JP6432311B2 - 圧電薄膜付き基板の製造方法、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ - Google Patents
圧電薄膜付き基板の製造方法、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6432311B2 JP6432311B2 JP2014241617A JP2014241617A JP6432311B2 JP 6432311 B2 JP6432311 B2 JP 6432311B2 JP 2014241617 A JP2014241617 A JP 2014241617A JP 2014241617 A JP2014241617 A JP 2014241617A JP 6432311 B2 JP6432311 B2 JP 6432311B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- piezoelectric thin
- substrate
- piezoelectric
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Description
図1は、本実施形態のインクジェットプリンタ1の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ1は、インクジェットヘッド部2において、インクジェットヘッド21が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
次に、上記したインクジェットヘッド21の構成について説明する。図2は、インクジェットヘッド21のアクチュエータ21a(圧電アクチュエータ)の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるA−A’線矢視断面図とを併せて示したものである。また、図3は、図2のアクチュエータ21aにノズル基板31を接合してなるインクジェットヘッド21の断面図である。
次に、本実施形態のインクジェットヘッド21の製造方法について以下に説明する。図4は、インクジェットヘッド21の製造時の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、基板準備工程(S1)、熱酸化膜成膜工程(S2)、下部電極形成工程(S3)、圧電薄膜成膜工程(S4)、検査工程(S5)、上部電極形成工程(S6)、圧力室形成工程(S7)、ノズル基板接合工程(S8)が順に行われることで、インクジェットヘッド21が作製される。このうち、S1〜S5が、圧電薄膜付き基板の製造工程に対応し、S1〜S7が圧電アクチュエータの製造工程に対応している。以下、図5を参照しながら、各工程の詳細について説明する。図5は、インクジェットヘッド21の製造工程を示す断面図である。
まず、基板22を用意する。基板22としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)に多く利用されている結晶シリコン(Si)を用いることができ、ここでは、酸化膜22eを介して2枚のSi基板22c・22dが接合されたSOI構造のものを用いている。
基板22を加熱炉に入れ、1500℃程度に所定時間保持して、Si基板22c・22dの表面にSiO2からなる熱酸化膜23a・23bをそれぞれ形成する。
次に、一方の熱酸化膜23a上に、TiおよびPtの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極24を形成する。これにより、基板22、熱酸化膜23aおよび下部電極24からなる下地層が形成される。つまり、下部電極24は、上記の下地層において、基板22とは反対側の最表層に位置している。
続いて、基板22上に、PZTなどのペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜25を成膜する。より具体的には、基板22を600℃程度に再加熱し、変位膜となるPZTの層25aをスパッタ法で成膜する。次に、基板22に感光性樹脂35をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂35の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜25の形状を転写する。その後、感光性樹脂35をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層25aの形状を加工し、圧電薄膜25とする。
基板22上に成膜された圧電薄膜25の膜質を検査する。なお、検査工程の詳細については後述する。なお、以降で説明する工程は、S5の検査工程にて、膜質良と判定された圧電薄膜25を有する基板22に対してのみ行う。
次に、圧電薄膜25を覆うように、下部電極24上に、TiおよびPtの各層をスパッタ法で順に成膜し、層26aを形成する。続いて、層26a上に感光性樹脂36をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂36の不要な部分を除去し、形成する上部電極26の形状を転写する。その後、感光性樹脂36をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層26aの形状を加工し、上部電極26を形成する。
次に、基板22の裏面(熱酸化膜23b側)に感光性樹脂37をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂37の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室22aの形状を転写する。そして、感光性樹脂37をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板22の除去加工を行い、圧力室22aを形成してアクチュエータ21aとする。
その後、アクチュエータ21aの基板22と、インク吐出孔31aを有するノズル基板31とを、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド21が完成する。なお、インク吐出孔31aに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜23bを除去して、基板22と中間ガラス、および中間ガラスとノズル基板31とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに3者(基板22、中間ガラス、ノズル基板31)を接合することができる。
図6は、基板22を含む下地層上に圧電薄膜25を形成した圧電薄膜付き基板の断面図である。圧電薄膜25において、下地層との界面側(基板22側)に、ペロブスカイト型構造とは異なる結晶相41(例えばパイロクロア構造)が存在すると、その上層に圧電薄膜25の結晶を成長させたときに、圧電薄膜25の表面のラフネス(表面粗さ)が変化して、表面に凸部42が形成されたり、圧電薄膜25を構成する柱状結晶の粒界25b付近の結晶状態や組成が変化することで粒界25bに隙間43が形成されたりする。この場合、圧電薄膜25に光を照射したときに、上記異なる結晶相41での光の反射、圧電薄膜25の表面の凸部42での光の反射、粒界25bの隙間43での光の反射によって、圧電薄膜25が白濁して見える白濁現象が起こる。また、良好な圧電特性が得られるペロブスカイト型構造とは異なる結晶相41が、下地層との界面側に存在すると、圧電特性が低下するのみならず、下地層(下部電極24)との密着性が低下する原因となる。
次に、圧電アクチュエータおよびインクジェットヘッドの製造に用いられる圧電薄膜付き基板の製造方法の具体的な実施例について説明する。図8は、圧電薄膜付き基板50の製造工程を示す断面図である。
≪密着性評価基準≫
○・・・せん断応力が80MPaとなる変位量で圧電薄膜を変位させても、圧電薄膜が剥離しなかった。
×・・・せん断応力が80MPa以下となる変位量で圧電薄膜を変位させると、圧電薄膜が剥離した。
