JP5038065B2 - Liquid discharge head and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、液体を滴として吐出する吐出口に連通する液室を備え、この液室に対応して設けられた圧電体を用いた液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head that includes a liquid chamber that communicates with a discharge port that discharges liquid as droplets and uses a piezoelectric body provided corresponding to the liquid chamber, and a method for manufacturing the liquid discharge head.
インクジェット記録装置は、カラー化が容易であり、記録品位が高く、また高速記録が可能であるという利点を有している。さらに、インクジェット記録装置は、普通紙等にも記録することができ、装置を小型化し易いといった多くの優れた利点を有していることよって、プリンタやファクシミリ等の画像記録装置として用いられている。 The ink jet recording apparatus has advantages that it can be easily colored, has high recording quality, and can perform high speed recording. Furthermore, the ink jet recording apparatus can be recorded on plain paper and the like, and has many excellent advantages such as easy miniaturization of the apparatus, so that it is used as an image recording apparatus such as a printer or a facsimile. .
インクジェット記録装置の一例としては、液体を吐出するオリフィスプレートを有するインクジェットヘッドが用いられているものがある。このオリフィスプレートは、液体の流路が設けられた流路基板と、流路基板の第1の面に設けられた個別液室と、個別液室から流路基板の第2の面に貫通する貫通路と、流路基板の第2の面に接着され貫通路に連通する吐出口とを備えている。 One example of an ink jet recording apparatus uses an ink jet head having an orifice plate for discharging a liquid. The orifice plate penetrates the second surface of the flow path substrate from the individual liquid chamber provided on the first surface of the flow path substrate, the individual liquid chamber provided on the first surface of the flow path substrate. A through path and a discharge port bonded to the second surface of the flow path substrate and communicating with the through path are provided.
インク滴の吐出を行うためには、個別液室内を加圧させる必要がある。その圧力発生手段としては、個別液室内に設置された発熱体によって液体を発泡させて液滴を吐出させるバブル型のものがある。また、他の圧力発生手段としては、個別液室の一部を形成している振動板を圧電素子によって変形させることで液滴を形成するピエゾ型のもの、静電気力で振動板を変形させることで液滴を吐出させる静電型のものが一般的に用いられている。 In order to discharge ink droplets, it is necessary to pressurize the individual liquid chambers. As the pressure generating means, there is a bubble type device in which a liquid is foamed by a heating element installed in an individual liquid chamber to discharge a droplet. Other pressure generating means include a piezo type that forms droplets by deforming a diaphragm that forms a part of an individual liquid chamber with a piezoelectric element, and deforms the diaphragm by electrostatic force. In general, an electrostatic type that discharges droplets is used.
このようなインクジェットヘッドでは、近年の画像形成の高精細化の要求に伴い、流路基板の個別液室、及び圧電素子等の圧力発生源を高密度かつ多数配列した高集積化が図られている。 In such an ink jet head, with the recent demand for higher definition of image formation, high integration is achieved by arranging a large number of pressure generating sources such as individual liquid chambers of a flow path substrate and piezoelectric elements. Yes.
これらの要求に応えるため、上述のピエゾ型のインクジェットヘッドでは、例えば振動板の全面に成膜技術によって電極や圧電体を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて個別液室に対応する電極や圧電体を加工するものが提案されている。成膜技術とフォトリソグラフィ技術を用いることによって高密度なインクジェットヘッドが実現されている。また、流路基板やオリフィスプレートにSi基板や金属部材を用いることで、流路や吐出口を高精度に形成することが可能となっている。 In order to meet these demands, in the above-described piezo-type inkjet head, for example, electrodes and piezoelectric bodies are formed on the entire surface of the diaphragm by a film formation technique, and electrodes and piezoelectric bodies corresponding to individual liquid chambers are formed using a photolithography technique. The one which processes is proposed. A high-density ink jet head is realized by using a film forming technique and a photolithography technique. Further, by using a Si substrate or a metal member for the flow path substrate or the orifice plate, the flow path or the discharge port can be formed with high accuracy.
