WO2000060676A1 - Dispositif a fine couche piezoelectrique, tete d'impression a jet d'encre utilisant ce dispositif, et procedes de fabrication de ce dispositif et de cette tete - Google Patents

Dispositif a fine couche piezoelectrique, tete d'impression a jet d'encre utilisant ce dispositif, et procedes de fabrication de ce dispositif et de cette tete Download PDF

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forming
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Satoru Fujii
Isaku Kanno
Ryoichi Takayama
Osamu Watanabe
Kenji Tomita
Shigeyuki Takao
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention provides a piezoelectric thin film element comprising: a piezoelectric thin film; first and second electrode films formed on both surfaces in the thickness direction of the piezoelectric thin film; and a holding film for holding the piezoelectric thin film. It also belongs to the technical field of ink jet recording heads using them and their manufacturing methods. Background art
  • this kind of piezoelectric thin film element is used as a pyroelectric device that converts heat into electric charge or a piezoelectric device that converts mechanical energy into electric energy, and the like. It is composed of ferroelectric materials such as PZT and PLZT.
  • the performance of the above-mentioned piezoelectric thin film element is greatly affected by the method of holding the piezoelectric thin film. In the case of a pyroelectric device, the heat capacity and thermal conductance of the detection unit are reduced. It is necessary to support each so that it may be deformed more greatly.
  • a pyroelectric thin film (piezoelectric thin film element) is formed by a polyimide. It has been proposed that the substrate be held by an organic thin film (holding film) made of resin or the like. C In this proposed example, a pyroelectric thin film was formed on a film-forming substrate as a method of manufacturing the detector. After the upper electrode film is formed on the pyroelectric thin film, an organic thin film is formed so as to cover the pyroelectric thin film. Subsequently, the holding substrate is fixed on the organic thin film, and then the deposition substrate is formed.
  • the proposed example has a problem that the pyroelectric thin film is exposed to the etchant and is damaged when the deposition substrate is removed by etching. Therefore, if the lower electrode film is formed first on the film-forming substrate (to be in contact with the film-forming substrate) and a pyroelectric thin film is formed on this lower electrode film, the film-forming substrate At the time of removal, the pyroelectric thin film can be prevented from being exposed to the etchant by the lower electrode film.
  • the lower electrode film and the pyroelectric thin film are configured such that opposing surfaces are set to have substantially the same size and shape, and that the entire periphery of the opposing surface just overlaps.
  • the organic thin film is formed so as to be in close contact with the entire periphery of each side surface of the lower electrode film and the pyroelectric thin film.
  • a resin holding film such as the organic thin film described above has a relatively low adhesive force between the lower electrode film and the pyroelectric thin film, so that the etchant is formed along the interface between the lower electrode and the holding film in the etching removing step.
  • the path through which the etchant penetrates and penetrates along this interface to the point of the pyroelectric thin film is short and straight. Reaches the interface between the pyroelectric thin film and the holding film. As a result, it is difficult to reliably prevent damage to the pyroelectric thin film.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric thin film element in which a piezoelectric thin film is held by a holding film as described above, on a film forming substrate.
  • the electrode film in contact with the film-formed substrate is devised so that the holding film is made of resin or the like and other films are formed.
  • An object of the present invention is to make it possible to reliably prevent damage to the piezoelectric thin film due to the etchant even when the adhesion to the piezoelectric thin film is relatively low. Disclosure of the invention
  • the first electrode film in contact with the deposition substrate is formed such that the entire periphery of the electrode film protrudes laterally from the side surface of the piezoelectric thin film and adheres to the holding film.
  • the holding film is formed so as to be in close contact with the entire periphery of the side surface of the piezoelectric thin film via the protection film, and the protection film is formed at the end of the protection film on the first electrode film side. The entire periphery was formed so as to be in close contact with the periphery of the first electrode film.
  • a piezoelectric thin film, a first electrode film formed on one surface in a thickness direction of the piezoelectric thin film, and a piezoelectric thin film formed on the other surface in the thickness direction of the piezoelectric thin film A second electrode film, and a holding film formed so as to be in close contact with the entire periphery of the side surface of the piezoelectric thin film and holding the piezoelectric thin film.
  • the first electrode is intended for a piezoelectric thin film element in which at least a portion corresponding to a piezoelectric thin film of a deposition substrate is removed by etching after a first electrode film is formed in contact with the deposition substrate.
  • the film is formed so that the entire periphery of the first electrode film protrudes laterally from the side surface of the piezoelectric thin film and is in close contact with the holding film.
  • the peripheral portion of the first electrode film protrudes laterally from the side surface of the piezoelectric thin film, if the amount of protrusion is appropriately set, the peripheral portion of the first electrode film and the holding film Even if the etchant penetrates along the interface with, the path of the etchant penetrating along this interface to reach the piezoelectric thin film can be lengthened and bent, and in the middle of this interface Etchant will no longer penetrate inside. Therefore, even if the holding film is made of resin or the like, it is possible to reliably prevent the piezoelectric thin film from being damaged by the etchant.
  • the present invention is directed to a piezoelectric thin film element in which an electrode film is formed so as to be in contact with the film forming substrate, and at least a portion corresponding to the piezoelectric thin film of the film forming substrate is etched and removed.
  • the protective film is formed so as to be in close contact with the entire periphery of the side surface of the piezoelectric thin film, and the entire periphery of the end of the protective film on the first electrode film side is in close contact with the peripheral portion of the first electrode film. It shall be formed as follows.
  • the piezoelectric thin film is covered with the first electrode film and the protective film, and the adhesion between the first electrode film and the protective film can be increased. Contact can be prevented.
  • the adhesion between the protective film and the holding film is compared. Even if the etchant penetrates along the interface between the protective film and the holding film because it is too low, the path until the etchant reaches the piezoelectric thin film can be lengthened and bent. In the middle of the interface with the membrane, the etchant does not penetrate any further inside. Therefore, the same function and effect as those of the first aspect can be obtained.
  • the piezoelectric thin film is made of a ferroelectric material. In this case, a high-performance pyroelectric device / piezoelectric device can be easily obtained.
  • the fourth and fifth inventions are an invention of an ink jet recording head using the piezoelectric thin film element of the first invention, and in the fourth invention, a piezoelectric thin film made of a ferroelectric material is provided.
  • a first electrode film formed on one surface in the thickness direction of the piezoelectric thin film; a second electrode film formed on the other surface in the thickness direction of the piezoelectric thin film; And a holding film that is formed so as to be in close contact with the periphery and holds the piezoelectric thin film. All of the above films are formed on the film formation substrate such that the first electrode film is in contact with the film formation substrate.
  • a piezoelectric thin film element formed by etching and removing the entire film forming substrate; and a second electrode film of the piezoelectric thin film element provided on a side opposite to the piezoelectric thin film via a diaphragm film.
  • a recess closed by the membrane to form a pressure chamber, and ink is supplied to the pressure chamber.
  • a head body having an ink supply passage and an ink discharge port communicating with the pressure chamber.
  • the piezoelectric body is applied by applying a voltage to the piezoelectric thin film via the first and second electrode films.
  • an ink jet type recording head which applies pressure to the pressure chamber and discharges the ink in the pressure chamber from the ink discharge port is targeted.
  • the first electrode film is formed such that the entire periphery of the first electrode film protrudes laterally from the side surface of the piezoelectric thin film and is in close contact with the holding film.
