JP6112401B2 - Electromechanical conversion element manufacturing method and electromechanical conversion element manufacturing apparatus - Google Patents

Electromechanical conversion element manufacturing method and electromechanical conversion element manufacturing apparatus Download PDF

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明は、電気機械変換素子の製造方法及び製造装置に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method and equipment of the electromechanical transducer.

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が近年広く用いられている。このインクジェット記録装置においてインク等の記録材を吐出する手段として、液滴吐出ヘッドが用いられている。図1は液滴吐出ヘッドの一例を示す断面図である。図1において、液滴吐出ヘッド10は、インク滴を吐出するノズル11と、ノズル11が連通する加圧室12(インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される。)とを備えている。また、加圧室12内のインクを加圧する、電気機械変換膜13、上部電極14、下部電極15を有する電気機械変換素子(圧電素子)16を備えている。また、電気機械変換素子16にかえて、ヒータなどの電気熱変換素子、もしくは加圧室12の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極などを用いるものなども知られている。そして、電気機械変換素子16により加圧室12内のインクを加圧することによってノズル11からインク滴を吐出させる。   In recent years, ink jet recording apparatuses used as image recording apparatuses or image forming apparatuses such as printers, facsimiles, and copying apparatuses have been widely used. In this ink jet recording apparatus, a droplet discharge head is used as means for discharging a recording material such as ink. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a droplet discharge head. In FIG. 1, a droplet discharge head 10 includes a nozzle 11 that discharges ink droplets, and a pressure chamber 12 that communicates with the nozzle 11 (also referred to as an ink flow path, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, and a liquid chamber). ). Further, an electromechanical conversion element (piezoelectric element) 16 having an electromechanical conversion film 13, an upper electrode 14, and a lower electrode 15 that pressurizes ink in the pressurizing chamber 12 is provided. In addition, instead of the electromechanical conversion element 16, an electrothermal conversion element such as a heater, or one using a diaphragm forming a wall surface of the pressurizing chamber 12 and an electrode facing the diaphragm is known. Ink droplets are ejected from the nozzle 11 by pressurizing the ink in the pressurizing chamber 12 by the electromechanical transducer 16.

上記電気機械変換素子16を用いた液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成する。そして、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。たわみ振動モードのアクチュエータに使用される圧電素子は、例えば、共通電極である下部電極と、下部電極上に形成された、例えばPZT膜からなる電気機械変換膜と、PZT膜上に形成された個別電極である上部電極とで構成されたものが知られている。   There are two types of droplet discharge heads using the electromechanical transducer 16: one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and one using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. Has been put to practical use. For example, a piezoelectric material layer using a flexural vibration mode is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm. A known piezoelectric element layer is formed by cutting the piezoelectric material layer into a shape corresponding to the pressure generating chamber by lithography and forming the piezoelectric material independently of each pressure generating chamber. For example, the piezoelectric element used in the actuator of the flexural vibration mode includes a lower electrode that is a common electrode, an electromechanical conversion film formed of, for example, a PZT film on the lower electrode, and an individual electrode formed on the PZT film. What is comprised with the upper electrode which is an electrode is known.

さらに、特許文献1、2には、上部電極上には層間絶縁膜が形成されて下部電極と上部電極との絶縁が図られ、この層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して上部電極に電気的に接続される配線が設けられた構造となったものが開示されている。   Further, in Patent Documents 1 and 2, an interlayer insulating film is formed on the upper electrode to insulate the lower electrode from the upper electrode, and the upper electrode is connected to the upper electrode through a contact hole opened in the interlayer insulating film. A structure in which wirings to be electrically connected are provided is disclosed.

上記下部電極としては主にPtをベースにした金属電極を用いる場合が多い。しかし、この場合には、PZTの疲労特性が低下するという懸念がある。一般的にPZTに含まれるPb拡散による特性劣化が考えられ、酸化物電極を用いることで、疲労特性が改善すると言われている(特許文献3参照)。   As the lower electrode, a metal electrode mainly based on Pt is often used. However, in this case, there is a concern that the fatigue characteristics of PZT are reduced. Generally, characteristic deterioration due to Pb diffusion contained in PZT is considered, and it is said that fatigue characteristics are improved by using an oxide electrode (see Patent Document 3).

ここで、図2(a)に液滴吐出ヘッドに用いられる圧電体結晶の電圧印加前の分極状態の模式図を、図2(b)に電圧印加を繰り返した後の分極状態の模式図をそれぞれ示す。図中矢印が直線で区切られたドメインの分極の向きを示している。   Here, FIG. 2A shows a schematic diagram of the polarization state of the piezoelectric crystal used in the droplet discharge head before voltage application, and FIG. 2B shows a schematic diagram of the polarization state after voltage application is repeated. Each is shown. In the figure, the arrows indicate the directions of domain polarization separated by straight lines.

図2(a)に示すように電圧印加直前(分極処理前)において圧電体結晶は分極の向きがランダムな状態となっているが、電圧印加を繰り返すことで分極処理がなされ、図2(b)に示すように分極の向きが揃ったドメインの集合体となってくる。   As shown in FIG. 2 (a), the piezoelectric crystal is in a state of random polarization immediately before voltage application (before polarization treatment), but polarization treatment is performed by repeating voltage application, and FIG. ) As a group of domains with the same polarization direction.

このため、電圧印加を行う前から分極の向きを揃えることが試されており、エージング工程またはポーリング(分極処理)工程と称した所定駆動電圧に対して変位量を安定化させる工夫が行われてきた(特許文献4、5参照)。具体的には圧電素子に対して駆動パルス電圧を超える高電圧を印加するような手法が行われている。また、電極と電荷供給手段との間に電圧を印加してコロナ放電を生じさせることにより、電荷を供給し、圧電体内に電界を発生させる工夫が行われている(特許文献6参照)。   For this reason, attempts have been made to align the direction of polarization before voltage application, and efforts have been made to stabilize the amount of displacement with respect to a predetermined drive voltage referred to as an aging process or a poling (polarization process) process. (See Patent Documents 4 and 5). Specifically, a technique is applied in which a high voltage exceeding the drive pulse voltage is applied to the piezoelectric element. Further, a device has been devised in which a voltage is applied between the electrode and the charge supply means to generate a corona discharge, thereby supplying a charge and generating an electric field in the piezoelectric body (see Patent Document 6).

例えば、上記特許文献4、5に記載されているように駆動パルス電圧を印可して処理する場合、例えば、プローブカード等を用いてウェハレベルで処理することができる。しかし、配置された端子電極数や配置等によっては、プローブカードの作製等に費用がかかるという問題があった。また、1枚のプローブカードで処理出来る端子電極数が少ない場合においては、ウェハレベルで処理するのに相当な時間を要することになるという問題があった。   For example, when processing is performed by applying a drive pulse voltage as described in Patent Documents 4 and 5, for example, processing can be performed at a wafer level using a probe card or the like. However, depending on the number and arrangement of terminal electrodes arranged, there is a problem that the production of the probe card is expensive. Further, when the number of terminal electrodes that can be processed by one probe card is small, there is a problem that it takes a considerable time to process at the wafer level.

また、上記特許文献6においては、圧電膜が形成された後にコロナワイヤーを用いてポーリング処理を実施しているが、ポーリング処理後の層間膜形成や引出配線形成等の後工程による熱履歴等によって脱分極する場合がある。具体的には処理後に例えば300[℃]を超える熱履歴を与えることにより処理前の状態に戻ってしまう。すなわち、ポーリング処理を行ったにも関わらず、液滴吐出ヘッドとした時に所定駆動電圧に対する変位量が安定しない場合があった。   Further, in Patent Document 6 described above, the poling process is performed using the corona wire after the piezoelectric film is formed. However, due to the heat history in the subsequent process such as the interlayer film formation and the lead-out wiring formation after the poling process, etc. May depolarize. Specifically, for example, by giving a thermal history exceeding 300 [° C.] after processing, the state before processing is restored. In other words, the amount of displacement with respect to the predetermined drive voltage may not be stable when the droplet discharge head is used despite the polling process.

図3は、分極処理前、分極処理後及び300[℃]を超える熱履歴を与えた後の圧電体の電界強度と分極量との関係を示すヒステリシス曲線である。図3のヒステリシス曲線に示すように、強誘電体に外部から電場を加えると、急速に分極が進み、飽和する。その後、電界の強さを弱くして、電界をゼロの状態にしても分極の大きさはゼロにはならない。このゼロの状態が残留分極Prである。しかし、分極処理後に、300[℃]を超える熱履歴を与えると脱分極し、分極処理前の状態に戻ってしまう。   FIG. 3 is a hysteresis curve showing the relationship between the electric field strength of the piezoelectric body and the polarization amount before the polarization treatment, after the polarization treatment, and after giving a thermal history exceeding 300 [° C.]. As shown in the hysteresis curve of FIG. 3, when an electric field is applied to the ferroelectric substance from the outside, polarization rapidly proceeds and saturates. Thereafter, the magnitude of the polarization does not become zero even if the electric field strength is reduced and the electric field is zero. This zero state is the remanent polarization Pr. However, if a thermal history exceeding 300 [° C.] is applied after the polarization treatment, it is depolarized and returns to the state before the polarization treatment.

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電気機械変換膜の分極処理を確実に行うことができるとともに、分極処理後の脱分極を防ぐことができる電気機械変換素子の製造方法及び製造装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electromechanical conversion element capable of reliably performing a polarization process of an electromechanical conversion film and preventing depolarization after the polarization process. it is to provide a manufacturing method and manufacturing equipment of.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、基板または下地膜上に第1の駆動電極を形成するステップと、前記第1の駆動電極上に電気機械変換膜と該電気機械変換膜上に位置する第2の駆動電極とを形成するステップと、前記第2の駆動電極上に第1の絶縁保護膜を形成するステップと、前記第2の駆動電極に電気的に接続された配線を前記第1の絶縁保護膜上に形成するステップと、前記配線上に形成される膜であり前記配線に接続される端子電極を露出する第2の絶縁保護膜を形成するステップと、前記端子電極に対応した接触部を有する導電性部材を用い、該導電性部材の接触部を該端子電極に接触させて、該導電性部材にコロナ放電又はグロー放電により発生した電荷を注入することにより、前記電気機械変換膜を分極処理するステップと、を有することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a step of forming a first drive electrode on a substrate or a base film, an electromechanical conversion film on the first drive electrode, and the electromechanical conversion film. Forming a second driving electrode located above; forming a first insulating protective film on the second driving electrode; and wiring electrically connected to the second driving electrode Forming on the first insulating protective film, forming a second insulating protective film which is a film formed on the wiring and which exposes a terminal electrode connected to the wiring, and the terminal By using a conductive member having a contact portion corresponding to the electrode, bringing the contact portion of the conductive member into contact with the terminal electrode, and injecting a charge generated by corona discharge or glow discharge into the conductive member, Polarizing the electromechanical conversion film A step, is characterized in that it has a.

本発明によれば、電気機械変換膜の分極処理を確実に行うことができるとともに、分極処理後の脱分極を防ぐことができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to perform the polarization process of an electromechanical conversion film reliably, the depolarization after a polarization process can be prevented.

液滴吐出ヘッドの概略構成断面図。FIG. 3 is a schematic sectional view of a droplet discharge head. (a)、(b)は圧電体結晶の電圧印加前後の分極状態の模式図。(A), (b) is a schematic diagram of the polarization state of the piezoelectric crystal before and after voltage application. 分極処理前、分極処理後及び300[℃]を超える熱履歴を与えた後の圧電体の電界強度と分極量との関係を示すヒステリシス曲線。The hysteresis curve which shows the relationship between the electric field strength of a piezoelectric material, and the amount of polarization before a polarization process, after a polarization process, and after giving the thermal history over 300 [degreeC]. 本発明の一実施形態に係る電気機械変換素子の断面図。Sectional drawing of the electromechanical transducer which concerns on one Embodiment of this invention. 同電気機械変換素子の構成の説明図であって、(a)は断面図、(b)は上面図。It is explanatory drawing of a structure of the same electromechanical conversion element, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 導体プレートを用いて分極処理する際の説明図であって、(a)は断面図、(b)は上面図。It is explanatory drawing at the time of performing a polarization process using a conductor plate, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 分極処理の説明図。Explanatory drawing of a polarization process. 分極率を説明するグラフであって、(a)は分極処理を行っていないものについてヒステリシスループ、(b)は分極処理を行ったものについてヒステリシスループ。It is a graph explaining a polarizability, (a) is a hysteresis loop about what has not performed polarization processing, and (b) is a hysteresis loop about what performed polarization processing. 酸化チタン膜と白金膜とを成膜したシリコン基板上に、SrRuO膜を成膜した試料のX線回折測定結果を示すグラフ。On a silicon substrate was deposited a titanium oxide film and a platinum film, a graph showing a SrRuO 3 film X-ray diffraction measurement results of the samples was deposited. 実施例1と比較例1とによりそれぞれ作製した電気機械変換素子を比較するグラフ。The graph which compares the electromechanical conversion element each produced by Example 1 and the comparative example 1. FIG. 液滴吐出ヘッドの構成の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of a structure of a droplet discharge head. 本実施形態に係る液滴吐出装置の構成の一例を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view illustrating an example of a configuration of a droplet discharge device according to the present embodiment. 同液滴吐出装置の機構部の側面図。The side view of the mechanism part of the droplet discharge device.

以下に、発明を実施するための形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
本実施形態では、本発明の電気機械変換素子の製造方法の一例及びそれにより得られる電気機械変換素子について説明する。
Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these examples.
In the present embodiment, an example of a method for manufacturing an electromechanical transducer of the present invention and an electromechanical transducer obtained thereby will be described.

まず、本実施形態に係る電気機械変換素子の構成例について説明する。
図4は、本実施形態に係る電気機械変換素子を模式的に示した断面図である。図4に示すように、電気機械変換素子(圧電素子)30は、基板31、成膜振動板(下地膜)32上に、第1の駆動電極33、電気機械変換膜34、第2の駆動電極35が積層された構造となっている。
First, a configuration example of the electromechanical transducer according to this embodiment will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the electromechanical transducer according to this embodiment. As shown in FIG. 4, the electromechanical transducer (piezoelectric element) 30 includes a first drive electrode 33, an electromechanical transducer film 34, and a second drive on a substrate 31 and a film formation diaphragm (base film) 32. The electrode 35 is laminated.

さらに絶縁保護膜、引き出し配線を備えた電気機械変換素子の構成について、図5を用いて説明する。図5(a)は断面図、図5(b)は上面図であり、図5(b)については圧電素子の構成が分かるように、一部の部材について第2の絶縁保護膜を透視して記載している。また、図6は導体プレートを用いてコロナ放電またはグロー放電により発生した電荷を電気機械変換素子に注入する構成の説明図であり、(a)は断面図、(b)は上面図である。なお、図5及び図6において、図4と同じ部材には同じ符号を付している。   Further, the structure of the electromechanical conversion element including the insulating protective film and the lead-out wiring will be described with reference to FIG. 5A is a cross-sectional view, FIG. 5B is a top view, and FIG. 5B is a perspective view of a part of the second insulating protective film so that the configuration of the piezoelectric element can be seen. It is described. FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams of a configuration in which electric charges generated by corona discharge or glow discharge are injected into the electromechanical transducer using a conductor plate, where FIG. 6A is a cross-sectional view and FIG. 6B is a top view. 5 and 6, the same members as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

図5に示す電気機械変換素子においては、図4の場合と同様に、基板31、成膜振動板32上に、第1の駆動電極33、電気機械変換膜34、第2の駆動電極35が積層されている。そして、電気機械変換膜34、第2の駆動電極35は、第2の駆動電極を形成後にエッチングにより個別化されている。そして、第2の駆動電極は個別電極として機能し、第1の駆動電極33は、個別化された電気機械変換膜34、第2の駆動電極35に対して共通電極として機能している。   In the electromechanical conversion element shown in FIG. 5, the first drive electrode 33, the electromechanical conversion film 34, and the second drive electrode 35 are provided on the substrate 31 and the film formation diaphragm 32 as in the case of FIG. 4. Are stacked. The electromechanical conversion film 34 and the second drive electrode 35 are individualized by etching after the second drive electrode is formed. The second drive electrode functions as an individual electrode, and the first drive electrode 33 functions as a common electrode for the individualized electromechanical conversion film 34 and the second drive electrode 35.

