JP5410780B2 - 成膜方法、成膜装置、圧電体膜、圧電素子、及び液体吐出装置 - Google Patents
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本発明はまた、ターゲットと成膜される膜との組成ずれが抑制され、所望組成を安定的に得ることが可能な圧電体膜を提供することを目的とするものである。
前記基板を前記ターゲットの構成元素が付着する壁面で囲むと共に、該壁面に対して物理的な処理を行って該壁面に付着した成分を成膜雰囲気中に放出させながら、前記成膜を行うことを特徴とするものである。
内部に互いに対向配置された基板ホルダ及びターゲットホルダが装着された真空容器と、
前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空容器内にプラズマ化させるガスを導入するガス導入手段とを備え、
プラズマを用いた気相成長法により基板上にターゲットの構成元素を含む膜を成膜する成膜装置において、
前記基板ホルダはターゲットの構成元素が付着する壁面で囲まれていると共に、該壁面には、該壁面に対して物理的な処理を行って該壁面に付着した成分を成膜雰囲気中に放出させる物理的処理手段が接続されていることを特徴とするものである。
本発明の圧電素子は、上記の本発明の圧電体膜と、該圧電体膜に対して電界を印加する電極とを備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、ターゲットと成膜される膜との組成ずれが抑制され、所望組成を安定的に得ることが可能な圧電体膜を提供することができる。
本発明の成膜方法は、基板とターゲットとを対向させて、プラズマを用いた気相成長法により前記基板上に前記ターゲットの構成元素を含む膜を成膜する成膜方法において、
前記基板を前記ターゲットの構成元素が付着する壁面で囲むと共に、該壁面に対して物理的な処理を行って該壁面に付着した成分を成膜雰囲気中に放出させながら、前記成膜を行うことを特徴とするものである。
本発明が適用可能な気相成長法としては、2極スパッタリング法、3極スパッタリング法、直流スパッタリング法、高周波スパッタリング法(RFスパッタリング法)、ECRスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、パルススパッタ法、及びイオンビームスパッタリング法等のスパッタリング法が挙げられる。本発明が適用可能な気相成長法としては、スパッタリング法の他、イオンプレーティング法、及びプラズマCVD法等が挙げられる。
本発明は、下記一般式(P)で表される1種又は2種以上のペロブスカイト型酸化物を主成分とする圧電体膜の成膜に好ましく適用できる。
一般式ABO3・・・(P)
(A:Aサイトの元素であり、Pb,Ba,Sr,Bi,Li,Na,Ca,Cd,Mg,K,及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
B:Bサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Mg,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,Ni,Hf,及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
O:酸素。
Aサイト元素とBサイト元素と酸素元素のモル比は1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。)
本明細書において、「主成分」とは、含量80モル%以上の成分と定義する。
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系;
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
本発明は、下記一般式(S)で表されるZn含有酸化物を含む膜の成膜に好ましく適用できる。
InxMyZnzO(x+3y/2+3z/2) ・・・(S)
(式中、MはIn,Fe,Ga,及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素である。x,y,zはいずれも0超の実数である。)
図面を参照して、本発明に係る第1実施形態の成膜装置について説明する。図1は装置の全体構成を示す断面図である。本実施形態では高周波スパッタリング装置(RFスパッタリング装置)を例として説明する。
図面を参照して、本発明に係る第2実施形態の成膜装置について説明する。図2は装置の全体構成を示す断面図である。第1実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。
上記第2実施形態において、物理的処理手段22を、高周波交流電源あるいは直流電源等のマイナス電位印加手段により構成し、真空容器10の少なくとも内壁面10Sに対してマイナス電位を印加可能な構成としてもよい。かかる構成では、通常プラスイオンであるプラズマイオンが真空容器10の内壁面10Sに引き込まれ、このプラズマイオンによって真空容器10の内壁面10Sがスパッタされるので、この面に付着した成分を成膜雰囲気中に放出させることができ、上記の本発明の成膜方法を実施することができる。
図面を参照して、本発明に係る第3実施形態の成膜装置について説明する。図3は装置の全体構成を示す断面図である。第1実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明を省略する。
上記第3実施形態において、物理的処理手段23を高周波交流電源等の交流電圧印加手段により構成し、壁部材41の少なくとも面41Sに対して交流電圧を印加可能な構成としてもよい。かかる構成では、壁部材41の面41Sがプラズマ電極となり、この面をプラズマ状態とすることができ、この面に付着した成分を成膜雰囲気中に放出させることができ、上記の本発明の成膜方法を実施することができる。
図4を参照して、本発明に係る一実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)の構造について説明する。図4はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図(圧電素子の厚み方向の断面図)である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
図5及び図6を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド6を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図5は装置全体図であり、図6は部分上面図である。
印字部102をなすヘッド6K,6C,6M,6Yが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド6である。
ロール紙を使用する装置では、図5のように、デカール処理部120の後段に裁断用のカッター128が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター128は、記録紙116の搬送路幅以上の長さを有する固定刃128Aと、該固定刃128Aに沿って移動する丸刃128Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃128Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃128Bが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター128は不要である。