  • the piezoelectric thin film made of a ferroelectric material, the first electrode film formed on one surface in the thickness direction of the piezoelectric thin film, and the other surface in the thickness direction of the piezoelectric thin film A second electrode film formed on the substrate, and a holding film formed so as to be in close contact with the entire side surface of the piezoelectric thin film and holding the piezoelectric thin film. After forming the film so that the first electrode film is in contact with the film-forming substrate, a portion of the film-forming substrate corresponding to the piezoelectric film is formed.
  • a head body having a concave portion to be formed, an ink supply path for supplying ink to the pressure chamber, and an ink discharge port communicating with the pressure chamber, and a piezoelectric thin film in a second electrode film of the piezoelectric thin film element And a diaphragm film formed on the opposite side of the pressure chamber by applying a voltage to the piezoelectric thin film via the first and second electrode films to operate the piezoelectric thin film element.
  • a first electrode film of the piezoelectric thin film element is intended for an ink jet recording head in which pressure is applied to cause the ink in the pressure chamber to be discharged from the ink discharge port.
  • the entire periphery of the film is It assumed to be formed so as to be in close contact with only One the holding film projects laterally from a surface.
  • the piezoelectric thin film element of the ink jet recording head has an ink ejection port for discharging ink in the pressure chamber. Since it functions as a piezoelectric actuator that discharges ink from the recording head, it is possible to maintain good ink discharge performance of this recording head.
  • the sixth and seventh inventions are inventions of an ink jet recording head using the piezoelectric thin film element of the second invention, and in the sixth invention, a piezoelectric thin film made of a ferroelectric material, A first electrode film formed on one surface in the thickness direction of the body thin film; a second electrode film formed on the other surface in the thickness direction of the piezoelectric thin film; And a holding film for holding the piezoelectric thin film, and forming all of the films on a film forming substrate such that the first electrode film is in contact with the film forming substrate.
  • a piezoelectric thin film element formed by etching away a portion of the film substrate corresponding to the piezoelectric thin film, and a piezoelectric thin film element provided on a side of the film forming substrate opposite to the first electrode film on the film forming substrate;
  • a recess forming a pressure chamber together with the portion removed by etching, and an ink in the pressure chamber.
  • a head body having an ink supply path for supplying pressure and an ink discharge port communicating with the pressure chamber; and a diaphragm formed on a side of the second electrode film of the piezoelectric body film element opposite to the piezoelectric thin film.
  • a piezoelectric thin-film element by applying a voltage to the piezoelectric thin film via the first and second electrode films, thereby applying pressure to the pressure chamber and applying pressure to the pressure chamber. Discharge the above ink
  • the holding film of the piezoelectric thin film element is formed so as to be in close contact with the entire periphery of the side surface of the piezoelectric thin film via a protective film. It is assumed that the protective film is formed such that the entire periphery of the end of the protective film on the first electrode film side is in close contact with the entire periphery of the peripheral portion of the first electrode film.
  • the piezoelectric thin film made of a ferroelectric material, the first electrode film formed on one surface in the thickness direction of the piezoelectric thin film, and the other surface in the thickness direction of the piezoelectric thin film A second electrode film formed on the substrate, and a holding film formed so as to be in close contact with the entire side surface of the piezoelectric thin film and holding the piezoelectric thin film.
  • a head body having an ink discharge port for changing the first and second electrodes.
  • the holding film of the piezoelectric thin film element is formed so as to be in close contact with the entire side surface of the piezoelectric thin film via a protective film
  • the protective film is a first electrode film of the protective film.
  • the entire periphery of the side end portion is formed so as to be in close contact with the entire periphery of the peripheral portion of the first electrode film.
  • the same function and effect as those of the piezoelectric thin film element of the second aspect can be obtained, and the ink discharge performance of the recording head can be maintained at a high level.
  • the eighth and ninth inventions are inventions of a method of manufacturing a piezoelectric thin film element.
  • a step of forming a first electrode film on a film-forming substrate Forming a piezoelectric thin film on a portion other than the entire circumference of the piezoelectric thin film; and holding the holding film on the entire circumference of the piezoelectric thin film on the deposition substrate and the entire circumference of the side surface of the piezoelectric thin film on the first substrate.
  • the first electrode film is formed such that the entire periphery of the first electrode film protrudes laterally from the side surface of the piezoelectric thin film and is in close contact with the holding film.
  • the piezoelectric thin-film element of the invention of 1 is easily obtained.
  • Forming a holding film so as to be in close contact with the protective film forming a second electrode film on the piezoelectric thin film, and forming the film after completion of all the steps. Etching at least a portion of the substrate corresponding to the piezoelectric thin film.
  • the holding film is formed so as to be in close contact with the entire periphery of the side surface of the piezoelectric thin film via the protection film, and the protection film is formed such that the entire periphery of the end of the protection film on the first electrode film side is the first periphery. Since the piezoelectric thin film element is formed so as to be in close contact with the periphery of the first electrode film, the piezoelectric thin film element of the second invention can be easily obtained.
  • the tenth and eleventh aspects of the present invention provide an ink jet recording method including a piezoelectric thin film element that deforms together with a vibrating plate film by a piezoelectric effect of a piezoelectric thin film made of a ferroelectric material to discharge ink in a pressure chamber.
  • a tenth aspect of the present invention is a method of manufacturing a head. In the tenth aspect, a step of forming a first electrode film on a film-forming substrate, and a step of forming a piezoelectric material on a portion of the first electrode film other than the entire periphery.
  • Forming, a step of forming a second electrode film on the piezoelectric thin film, a step of forming a diaphragm film on the second electrode film, the diaphragm film, and the diaphragm Fixing a head body having a concave portion forming a pressure chamber together with the membrane; After completion of the step of Te, it is intended to include a step of etching away the entire the deposition substrate.
  • the ink jet recording head of the fourth aspect can be easily obtained.
  • a step of forming a first electrode film on the film-forming substrate, a step of forming a piezoelectric thin film on the first electrode film, and a step of forming the piezoelectric thin film on the film-forming substrate Around Forming a protective film all around the periphery of the side surface of the piezoelectric thin film and the entire periphery of the first electrode film; Forming a holding film in close contact with the protective film, forming a second electrode film on the piezoelectric thin film, and forming a diaphragm film on the second electrode film
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a piezoelectric thin-film element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a method of manufacturing the piezoelectric thin film element of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a method for manufacturing the piezoelectric thin film element of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a modification of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a sectional view of an ink jet recording head according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 6, showing a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows a piezoelectric thin film element D according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the piezoelectric thin film element D includes a piezoelectric thin film 1 made of a ferroelectric material. As this ferroelectric material,
  • a first electrode film 2 is formed on one surface (upper surface) in the thickness direction of the piezoelectric thin film 1, and a second electrode film 3 is formed on the other surface (lower surface) in the thickness direction of the piezoelectric thin film 1.
  • the upper first electrode film 2 is first formed on the film forming substrate 11 when the piezoelectric thin film element D is manufactured using the film forming substrate 11 (see FIG. 2) as described later. That is, it is formed so as to be in contact with the film forming substrate 11.
  • the first electrode film 2 is formed such that the entire periphery of the electrode film 2 protrudes laterally from the side surface of the piezoelectric thin film 1.
  • the protrusion amount is set to 1 to 50 zm.
  • the protrusion amount is smaller than 1 ⁇ m, the protection of the piezoelectric thin film 1 against the etchant becomes insufficient as described later, while if it is larger than 50 ⁇ m, the piezoelectric thin film element D itself becomes large. So it is between 1 and 50 zm.
  • the upper limit of the amount of protrusion is not limited to 50 ⁇ m, and may be as large as possible if there is no problem in the size of the piezoelectric thin film element D.
  • the more preferable value of the protrusion amount is 10 to 30 m.