第1の駆動電極33、第2の駆動電極35上には、図5(b)に示すようにコンタクトホール45を有する第1の絶縁保護膜41が設けられている。このコンタクトホール45は、第1の駆動電極33、第2の駆動電極35と、後述する第1の配線42、第2の配線43とがそれぞれ電気的に接続できるように設けられたものである。そして、第1の絶縁保護膜41上には、第1の配線42、第2の配線43が設けられており、上記のように第1の絶縁保護膜41に設けられたコンタクトホール45を介して、それぞれが第1の駆動電極33、第2の駆動電極35と導通している。   On the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35, a first insulating protective film 41 having a contact hole 45 is provided as shown in FIG. 5B. The contact hole 45 is provided so that the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35 can be electrically connected to a first wiring 42 and a second wiring 43 described later. . Then, a first wiring 42 and a second wiring 43 are provided on the first insulating protective film 41, and through the contact hole 45 provided in the first insulating protective film 41 as described above. Thus, each is electrically connected to the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35.

さらに、第1の駆動電極33及びこれに導通する第1の配線42を共通電極、第2の駆動電極35及びこれに導通する第2の配線43を個別電極として、共通電極、個別電極を保護する第2の絶縁保護膜44が形成されている。この第2の絶縁保護膜44は、第1の配線42、第2の配線43上(さらには第1の絶縁保護膜41上)に形成されている。また、第2の絶縁保護膜44には複数の開口部48,49が設けられ第1の端子電極としての共通電極用パッド46、及び第2の端子電極としての個別電極用パッド47が露出している。   Further, the common electrode and the individual electrode are protected by using the first drive electrode 33 and the first wiring 42 conducting to the common electrode as the common electrode, and the second driving electrode 35 and the second wiring 43 conducting to the individual electrode as the individual electrodes. A second insulating protective film 44 is formed. The second insulating protective film 44 is formed on the first wiring 42 and the second wiring 43 (and further on the first insulating protective film 41). The second insulating protective film 44 is provided with a plurality of openings 48 and 49 to expose the common electrode pad 46 as the first terminal electrode and the individual electrode pad 47 as the second terminal electrode. ing.

前記複数のパッドのうち、共通電極用に作製されたもの、すなわち共通電極に接続されたものを共通電極用パッド46、個別電極用に作製されたもの、すなわち個別電極に接続されたものを個別電極用パッド47としている。これらのパッドは上述したように例えば第2の絶縁保護膜44に開口部48,49を設けることにより外部に露出することができる。   Among the plurality of pads, those prepared for the common electrode, that is, those connected to the common electrode are the common electrode pads 46, and those prepared for the individual electrodes, ie, those connected to the individual electrodes are individually The electrode pad 47 is used. As described above, these pads can be exposed to the outside by providing openings 48 and 49 in the second insulating protective film 44, for example.

以上に説明した構成を有する電気機械変換素子は以下の各工程を行うことにより製造することができる。   The electromechanical transducer having the above-described configuration can be manufactured by performing the following steps.

基板31または下地膜(成膜振動板)32上に、第1の駆動電極33を形成する工程。ここでいう第1の駆動電極33としては、後述のように密着層を含むこともできる。   A step of forming the first drive electrode 33 on the substrate 31 or the base film (deposition diaphragm) 32. Here, the first drive electrode 33 may include an adhesion layer as described later.

前記第1の駆動電極33上に電気機械変換膜34を形成する工程。   Forming an electromechanical conversion film on the first drive electrode 33;

前記電気機械変換膜34上に、第2の駆動電極35を形成する工程。   Forming a second drive electrode 35 on the electromechanical conversion film 34;

前記電気機械変換膜34及び前記第2の駆動電極35をエッチングにより個別化する工程。係る工程を行うことにより、第2の駆動電極35を個別電極とし、第1の駆動電極33は個別化された電気機械変換膜34、第2の駆動電極35に対して共通電極として機能するようになる。   A step of individualizing the electromechanical conversion film 34 and the second drive electrode 35 by etching; By performing this process, the second drive electrode 35 is used as an individual electrode, and the first drive electrode 33 functions as a common electrode for the individualized electromechanical conversion film 34 and the second drive electrode 35. become.

前記第1の駆動電極33及び前記第2の駆動電極35上に第1の絶縁保護膜41を形成する工程。   Forming a first insulating protective film 41 on the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35;

この際、第1の駆動電極33、第2の駆動電極35と、後述する第1の配線42、第2の配線43とをそれぞれ電気的に接続するため第1の絶縁保護膜41にはコンタクトホール45を形成することができる。   At this time, the first insulating protective film 41 is contacted to electrically connect the first driving electrode 33 and the second driving electrode 35 to a first wiring 42 and a second wiring 43 which will be described later. Holes 45 can be formed.

前記第1の駆動電極33、前記第2の駆動電極35にそれぞれ電気的に接続された第1の配線42、第2の配線43を前記第1の絶縁保護膜41上に形成する工程。   Forming a first wire and a second wire 43 electrically connected to the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35 on the first insulating protective film 41, respectively;

前記第1の配線42及び第2の配線43上に前記第1の配線42または第2の配線43に接続するための複数のパッド46,47を有する第2の絶縁保護膜44を形成する工程。   A step of forming a second insulating protective film 44 having a plurality of pads 46 and 47 for connecting to the first wiring 42 or the second wiring 43 on the first wiring 42 and the second wiring 43. .

ここで、第1の配線42と第2の配線43とは、上記工程の中で別のプロセスとして製造することもできるが、同一プロセス中に形成されることが生産性の観点から好ましい。   Here, the first wiring 42 and the second wiring 43 can be manufactured as separate processes in the above steps, but are preferably formed in the same process from the viewpoint of productivity.

また、複数のパッド46,47は第2の絶縁保護膜44に開口部を設けることにより外部に露出することができる。   Further, the plurality of pads 46 and 47 can be exposed to the outside by providing openings in the second insulating protective film 44.

そして、本実施形態に係る電気機械変換素子30の製造方法では、図6(a)に示すように、個別電極用パッド47に開口部49から導電性部材として後述する導体プレート20を接続させ、その部分にコロナ放電もしくはグロー放電を行う。この放電により、1.0×10−8[C]以上の電荷量を発生させ、前記パッドを介して、発生した電荷を注入することにより分極処理を行う工程を行う。 And in the manufacturing method of the electromechanical transducer 30 according to the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the conductor plate 20 described later as a conductive member is connected to the individual electrode pad 47 from the opening 49, Corona discharge or glow discharge is performed on that part. This discharge generates a charge amount of 1.0 × 10 −8 [C] or more, and performs a polarization process by injecting the generated charge through the pad.

上記分極処理を行う工程においては、コロナ放電もしくはグロー放電によって、上記所定量以上の電荷量を発生させ、発生した電荷を前記複数の個別電極用パッド47を介して電気機械変換膜34に注入するものである。この際、コロナ放電またはグロー放電により発生した電荷が正帯電していることが好ましい。   In the step of performing the polarization treatment, a charge amount greater than the predetermined amount is generated by corona discharge or glow discharge, and the generated charge is injected into the electromechanical conversion film 34 through the plurality of individual electrode pads 47. Is. At this time, it is preferable that the charge generated by corona discharge or glow discharge is positively charged.

例えば、図7に示すように放電電極としてのコロナワイヤー52を用いてコロナ放電させる場合には、大気中の分子をイオン化させることで、陽イオンを発生させる。この陽イオンは、導体プレート20の接触部20aから、ステージ53上に設置された電気機械変換素子30の個別電極用パッド47を介して、電気機械変換素子30に流れ込んで正極性の電荷が蓄積され、電気機械変換膜34の分極処理が行われる。なお、コロナワイヤー52と導体プレート20との間に放電制御用電極としてのグリッド電極を配置し、そのグリッド電極に放電制御用の電圧を印加してもよい。   For example, as shown in FIG. 7, when corona discharge is performed using a corona wire 52 as a discharge electrode, positive ions are generated by ionizing molecules in the atmosphere. This cation flows into the electromechanical conversion element 30 from the contact portion 20a of the conductor plate 20 via the individual electrode pad 47 of the electromechanical conversion element 30 installed on the stage 53, and accumulates positive charge. Then, polarization processing of the electromechanical conversion film 34 is performed. A grid electrode as a discharge control electrode may be disposed between the corona wire 52 and the conductor plate 20, and a voltage for discharge control may be applied to the grid electrode.

ここで、分極処理に必要な電荷量Qを考えると1.0×10−8[C]以上の電荷量が蓄積される(発生させる)ことが好ましく、4.0×10−8[C]以上の電荷量が蓄積される(発生させる)ことがさらに好ましい。電荷量が上記の値に満たない場合は、分極処理が十分に行えない場合があり、電気機械変換膜34、例えばPZTの圧電アクチュエータとして連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合があるためである。 Here, considering the charge amount Q required for the polarization treatment, it is preferable that a charge amount of 1.0 × 10 −8 [C] or more is accumulated (generated), and 4.0 × 10 −8 [C]. More preferably, the above charge amount is accumulated (generated). If the amount of charge is less than the above value, the polarization process may not be performed sufficiently, and sufficient characteristics cannot be obtained with respect to displacement degradation after continuous driving as an electromechanical conversion film 34, for example, a PZT piezoelectric actuator. This is because there are cases.

上記分極処理を行う工程においては、作製された電気機械変換素子(圧電素子)30に対して、導体プレート20を用いてコロナ放電もしくはグロー放電を行い、発生した電荷についてパッド46、47を介して注入することにより、分極処理を実施している。   In the step of performing the polarization treatment, the produced electromechanical transducer (piezoelectric element) 30 is subjected to corona discharge or glow discharge using the conductor plate 20, and the generated charges are passed through the pads 46 and 47. By injecting, polarization treatment is performed.

ここで、分極処理の状態については、P−Eヒステリシスループから判断することができる。   Here, the state of polarization processing can be determined from the PE hysteresis loop.

図8(a)は図2で説明した分極処理を行っていないものについてヒステリシスループを測定したものであり、図8(b)は分極処理を行ったものについてヒステリシスループを測定したものである。   FIG. 8A shows the hysteresis loop measured for the sample not subjected to the polarization processing described in FIG. 2, and FIG. 8B shows the hysteresis loop measured for the polarization treatment.

図8(a)、(b)に示すように±150[kV/cm]の電界強度かけてヒステリシスループを測定する。最初の0[kV/cm]時の分極をPiniとし、+150[kV/cm]の電圧印加後0[kV/cm]まで戻したときの0[kV/cm]時の分極をPrとする。   As shown in FIGS. 8A and 8B, a hysteresis loop is measured with an electric field strength of ± 150 [kV / cm]. The initial polarization at 0 [kV / cm] is Pini, and the polarization at 0 [kV / cm] when the voltage is returned to 0 [kV / cm] after applying a voltage of +150 [kV / cm] is Pr.

このとき、PrとPiniとの差、すなわちPr−Piniの値を分極率として定義し、この分極率から分極状態の良し悪しを判断することができる。ここで図8(b)に示したように、分極率Pr−Piniは10[μC/cm]以下となっていることが好ましく、5[μC/cm]以下となっていることがさらに好ましい。これは、この値に満たない場合に、電気機械変換膜34、例えばPZTの圧電アクチュエータとして連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合があるためである。 At this time, the difference between Pr and Pini, that is, the value of Pr−Pini is defined as the polarizability, and whether the polarization state is good or bad can be determined from this polarizability. Here, as shown in FIG. 8B, the polarizability Pr-Pini is preferably 10 [μC / cm 2 ] or less, and more preferably 5 [μC / cm 2 ] or less. preferable. This is because, when the value is less than this value, sufficient characteristics may not be obtained with respect to displacement degradation after continuous driving as a piezoelectric actuator of the electromechanical conversion film 34, for example, PZT.

すなわち、上記した製造方法により得られた電気機械変換素子30は、±150[kV/cm]の電界強度をかけてヒステリシスループを測定する。測定開始時の0[kV/cm]における分極をPiniとし、+150[kV/cm]の電圧印加後、0[kV/cm]まで戻した際の0[kV/cm]時の分極をPrとする。この場合に、PrとPiniの差が10[μC/cm]以下であることが好ましく、5[μC/cm]以下であることがより好ましい。 That is, the electromechanical transducer 30 obtained by the manufacturing method described above measures a hysteresis loop by applying an electric field strength of ± 150 [kV / cm]. The polarization at 0 [kV / cm] at the start of measurement is Pini, and the polarization at 0 [kV / cm] when the voltage is returned to 0 [kV / cm] after applying a voltage of +150 [kV / cm] is Pr. To do. In this case, the difference between Pr and Pini is preferably 10 [μC / cm 2 ] or less, and more preferably 5 [μC / cm 2 ] or less.

また、上記した製造方法により得られた電気機械変換素子30は、電気機械変換膜34の比誘電率が600以上2000以下であることが好ましい。   Further, in the electromechanical conversion element 30 obtained by the manufacturing method described above, the relative dielectric constant of the electromechanical conversion film 34 is preferably 600 or more and 2000 or less.

以下に、本実施形態の電気機械変換素子を構成する材料、工法について具体的に説明する。   Below, the material and construction method which comprise the electromechanical conversion element of this embodiment are demonstrated concretely.

(基板)
基板31としてはその材質は特に限定されるものではないが、シリコン単結晶基板を用いることが好ましい。そして、その厚さとしては、100〜600[μm]の厚みを持つことが好ましい。
(substrate)
The material of the substrate 31 is not particularly limited, but a silicon single crystal substrate is preferably used. The thickness is preferably 100 to 600 [μm].

シリコン単結晶基板の面方位としては、(100)、(110)、(111)の3種類があるが、半導体産業では一般的に(100)、(111)が広く使用されている。本構成においては、(100)の面方位をもつシリコン単結晶基板を好ましく使用することができる。また、本実施形態における電気機械変換素子30においては、(110)面方位をもった単結晶基板も好ましく用いることができる。   There are three types of plane orientation of the silicon single crystal substrate, (100), (110), and (111), but (100) and (111) are generally widely used in the semiconductor industry. In this configuration, a silicon single crystal substrate having a (100) plane orientation can be preferably used. In the electromechanical transducer 30 in the present embodiment, a single crystal substrate having a (110) plane orientation can also be preferably used.

基板31に図1に示した圧力室を作製する場合、一般的にエッチングを利用してシリコン単結晶基板の加工が行われるが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。   When the pressure chamber shown in FIG. 1 is manufactured on the substrate 31, the silicon single crystal substrate is generally processed by using etching. In this case, anisotropic etching is used as an etching method. It is common.