≪圧電特性評価基準≫
◎・・・|d31|が160pm/V以上である。
○・・・|d31|が140pm/V以上160pm/V未満である。
×・・・|d31|が140pm/V未満である。
本実施形態では、ABO3型のペロブスカイト型構造の圧電薄膜の材料として、PZTを例に挙げて説明したが、このPZTに限定されるわけではない。ABO3型のペロブスカイト型構造のAサイトの元素は、鉛(Pb)、バリウム(Ba)、ランタン(La)、ストロンチウム(Sr)、ビスマス(Bi)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、カリウム(K)の少なくとも1つを含んでいてもよい。また、Bサイトの元素は、ジルコニウム(Zr)およびチタン(Ti)を含み、さらに、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、スカンジウム(Sc)、コバルト(Co)、銅(Cu)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)の少なくとも1つを含んでいてもよい。上記した金属(元素)の組み合わせからなるペロブスカイト型構造の圧電薄膜を成膜する場合でも、本実施形態で説明した検査方法や製造方法を適用して、圧電薄膜付き基板を製造し、これを用いて圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド、インクジェットプリンタを構成することができる。
本実施形態で説明した圧電薄膜付き基板は、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ以外にも、超音波センサ、赤外線センサ、周波数フィルタ、不揮発性メモリなどの種々のデバイスに適用することができる。
21 インクジェットヘッド
21a アクチュエータ(圧電アクチュエータ)
22 基板(支持基板、下地層)
22a 圧力室
23 熱酸化膜(下地層)
24 下部電極(下地層)
25 圧電薄膜
26 上部電極
31 ノズル基板
31a インク吐出孔
50 圧電薄膜付き基板
51 基板(支持基板、下地層)
52 熱酸化膜(下地層)
53 下部電極(下地層)
54 圧電薄膜
Claims (12)
- 基板を含む下地層上に、ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜を成膜する成膜工程と、
前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される拡散光の測定結果に基づいて、前記圧電薄膜の膜質の良否を判定する検査工程とを有しており、
前記検査工程では、正反射光を除く前記拡散光の測定結果に基づいて、前記膜質の良否を判定するとともに、前記拡散光の反射率が11%以下である場合に、膜質良と判定することを特徴とする圧電薄膜付き基板の製造方法。 - 前記検査工程では、前記拡散光の反射率が6%以下である場合に、膜質良と判定することを特徴とする請求項1に記載の圧電薄膜付き基板の製造方法。
- 請求項1または2に記載の圧電薄膜付き基板の製造方法を用いた圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記圧電薄膜付き基板の製造方法は、前記成膜工程の前に、前記下地層の最表層として下部電極を形成する工程を含み、
前記圧電アクチュエータの製造方法は、
前記検査工程にて膜質良と判定された圧電薄膜上に、上部電極を形成する工程と、
前記上部電極が形成された前記基板に、圧力室を形成する工程とを有していることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。 - 請求項3に記載の圧電アクチュエータの製造方法を用いたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記圧電アクチュエータの前記圧力室が形成された前記基板を支持基板とすると、
前記支持基板の、前記圧力室に対して前記圧電薄膜の形成側とは反対側の表面に、インク吐出孔を有するノズル基板を貼り合わせる工程を有していることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 基板を含む下地層上に、ペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜を形成した圧電薄膜付き基板であって、
前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される、正反射光を除く拡散光を測定したときに、前記拡散光の反射率が11%以下であることを特徴とする圧電薄膜付き基板。 - 前記拡散光の反射率が6%以下であることを特徴とする請求項5に記載の圧電薄膜付き基板。
- ABO 3 型の前記ペロブスカイト型構造のAサイトの元素は、鉛、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ビスマス、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カドミウム、マグネシウム、カリウムの少なくとも1つを含み、
Bサイトの元素は、ジルコニウムおよびチタンを含み、さらに、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、スカンジウム、コバルト、銅、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、鉄、ニッケルの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする請求項5または6に記載の圧電薄膜付き基板。 - 請求項5から7のいずれかに記載の圧電薄膜付き基板と、
前記圧電薄膜を膜厚方向から挟むように形成される上部電極および下部電極とを備え、
前記圧電薄膜が形成される基板には、圧力室が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項8に記載の圧電アクチュエータと、
インク吐出孔を有するノズル基板とを備え、
前記圧電アクチュエータの前記圧力室が形成された基板を支持基板とすると、
前記ノズル基板は、前記支持基板の、前記圧力室に対して前記圧電薄膜の形成側とは反対側の表面に貼り合わされていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 基板を含む下地層上に、下部電極と鉛系のペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜とがこの順で形成された圧電アクチュエータと、
インク吐出孔を有するノズル基板と、を備えたインクジェットヘッドであって、
前記圧電薄膜が形成される基板には、圧力室が形成されており、
前記圧電薄膜に光を照射し、前記圧電薄膜にて反射される、正反射光を除く拡散光を測定したときに、前記拡散光の反射率が11%以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記圧電薄膜の膜厚は、2μm以上6μm以下であることを特徴とする請求項9または10に記載のインクジェットヘッド。
- 請求項9から11のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014241617A JP6432311B2 (ja) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 圧電薄膜付き基板の製造方法、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014241617A JP6432311B2 (ja) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 圧電薄膜付き基板の製造方法、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016103579A JP2016103579A (ja) | 2016-06-02 |