  • a resin holding film 5 made of, for example, a photosensitive polyimide resin is in close contact with the entire periphery of the side surface of the piezoelectric thin film 1 and the entire periphery of the lower surface of the piezoelectric thin film 1 over the entire periphery around the side of the piezoelectric thin film 1. It is formed as follows. Further, the holding film 5 is formed around the entire periphery of the first electrode film 2, that is, the entire periphery and the lower surface of the first electrode film 2 (the side of the piezoelectric thin film 1 of the first electrode film 2). The upper surface of the holding film 5 on the side of the first electrode film 2 is flush with the upper surface of the first electrode film 2. Further, a contact hole 5a is formed in a portion of the holding film 5 corresponding to the second electrode film 3, and a second electrode film 3 is formed in the contact hole 5a as described later. It has become.
  • a transfer substrate 8 (holding substrate) having a recess 8a formed in the center of the upper surface is fixed around the entire periphery of the lower surface of the holding film 5 via an adhesive layer 9 around the recess 8a.
  • the piezoelectric thin film 1 is held only in the holding film 5 in the recess 8 a of the transfer substrate 8.
  • the transfer substrate 8 may be formed integrally with one material or may be formed by laminating a plurality of materials (the same material or different materials). A hole may be formed.
  • the piezoelectric thin film element D the piezoelectric thin film 1, the first and second electrode films 2, 3 and the holding film 5 are formed on the film forming substrate 11, and the transfer substrate 8 is fixed to the holding film 5. After that, the entire deposition substrate 11 is removed by etching ⁇
  • the piezoelectric thin-film element can be used as a thin-film pyroelectric infrared detector by using the second electrode film 3 as an OL II infrared absorbing material such as NiCr. The thickness of the second electrode film 3 is increased.
  • a first electrode film 2 is formed on a film forming substrate 11. That is, after the first electrode film 2 is formed by a high-frequency magnetron sputtering method (frequency: 13.56 MHz), buttering is performed (see FIG. 2A).
  • Table 1 shows the material of the first electrode film 2 and specific film forming conditions.
  • the film forming substrate 11 is, for example, a (100) MgO single crystal substrate.
  • the first electrode film is oriented in the (001) direction.
  • the film formation substrate 11 is not limited to a (100) Mg single crystal substrate, but may be any substrate that can be removed by etching, such as a (100) Si single crystal substrate.
  • the piezoelectric thin film 1 is formed on the first electrode film 2 at a portion other than the entire periphery. That is, after the piezoelectric thin film 1 is formed by a high-frequency magnetron sputtering method (frequency: 13.56 MHz), patterning is performed.
  • the Pb T I_ ⁇ the piezoelectric thin film 1 is Tsuyo ⁇ conductor material 3 ⁇ PZT (Pb Z ⁇ . 50 T io.5o0 3) or PLZT (P bo. 9 L ao . '(Z r o .: T io. 9 ) ..
  • Table 2 shows the specific film formation conditions (the film thickness is 2 m for all materials) of the piezoelectric thin film 1 when composed according to 3 ). The methods are shown in Table 3.
  • the piezoelectric thin film 1 is also oriented in the (001) direction, like the first electrode film 2.
  • PbTiOs Pb0, Ti0 2 powder mix of 500 ⁇ 750 Ar / 0 2 98/ 2 0.05 ⁇ 0.5 ⁇ 5.0
  • PZT PZT sintered body 500-800 Ar / 0 2 98/2 0.05 ⁇ 0.5 ⁇ 5.0
  • PLZT PLZT sintered body 500 ⁇ 800 Ar / 0 2 98/2 0.05 ⁇ 0.5 ⁇ 5.0
  • a holding film 5 is formed on the entire surface of the film-forming substrate 11 by a spin coating, and thereafter, a contact hole 5a is formed in a portion of the holding film 5 corresponding to the second electrode film 3 (FIG. 2). (See (b)).
  • the holding film 5 adheres tightly to the entire periphery of the piezoelectric thin film 1 on the film-forming substrate 11, to the entire periphery of the side surface of the piezoelectric thin film 1 and the entire periphery of the first electrode film 2. It is formed so that. Since the holding film 5 is made of a photosensitive resin, the contact hole 5a can be easily formed in a portion corresponding to the second electrode film 3.
  • a second electrode film 3 is formed on the piezoelectric thin film 1 in the contact hole 5a of the holding film 5 (see FIG. 2 (c)). Up to this stage, the vertical relationship is reversed from that at the time of completion.
  • the transfer substrate 8 is fixed to the holding film 5 via the adhesive layer 9 (see FIG. 2 (d)). Thereafter, the entire film forming substrate 11 is heated to 60 to 80 ° C., for example.
  • the piezoelectric thin film element D is completed by etching (0.5 to 2 hours) with an etchant composed of a heated aqueous solution of phosphoric acid (5 to 40% by volume) (see FIG. 2 (e)).
  • the etchant permeates the interface between the first electrode film 2 and the holding film 5. This is because the adhesion of the interface between the first electrode film 2 and the holding film 5 is relatively low because the holding film 5 is made of resin and formed by spin coating. Similarly, the adhesion at the interface between the piezoelectric thin film 1 and the holding film 5 is relatively low.) However, in the first embodiment, the peripheral portion of the first electrode film 2 projects laterally from the side surface of the piezoelectric thin film 1. Since the etchant penetrates the interface, the path before the etchant reaching the piezoelectric thin film 1 is long and bent, and the etchant does not penetrate further in the middle of the interface.
  • the etchant does not permeate the interface between the piezoelectric thin film 1 and the holding film 5. Therefore, it is possible to reliably prevent the piezoelectric thin film 1 from being damaged by the etchant.
  • the holding film 5 is made of resin, the stress of the piezoelectric thin film 1 after the film-forming substrate 11 is removed can be relaxed, and the piezoelectric thin film 1 can be accommodated in the recess 8 a of the transfer substrate 8. Can be adiabatically held only by the holding film 5. Therefore, when the piezoelectric thin-film element D is used as a thin-film pyroelectric infrared detector, a pressure sensor, a piezoelectric actuator, or the like, its performance can be maintained at a high level.
  • FIG. 3 shows Embodiment 2 of the present invention (in the following Embodiments 2 to 4, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted).
  • Embodiment 2 differs from Embodiment 1 in that a protective film 6 is provided between the substrate and the holding film 5 and that a part of the film forming substrate 11 is left without being removed instead of not using the transfer substrate 8. .
  • the vertical relationship of the piezoelectric thin film element D is opposite to that of the first embodiment.
  • the holding film 5 is formed so as to be in close contact with the entire peripheral surface of the piezoelectric thin film 1 via the protection film 6.
  • This material for the protective film 6 is not particularly limited, for example, S I_ ⁇ 2, S i 3 N 4, M g O, N i O, if A 1 2 0 3, etc., the first and second electrodes
  • the short circuit between the films 2 and 3 can be prevented, and the adhesion to the piezoelectric thin film 1 can be considerably increased.
  • the entire periphery of the end (lower end) of the protective film 6 on the first electrode film 2 side is the entire periphery of the peripheral portion of the first electrode film 2, that is, the entire side surface and upper surface of the first electrode film 2.
  • the periphery is in close contact with the entire periphery (or only the periphery of the upper surface of the first electrode film 2).
  • the entire periphery of the upper end of the protective film 6 is in close contact with the periphery of the upper surface of the piezoelectric thin film 1.
  • the holding film 5 comes into direct contact with the piezoelectric thin film 1 only in the vicinity of the contact hole 5a.
  • the film forming substrate 11 is a substitute for the transfer substrate 8 in the first embodiment, and has a role of a holding substrate.