一般的に、圧電体は、各々の個別液室に対応する位置に設けられ、個別液室の幅よりも狭い幅になるように加工されている。個別液室に対応しない領域の圧電体は膜厚分すべてが除去されている。また、これらの圧電体の加工には、近年、塩素系ガス等を用いたドライエッチング技術が導入されている。ドライエッチング法は、フッ酸や酸系の溶液でのウエットエッチング法に比べてエッチング速度やエッチング形状が制御し易く、高精度な加工が可能となっている。特許文献1には、Pt電極を有する圧電体素子の層構造をドライエッチングで加工する技術が開示されている。
しかしながら、ドライエッチング法によって圧電体を加工する際、特許文献1のように下電極がパターニングされていない構成の場合には、下電極が、エッチングの進行を止めるエッチングストップ層として機能する。このような構成で圧電体の加工を行うと、圧電体としての変位性能や機械的特性にはほとんど影響がないレベルではあるが、下電極も僅かながらエッチングされることになる。特に下電極としてPt電極を用いている場合は、圧電体の加工に用いる塩素ガスでPt電極の表面を叩いてしまい、そのPt電極の成分が、加工された圧電体の端面に付着することがある。このように、圧電体の端面に金属が付着した場合、上下電極間のショートや圧電体薄膜の破壊を引き起こす原因になる問題がある。 However, when the piezoelectric body is processed by the dry etching method, in the case where the lower electrode is not patterned as in Patent Document 1, the lower electrode functions as an etching stop layer that stops the progress of etching. When the piezoelectric body is processed with such a configuration, the lower electrode is slightly etched, although the displacement performance and mechanical characteristics of the piezoelectric body are hardly affected. In particular, when a Pt electrode is used as the lower electrode, the surface of the Pt electrode is struck with chlorine gas used for processing the piezoelectric body, and the component of the Pt electrode may adhere to the end face of the processed piezoelectric body. is there. Thus, when metal adheres to the end face of the piezoelectric body, there is a problem that causes a short circuit between the upper and lower electrodes and a breakdown of the piezoelectric thin film.
また、駆動部となる圧電体薄膜近傍の下電極が露出していた場合には、駆動中に上下電極間でショートが生じたり、電極や圧電体薄膜の破壊を招いたりする原因になる問題がある。 In addition, if the lower electrode in the vicinity of the piezoelectric thin film serving as the drive unit is exposed, there is a problem that causes a short circuit between the upper and lower electrodes during driving or causes the electrode or the piezoelectric thin film to be destroyed. is there.
そこで、本発明は、上下電極間のショートを防ぎ、圧電体膜の破損を防止することができる液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head that can prevent a short circuit between upper and lower electrodes and prevent damage to a piezoelectric film, and a method for manufacturing the liquid discharge head.
また、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と連通し液体を加圧するための液室の複数と、該複数の液室の各々に対応して設けられ、該液室の側から順に積層された下電極、圧電体膜及び上電極を有する圧電素子の複数と、を有し、前記複数の液室同士の間に対応する領域に亘って前記下電極が設けられ、少なくとも前記領域に設けられた前記下電極を前記圧電体膜が覆う液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記下電極の上に前記圧電体膜の材料膜を形成する工程と、前記圧電体膜の材料膜の、前記複数の液室同士の間に対応する領域が前記液室に対応する領域よりも膜厚が小さくなるように、前記圧電体膜の材料膜の、前記複数の液室同士の間に対応する領域をエッチングする工程と、を有する。前記形成する工程において、膜厚方向に関するエッチング速度が互いに異なる複数の圧電体膜が積層された前記材料膜を形成し、前記エッチングする工程において、前記材料膜中の前記液室側の圧電体膜をエッチングストップ層としてエッチングを行うことを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention includes a plurality of liquid chambers for pressurizing the liquid in communication with the discharge ports for discharging the liquid, and corresponding to each of the plurality of liquid chambers, A plurality of piezoelectric elements having a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode stacked in order from the liquid chamber side, and the lower electrode is provided across a corresponding region between the plurality of liquid chambers. A method of manufacturing a liquid discharge head in which the piezoelectric film covers at least the lower electrode provided in the region, the step of forming a material film of the piezoelectric film on the lower electrode, and the piezoelectric The plurality of liquids of the material film of the piezoelectric film so that a region corresponding to the space between the plurality of liquid chambers of the body film is smaller than a region corresponding to the liquid chamber. Etching a corresponding region between the chambers . In the forming step, the material film is formed by laminating a plurality of piezoelectric films having different etching rates in the film thickness direction, and in the etching step, the piezoelectric film on the liquid chamber side in the material film Etching is performed using an etching stop layer .