異方性エッチングとは結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えば、KOH等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、(100)面に比べて(111)面は約1/400程度のエッチング速度となる。従って、面方位(100)では約54[°]の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位(110)では深い溝を掘ることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができる。このため、異方性エッチングを利用して圧力室等を作製する場合、(110)の面方位を有するシリコン単結晶基板を使用することも可能である。ただし、この場合には、マスク材であるSiOもエッチングされてしまうおそれがあるため、これに留意して利用することが望ましい。 Anisotropic etching utilizes the property that the etching rate differs with respect to the plane orientation of the crystal structure. For example, in anisotropic etching immersed in an alkaline solution such as KOH, the (111) plane has an etching rate of about 1/400 compared to the (100) plane. Accordingly, a structure having an inclination of about 54 [°] can be produced in the plane orientation (100), whereas a deep groove can be dug in the plane orientation (110), so that the arrangement density can be maintained while maintaining rigidity. Can be high. For this reason, when producing a pressure chamber etc. using anisotropic etching, it is also possible to use a silicon single crystal substrate having a (110) plane orientation. However, in this case, SiO 2 which is a mask material may be etched, so that it is desirable to use this in consideration.

(下地膜(振動板))
図1に示すように電気機械変換膜13によって発生した力を受けて、下地膜(振動板)17が変形変位して、圧力室12のインク滴を吐出させる。そのため、下地膜17としては所定の強度を有したものであることが好ましい。
(Undercoat (diaphragm))
As shown in FIG. 1, under the force generated by the electromechanical conversion film 13, the base film (vibration plate) 17 is deformed and displaced, and ink droplets in the pressure chamber 12 are ejected. Therefore, it is preferable that the base film 17 has a predetermined strength.

下地膜17を構成する材料としては変形変位して圧力室12のインク滴を吐出できるものであればよく、要求される耐久性等に応じて任意に選択することができるが、例えば、Si、SiO、Si3N4を用いることができる。これらの材料を用いる場合、CVD法により作製することができる。 The material constituting the base film 17 may be any material that can be deformed and displaced to discharge the ink droplets in the pressure chamber 12 and can be arbitrarily selected according to required durability. SiO 2 and Si 3 N 4 can be used. When these materials are used, they can be manufactured by a CVD method.

また、下地膜(振動板)17としては、第1の駆動電極(下部電極)15、電気機械変換膜13の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、電気機械変換膜13としては、一般的に材料としてPZTが使用されることから、PZTの線膨張係数8×10−6(1/K)に近い線膨張係数を有するものが好ましい。具体的には、5×10−6(1/K)以上10×10−6(1/K)以下の範囲の線膨張係数を有した材料であることが好ましく、さらには7×10−6(1/K)以上9×10−6(1/K)以下の範囲の線膨張係数を有した材料がより好ましい。 Further, it is preferable to select a material close to the linear expansion coefficient of the first drive electrode (lower electrode) 15 and the electromechanical conversion film 13 as the base film (vibration plate) 17. In particular, as the electromechanical conversion film 13, since PZT is generally used as a material, a film having a linear expansion coefficient close to 8 × 10 −6 (1 / K) of PZT is preferable. Specifically, the material preferably has a linear expansion coefficient in the range of 5 × 10 −6 (1 / K) to 10 × 10 −6 (1 / K), and more preferably 7 × 10 −6. A material having a linear expansion coefficient in the range of (1 / K) to 9 × 10 −6 (1 / K) is more preferable.

この場合、具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等が挙げられる。これらの材料をスパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。   In this case, specific materials include aluminum oxide, zirconium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, osmium oxide, rhenium oxide, rhodium oxide, palladium oxide, and compounds thereof. These materials can be manufactured by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method.

膜厚としては特に限定されるものではないが、0.1[μm]以上10[μm]以下の範囲が好ましく、0.5[μm]以上3[μm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと図1に示すような圧力室12の加工が難しい場合があり、この範囲より大きいと下地膜17が変形変位しにくくなり、インク滴の吐出が不安定になる場合があるためである。   The film thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 [μm] to 10 [μm], and more preferably in the range of 0.5 [μm] to 3 [μm]. If it is smaller than this range, it may be difficult to process the pressure chamber 12 as shown in FIG. 1, and if it is larger than this range, the underlying film 17 will not be easily deformed and displaced, and ink droplet ejection may become unstable. It is.

(第1の駆動電極)
例えば図1に示す、第1の駆動電極15としては特に限定されるものではないが、金属または金属と酸化物とからなっていることが好ましい。具体的には、第1の駆動電極15としては例えば、金属電極膜から構成することができる。また、金属電極膜と酸化物電極膜とから構成することもできる。
(First drive electrode)
For example, the first drive electrode 15 shown in FIG. 1 is not particularly limited, but is preferably made of a metal or a metal and an oxide. Specifically, the first drive electrode 15 can be composed of a metal electrode film, for example. Moreover, it can also be comprised from a metal electrode film and an oxide electrode film.

第1の駆動電極15がいずれの材料からなる場合でも、振動板17と金属膜との間に密着層を形成し、剥がれ等を抑制するように工夫することが好ましい。以下に密着層を含めて金属電極膜、酸化物電極膜の詳細について記載する。   Even when the first drive electrode 15 is made of any material, it is preferable to devise an adhesive layer between the diaphragm 17 and the metal film so as to suppress peeling and the like. Details of the metal electrode film and oxide electrode film including the adhesion layer are described below.

密着層としては、例えば、金属膜を成膜後、RTA(rapid thermal annealing)装置を用いて、RTA法により酸化(熱酸化)して酸化膜とすることにより得ることができる。酸化(熱酸化)を行う際の条件としては特に限定されるものではなく、用いる金属膜の材質等により選択することができる。例えば、650〜800[℃]で、1〜30分間、O雰囲気で金属膜を熱酸化することにより形成することができる。 The adhesion layer can be obtained, for example, by forming a metal film and then oxidizing it (thermal oxidation) by an RTA method using an RTA (rapid thermal annealing) device to form an oxide film. Conditions for the oxidation (thermal oxidation) are not particularly limited, and can be selected depending on the material of the metal film to be used. For example, it can be formed by thermally oxidizing a metal film at 650 to 800 [° C.] for 1 to 30 minutes in an O 2 atmosphere.

金属膜は例えばスパッタ法により成膜することができる。金属膜の材料としてはTi、Ta、Ir、Ru等の材料を好ましく用いることができ、中でもTiを好ましく用いることができる。   The metal film can be formed by sputtering, for example. As a material for the metal film, materials such as Ti, Ta, Ir, and Ru can be preferably used, and among these, Ti can be preferably used.

金属酸化物膜は反応性スパッタにより作製してもよいが、金属膜の高温による熱酸化法が望ましい。これは、反応性スパッタにより作製する場合、例えばシリコン基板などの基板も一緒に高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成を必要となり、コスト上好ましくないためである。また、一般の炉による酸化よりも、RTA装置による酸化の方が金属酸化物膜の結晶性が良好になることが挙げられる。これは、チタン膜を例に説明すると、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じる。これに対して、昇温速度の速いRTA法による酸化ではそのような過程を経る必要がなく、良好な結晶を形成することが可能になる。   The metal oxide film may be formed by reactive sputtering, but a thermal oxidation method at a high temperature of the metal film is desirable. This is because, when manufacturing by reactive sputtering, for example, a substrate such as a silicon substrate needs to be heated together at a high temperature, so that a special sputtering chamber configuration is required, which is not preferable in terms of cost. In addition, the crystallinity of the metal oxide film is improved by the oxidation by the RTA apparatus than by the oxidation by a general furnace. This is explained by taking a titanium film as an example. According to oxidation by a normal heating furnace, a titanium film that is easily oxidized forms a number of crystal structures at a low temperature, so that it is necessary to break it once. On the other hand, in the oxidation by the RTA method having a high temperature rising rate, it is not necessary to go through such a process, and it becomes possible to form a good crystal.

密着層の膜厚としては、特に限定されるものではないが、10[nm]以上50[nm]以下の範囲が好ましく、15[nm]以上30[nm]以下の範囲がさらに好ましい。膜厚が上記範囲よりも薄い場合においては、振動板、第1の駆動電極との密着性が悪くなる場合がある。また、膜厚が上記範囲よりも厚いとその上に作製する第1の駆動電極の膜の結晶の質に影響が出てくる場合がある。このため、上記範囲を選択することが好ましい。   The thickness of the adhesion layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 [nm] to 50 [nm], and more preferably in the range of 15 [nm] to 30 [nm]. When the film thickness is thinner than the above range, the adhesion between the diaphragm and the first drive electrode may be deteriorated. Further, if the film thickness is larger than the above range, the crystal quality of the first drive electrode film formed thereon may be affected. For this reason, it is preferable to select the said range.

金属電極膜の金属材料としては従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金を用いることができる。なお、白金は鉛に対して十分なバリア性を有しない場合があるため、イリジウム、白金−ロジウムなどの白金族元素や、これら合金も用いることができる。   Conventionally, platinum having high heat resistance and low reactivity can be used as the metal material of the metal electrode film. In addition, since platinum may not have sufficient barrier properties with respect to lead, platinum group elements such as iridium and platinum-rhodium, and alloys thereof can also be used.

また、金属電極膜の金属材料として白金を使用する場合には、下地(特にSiO)との密着性が悪いために、上記密着層を先に積層することが好ましい。 In addition, when platinum is used as the metal material of the metal electrode film, it is preferable that the adhesion layer is laminated first because adhesion to the base (particularly SiO 2 ) is poor.

金属電極膜の作製方法としては特に限定されるものではないが、例えばスパッタ法や真空蒸着等の真空成膜を用いることができる。   The method for producing the metal electrode film is not particularly limited, but vacuum film formation such as sputtering or vacuum deposition can be used.

金属電極膜の膜厚としては要求される性能に応じて選択すればよく、限定されるものではないが、例えば80[nm]〜200[nm]であることが好ましく、100[nm]〜150[nm]であることがより好ましい。上記範囲より薄い場合においては、共通電極として十分な電流を供給することができない場合があり、インク吐出をする際に不具合が発生する場合があるため好ましくない。また、上記範囲より厚い場合、特に金属電極膜の金属材料として白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コスト上問題となる点が挙げられる。また、特に金属材料として白金を用いた場合、膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなる。すると、その上に作製する膜(例えば酸化物電極膜や電気機械変換膜)の表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼして、インク吐出に十分な変位が得られないような不具合が発生する場合がある。   The thickness of the metal electrode film may be selected according to the required performance, and is not limited, but is preferably 80 [nm] to 200 [nm], for example, 100 [nm] to 150 [Nm] is more preferable. When the thickness is smaller than the above range, it may not be possible to supply a sufficient current as the common electrode, and a problem may occur when ink is ejected. In addition, when the thickness is larger than the above range, particularly when an expensive material of a platinum group element is used as the metal material of the metal electrode film, there is a problem in terms of cost. In particular, when platinum is used as the metal material, the surface roughness increases when the film thickness is increased. Then, when a defect occurs that affects the surface roughness and crystal orientation of the film (for example, an oxide electrode film or an electromechanical conversion film) to be formed thereon and sufficient displacement cannot be obtained for ink ejection. There is.

酸化物電極膜の材料としては、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO、以下単に「SRO」とも記載する。)を用いることが好ましい。また、ルテニウム酸ストロンチウムの一部を置換した材料、具体的には、SrxA1−xRuyB1−yO(式中、AはBa、Ca、 BはCo、Ni、 x、y=0〜0.5)で表される材料についても好ましく用いることができる。 As a material for the oxide electrode film, it is preferable to use strontium ruthenate (SrRuO 3 , hereinafter also simply referred to as “SRO”). The material obtained by replacing a part of strontium ruthenate, specifically, SrxA1-xRuyB1-yO 3 (wherein, A is Ba, Ca, B is Co, Ni, x, y = 0~0.5) The material represented by can also be preferably used.

酸化物電極膜の成膜方法については例えばスパッタ法により作製することができる。スパッタ条件については限定されるものではないが、スパッタ条件によって酸化物膜の膜質が変化するため、要求される結晶配向性等により選択することができる。   The oxide electrode film can be formed by sputtering, for example. Although the sputtering conditions are not limited, the film quality of the oxide film changes depending on the sputtering conditions, and can be selected according to the required crystal orientation.

例えば、後述する電気機械変換膜34は、連続動作したときの変位特性劣化を抑えるためにはその結晶性としては(111)面方位に配向していることが好ましい。このような電気機械変換膜34を得るためには、その下層に配置した酸化物電極膜についても(111)面方位に配向していることが好ましい。このため、酸化物電極膜は(111)面方位に優先配向していることが好ましい。   For example, the electromechanical conversion film 34 to be described later is preferably oriented in the (111) plane orientation as its crystallinity in order to suppress deterioration of displacement characteristics when continuously operated. In order to obtain such an electromechanical conversion film 34, it is preferable that the oxide electrode film disposed in the lower layer is also oriented in the (111) plane direction. For this reason, the oxide electrode film is preferably preferentially oriented in the (111) plane orientation.

そして、酸化物電極膜について(111)面方位に優先配向した膜を得るために、500[℃]以上に基板加熱を行い、これにスパッタ法により酸化物電極膜を成膜することが好ましい。   Then, in order to obtain a film preferentially oriented in the (111) plane orientation with respect to the oxide electrode film, it is preferable to heat the substrate to 500 [° C.] or higher, and form the oxide electrode film thereon by sputtering.

また、酸化物電極膜の下層に金属電極膜を設ける場合、該金属電極膜は白金膜からなることが好ましい。また、その面方位として、(111)面方位に配向していることが好ましい。これは、その上に成膜する酸化物電極膜についても(111)面方位に優先配向したものが得やすくなるためである。   Moreover, when providing a metal electrode film in the lower layer of an oxide electrode film, it is preferable that this metal electrode film consists of a platinum film. Moreover, it is preferable that it is oriented in the (111) plane orientation as the plane orientation. This is because it is easy to obtain an oxide electrode film formed thereon that is preferentially oriented in the (111) plane orientation.

例えば特許文献7には、SRO膜の成膜条件として、SROを室温で成膜後、RTA処理にて結晶化温度で熱酸化するとされている。この場合、SRO膜としては、十分結晶化され、電極としての比抵抗としても十分な値が得られるが、膜の結晶配向性としては、(110)が優先配向しやすくなり、その上に例えばPZT膜を成膜した場合、このPZT膜についても(110)配向しやすくなる。このため、本実施形態においてSRO膜を形成する場合には、上記成膜条件により成膜することが好ましい。   For example, Patent Document 7 states that the SRO film is formed by depositing SRO at room temperature and then thermally oxidizing it at the crystallization temperature by RTA treatment. In this case, the SRO film is sufficiently crystallized and a sufficient value is obtained as a specific resistance as an electrode. However, as the crystal orientation of the film, (110) is likely to be preferentially oriented. When a PZT film is formed, this PZT film is also easily (110) oriented. For this reason, when forming the SRO film in the present embodiment, it is preferable to form the film under the above film forming conditions.

ここで、例えば金属電極膜として(111)面方位に配向した白金膜を用い、その上に酸化物電極膜であるSrRuO膜を作製した場合に、酸化物電極の結晶性をX線回折測定により評価する方法について説明する。 Here, for example, when a platinum film oriented in the (111) plane direction is used as a metal electrode film, and an SrRuO 3 film as an oxide electrode film is formed thereon, the crystallinity of the oxide electrode is measured by X-ray diffraction measurement. The method of evaluation will be described.

PtとSrRuOとは格子定数が近いため、通常のX線回折測定におけるθ−2θ測定では、SRO膜の(111)面とPtの(111)面の2θ位置が重なってしまい判別が難しい。しかし、Ptについては消滅則の関係からPsi=35[°]に傾けた場合、2θが約32[°]付近の位置では回折線が打ち消し合い、Ptの回折強度が見られなくなる。そのため、Psi方向を約35[°]傾けて、2θが約32[°]付近のピーク強度で判断することでSROが(111)面方位に優先配向しているかを確認することができる。 Since Pt and SrRuO 3 have close lattice constants, in the θ-2θ measurement in the normal X-ray diffraction measurement, the 2θ positions of the (111) plane of the SRO film and the (111) plane of Pt overlap and are difficult to discriminate. However, when Pt is tilted to Psi = 35 [°] due to the extinction law, the diffraction lines cancel each other at a position where 2θ is about 32 [°], and the diffraction intensity of Pt cannot be seen. Therefore, it is possible to confirm whether the SRO is preferentially oriented in the (111) plane orientation by inclining the Psi direction by about 35 [°] and judging from the peak intensity where 2θ is about 32 [°].