JP6432311B2 true JP6432311B2 (ja) | 2018-12-05 |
Family
ID=56089616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014241617A Active JP6432311B2 (ja) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 圧電薄膜付き基板の製造方法、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6432311B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3269288B2 (ja) * | 1994-10-31 | 2002-03-25 | 松下電器産業株式会社 | 光学的検査方法および光学的検査装置 |
JP4716005B2 (ja) * | 2005-06-28 | 2011-07-06 | 富士フイルム株式会社 | 構造物製造方法及び構造物製造装置 |
JP6048306B2 (ja) * | 2013-05-13 | 2016-12-21 | コニカミノルタ株式会社 | インクジェットヘッドおよびその駆動方法と、インクジェットプリンタ |
-
2014
- 2014-11-28 JP JP2014241617A patent/JP6432311B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016103579A (ja) | 2016-06-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8215753B2 (en) | Piezoelectric material, method for producing piezoelectric material, piezoelectric device and liquid discharge device | |
JP6833479B2 (ja) | 圧電素子、圧電素子の製造方法、圧電アクチュエータおよび電子機器 | |
US20110121096A1 (en) | Piezoelectric device, piezoelectric device manufacturing method, and liquid discharge apparatus | |
JP6414744B2 (ja) | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッドおよび画像形成装置 | |
JP6699662B2 (ja) | 圧電薄膜、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド、インクジェットプリンタおよび圧電アクチュエータの製造方法 | |
US8210658B2 (en) | Piezoelectric material, method for producing piezoelectric material, piezoelectric device and liquid discharge device | |
JP6314992B2 (ja) | 圧電素子、インクジェットヘッド、インクジェットプリンタおよび圧電素子の製造方法 | |
JP6281629B2 (ja) | 圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド、インクジェットプリンタおよび強誘電体薄膜の製造方法 | |
JP6432311B2 (ja) | 圧電薄膜付き基板の製造方法、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ | |
JP6481686B2 (ja) | 強誘電体薄膜、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ | |
WO2016203955A1 (ja) | 圧電素子、インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ、および圧電素子の製造方法 | |
JP6460450B2 (ja) | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド、画像形成装置および液滴吐出装置 | |
JP6311718B2 (ja) | 圧電アクチュエータの製造方法 | |
JP6274308B2 (ja) | 圧電素子、圧電素子の製造方法、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ | |
JP2008028285A (ja) | 圧電体薄膜素子、インクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置 | |
JP2011071150A (ja) | 圧電薄膜付基板、圧電薄膜素子、アクチュエータ、及びセンサ | |
JP6468881B2 (ja) | 圧電薄膜、圧電薄膜の製造方法、圧電薄膜付き基板、圧電アクチュエータ、圧電センサ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ | |
US10790434B2 (en) | Piezoelectric thin film-stacked body, piezoelectric thin film substrate, piezoelectric thin film device, piezoelectric actuator, piezoelectric sensor, head assembly, head stack assembly, hard disk drive, printer head, and ink-jet printer device | |
WO2013058064A1 (ja) | 圧電素子およびその製造方法 | |
WO2016093078A1 (ja) | 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置および液滴吐出装置の製造方法 | |
JP2012054317A (ja) | 圧電薄膜付き基板及びその製造方法 | |
JP6494031B2 (ja) | 積層構造体及びそれを備えた圧電素子、積層構造体の製造方法、評価方法 | |
WO2016158178A1 (ja) | 強誘電体薄膜素子の製造方法 | |
CN112714963A (zh) | 压电器件及压电器件的制造方法 | |
Zhang et al. | Improvement of stresses in multilayer structures with SiO/sub 2//Pt/Pb (Zr, Ti) O/sub 3//Pt thin-film stacks for micro-scanner actuators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170620 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180316 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180327 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180515 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181009 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181022 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6432311 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |