JP5919814B2 - Method for manufacturing electromechanical transducer, method for manufacturing droplet discharge head - Google Patents

Method for manufacturing electromechanical transducer, method for manufacturing droplet discharge head Download PDF

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Description

本発明は、電気機械変換素子の製造方法、及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an electro-mechanical conversion element, and a method of manufacturing a droplet discharge head.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置及び液体吐出ヘッドに関して、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力室と、圧力室内のインクを加圧する圧電素子等の電気機械変換素子とを有するものが知られている。   2. Related Art An ink jet recording apparatus and a liquid ejection head used as an image recording apparatus or an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, etc., a nozzle for ejecting ink droplets, a pressure chamber communicating with the nozzle, and ink in the pressure chamber are added. A device having an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element for pressing is known.

電気機械変換素子は、例えば、下部電極上に電気機械変換膜及び上部電極を積層した構造を有する。薄膜である電気機械変換膜は、例えば、スパッタリング法、MOCVD法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法等により製造できる。   The electromechanical conversion element has, for example, a structure in which an electromechanical conversion film and an upper electrode are stacked on a lower electrode. The electromechanical conversion film which is a thin film can be produced by, for example, a sputtering method, an MOCVD method, a vacuum deposition method, an ion plating method, a sol-gel method, an aerosol deposition method, or the like.

ここで、一例としてゾルゲル法を用いた電気機械変換膜の製造方法について説明する。まず、下部電極上に疎水性膜のパターンを形成する(工程1)。下部電極上の疎水性膜のパターンが形成されていない部分は親水性である。次に、下部電極上の親水性部分(疎水性膜のパターンが形成されていない部分)のみに電気機械変換膜の前駆体塗膜を形成し熱処理を行う(工程2)。この熱処理により、疎水性膜のパターンは消失する。   Here, a method for manufacturing an electromechanical conversion film using a sol-gel method will be described as an example. First, a hydrophobic film pattern is formed on the lower electrode (step 1). The portion of the lower electrode where the hydrophobic film pattern is not formed is hydrophilic. Next, a precursor coating film of the electromechanical conversion film is formed only on the hydrophilic part (the part where the hydrophobic film pattern is not formed) on the lower electrode, and heat treatment is performed (step 2). By this heat treatment, the pattern of the hydrophobic film disappears.

電気機械変換膜の前駆体塗膜は薄いため、1回の処理では所定の膜厚に形成することはできない。そこで、工程1及び工程2を必要回数繰り返すことにより、電気機械変換膜の前駆体塗膜を積層し、所定の膜厚の電気機械変換膜を製造する。   Since the precursor coating film of the electromechanical conversion film is thin, it cannot be formed in a predetermined film thickness by a single treatment. Therefore, by repeating Step 1 and Step 2 as many times as necessary, the precursor coating film of the electromechanical conversion film is laminated to produce an electromechanical conversion film having a predetermined film thickness.

しかしながら、上記電気機械変換膜の製造方法において、工程2の熱処理にはホットプレートや電気炉、レーザ等が使用されるが、熱の拡散等により加熱対象物である前駆体塗膜の所望の領域のみを加熱することが困難であり、基板へダメージが生じたりする問題があった。   However, in the method for producing an electromechanical conversion film, a hot plate, an electric furnace, a laser, or the like is used for the heat treatment in Step 2, but a desired region of the precursor coating film to be heated by heat diffusion or the like. However, it was difficult to heat only the substrate, and there was a problem that the substrate was damaged.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、加熱対象物の所望の領域のみを選択的に加熱可能な電気機械変換素子の製造方法を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of said point, and makes it a subject to provide the manufacturing method of the electromechanical conversion element which can selectively heat only the desired area | region of a heating target object.

本電気機械変換素子の製造方法は、基板上に金属電極を成膜する工程と、前記金属電極上に酸化物電極を成膜する工程と、前記酸化物電極上に、金属膜を形成する工程と、前記金属膜を部分的に除去して前記酸化物電極の一部を露出する開口部を形成する工程と、前記開口部内に露出する前記酸化物電極上に、インクジェットヘッドから機能性インクを吐出する工程と、前記酸化物電極上の前記機能性インクにレーザ光を照射して結晶化することで電気機械変換膜を形成する工程と、を有し、前記酸化物電極の前記レーザ光に対する光吸収率は、前記金属膜の前記レーザ光に対する光吸収率よりも高く、前記機能性インクにレーザ光を照射して前記酸化物電極を加熱することによって、前記機能性インクを間接加熱することを要件とする。

Production method of the present electromechanical transducer is formed a step of forming a metal electrode on a substrate, a step of forming the oxide electrode on the metal electrode, on the oxide electrode, a gold Shokumaku A step of partially removing the metal film to form an opening exposing a portion of the oxide electrode; and a functional ink from an inkjet head on the oxide electrode exposed in the opening. And a step of forming an electromechanical conversion film by irradiating the functional ink on the oxide electrode with a laser beam to crystallize the laser beam of the oxide electrode. the light absorption rate for, the rather high than the light absorption rate with respect to the laser beam of the metal film, by heating the oxide electrode by irradiating a laser beam to the functional ink, indirectly heating the functional ink and requirements to be.

本発明によれば、加熱対象物の所望の領域のみを選択的に加熱可能な電気機械変換素子の製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the electromechanical conversion element which can selectively heat only the desired area | region of a heating target object can be provided.

電気機械変換素子を用いた液体吐出ヘッドを例示する断面図(その1)である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a liquid discharge head using an electromechanical conversion element (part 1); 電気機械変換素子を用いた液体吐出ヘッドを例示する断面図(その2)である。FIG. 6 is a cross-sectional view (part 2) illustrating a liquid discharge head using an electromechanical conversion element. 第1の実施の形態に係る薄膜製造装置を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates the thin film manufacturing apparatus concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態に係る薄膜製造工程を例示する図(その1)である。It is a figure (the 1) which illustrates the thin film manufacturing process which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る薄膜製造工程を例示する図(その2)である。It is FIG. (The 2) which illustrates the thin film manufacturing process which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る薄膜製造工程を例示する図(その3)である。FIG. 3 is a third diagram illustrating a thin film manufacturing process according to the first embodiment; 第2の実施の形態に係る薄膜製造工程を例示する図(その1)である。It is FIG. (The 1) which illustrates the thin film manufacturing process which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る薄膜製造工程を例示する図(その2)である。It is FIG. (The 2) which illustrates the thin film manufacturing process which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る薄膜製造工程を例示する図(その3)である。It is FIG. (The 3) which illustrates the thin film manufacturing process which concerns on 2nd Embodiment. インクジェット記録装置を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates an inkjet recording device. インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。It is a side view which illustrates the mechanism part of an inkjet recording device. SAM膜形成部位において水の接触角を測定した写真である。It is the photograph which measured the contact angle of water in the SAM film formation site. SAM膜除去部位において水の接触角を測定した写真である。It is the photograph which measured the contact angle of water in the SAM film removal site | part. 本実施例で作製した電気機械変換素子のP−Eヒステリシス曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the PE hysteresis curve of the electromechanical conversion element produced in the present Example.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

〈第1の実施の形態〉
[薄膜]
まず、第1の実施の形態に係る薄膜製造装置で製造される薄膜の一例として、電気機械変換素子を構成する電気機械変換膜について説明する。電気機械変換素子は、例えば、インクジェット記録装置において使用する液体吐出ヘッドの構成部品として用いられる。図1は、電気機械変換素子を用いた液体吐出ヘッドを例示する断面図である。
<First Embodiment>
[Thin film]
First, an electromechanical conversion film constituting an electromechanical conversion element will be described as an example of a thin film manufactured by the thin film manufacturing apparatus according to the first embodiment. The electromechanical transducer is used, for example, as a component part of a liquid discharge head used in an ink jet recording apparatus. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a liquid discharge head using an electromechanical transducer.

図1を参照するに、液滴吐出ヘッド1は、ノズル板10と、圧力室基板20と、振動板30と、電気機械変換素子40とを有する。ノズル板10には、インク滴を吐出するノズル11が形成されている。ノズル板10、圧力室基板20、及び振動板30により、ノズル11に連通する圧力室21(インク流路、加圧液室、加圧室、吐出室、液室等と称される場合もある)が形成されている。振動板30は、インク流路の壁面の一部を形成している。   Referring to FIG. 1, the droplet discharge head 1 includes a nozzle plate 10, a pressure chamber substrate 20, a vibration plate 30, and an electromechanical conversion element 40. The nozzle plate 10 is formed with nozzles 11 that eject ink droplets. The nozzle plate 10, the pressure chamber substrate 20, and the vibration plate 30 may be referred to as a pressure chamber 21 (an ink channel, a pressurized liquid chamber, a pressurized chamber, a discharge chamber, a liquid chamber, or the like) that communicates with the nozzle 11. ) Is formed. The diaphragm 30 forms part of the wall surface of the ink flow path.

電気機械変換素子40は、密着層41と、下部電極となる金属電極42及び酸化物電極43と、電気機械変換膜44と、上部電極となる酸化物電極45及び金属電極46とを含んで構成され、圧力室21内のインクを加圧する機能を有する。密着層41は、例えばTi、TiO、TiN、Ta、Ta、Ta等からなる層であり、金属電極42と振動板30との密着性を向上する機能を有する。但し、密着層41は、電気機械変換素子40の必須の構成要素ではない。 The electromechanical conversion element 40 includes an adhesion layer 41, a metal electrode 42 and an oxide electrode 43 serving as a lower electrode, an electromechanical conversion film 44, and an oxide electrode 45 and a metal electrode 46 serving as an upper electrode. And has a function of pressurizing the ink in the pressure chamber 21. The adhesion layer 41 is a layer made of, for example, Ti, TiO 2 , TiN, Ta, Ta 2 O 5 , Ta 3 N 5 or the like, and has a function of improving the adhesion between the metal electrode 42 and the vibration plate 30. However, the adhesion layer 41 is not an essential component of the electromechanical conversion element 40.

電気機械変換素子40において、下部電極となる金属電極42及び酸化物電極43と上部電極となる酸化物電極45及び金属電極46との間に電圧が印加されると、電気機械変換膜44が機械的に変位する。電気機械変換膜44の機械的変位にともなって、振動板30が例えば横方向(d31方向)に変形変位し、圧力室21内のインクを加圧する。これにより、ノズル11からインク滴を吐出させることができる。   In the electromechanical conversion element 40, when a voltage is applied between the metal electrode 42 and the oxide electrode 43 serving as the lower electrode and the oxide electrode 45 and the metal electrode 46 serving as the upper electrode, the electromechanical conversion film 44 is mechanically moved. Is displaced. With the mechanical displacement of the electromechanical conversion film 44, the vibration plate 30 is deformed and displaced, for example, in the lateral direction (d31 direction), and pressurizes the ink in the pressure chamber 21. Thereby, ink droplets can be ejected from the nozzle 11.