  • This film-forming substrate 11 has a portion corresponding to the piezoelectric thin film 1. It has an etching-removed portion 1 la that is removed by etching, and the inner surface of the etching-removed portion 11 a is formed in a tapered shape. Note that a mask layer 12 is formed on a portion of the lower surface of the film forming substrate 11 other than the etching removal portion 11a.
  • This piezoelectric thin-film element D is also used as a thin-film pyroelectric infrared detector, a pressure sensor, a piezoelectric actuator, and the like, as in the first embodiment.
  • the method of manufacturing the piezoelectric thin film element D will be described with reference to FIG. 4.
  • the first electrode film 2 is formed on the film formation substrate 11 (see FIG. Then, a piezoelectric thin film 1 is formed on a portion of the first electrode film 2 other than the entire periphery.
  • a protective film 6 is formed by sputtering on the entire periphery of the piezoelectric thin film 1 and the first electrode film 2 on the film forming substrate 11. At this time, the protective film 6 is formed so as to be in close contact with the entire periphery of the side surface and the upper peripheral edge of the first electrode film 2 and the entire periphery of the side surface and the upper peripheral edge of the piezoelectric thin film 1 (FIG. 4 (b)).
  • a holding film 5 is formed on the film forming substrate 11 all around the protection film 6 so as to be in close contact with the protection film 6 (see FIG. 4C).
  • the method of forming the holding film 5 is the same as that of the first embodiment.
  • the second electrode film 3 is formed in the contact hole 5a of the holding film 5, and the mask layer 12 is formed on the lower surface of the film-forming substrate 11 except for the etching-removed portion 11a (FIG. 4). (d)).
  • the portion corresponding to the piezoelectric thin film 1 (etching removal portion 1 la) of the film forming substrate 11 is removed by etching to complete the piezoelectric thin film element D (see FIG. 4E).
  • the etching removal part 11 having an inner surface in a tapered shape is used by using an etchant made of an acid solution such as phosphoric acid. a can be easily formed.
  • the substrate is a single-crystal substrate having a force of 11 s (100) Si
  • a diaphragm structure with an exposed (111) plane is formed by using an etchant composed of an alkaline solution such as KOH.
  • the substrate 11 is made of an alkaline solution such as KOH.
  • the etchant By using the etchant, the inner surface of the etched portion 11a can be extended in the vertical direction instead of the tapered shape.
  • the etchant cannot penetrate into the interface between the first electrode film 2 and the protective film 6 having high adhesion, and reaches the piezoelectric thin film 1 through this interface.
  • the etchant penetrates along the interface between the holding film 5 and the protective film 6, which have low adhesion, but the route through which the etchant penetrating this interface reaches the piezoelectric thin film 1 is long and bent. In the middle of this interface, the etchant does not penetrate any further. Therefore, the same functions and effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the first electrode film 2 is formed such that the entire periphery of the electrode film 2 projects laterally from the side surface of the piezoelectric thin film 1 as in the first embodiment.
  • opposing surfaces of the piezoelectric thin film 1 and the first electrode film 2 are set to have substantially the same size and shape, and the entire periphery of the opposing surface just overlaps. You may do so.
  • the protective film 6 is formed so that the lower end of the protective film 6 is in close contact with the entire peripheral surface of the first electrode film 2, the first electrode film 2 is formed. Since the etchant does not penetrate into the interface between the piezoelectric thin film 1 and the protective film 6, the piezoelectric thin film 1 can be reliably protected.
  • the deposition substrate 11 is used as the holding substrate.
  • the entire deposition substrate 11 may be removed by etching, and another holding substrate may be provided on the deposition substrate 11 side.
  • a holding substrate may be provided on the side opposite to the film-forming substrate 11.
  • the transfer substrate 8 may be replaced with the film-forming substrate 11 as a holding substrate. Therefore, the holding substrate may be of any type. Even without the holding substrate, the holding substrate can be attached to a structure such as the head body 21 (see FIG. 6) as described later.
  • the form of the thin film element D may be determined according to its use.
  • the holding film 5 is made of a photosensitive polyimide resin.
  • the present invention is not limited to this, and another resin may be used. The present invention can be applied.
  • the piezoelectric thin film 1 is made of a ferroelectric material.
  • a pyroelectric material not included in the ferroelectric material or a piezoelectric material not included in the pyroelectric material may be used depending on the application.
  • FIG. 6 shows an ink jet recording head H according to the third embodiment of the present invention.
  • the recording head H uses the piezoelectric thin film element D of the first embodiment as a piezoelectric actuator.
  • the transfer substrate 8 is eliminated, and the head main body 21 is provided via the diaphragm 20 instead.
  • the vertical relationship of the piezoelectric thin film elements D is opposite to that of the first embodiment, and a plurality of piezoelectric thin film elements D are connected to each other by a holding film 5 to be integrated.
  • the entire lower surface of the holding film 5 of the piezoelectric thin film element D is flush with the lower surface of the second electrode film 3 (the side opposite to the piezoelectric thin film 1).
  • a diaphragm film 20 is formed on the entire lower surface of 3 and the holding film 5.
  • the diaphragm film 2 0 is made of a metallic Young's modulus is large (N i C r, C r, etc.) or an insulator (S i 0 2, etc.), the thickness thereof is set to less than 1 0 ⁇ M I have.
  • a head body 21 is fixed to the lower surface of the diaphragm 20 via an adhesive layer 19.
  • the head body 21 includes a recess 23 closed by the diaphragm 20 to form a pressure chamber 22, an ink supply path 24 for supplying ink to the pressure chamber 22, and a pressure chamber 22.
  • an ink discharge port 25 communicating therewith. That is, the head body 21 includes an upper structural member 28 forming the side wall of the concave portion 23, a bottom wall of the concave portion 23, the ink supply path 24, and the ink discharge port 25. It comprises two intermediate structural members 29, 29 and a lower structural member 30 forming the bottom wall of the ink supply path 24.
  • the piezoelectric thin film element D When a voltage is applied to the piezoelectric thin film 1 via the first and second electrode films 2 and 3, the piezoelectric thin film element D operates due to the piezoelectric effect of the piezoelectric thin film 1 and the diaphragm film 2 is activated.
  • the portion corresponding to the pressure chamber 22 is deformed in a convex shape downward, whereby pressure is applied to the pressure chamber 22 and the ink in the pressure chamber 22 is discharged from the ink discharge port 25. It discharges.
  • a diaphragm film 20 is formed on the second electrode film 3 and the holding film 5.
  • the diaphragm film 20 may be patterned after being formed, and the diaphragm film 20 may be formed only in a portion corresponding to the piezoelectric thin film 1.
  • the diaphragm film 20 is made of a metal, it can be formed collectively by the same process as the second electrode film 3.
  • the diaphragm 20 and the head body 21 prepared in advance are fixed via an adhesive layer 19 (see FIG. 7 (d)). At this time, the concave portion 23 of the head body 21 and the piezoelectric thin film 1 are positioned correspondingly.
  • the entire recording substrate 11 is etched away to complete the recording head H (see FIG. 7E).
  • the etchant does not contact the piezoelectric thin film 1, and the piezoelectric thin film 1 is not damaged by the etchant. Therefore, the ink ejection performance of the recording head H can be maintained satisfactorily.
  • FIG. 8 shows an ink jet recording head H according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the recording head H uses the piezoelectric thin film element D of Embodiment 2 described above as a piezoelectric actuator.
  • a head body 21 similar to that of the third embodiment is fixed to a film forming substrate 11 of the piezoelectric thin film element D.