図9に、シリコン基板上に、密着層として酸化チタン膜を成膜した後、(111)面方位に配向している白金膜を成膜し、その上に基板を例えば550[℃]に加熱しながら、スパッタ法によりSrRuO膜を成膜した試料のX線回折測定結果を示す。 In FIG. 9, after forming a titanium oxide film as an adhesion layer on a silicon substrate, a platinum film oriented in the (111) plane orientation is formed, and the substrate is heated to, for example, 550 [° C.]. The X-ray diffraction measurement result of the sample on which the SrRuO 3 film is formed by sputtering is shown.

図9においては、2θ=32[°]に固定し、Psiを変化させたときのデータを示している。Psi=0[°]ではSROの(110)面の回折線はほとんど回折強度が見られず、Psi=35[°]付近において、回折強度が見られることから、この測定方法によりSROが(111)面方位に優先配向していることが確認できる。また、この結果から、本成膜条件にて作製したものについては、SROが(111)面方位に優先配向していることを確認できた。   FIG. 9 shows data when 2θ = 32 [°] is fixed and Psi is changed. When Psi = 0 [°], almost no diffraction intensity is observed in the diffraction line on the (110) plane of SRO, and the diffraction intensity is observed in the vicinity of Psi = 35 [°]. ) It can be confirmed that the preferred orientation is in the plane orientation. In addition, from this result, it was confirmed that SRO was preferentially oriented in the (111) plane direction for those produced under the present film forming conditions.

また、上述記載のSRO膜を室温で成膜後、RTA処理することにより作製されたSRO膜について同様に評価を行ったところ、Psi=0[°]のときにSRO(110)の回折強度が見られた。   Further, when the SRO film prepared by performing the RTA process after forming the SRO film described above at room temperature was evaluated in the same manner, the diffraction intensity of SRO (110) was found when Psi = 0 [°]. It was seen.

圧電アクチュエータとして連続動作したときに、駆動させた後の変位量が、初期変位に比べてどのくらい劣化したかを見積もったところ、電気機械変換膜(例えばPZT)の配向性が非常に影響しており、(110)では変位劣化抑制において不十分な場合がある。このため、上述のように酸化物電極膜は(111)面方位に配向していることが好ましい。   When it was estimated how much the displacement after driving was deteriorated compared to the initial displacement when continuously operating as a piezoelectric actuator, the orientation of the electromechanical conversion film (for example, PZT) greatly affected. , (110) may be insufficient in suppressing displacement deterioration. For this reason, as described above, the oxide electrode film is preferably oriented in the (111) plane orientation.

酸化物電極に用いるSrRuO膜の表面粗さは4[nm]以上、15[nm]以下であることが好ましく、6[nm]以上、10[nm]以下であることがさらに好ましい。なお、ここでの表面粗さについてはAFMにより測定される表面粗さ(平均粗さ)を意味している。 The surface roughness of the SrRuO 3 film used for the oxide electrode is preferably 4 [nm] or more and 15 [nm] or less, and more preferably 6 [nm] or more and 10 [nm] or less. In addition, about the surface roughness here, the surface roughness (average roughness) measured by AFM is meant.

SrRuO膜の表面粗さは成膜温度に影響し、室温から300[℃]に基材を加熱して成膜した場合、表面粗さが非常に小さく2[nm]以下になる。この場合、表面粗さとしては、非常に小さくフラットになっているが、SrRuO膜の結晶性は十分でない場合がある。この様にSrRuO膜の結晶性が十分でない場合、その後に成膜する電気機械変換膜(例えばPZT膜)の圧電アクチュエータとしての初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られなくなる。 The surface roughness of the SrRuO 3 film affects the film formation temperature, and when the substrate is heated from room temperature to 300 [° C.], the surface roughness is very small and becomes 2 [nm] or less. In this case, the surface roughness is very small and flat, but the crystallinity of the SrRuO 3 film may not be sufficient. Thus, when the crystallinity of the SrRuO 3 film is not sufficient, sufficient characteristics can be obtained with respect to the initial displacement as the piezoelectric actuator of the electromechanical conversion film (for example, PZT film) to be formed thereafter and the deterioration of the displacement after continuous driving. Disappear.

そこで、成膜条件からみて、SrRuO膜の結晶性を悪化させずに得られる表面粗さを検討したところ上記範囲となることから、上記範囲を有することが好ましい。 Thus, considering the film formation conditions, the surface roughness obtained without deteriorating the crystallinity of the SrRuO 3 film is considered to be within the above range. Therefore, the above range is preferable.

上記範囲からはずれた場合、SrRuO膜の結晶性を悪化する場合があり、その後成膜する電気機械変換膜の絶縁耐圧が悪化し、リークしやすくなる場合があるため好ましくない。 When it deviates from the above range, the crystallinity of the SrRuO 3 film may be deteriorated, and the withstand voltage of the electromechanical conversion film to be formed thereafter is deteriorated and may be liable to leak.

そして、上述のような、結晶性や表面粗さを有するSrRuO膜を得るためには、成膜条件(温度)としては500[℃]〜700[℃]、好ましくは520[℃]〜600[℃]の範囲に基板を加熱して、スパッタ法により成膜することが好ましい。 In order to obtain the SrRuO 3 film having the crystallinity and the surface roughness as described above, the film formation condition (temperature) is 500 [° C.] to 700 [° C.], preferably 520 [° C.] to 600 It is preferable to heat the substrate in the range of [° C.] and form a film by sputtering.

成膜後のSrとRuの組成比については特に限定されるものではなく、要求される導電性等により選択されるが、Sr/Ruが0.82以上、1.22以下であることが好ましい。これは、上記範囲から外れると比抵抗が大きくなり、電極として十分な導電性が得られなくなる場合があるためである。   The composition ratio of Sr and Ru after film formation is not particularly limited and is selected depending on required conductivity, etc., but Sr / Ru is preferably 0.82 or more and 1.22 or less. . This is because if it is out of the above range, the specific resistance increases, and sufficient conductivity as an electrode may not be obtained.

さらに、酸化物電極としてSRO膜の膜厚としては、40[nm]以上、150[nm]以下であることが好ましく、50[nm]以上、80[nm]以下であることがさらに好ましい。上記膜厚範囲よりも薄いと初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合がある。また、電気機械変換膜のオーバーエッチングを抑制するためのストップエッチング層としての機能も得られにくくなる。さらに、上記膜厚範囲を超えると、その後成膜したPZTの絶縁耐圧が悪くなり、リークしやすくなる場合があるためである。   Furthermore, the thickness of the SRO film as the oxide electrode is preferably 40 [nm] or more and 150 [nm] or less, and more preferably 50 [nm] or more and 80 [nm] or less. If the thickness is less than the above range, sufficient characteristics may not be obtained for initial displacement and displacement deterioration after continuous driving. Moreover, it becomes difficult to obtain a function as a stop etching layer for suppressing over-etching of the electromechanical conversion film. Further, if the film thickness exceeds the above-mentioned film thickness range, the dielectric strength voltage of the PZT formed thereafter is deteriorated and it may be likely to leak.

酸化物電極の比抵抗としては、5×10−3[Ω・cm]以下になっていることが好ましく、さらに1×10−3[Ω・cm]以下になっていることがさらに好ましい。この範囲よりも大きくなると第1の配線との界面で接触抵抗が十分得られず、共通電極として十分な電流を供給することができず、インク吐出をする際に不具合が発生する場合があるためである。 The specific resistance of the oxide electrode is preferably 5 × 10 −3 [Ω · cm] or less, and more preferably 1 × 10 −3 [Ω · cm] or less. If it exceeds this range, sufficient contact resistance cannot be obtained at the interface with the first wiring, and sufficient current cannot be supplied as a common electrode, which may cause problems when ink is ejected. It is.

(電気機械変換膜)
電気機械変換膜34としては、圧電性を有する材料であれば使用することができ、特に限定されるものではない。例えば、広く用いられているPZTを好ましく使用することができる。なお、PZTとはジルコン酸鉛(PbZrO)とチタン酸鉛(PbTiO)の固溶体で、その比率により特性が異なるが、その比率についても限定されるものではなく、要求される圧電性能等に応じて選択することができる。中でもPbZrOとPbTiOの比率(モル比)が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53,Ti0.47)Oで表わされるPZT(PZT(53/47)とも示される)は、特に優れた圧電特性を示すことから好ましく用いることができる。
(Electromechanical conversion membrane)
The electromechanical conversion film 34 can be used as long as it has a piezoelectric property, and is not particularly limited. For example, PZT that is widely used can be preferably used. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), and the characteristics differ depending on the ratio. However, the ratio is not limited, and the required piezoelectric performance, etc. Can be selected accordingly. Among them, the ratio (molar ratio) of PbZrO 3 and PbTiO 3 is 53:47, and when expressed by the chemical formula, it is also indicated as PZT (PZT (53/47)) represented by Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3. ) Can be preferably used because it exhibits particularly excellent piezoelectric characteristics.

PZT以外の材料として、チタン酸バリウムも用いることができる。この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。   Barium titanate can also be used as a material other than PZT. 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.

また、上記PZTや、チタン酸バリウムは一般式ABOで表わされる。PZT、チタン酸バリウム以外にもABO(A=Pb、Ba、Sr、B=Ti、Zr、Sn、Ni、Zn、Mg、Nb)で表わされる複合酸化物を主成分とする複合酸化物を用いることができる。 The PZT and barium titanate are represented by the general formula ABO 3 . In addition to PZT and barium titanate, a composite oxide mainly composed of a composite oxide represented by ABO 3 (A = Pb, Ba, Sr, B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, Nb) is used. Can be used.

さらに、(Pb1−x,Bax)(Zr,Ti)O、(Pb1−x,Srx)(Zr,Ti)Oの様にAサイトのPbを一部BaやSrで置換した複合酸化物も使用することができる。置換に用いる元素としては2価の元素であれば可能であり、Pbの一部を2価の元素で置換することにより電気機械変換膜を成膜する際等に熱処理を行った場合に鉛の蒸発による特性劣化を低減させる効果がある。 Further, a composite oxide in which Pb at the A site is partially substituted with Ba or Sr, such as (Pb1-x, Bax) (Zr, Ti) O 3 , (Pb1-x, Srx) (Zr, Ti) O 3 Can also be used. A divalent element can be used as an element used for substitution. When a heat treatment is performed when an electromechanical conversion film is formed by substituting a part of Pb with a divalent element, lead can be used. There is an effect of reducing characteristic deterioration due to evaporation.

電気機械変換膜34の作製方法としては、特に限定されるものではないが、例えばスパッタ法や、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。そして、成膜後、フォトリソエッチング等によりパターニングを行い、所望のパターンを得ることができる。   A method for producing the electromechanical conversion film 34 is not particularly limited, but for example, it can be produced by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method. Then, after film formation, patterning can be performed by photolithography etching or the like to obtain a desired pattern.

PZTからなる電気機械変換膜34をゾルゲル法により作製する場合を例に説明する。
酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料とし、共通溶媒としてメトキシエタノールを用い、上記出発原料が所定比になるように共通溶液に溶解させ均一溶液とすることで、PZT前駆体溶液を作製する。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加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加しておくこともできる。また、鉛成分は成膜工程で熱処理を行う際などに蒸発することがあるので、量論比よりも多めに添加しておくこともできる。
A case where the electromechanical conversion film 34 made of PZT is manufactured by a sol-gel method will be described as an example.
PZT precursor solution is prepared by using lead acetate, zirconium alkoxide, and titanium alkoxide compound as starting materials, using methoxyethanol as a common solvent, and dissolving the above starting materials in a common solution so as to have a predetermined ratio to obtain a uniform solution. To do. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by moisture in the atmosphere, an appropriate amount of a stabilizer such as acetylacetone, acetic acid or diethanolamine can be added to the precursor solution as a stabilizer. In addition, since the lead component may evaporate during heat treatment in the film forming process, it can be added in a larger amount than the stoichiometric ratio.

下地基板全面にPZT膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことでPZT膜を得ることができる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で100[nm]以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整を行うことが好ましく、成膜工程を繰り返し行うことで所望の膜厚のPZT膜を得ることができる。   When a PZT film is obtained on the entire surface of the base substrate, the PZT film can be obtained by forming a coating film by a solution coating method such as spin coating and performing heat treatments such as solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since transformation from a coating film to a crystallized film involves volume shrinkage, the precursor concentration should be adjusted so that a film thickness of 100 [nm] or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film. Preferably, a PZT film having a desired film thickness can be obtained by repeatedly performing the film forming process.

なお、チタン酸バリウム膜の場合であれば、例えば、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。そして、これを用いて例えば上記PZTの場合と同様の手順でゾルゲル法により成膜することが可能である。   In the case of a barium titanate film, for example, a barium titanate precursor solution is prepared by using barium alkoxide and a titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving them in a common solvent. And using this, for example, it is possible to form a film by the sol-gel method in the same procedure as in the case of PZT.

電気機械変換膜34の膜厚としては限定されるものではなく、要求される圧電特性に応じて選択すればよいが、0.5[μm]以上、5[μm]以下であることが好ましく、1[μm]以上、2[μm]以下であることがより好ましい。これは、上記範囲より薄いと圧電アクチュエータとして使用する際に十分な変位を発生することができない場合があるためである。また、上記範囲より厚いと、その製造工程において何層も積層させて成膜するため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなるためである。   The film thickness of the electromechanical conversion film 34 is not limited and may be selected according to the required piezoelectric characteristics, but is preferably 0.5 [μm] or more and 5 [μm] or less, More preferably, it is 1 [μm] or more and 2 [μm] or less. This is because if the thickness is smaller than the above range, sufficient displacement may not be generated when used as a piezoelectric actuator. On the other hand, if the thickness is larger than the above range, a number of layers are deposited in the manufacturing process, so that the number of processes increases and the process time becomes longer.

また、電気機械変換膜34の比誘電率としては600以上、2000以下になっていることが好ましく、さらに1200以上、1600以下になっていることがより好ましい。比誘電率が係る範囲より小さいと、圧電アクチュエータとして使用する際に十分な変位特性が得られない場合がある。また、比誘電率が係る範囲より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する場合がある。   The relative dielectric constant of the electromechanical conversion film 34 is preferably 600 or more and 2000 or less, and more preferably 1200 or more and 1600 or less. If the relative permittivity is smaller than the range, sufficient displacement characteristics may not be obtained when used as a piezoelectric actuator. Further, when the relative permittivity is larger than the range, there may be a problem in that the polarization process is not sufficiently performed and sufficient characteristics cannot be obtained for the displacement degradation after continuous driving.

(第2の駆動電極)
第2の駆動電極35としては特に限定されるものではないが、金属または酸化物と金属からなっていることが好ましい。具体的には、第2の駆動電極35としては例えば、金属電極膜から構成することができる。また、金属電極膜と酸化物電極膜から構成することもできる。
(Second drive electrode)
Although it does not specifically limit as the 2nd drive electrode 35, It is preferable that it consists of a metal or an oxide, and a metal. Specifically, the second drive electrode 35 can be composed of, for example, a metal electrode film. Moreover, it can also comprise from a metal electrode film and an oxide electrode film.