なお、図2に示すように、液滴吐出ヘッド1を複数個並設し、液滴吐出ヘッド2を構成することもできる。   As shown in FIG. 2, a plurality of droplet discharge heads 1 can be arranged in parallel to form the droplet discharge head 2.

電気機械変換膜44の材料としては、例えば、PZTを用いることができる。PZTとはジルコン酸鉛(PbZrO)とチタン酸鉛(PbTiO)の固溶体である。例えば、PbZrOとPbTiOの比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53、Ti0.47)O、一般にはPZT(53/47)と示されるPZT等を使用することができる。PbZrOとPbTiOの比率によって、PZTの特性が異なる。 As a material of the electromechanical conversion film 44, for example, PZT can be used. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ). For example, the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 is 53:47, and the chemical formula indicates Pb (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 , PZT generally indicated as PZT (53/47), etc. Can be used. The characteristics of PZT vary depending on the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 .

電気機械変換膜44としてPZTを使用する場合、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を使用し、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ、PZT前駆体溶液を作製する。酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物の混合量は、所望のPZTの組成(PbZrOとPbTiOの比率)に応じて、当業者が適宜選択できるものである。 When PZT is used as the electromechanical conversion film 44, lead acetate, a zirconium alkoxide compound, and a titanium alkoxide compound are used as starting materials and dissolved in methoxyethanol as a common solvent to prepare a PZT precursor solution. The mixing amount of the lead acetate, zirconium alkoxide compound, and titanium alkoxide compound can be appropriately selected by those skilled in the art depending on the desired composition of PZT (ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 ).

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

電気機械変換膜44の材料として、例えば、チタン酸バリウム等を用いても構わない。この場合は、バリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することが可能である。   As a material of the electromechanical conversion film 44, for example, barium titanate or the like may be used. In this case, it is possible to prepare a barium titanate precursor solution by using barium alkoxide and a titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving them in a common solvent.

これら材料は一般式ABOで記述され、A=Pb、Ba、Sr B=Ti、Zr、Sn、Ni、Zn、Mg、Nbを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として(Pb1−x、Ba)(Zr、Ti)O、(Pb1−x、Sr)(Zr、Ti)O、と表され、これはAサイトのPbを一部BaやSrで置換した場合である。このような置換は2価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。 These materials are described by the general formula ABO 3 and correspond to composite oxides containing A = Pb, Ba, Sr B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, and Nb as main components. The specific description is expressed as (Pb 1-x , Ba) (Zr, Ti) O 3 , (Pb 1-x , Sr) (Zr, Ti) O 3 , which is the same as Pb of the A site. This is a case where the part Ba or Sr is substituted. Such substitution is possible with a divalent element, and the effect thereof has an effect of reducing characteristic deterioration due to evaporation of lead during heat treatment.

金属電極42の材料としては、高い耐熱性を有し、下記に示すアルカンチオールとの反応により、SAM膜を形成する金属等を用いることができる。具体的には、低い反応性を有するルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、プラチナ(Pt)等の白金族金属や、これら白金族金属を含む合金材料等を用いることができる。   As a material of the metal electrode 42, a metal or the like that has high heat resistance and forms a SAM film by reaction with alkanethiol described below can be used. Specifically, platinum group metals such as ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir) and platinum (Pt) having low reactivity, and these platinum group metals An alloy material containing can be used.

酸化物電極43の材料としては、導電性酸化物を用いることができる。導電性酸化物としては、具体的には、化学式ABOで記述され、A=Sr、Ba、Ca、La、 B=Ru、Co、Ni、を主成分とする複合酸化物があり、SrRuOやCaRuO、これらの固溶体である(Sr1−x Ca)Oのほか、LaNiOやSrCoO、更にはこれらの固溶体である(La, Sr)(Ni1−y Co)O (y=1でも良い)が挙げられる。それ以外の酸化物材料として、IrO、RuOも挙げられる。 As a material of the oxide electrode 43, a conductive oxide can be used. As the conductive oxide, specifically, there is a composite oxide described by the chemical formula ABO 3 and having A = Sr, Ba, Ca, La, B = Ru, Co, Ni as main components, and SrRuO 3 And CaRuO 3 , (Sr 1-x Ca x ) O 3 which is a solid solution thereof, LaNiO 3 and SrCoO 3 , and further, (La, Sr) (Ni 1-y Co y ) O 3 which is a solid solution thereof. (Y may be 1). Other oxide materials include IrO 2 and RuO 2 .

金属電極42及び酸化物電極43は、例えば、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜法等の方法により作製することができる。金属電極42及び酸化物電極43からなる下部電極は、電気機械変換素子40に信号入力する際の共通電極として電気的接続をするので、その下部にある振動板30は絶縁体又は表面が絶縁処理された導体を用いることができる。   The metal electrode 42 and the oxide electrode 43 can be produced by a method such as a vacuum film-forming method such as a sputtering method or vacuum deposition, for example. The lower electrode composed of the metal electrode 42 and the oxide electrode 43 is electrically connected as a common electrode when inputting a signal to the electromechanical transducer 40. Therefore, the diaphragm 30 below the insulator or the surface thereof is insulated. Conductors can be used.

上部電極において、金属電極46の材料としては、金属電極42と同様の材料を用いることができる。又、酸化物電極45の材料としては、酸化物電極43と同様の材料を用いることができる。   In the upper electrode, as the material of the metal electrode 46, the same material as that of the metal electrode 42 can be used. Further, as the material of the oxide electrode 45, the same material as that of the oxide electrode 43 can be used.

振動板30の具体的な材料としては、例えば、シリコンを用いることができる。又、振動板30の表面を絶縁処理する具体的な材料としては、例えば、厚さ約数百nm〜数μm程度のシリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜又はこれらの膜を積層した膜等を用いることができる。又、熱膨張差を考慮し、酸化アルミニウム膜、ジルコニア膜等のセラミック膜を用いてもよい。振動板30の表面を絶縁処理するシリコン系絶縁膜は、CVD法やシリコンの熱酸化処理等により形成できる。又、振動板30の表面を絶縁処理する酸化アルミニウム膜等の金属酸化膜は、スパッタリング法等により形成できる。   As a specific material of the diaphragm 30, for example, silicon can be used. In addition, as a specific material for insulating the surface of the vibration plate 30, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film having a thickness of about several hundred nm to several μm or a stack of these films is laminated. A film or the like can be used. In consideration of the difference in thermal expansion, a ceramic film such as an aluminum oxide film or a zirconia film may be used. The silicon-based insulating film that insulates the surface of the diaphragm 30 can be formed by a CVD method, a thermal oxidation process of silicon, or the like. Further, a metal oxide film such as an aluminum oxide film for insulating the surface of the vibration plate 30 can be formed by a sputtering method or the like.

[薄膜製造装置]
次に、第1の実施の形態に係る薄膜製造装置の構造について説明する。図3は、第1の実施の形態に係る薄膜製造装置を例示する斜視図である。図3を参照するに、薄膜製造装置3において、架台60上にはY軸駆動手段61が設置されている。Y軸駆動手段61上には、基板5を搭載するステージ62が、Y軸方向に駆動可能なように設置されている。
[Thin film manufacturing equipment]
Next, the structure of the thin film manufacturing apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a perspective view illustrating the thin film manufacturing apparatus according to the first embodiment. Referring to FIG. 3, in the thin film manufacturing apparatus 3, Y-axis driving means 61 is installed on the gantry 60. On the Y-axis driving means 61, a stage 62 on which the substrate 5 is mounted is installed so as to be driven in the Y-axis direction.

なお、ステージ62には通常、真空又は静電気等を利用した図示しない吸着手段が付随されており、これにより基板5を固定することができる。又、ステージ62にZ軸を中心に回転する図示しない駆動手段を搭載し、後述するインクジェットヘッド67及びレーザ装置71と基板5との相対的な傾きを補正できる構成としても良い。   The stage 62 is usually accompanied by a suction means (not shown) using vacuum or static electricity, so that the substrate 5 can be fixed. Further, a driving means (not shown) that rotates about the Z axis may be mounted on the stage 62 so that the relative inclination between the inkjet head 67 and the laser device 71 described later and the substrate 5 can be corrected.

又、架台60上には、X軸駆動手段63を支持するためのX軸支持部材64が設置されている。X軸駆動手段63には、Z軸駆動手段65が設置され、Z軸駆動手段65上にはヘッドベース66が取り付けられ、X軸及びZ軸方向に移動できるようにされている。   An X-axis support member 64 for supporting the X-axis drive means 63 is installed on the gantry 60. The X-axis drive means 63 is provided with a Z-axis drive means 65, and a head base 66 is mounted on the Z-axis drive means 65 so as to be movable in the X-axis and Z-axis directions.

Z軸駆動手段65は、後述するインクジェットヘッド67と基板5との距離を制御することができる。ヘッドベース66の上には、機能性インク(例えば、PZT前駆体溶液)を吐出させるインクジェットヘッド67が搭載されている。インクジェットヘッド67には、各インクタンク68から図示しないインク供給用パイプを介して機能性インクが供給される。   The Z-axis drive unit 65 can control the distance between an inkjet head 67 and a substrate 5 described later. On the head base 66, an ink jet head 67 that discharges functional ink (for example, PZT precursor solution) is mounted. Functional ink is supplied to the inkjet head 67 from each ink tank 68 via an ink supply pipe (not shown).

X軸駆動手段63には、他のZ軸駆動手段69が取り付けられ、Z軸駆動手段69にはレーザ支持部材70が取り付けられている。レーザ支持部材70には、レーザ装置71が取り付けられている。Z軸駆動手段69は、レーザ装置71と基板5との距離を制御することができる。   Another Z-axis drive unit 69 is attached to the X-axis drive unit 63, and a laser support member 70 is attached to the Z-axis drive unit 69. A laser device 71 is attached to the laser support member 70. The Z-axis drive unit 69 can control the distance between the laser device 71 and the substrate 5.

