which the shear stress was 80 MPa.
X: When the piezoelectric thin film was displaced by a displacement amount at which the shear stress was 80 MPa or less, the piezoelectric thin film was peeled off.

圧電定数については、印加電圧と圧電薄膜の変位量との関係から、公知の手法によって|d31|を求め、以下の基準に基づいて評価した。
≪圧電特性評価基準≫
◎・・・|d31|が160pm/V以上である。
○・・・|d31|が140pm/V以上160pm/V未満である。
×・・・|d31|が140pm/V未満である。
Regarding the piezoelectric constant, | d 31 | was determined by a known method from the relationship between the applied voltage and the displacement amount of the piezoelectric thin film, and evaluated based on the following criteria.
≪Piezoelectric property evaluation criteria≫
◎ ... | d 31 | is 160 pm / V or more.
O ... | d 31 | is 140 pm / V or more and less than 160 pm / V.
×... | D 31 | is less than 140 pm / V.

なお、良品や不良品の判定を行うために、最低バッチ数(ロット数)は、10以上であることが望ましい。   Note that the minimum number of batches (number of lots) is desirably 10 or more in order to determine whether the product is non-defective or defective.

上記評価の結果、図9に示すように、拡散光の反射率が11%以上では、圧電薄膜の密着性や圧電特性が両方とも不良(×)であった。しかし、拡散光の反射率が6〜11%の範囲では、圧電薄膜の密着性が良好(○)であり、圧電特性についても、|d31|が140〜160pm/Vであり、良好(○)であった。また、拡散光の反射率が6%未満では、圧電薄膜の密着性が良好(○)である上に、圧電特性についても、|d31|が160〜180pm/Vであり、さらに良好(◎)であった。 As a result of the evaluation, as shown in FIG. 9, when the diffused light reflectance was 11% or more, both the adhesion and the piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film were poor (x). However, when the diffused light reflectance is in the range of 6 to 11%, the adhesiveness of the piezoelectric thin film is good (◯), and the piezoelectric properties are also good, with | d 31 | being 140 to 160 pm / V. )Met. Further, when the reflectance of diffused light is less than 6%, the adhesion of the piezoelectric thin film is good (◯), and the piezoelectric property is | d 31 | is 160 to 180 pm / V, which is even better (◎ )Met.

したがって、以上より、拡散光の反射率が11%以下、望ましくは6%以下であるときに、密着性および圧電特性に関して膜質良と判定でき、信頼性の高い膜質判定ができる。   Therefore, from the above, when the diffused light reflectance is 11% or less, preferably 6% or less, it can be determined that the film quality is good with respect to adhesion and piezoelectric characteristics, and the film quality can be determined with high reliability.

なお、図9で示した各圧電薄膜における拡散光の反射率は、波長が360nm〜740nmの範囲において測定された反射率のうちで、最も高い値を代表値として示している。図10は、例として、膜質の異なる3つの圧電薄膜A、B、Cについての拡散光の反射率スペクトルを示している。図9の点A〜Cは、図10の圧電薄膜A〜Cにおける反射率の代表値(最大値)をプロットしたものであることがわかる。   In addition, the reflectance of the diffused light in each piezoelectric thin film shown in FIG. 9 shows the highest value as a representative value among the reflectances measured in the wavelength range of 360 nm to 740 nm. FIG. 10 shows diffuse reflectance spectra for three piezoelectric thin films A, B and C having different film qualities as an example. It can be seen that the points A to C in FIG. 9 plot the representative values (maximum values) of the reflectance in the piezoelectric thin films A to C in FIG. 10.

様々な圧電薄膜の膜質を評価した結果、拡散光の反射率の最小値としては、0.5%であった。これは、圧電薄膜の下部の下地層での拡散反射がほとんどなく、膜条件によっては圧電薄膜での拡散もないためと考えられる。   As a result of evaluating the film quality of various piezoelectric thin films, the minimum value of the diffused light reflectance was 0.5%. This is presumably because there is almost no diffuse reflection on the underlying layer below the piezoelectric thin film, and there is no diffusion on the piezoelectric thin film depending on the film conditions.

以上では、圧電薄膜の膜質の良否判定を、拡散光の反射率そのものを基準として行っているが、膜質良の圧電薄膜で得られる反射率の変動率で行ってもよい。例えば図9で示した膜質良(反射率11%以下)である圧電薄膜の拡散光の反射率の平均値は、7.7%であり、その標準偏差1σは2.4%である。反射率の平均値およびそのバラツキ(標準偏差)に、測定系のバラツキをさらに考慮すると、膜厚良と判定できる反射率の上限(基準)Rは、7.7+2.4+α(%)とすることができ、この式により、例えばR=11(%)やそれ以外の値とすることもできる。   In the above, the quality determination of the film quality of the piezoelectric thin film is performed based on the reflectance of the diffused light itself, but it may be performed based on the reflectance fluctuation rate obtained with the piezoelectric thin film of good film quality. For example, the average value of the diffuse reflectance of the piezoelectric thin film having good film quality (reflectance of 11% or less) shown in FIG. 9 is 7.7%, and its standard deviation 1σ is 2.4%. Considering the variation of the measurement system in addition to the average value of the reflectance and its variation (standard deviation), the upper limit (reference) R of the reflectance that can be determined to be good film thickness is 7.7 + 2.4 + α (%) By this formula, for example, R = 11 (%) or other values can be set.

以上のように、圧電薄膜の白濁に関わる拡散光の反射率を測定し、その測定結果に基づいて圧電薄膜の膜質の良否を判定することで、密着性と圧電特性の両方の特性が優れた圧電薄膜が成膜されているかどうかを、デバイス作製前に把握することができる。これにより、繰り返し成膜を行った際の突発的に生じる不良品膜を、デバイス作製前に予め排除することが可能となり、デバイス作製後にデバイス不良が生じるのを抑えることができる。   As described above, by measuring the reflectivity of diffused light related to the white turbidity of the piezoelectric thin film and judging the quality of the piezoelectric thin film based on the measurement results, both adhesion and piezoelectric characteristics were excellent. Whether or not a piezoelectric thin film is formed can be grasped before device fabrication. Thereby, it is possible to eliminate in advance the defective product film that occurs suddenly when the film is repeatedly formed before the device is manufactured, and it is possible to suppress the occurrence of the device defect after the device is manufactured.

〔圧電薄膜の他の材料〕
本実施形態では、ABO3型のペロブスカイト型構造の圧電薄膜の材料として、PZTを例に挙げて説明したが、このPZTに限定されるわけではない。ABO3型のペロブスカイト型構造のAサイトの元素は、鉛(Pb)、バリウム(Ba)、ランタン(La)、ストロンチウム(Sr)、ビスマス(Bi)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、カリウム(K)の少なくとも1つを含んでいてもよい。また、Bサイトの元素は、ジルコニウム(Zr)およびチタン(Ti)を含み、さらに、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、スカンジウム(Sc)、コバルト(Co)、銅(Cu)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)の少なくとも1つを含んでいてもよい。上記した金属(元素)の組み合わせからなるペロブスカイト型構造の圧電薄膜を成膜する場合でも、本実施形態で説明した検査方法や製造方法を適用して、圧電薄膜付き基板を製造し、これを用いて圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド、インクジェットプリンタを構成することができる。
[Other materials for piezoelectric thin film]
In this embodiment, PZT has been described as an example of a piezoelectric thin film material having an ABO 3 type perovskite structure, but is not limited to this PZT. ABO 3 type perovskite structure A site elements are lead (Pb), barium (Ba), lanthanum (La), strontium (Sr), bismuth (Bi), lithium (Li), sodium (Na), calcium It may contain at least one of (Ca), cadmium (Cd), magnesium (Mg), and potassium (K). The B site elements include zirconium (Zr) and titanium (Ti), and vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W ), Manganese (Mn), scandium (Sc), cobalt (Co), copper (Cu), indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), cadmium (Cd), iron (Fe), nickel (Ni ) May be included. Even when a piezoelectric thin film having a perovskite structure composed of a combination of the above metals (elements) is formed, a substrate with a piezoelectric thin film is manufactured by applying the inspection method and manufacturing method described in this embodiment, and this is used. Thus, a piezoelectric actuator, an inkjet head, and an inkjet printer can be configured.

〔その他〕
本実施形態で説明した圧電薄膜付き基板は、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ以外にも、超音波センサ、赤外線センサ、周波数フィルタ、不揮発性メモリなどの種々のデバイスに適用することができる。
[Others]
The substrate with a piezoelectric thin film described in the present embodiment can be applied to various devices such as an ultrasonic sensor, an infrared sensor, a frequency filter, and a nonvolatile memory in addition to a piezoelectric actuator, an inkjet head, and an inkjet printer.