以下に酸化物電極膜、金属電極膜の詳細について記載する。
酸化物電極膜の材料等については、第1の駆動電極の酸化物電極膜で説明したものと同様である。酸化物電極膜の膜厚としては、20[nm]以上、80[nm]以下が好ましく、40[nm]以上、60[nm]以下がより好ましい。これは、この膜厚範囲よりも薄いと初期変位や変位劣化特性については十分な特性が得られない場合があり、この範囲を超えると、電気機械変換膜の絶縁耐圧が非常に悪くなり、リークしやすくなる場合があるためである。
Details of the oxide electrode film and the metal electrode film are described below.
The material or the like of the oxide electrode film is the same as that described for the oxide electrode film of the first drive electrode. The thickness of the oxide electrode film is preferably 20 [nm] or more and 80 [nm] or less, and more preferably 40 [nm] or more and 60 [nm] or less. If the thickness is less than this range, sufficient characteristics may not be obtained for the initial displacement and displacement deterioration characteristics. If this range is exceeded, the dielectric strength of the electromechanical conversion film will be very poor and leakage will occur. It is because it may become easy to do.

金属電極膜の材料等については第1の駆動電極の金属電極膜で説明したものと同様である。金属電極膜の膜厚としては、30[nm]以上200[nm]以下が好ましく、50[nm]以上120[nm]以下がさらに好ましい。これは、この膜厚範囲より薄いと個別電極として十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生する場合があるためである。また、この膜厚範囲より厚い場合においては、金属電極膜の材料として白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コストアップとなる点で問題である。また、白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くしていったときに表面粗さが大きくなり、第1の絶縁保護膜を介して第2の配線を作製する際に、膜剥がれ等の不具合が発生しやすくなる場合があるためである。   The material of the metal electrode film is the same as that described for the metal electrode film of the first drive electrode. The film thickness of the metal electrode film is preferably 30 [nm] to 200 [nm], and more preferably 50 [nm] to 120 [nm]. This is because if the thickness is smaller than this range, a sufficient current cannot be supplied as an individual electrode, and a problem may occur when ink is ejected. When the thickness is larger than this range, there is a problem in that the cost increases when an expensive platinum group element material is used as the material of the metal electrode film. Further, in the case of using platinum as a material, the surface roughness increases as the film thickness increases, and when the second wiring is formed through the first insulating protective film, film peeling, etc. This is because there is a case where the above-mentioned trouble is likely to occur.

(第1の絶縁保護膜)
第1の絶縁保護膜41は、成膜・エッチングの工程による圧電素子へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過することを防止する機能を有することが好ましい。このため、その材料としては緻密な無機材料とすることが好ましい。有機材料の場合、十分な保護性能を得るためには膜厚を厚くする必要があるが、絶縁膜を厚い膜とした場合、振動板の振動変位を阻害し、吐出性能の低い液滴吐出ヘッドとなる場合があるためである。
(First insulating protective film)
The first insulating protective film 41 preferably has a function of preventing damage to the piezoelectric element due to the film forming / etching process and preventing moisture in the air from permeating. Therefore, the material is preferably a dense inorganic material. In the case of organic materials, it is necessary to increase the film thickness in order to obtain sufficient protection performance. However, if the insulating film is made thick, the vibration displacement of the diaphragm is hindered and the liquid droplet ejection head has a low ejection performance. This is because there is a case of becoming.

薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物,窒化物,炭化物の薄膜を用いることが好ましいが、絶縁膜の下地となる、電極材料、電気機械変換膜材料、振動板材料と密着性が高い材料を選定することが好ましい。具体的には、第1の絶縁保護膜41としては例えば、アルミナ膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選択される少なくとも1種の無機膜からなることが好ましい。より具体的には、Al,ZrO,Y,Ta,TiOなどのセラミクス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。これらの膜は、密着性がよく、膜が硬く、しかも耐磨耗性やコストパフォーマンスに優れている。 In order to obtain high protection performance with a thin film, it is preferable to use an oxide, nitride, or carbide thin film, but it has high adhesion to electrode materials, electromechanical conversion film materials, and diaphragm materials that form the base of insulating films. It is preferable to select the material. Specifically, the first insulating protective film 41 is preferably made of at least one inorganic film selected from, for example, an alumina film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. More specifically, Al 2 O 3, ZrO 2 , Y 2 O 3, Ta 2 O 3, an oxide film used in the ceramic material, such as TiO 2 can be cited as examples. These films have good adhesion, hard films, and excellent wear resistance and cost performance.

また、第1の絶縁保護膜41の成膜法も圧電素子を損傷する可能性が低い成膜方法であることが好ましく、例えば、蒸着法、ALD法などを好ましく用いることができ、使用できる材料の選択肢が広いALD法をより好ましく用いることができる。特にALD法を用いることで、膜密度の非常に高い薄膜を作製することができ、プロセス中でのダメージを抑制することが可能になる。   The film formation method of the first insulating protective film 41 is also preferably a film formation method with a low possibility of damaging the piezoelectric element. For example, a vapor deposition method, an ALD method, or the like can be preferably used. The ALD method with a wide range of options can be used more preferably. In particular, by using the ALD method, a thin film having a very high film density can be manufactured, and damage during the process can be suppressed.

そして、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマCVD法やプラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は圧電素子を損傷する可能性が蒸着法、ALD法に比べて高いため好ましくない。   The plasma CVD method in which a reactive gas is turned into plasma and deposited on the substrate, and the sputtering method in which the film is formed by causing the plasma to collide with the target material and flying may cause damage to the piezoelectric element, compared with the vapor deposition method and the ALD method. It is not preferable because it is expensive.

第1の絶縁保護膜41の膜厚は、圧電素子を保護するために十分な厚さの薄膜であり、かつ、振動板の変位を阻害しないように可能な限り薄いものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、第1の絶縁保護膜の膜厚としては20[nm]〜100[nm]の範囲であることが好ましい。100[nm]より厚い場合は、振動板の変位が低下するため、吐出効率の低い液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)となる場合がある。一方、20[nm]より薄い場合は圧電素子の保護層としての機能が十分ではない場合があり、圧電素子の性能が低下する恐れがある。   The film thickness of the first insulating protective film 41 may be a thin film having a sufficient thickness for protecting the piezoelectric element and may be as thin as possible so as not to disturb the displacement of the diaphragm. It is not limited. For example, the thickness of the first insulating protective film is preferably in the range of 20 [nm] to 100 [nm]. When the thickness is larger than 100 [nm], the displacement of the vibration plate is reduced, so that a droplet discharge head (inkjet head) with low discharge efficiency may be obtained. On the other hand, when the thickness is less than 20 [nm], the function as a protective layer of the piezoelectric element may not be sufficient, and the performance of the piezoelectric element may be deteriorated.

また、第1の絶縁保護膜41としてさらにもう1層設けて、2層にする構成も考えられる。この場合、例えば2層目の絶縁保護膜を厚くして振動板の振動変位を阻害しないように第2の駆動電極部付近において2層目の絶縁膜を開口するような構成としてもよい。   Further, a configuration in which another layer is provided as the first insulating protective film 41 to form two layers is also conceivable. In this case, for example, the second insulating film may be thickened to open the second insulating film in the vicinity of the second drive electrode portion so as not to inhibit the vibration displacement of the diaphragm.

2層目の絶縁保護膜としては、任意の酸化物,窒化物,炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができる。例えば、半導体デバイスで一般的に用いられるSiOを用いることができる。 Arbitrary oxides, nitrides, carbides, or composite compounds thereof can be used for the second insulating protective film. For example, SiO 2 that is generally used in semiconductor devices can be used.

2層目の絶縁保護膜の成膜方法としては任意の手法を用いることができ、CVD法,スパッタリング法が挙げられる。電極形成部等のパターン形成部の段差被覆を考慮すると等方的に成膜できるCVD法を用いることが好ましい。   Arbitrary methods can be used as a method for forming the second insulating protective film, and examples thereof include a CVD method and a sputtering method. It is preferable to use a CVD method capable of forming an isotropic film in consideration of the step coverage of the pattern forming portion such as the electrode forming portion.

2層目の絶縁保護膜の膜厚は、共通電極と個別電極配線との間に印加される電圧で絶縁破壊されないように選択することが好ましい。すなわち絶縁膜に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定することが好ましい。さらに、2層目の絶縁膜の下地の表面性やピンホール等を考慮すると膜厚は200[nm]以上であることが好ましく、500[nm]以上であることがさらに好ましい。   The film thickness of the second insulating protective film is preferably selected so that the dielectric breakdown is not caused by the voltage applied between the common electrode and the individual electrode wiring. That is, it is preferable to set the electric field strength applied to the insulating film within a range not causing dielectric breakdown. Furthermore, in consideration of the surface property of the base of the second insulating film, pinholes, etc., the film thickness is preferably 200 [nm] or more, and more preferably 500 [nm] or more.

(第1、第2の配線)
第1の配線42、第2の配線43は、第1の駆動電極33、前記第2の駆動電極35にそれぞれ電気的に接続されており、第1の絶縁保護膜41上に形成されている。
(First and second wiring)
The first wiring 42 and the second wiring 43 are electrically connected to the first driving electrode 33 and the second driving electrode 35, respectively, and are formed on the first insulating protective film 41. .

第1の配線42、及び、第2の配線43の材質は特に限定されるものではなく、要求される性能等に応じて選択すればよいが、例えば、Ag合金、Cu、Al、Al合金、Au、Pt、Irから選択される少なくとも1種の金属からなることが好ましい。これらの金属は、基板上に低抵抗で耐久性のある電極を成膜することができる。   The material of the first wiring 42 and the second wiring 43 is not particularly limited, and may be selected according to required performance. For example, Ag alloy, Cu, Al, Al alloy, It is preferably made of at least one metal selected from Au, Pt, and Ir. These metals can form a low-resistance and durable electrode on the substrate.

第1の配線42、第2の配線43の作製方法としては、例えば、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る方法を好ましく用 いることができる。   As a method for manufacturing the first wiring 42 and the second wiring 43, for example, a method of manufacturing by using a sputtering method or a spin coating method and then obtaining a desired pattern by photolithography etching or the like can be preferably used.

第1の配線42、第2の配線43の膜厚としては、0.1[μm]〜20[μm]が好ましく、0.2[μm]〜10[μm]がさらに好ましい。膜厚が上記範囲より小さいと抵抗が大きくなり電極に十分な電流を流すことができずに液滴吐出ヘッドとした場合に液滴の吐出が不安定になる場合がある。また、膜厚が上記範囲より大きいとプロセス時間が長くなり生産性の面で問題となる場合がある。   The film thicknesses of the first wiring 42 and the second wiring 43 are preferably 0.1 [μm] to 20 [μm], and more preferably 0.2 [μm] to 10 [μm]. If the film thickness is smaller than the above range, the resistance increases, and a sufficient current cannot flow through the electrode, and the droplet discharge head may become unstable when the droplet discharge head is used. On the other hand, if the film thickness is larger than the above range, the process time becomes long, which may cause a problem in productivity.

また、第1の配線42のうち、開口部(コンタクトホール)48から露出している部分が共通電極用パッド46となる。また、第2の配線43のうち、開口部(コンタクトホール)49から露出している部分が個別電極用パッド47となる。これらのパッド46、47(10[μm]×10[μm])での接触抵抗は、共通電極用パッド46の接触抵抗としては10[Ω]以下が好ましく、個別電極用パッド47の接触抵抗としては1[Ω]以下が好ましい。さらに、共通電極用パッド46の接触抵抗としては5[Ω]以下、個別電極用パッド47の接触抵抗としては0.5[Ω]以下であることがより好ましい。これは、上記各パッド46、47での接触抵抗が上記範囲を超えると十分な電流を供給することができなくなり、液滴吐出ヘッドとした場合に、液滴の吐出をする際に不具合が発生する場合があるためである。   Further, a portion of the first wiring 42 exposed from the opening (contact hole) 48 becomes a common electrode pad 46. In addition, a portion of the second wiring 43 exposed from the opening (contact hole) 49 becomes an individual electrode pad 47. The contact resistance of these pads 46 and 47 (10 [μm] × 10 [μm]) is preferably 10 [Ω] or less as the contact resistance of the common electrode pad 46, and the contact resistance of the individual electrode pad 47 Is preferably 1 [Ω] or less. Furthermore, the contact resistance of the common electrode pad 46 is more preferably 5 [Ω] or less, and the contact resistance of the individual electrode pad 47 is more preferably 0.5 [Ω] or less. This is because when the contact resistance at each of the pads 46 and 47 exceeds the above range, a sufficient current cannot be supplied, and in the case of a droplet discharge head, a problem occurs when discharging a droplet. It is because there is a case to do.

(第2の絶縁保護膜)
第2の絶縁保護膜44は個別電極配線や共通電極配線の保護層の機能を有するパッシベーション層として機能するものである。
(Second insulating protective film)
The second insulating protective film 44 functions as a passivation layer having a function of a protective layer for individual electrode wiring and common electrode wiring.

図5(a)に示す通り、個別電極引き出し部と、図示しないが共通電極引き出し部を除き、個別電極と共通電極上を被覆する。このように第2の絶縁保護膜44を設けることにより、電極材料として安価なAlもしくはAlを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高いインクジェットヘッドとすることができる。   As shown in FIG. 5A, the individual electrode and the common electrode are covered except for the individual electrode lead portion and the common electrode lead portion (not shown). By providing the second insulating protective film 44 in this way, inexpensive Al or an alloy material containing Al as a main component can be used as the electrode material. As a result, a low-cost and highly reliable ink jet head can be obtained.

第2の絶縁保護膜44の材料としては、任意の無機材料、有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料を用いることが好ましい。   As a material of the second insulating protective film 44, any inorganic material or organic material can be used, but a material having low moisture permeability is preferably used.

無機材料としては、例えば酸化物、窒化物、炭化物等を用いることができ、有機材料としてはポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。ただし有機材料の場合には厚膜とすることが必要となるため、後述のパターニングに適さない。そのため、薄膜で配線保護機能を発揮できる無機材料を用いることがより好ましい。   As the inorganic material, for example, an oxide, nitride, carbide, or the like can be used, and as the organic material, polyimide, an acrylic resin, a urethane resin, or the like can be used. However, in the case of an organic material, it is necessary to form a thick film, which is not suitable for patterning described later. Therefore, it is more preferable to use an inorganic material that can exhibit a wiring protection function with a thin film.

このため、第2の絶縁保護膜44がアルミナ膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選択される少なくとも1種の無機膜であることが好ましい。特に、Al配線上に第2の絶縁保護膜としてSiを用いることは半導体デバイスで実績のある技術であるため、本実施形態においても同様の構成を採用することが好ましい。 Therefore, the second insulating protective film 44 is preferably at least one inorganic film selected from an alumina film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. In particular, the use of Si 3 N 4 as the second insulating protective film on the Al wiring is a technology that has a proven record in semiconductor devices. Therefore, it is preferable to adopt the same configuration also in this embodiment.

また、第2の絶縁保護膜44の膜厚は200[nm]以上とすることが好ましく、500[nm]以上であることがさらに好ましい。これは、膜厚が薄い場合は十分なパッシベーション機能を発揮できないため、配線材料の腐食による断線が発生し、電気機械変換素子の信頼性を低下させてしまう可能性があるためである。   The thickness of the second insulating protective film 44 is preferably 200 [nm] or more, and more preferably 500 [nm] or more. This is because, when the film thickness is small, a sufficient passivation function cannot be exhibited, and therefore disconnection due to corrosion of the wiring material may occur, which may reduce the reliability of the electromechanical conversion element.