  • the same diaphragm plate 2 as in the third embodiment is provided on the side (upper surface) of the second electrode film 3 of the piezoelectric thin film element D opposite to the piezoelectric thin film 1 and the upper surface of the holding film 5.
  • the head body 21 has an adhesive layer 19 on the side opposite to the first electrode film 2 of the film-forming substrate 11 (the portion on the lower surface where the mask layer 12 is formed). Has been fixed through.
  • the recessed portion 23 of the head body 21 is provided so as to correspond to the etching removal portion 11a of the substrate 11 and forms a pressure chamber 22 together with the etching removal portion 11a. ing.
  • the diaphragm film 20 is formed on the second electrode film 3 and the holding film 5 in the same manner as in the third embodiment, and the lower surface of the film forming substrate 11 is formed.
  • a mask layer 12 is formed in a portion other than the etching removal portion 11a.
  • the portion of the film-forming substrate 11 corresponding to the piezoelectric thin film 1 is removed by etching to form an etched-off portion 11a (see FIG. 9D).
  • the piezoelectric thin film 1 is not damaged by the etchant as in the second embodiment.
  • Head H is completed (see Fig. 9 (e)).
  • the head body 21 and the deposition substrate 11 are fixed.
  • the entire deposition substrate 11 is removed by etching.
  • the head body 21 and the diaphragm film 20 may be fixed.
  • a portion of the film-forming substrate 11 corresponding to the piezoelectric thin film 1 is removed by etching.
  • the deposition substrate 11 and the head body 21 may be fixed.
  • the piezoelectric thin film element of the present invention is useful when used in a pyroelectric device or a piezoelectric device, and the ink jet recording head of the present invention is useful when used in a printing machine such as a convenience store, a facsimile, and a copying machine.
  • the present invention is useful, and has high industrial applicability, particularly in that it can reliably prevent the piezoelectric thin film from being damaged by the etchant.

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Description

m 糸田 圧電体薄膜素子及びこれを用いたインクジエツト式記録へッド並びにこれらの製造方 法 技術分野
本発明は、 圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向両面にそれそれ形成された第 1 及び第 2の電極膜と、 上記圧電体薄膜を保持する保持膜とを備えた圧電体薄膜素子及 びこれを用いたインクジエツト式記録へッド並びにこれらの製造方法に関する技術分 野に属する。 背景技術
一般に、 この種の圧電体薄膜素子は、 熱を電荷に変換する焦電デバイスや、 機械工 ネルギ一と電気エネルギーとを相互変換する圧電デバイス等として用いられており、 その圧電体薄膜は、 通常、 P Z Tや P L Z T等の強誘電体材料で構成されている。 上記圧電体薄膜素子では、 圧電体薄膜の保持方法によりその性能が大きく左右され、 焦電デバイスでは検知部の熱容量及び熱コンダク夕ンスを小さくするように、 また圧 電デバイスでは検知部が力学量により大きく変形するようにそれそれ支持する必要が ある。
そこで、 従来、 例えば特開平 4一 1 7 0 0 7 7号公報に示されているように、 焦電 型赤外線検出器 (圧電体薄膜素子) において、 焦電薄膜 (圧電体簿膜) をポリイミ ド 樹脂等からなる有機薄膜 (保持膜) により保持するようにすることが提案されている c そして、 この提案例では、 その検出器の製造方法として、 成膜基板上に、 焦電薄膜を 形成し、 この焦電薄膜上に上部電極膜を形成した後、 上記焦電薄膜を覆うように有機 薄膜を形成し、 続いて、 この有機薄膜上に保持基板を固定した後、 上記成膜基板をェ ツチング除去し、 次いで、 焦電薄膜の成膜基板側の面に下部電極膜を形成す ように することが提案されている。 ところが、 この提案例のものでは、 成膜基板をエッチング除去する際に、 焦電薄膜 がエツチャントに晒されてダメージを受けるという問題がある。 そこで、 上記下部電 極膜を成膜基板上に最初に形成し (成膜基板に接するようにし) 、 この下部電極膜上 に焦電薄膜を形成しておくようにすれば、 成膜基板の除去時に下部電極膜により焦電 薄膜がエツチャントに晒されないようにすることができる。 この場合、 一般的に、 上 記下部電極膜と焦電薄膜とは、 相対向する面同士が略同じ大きさ、 形状に設定されか つその対向面の周縁全周同士が丁度重なるように構成されると共に、 有機薄膜は、 上 記下部電極膜及び焦電薄膜の各側面全周に密着するように形成される。
しかし、 上記有機薄膜のような樹脂製の保持膜は、 下部電極膜ゃ焦電薄膜等との密 着力が比較的低いため、 エツチング除去工程においてエツチャントが下部電極と保持 膜との界面に沿って浸透し、 この界面に沿って浸透したエッチヤン卜が焦電薄膜のと ころに達するまでの経路は短くて真っ直ぐであるので、 上記密着力の低さによってェ 、ソチャントが直ぐに焦電薄膜のところに達し、 焦電薄膜と保持膜との界面にも浸透す る。 この結果、 焦電薄膜のダメージを確実に防止することは困難となる。
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、 その目的とするところは、 上記の ように、 圧電体薄膜を保持膜により保持するようにした圧電体薄膜素子を、 成膜基板 上に各膜を形成した後に該成膜基板をエッチング除去することで製造するようにする 場合に、 成膜基板に接する電極膜に工夫を凝らすことによって、 保持膜が樹脂等から なっていて他の膜との密着力が比較的低 L、場合であっても、 ェヅチャントによる圧電 体薄膜のダメージを確実に防止できるようにすることにある。 発明の開示