上述したように本発明によれば、圧電体膜の一部が下電極上に存在することによって、エッチング加工で下電極がエッチングされて圧電体膜の端面に下電極の成分が付着することを防ぐことができる。また、本発明は、下電極が圧電体膜の一部で覆われていることよって、上下電極間でのショートや圧電体膜の破壊を防ぐことができる。 As described above, according to the present invention, when a part of the piezoelectric film exists on the lower electrode, the lower electrode is etched by the etching process, and the component of the lower electrode adheres to the end face of the piezoelectric film. Can be prevented. In the present invention, since the lower electrode is covered with a part of the piezoelectric film, a short circuit between the upper and lower electrodes and the destruction of the piezoelectric film can be prevented.
以下、本発明の具体的な本実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係る液体吐出ヘッドは、例えば紙、布、革、不織布、OHPシート等に印刷するインクジェット記録ヘッドや、例えば基板、板材等の固体物に液体を付着させるパターニング装置や塗布装置等に適用可能である。以下、代表的なインクジェット記録ヘッドについて説明する。 The liquid discharge head according to the present invention is applied to, for example, an ink jet recording head that prints on paper, cloth, leather, nonwoven fabric, an OHP sheet, or a patterning device or a coating device that attaches liquid to a solid material such as a substrate or a plate. Is possible. A typical ink jet recording head will be described below.
(第1の実施形態)
図1に示すように、本実施形態のインクジェットヘッドは、インクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレート111と、このオリフィスプレート111に接合されたSi基板101とを備えている。Si基板101は、吐出口と連通しインクを加圧するための複数の個別液室102と、各個別液室102を区切る隔壁109とを有している。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the ink jet head of this embodiment includes an orifice plate 111 having an ejection port for ejecting ink, and a
また、このインクジェットヘッドは、個別液室102上に形成された振動板105と、振動板105を変位させる圧力発生手段としての圧電素子とを備えている。この圧電素子は、振動板105上に設けられており、振動板105上に順に積層された下電極106、圧電体膜(以下、便宜上、「圧電体薄膜」とも称するが、本発明は「薄膜」に限定されない)107、上電極108によって形成されている。
The ink jet head also includes a
そして、圧電体薄膜107は、個別液室102の中央に対応する領域と、隔壁109に対応する領域とを有し、隔壁109に対応する領域の膜厚が、個別液室102の中央に対応する領域の膜厚よりも小さくされている。換言すれば、圧電体薄膜107は、複数の個別液室102の間(液室同士の間)に対応する領域が、個別液室102に対応する領域よりも膜厚が小さくされている。また、圧電体薄膜107は、少なくとも複数の個別液室102の間に対応する領域に設けられた下電極108をすべて覆っている。
The piezoelectric thin film 107 has a region corresponding to the center of the
本実施形態のインクジェットヘッドは、圧電体薄膜107の変形によって振動板105を一体的に変形させることで、個別液室102内のインクを吐出口から精度良く飛翔させる。
The ink jet head of the present embodiment causes the ink in the
以上のように構成されたインクジェットヘッドの製造方法について説明する。 A method of manufacturing the ink jet head configured as described above will be described.
