JP6171372B2 - 電気機械変換膜の製造方法、電気機械変換素子の製造方法 - Google Patents
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Description
[薄膜]
まず、第1の実施の形態に係る薄膜製造装置及び薄膜製造方法で製造される薄膜の一例として、電気機械変換素子を構成する電気機械変換膜について説明する。なお、第1の実施の形態に係る薄膜製造装置及び薄膜製造方法で製造可能な薄膜が電気機械変換膜に限定されないことは言うまでもない。
次に、第1の実施の形態に係る薄膜製造装置の構造について説明する。図3は、第1の実施の形態に係る薄膜製造装置を例示する斜視図である。図3を参照するに、薄膜製造装置3において、架台60上にはY軸駆動手段61が設置されている。Y軸駆動手段61上には、基板5を搭載するステージ62が、Y軸方向に駆動可能なように設置されている。
次に、第1の実施の形態に係る薄膜製造方法について説明する。薄膜アクチュエータとして使用する電気機械変換膜は、金属複合酸化物膜によって形成できる。そして、ゾルゲル法は適切な電気機械変換能力を有する金属複合酸化物膜を製造する方法として、非常に有効な方法である。
まず、図4に示すように、下部電極42の表面に所定パターンのSAM(Self Assembled Monolayer)膜50を形成する。具体的には、図4(a)に示す工程では、例えば、基板(図示せず)上に形成された下部電極42を準備する。下部電極42としては、例えば、白金(Pt)を用いることができる。なお、下部電極42は、本発明に係る基板上に形成された成膜対象物の代表的な一例である。
次に、図7に示すように、下部電極42の表面に電気機械変換膜43を形成する。具体的には、図7(a)に示す工程では、薄膜製造装置3のステージ62上に、表面に所定パターンのSAM膜50が形成された下部電極42(図3の基板5に相当)を載置する。そして、周知のアライメント装置(CCDカメラやCMOSカメラ等)等を用いて、下部電極42の位置や傾き等をアライメントする。
第2の実施の形態では、薄膜製造装置3で製造した液滴吐出ヘッド2(図2参照)を搭載したインクジェット記録装置の例を示す。図11は、インクジェット記録装置を例示する斜視図である。図12は、インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。
実施例1では、コーヒーステインのない薄膜(図10参照)を製造するための条件の検討を行った。具体的には、条件を変えながら、第1の実施の形態で示した薄膜製造方法に基づいて電気機械変換膜を作製した。
実施例2では、シリコンウェハに熱酸化膜(膜厚1μm)を形成し、密着層としてチタン膜(膜厚50nm)をスパッタ成膜した。引続き下部電極として白金膜(膜厚200nm)をスパッタ成膜した。
実施例3は、実施例2で作製した薄膜の短手方向の断面形状について解析を行った。図16は、実施例2で得られた電気機械変換膜の短手方向の断面の膜厚を表面粗さ計で計測した片側半分の結果を例示する図である。なお、ここで計測した電気機械変換膜は、実施例2において、15回繰り返して重ね塗りをした際に得られた電気機械変換膜(PZT薄膜)である。
上記式(1)を求めるために、上述した膜厚計測を多数回行い、図7に示した膜厚分布の多項式近似を多数回実施し、係数A〜Eの間にある特定の関係を見出した。その結果をまとめると、次のとおりである。式(1)において、前記断面中央の膜厚E(X=0のとき)である係数Eの範囲が0.5〜5.0(μm)にあるとき、係数A、係数B、係数C、係数Dが、式(2)の係数数値をそれぞれ0.9〜1.1倍にした範囲内に存在する特定の関係にある。
なお、式(1)及び(2)は、見方を変えると、PZT薄膜の外周表面形状を近似的に表しているものとも表現できる。
3 薄膜製造装置
4 インクジェット記録装置
5 基板
10 ノズル板
11 ノズル
20 圧力室基板
21 圧力室
30 振動板
40 電気機械変換素子
41 密着層
42 下部電極
43 電気機械変換膜
43a、43b、43c 機能性インク
44 上部電極
50 SAM膜
51、53 フォトレジスト
51x、54x 開口部
54 フォトマスク
60 架台
61 Y軸駆動手段
62 ステージ
63 X軸駆動手段
64 X軸支持部材
65、69 Z軸駆動手段
66 ヘッドベース
67 インクジェットヘッド
68 インクタンク
70 レーザ支持部材
71 レーザ装置
81 記録装置本体
82 印字機構部
83 用紙
84 給紙カセット(或いは給紙トレイ)
85 手差しトレイ
86 排紙トレイ
91 主ガイドロッド
92 従ガイドロッド
93 キャリッジ
94 インクジェット記録ヘッド
95 インクカートリッジ
97 主走査モータ
98 駆動プーリ
99 従動プーリ
100 タイミングベルト
101 給紙ローラ
102 フリクションパッド
103 ガイド部材
104 搬送ローラ
105 搬送コロ
106 先端コロ
107 副走査モータ
109 印写受け部材
111 搬送コロ
112 拍車
113 排紙ローラ
114 拍車
115、116 ガイド部材
117 回復装置
Claims (9)
- 基板上に形成された成膜対象物の表面に、複数の溶媒を含む前駆体溶液を吐出し、塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記基板を加熱し、前記複数の溶媒を蒸発させて前記塗膜を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記塗膜を加熱し、前記塗膜を結晶化させて電気機械変換膜とする結晶化工程と、を有し、
前記前駆体溶液の濃度は、0.18〜0.31mol/lであり、
前記複数の溶媒には、沸点の差が135℃以上である溶媒が含まれており、
前記乾燥工程における前記基板の昇温速度は、60℃/分未満である電気機械変換膜の製造方法。 - 前記前駆体溶液の主成分は、金属アルコキシド化合物、金属アセテート化合物、又は金属アセチルアセテート化合物である請求項1記載の電気機械変換膜の製造方法。
- 前記複数の溶媒は、ジオール系、アミン系、ケトン系、ジケトン系の何れかを含む請求項1又は2記載の電気機械変換膜の製造方法。
- 前記乾燥工程の後の前記塗膜の短手方向の断面形状は、高次関数又は周期関数で表現できる請求項1乃至3の何れか一項記載の電気機械変換膜の製造方法。
- 前記塗膜形成工程は、前記成膜対象物の表面に撥液性領域と親液性領域を形成する領域形成工程と、
前記親液性領域に前記前駆体溶液を吐出する吐出工程と、を有する請求項1乃至4の何れか一項記載の電気機械変換膜の製造方法。 - 前記領域形成工程は、前記成膜対象物の表面の全領域にチオール化合物を形成する工程と、フォトリソグラフィ及びエッチングにより前記チオール化合物の一部を除去し、前記チオール化合物が除去された領域を前記親液性領域とする工程と、を有する請求項5記載の電気機械変換膜の製造方法。
- 下部電極と、
前記下部電極に対向して配置された上部電極と、
前記下部電極及び前記上部電極に挟持された電気機械変換膜と、を有する電気機械変換素子の製造方法であって、
前記電気機械変換膜は、請求項1乃至6の何れか一項記載の電気機械変換膜の製造方法により製造する電気機械変換素子の製造方法。 - 前記上部電極は、インクジェット方式で形成する請求項7記載の電気機械変換素子の製造方法。
- 前記上部電極及び前記下部電極は、各々、白金族金属、白金族金属の酸化物、又はこれら数種の積層膜を含む請求項7又は8記載の電気機械変換素子の製造方法。
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