上記の目的を達成するために、 本発明では、 成膜基板に接する第 1の電極膜を、 該 電極膜の周縁部全周が圧電体薄膜の側面よりも側方に突出しかつ保持膜と密着するよ うに形成するか、 又は、 保持膜を、 保護膜を介して圧電体薄膜の側面全周に密着する ように形成し、 この保護膜を、 該保護膜の第 1の電極膜側端部全周が第 1の電極膜の 周縁部に密着するように形成した。 具体的には、 第 1の発明では、 圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に 形成された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の 電極膜と、 上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保 持する保持膜とを備え、 成膜基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基 板に接するように形成した後に成膜基板の少なくとも圧電体薄膜に対応する部分をェ ツチング除去してなる圧電体薄膜素子を対象とし、 上記第 1の電極膜は、 該第 1の電 極膜の周縁部全周が上記圧電体薄膜の側面よりも側方に突出しかつ上記保持膜と密着 するように形成されているものとする。
上記の構成により、 第 1の電極膜の周縁部が圧電体薄膜の側面よりも側方に突出し ているので、 その突出量を適切に設定すれば、 第 1の電極膜の周縁部と保持膜との界 面に沿ってェヅチャン卜が浸透したとしても、 この界面に沿って浸透したエッチヤン 卜が圧電体薄膜のところに達するまでの経路を長くしかつ曲げることができ、 この界 面の途中でエツチャントはそれ以上内部に浸透しなくなる。 よって、 保持膜が樹脂等 からなつていても、 エツチャントによる圧電体薄膜のダメージを確実に防止すること ができる。
また、 第 2の発明では、 圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に形成さ れた第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の電極膜 と、 上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保持する 保持膜とを備え、 成膜基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に接 するように形成した後に成膜基板の少なくとも圧電体薄膜に対応する部分をエツチン グ除去してなる圧電体薄膜素子を対象とし、 上記保持膜は、 保護膜を介して上記圧電 体薄膜の側面全周に密着するように形成され、 上記保護膜は、 該保護膜の第 1の電極 膜側端部全周が上記第 1の電極膜の周縁部に密着するように形成されているものとす る。
このことにより、 圧電体薄膜が第 1の電極膜と保護膜とにより覆われ、 この第 1の 電極膜と保護膜との密着力は高くすることが可能であるので、 エツチャントが圧電体 薄膜に接触するのを防止することができる。 一方、 保護膜と保持膜との密着力が比較 的低くてエツチャントがその保護膜と保持膜との界面に沿って浸透したとしても、 そ のエッチヤン卜が圧電体薄膜のところに達するまでの経路を長くしかつ曲げることが でき、 保護膜と保持膜との界面の途中でエツチャントはそれ以上内部に浸透しなくな る。 よって、 上記第 1の発明と同様の作用効果が得られる。
第 3の発明では、 上記第 1及び第 2の発明において、 圧電体薄膜が強誘電体材料か らなるものとする。 こうすれば、 高性能の焦電デバイスゃ圧電デバイスが容易に得ら れる。
そして、 第 4及び第 5の発明は、 上記第 1の発明の圧電体薄膜素子を用いたインク ジェット式記録ヘッドの発明であり、 第 4の発明では、 強誘電体材料からなる圧電体 薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に形成された第 1の電極膜と、 上記圧電体 薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の電極膜と、 上記圧電体薄膜の側面全周に 密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保持する保持膜とを有し、 成膜基板上に上 記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に接するように形成した後に成膜基板 全体をェッチング除去してなる圧電体薄膜素子と、 上記圧電体薄膜素子の第 2の電極 膜における圧電体薄膜と反対側面に振動板膜を介して設けられ、 該振動板膜により閉 塞されて圧力室を形成する凹部と該圧力室にィンクを供給するインク供給路と上記圧 力室に連通するインク吐出口とを有するへッド本体とを備え、 上記第 1及び第 2の電 極膜を介した圧電体薄膜への電圧の印加により圧電体薄膜素子を作動させることで、 上記圧力室に圧力を付与して該圧力室内のィンクを上記ィンク吐出口から吐出させる ようにしたインクジヱット式記録へッドを対象とし、 上記圧電体薄膜素子の第 1の電 極膜は、 該第 1の電極膜の周縁部全周が上記圧電体薄膜の側面よりも側方に突出しか つ上記保持膜と密着するように形成されているものとする。
一方、 第 5の発明では、 強誘電体材料からなる圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み 方向一方の面に形成された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形 成された第 2の電極膜と、 上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成され、 該 圧電体薄膜を保持する保持膜とを有し、 成膜基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電 極膜が該成膜基板に接するように形成した後に成膜基板の圧電体簿膜に対応する部分 をエツチング除去してなる圧電体薄膜素子と、 上記圧電体薄膜素子の成膜基板におけ る第 1の電極膜と反対側面に設けられ、 該成膜基板のェッチング除去した部分と共に 圧力室を形成する凹部と該圧力室にィンクを供給するインク供給路と上記圧力室に連 通するインク吐出口とを有するへッド本体と、 上記圧電体薄膜素子の第 2の電極膜に おける圧電体薄膜と反対側面に形成された振動板膜とを備え、 上記第 1及び第 2の電 極膜を介した圧電体薄膜への電圧の印加により圧電体薄膜素子を作動させることで、 上記圧力室に圧力を付与して該圧力室内のィンクを上記ィンク吐出口から吐出させる ようにしたインクジエツト式記録へッ ドを対象とし、 上記圧電体薄膜素子の第 1の電 極膜は、 該第 1の電極膜の周縁部全周が上記圧電体薄膜の側面よりも側方に突出しか つ上記保持膜と密着するように形成されているものとする。
上記第 4及び第 5の発明により、 上記第 1の発明の圧電体薄膜素子と同様の作用効 果が得られ、 このインクジェット式記録ヘッドの圧電体薄膜素子は、 圧力室のインク をィンク吐出口から吐出させる圧電ァクチユエ一夕として機能するので、 この記録へ ッドのインク吐出性能を良好に維持することができる。
第 6及び第 7の発明は、 上記第 2の発明の圧電体薄膜素子を用いたインクジエツト 式記録ヘッドの発明であり、 第 6の発明では、 強誘電体材料からなる圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に成された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み 方向他方の面に形成された第 2の電極膜と、 上記圧電体薄膜の側面全周に密着するよ うに形成され、 該圧電体薄膜を保持する保持膜とを有し、 成膜基板上に上記全ての膜 を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に接するように形成した後に成膜基板の圧電体薄 膜に対応する部分をエツチング除去してなる圧電体薄膜素子と、 上記圧電体薄膜素子 の成膜基板における第 1の電極膜と反対側面に設けられ、 該成膜基板のェッチング除 去した部分と共に圧力室を形成する凹部と該圧力室にィンクを供給するィンク供給路 と上記圧力室に連通するインク吐出口とを有するへッド本体と、 上記圧電体簿膜素子 の第 2の電極膜における圧電体薄膜と反対側面に形成された振動板膜とを備え、 上記 第 1及び第 2の電極膜を介した圧電体薄膜への電圧の印加により圧電体薄膜素子を作 動させることで、 上記圧力室に圧力を付与して該圧力室内のィンクを上記ィンク吐出 口から吐出させるようにしたインクジエツト式記録へッドを対象とし、 上記圧電体薄 膜素子の保持膜は、 保護膜を介して上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成 され、 上記保護膜は、 該保護膜の第 1の電極膜側端部全周が上記第 1の電極膜の周縁 部全周に密着するように形成されているものとする。