図2に示すように、厚さ200μmのSi基板101を用いて個別液室102等の流路を形成する。厚さ1μmの酸化膜をエッチングマスクとして用い、Siの深堀技術として知られているICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング装置を用いる。
As shown in FIG. 2, a flow path such as the individual
まず、Si基板101の表面上に、個別液室102用のエッチングマスクを形成した後、ICPエッチングで深さ100μmの個別液室102を形成する。また、個別液室102の長手方向の長さは3mmである。
First, after forming an etching mask for the
次に、Si基板101の裏面に、ノズル連通口103及び共通液室104用のパターン用エッチングマスクをそれぞれ形成し、ICPエッチング装置を用いて深さ100μmのノズル連通口103と共通液室104をそれぞれ形成する。
Next, pattern etching masks for the
Si基板101の加工後、個別液室102を覆うように、Si基板101の表面に振動板105を形成する。本実施形態では、振動板105としてSD2ガラス(HOYA社:登録商標)を陽極接合し、その後、研磨やウエットエッチングによって厚さ5μm程度の振動板105を形成した。
After processing the
次に、振動板105上に下電極106として厚さ300nmのPt膜を成膜法によって形成した後、圧電体薄膜107をなす材料膜を成膜する。圧電体薄膜107としては、鉛、チタン、ジルコニウムから構成されたPb(Zr,Ti)O3ペロブスカイト型酸化物(以下、PZTと称する)膜をスパッタ法で厚さ3μm程度に形成する。圧電体薄膜107が形成されたSi基板101をスパッタ装置から取り出した後、酸素雰囲気中において700℃で焼成を行い、PZT膜を結晶化させる。このとき、良好な圧電性が得られるように、PZT膜の組成がPb(Zr;0.52,Ti;0.48)O3となるようにする。PZT膜の組成としては、必ずしも上述の組成に限定されるものではなく、他の組成でも構わない。また、PZT膜の膜厚は3μmに限定されるものではない。
Next, after forming a Pt film having a thickness of 300 nm as the
次に、圧電体薄膜107上に、上電極108となる厚さ300nmのPt電極としてPt膜を成膜する。その後、各々の個別液室102に対応するように、圧電体薄膜107と上電極108をエッチングによって加工する。その詳細について、個別液室102を断面方向から示す図3を参照して説明する。
Next, a Pt film is formed on the piezoelectric thin film 107 as a Pt electrode having a thickness of 300 nm to be the
まず、上電極108上にフォトレジストを塗布、パターニングし、BCl3等のガスで、個別液室102に対応していない領域のPt膜をドライエッチングで除去する(図3(a))。なお、BCl3を用いたドライエッチング以外にも、Arイオンミリングによって上電極108を加工してもよい。また、本実施形態では、上電極108の長手方向の長さを3mmとしたが、必ずしもこの大きさである必要はない。
First, a photoresist is applied and patterned on the
次に、上電極108を覆うように上電極108の幅よりも少し大きいレジスト幅で再度パターニングし、圧電体薄膜107の一部を、塩素系のガスを用いたエッチングによって除去する(図3(b))。本実施形態では、Cl2とCF4の混合ガスを用いてドライエッチングを行っている。圧電体薄膜107であるPZT膜は、エッチング速度が比較的安定しており、エッチング時間を管理することで圧電体薄膜107のエッチング量を制御することができる。本実施形態では、少なくとも隔壁109に対応する領域での圧電体薄膜107が厚さ0.5μm程度となるようエッチングを行っている。さらに、圧電体薄膜107の面内方向において、パターン形状の差に起因するエッチング速度の差をより一層少なくするために、実際の駆動に用いる両端の素子の横に余分なダミーレジストパターンが設けられてもよい。
Next, patterning is performed again with a resist width slightly larger than the width of the
圧電体薄膜107は、膜厚方向のすべてがエッチングで除去されておらず、下電極106上には厚さ0.5μm程度だけ残された圧電体薄膜107bが存在している。つまり、本実施形態では、下電極106を露出させて下電極106がエッチングされるようなことがない。したがって、本実施形態によれば、下電極106等の成分が圧電体薄膜107aの端面に付着することはなく、リークや破壊の発生を防ぐことができる。さらに、個別液室102近傍の下電極106は、圧電体薄膜107bで覆われていることよって、上電極108と下電極106との間でのリークの発生や圧電素子の破壊を大幅に抑えることができる。
The piezoelectric thin film 107 is not entirely removed in the film thickness direction by etching, and the piezoelectric
なお、圧電体薄膜107のうち、エッチングされずに残った膜厚が3μmの圧電体薄膜107aの領域が駆動に実際に寄与する領域と考えられる。隔壁109上部には、厚さ0.5μm程度の圧電体薄膜107bが存在し、圧電体薄膜107全体としての変位を妨げる要因になると考えられる。しかし、本実施形態の場合、隔壁109の上部に対応する圧電体薄膜107bが存在しない構成、すなわち3μmの膜厚分すべてをエッチングで除去した場合と比較して、変位量は5%程度しか変わらなかった。したがって、隔壁109上部に対応する圧電体薄膜107bの厚さが0.5μm程度であれば、変位にほとんど影響を与えず、十分な変位量が得られている。