吸着ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部102の上流側に、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
印字検出部124は、印字部102の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
後乾燥部142の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ145で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター148を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。
インクジェット記記録装置100は、以上のように構成されている。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
25mm角のシリコン基板上にスパッタリング法により、10nm厚のTi膜と150nm厚のIr下部電極とを順次成膜した。得られた基板上に、RFスパッタリング法により4μm厚のPZT圧電体膜を成膜した。
ターゲット:Pb1.1(Zr0.5Ti0.5)O3焼結体(4インチφ)、
基板温度:500℃、
成膜ガス:Ar/O2=97.5/2.5(流量比)、
成膜圧力:0.5Pa、
ターゲット−基板間距離:80mm、
RFパワー:200W。
壁部材を冷却して、壁部材の基板ホルダ側の面を約30℃(室温レベル)に調整して成膜を行った以外は実施例1と同様にして、PZT膜の成膜を実施した。
得られたPZT膜についてXRD分析を実施したところ、パイロクロア構造であり、ペロブスカイト構造を得ることができなかった。得られたPZT膜についてXRF組成分析を実施したところ、Pb:Zr:Ti(モル比)=0.9:0.5:0.5であり、ターゲット組成よりもPb量が少ない組成であった。
実施例1と同様に、壁部材の基板ホルダ側の面にダミー基板を取り付けて、ダミー基板の成膜速度を求めたところ0.40μm/hであった。
25mm角シリコン基板上にRFスパッタリング法により、4μm厚のInGaZnO4膜を成膜した。本実施例では、壁部材に高周波交流電源が取り付けられた以外は実施例1と同様の成膜装置を用いた。壁部材に印加するRFパワーは100Wとした。壁部材の基板ホルダ側の面の電位は、−150Vであった。壁部材の基板ホルダ側の面の電位と壁部材の基板ホルダ側の面から1〜2cm離れた位置のプラズマ電位との差は、約30Vであった。
ターゲット:InGaZnO4焼結体(4インチφ)、
基板温度:200℃、
成膜ガス:Ar/O2=90/10(流量比)、
成膜圧力:0.5Pa、
ターゲット−基板間距離:80mm、
RFパワー:200W。
壁部材の基板ホルダ側の面にダミー基板を取り付けて、ダミー基板の成膜速度を求めたところ0.20μm/hであった。壁部材に対する交流電圧印加処理を行った本実施例では、壁部材に対する交流電圧印加処理を行わなかった後記比較例2に比較して、ダミー基板の成膜速度が小さく、壁部材の基板ホルダ側の面に付着した成分が成膜雰囲気中に放出されていることが実証された。
壁部材に対する交流電圧印加処理を行わなかった以外は実施例2と同様にして、InGaZnO4膜の成膜を実施した。
得られた膜についてXRF組成分析を実施したところ、In:Ga:Zn(モル比)=1.0:0.8:0.7であり、ターゲット組成よりもGa及びZrの量が少ない組成であった。実施例2と同様に、壁部材の基板ホルダ側の面にダミー基板を取り付けて、ダミー基板の成膜速度を求めたところ0.35μm/hであった。
10 真空容器
10S 真空容器の内壁面
11 基板ホルダ
12 ターゲットホルダ(プラズマ電極)
14 プラズマ発生手段
18 ガス導入管(ガス導入手段)
21、22、23 物理的処理手段
41 壁部材
41S 壁部材の基板ホルダ側の面
G ガス
B 基板
T ターゲット
5 圧電素子
6,6K,6C,6M,6Y インクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)
50 基板
51 下部電極
52 圧電体膜
53 上部電極
70 インクノズル(液体貯留吐出部材)
71 インク室(液体貯留室)
72 インク吐出口(液体吐出口)
100 インクジェット式記録装置(液体吐出装置)
Claims (8)
- 基板とターゲットとを対向させて、スパッタリング法により前記基板上に前記ターゲットの構成元素を含む膜を成膜する成膜方法において、
前記基板を前記ターゲットの構成元素が付着する壁面で囲むと共に、該壁面に対して100℃以上の加熱処理を行って該壁面に付着した成分を成膜雰囲気中に放出させながら、前記成膜を行うものであり、
前記壁面は前記成膜が行われる真空容器の内壁面、若しくは前記基板と前記真空容器との間に設けられた壁部材の面であることを特徴とする成膜方法。 - 前記膜は、非金属かつ非半金属の元素を除いて複数の元素を含む膜であり、かつ、該複数の元素のうち、最もスパッタ率の大きい元素のスパッタ率が、最もスパッタ率の小さい元素のスパッタ率の1.5倍以上の膜であることを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。
- 前記加熱処理が150℃以上の加熱処理であることを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜方法。
- 前記加熱処理が200℃以上の加熱処理であることを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜方法。
- 前記膜は圧電体膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記膜は下記一般式(P)で表される1種又は2種以上のペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項5に記載の成膜方法。
一般式ABO3・・・(P)
(A:Aサイトの元素であり、Pb,Ba,Sr,Bi,Li,Na,Ca,Cd,Mg,K,及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
B:Bサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Mg,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,Ni,Hf,及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
O:酸素。
Aサイト元素とBサイト元素と酸素元素のモル比は1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。) - 前記膜は、前記一般式(P)で表され、かつAサイトがPb,Bi,及びBaからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属元素を含む1種又は2種以上のペロブスカイト型酸化物を含むことを特徴とする請求項6に記載の成膜方法。
- 前記膜は、前記一般式(P)で表され、かつAサイトがPbを含む1種又は2種以上のペロブスカイト型酸化物を含むことを特徴とする請求項7に記載の成膜方法。
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