一方、 第 7の発明では、 強誘電体材料からなる圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み 方向一方の面に形成された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形 成された第 2の電極膜と、 上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成され、 該 圧電体薄膜を保持する保持膜とを有し、 成膜基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電 極膜が該成膜基板に接するように形成した後に成膜基板全体をエツチング除去してな る圧電体薄膜素子と、 上記圧電体薄膜素子の第 2の電極膜における圧電体薄膜と反対 側面に振動板膜を介して設けられ、 該振動板膜により閉塞されて圧力室を形成する凹 部と該圧力室にインクを供給するインク供給路と上記圧力室に連通するインク吐出口 とを有するへッド本体とを備え、 上記第 1及び第 2の電極膜を介した圧電体薄膜への 電圧の印加により圧電体薄膜素子を作動させることで、 上記圧力室に圧力を付与して 該圧力室内のィンクを上記ィンク吐出口から吐出させるようにしたィンクジェット式 記録ヘッドを対象とし、 上記圧電体薄膜素子の保持膜は、 保護膜を介して上記圧電体 薄膜の側面全周に密着するように形成され、 上記保護膜は、 該保護膜の第 1の電極膜 側端部全周が上記第 1の電極膜の周縁部全周に密着するように形成されているものと する。
上記第 6及び第 7の発明により、 上記第 2の発明の圧電体薄膜素子と同様の作用効 果が得られ、 記録へッドのインク吐出性能を高レベルに維持することができる。
第 8及び第 9の発明は、 圧電体薄膜素子の製造方法の発明であり、 第 8の発明では、 成膜基板上に第 1の電極膜を形成する工程と、 上記第 1の電極膜上における周縁部全 周以外の部分に圧電体薄膜を形成する工程と、 上記成膜基板上における上記圧電体薄 膜の周囲全周に、 保持膜を該圧電体薄膜の側面全周と上記第 1の電極膜の周縁部全周 とに密着するように形成する工程と、 上記圧電体薄膜上に第 2の電極膜を形成するェ 程と、 上記全ての工程の終了後に、 上記成膜基板の少なくとも上記圧電体薄膜に対応 する部分をエッチング除去する工程とを含むものとする。
このことにより、 第 1の電極膜は、 該第 1の電極膜の周縁部全周が圧電体薄膜の側 面よりも側方に突出しかつ保持膜と密着するように形成されるので、 上記第 1の発明 の圧電体薄膜素子が容易に得られる。
一方、 第 9の発明では、 成膜基板上に第 1の電極膜を形成する工程と、 上記第 1の 電極膜上に圧電体薄膜を形成する工程と、 上記成膜基板上における上記圧電体薄膜の 周囲全周に、 保護膜を該圧電体薄膜の側面全周と上記第 1の電極膜の周縁部全周とに 密着するように形成する工程と、 上記成膜基板上における上記保護膜の周囲全周に、 保持膜を該保護膜に密着するように形成する工程と、 上記圧電体薄膜上に第 2の電極 膜を形成する工程と、 上記全ての工程の終了後に、 上記成膜基板の少なくとも上記圧 電体薄膜に対応する部分をエッチング除去する工程とを含むものとする。
このことで、 保持膜は、 保護膜を介して圧電体薄膜の側面全周に密着するように形 成され、 この保護膜は、 該保護膜の第 1の電極膜側端部全周が第 1の電極膜の周縁部 に密着するように形成されるので、 第 2の発明の圧電体薄膜素子が容易に得られる。 第 1 0及び第 1 1の発明は、 強誘電体材料からなる圧電体薄膜の圧電効果により振 動板膜と共に変形して圧力室内のインクを吐出させる圧電体薄膜素子を備えたィンク ジェット式記録ヘッドの製造方法の発明であり、 第 1 0の発明では、 成膜基板上に第 1の電極膜を形成する工程と、 上記第 1の電極膜上における周縁部全周以外の部分に 圧電体薄膜を形成する工程と、 上記成膜基板上における上記圧電体薄膜の周囲全周に、 保持膜を該圧電体薄膜の側面全周と上記第 1の電極膜の周縁部全周とに密着するよう に形成する工程と、 上記圧電体薄膜上に第 2の電極膜を形成する工程と、 上記第 2の 電極膜上に振動板膜を形成する工程と、 上記振動板膜と、 該振動板膜と共に圧力室を 形成する凹部を有するへッド本体とを固定する工程と、 上記全ての工程の終了後に、 上記成膜基板全体をエッチング除去する工程とを含むものとする。 このことにより、 上記第 4の発明のインクジエツト式記録へッドが容易に得られる。
第 1 1の発明では、 成膜基板上に第 1の電極膜を形成する工程と、 上記第 1の電極 膜上に圧電体薄膜を形成する工程と、 上記成膜基板上における上記圧電体薄膜の周囲 全周に、 保護膜を該圧電体薄膜の側面全周と上記第 1の電極膜の周縁部全周とに密着 するように形成する工程と、 上記成膜基板上における上記保護膜の周囲全周に、 保持 膜を該保護膜に密着するように形成する工程と、 上記圧電体薄膜上に第 2の電極膜を 形成する工程と、 上記第 2の電極膜上に振動板膜を形成する工程と、 上記全ての工程 の終了後に、 上記成膜基板の圧電体薄膜に対応する部分をエッチング除去する工程と、 上記エッチング除去工程後に、 上記成膜基板と、 該成膜基板のエッチング除去した部 分と共に圧力室を形成する凹部を有するへッド本体とを固定する工程とを含むものと する。 このことで、 上記第 6の発明のインクジェット式記録ヘッドが容易に得られる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施形態 1に係る圧電体薄膜素子の断面図である。
図 2は、 図 1の圧電体薄膜素子の製造方法を示す説明図である。
図 3は、 本発明の実施形態 2を示す図 1相当図である。
図 4は、 図 3の圧電体薄膜素子の製造方法を示す説明図である。
図 5は、 実施形態 2の変形例を示す図 1相当図である。
図 6は、 本発明の実施形態 3に係るインクジエツト式記録へッドの断面図である。 図 7は、 図 6のィンクジエツト式記録へッドの製造方法を示す説明図である。
図 8は、 本発明の実施形態 4を示す図 6相当図である。
図 9は、 図 8のインクジエツト式記録へッドの製造方法を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
実施形態 1
図 1は、 本発明の実施形態 1に係る圧電体薄膜素子 Dを示し、 この圧電体薄膜素子 Dは、 強誘電体材料からなる圧電体薄膜 1を備えている。 この強誘電体材料としては、
P b x L a y T i z Z r w03で表されて、 下記(1 ) 〜(5) のいずれかの組成を有するも のが用いられている。
( 1) 0 . 7≤x≤ x + y = l、 0 . 9 2 5≤ z≤ K w= 0 (2) x=l、 y=0、 0≤ z≤ 0. 50、 z +w= 1
(3) 0. 75≤x< U x + y=l、 0. 3≤ z< ls z+w=l
(4) x=l、 y=0、 0. 5≤ z≤ 1. 0、 z +w= 1
(5) 0. 9≤x< 1 x + y= l、 0≤ z < 0. 5、 z +w= 1
上記圧電体薄膜 1の厚み方向一方の面 (上面) には第 1の電極膜 2が形成され、 圧 電体薄膜 1の厚み方向他方の面 (下面) には第 2の電極膜 3が形成されている。 この 上側の第 1の電極膜 2は、 後述の如く、 成膜基板 11 (図 2参照) を用いて圧電体薄 膜素子 Dを製造する際に、 その成膜基板 11上に最初に形成される、 つまり成膜基板 11と接するように形成されるものである。 そして、 この第 1の電極膜 2は、 該電極 膜 2の周縁部全周が上記圧電体薄膜 1の側面よりも側方に突出するように形成されて いる。 この突出量は 1〜50 zmに設定されている。 すなわち、 この突出量は、 1〃 mよりも小さいと、 後述の如くエツチャントに対する圧電体薄膜 1の保護が不十分に なる一方、 50〃mよりも大きいと、 圧電体薄膜素子 D自体が大きくなるので、 1〜 50 zmとしている。 但し、 この突出量の上限値は、 50〃mでなくても、 圧電体薄 膜素子 Dの大きさに問題がなければ可能な限り大きくしてもよい。 尚、 上記突出量の より好ましい値は、 10〜30 mである。