Of the piezoelectric thin film 107, the region of the piezoelectric
さらに、隔壁109の上部の圧電体薄膜107bの膜厚に対する変位量の減少に関して検討を重ねた。その結果、圧電体薄膜107aの膜厚が3μmで、圧電体薄膜107bの膜厚が1μm、すなわち圧電体薄膜107を膜厚2μmだけエッチングで除去し1μm分だけ残した場合であっても、変位量は15%程度しか減少しなかった。圧電体薄膜107の面内におけるエッチング速度のばらつきと変位量の減少の観点から、エッチングで除去せずに残す圧電体薄膜107bの膜厚は約1μm以下であることが望ましい。
Furthermore, investigations were repeated on the reduction of the displacement with respect to the film thickness of the piezoelectric
なお、本実施形態の構成の場合、下電極106の取り出しは、個別液室102から離れた位置で、圧電体薄膜107を膜厚3μm分すべてエッチングして除去することで、下電極106の取り出し部が形成されている。
In the case of the configuration of the present embodiment, the
最後に、Si基板101の裏面には、SiウエハがICPによって加工されて形成されたオリフィスプレート111や、SUS板等にパンチ加工で形成されたオリフィスプレート111が貼り合わせる。これによって、図1に示すように、圧電体薄膜107を用いたインクジェットヘッドが作製される。
Finally, on the back surface of the
上述したように、本実施形態によれば、下電極106上に圧電体薄膜107の一部が存在することによって、エッチング加工で下電極106の一部が除去されて下電極106の成分が圧電体薄膜107の端面に付着することを防ぐことができる。また、本実施形態のインクジェットヘッドは、下電極106が絶縁体である圧電体薄膜107の一部で覆われていることよって、上下電極108,106間でのショートや圧電体薄膜107の破壊を防ぐことができる。
As described above, according to the present embodiment, since a part of the piezoelectric thin film 107 exists on the
また、本実施形態によれば、圧電体薄膜107の膜厚方向の一部をドライエッチングによって除去することで、圧電体薄膜107を所望の形状に高精度に加工することができる。 Further, according to the present embodiment, the piezoelectric thin film 107 can be processed into a desired shape with high accuracy by removing a part of the piezoelectric thin film 107 in the film thickness direction by dry etching.
なお、本実施形態では、個別液室102の構成部材やオリフィスプレート111にSiを用いて、また振動板105の材料としてガラスを用いているが、必ずしもこれに限ったことではなく他の材料や、またその他の製造方法を用いて作製されても構わない。
In this embodiment, Si is used for the constituent member of the individual
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態のインクジェットヘッドについて説明する。
(Second Embodiment)
Next, an ink jet head according to a second embodiment will be described.
図4に示すように、本実施形態のインクジェットヘッドは、インクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレート211と、このオリフィスプレート211に接合されたSOIウエハ201とを備えている。SOIウエハ201は、吐出口と連通しインクを加圧するための複数の個別液室と、各個別液室を区切る隔壁とを有している。
As shown in FIG. 4, the ink jet head of this embodiment includes an
SOIウエハ201には、圧力発生手段としての圧電素子が設けられている。この圧電素子は、SOIウエハ201上に順に積層された下電極202、圧電体薄膜203、上電極204によって形成されている。また、本実施形態では、圧電体薄膜203が、積層された圧電体薄膜上部203bと圧電体薄膜下部203aを有している。
The
そして、圧電体薄膜203は、個別液室の中央に対応する領域と、隔壁に対応する領域とを有し、隔壁に対応する領域に位置する圧電体薄膜下部203bの膜厚が、個別液室の中央に対応する領域に位置する圧電体薄膜上部203aの膜厚よりも小さくされている。
The piezoelectric
以上のように構成されたインクジェットヘッドの製造方法について説明する。 A method of manufacturing the ink jet head configured as described above will be described.