また、圧電素子上とその周囲の振動板上に開口部をもつ構造が好ましい。これは、前述の第1の絶縁保護膜41上の個別電極用パッド47付近において開口部49を設けることと同様の理由である。これにより、高効率かつ高信頼性の電気機械変換素子とすることができる。また、例えばこの電気機械変換素子30を用いた高効率かつ高信頼性の液滴吐出ヘッド、インクジェットヘッドとすることが可能になる。   Further, a structure having openings on the piezoelectric element and the surrounding diaphragm is preferable. This is the same reason for providing the opening 49 in the vicinity of the individual electrode pad 47 on the first insulating protective film 41 described above. Thereby, it can be set as a highly efficient and highly reliable electromechanical conversion element. Further, for example, a highly efficient and highly reliable droplet discharge head or inkjet head using the electromechanical transducer 30 can be obtained.

なお、第1の絶縁保護膜41、第2の絶縁保護膜44により圧電素子が保護されているため開口部48,49の形成には、フォトリソグラフィー法とドライエッチングを用いることが可能である。   Since the piezoelectric elements are protected by the first insulating protective film 41 and the second insulating protective film 44, the openings 48 and 49 can be formed by photolithography and dry etching.

また、第2の絶縁保護膜44には複数のパッド(共通電極用パッド46,個別電極用パッド47)が設けられるが、これらのパッドの面積はそれぞれ2500[μm]以上であることが好ましく、さらに30000[μm]以上であることがより好ましい。この値に満たない場合は、十分な分極処理ができなくなる場合や、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合があるためである。 The second insulating protective film 44 is provided with a plurality of pads (a common electrode pad 46 and an individual electrode pad 47). The area of these pads is preferably 2500 [μm 2 ] or more. Further, it is more preferably 30000 [μm 2 ] or more. This is because when the value is less than this value, sufficient polarization processing cannot be performed, or sufficient characteristics may not be obtained for displacement deterioration after continuous driving.

上記複数のパッド(共通電極用パッド46,個別電極用パッド47)の形成方法は特に限定されるものではないが、例えばリソエッチ(リソグラフィー・エッチング法)を用いて形成することができる。   A method for forming the plurality of pads (the common electrode pad 46 and the individual electrode pad 47) is not particularly limited. For example, the pads can be formed by lithoetching (lithographic etching method).

(導体プレート)
導体プレート20はコロナ放電またはグロー放電により発生した電荷を電気機械変換素子30に注入する機能を有するものである。
(Conductor plate)
The conductor plate 20 has a function of injecting electric charges generated by corona discharge or glow discharge into the electromechanical transducer 30.

図6(a)に示すように、導体プレート20は本体のプレート部と突起部とから構成されており、個別電極用パッド47の開口部に導体プレート20の突起部を接続させ、その部分にコロナ放電もしくはグロー放電を行う。 As shown in FIG. 6A, the conductor plate 20 is composed of a plate portion and a protrusion portion of the main body, and the protrusion portion of the conductor plate 20 is connected to the opening portion of the individual electrode pad 47, and the portion is connected to that portion. Perform corona discharge or glow discharge.

導体プレート20の面積は、図6(b)に示すように、電気機械変換素子30が存在する基板31と等しいことが好ましく、それ以上に大きな面積を有していることがより好ましい。これは、導体プレート20の面積が上記面積よりも小さいと、コロナ放電により発生した電荷が、共通電極などに注入されてしまい、この電界の強度が低下するおそれがあるためである。 As shown in FIG. 6B, the area of the conductor plate 20 is preferably equal to the substrate 31 on which the electromechanical transducer 30 is present, and more preferably larger. This is because if the area of the conductor plate 20 is smaller than the area, charges generated by corona discharge, will be injected, such as the common electrode, because the strength of the electric field may be reduced.

また導体プレート20を構成する材料としては、上記共通電極用パッド46及び個別電極用パッド47(第1の配線42及び第2の配線43)と同種の材料であることが好ましい。すなわち、導体プレート20を構成する材料は、第1の配線42及び第2の配線43と同種のAg合金、Cu、Al、Au、Pt、Irのいずれかから選択された金属電極材料であることが好ましい。   The material constituting the conductor plate 20 is preferably the same material as the common electrode pad 46 and the individual electrode pad 47 (the first wiring 42 and the second wiring 43). That is, the material constituting the conductor plate 20 is a metal electrode material selected from the same kind of Ag alloy, Cu, Al, Au, Pt, and Ir as the first wiring 42 and the second wiring 43. Is preferred.

また、導体プレート20の図6(a)における下側の面には、第2の配線43に接続するためのパッド47の位置と個数とに対応した突起状の複数の接触部20aが設けられている。これらの接触部20aの高さは、例えば、1[mm]である。分極処理を行う際には、これらの接触部20aが第2の配線43に接続するパッド47に接続し電荷を注入する。   Further, on the lower surface of the conductor plate 20 in FIG. 6A, a plurality of protruding contact portions 20a corresponding to the positions and the number of pads 47 to be connected to the second wiring 43 are provided. ing. The height of these contact portions 20a is, for example, 1 [mm]. When the polarization process is performed, these contact portions 20a are connected to the pads 47 connected to the second wiring 43 and inject electric charges.

以上説明してきた本実施形態の電気機械変換素子30の製造方法によれば、ウェハレベルで一括して圧電素子に分極処理を行うことができる。また、この製造方法によって得られる電気機械変換素子30は液滴吐出ヘッドとした場合に、電気機械変換素子30が所定駆動電圧に対して安定した変位量を示し、液滴吐出特性を良好に保持できると共に安定した液滴吐出特性を得ることができる。   According to the manufacturing method of the electromechanical conversion element 30 of the present embodiment described above, the polarization process can be performed on the piezoelectric elements at the wafer level. Further, when the electromechanical conversion element 30 obtained by this manufacturing method is a droplet discharge head, the electromechanical conversion element 30 exhibits a stable displacement with respect to a predetermined drive voltage, and maintains a good droplet discharge characteristic. In addition, it is possible to obtain stable droplet discharge characteristics.

具体的な構成としては、図1に示したように、液滴を吐出するノズル11と、ノズル11が連通する加圧室12と、加圧室12内の液体を昇圧させる吐出駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッド10である。そして、本実施形態の液滴吐出ヘッド10においては、吐出駆動手段として、加圧室12の壁の一部を振動板で構成し、この振動板に上述した電気機械変換素子を配置したものである。   Specifically, as shown in FIG. 1, a nozzle 11 that discharges droplets, a pressurizing chamber 12 that communicates with the nozzle 11, and a discharge driving unit that pressurizes the liquid in the pressurizing chamber 12. A liquid droplet ejection head 10 is provided. In the droplet discharge head 10 according to the present embodiment, as a discharge drive unit, a part of the wall of the pressurizing chamber 12 is configured by a vibration plate, and the above-described electromechanical conversion element is disposed on the vibration plate. is there.

この液滴吐出ヘッド10によれば、上述した電気機械変換素子を用いているため、所定駆動電圧に対して安定した変位量を示し、液滴吐出特性を良好に保持できると共に安定した液滴吐出特性を得ることができる。   According to this droplet discharge head 10, since the above-described electromechanical conversion element is used, a stable displacement amount with respect to a predetermined drive voltage can be exhibited, droplet discharge characteristics can be maintained well, and stable droplet discharge can be achieved. Characteristics can be obtained.

なお、本実施形態では1つのノズルからなる液滴吐出ヘッドについて説明したが、係る形態に限定されるものではなく、図11に示すように複数の液滴吐出ヘッドを備えた構成とすることもできる。図11においては、図1の液滴吐出ヘッドを複数個直列に並べたものであり、同じ部材には同じ番号を付している。   In the present embodiment, the droplet discharge head composed of one nozzle has been described. However, the present invention is not limited to such a configuration, and a configuration including a plurality of droplet discharge heads as shown in FIG. it can. In FIG. 11, a plurality of droplet discharge heads of FIG. 1 are arranged in series, and the same members are denoted by the same reference numerals.

また、液体供給手段、流路、流体抵抗等については記載を省略したが、液滴吐出ヘッドに設けることのできる付帯設備を当然に設けることができる。   Moreover, although description about a liquid supply means, a flow path, fluid resistance, etc. was abbreviate | omitted, the incidental equipment which can be provided in a droplet discharge head can be provided naturally.

〔実施例1〕
以下に電気機械変換素子のより具体的な製造方法について実施例を挙げて説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
[Example 1]
Hereinafter, a more specific manufacturing method of the electromechanical transducer will be described with reference to examples. However, the present invention is not limited to this embodiment.

まず、6インチシリコンウェハに熱酸化膜(膜厚1[μm])を形成した。   First, a thermal oxide film (film thickness: 1 [μm]) was formed on a 6-inch silicon wafer.

次いで、第1の駆動電極を形成した。具体的にはまず、密着膜として、チタン膜(膜厚30[nm])をスパッタ装置にて成膜した後にRTAを用いて750[℃]にて熱酸化した。そして、引き続き金属膜として白金膜(膜厚100[nm])、酸化物膜としてSrRuO膜(膜厚60[nm])をスパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板加熱温度については550[℃]にて成膜を実施した。 Next, a first drive electrode was formed. Specifically, first, as an adhesion film, a titanium film (film thickness: 30 [nm]) was formed by a sputtering apparatus, and then thermally oxidized at 750 [° C.] using RTA. Subsequently, a platinum film (film thickness 100 [nm]) was formed as a metal film, and an SrRuO 3 film (film thickness 60 [nm]) was formed as an oxide film by sputtering. Film formation was performed at a substrate heating temperature of 550 [° C.] during the sputtering film formation.

次に電気機械変換膜を形成した。具体的には、モル比でPb:Zr:Ti=114:53:47に調整された溶液を準備し、スピンコート法により膜を成膜した。   Next, an electromechanical conversion film was formed. Specifically, a solution having a molar ratio of Pb: Zr: Ti = 114: 53: 47 was prepared, and a film was formed by spin coating.

具体的な前駆体塗布液の合成については、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマル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過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。   For the synthesis of a specific precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and normal propoxide zirconium were used as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is excessive with respect 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、ノルマル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、上記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。合成したPZT前駆体溶液中のPZT濃度は0.5[モル/L]とした。   Isopropoxide titanium and normal propoxide 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 in the synthesized PZT precursor solution was 0.5 [mol / L].

上記前駆体溶液を用いて、スピンコートにより前記第1の駆動電極が形成された基板上に成膜し、成膜後、120[℃]乾燥を行い、その後さらに500[℃]熱分解を行う操作を複数回繰り返し行い電気機械変換膜を積層した。   Using the precursor solution, a film is formed on the substrate on which the first drive electrode is formed by spin coating, and after the film formation, drying is performed at 120 [° C.], and then thermal decomposition is further performed at 500 [° C.]. The operation was repeated several times to laminate an electromechanical conversion film.

上記手順により繰り返し、電気機械変換膜を積層する際に、3層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理(温度750[℃])をRTA(急速熱処理)にて行った。3層目の熱分解処理後、RTA処理を施した電気機械変換膜(PZT)の膜厚は240[nm]であった。   When the electromechanical conversion film was laminated by repeating the above procedure, a crystallization heat treatment (temperature 750 [° C.]) was performed by RTA (rapid heat treatment) after the third thermal decomposition treatment. After the thermal decomposition treatment of the third layer, the film thickness of the electromechanical conversion film (PZT) subjected to RTA treatment was 240 [nm].

上記工程を計8回(24層)実施し、PZTの部分の膜厚が約2[μm]の電気機械変換膜を得た。   The above process was performed a total of 8 times (24 layers) to obtain an electromechanical conversion film having a PZT film thickness of about 2 [μm].

次に、第2の駆動電極の酸化物膜としてSrRuO膜(膜厚40[nm])を、金属膜としてPt膜(膜厚125[nm])を、それぞれスパッタ成膜した。 Next, an SrRuO 3 film (film thickness 40 [nm]) was formed as an oxide film of the second drive electrode, and a Pt film (film thickness 125 [nm]) was formed as a metal film by sputtering.

その後、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ーでレジストパターンを形成した。その後、ICPエッチング装置(サムコ製)を用いて電気機械変換膜、第2の駆動電極をエッチングにより個別化し、図5に示すようなパターンを作製した。これにより、第2の駆動電極は個別電極として機能し、第1の駆動電極は個別化された電気機械変換膜、第2の駆動電極に対して共通電極として機能する。   Thereafter, a photoresist (TSMR8800) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. was formed by spin coating, and a resist pattern was formed by ordinary photolithography. Thereafter, the electromechanical conversion film and the second drive electrode were separated by etching using an ICP etching apparatus (manufactured by Samco), and a pattern as shown in FIG. 5 was produced. Thus, the second drive electrode functions as an individual electrode, and the first drive electrode functions as a common electrode for the individualized electromechanical conversion film and the second drive electrode.

次に、第1の絶縁保護膜として、ALD法によりAl膜を50[nm]成膜した。 Next, as the first insulating protective film, an Al 2 O 3 film having a thickness of 50 nm was formed by the ALD method.

原材料としてAl源としては、トリメチルアルミニウム(TMA)(シグマアルドリッチ社製)、O源としては、オゾンジェネレーターによって発生させたOを用いた。そして、Al源、O源を交互に基板上に供給して積層させることで、成膜を行った。 As raw materials, trimethylaluminum (TMA) (manufactured by Sigma-Aldrich) was used as the Al source, and O 3 generated by an ozone generator was used as the O source. Then, an Al source and an O source were alternately supplied onto the substrate and laminated to form a film.

その後、図5に示すように、エッチングによりコンタクトホールを形成した。   Thereafter, as shown in FIG. 5, a contact hole was formed by etching.

そして、第1の配線、第2の配線としてAlをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成した。   Then, Al was sputtered as the first wiring and the second wiring, and was patterned by etching.

さらにその後、第2の絶縁膜としてSiをプラズマCVDにより500[nm]成膜し、電気機械変換素子を作製した。 After that, Si 3 N 4 was deposited as a second insulating film to a thickness of 500 [nm] by plasma CVD to produce an electromechanical conversion element.

このとき、6インチウェハ内30[mm]×10[mm]四方のエリアを25個配置しその中で個別電極パッド面積(50[μm]×1000[μm])、パッド数としては300個用意した。また、共通電極パッド面積(50[μm]×1000[μm])、パッド数としては30個用意した。   At this time, 25 areas of 30 [mm] × 10 [mm] squares in a 6-inch wafer are arranged, and individual electrode pad areas (50 [μm] × 1000 [μm]) are provided, and 300 pads are prepared. did. Further, a common electrode pad area (50 [μm] × 1000 [μm]) and 30 pads were prepared.

この後、基板と同等の面積を有し、個別電極のパッド数と個別電極のパッドの位置に対応した接触部を有する導体プレート20によりウェハ内全ての個別電極パッドに接続し、コロナ帯電処理により分極処理を行った。   Thereafter, the conductor plate 20 having an area equivalent to that of the substrate and having contact portions corresponding to the number of pads of the individual electrodes and the positions of the pads of the individual electrodes is connected to all the individual electrode pads in the wafer, and subjected to corona charging treatment. Polarization treatment was performed.

コロナ帯電処理はφ50[μm]のタングステンのワイヤーを用いて行った。ワイヤーと導体プレート20との間の距離を5[mm]として、サンプルに対して6[kV]の電圧を印可し20分間処理を行った。   The corona charging treatment was performed using a tungsten wire of φ50 [μm]. The distance between the wire and the conductor plate 20 was set to 5 [mm], and a voltage of 6 [kV] was applied to the sample for 20 minutes.