なお、図3は、ステージ62がY方向の1軸の自由度を有し、インクジェットヘッド67及びレーザ装置71がX方向の1軸の自由度を有する構成を示しているが、この形態には限定されない。例えば、ステージ62がX及びY方向の2軸の自由度を有し、インクジェットヘッド67及びレーザ装置71を固定する構成であっても良い。又、ステージ62がY方向の1軸の自由度を有し、インクジェットヘッド67及びレーザ装置71をY軸方向に一列に並べる構成であっても良い。   FIG. 3 shows a configuration in which the stage 62 has one axis of freedom in the Y direction, and the inkjet head 67 and the laser device 71 have one axis of freedom in the X direction. It is not limited. For example, the stage 62 may have a degree of freedom of two axes in the X and Y directions, and the inkjet head 67 and the laser device 71 may be fixed. Further, the stage 62 may have a single axis freedom in the Y direction, and the inkjet head 67 and the laser device 71 may be arranged in a line in the Y axis direction.

又、基板5を固定し、インクジェットヘッド67及びレーザ装置71がX及びY方向の2軸の自由度を有する構成であっても良い。又、X軸及びY軸は、X軸及びY軸ベクトルにより、1平面を表現できれば直交する必要はなく、例えば、X軸ベクトルとY軸ベクトルは30度、45度、60度の角度を有しても良い。   Alternatively, the substrate 5 may be fixed, and the inkjet head 67 and the laser device 71 may have a biaxial degree of freedom in the X and Y directions. The X axis and the Y axis need not be orthogonal as long as one plane can be expressed by the X axis and Y axis vectors. For example, the X axis vector and the Y axis vector have angles of 30 degrees, 45 degrees, and 60 degrees. You may do it.

薄膜製造装置3は、図示しない装置制御部を有し、インクジェットヘッド67の機能性インクの吐出条件及びレーザ装置71のレーザ照射条件を制御することができる。又、装置制御部は図示しない記録部を有し、機能性インクの結晶状態やレーザの最適な照射条件等を記録部に記録することができる。   The thin film manufacturing apparatus 3 includes an apparatus control unit (not shown) and can control the functional ink ejection conditions of the inkjet head 67 and the laser irradiation conditions of the laser apparatus 71. The apparatus control unit has a recording unit (not shown), and can record the crystalline state of the functional ink, the optimum irradiation condition of the laser, and the like on the recording unit.

[薄膜製造方法]
次に、第1の実施の形態に係る薄膜製造方法について説明する。ここでは、薄膜として図1に示す電気機械変換膜44を製造する例を示す。
[Thin film manufacturing method]
Next, the thin film manufacturing method according to the first embodiment will be described. Here, the example which manufactures the electromechanical conversion film | membrane 44 shown in FIG. 1 as a thin film is shown.

まず、図4(a)に示す工程では、振動板30となる表面が絶縁膜で被覆されたシリコン基板(図示せず)上に、金属電極42を成膜する。金属電極42としては、前述の材料を用いることができる。次に、図4(b)に示す工程では、金属基板42上に、酸化物電極43を成膜する。   First, in the step shown in FIG. 4A, a metal electrode 42 is formed on a silicon substrate (not shown) whose surface to be the vibration plate 30 is covered with an insulating film. As the metal electrode 42, the aforementioned materials can be used. Next, in the step shown in FIG. 4B, an oxide electrode 43 is formed on the metal substrate 42.

酸化物電極43に好適な材料は前述の通りであるが、図5(b)に示す工程で照射するレーザ光71xに対する光吸収率が後述の金属膜49よりも高い材料を選択する。酸化物電極43のレーザ光71xに対する光吸収率は、金属膜49のレーザ光71xに対する光吸収率よりも20%以上高いことが好ましく、50%以上高いことがより好ましい。   Although the material suitable for the oxide electrode 43 is as described above, a material having a light absorption rate higher than that of the metal film 49 described later is selected for the laser beam 71x irradiated in the step shown in FIG. The light absorption rate of the oxide electrode 43 with respect to the laser beam 71x is preferably 20% or more, and more preferably 50% or more, higher than the light absorption rate of the metal film 49 with respect to the laser beam 71x.

次に、図4(c)に示す工程では、酸化物電極43上に金属膜49を成膜する。金属膜49としては、例えば、白金族金属等を用いることができる。金属基板42、酸化物電極43、及び金属膜49は、例えば、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜法等の方法により成膜できる。   Next, in the step shown in FIG. 4C, a metal film 49 is formed on the oxide electrode 43. As the metal film 49, for example, a platinum group metal or the like can be used. The metal substrate 42, the oxide electrode 43, and the metal film 49 can be formed by a method such as a vacuum film forming method such as a sputtering method or vacuum deposition.

次に、図4(d)に示す工程では、フォトリソグラフィ法やエッチング法等により金属膜49を部分的に除去し、酸化物電極43の一部を露出する開口部49xを形成する。開口部49xの内側面と開口部49x内に露出する酸化物電極43の表面で凹部が形成される。これにより、金属膜49は凹凸状となる。   Next, in the step shown in FIG. 4D, the metal film 49 is partially removed by a photolithography method, an etching method, or the like, and an opening 49x exposing a part of the oxide electrode 43 is formed. A recess is formed on the inner surface of the opening 49x and the surface of the oxide electrode 43 exposed in the opening 49x. Thereby, the metal film 49 becomes uneven.

次に、図5(a)に示す工程では、薄膜製造装置3のステージ62上に、図4(d)に示す工程で作製した構造体(図3の基板5に相当)を載置する。そして、周知のアライメント装置(CCDカメラやCMOSカメラ等)等を用いて、図4(d)に示す工程で作製した構造体の位置や傾き等をアライメントする。   Next, in the step shown in FIG. 5A, the structure (corresponding to the substrate 5 in FIG. 3) manufactured in the step shown in FIG. 4D is placed on the stage 62 of the thin film manufacturing apparatus 3. Then, using a known alignment device (CCD camera, CMOS camera, or the like) or the like, the position, inclination, etc. of the structure manufactured in the step shown in FIG.

そして、インクジェットヘッド67をX軸に駆動させ、図4(d)に示す工程で作製した構造体が載置されたステージ62をY軸に駆動させて、ステージ62上にインクジェットヘッド67を配置する。そして、金属膜49の開口部49x内(凹部内)に露出する酸化物電極43上に、インクジェットヘッド67から機能性インク44aを吐出させる。機能性インク44aとしては、例えば、PZT前駆体溶液を用いることができる。   Then, the inkjet head 67 is driven on the X axis, the stage 62 on which the structure manufactured in the process shown in FIG. 4D is mounted is driven on the Y axis, and the inkjet head 67 is arranged on the stage 62. . Then, the functional ink 44 a is discharged from the inkjet head 67 onto the oxide electrode 43 exposed in the opening 49 x (in the recess) of the metal film 49. As the functional ink 44a, for example, a PZT precursor solution can be used.

次に、図5(b)に示す工程では、レーザ装置71をX軸に駆動させ、必要な場合にはステージ62をY軸に駆動させて、ステージ62上にレーザ装置71を配置する。そして、レーザ装置71にて、機能性インク44aにレーザ光71xを照射して加熱する。なお、レーザ光71xの照射領域の形状は、機能性インク44aの形状と同等以上であることが好ましい。レーザ光71xが照射された機能性インク44aは、溶媒が蒸発し、熱分解され、更に結晶化されて機能性インク44bとなる。   Next, in the step shown in FIG. 5B, the laser device 71 is driven on the X axis, and if necessary, the stage 62 is driven on the Y axis, and the laser device 71 is arranged on the stage 62. Then, the laser device 71 irradiates the functional ink 44a with the laser beam 71x and heats it. Note that the shape of the irradiation region of the laser light 71x is preferably equal to or greater than the shape of the functional ink 44a. The functional ink 44a irradiated with the laser beam 71x evaporates the solvent, is thermally decomposed, and is further crystallized to become the functional ink 44b.

レーザ装置71としては、例えば、半導体レーザ装置やYAGレーザ装置等を用いることができる。レーザ光71xは連続照射光又はパルス光とすることができる。レーザ光71xとして連続照射光を照射後、更にパルス光を照射してもよい。   As the laser device 71, for example, a semiconductor laser device, a YAG laser device, or the like can be used. The laser beam 71x can be continuous irradiation light or pulsed light. After the continuous irradiation light is irradiated as the laser light 71x, pulse light may be further irradiated.

前述のように、酸化物電極43のレーザ光71xに対する光吸収率は金属膜49のレーザ光71xに対する光吸収率よりも高い。そのため、レーザ光71xを照射すると、金属膜49はあまり加熱されず、機能性インク44bの底部の酸化物電極43が選択的に加熱される。これにより、加熱したい部分以外の領域に熱による損傷を与える虞を低減できる。   As described above, the light absorption rate of the oxide electrode 43 with respect to the laser light 71x is higher than the light absorption rate of the metal film 49 with respect to the laser light 71x. Therefore, when the laser beam 71x is irradiated, the metal film 49 is not heated so much and the oxide electrode 43 at the bottom of the functional ink 44b is selectively heated. Thereby, the possibility of damaging the region other than the portion to be heated due to heat can be reduced.

なお、レーザ光71xの波長は、酸化物電極43の光吸収率が比較的高い領域である400nm以上(例えば400nm〜10000nm程度)とすると好適である。より詳しく説明すると、機能性インク44aは波長400nm以上のレーザ光71xをほとんど透過し、ほとんど吸収しない。例えば、機能性インク44aがPZTである場合、波長1μmのレーザ光に対する光吸収率は約0%である。又、前述のように、金属膜49の光吸収率は酸化物電極43よりも低い。   The wavelength of the laser beam 71x is preferably set to 400 nm or more (for example, about 400 nm to 10,000 nm), which is a region where the light absorption rate of the oxide electrode 43 is relatively high. More specifically, the functional ink 44a almost transmits the laser beam 71x having a wavelength of 400 nm or more and hardly absorbs it. For example, when the functional ink 44a is PZT, the light absorptance with respect to laser light having a wavelength of 1 μm is about 0%. Further, as described above, the light absorption rate of the metal film 49 is lower than that of the oxide electrode 43.

そのため、機能性インク44aは直接加熱されず、機能性インク44aを搭載している酸化物電極43が加熱され、それにともなって間接的に機能性インク44aが加熱される。従って、レーザ光71xの波長を酸化物電極43の光吸収率が比較的高い領域である400nm以上とすると好適である。   Therefore, the functional ink 44a is not directly heated, but the oxide electrode 43 on which the functional ink 44a is mounted is heated, and the functional ink 44a is indirectly heated accordingly. Therefore, it is preferable that the wavelength of the laser beam 71x is 400 nm or more, which is a region where the light absorption rate of the oxide electrode 43 is relatively high.

なお、直接加熱の手法を用いると、レーザ光のビームプロファイルのムラにより照射部に温度ムラが生じる虞があるが、間接加熱の手法を採用することにより、照射面内において均一に機能性インク44aを加熱することが可能となる。   If the direct heating method is used, there is a possibility that temperature unevenness may occur in the irradiated portion due to unevenness of the beam profile of the laser beam. However, by using the indirect heating method, the functional ink 44a is uniformly distributed within the irradiation surface. Can be heated.

ステージ62の移動速度は10mm/s〜1000mm/s程度、レーザ光71xのパワーは数W〜数十W程度とすることができる。又、レーザ光71xのビーム径は数10μm〜数100μm程度、ビームプロファイルは一般的なガウシアンプロファイルとすることができる。なお、レーザ光71xのビームプロファイルをトップハット形状にすることで、機能性インク44aをより均一に加熱することが可能となり好適である。   The moving speed of the stage 62 can be about 10 mm / s to 1000 mm / s, and the power of the laser beam 71x can be about several W to several tens W. The beam diameter of the laser beam 71x can be about several tens of μm to several hundreds of μm, and the beam profile can be a general Gaussian profile. Note that it is preferable that the beam profile of the laser beam 71x be a top hat shape, so that the functional ink 44a can be heated more uniformly.

図5(b)に示す工程で結晶化した機能性インク44b(例えば、PZT薄膜)の膜厚は、数10nm程度である。この膜厚では不十分であるため、図5(b)に示す工程の後、更に図5(a)及び図5(b)に示す工程を必要数繰り返す。これにより、図6(a)に示す工程のように、機能性インク44bが積層され、酸化物電極43上に任意のパターンと厚さ(例えば、数μm程度)の結晶化した機能性インク膜、すなわち電気機械変換膜44が作製される。   The thickness of the functional ink 44b (for example, PZT thin film) crystallized in the process shown in FIG. 5B is about several tens of nm. Since this film thickness is insufficient, after the step shown in FIG. 5B, the steps shown in FIGS. 5A and 5B are repeated as many times as necessary. As a result, as shown in FIG. 6A, the functional ink 44b is laminated, and the functional ink film crystallized with an arbitrary pattern and thickness (for example, about several μm) on the oxide electrode 43. That is, the electromechanical conversion film 44 is produced.

次に、図6(b)に示す工程では、金属膜49上に電気機械変換膜44を覆うように、酸化物電極45を成膜する。酸化物電極45の材料や成膜方法は、図4(b)に示す工程と同様とすることができる。次に、図6(c)に示す工程では、酸化物電極45上に金属電極46を成膜する。金属電極46の材料や成膜方法は、図4(a)に示す工程と同様とすることができる。   Next, in the step shown in FIG. 6B, an oxide electrode 45 is formed on the metal film 49 so as to cover the electromechanical conversion film 44. The material and the film forming method of the oxide electrode 45 can be the same as those shown in FIG. Next, in the step shown in FIG. 6C, a metal electrode 46 is formed on the oxide electrode 45. The material and film forming method of the metal electrode 46 can be the same as those shown in FIG.

次に、図6(d)に示す工程では、図6(c)に示す構造体の電気機械変換膜44上にレジスト(図示せず)を形成し、レジスト(図示せず)が形成されていない領域の酸化物電極45、金属電極46、金属膜49をエッチングにより除去する。その後、レジスト(図示せず)を除去する。これにより、下部電極となる金属電極42及び酸化物電極43上に電気機械変換膜44が積層され、更に電気機械変換膜44上に上部電極となる酸化物電極45及び金属電極46が積層される。   Next, in the step shown in FIG. 6D, a resist (not shown) is formed on the electromechanical conversion film 44 of the structure shown in FIG. 6C, and a resist (not shown) is formed. The oxide electrode 45, the metal electrode 46, and the metal film 49 are removed by etching. Thereafter, the resist (not shown) is removed. As a result, the electromechanical conversion film 44 is laminated on the metal electrode 42 and the oxide electrode 43 serving as the lower electrode, and the oxide electrode 45 and the metal electrode 46 serving as the upper electrode are further laminated on the electromechanical conversion film 44. .

このように、第1の実施の形態では、酸化物電極上に、酸化物電極よりも照射するレーザ光に対する光吸収率が低い金属膜を選択的に形成し、金属膜が形成されていない酸化物電極上に機能性インクを吐出させる。そして、機能性インクにレーザ光を照射する。これにより、機能性インクの底部の酸化物電極が選択的に加熱されるため、加熱したい部分以外の領域に熱による損傷を与える虞を低減できる。   As described above, in the first embodiment, a metal film having a lower light absorptance with respect to laser light irradiated than the oxide electrode is selectively formed on the oxide electrode, and the metal film is not formed. Functional ink is ejected onto the physical electrode. Then, the functional ink is irradiated with laser light. Accordingly, since the oxide electrode at the bottom of the functional ink is selectively heated, it is possible to reduce the possibility that the region other than the portion to be heated is damaged by heat.

なお、第1の実施の形態ではSAM膜(後述)を用いていないが、電気機械変換膜44の精密な成膜を行う場合には、図4(d)に示す工程の後、金属膜49上にSAM膜を形成してから図5(a)に示す工程を行うと好適である。   Although the SAM film (described later) is not used in the first embodiment, when the electromechanical conversion film 44 is precisely formed, the metal film 49 is formed after the step shown in FIG. It is preferable to perform the step shown in FIG. 5A after the SAM film is formed thereon.

〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、第1の実施の形態とは異なる薄膜形成方法を例示する。なお、第2の実施の形態の説明において、第1の実施の形態と共通部分についての説明を省略する場合がある。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, a thin film forming method different from that in the first embodiment is illustrated. In the description of the second embodiment, the description of the common parts with the first embodiment may be omitted.

〔SAM膜のパターニング〕
まず、図7に示すように、金属電極42の表面に所定パターンのSAM(Self Assembled Monolayer)膜50を形成する。具体的には、図7(a)に示す工程では、振動板30となる表面が絶縁膜で被覆されたシリコン基板(図示せず)上に、金属電極42を成膜する。金属電極42としては、前述の材料を用いることができる。
[SAM film patterning]
First, as shown in FIG. 7, a SAM (Self Assembled Monolayer) film 50 having a predetermined pattern is formed on the surface of the metal electrode 42. Specifically, in the step shown in FIG. 7A, a metal electrode 42 is formed on a silicon substrate (not shown) whose surface to be the vibration plate 30 is covered with an insulating film. As the metal electrode 42, the aforementioned materials can be used.

次に、図7(b)に示す工程では、金属電極42をアルカンチオール等からなるSAM材料で浸漬処理する。これにより、金属電極42の表面には、SAM材料が反応しSAM膜50が付着し、金属電極42表面を撥水化することができる。アルカンチオールは、分子鎖長により反応性や疎水(撥水)性が異なるが、通常、炭素数6〜18の分子を、アルコール、アセトン又はトルエン等の有機溶媒に溶解させて作製する。通常、アルカンチオールの濃度は数モル/リットル程度である。所定時間後に金属電極42を取り出し、余剰な分子を溶媒で置換洗浄し、乾燥する。   Next, in the step shown in FIG. 7B, the metal electrode 42 is immersed in a SAM material made of alkanethiol or the like. Thereby, the SAM material reacts on the surface of the metal electrode 42 and the SAM film 50 adheres, and the surface of the metal electrode 42 can be made water repellent. Although alkanethiol has different reactivity and hydrophobicity (water repellency) depending on the molecular chain length, it is usually prepared by dissolving a molecule having 6 to 18 carbon atoms in an organic solvent such as alcohol, acetone or toluene. Usually, the concentration of alkanethiol is about several moles / liter. After a predetermined time, the metal electrode 42 is taken out, and the excess molecules are washed by substitution with a solvent and dried.

次に、図7(c)に示す工程では、公知のフォトリソグラフィ法により、金属電極42の表面に形成されたSAM膜50上に、開口部51xを有するフォトレジスト51を形成する。次に、図7(d)に示す工程では、ドライエッチング等により開口部51x内に露出するSAM膜50を除去し、更にフォトレジスト51を除去する。これにより、金属電極42の表面に所定パターンのSAM膜50が形成される。   Next, in a step shown in FIG. 7C, a photoresist 51 having an opening 51x is formed on the SAM film 50 formed on the surface of the metal electrode 42 by a known photolithography method. Next, in the step shown in FIG. 7D, the SAM film 50 exposed in the opening 51x is removed by dry etching or the like, and the photoresist 51 is further removed. As a result, the SAM film 50 having a predetermined pattern is formed on the surface of the metal electrode 42.

金属電極42の表面のSAM膜50が形成されている領域は、疎水性となる。一方、SAM膜50が除去されて金属電極42の表面が露出している領域は、親水性となる。この表面エネルギーのコントラストを利用して、下記で詳述する溶液の塗り分けが可能となる。   The region where the SAM film 50 is formed on the surface of the metal electrode 42 is hydrophobic. On the other hand, the region where the surface of the metal electrode 42 is exposed after the SAM film 50 is removed becomes hydrophilic. By using the contrast of the surface energy, it becomes possible to separate the solutions described in detail below.

なお、図7(a)に示す工程の後、金属電極42の表面の所定領域(図7(c)の開口部51x内に対応する領域)にフォトレジストを形成し、フォトレジストが形成されていない領域にSAM処理を行い、フォトレジストを除去してもよい。これにより、図7(d)に示す工程と同様に、金属電極42の表面に所定パターンのSAM膜50が形成される。   After the step shown in FIG. 7A, a photoresist is formed in a predetermined region on the surface of the metal electrode 42 (a region corresponding to the opening 51x in FIG. 7C), and the photoresist is formed. The SAM treatment may be performed on the unexposed region to remove the photoresist. As a result, a SAM film 50 having a predetermined pattern is formed on the surface of the metal electrode 42 as in the step shown in FIG.

又、図7(b)に示す工程の後、SAM膜50上に、SAM膜50を除去したい領域を露出する開口部を有するフォトマスクを配置し、フォトマスクを介して紫外線や酸素プラズマ等を金属電極42表面に照射し、露光部(開口部内)のSAM膜50を除去してもよい。これにより、図7(d)に示す工程と同様に、金属電極42の表面に所定パターンのSAM膜50が形成される。   After the step shown in FIG. 7B, a photomask having an opening that exposes a region where the SAM film 50 is to be removed is disposed on the SAM film 50, and ultraviolet light, oxygen plasma, or the like is applied through the photomask. The surface of the metal electrode 42 may be irradiated to remove the SAM film 50 in the exposed portion (in the opening). As a result, a SAM film 50 having a predetermined pattern is formed on the surface of the metal electrode 42 as in the step shown in FIG.

〔酸化物電極の形成〕
次に、図8に示す工程では、酸化物電極43を形成する。酸化物電極43に好適な材料は前述の通りであるが、図9(b)に示す工程で照射するレーザ光71xに対する光吸収率が金属電極42よりも高い材料を選択する。酸化物電極43のレーザ光71xに対する光吸収率は、金属電極42のレーザ光71xに対する光吸収率よりも20%以上高いことが好ましく、50%以上高いことがより好ましい。
[Formation of oxide electrode]
Next, in the step shown in FIG. 8, the oxide electrode 43 is formed. The materials suitable for the oxide electrode 43 are as described above, but a material having a light absorption rate higher than that of the metal electrode 42 with respect to the laser beam 71x irradiated in the step shown in FIG. The light absorptance of the oxide electrode 43 with respect to the laser light 71x is preferably 20% or more, and more preferably 50% or more higher than the light absorption of the metal electrode 42 with respect to the laser light 71x.

具体的には、図8(a)に示す工程では、薄膜製造装置3のステージ62上に、表面に所定パターンのSAM膜50が形成された金属電極42(図3の基板5に相当)を載置する。そして、周知のアライメント装置(CCDカメラやCMOSカメラ等)等を用いて、金属電極42の位置や傾き等をアライメントする。   Specifically, in the step shown in FIG. 8A, a metal electrode 42 (corresponding to the substrate 5 in FIG. 3) having a SAM film 50 with a predetermined pattern formed on the surface is provided on the stage 62 of the thin film manufacturing apparatus 3. Place. Then, the position and inclination of the metal electrode 42 are aligned using a known alignment device (CCD camera, CMOS camera, or the like).

そして、インクジェットヘッド67をX軸に駆動させ、金属電極42が載置されたステージ62をY軸に駆動させて、ステージ62上にインクジェットヘッド67を配置する。そして、インクジェットヘッド67から金属電極42の表面のSAM膜50が存在しない領域(親水性の領域)に機能性インク43aを吐出させる。この際、表面エネルギーのコントラストにより、機能性インク43aはSAM膜50が存在しない領域(親水性の領域)のみに濡れ広がる。   Then, the inkjet head 67 is driven on the X axis, the stage 62 on which the metal electrode 42 is placed is driven on the Y axis, and the inkjet head 67 is disposed on the stage 62. Then, the functional ink 43 a is ejected from the inkjet head 67 to a region (hydrophilic region) where the SAM film 50 does not exist on the surface of the metal electrode 42. At this time, due to the contrast of the surface energy, the functional ink 43a spreads wet only in the region where the SAM film 50 does not exist (hydrophilic region).

このように、表面エネルギーのコントラストを利用して機能性インク43aをSAM膜50が存在しない領域(親水性の領域)のみに形成することにより、塗布する溶液の使用量をスピンコート法等のプロセスよりも減らすことができると共に、工程を簡略化することが可能となる。なお、機能性インク43aとしては、例えば、LaNiO溶液を用いることができる。 As described above, the functional ink 43a is formed only in the region where the SAM film 50 does not exist (hydrophilic region) by utilizing the contrast of the surface energy. In addition, the process can be simplified and the process can be simplified. As the functional ink 43a, for example, a LaNiO 3 solution can be used.

次に、図8(b)に示す工程では、レーザ装置71をX軸に駆動させ、必要な場合には金属電極42が載置されたステージ62をY軸に駆動させて、ステージ62上にレーザ装置71を配置する。そして、レーザ装置71にて、図8(a)に示す工程で濡れ広がった機能性インク43aにレーザ光71xを照射して加熱する。レーザ光71xが照射された機能性インク43aは、溶媒が蒸発し、熱分解され、更に結晶化されて、膜厚数10nm程度の機能性インク膜、すなわち酸化物電極43となる。なお、図8(b)に示す工程でSAM膜50は消失する。   Next, in the step shown in FIG. 8B, the laser device 71 is driven on the X-axis, and if necessary, the stage 62 on which the metal electrode 42 is placed is driven on the Y-axis. A laser device 71 is disposed. Then, the laser device 71 irradiates the functional ink 43a wetted and spread in the step shown in FIG. The functional ink 43a irradiated with the laser light 71x is evaporated, thermally decomposed, and further crystallized to become a functional ink film having a film thickness of about several tens of nm, that is, the oxide electrode 43. Note that the SAM film 50 disappears in the step shown in FIG.

レーザ装置71としては、例えば、半導体レーザ装置やYAGレーザ装置等を用いることができる。但し、レーザ装置71に代えて、オーブンやランプアニール等を用いて機能性インク43aを加熱してもよい。   As the laser device 71, for example, a semiconductor laser device, a YAG laser device, or the like can be used. However, instead of the laser device 71, the functional ink 43a may be heated using an oven, lamp annealing, or the like.

なお、ここでは、機能性インク43aをインクジェット方式でパターニングする例を紹介したが、スパッタ法又はスピンコート法により全面に機能性インク43aを塗膜し、フォトリソグラフィ法やエッチング法により所望のパターンを得る方法を用いてもよい。   Here, an example in which the functional ink 43a is patterned by the ink jet method has been introduced. However, the functional ink 43a is coated on the entire surface by a sputtering method or a spin coating method, and a desired pattern is formed by a photolithography method or an etching method. The obtaining method may be used.

〔電気機械変換膜の形成〕
次に、図9に示すように、酸化物電極43の表面に電気機械変換膜44を形成する。具体的には、図9(a)に示す工程では、薄膜製造装置3のステージ62上に、表面に所定パターンのSAM膜50及び酸化物電極43が形成された金属電極42(図3の基板5に相当)を載置する。そして、周知のアライメント装置(CCDカメラやCMOSカメラ等)等を用いて、金属電極42の位置や傾き等をアライメントする。
[Formation of electromechanical conversion film]
Next, as shown in FIG. 9, an electromechanical conversion film 44 is formed on the surface of the oxide electrode 43. Specifically, in the process shown in FIG. 9A, a metal electrode 42 (substrate of FIG. 3) having a SAM film 50 and an oxide electrode 43 with a predetermined pattern formed on the surface 62 on the stage 62 of the thin film manufacturing apparatus 3. 5). Then, the position and inclination of the metal electrode 42 are aligned using a known alignment device (CCD camera, CMOS camera, or the like).

そして、インクジェットヘッド67をX軸に駆動させ、金属電極42が載置されたステージ62をY軸に駆動させて、ステージ62上にインクジェットヘッド67を配置する。そして、インクジェットヘッド67からSAM膜50が存在しない酸化物電極43の表面(親水性の領域)に機能性インク44aを吐出させる。この際、表面エネルギーのコントラストにより、機能性インク44aはSAM膜50が存在しない領域(親水性の領域)のみに濡れ広がる。   Then, the inkjet head 67 is driven on the X axis, the stage 62 on which the metal electrode 42 is placed is driven on the Y axis, and the inkjet head 67 is disposed on the stage 62. Then, the functional ink 44a is ejected from the inkjet head 67 onto the surface (hydrophilic region) of the oxide electrode 43 where the SAM film 50 does not exist. At this time, due to the contrast of the surface energy, the functional ink 44a wets and spreads only in a region (hydrophilic region) where the SAM film 50 does not exist.

このように、表面エネルギーのコントラストを利用して機能性インク44aをSAM膜50が存在しない領域(親水性の領域)のみに形成することにより、塗布する溶液の使用量をスピンコート法等のプロセスよりも減らすことができると共に、工程を簡略化することが可能となる。なお、機能性インク44aとしては、例えば、PZT前駆体溶液を用いることができる。   In this way, by forming the functional ink 44a only in the region where the SAM film 50 does not exist (hydrophilic region) using the contrast of the surface energy, the amount of the solution to be applied is changed to a process such as a spin coating method. In addition, the process can be simplified and the process can be simplified. For example, a PZT precursor solution can be used as the functional ink 44a.

次に、図9(b)に示す工程では、レーザ装置71をX軸に駆動させ、必要な場合には金属電極42が載置されたステージ62をY軸に駆動させて、ステージ62上にレーザ装置71を配置する。そして、レーザ装置71にて、図9(a)に示す工程で濡れ広がった機能性インク44aにレーザ光71xを照射して加熱する。レーザ光71xが照射された機能性インク44aは、溶媒が蒸発し、熱分解され、熱分解された機能性インク44bとなる。   Next, in the step shown in FIG. 9B, the laser device 71 is driven on the X axis, and if necessary, the stage 62 on which the metal electrode 42 is placed is driven on the Y axis, A laser device 71 is disposed. Then, the laser device 71 irradiates the functional ink 44a wetted and spread in the step shown in FIG. The functional ink 44a irradiated with the laser light 71x is vaporized and thermally decomposed into the functional ink 44b that has been thermally decomposed.

レーザ装置71としては、例えば、半導体レーザ装置やYAGレーザ装置等を用いることができる。レーザ光71xは連続照射光又はパルス光とすることができる。レーザ光71xとして連続照射光を照射後、更にパルス光を照射してもよい。   As the laser device 71, for example, a semiconductor laser device, a YAG laser device, or the like can be used. The laser beam 71x can be continuous irradiation light or pulsed light. After the continuous irradiation light is irradiated as the laser light 71x, pulse light may be further irradiated.

前述のように、酸化物電極43のレーザ光71xに対する光吸収率は金属電極42のレーザ光71xに対する光吸収率よりも高い。そのため、レーザ光71xを照射すると、金属電極42はあまり加熱されず、機能性インク44bの底部の酸化物電極43が選択的に加熱される。これにより、加熱したい部分以外の領域に熱による損傷を与える虞を低減できる。なお、金属電極42はほとんど加熱されないため、金属電極42上に形成されたSAM膜50は消失しない。   As described above, the light absorption rate of the oxide electrode 43 with respect to the laser beam 71x is higher than the light absorption rate of the metal electrode 42 with respect to the laser beam 71x. Therefore, when the laser beam 71x is irradiated, the metal electrode 42 is not heated so much and the oxide electrode 43 at the bottom of the functional ink 44b is selectively heated. Thereby, the possibility of damaging the region other than the portion to be heated due to heat can be reduced. Since the metal electrode 42 is hardly heated, the SAM film 50 formed on the metal electrode 42 does not disappear.

図9(b)に示す工程で結晶化した機能性インク43b(例えば、PZT薄膜)の膜厚は、数10nm程度であり、この膜厚では不十分である。そのため、図9(b)に示す工程の後、再び図9(a)及び図9(b)に示す工程を必要数繰り返す。これにより、機能性インク44bが積層され、酸化物電極43上に任意のパターンと厚さ(例えば、数μm程度)の結晶化した機能性インク膜、すなわち電気機械変換膜44が作製される。   The film thickness of the functional ink 43b (for example, PZT thin film) crystallized in the process shown in FIG. 9B is about several tens of nm, and this film thickness is insufficient. Therefore, after the step shown in FIG. 9B, the steps shown in FIG. 9A and FIG. 9B are repeated as many times as necessary. As a result, the functional ink 44b is laminated, and the functional ink film crystallized with an arbitrary pattern and thickness (for example, about several μm), that is, the electromechanical conversion film 44, is formed on the oxide electrode 43.

なお、前述のように、図9(b)に示す工程でSAM膜50は消失しないため、上記繰り返し工程において図8(c)と同様な工程を実施する必要はない。つまり、電気機械変換膜の形成に際し、SAM膜は初めに1回だけ塗布すれば、最後まで除去されることはなく、大幅な工数の削減が図れる。   As described above, since the SAM film 50 does not disappear in the process shown in FIG. 9B, it is not necessary to perform the same process as that in FIG. That is, when the electromechanical conversion film is formed, if the SAM film is applied only once, it is not removed to the end, and the man-hours can be greatly reduced.

このように、第2の実施の形態では、酸化物電極を、酸化物電極よりも照射するレーザ光に対する光吸収率が低い金属電極上に選択的に形成し、酸化物電極上に機能性インクを吐出させる。そして、機能性インクにレーザ光を照射する。これにより、機能性インクの底部の酸化物電極が選択的に加熱されるため、加熱したい部分以外の領域に熱による損傷を与える虞を低減できる。   As described above, in the second embodiment, the oxide electrode is selectively formed on the metal electrode having a lower light absorption rate with respect to the laser beam irradiated than the oxide electrode, and the functional ink is formed on the oxide electrode. To discharge. Then, the functional ink is irradiated with laser light. Accordingly, since the oxide electrode at the bottom of the functional ink is selectively heated, it is possible to reduce the possibility that the region other than the portion to be heated is damaged by heat.

〈第3の実施の形態〉
第3の実施の形態では、薄膜製造装置3で製造した液体吐出ヘッド2(図2参照)を搭載したインクジェット記録装置の例を示す。図10は、インクジェット記録装置を例示する斜視図である。図11は、インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, an example of an ink jet recording apparatus on which the liquid discharge head 2 (see FIG. 2) manufactured by the thin film manufacturing apparatus 3 is mounted is shown. FIG. 10 is a perspective view illustrating an ink jet recording apparatus. FIG. 11 is a side view illustrating the mechanism unit of the ink jet recording apparatus.

図10及び図11を参照するに、インクジェット記録装置4は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ93、キャリッジ93に搭載した液体吐出ヘッド2の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド94、インクジェット記録ヘッド94へインクを供給するインクカートリッジ95等で構成される印字機構部82等を収納する。   Referring to FIGS. 10 and 11, the ink jet recording apparatus 4 is an ink jet recording which is an embodiment of a liquid discharge head 2 mounted on a carriage 93 movable in the main scanning direction inside a recording apparatus main body 81. A print mechanism unit 82 including an ink cartridge 95 that supplies ink to the head 94 and the inkjet recording head 94 is accommodated.

記録装置本体81の下方部には、多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット84(或いは給紙トレイでもよい)を抜き差し自在に装着することができる。又、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができる。給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。   A paper feed cassette 84 (or a paper feed tray) on which a large number of sheets 83 can be stacked can be detachably attached to the lower portion of the recording apparatus main body 81. Further, the manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be turned over. The paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and after a required image is recorded by the printing mechanism unit 82, the paper is discharged to a paper discharge tray 86 mounted on the rear side.

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

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

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

又、インクジェット記録装置4は、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101、フリクションパッド102、用紙83を案内するガイド部材103、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105、搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106、を設けている。これにより、給紙カセット84にセットした用紙83を、インクジェット記録ヘッド94の下方側に搬送される。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。   Further, the ink jet recording apparatus 4 reverses and feeds the paper feed roller 101 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84, the friction pad 102, the guide member 103 for guiding the paper 83, and the fed paper 83. A conveyance roller 104, a conveyance roller 105 that is pressed against the circumferential surface of the conveyance roller 104, and a leading end roller 106 that defines a feeding angle of the sheet 83 from the conveyance roller 104 are provided. As a result, the paper 83 set in the paper feed cassette 84 is conveyed to the lower side of the ink jet recording head 94. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.

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

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

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

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

このように、インクジェット記録装置4においては、薄膜製造装置3で製造した液体吐出ヘッド2の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド94を搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られるため、画像品質を向上できる。   Thus, since the inkjet recording head 94 which is one embodiment of the liquid ejection head 2 manufactured by the thin film manufacturing apparatus 3 is mounted in the inkjet recording apparatus 4, there is no ink droplet ejection defect due to vibration plate drive failure. Since stable ink droplet ejection characteristics can be obtained, image quality can be improved.

[実施例1]
まず、スパッタ法を用いてシリコン基板上に金属電極となる白金系金属、酸化物電極となるLaNiO、白金系金属からなる金属膜をこの順番に成膜した。そして、フォトリソグラフィ法やエッチング法等により金属膜を部分的に除去して開口部を形成し、開口部の内側面と開口部内に露出する酸化物電極の表面で凹部を形成した。なお、LaNiOの波長980nmのレーザ光に対する光吸収率は約70%であり、白金の波長980nmのレーザ光に対する光吸収率は約20%である。
[Example 1]
First, using a sputtering method, a metal film composed of a platinum-based metal serving as a metal electrode, LaNiO 3 serving as an oxide electrode, and a platinum-based metal was formed in this order on a silicon substrate. Then, the metal film was partially removed by a photolithography method, an etching method, or the like to form an opening, and a recess was formed on the inner surface of the opening and the surface of the oxide electrode exposed in the opening. Note that the light absorption rate of LaNiO 3 with respect to laser light having a wavelength of 980 nm is about 70%, and the light absorption rate of platinum with respect to laser light having a wavelength of 980 nm is about 20%.

次に、ディッピングにより凹部へPZT前駆体のゾルゲル液を流し込む。そのゾルゲル液が溜まった領域に対して、ゾルゲル液が透過する波長980nmのレーザ光を照射することにより、ゾルゲル液の底部の酸化物電極(LaNiO)が加熱され、ゾルゲル液が乾燥・結晶化され、PZT膜が形成された。これを繰り返すことにより、膜厚5μmのPZT膜を得ることができた。 Next, the sol-gel solution of the PZT precursor is poured into the recess by dipping. By irradiating the region where the sol-gel solution is accumulated with a laser beam having a wavelength of 980 nm that transmits the sol-gel solution, the oxide electrode (LaNiO 3 ) at the bottom of the sol-gel solution is heated, and the sol-gel solution is dried and crystallized. As a result, a PZT film was formed. By repeating this, a PZT film having a film thickness of 5 μm could be obtained.

[実施例2]
この実施例では、シリコンウェハに熱酸化膜(膜厚1μm)を形成し、密着層としてチタン膜(膜厚50nm)をスパッタ成膜した。引続き金属電極として白金膜(膜厚200nm)をスパッタ成膜した。
[Example 2]
In this example, a thermal oxide film (film thickness 1 μm) was formed on a silicon wafer, and a titanium film (film thickness 50 nm) was formed by sputtering as an adhesion layer. Subsequently, a platinum film (thickness: 200 nm) was formed by sputtering as a metal electrode.

次いで、アルカンチオールにCH(CH−SHを用い、濃度0.01モル/l(溶媒:イソプロピルアルコール)溶液に浸漬させ、SAM処理を行った。その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥後、パターニングの工程に移る。 Then, CH 3 (CH 2) using 6 -SH to alkanethiol, concentration 0.01 mol / l (solvent: isopropyl alcohol) is dipped into the solution, it was subjected to SAM process. Then, after washing and drying with isopropyl alcohol, the process proceeds to a patterning process.

SAM膜処理後、SAM膜形成部位(SAM膜上)において水の接触角を測定したところ、SAM膜上での水の接触角は92.2°であった(図12参照)。一方、SAM処理前の白金スパッタ膜上において水の接触角を測定したところ、白金スパッタ膜上での水の接触角は5°以下(完全濡れ)であった。この結果から、SAM膜処理が適切になされたことがわかる。   After the SAM film treatment, when the contact angle of water was measured at the SAM film formation site (on the SAM film), the contact angle of water on the SAM film was 92.2 ° (see FIG. 12). On the other hand, when the contact angle of water was measured on the platinum sputtered film before the SAM treatment, the contact angle of water on the platinum sputtered film was 5 ° or less (complete wetting). From this result, it can be seen that the SAM film treatment was appropriately performed.

次に、東京応化社製フォトレジスト(TSMR8800)をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィ法でレジストパターンを形成した後、酸素プラズマ処理を行い露出部のSAM膜を除去した。処理後の残渣レジストはアセトンにて溶解除去し、同様の接触角評価を行ったところ、SAM膜除去部位において水の接触角は5°以下(完全濡れ)であり(図13参照)、レジストでカバーされていた部位のそれは92.4°の値を示した。この結果から、SAM膜のパターン化が適切になされたことが確認できる。   Next, a photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) was formed by spin coating, a resist pattern was formed by ordinary photolithography, and then an oxygen plasma treatment was performed to remove the exposed SAM film. The residual resist after treatment was dissolved and removed with acetone, and the same contact angle evaluation was performed. As a result, the contact angle of water at the SAM film removal site was 5 ° or less (complete wetting) (see FIG. 13). That of the covered site showed a value of 92.4 °. From this result, it can be confirmed that the SAM film is appropriately patterned.

他方式のパターニングとして、同様のレジストワークによりあらかじめレジストパターンを形成し、同様のSAM膜処理を実施後、アセトンにてレジストを除去し、接触角を測定した。レジストカバーされた白金膜上の接触角は5°以下(完全濡れ)、他の部位のそれは92.0°となり、SAM膜のパターン化が適切になされたことを確認した。   As another type of patterning, a resist pattern was previously formed with the same resist work, and after the same SAM film treatment, the resist was removed with acetone, and the contact angle was measured. The contact angle on the resist-covered platinum film was 5 ° or less (complete wetting), and that at other sites was 92.0 °, confirming that the SAM film was appropriately patterned.