図5(a)に示すように、厚さ200μmのSOIウエハ201上に、下電極202として密着層のTiを厚さ10nm、Pt膜を厚さ200nmでそれぞれ成膜する。続いて、下電極202の上に、圧電体薄膜203を形成する。したがって、この圧電体薄膜203は、膜厚方向に関するエッチング速度が互いに異なる、圧電体薄膜下部203aと圧電体薄膜上部203bとが積層された2層の材料膜で形成される。
As shown in FIG. 5A, an adhesion layer of Ti having a thickness of 10 nm and a Pt film of 200 nm are formed as a
圧電体薄膜下部203aの形成工程では、まず図5(b)に示すように、下電極202上に、鉛、チタン、ジルコニウムから構成されたPb(Zr,Ti)O3ペロブスカイト型酸化物(以下、PZTと称する)膜をスパッタ法によって厚さ0.2μmで成膜する。下電極202上にPZT膜が形成されたSOIウエハ201をスパッタ装置から取り出した後、酸素雰囲気中において700℃で焼成を行い、結晶化された多結晶のPZT膜を形成する。このとき、良好な圧電性を得るため、PZT膜の組成がPb(Zr;0.52,Ti;0.48)O3となるようにする。PZT膜の組成としては、必ずしも上述の組成に限定されず、他の組成でも構わない。その後、図5(c)に示すように、再びPZT膜を厚さ2.8μmでスパッタ法によって成膜することで、このPZT膜を圧電体薄膜上部203bとする。
In the step of forming the piezoelectric thin film
次に、図5(d)に示すように、圧電体薄膜上部203bの上に上電極204となるPt電極として厚さ200nmのPt膜を成膜する。また、上電極204として、Pt/Ti膜を成膜してもよい。なお、Tiは、Pt膜と圧電体薄膜上部203bとの密着層の役割を果たす。
Next, as shown in FIG. 5D, a Pt film having a thickness of 200 nm is formed as a Pt electrode to be the
その後、上電極204と圧電体薄膜203とをエッチングによって加工する。その詳細について、図6を参照して説明する。
Thereafter, the
まず、図6(a)に示すように、上電極204上にフォトレジストを塗布、パターニングし、BCl3等のガスでPt部をドライエッチングする。BCl3を用いたドライエッチング以外にも、Arイオンミリングによって上電極204を加工してもよい。
First, as shown in FIG. 6A, a photoresist is applied and patterned on the
次に、図6(b)に示すように、圧電体薄膜上部203bを塩素系のガスでエッチングする。本実施形態では、上電極204で用いたフォトマスクを用いて、圧電体薄膜上部203bの幅と上電極204の幅とが同じになるようにエッチングしている。なお、圧電体薄膜上部203bをエッチングする際のフォトマスクは、上電極204を覆うように新たにレジストでパターニングして、それをフォトマスクとしてもよい。
Next, as shown in FIG. 6B, the piezoelectric thin film
圧電体薄膜上部203bのエッチング速度は比較的安定しており、エッチング時間の調整によってエッチング量を調整することができる。さらに、圧電体薄膜203をなす材料膜中において、結晶化されている圧電体薄膜下部203aのエッチング速度は、結晶化されていない圧電体薄膜上部203bのエッチング速度に比べて遅い。したがって、個別液室206側(液室側)に位置する圧電体薄膜下部203aは、エッチングストップ層としての役割を果たし、圧電体薄膜上部203bを精度良くエッチングすることができる。
The etching rate of the piezoelectric thin film
続いて、再び酸素雰囲気中において700℃で焼成を行い、結晶化されていない圧電体薄膜上部203bのPZT膜を結晶化させ、多結晶のPZT膜を得る。良好な圧電性を得るため、PZT膜の組成がPb(Zr;0.52,Ti;0.48)O3となるようにする。なお、PZT膜の組成としては、必ずしも上述の組成に限定されず、他の組成でも構わない。
Subsequently, baking is performed again at 700 ° C. in an oxygen atmosphere, and the PZT film on the uncrystallized piezoelectric
圧電体薄膜203は、膜厚方向のすべてをエッチングして除去されておらず、下電極202上に厚さ0.2μm程度の圧電体薄膜下部203aが存在している。つまり、本実施形態では、下電極202が露出されてこの下電極202がエッチングされるようなことがない。したがって、圧電体薄膜203のエッチング時に下電極202の成分が圧電体薄膜203の端面に付着し、それが原因となって上下電極204,202間でのショートが発生することはない。さらに、個別液室206近傍の下電極202は、圧電体薄膜203で覆われていることよって、上電極204と下電極202との間でのリークの発生や破壊を抑えることができる。また、圧電体薄膜203と下電極202との密着面積が広いので、圧電体薄膜203が剥がれ難い。
The piezoelectric
なお、本実施形態では、加工前の圧電体薄膜上部203bとして結晶化されていないPZT膜、圧電体薄膜下部203aとして結晶化されたPZT膜を用いたが、必ずしもこの構成にする必要はない。例えば圧電体薄膜上部203bとして多結晶のPZT膜、圧電体薄膜下部203aとして単結晶のPZT膜という構成や、その逆の組み合わせ、また圧電体薄膜上部203bと圧電体薄膜下部203aともに単結晶のPZT膜であっても構わない。さらに、圧電体薄膜203としては、PZT膜のみに限定されず、チタン酸バリウムや酸化亜鉛などであっても構わない。
In this embodiment, an uncrystallized PZT film is used as the piezoelectric thin film
その後、図6(c)に示すように、SOIウエハ201の裏面側からSOIウエハ201の酸化膜205をエッチングストップ層としてエッチングを行い、個別液室206を形成する。エッチングには、Siの深堀技術として知られているICPエッチング装置を用いる。なお、SOIウエハ201のSi単結晶部が振動板207として機能する。
Thereafter, as shown in FIG. 6C, etching is performed from the back surface side of the
最後に、SOIウエハ201の裏面に、Si基板をICPによって加工して形成されたオリフィスプレート211を接合することで、図4に示すように、圧電体薄膜203を用いたインクジェットヘッドが作製される。
Finally, an inkjet head using a piezoelectric
上述したように、本実施形態は、圧電体薄膜203が、膜厚方向に対するエッチング速度が異なる圧電体薄膜上部203bと圧電体薄膜下部203aとが積層されてなる。この構成によって、圧電体薄膜203をエッチング加工する際に、膜厚方向すべてをエッチングせずに途中でエッチングの進行を円滑に停止させることができる。
As described above, in the present embodiment, the piezoelectric
また、本実施形態では、圧電体薄膜203は、圧電体薄膜下部203aをエッチングストップ層として、圧電体薄膜上部203bの一部がエッチングされる。これによって、圧電体薄膜上部203bと圧電体薄膜下部203aとのエッチング速度が異なることを利用して、圧電体薄膜上部203bを高精度にエッチングすることができる。
In the present embodiment, the piezoelectric
また、本実施形態は、圧電体薄膜203のエッチング加工の前において、圧電体薄膜上部203bが未結晶化状態であり、圧電体薄膜下部203aが結晶化状態である。これによって、圧電体薄膜203の膜厚方向に対するエッチング速度が比較的早い部分と比較的遅い部分とが容易に形成される。
In the present embodiment, before the piezoelectric
また、本実施形態によれば、圧電体薄膜203のエッチング加工工程の後に圧電体薄膜上部203bを結晶化させることで、所望の圧電特性を有する圧電体薄膜203を形成することができる。
In addition, according to the present embodiment, the piezoelectric
なお、本実施形態では、個別液室206や振動板207の形成部材としてSOIウエハを用いて、オリフィスプレート211としてSi基板を用いているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、他のウエハやその他の製造方法が用いられてもよい。
In this embodiment, an SOI wafer is used as a member for forming the individual
101 Si基板
102 個別液室
103 ノズル連通口
104 共通液室
105 振動板
106 下電極
107 圧電体薄膜
108 上電極
109 隔壁
111 オリフィスプレート
101
Claims (4)
前記下電極の上に前記圧電体膜の材料膜を形成する工程と、
前記圧電体膜の材料膜の、前記複数の液室同士の間に対応する領域が、前記液室に対応する領域よりも膜厚が小さくなるように、前記圧電体膜の材料膜の、前記複数の液室同士の間に対応する領域をエッチングする工程と、を有し、
前記形成する工程において、膜厚方向に関するエッチング速度が互いに異なる複数の圧電体膜が積層された前記材料膜を形成し、前記エッチングする工程において、前記材料膜中の前記液室側の圧電体膜をエッチングストップ層としてエッチングを行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A plurality of liquid chambers for communicating with a discharge port for discharging a liquid, and a lower electrode and a piezoelectric body provided corresponding to each of the plurality of liquid chambers and stacked in order from the liquid chamber side A plurality of piezoelectric elements having a film and an upper electrode, wherein the lower electrode is provided over a corresponding region between the plurality of liquid chambers, and the lower electrode provided at least in the region is A method of manufacturing a liquid discharge head covered by a piezoelectric film,
Forming a material film of the piezoelectric film on the lower electrode;
The material film of the piezoelectric film is formed such that a region corresponding to the space between the plurality of liquid chambers of the material film of the piezoelectric film is smaller than a region corresponding to the liquid chamber. an area corresponding to between the adjacent plurality of liquid chambers possess and etching, a,
In the forming step, the material film is formed by laminating a plurality of piezoelectric films having different etching rates in the film thickness direction, and in the etching step, the piezoelectric film on the liquid chamber side in the material film Etching is performed using as an etching stop layer, and a method for manufacturing a liquid discharge head is provided.
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