本実施形態では、圧電薄膜の変位量をもとに密着性を評価しているが、JIS規格に基づくひっかき試験によって密着性を評価してもよい。また、圧電定数については、従来公知のカンチレバー法によって測定してもよい。   In this embodiment, the adhesion is evaluated based on the amount of displacement of the piezoelectric thin film, but the adhesion may be evaluated by a scratch test based on JIS standards. The piezoelectric constant may be measured by a conventionally known cantilever method.

本発明の圧電薄膜付き基板の製造方法は、例えば圧電アクチュエータやインクジェットヘッドの製造に利用可能である。   The method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film according to the present invention can be used for manufacturing, for example, a piezoelectric actuator and an inkjet head.

1 インクジェットプリンタ
21 インクジェットヘッド
21a アクチュエータ(圧電アクチュエータ)
22 基板(支持基板、下地層)
22a 圧力室
23 熱酸化膜(下地層)
24 下部電極(下地層)
25 圧電薄膜
26 上部電極
31 ノズル基板
31a インク吐出孔
50 圧電薄膜付き基板
51 基板(支持基板、下地層)
52 熱酸化膜(下地層)
53 下部電極(下地層)
54 圧電薄膜
1 Inkjet Printer 21 Inkjet Head 21a Actuator (Piezoelectric Actuator)
22 Substrate (support substrate, underlayer)
22a Pressure chamber 23 Thermal oxide film (underlayer)
24 Lower electrode (underlayer)
25 Piezoelectric thin film 26 Upper electrode 31 Nozzle substrate 31a Ink ejection hole 50 Substrate with piezoelectric thin film 51 Substrate (support substrate, underlayer)
52 Thermal oxide film (underlayer)
53 Lower electrode (underlayer)
54 Piezoelectric thin film

Claims (14)