もう1つの他方式として、シャドウマスクを用いた紫外線照射を行った。具体的には、エキシマランプによる波長176nmの真空紫外光を用いて10分間照射した。照射部の接触角は5°以下(完全濡れ)、未照射部のそれは92.2°でありSAM膜のパターン化が適切になされたことを確認した。   As another method, ultraviolet irradiation using a shadow mask was performed. Specifically, irradiation was performed for 10 minutes using vacuum ultraviolet light having a wavelength of 176 nm from an excimer lamp. The contact angle of the irradiated part was 5 ° or less (complete wetting), and that of the unirradiated part was 92.2 °, confirming that the SAM film was appropriately patterned.

次にLaNiO溶液を先のパターン化SAM膜上にインクジェット法で塗布し、オーブン、レーザ、ランプアニール等で乾燥、熱分解、及び結晶化を行った。なお、ここでは、LaNiO溶液をインクジェット方式でパターニングする例を紹介したが、スパッタ法若しくはスピンコート法によりLaNiO溶液を全面に塗膜し、フォトリソグラフィ法や・エッチング法により所望のパターンを得る方法を用いてもよい。 Next, a LaNiO 3 solution was applied onto the patterned SAM film by an ink jet method, followed by drying, thermal decomposition, and crystallization using an oven, laser, lamp annealing, or the like. Here, although provides examples of patterning the LaNiO 3 solution by an ink jet method, a sputtering method or a spin coating method and coating the LaNiO 3 solution on the entire surface to obtain a desired pattern by photolithography and etching method A method may be used.

次に、LaNiO溶液を塗布した手順と同じように、PZT前駆体を形成するためのSAM膜を形成する。なお、LaNiOは酸化物でありSAM膜が形成されないため、フォトリソグラフィやエッチングの工程は省略できる。 Next, the SAM film for forming the PZT precursor is formed in the same manner as the procedure of applying the LaNiO 3 solution. Since LaNiO 3 is an oxide and no SAM film is formed, photolithography and etching steps can be omitted.

前駆体塗布液の合成は、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を10モル%過剰にしてある。これは熱処理中の所謂鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。   In the synthesis of the precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and isopropoxide zirconium were used as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is 10 mol% excess relative to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment.

イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでPZT前駆体溶液を合成した。このPZT濃度は0.1モル/lにした。   Isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium were dissolved in methoxyethanol, the alcohol exchange reaction and the esterification reaction were advanced, and the PZT precursor solution was synthesized by mixing with the methoxyethanol solution in which the lead acetate was dissolved. The PZT concentration was 0.1 mol / l.

一度のゾルゲル成膜で得られる膜厚は100nmが好ましく、前駆体濃度は成膜面積と前駆体塗布量の関係から適正化される(従って0.1モル/lに限定されるものではない)。   The film thickness obtained by a single sol-gel film formation is preferably 100 nm, and the precursor concentration is optimized from the relationship between the film formation area and the amount of applied precursor (thus not limited to 0.1 mol / l). .

この前駆体溶液を先のパターン化SAM膜上にインクジェット法で塗布した(図9(a)参照)。インクジェット法によりSAM膜上には液滴を吐出せず親水部のみ吐出することで接触角のコントラストにより親水部上にのみ塗膜ができた。   This precursor solution was applied onto the patterned SAM film by the inkjet method (see FIG. 9A). By discharging only the hydrophilic portion without discharging droplets on the SAM film by the ink jet method, a coating film was formed only on the hydrophilic portion due to the contact angle contrast.

これを第一の加熱(溶媒乾燥)としてレーザ光の照射により120℃処理後、有機物の熱分解を行い90nmの膜厚を得た。ここで用いたレーザ光は、波長980nmの半導体レーザで、PZTを形成する幅よりも広いスポット径を持つ。   This was treated as a first heating (solvent drying) at 120 ° C. by laser light irradiation, and the organic matter was thermally decomposed to obtain a film thickness of 90 nm. The laser beam used here is a semiconductor laser having a wavelength of 980 nm and has a spot diameter wider than the width for forming PZT.

引き続きインクジェット塗布装置によりPZT前駆体を塗布する。このときの膜厚は180nmであった。次に、レーザ照射によりLaNiO膜を加熱し、間接的にPZT前駆体を乾燥させる。ここで、波長980nmに対するLaNiO溶液の光吸収率は約70%であり、白金の光吸収率はおよそ20%であるため、白金はほとんど温度上昇することがない。そのため、白金上に形成されたSAM膜も除去されない。乾燥後のPZT前駆体の膜厚は90nmであった。 Subsequently, the PZT precursor is applied by an inkjet coating apparatus. The film thickness at this time was 180 nm. Next, the LaNiO 3 film is heated by laser irradiation to indirectly dry the PZT precursor. Here, the light absorption rate of the LaNiO 3 solution with respect to the wavelength of 980 nm is about 70%, and the light absorption rate of platinum is about 20%. Therefore, the temperature of platinum hardly increases. Therefore, the SAM film formed on platinum is not removed. The film thickness of the PZT precursor after drying was 90 nm.

先記工程を6回繰り返し540nmの電気機械変換膜を得たのち、熱分解処理を行った。電気機械変換膜にクラック等の不良は生じなかった。更に6回のPZT前駆体の選択塗布及び乾燥を行い、レーザ照射により結晶化処理をした。電気機械変換膜にクラック等の不良は生じなかった。電気機械変換膜の膜厚は1000nmに達した。これらのレーザ光照射による加熱工程において、SAM膜は除去されることなく、最後まで水に対する接触角は90°以上を保っていた。   The previous step was repeated 6 times to obtain an electromechanical conversion film having a thickness of 540 nm, followed by thermal decomposition treatment. Defects such as cracks did not occur in the electromechanical conversion film. Further, selective application and drying of the PZT precursor were performed 6 times, and crystallization treatment was performed by laser irradiation. Defects such as cracks did not occur in the electromechanical conversion film. The film thickness of the electromechanical conversion film reached 1000 nm. In these heating processes by laser light irradiation, the SAM film was not removed, and the contact angle with respect to water was maintained at 90 ° or more until the end.

次に、SAM膜をホットプレート加熱により除去し、このパターン化された電気機械変換膜に上部電極(白金)を成膜して電気機械変換素子を作製し、電気特性、電気−機械変換能(圧電定数)の評価を行った。図14は、本実施例で作製した電気機械変換素子のP−Eヒステリシス曲線を示すグラフである。電気機械変換膜の比誘電率は1220、誘電損失は0.02、残留分極は19.3uC/cm、抗電界は36.5kV/cmであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持つことがわかった。 Next, the SAM film is removed by hot plate heating, and an upper electrode (platinum) is formed on the patterned electromechanical conversion film to produce an electromechanical conversion element. (Piezoelectric constant) was evaluated. FIG. 14 is a graph showing a PE hysteresis curve of the electromechanical transducer produced in this example. The relative dielectric constant of the electromechanical conversion film is 1220, the dielectric loss is 0.02, the remanent polarization is 19.3 uC / cm 2 , and the coercive electric field is 36.5 kV / cm, which is equivalent to that of an ordinary ceramic sintered body. I understood that I have it.

電気機械変換素子の電気−機械変換能は、電界印加による変形量をレーザドップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。その圧電定数d31は、−120pm/Vとなり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であった。これは液滴吐出ヘッドとして十分設計できうる特性値である。   The electro-mechanical conversion ability of the electromechanical transducer was calculated by measuring the amount of deformation by applying an electric field with a laser Doppler vibrometer and fitting it by simulation. The piezoelectric constant d31 was −120 pm / V, which was also the same value as the ceramic sintered body. This is a characteristic value that can be sufficiently designed as a droplet discharge head.

上記とは別に、上部電極を配置せずに、更なる厚膜化を試みた。すなわち、6回までの熱分解アニールのたびに結晶化処理を行い、これを10回繰り返したところ5μmのパターン化PZT膜がクラック等の欠陥を伴わずに得られた。   Apart from the above, further thickening was attempted without arranging the upper electrode. That is, crystallization treatment was performed every time pyrolysis annealing was repeated up to 6 times, and when this was repeated 10 times, a patterned PZT film having a thickness of 5 μm was obtained without defects such as cracks.

一般には、ホットプレートやオーブンによってPZT前駆体の乾燥、熱分解、及び結晶化が行われるが、加熱の工程を全てレーザ光の照射で行うことにより、PZT膜のみが加熱され、SAM膜は加熱されない。そのため、SAM膜は初めに1回だけ塗布すれば、最後まで除去されることはなく、大幅な工数の削減が図れる。   In general, the PZT precursor is dried, pyrolyzed, and crystallized by a hot plate or an oven, but only the PZT film is heated and the SAM film is heated by performing all the heating steps by laser light irradiation. Not. Therefore, if the SAM film is applied only once at the beginning, it is not removed until the end, and the man-hour can be greatly reduced.

[実施例3]
実施例2において、図3に示す薄膜形成装置3を用いて、PZT膜上の必要な部分のみに白金を塗布し、上部電極を形成した。塗布するときにはPZT前駆体を塗布したときと同様に接触角のコントラストを利用して塗布領域を規定した。
[Example 3]
In Example 2, using the thin film forming apparatus 3 shown in FIG. 3, platinum was applied only to a necessary portion on the PZT film to form an upper electrode. When coating, the coating area was defined using the contact angle contrast in the same manner as when the PZT precursor was coated.

上部電極は短絡を防止するためにPZT膜パターンより小さい領域に塗布する必要があるため、PZT膜上にも撥水部を設けることが好ましい。本実施例では白金を形成しない領域にレジストをパターニングした後、レジストが形成されていない領域に液状の白金を塗布した。そして、120℃で白金を乾燥処理し、その後にレジストを剥離して、最終的に250℃で焼結した。焼成後の膜厚は0.5μmであり、比抵抗は5×10−6オームセンチであり、良好な結果が得られた。 Since it is necessary to apply the upper electrode to a region smaller than the PZT film pattern in order to prevent a short circuit, it is preferable to provide a water repellent part also on the PZT film. In this embodiment, after patterning a resist in a region where platinum is not formed, liquid platinum is applied to a region where the resist is not formed. Then, the platinum was dried at 120 ° C., after which the resist was peeled off and finally sintered at 250 ° C. The film thickness after firing was 0.5 μm, and the specific resistance was 5 × 10 −6 ohm centimeter, and good results were obtained.