〔比較例1〕
コロナ帯電処理において導体プレート20を用いずにサンプルに対して電圧を印可したこと以外は、実施例1と同様にして電気機械変換素子を作製した。ただし、比較例1では、導体プレート20を用いないため、6インチウェハ内の30[mm]×10[mm]四方の25個のエリアの中の個別電極パッド全てにタングステンワイヤーでコロナ帯電処理を行う必要がある。このため、コロナ帯電処理を列ごとに行わなければならず、9回の処理を行う必要がある。
[Comparative Example 1]
An electromechanical transducer was produced in the same manner as in Example 1 except that a voltage was applied to the sample without using the conductor plate 20 in the corona charging process. However, in Comparative Example 1, since the conductor plate 20 is not used, all the individual electrode pads in 25 areas of 30 [mm] × 10 [mm] in a 6-inch wafer are corona-charged with tungsten wires. There is a need to do. For this reason, the corona charging process must be performed for each column, and nine processes must be performed.

図10は、実施例1と比較例1とによりそれぞれ作製した電気機械変換素子を比較するグラフである。図10に示すグラフでは、実施例1と比較例1とによりそれぞれ作製したウェハ内の電気機械変換素子の処理効果について、X軸をPr−Piniの範囲とし、Y軸をその範囲に入る素子数の割合として比較している。   FIG. 10 is a graph comparing the electromechanical transducers produced in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. In the graph shown in FIG. 10, regarding the processing effect of the electromechanical transducer elements in the wafer produced by Example 1 and Comparative Example 1, respectively, the X axis is in the range of Pr-Pini, and the Y axis is the number of elements in that range. Compare as a percentage.

図10において、導体プレート20を用いて処理を行った実施例1の方が、ウェハ内全体でバラツキが少ないことがわかる。さらに、実施例1では導体プレート20を用いない比較例1に比べて、極めて短い時間で処理効果を得ることができる。つまり上述したように、実施例1では、比較例1に比べて9分の1の時間でコロナ帯電処理による分極処理を行うことができる。   In FIG. 10, it can be seen that Example 1 in which the treatment was performed using the conductor plate 20 had less variation throughout the wafer. Furthermore, in Example 1, the processing effect can be obtained in an extremely short time compared to Comparative Example 1 in which the conductor plate 20 is not used. That is, as described above, in the first embodiment, the polarization process by the corona charging process can be performed in 1/9 of the time compared with the first comparative example.

次に、前記液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の構成例について説明する。液滴吐出装置の形態としては特に限定されるものではないが、ここではインクジェット記録装置を例に説明する。   Next, a configuration example of a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head will be described. The form of the droplet discharge device is not particularly limited, but here, an ink jet recording device will be described as an example.

インクジェット記録装置の一例について図12及び図13を参照して説明する。なお、図12は同記録装置の斜視説明図、図13は同記録装置の機構部の側面説明図である。   An example of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIGS. 12 is a perspective explanatory view of the recording apparatus, and FIG. 13 is a side explanatory view of a mechanism portion of the recording apparatus.

このインクジェット記録装置は、記録装置本体61の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ69を備えている。また、このキャリッジ69に搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部62等を収納している。また、装置本体61の下方部には前方側から多数枚の用紙63を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)64を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙63を手差しで給紙するための手差しトレイ65を開倒することができる。そして、給紙カセット64或いは手差しトレイ65から給送される用紙63を取り込み、印字機構部62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66に排紙する。   The ink jet recording apparatus includes a carriage 69 that can move in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 61. Further, a recording head composed of an ink jet head mounted on the carriage 69, a printing mechanism unit 62 including an ink cartridge for supplying ink to the recording head, and the like are accommodated. In addition, a sheet feeding cassette (or a sheet feeding tray) 64 on which a large number of sheets 63 can be stacked from the front side can be removably mounted on the lower portion of the apparatus main body 61. The manual feed tray 65 for manually feeding paper can be opened. Then, the paper 63 fed from the paper feed cassette 64 or the manual feed tray 65 is taken in, and after a required image is recorded by the printing mechanism unit 62, the paper is discharged to a paper discharge tray 66 mounted on the rear side.

印字機構部62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67と従ガイドロッド68とでキャリッジ69を主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ69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ヘッドからなる記録ヘッド70を備えている。この記録ヘッド70は、複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ69にはヘッド70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71を交換可能に装着している。   The printing mechanism 62 holds a carriage 69 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 67 and a sub guide rod 68 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). The carriage 69 includes a recording head 70 including an inkjet head that ejects ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). The recording head 70 has a plurality of ink discharge ports (nozzles) arranged in a direction crossing the main scanning direction, and is mounted with the ink droplet discharge direction facing downward. In addition, each ink cartridge 71 for supplying ink of each color to the head 70 is replaceably mounted on the carriage 69.

インクカートリッジ71は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド70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個の記録ヘッドでもよい。   The ink cartridge 71 has an atmosphere port communicating with the atmosphere above, a supply port for supplying ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the porous body. Further, although the recording heads 70 of the respective colors are used here as the recording heads, a single recording head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.

ここで、キャリッジ69は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド67に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド68に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ69を主走査方向に移動走査するため、主走査モーター72で回転駆動される駆動プーリ73と従動プーリ74との間にタイミングベルト75を張装している。このタイミングベルト75をキャリッジ69に固定しており、主走査モーター72の正逆回転によりキャリッジ69が往復駆動される。   Here, the carriage 69 is slidably fitted to the main guide rod 67 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 68 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing. In order to move and scan the carriage 69 in the main scanning direction, a timing belt 75 is stretched between a driving pulley 73 and a driven pulley 74 that are rotationally driven by a main scanning motor 72. This timing belt 75 is fixed to the carriage 69, and the carriage 69 is reciprocated by the forward / reverse rotation of the main scanning motor 72.

一方、給紙カセット64にセットした用紙63をヘッド70の下方側に搬送するために、給紙カセット64から用紙63を分離給装する給紙ローラ76及びフリクションパッド77と、用紙63を案内するガイド部材78とを設けている。また、給紙された用紙63を反転させて搬送する搬送ローラ79と、この搬送ローラ79の周面に押し付けられる搬送コロ80及び搬送ローラ79からの用紙63の送り出し角度を規定する先端コロ81とを設けている。搬送ローラ79は副走査モーター82によってギヤ列を介して回転駆動される。   On the other hand, in order to convey the sheet 63 set in the sheet feeding cassette 64 to the lower side of the head 70, the sheet 63 is guided from the sheet feeding roller 76 and the friction pad 77 for separating and feeding the sheet 63 from the sheet feeding cassette 64. A guide member 78 is provided. Further, a conveyance roller 79 that reverses and conveys the fed paper 63, a conveyance roller 80 that is pressed against the circumferential surface of the conveyance roller 79, and a leading end roller 81 that defines a feeding angle of the sheet 63 from the conveyance roller 79, Is provided. The transport roller 79 is rotationally driven by a sub-scanning motor 82 through a gear train.

そして、キャリッジ69の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ79から送り出された用紙63を記録ヘッド70の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材83を設けている。この印写受け部材83の用紙搬送方向下流側には、用紙63を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ84、拍車85を設けている。さらに用紙63を排紙トレイ66に送り出す排紙ローラ86及び拍車87と、排紙経路を形成するガイド部材88、89とを配設している。   A printing receiving member 83 is provided as a paper guide member that guides the paper 63 fed from the transport roller 79 on the lower side of the recording head 70 corresponding to the range of movement of the carriage 69 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 83 in the sheet conveyance direction, a conveyance roller 84 and a spur 85 that are rotationally driven to send the sheet 63 in the sheet discharge direction are provided. Further, a discharge roller 86 and a spur 87 for sending the sheet 63 to the discharge tray 66, and guide members 88 and 89 for forming a discharge path are provided.

記録時には、キャリッジ69を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド70を駆動することにより、停止している用紙63にインクを吐出して1行分を記録し、用紙63を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙63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63を排紙する。   At the time of recording, the recording head 70 is driven in accordance with the image signal while moving the carriage 69, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 63 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 63 reaches the recording area, the recording operation is terminated and the paper 63 is discharged.

また、キャリッジ69の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド70の吐出不良を回復するための回復装置90を配置している。回復装置90はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ69は印字待機中にはこの回復装置90側に移動されてキャッピング手段でヘッド70をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   Further, a recovery device 90 for recovering defective ejection of the head 70 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 69. The recovery device 90 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 69 is moved to the recovery device 90 side during printing standby and the head 70 is capped by the capping means, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド70の吐出口(ノズル)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。これにより、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。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 70 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port through the tube with a suction unit. As a result, the ink, dust, etc. adhering to the ejection port surface are 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、本実施形態の液滴吐出装置であるインクジェット記録装置においては、上述の液滴吐出ヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて画像品質が向上する。   As described above, the ink jet recording apparatus, which is the liquid droplet ejection apparatus of the present embodiment, is equipped with the above-described liquid droplet ejection head, so there is no ink droplet ejection failure due to vibration plate drive failure and stable ink droplet ejection. Characteristics are obtained and image quality is improved.