基板を含む下地層上に、ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜を成膜する成膜工程と、
前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される拡散光の測定結果に基づいて、前記圧電薄膜の膜質の良否を判定する検査工程とを有していることを特徴とする圧電薄膜付き基板の製造方法。
A film forming step of forming a piezoelectric thin film having a perovskite structure on an underlayer including a substrate;
The piezoelectric thin film includes an inspection step of irradiating the piezoelectric thin film with light and determining the quality of the piezoelectric thin film based on a measurement result of diffused light reflected by the piezoelectric thin film. A method for manufacturing a substrate with a thin film.
前記検査工程では、正反射光を除く前記拡散光の測定結果に基づいて、前記膜質の良否を判定することを特徴とする請求項1に記載の圧電薄膜付き基板の製造方法。   2. The method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film according to claim 1, wherein in the inspection step, the quality of the film is determined based on a measurement result of the diffused light excluding regular reflection light. 前記検査工程では、前記拡散光の反射率が11%以下である場合に、膜質良と判定することを特徴とする請求項2に記載の圧電薄膜付き基板の製造方法。   3. The method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film according to claim 2, wherein in the inspection step, the film quality is determined to be good when the diffused light reflectance is 11% or less. 前記検査工程では、前記拡散光の反射率が6%以下である場合に、膜質良と判定することを特徴とする請求項2または3に記載の圧電薄膜付き基板の製造方法。   The method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film according to claim 2 or 3, wherein in the inspection step, the film quality is determined to be good when the reflectance of the diffused light is 6% or less. 請求項1から4のいずれかに記載の圧電薄膜付き基板の製造方法を用いた圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記圧電薄膜付き基板の製造方法は、前記成膜工程の前に、前記下地層の最表層として下部電極を形成する工程を含み、
前記圧電アクチュエータの製造方法は、
前記検査工程にて膜質良と判定された圧電薄膜上に、上部電極を形成する工程と、
前記上部電極が形成された前記基板に、圧力室を形成する工程とを有していることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
A method for manufacturing a piezoelectric actuator using the method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film according to claim 1,
The method for manufacturing a substrate with a piezoelectric thin film includes a step of forming a lower electrode as an outermost layer of the base layer before the film forming step,
The method for manufacturing the piezoelectric actuator includes:
Forming an upper electrode on the piezoelectric thin film determined to have good film quality in the inspection step;
And a step of forming a pressure chamber on the substrate on which the upper electrode is formed.
請求項5に記載の圧電アクチュエータの製造方法を用いたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記圧電アクチュエータの前記圧力室が形成された前記基板を支持基板とすると、
前記支持基板の、前記圧力室に対して前記圧電薄膜の形成側とは反対側の表面に、インク吐出孔を有するノズル基板を貼り合わせる工程を有していることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
An inkjet head manufacturing method using the piezoelectric actuator manufacturing method according to claim 5,
When the substrate on which the pressure chamber of the piezoelectric actuator is formed is a support substrate,
An inkjet head manufacturing method comprising a step of bonding a nozzle substrate having an ink discharge hole to a surface of the support substrate opposite to the piezoelectric thin film formation side with respect to the pressure chamber. Method.
基板を含む下地層上に、ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜を形成した圧電薄膜付き基板であって、
前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される、正反射光を除く拡散光を測定したときに、前記拡散光の反射率が11%以下であることを特徴とする圧電薄膜付き基板。
A substrate with a piezoelectric thin film in which a piezoelectric thin film having a perovskite structure is formed on an underlayer including a substrate,
The piezoelectric thin film is characterized in that when the diffused light excluding specularly reflected light is irradiated to the piezoelectric thin film and reflected by the piezoelectric thin film, the diffused light has a reflectance of 11% or less. With board.
前記拡散光の反射率が6%以下であることを特徴とする請求項7に記載の圧電薄膜付き基板。   The board | substrate with a piezoelectric thin film of Claim 7 whose reflectance of the said diffused light is 6% or less. ABO3型の前記ペロブスカイト型構造のAサイトの元素は、鉛、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ビスマス、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カドミウム、マグネシウム、カリウムの少なくとも1つを含み、
Bサイトの元素は、ジルコニウムおよびチタンを含み、さらに、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、スカンジウム、コバルト、銅、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、鉄、ニッケルの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする請求項7または8に記載の圧電薄膜付き基板。
ABO 3 type A site element of the perovskite type structure includes at least one of lead, barium, lanthanum, strontium, bismuth, lithium, sodium, calcium, cadmium, magnesium, potassium,
B site elements include zirconium and titanium, and at least one of vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, scandium, cobalt, copper, indium, tin, gallium, cadmium, iron, and nickel. The substrate with a piezoelectric thin film according to claim 7 or 8, wherein the substrate has a piezoelectric thin film.
請求項7から9のいずれかに記載の圧電薄膜付き基板と、
前記圧電薄膜を膜厚方向から挟むように形成される上部電極および下部電極とを備え、
前記圧電薄膜が形成される基板には、圧力室が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
A substrate with a piezoelectric thin film according to any one of claims 7 to 9,
An upper electrode and a lower electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film from the film thickness direction,
A piezoelectric actuator, wherein a pressure chamber is formed on a substrate on which the piezoelectric thin film is formed.
請求項10に記載の圧電アクチュエータと、
インク吐出孔を有するノズル基板とを備え、
前記圧電アクチュエータの前記圧力室が形成された基板を支持基板とすると、
前記ノズル基板は、前記支持基板の、前記圧力室に対して前記圧電薄膜の形成側とは反対側の表面に貼り合わされていることを特徴とするインクジェットヘッド。
A piezoelectric actuator according to claim 10;
A nozzle substrate having ink ejection holes,
When the substrate on which the pressure chamber of the piezoelectric actuator is formed is a support substrate,
The ink jet head according to claim 1, wherein the nozzle substrate is bonded to a surface of the support substrate opposite to the piezoelectric thin film forming side with respect to the pressure chamber.
基板を含む下地層上に、下部電極と鉛系のペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜とがこの順で形成された圧電アクチュエータと、
インク吐出孔を有するノズル基板と、を備えたインクジェットヘッドであって、
前記圧電薄膜が形成される基板には、圧力室が形成されており、
前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される、正反射光を除く拡散光を測定したときに、前記拡散光の反射率が11%以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
A piezoelectric actuator in which a lower electrode and a piezoelectric thin film having a lead-based perovskite structure are formed in this order on an underlayer including a substrate;
An ink jet head comprising a nozzle substrate having ink ejection holes,
A pressure chamber is formed on the substrate on which the piezoelectric thin film is formed,
An inkjet head characterized in that the diffused light has a reflectivity of 11% or less when the diffused light except the specularly reflected light is irradiated onto the piezoelectric thin film and reflected by the piezoelectric thin film. .
前記圧電薄膜の膜厚は、2μm以上6μm以下であることを特徴とする請求項11または12に記載のインクジェットヘッド。   13. The inkjet head according to claim 11, wherein the piezoelectric thin film has a thickness of 2 μm to 6 μm. 請求項11から13のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。   An ink jet printer comprising the ink jet head according to claim 11, wherein ink is ejected from the ink jet head toward a recording medium.
JP2014241617A 2014-11-28 2014-11-28 Manufacturing method of substrate with piezoelectric thin film, manufacturing method of piezoelectric actuator, manufacturing method of inkjet head, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, and inkjet printer Active JP6432311B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014241617A JP6432311B2 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Manufacturing method of substrate with piezoelectric thin film, manufacturing method of piezoelectric actuator, manufacturing method of inkjet head, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, and inkjet printer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014241617A JP6432311B2 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Manufacturing method of substrate with piezoelectric thin film, manufacturing method of piezoelectric actuator, manufacturing method of inkjet head, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, and inkjet printer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016103579A true JP2016103579A (en) 2016-06-02
JP6432311B2 JP6432311B2 (en) 2018-12-05