[実施例4]
他の白金族元素の電極膜としてルテニウム、イリジウム、ロジウムを各々のチタン密着層を配置した熱酸化膜付きシリコンウェハ上にスパッタリング成膜した。SAM分子、処理方法は実施例2と同じである。又、白金族合金として白金−ロジウム(ロジウム濃度は15wt% )も行った。又、イリジウム酸化膜の上にイリジウム金属、又は白金膜を配置した試料についても行った。
[Example 4]
As electrode films of other platinum group elements, ruthenium, iridium, and rhodium were formed by sputtering on a silicon wafer with a thermal oxide film in which each titanium adhesion layer was disposed. The SAM molecule and the treatment method are the same as in Example 2. Further, platinum-rhodium (rhodium concentration: 15 wt%) was also used as a platinum group alloy. Moreover, it also performed about the sample which has arrange | positioned the iridium metal or the platinum film | membrane on the iridium oxide film.

SAM膜除去部位の水の接触角は5°以下(完全濡れ)であり、一方、SAM膜配置部位のそれは全ての試料において90.0°を示した。つまり、何れの金属についても、良好な結果が得られた。   The water contact angle at the SAM membrane removal site was 5 ° or less (complete wetting), while that at the SAM membrane placement site was 90.0 ° in all samples. That is, good results were obtained for any metal.

以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments and examples have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the above-described embodiments are not deviated from the scope described in the claims. Various modifications and substitutions can be made to the embodiments.

1、2 液滴吐出ヘッド
3 薄膜製造装置
4 インクジェット記録装置
5 基板
10 ノズル板
11 ノズル
20 圧力室基板
21 圧力室
30 振動板
40 電気機械変換素子
41 密着層
42、46 金属電極
43、45 酸化物電極
43a、43b、44a、44b 機能性インク
44 電気機械変換膜
49 金属膜
49x、51x 開口部
50 SAM膜
51 フォトレジスト
60 架台
61 Y軸駆動手段
62 ステージ
63 X軸駆動手段
64 X軸支持部材
65、69 Z軸駆動手段
66 ヘッドベース
67 インクジェットヘッド
68 インクタンク
70 レーザ支持部材
71 レーザ装置
71x レーザ光
81 記録装置本体
82 印字機構部
83 用紙
84 給紙カセット(或いは給紙トレイ)
85 手差しトレイ
86 排紙トレイ
91 主ガイドロッド
92 従ガイドロッド
93 キャリッジ
94 インクジェット記録ヘッド
95 インクカートリッジ
97 主走査モータ
98 駆動プーリ
99 従動プーリ
100 タイミングベルト
101 給紙ローラ
102 フリクションパッド
103 ガイド部材
104 搬送ローラ
105 搬送コロ
106 先端コロ
107 副走査モータ
109 印写受け部材
111 搬送コロ
112 拍車
113 排紙ローラ
114 拍車
115、116 ガイド部材
117 回復装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Droplet discharge head 3 Thin film manufacturing apparatus 4 Inkjet recording apparatus 5 Substrate 10 Nozzle plate 11 Nozzle 20 Pressure chamber substrate 21 Pressure chamber 30 Vibration plate 40 Electromechanical conversion element 41 Adhesion layer 42, 46 Metal electrode 43, 45 Oxide Electrode 43a, 43b, 44a, 44b Functional ink 44 Electromechanical conversion film 49 Metal film 49x, 51x Opening 50 SAM film 51 Photoresist 60 Mount 61 Y-axis drive means 62 Stage 63 X-axis drive means 64 X-axis support member 65 69 Z-axis drive means 66 Head base 67 Inkjet head 68 Ink tank 70 Laser support member 71 Laser device 71x Laser light 81 Recording device main body 82 Printing mechanism 83 Paper 84 Paper feed cassette (or paper feed tray)
85 Manual feed tray 86 Paper discharge tray 91 Main guide rod 92 Subordinate guide rod 93 Carriage 94 Inkjet recording head 95 Ink cartridge 97 Main scanning motor 98 Drive pulley 99 Driven pulley 100 Timing belt 101 Paper feed roller 102 Friction pad 103 Guide member 104 Transport roller 105 Conveying roller 106 Leading end roller 107 Sub-scanning motor 109 Printing receiving member 111 Conveying roller 112 Spur 113 Paper discharge roller 114 Spur 115, 116 Guide member 117 Recovery device

特表2002−543429号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-543429

Claims (13)

基板上に金属電極を成膜する工程と、
前記金属電極上に酸化物電極を成膜する工程と、
前記酸化物電極上に、金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を部分的に除去して前記酸化物電極の一部を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部内に露出する前記酸化物電極上に、インクジェットヘッドから機能性インクを吐出する工程と、
前記酸化物電極上の前記機能性インクにレーザ光を照射して結晶化することで電気機械変換膜を形成する工程と、を有し、
前記酸化物電極の前記レーザ光に対する光吸収率は、前記金属膜の前記レーザ光に対する光吸収率よりも高く、
前記機能性インクにレーザ光を照射して前記酸化物電極を加熱することによって、前記機能性インクを間接加熱する電気機械変換素子の製造方法。
Forming a metal electrode on the substrate;
Forming an oxide electrode on the metal electrode;
On the oxide electrode, and forming a gold Shokumaku,
Removing the metal film partially to form an opening exposing a portion of the oxide electrode;
Discharging functional ink from an inkjet head onto the oxide electrode exposed in the opening;
Forming an electromechanical conversion film by irradiating the functional ink on the oxide electrode with laser light to crystallize, and
The light absorption rate for the laser light of said oxide electrode is rather higher than the light absorption rate with respect to the laser beam of the metal film,
A method for producing an electromechanical transducer , wherein the functional ink is indirectly heated by irradiating the functional ink with a laser beam to heat the oxide electrode .
基板上に金属電極を成膜する工程と、
前記金属電極上に撥液膜を形成する工程と、
前記撥液膜上に開口部を有するフォトレジストを形成する工程と、
前記開口部内に露出する前記撥液膜と、前記フォトレジストを除去する工程と、
前記金属電極上であって、前記撥液膜が存在しない、前記開口部に対応する領域に酸化物電極を形成するための第1の機能性インクをインクジェットヘッドで吐出する工程と、
前記第1の機能性インクにレーザ光を照射し、結晶化して酸化物電極を形成する工程と、
前記酸化物電極上に第2の機能性インクをインクジェットヘッドで吐出する工程と、
前記第2の機能性インクにレーザ光を照射して電気機械変換膜を形成する工程と、を有し、
前記酸化物電極の前記レーザ光に対する光吸収率は、前記金属電極の前記レーザ光に対する光吸収率よりも高く、
前記第2の機能性インクにレーザ光を照射し、前記第2の機能性インクの底部の前記酸化物電極を加熱することによって、前記第2の機能性インクを加熱する電気機械変換素子の製造方法。
Forming a metal electrode on the substrate;
Forming a liquid repellent film on the metal electrode ;
Forming a photoresist having an opening on the liquid repellent film;
Removing the liquid repellent film exposed in the opening and the photoresist;
Discharging a first functional ink for forming an oxide electrode in a region corresponding to the opening, on the metal electrode, where the liquid repellent film does not exist;
Irradiating the first functional ink with laser light and crystallizing to form an oxide electrode;
Discharging a second functional ink onto the oxide electrode with an inkjet head ;
Irradiating the second functional ink with a laser beam to form an electromechanical conversion film, and
The light absorption rate for the laser light of said oxide electrode is rather higher than the light absorption rate with respect to the laser beam of the metal electrode,
Production of an electromechanical transducer that heats the second functional ink by irradiating the second functional ink with laser light and heating the oxide electrode at the bottom of the second functional ink. Method.
前記酸化物電極の前記レーザ光に対する光吸収率は、前記金属膜の前記レーザ光に対する光吸収率よりも20%以上高い請求項記載の電気機械変換素子の製造方法。 The light absorption rate with respect to the laser beam of the oxide electrode, the manufacturing method of electromechanical transducer of more than 20% than the light absorption coefficient higher Claim 1 wherein for said laser beam of said metal film. 前記酸化物電極の前記レーザ光に対する光吸収率は、前記金属電極の前記レーザ光に対する光吸収率よりも20%以上高い請求項記載の電気機械変換素子の製造方法。 The light absorption rate with respect to the laser beam, before Symbol manufacturing method of electromechanical transducer of high claim 2, wherein 20% or more than the light absorption rate with respect to the laser beam of the metal electrodes of the oxide electrode. 前記電気機械変換膜を形成する工程において、前記機能性インクは、乾燥、熱分解、及び結晶化して前記電気機械変換膜となる請求項1又は3記載の電気機械変換素子の製造方法。 The method for producing an electromechanical conversion element according to claim 1 or 3 , wherein in the step of forming the electromechanical conversion film, the functional ink is dried, pyrolyzed, and crystallized to form the electromechanical conversion film. 前記レーザ光の照射領域の形状は、前記機能性インクの形状と同等以上である請求項1、3、又は5の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。 Shape of the irradiation area of the laser beam, according to claim 1 is shaped least equivalent of the functional ink, 3, or manufacturing method of electromechanical transducer according to one of 5. 前記電気機械変換膜を形成する工程において、前記第2の機能性インクは、乾燥、熱分解、及び結晶化して前記電気機械変換膜となる請求項2又は4記載の電気機械変換素子の製造方法。 In the step of forming the electro-mechanical conversion layer, the second functional ink is dry, pyrolysis, and the manufacturing method of electromechanical transducer of claim 2 or 4, wherein crystallized becomes the electromechanical conversion film . 前記レーザ光の照射領域の形状は、前記第2の機能性インクの形状と同等以上である請求項2、4、又は7の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。 The method of manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 2, 4, and 7 , wherein a shape of the laser light irradiation region is equal to or greater than a shape of the second functional ink . 前記機能性インクは金属の複合酸化物を含む請求項1、3、5、又は6の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。 The method for producing an electromechanical transducer according to claim 1 , wherein the functional ink contains a metal complex oxide. 前記第2の機能性インクは金属の複合酸化物を含む請求項2、4、7、又は8の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。 The method for manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 2, 4, 7, and 8 , wherein the second functional ink contains a composite oxide of metal. 前記レーザ光の波長は400nm以上である請求項1乃至10の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。 Method for manufacturing electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 10 wavelengths of the laser beam is 400nm or more. 前記電気機械変換膜を形成する工程の後、前記電気機械変換膜上に他の電極を形成する工程を有する請求項1乃至11の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。 After the step of forming the electro-mechanical conversion film manufacturing method of electromechanical transducer of any one of claims 1 to 11 comprising forming the other electrode on the electro-mechanical transducer film. 請求項1乃至12の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法を用いて製造された電気機械変換素子にノズル板、圧力室基板、及び振動板を設けて製造された液体吐出ヘッドの製造方法。 A liquid discharge head manufactured by providing a nozzle plate, a pressure chamber substrate, and a vibration plate on an electromechanical transducer manufactured using the method for manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 12 . Production method.
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