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
基板31または下地膜32上に第1の駆動電極33を形成するステップと、第1の駆動電極33上に電気機械変換膜34とその電気機械変換膜34上に位置する第2の駆動電極35とを形成するステップと、第2の駆動電極35上に第1の絶縁保護膜41を形成するステップと、第2の駆動電極35に電気的に接続された配線43を第1の絶縁保護膜41上に形成するステップと、配線43上に形成される膜であり配線43に接続される個別電極用パッド47などの端子電極を露出する第2の絶縁保護膜44を形成するステップと、端子電極に対応した接触部20を有する導体プレート20などの導電性部材を用い、その導電性部材の接触部20を端子電極に接触させて、導電性部材にコロナ放電もしくはグロー放電により発生した電荷を注入することにより、電気機械変換膜34を分極処理するステップと、を有する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜34の分極処理を行うときに、導電性部材の接触部20を、第2の絶縁保護膜44に形成された開口部49から端子電極に接触させるので、コロナ放電もしくはグロー放電により発生した電荷が確実に注入され、電気機械変換膜34の分極処理を行うことができる。また、分極処理は高温の熱が加わる第2の絶縁保護膜44の形成後に行われるので、分極処理後に熱が加わらない。これにより、電気機械変換膜34の分極処理後の脱分極を防ぐことができる。以上により、電気機械変換膜34の分極処理を確実に行うことができるとともに、分極処理後の脱分極を防ぐことができる。
なお、導電性部材が複数の接触部20を有する場合は、複数の端子電極に導通した複数の電気機械変換膜を一括して分極処理することができ、製造効率を向上させることができる。
(態様B)
上記態様Aにおいて、導電性部材の面積は、基板31の面積以上の面積である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、導電性部材の面積が基板31の面積よりも小さいと、コロナ放電もしくはグロー放電により発生した電荷が、第2の駆動電極35以外の電極に注入されてしまおそれがある。態様Bでは、導電性部材の面積が、基板31の面積以上の面積であるので、第2の駆動電極35以外の電極への電荷注入を抑制することができる
(態様C)
上記態様A又はBにおいて、分極処理を行うステップにおいて、コロナ放電もしくはグロー放電により発生した電荷が正帯電している。
これによれば、上記実施形態について説明したように、コロナ放電もしくはグロー放電により大気中の分子をイオン化させることで、正帯電した電荷を有する陽イオンを容易に発生させることができる。この陽イオンが、配線43と接続したパッド47を介して電気機械変換素子30に流れ込むことにより、正帯電した電荷を電気機械変換素子30に容易に蓄積させることができる。従って、電気機械変換膜の分極処理を安定して行うことができる。
(態様D)
上記態様A乃至Cのいずれかにおいて、分極処理を行うステップにおいて、コロナ放電もしくはグロー放電により、1.0×10−8[C]以上の電荷量を発生させる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、コロナ放電もしくはグロー放電による電荷量が1.0×10−8[C]に満たない場合は、分極処理が十分に行えない場合があり、電気機械変換膜34をPZTなどの圧電アクチュエータとして使用した場合に連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合がある。本態様Dは、コロナ放電もしくはグロー放電による電荷量が1.0×10−8[C]以上の電荷量を発生させるので、分極処理が十分に行うことができ、電気機械変換膜34を圧電アクチュエータとして使用した場合に連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られる。
(態様E)
上記態様A乃至Dのいずれかにおいて、前記導電性部材の材料は、前記端子電極の材料と同じである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、導電性部材の接触部20と端子電極との接触抵抗を小さくすることができ、端子電極を介した電荷の注入効率を高めることができる。
(態様F)
上記態様A乃至Eのいずれかにより得られる電気機械変換素子であって、電気機械変換膜34の分極が、±150[kV/cm]の電界強度かけてヒステリシスループを測定する際、測定開始時の0[kV/cm]における分極をPiniとし、+150[kV/cm]の電圧印加後、0[kV/cm]まで戻した際の0[kV/cm]時の分極をPrとした場合に、PrとPiniの差が10[μC/cm]以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、PrとPiniの差が10[μC/cm]より大きい場合、電気機械変換膜34を圧電アクチュエータとして使用した場合に連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合があるためである。本態様Fでは、PrとPiniの差が10[μC/cm]以下なので、電気機械変換膜34を圧電アクチュエータとして使用した場合に連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られる。
(態様G)
上記態様Fにおいて、電気機械変換膜34の比誘電率が、600以上、2000以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、比誘電率が600より小さいと、電気機械変換膜34を圧電アクチュエータとして使用する際に十分な変位特性が得られない場合がある。また、比誘電率が2000より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する場合がある。本態様Fでは、電気機械変換膜34の比誘電率が、600以上、2000以下なので、電気機械変換膜34を圧電アクチュエータとして使用する際に十分な変位特性が得られる。また、分極処理が十分に行われ、連続駆動後の変位劣化についても十分な特性が得られる。
(態様H)
上記態様F又はGにおいて、前記端子電極の面積が2500[μm]以上である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、端子電極の面積が2500[μm]に満たない場合は、十分な分極処理ができなくなる場合や、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合がある。本態様Hでは、端子電極の面積が2500[μm]以上なので、分極処理が十分に行われ、連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られる。
(態様I)
液滴を吐出するノズル11と、ノズル11が連通する加圧室12と、加圧室12内の液体を昇圧させる吐出駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッド10において、前記吐出駆動手段として、加圧室12の壁の一部を振動板17で構成し、振動板17に上記態様F乃至Hのいずれかの電気機械変換素子を配置した。
これによれば、上記実施形態について説明したように、脱分極のない分極処理が確実に行われた電気機械変換素子によって加圧室12内の液体を昇圧させることができるので、安定した液滴吐出特性が得られる。
(態様J)
上記態様Iの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、安定した液滴吐出特性が得られる。
(態様K)
基板31または下地膜32上に第1の駆動電極33と電気機械変換膜34と第2の駆動電極35とが積層された構造を有する電気機械変換素子に対して、分極処理を行う電気機械変換素子の製造装置であって、コロナ放電又はグロー放電により電荷を発生させるコロナワイヤ52などの放電電極と、電気機械変換素子3を設置するステージ53と、ステージ53に設置された電気機械変換素子の第2の駆動電極に接続される個別電極用パッド47などの端子電極と接触する接触部20aを有する導電性部材でありコロナ放電もしくはグロー放電により発生した電荷が注入される導体プレート20などの導電性部材と、を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜34の分極処理を確実に行うことができるとともに、分極処理後の脱分極を防ぐことができる。
(態様L)
上記態様Kにおいて、前記導電性部材の面積は、前記基板の面積以上の面積である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第2の駆動電極35以外の電極への電荷注入を抑制することができる
(態様M)
上記態様K又はLにおいて、前記導電性部材の材料は、前記端子電極の材料と同じである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、導電性部材の接触部20と端子電極との接触抵抗を小さくすることができ、端子電極を介した電荷の注入効率を高めることができる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect A)
A step of forming a first drive electrode 33 on the substrate 31 or the base film 32; an electromechanical conversion film 34 on the first drive electrode 33; and a second drive electrode 35 positioned on the electromechanical conversion film 34 Forming a first insulating protective film 41 on the second drive electrode 35; and wiring 43 electrically connected to the second drive electrode 35 as a first insulating protective film 41, forming a second insulating protective film 44 that is a film formed on the wiring 43 and that exposes terminal electrodes such as the individual electrode pads 47 that are connected to the wiring 43 ; a conductive member such as conductive plate 20 having a contact portion 20 a that corresponds to the child electrode, by contacting the contact portion 20 a of the conductive member to the terminal electrodes, generated by corona discharge or glow discharge in the conductive members Electric By injecting comprises the steps of polarized electromechanical conversion film 34.
According to this, as above described, when performing the polarization treatment of the electromechanical conversion film 34, the contact portion 20 a of the conductive member, an opening portion formed in the second insulating protection film 44 Since the contact is made from 49 to the terminal electrode, the charge generated by the corona discharge or the glow discharge is surely injected, and the electromechanical conversion film 34 can be polarized. Further, since the polarization process is performed after the formation of the second insulating protective film 44 to which high temperature heat is applied, no heat is applied after the polarization process. Thereby, depolarization after the polarization process of the electromechanical conversion film 34 can be prevented. As described above, the polarization process of the electromechanical conversion film 34 can be reliably performed, and depolarization after the polarization process can be prevented.
Incidentally, when the conductive member has a plurality of contact portions 20 a may be polarized at once a plurality of electromechanical conversion film conductive to a plurality of terminal electrodes, thereby improving the manufacturing efficiency.
(Aspect B)
In the aspect A, the area of the conductive member is an area that is equal to or larger than the area of the substrate 31.
According to this, as described in the above embodiment, when the area of the conductive member is smaller than the area of the substrate 31, charges generated by corona discharge or glow discharge are applied to the electrodes other than the second drive electrode 35. it is implanted there is a want cormorant fear. In embodiments B, the area of the conductive member, because it is the area over the area of the substrate 31, as possible out to suppress the charge injection into the second drive electrodes 35 other than the electrodes.
(Aspect C)
In the aspect A or B, in the step of performing the polarization treatment, the charge generated by the corona discharge or the glow discharge is positively charged.
According to this, as described in the above embodiment, positive ions having positively charged charges can be easily generated by ionizing molecules in the atmosphere by corona discharge or glow discharge. The positive ions flow into the electromechanical conversion element 30 through the pad 47 connected to the wiring 43, so that positively charged charges can be easily accumulated in the electromechanical conversion element 30. Therefore, the polarization treatment of the electromechanical conversion film can be performed stably.
(Aspect D)
In any one of the above aspects A to C, in the step of performing the polarization treatment, a charge amount of 1.0 × 10 −8 [C] or more is generated by corona discharge or glow discharge.
According to this, as described in the above embodiment, when the charge amount due to corona discharge or glow discharge is less than 1.0 × 10 −8 [C], the polarization treatment may not be sufficiently performed. When the electromechanical conversion film 34 is used as a piezoelectric actuator such as PZT, sufficient characteristics may not be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving. In the present embodiment D, since the charge amount due to corona discharge or glow discharge is 1.0 × 10 −8 [C] or more, the polarization treatment can be sufficiently performed, and the electromechanical conversion film 34 is formed into the piezoelectric layer. When used as an actuator, sufficient characteristics can be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving.
(Aspect E)
In any one of the above aspects A to D, the material of the conductive member is the same as the material of the terminal electrode.
According to this, as above described, it is possible to reduce the contact resistance between the contact portion 20 a and the terminal electrodes of the conductive member, it is possible to increase the efficiency of charge injection via the terminal electrode .
(Aspect F)
The electromechanical conversion element obtained by any one of the above aspects A to E, wherein the polarization of the electromechanical conversion film 34 is measured when the hysteresis loop is measured with an electric field strength of ± 150 [kV / cm]. When the polarization at 0 [kV / cm] is Pini and the voltage at 0 [kV / cm] when the voltage is returned to 0 [kV / cm] after applying a voltage of +150 [kV / cm] is Pr , The difference between Pr and Pini is 10 [μC / cm 2 ] or less.
According to this, as described in the above embodiment, when the difference between Pr and Pini is larger than 10 [μC / cm 2 ], when the electromechanical conversion film 34 is used as a piezoelectric actuator, displacement deterioration after continuous driving is achieved. This is because sufficient characteristics may not be obtained. In the aspect F, since the difference between Pr and Pini is 10 [μC / cm 2 ] or less, when the electromechanical conversion film 34 is used as a piezoelectric actuator, sufficient characteristics can be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving.
(Aspect G)
In the aspect F, the relative dielectric constant of the electromechanical conversion film 34 is 600 or more and 2000 or less.
According to this, as described in the above embodiment, when the relative dielectric constant is smaller than 600, there are cases where sufficient displacement characteristics cannot be obtained when the electromechanical conversion film 34 is used as a piezoelectric actuator. Also, if the relative dielectric constant is greater than 2000, the polarization process may not be sufficiently performed, and there may be a problem that sufficient characteristics cannot be obtained for displacement degradation after continuous driving. In the aspect F, since the relative dielectric constant of the electromechanical conversion film 34 is 600 or more and 2000 or less, sufficient displacement characteristics can be obtained when the electromechanical conversion film 34 is used as a piezoelectric actuator. Further, the polarization process is sufficiently performed, and sufficient characteristics can be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving.
(Aspect H)
In the above aspect F or G, the area of the terminal electrode is 2500 [μm 2 ] or more.
According to this, as described in the above-described embodiment, when the area of the terminal electrode is less than 2500 [μm 2 ], sufficient polarization processing cannot be performed, or displacement deterioration after continuous driving is sufficient. Characteristics may not be obtained. In the aspect H, since the area of the terminal electrode is 2500 [μm 2 ] or more, the polarization process is sufficiently performed, and sufficient characteristics can be obtained with respect to the displacement deterioration after continuous driving.
(Aspect I)
In the droplet discharge head 10 including a nozzle 11 that discharges a droplet, a pressurizing chamber 12 that communicates with the nozzle 11, and a discharge driving unit that pressurizes the liquid in the pressurizing chamber 12, the discharge driving unit includes: A part of the wall of the pressurizing chamber 12 is constituted by the diaphragm 17, and the electromechanical transducer of any one of the above aspects F to H is arranged on the diaphragm 17.
According to this, as described in the above embodiment, the liquid in the pressurizing chamber 12 can be boosted by the electromechanical conversion element that has been reliably subjected to the polarization process without depolarization. Discharge characteristics can be obtained.
(Aspect J)
A droplet discharge apparatus including the droplet discharge head according to aspect I. According to this, as described in the above embodiment, stable droplet discharge characteristics can be obtained.
(Aspect K)
Electromechanical conversion for performing polarization processing on an electromechanical conversion element having a structure in which a first drive electrode 33, an electromechanical conversion film 34, and a second drive electrode 35 are laminated on a substrate 31 or a base film 32. an apparatus for producing a device, corona discharge or a discharge electrode such as corona wire 52 for generating an electric charge by glow discharge, a stage 53 for placing the electromechanical transducer 3 0, an electromechanical transducer disposed on the stage 53 A conductive member having a contact portion 20a in contact with a terminal electrode such as the individual electrode pad 47 connected to the second drive electrode, and a conductor plate 20 into which charges generated by corona discharge or glow discharge are injected. A conductive member.
According to this, as described in the above embodiment, the polarization process of the electromechanical conversion film 34 can be reliably performed, and depolarization after the polarization process can be prevented.
(Aspect L)
In the above aspect K, the area of the conductive member is an area larger than the area of the substrate.
According to this, as above described, to suppress the charge injection into the second drive electrodes 35 other than the electrodes as possible.
(Aspect M)
In the above aspect K or L, the material of the conductive member is the same as the material of the terminal electrode.
According to this, as above described, it is possible to reduce the contact resistance between the contact portion 20 a and the terminal electrodes of the conductive member, it is possible to increase the efficiency of charge injection via the terminal electrode .

10 液滴吐出ヘッド
11 ノズル
12 加圧室
13 電気機械変換膜
14 上部電極
15 下部電極
16 電気機械変換素子
17 下地膜(振動板)
20 導体プレート
30 電気機械変換素子
31 基板
33 第1の駆動電極
34 電気機械変換膜
35 第2の駆動電極
41 第1の絶縁保護膜
42 第1の配線
43 第2の配線
44 第2の絶縁保護膜
45 コンタクトホール
46 共通電極用パッド
47 個別電極用パッド
61 (インクジェット)記録装置本体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Droplet discharge head 11 Nozzle 12 Pressurization chamber 13 Electromechanical conversion film 14 Upper electrode 15 Lower electrode 16 Electromechanical conversion element 17 Base film (vibration plate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Conductor plate 30 Electromechanical conversion element 31 Board | substrate 33 1st drive electrode 34 Electromechanical conversion film 35 2nd drive electrode 41 1st insulation protective film 42 1st wiring 43 2nd wiring 44 2nd insulation protection Film 45 Contact hole 46 Common electrode pad 47 Individual electrode pad 61 (Inkjet) recording device main body

特許第3365485号公報Japanese Patent No. 3365485 特許第4218309号広報Patent No. 4218309 特許第3019845号広報Japanese Patent No. 3019845 特開2004−202849号公報JP 2004-202849 A 特開2010−034154号公報JP 2010-034154 A 特開2006−203190号公報JP 2006-203190 A 特許第3782401号公報Japanese Patent No. 3784401

Claims (11)

基板または下地膜上に第1の駆動電極を形成するステップと、
前記第1の駆動電極上に電気機械変換膜と該電気機械変換膜上に位置する第2の駆動電極とを形成するステップと、
前記第2の駆動電極上に第1の絶縁保護膜を形成するステップと、
前記第2の駆動電極に電気的に接続された配線を前記第1の絶縁保護膜上に形成するステップと、
前記配線上に形成される膜であり前記配線に接続される端子電極を露出する第2の絶縁保護膜を形成するステップと、
前記端子電極に対応した接触部を有する導電性部材を用い、該導電性部材の接触部を該端子電極に接触させて、該導電性部材にコロナ放電もしくはグロー放電により発生した電荷を注入することにより、前記電気機械変換膜を分極処理するステップと、を有することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
Forming a first drive electrode on a substrate or a base film;
Forming an electromechanical conversion film and a second drive electrode positioned on the electromechanical conversion film on the first drive electrode;
Forming a first insulating protective film on the second drive electrode;
Forming a wiring electrically connected to the second drive electrode on the first insulating protective film;
Forming a second insulating protective film that is a film formed on the wiring and exposes a terminal electrode connected to the wiring;
Using a conductive member having a contact portion corresponding to the terminal electrode, bringing the contact portion of the conductive member into contact with the terminal electrode, and injecting a charge generated by corona discharge or glow discharge into the conductive member. And a step of polarizing the electromechanical conversion film. A method for manufacturing an electromechanical conversion element.
請求項1の電気機械変換素子の製造方法において、
前記導電性部材の面積は、前記基板の面積以上の面積であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
In the manufacturing method of the electromechanical transducer of claim 1,
The method of manufacturing an electromechanical conversion element, wherein an area of the conductive member is equal to or larger than an area of the substrate.
請求項1又は2の電気機械変換素子の製造方法において、
前記分極処理を行うステップにおいて、コロナ放電もしくはグロー放電により発生した電荷が正帯電していることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
In the manufacturing method of the electromechanical transducer of Claim 1 or 2,
In the step of performing the polarization treatment, the charge generated by corona discharge or glow discharge is positively charged.
請求項1乃至3のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記分極処理を行うステップにおいて、コロナ放電もしくはグロー放電により、1.0×10−8[C]以上の電荷量を発生させることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
In the method for manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 3,
In the step of performing the polarization treatment, a charge amount of 1.0 × 10 −8 [C] or more is generated by corona discharge or glow discharge.
請求項1乃至4のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記導電性部材の材料は、前記端子電極の材料と同じであることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
In the method for manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 4,
The method of manufacturing an electromechanical transducer element, wherein a material of the conductive member is the same as a material of the terminal electrode.
請求項1乃至5のいずれかの電気機械換素子の製造方法において、
前記電気機械変換膜の分極が、±150[kV/cm]の電界強度かけてヒステリシスループを測定する際、測定開始時の0[kV/cm]における分極をPiniとし、+150[kV/cm]の電圧印加後、0[kV/cm]まで戻した際の0[kV/cm]時の分極をPrとした場合に、PrとPiniの差が10[μC/cm]以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法
Production method smell either electromechanical variable換素Ko of claims 1 to 5 Te,
When the hysteresis loop is measured by applying an electric field strength of ± 150 [kV / cm] as the polarization of the electromechanical conversion film, the polarization at 0 [kV / cm] at the start of measurement is Pini, and +150 [kV / cm] The difference between Pr and Pini is 10 [μC / cm 2 ] or less when the polarization at 0 [kV / cm] when the voltage is returned to 0 [kV / cm] after the voltage application is taken as Pr. A method for manufacturing an electromechanical transducer element.
請求項6の電気機械変換素子の製造方法において、
前記電気機械変換膜の比誘電率が、600以上、2000以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法
In the manufacturing method of the electromechanical transducer of claim 6,
The method of manufacturing an electromechanical conversion element , wherein the electromechanical conversion film has a relative dielectric constant of 600 or more and 2000 or less.
請求項6又は7の電気機械変換素子の製造方法において、
前記端子電極の面積が2500[μm]以上であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
In the manufacturing method of the electromechanical transducer of Claim 6 or 7,
The method of manufacturing an electromechanical transducer, wherein the terminal electrode has an area of 2500 [μm 2 ] or more.
基板または下地膜上に第1の駆動電極と電気機械変換膜と第2の駆動電極とが積層された構造を有する電気機械変換素子に対して、分極処理を行う電気機械変換素子の製造装置であって、
コロナ放電又はグロー放電により電荷を発生させる放電電極と、
前記電気機械変換素子を設置するステージと、
前記ステージに設置された電気機械変換素子の前記第2の駆動電極に接続される端子電極と接触する接触部を有する導電性部材でありコロナ放電もしくはグロー放電により発生した電荷が注入される導電性部材と、
を備えたことを特徴とする電気機械変換素子の製造装置。
An apparatus for manufacturing an electromechanical conversion element that performs polarization processing on an electromechanical conversion element having a structure in which a first drive electrode, an electromechanical conversion film, and a second drive electrode are stacked on a substrate or a base film. There,
A discharge electrode for generating a charge by corona discharge or glow discharge;
A stage on which the electromechanical transducer is installed;
A conductive member having a contact portion that comes into contact with a terminal electrode connected to the second drive electrode of the electromechanical transducer disposed on the stage, and is a conductive member into which charges generated by corona discharge or glow discharge are injected. Members,
An apparatus for manufacturing an electromechanical transducer, comprising:
請求項の電気機械変換素子の製造装置において、
前記導電性部材の面積は、前記基板の面積以上の面積であることを特徴とする電気機械変換素子の製造装置。
In the electromechanical transducer element manufacturing apparatus according to claim 9 ,
2. The electromechanical transducer manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an area of the conductive member is equal to or larger than an area of the substrate.
請求項又は10の電気機械変換素子の製造装置において、
前記導電性部材の材料は、前記端子電極の材料と同じであることを特徴とする電気機械変換素子の製造装置。
In the electromechanical transducer manufacturing apparatus according to claim 9 or 10 ,
The electromechanical transducer manufacturing apparatus is characterized in that the material of the conductive member is the same as the material of the terminal electrode.
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