Family

ID=56089616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014241617A Active JP6432311B2 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Manufacturing method of substrate with piezoelectric thin film, manufacturing method of piezoelectric actuator, manufacturing method of inkjet head, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, and inkjet printer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6432311B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08128959A (en) * 1994-10-31 1996-05-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical inspection method and optical inspection device
JP2007009242A (en) * 2005-06-28 2007-01-18 Fujifilm Holdings Corp Method and apparatus for producing structure
JP2014221517A (en) * 2013-05-13 2014-11-27 コニカミノルタ株式会社 Ink jet head and driving method for the same, and ink jet printer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08128959A (en) * 1994-10-31 1996-05-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical inspection method and optical inspection device
JP2007009242A (en) * 2005-06-28 2007-01-18 Fujifilm Holdings Corp Method and apparatus for producing structure
JP2014221517A (en) * 2013-05-13 2014-11-27 コニカミノルタ株式会社 Ink jet head and driving method for the same, and ink jet printer

Also Published As

Publication number Publication date
JP6432311B2 (en) 2018-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9917245B2 (en) Piezoelectric element, method of manufacturing piezoelectric element, piezoelectric actuator, and electronic apparatus
US8215753B2 (en) Piezoelectric material, method for producing piezoelectric material, piezoelectric device and liquid discharge device
JP5808262B2 (en) Piezoelectric element and piezoelectric device
JP5621922B2 (en) Piezoelectric element and manufacturing method thereof
US20160099402A1 (en) Electromechanical conversion element, liquid drop discharge head and image forming apparatus
JP6699662B2 (en) Piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, inkjet printer, and method for manufacturing piezoelectric actuator
JP2016115755A (en) Electromechanical conversion head and image forming apparatus
US8210658B2 (en) Piezoelectric material, method for producing piezoelectric material, piezoelectric device and liquid discharge device
JP6314992B2 (en) Piezoelectric element, inkjet head, inkjet printer, and method of manufacturing piezoelectric element
JP6432311B2 (en) Manufacturing method of substrate with piezoelectric thin film, manufacturing method of piezoelectric actuator, manufacturing method of inkjet head, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, and inkjet printer
WO2015125520A1 (en) Ferroelectric thin film, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, inkjet printer and method for producing ferroelectric thin film
JP6481686B2 (en) Ferroelectric thin film, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, ink jet head and ink jet printer
JPWO2016203955A1 (en) Piezoelectric element, inkjet head, inkjet printer, and method of manufacturing piezoelectric element
JP6311718B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric actuator
JP6274308B2 (en) Piezoelectric element, method for manufacturing piezoelectric element, piezoelectric actuator, inkjet head, and inkjet printer
JP2011071150A (en) Substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric thin film element, actuator, and sensor
JP2008159605A (en) Reflection type mask blank for euv lithography, substrate with inspection film therefor and inspection method
JP6468881B2 (en) Piezoelectric thin film, method for manufacturing piezoelectric thin film, substrate with piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, piezoelectric sensor, inkjet head, and inkjet printer
WO2013058064A1 (en) Piezoelectric element and method for manufacturing same
WO2015182228A1 (en) Piezoelectric actuator, piezoelectric actuator manufacturing method, inkjet head, and inkjet printer
JP2012054317A (en) Substrate provided with piezoelectric thin film and manufacturing method thereof
JP6494031B2 (en) LAMINATED STRUCTURE, PIEZOELECTRIC ELEMENT HAVING THE SAME, METHOD FOR PRODUCING LAMINATED STRUCTURE, AND EVALUATION METHOD
US10186655B2 (en) Method for manufacturing ferroelectric thin film device
WO2017169470A1 (en) Inkjet head and inkjet printer
CN112714963A (en) Piezoelectric device and method for manufacturing piezoelectric device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170620

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180316

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180327

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180515

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181009

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181022

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6432311

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150