上記圧電体薄膜 1の側方の周囲全周には、 例えば感光性ポリイミ ド樹脂からなる樹 脂製保持膜 5が該圧電体薄膜 1の側面全周と下面の周縁部全周とに密着するように形 成されている。 また、 この保持膜 5は、 上記第 1の電極膜 2の周縁部全周、 つまり第 1の電極膜 2の側面全周及び下面 (第 1の電極膜 2の圧電体薄膜 1側面) 周縁部全周 に密着するように形成され、 保持膜 5における第 1の電極膜 2よりも側方の上面は第 1の電極膜 2の上面と同一面になっている。 さらに、 上記保持膜 5の上記第 2の電極 膜 3に相当する部分にはコンタクトホール 5 aが形成され、 後述の如く、 このコン夕 クトホール 5 a内に第 2の電極膜 3が形成されるようになっている。
上記保持膜 5の下面周縁部全周には、 上面中央部に凹部 8 aが形成された転写基板 8 (保持基板) が該凹部 8 aの周囲部において接着剤層 9を介して固定され、 この転 写基板 8の凹部 8 a内に上記圧電体薄膜 1が保持膜 5のみで保持された構造となって いる。 尚、 この転写基板 8は、 1つの材料で一体に形成されたものであっても、 複数 の材料 (同じ材料又は異なる材料) を張り合わせたものであってもよく、 凹部 8 aの 代わりに貫通孔を形成したものであってもよい。
上記圧電体薄膜素子 Dは、 成膜基板 1 1上に上記圧電体薄膜 1、 第 1及び第 2の電 極膜 2 , 3並びに保持膜 5を形成しかつ転写基板 8を保持膜 5に固定した後に該成膜 基板 1 1全体をエッチング除去 <
>してなるものである。 そして、 この圧電体薄膜素子! は、 上記第 2の電極膜 3を N i C r等O L IIの赤外線吸収材料とすることにより、 薄膜焦鼋 型赤外線検出器として使用することがで υιきる一方、 第 2の電極膜 3の膜厚を大きくし
o
て振動板膜として機能させるようにするか、 又は第 2の電極膜 3の圧電体薄膜 1と反 対側面に振動板膜を形成することにより、 圧力センサや圧電ァクチユエ一夕として使 用することができる。
以上のように構成された圧電体薄膜素子 Dを製造する方法を図 2により説明する。 先ず、 成膜基板 1 1上に第 1の電極膜 2を形成する。 すなわち、 第 1の電極膜 2を高 周波マグネトロンスパッタリング法(周波数 1 3 . 5 6 M H z ) により成膜した後、 バタ一ニングを行う (図 2 ( a ) 参照) 。 この第 1の電極膜 2の材料及び具体的な成 膜条件を表 1に示す。
表 1 第 1の
成膜基板 力"ス圧
タカ ス 高周波ハ°ヮ- 電極膜の スハ。ッ 膜厚
温度 (°C) (Pa) (W) ( μ m) 材料
Au 400〜700 0. 1〜5 50〜200 0. 3
Pt 300—800 0.ト 5 50〜200 0. 3
Pd 300〜800 0. 1〜5 50〜200 0. 3
Ag 300〜800 Ar/02=25/0 0. 1〜5 50〜200 0. 3
〜25/10
Ir 300〜800 0. 1〜5 50〜200 0. 3 上記成膜基板 11は、 例えば (100) MgO単結晶基板とし、 この場合、 第 1の 電極膜は (001) 方向に配向する。 尚、 成膜基板 11は、 (100) Mg〇単結晶 基板に限らず、 (100) S i単結晶基板をはじめ、 エッチング除去可能な基板であ ればどのようなものであってもよい。
続いて、 上記第 1の電極膜 2上における周縁部全周以外の部分に圧電体薄膜 1を形 成する。 すなわち、 圧電体薄膜 1を高周波マグネトロンスパッタリング法 (周波数 1 3. 56MHz) により成膜した後、 パターニングを行う。 この圧電体薄膜 1を強誘 電体材料である Pb T i〇3ヽ PZT (Pb Z Γο.50T io.5o03) 又は PLZT (P bo.9L ao. ' (Z r o.: T io.9) 。.9753) で構成したときの該圧電体薄膜 1の具体 的な成膜条件 (膜厚はいずれの材料においても 2〃mである) を表 2に、 またパター ニング方法を表 3にそれそれ示す。 尚、 この圧電体薄膜 1も、 第 1の電極膜 2と同様 に、 (001) 方向に配向する。
表 2 冋ノ 」波 圧電体 成膜基板 力"ス圧
タ ゲット組成 スハ。ッタカ、、ス
薄膜材料 温度 (°C) (Pa) ハ。ヮ-密度
(W/cm2)
PbTiOs Pb0, Ti02粉末の混合 500〜750 Ar/02=98/2 0.05〜 0.5〜5.0
(20mol%の PbO過剰) 〜60/40 5.0
PZT PZT焼結体 500—800 Ar/02=98/2 0.05〜 0.5〜5.0
(20mol%の PbO過剰) —60/40 5.0
PLZT PLZT焼結体 500〜800 Ar/02=98/2 0.05〜 0.5〜5· 0
(20mol%の PbO過剰) 〜60/40 5.0 表 3
Figure imgf000014_0001
次いで、 上記成膜基板 1 1上全体に保持膜 5をスビンコ一トにより形成し、 その後、 この保持膜 5における第 2の電極膜 3に相当する部分にコンタクトホール 5 aを形成 する (図 2 ( b ) 参照) 。 このことで、 成膜基板 1 1上における圧電体薄膜 1の周囲 全周に、 保持膜 5が該圧電体薄膜 1の側面全周と第 1の電極膜 2の周縁部全周とに密 着するように形成される。 尚、 保持膜 5は感光性樹脂であるので、 第 2の電極膜 3に 相当する部分にコンタクトホール 5 aを容易に形成することができる。
次に、 上記圧電体薄膜 1上において保持膜 5のコンタクトホール 5 a内に第 2の電 極膜 3を形成 (図 2 ( c ) 参照) する。 尚、 この段階までは、 上下関係が完成時とは 逆になつている。
そして、 転写基板 8を上記保持膜 5に接着剤層 9を介して固定し (図 2 ( d ) 参 照) 、 その後、 上記成膜基板 1 1全体を、 例えば 6 0 〜 8 0 °Cに加熱したリン酸水溶 液 (5 〜 4 0体積%) からなるエツチャントによりエッチング除去 (0 . 5 〜 2時 間) することで、 圧電体薄膜素子 Dが完成する (図 2 ( e ) 参照) 。
上記ェッチング除去工程のとき、 エツチャントは第 1の電極膜 2と保持膜 5との界 面に浸透する。 これは、 保持膜 5が樹脂製でかつスピンコートにより形成されている ので、 第 1の電極膜 2と保持膜 5との界面の密着力が比較的低くなつているからであ る (尚、 同様に、 圧電体薄膜 1と保持膜 5との界面の密着力も比較的低い) 。 しかし、 この実施形態 1では、 第 1の電極膜 2の周縁部が圧電体薄膜 1の側面よりも側方に突 出しているので、 上記界面に浸透したエツチャントが圧電体薄膜 1に達するまでの経 路が長くて曲がっており、 この界面の途中でエツチャントはそれ以上内部に浸透しな くなる。 この結果、 エツチャントは圧電体薄膜 1と保持膜 5との界面に浸透すること はない。 したがって、 エツチャントによる圧電体薄膜 1のダメージを確実に防止する ことができる。 一方、 保持膜 5を樹脂製とすることで、 成膜基板 1 1の除去後におけ る圧電体薄膜 1の応力を緩和させることができると共に、 転写基板 8の凹部 8 a内に 圧電体薄膜 1を保持膜 5のみで断熱的に保持することができる。 よって、 圧電体薄膜 素子 Dを薄膜焦電型赤外線検出器、 圧力センサ、 圧電ァクチユエ一夕等として使用す る際に、 その性能を高レベルに維持することができる。
実施形態 2
図 3は本発明の実施形態 2を示し (尚、 以下の各実施形態 2〜 4では、 図 1と同じ 部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する) 、 圧電体薄膜 1と保持 膜 5との間に保護膜 6を設けた点と、 転写基板 8を用いない代わりに成膜基板 1 1の 一部を除去しないで残すようにした点とが上記実施形態 1と異なる。 尚、 圧電体薄膜 素子 Dの上下関係が上記実施形態 1のものとは逆になつている。
すなわち、 この実施形態 2では、 保持膜 5が、 保護膜 6を介して圧電体薄膜 1の側 面全周に密着するように形成されている。 この保護膜 6の材料は特に限定されないが、 例えば S i〇2、 S i 3N 4、 M g O、 N i O、 A 1 203等とすれば、 第 1及び第 2の電 極膜 2, 3同士の短絡を防止することができると共に、 圧電体薄膜 1との密着力をか なり高くすることができる。 そして、 上記保護膜 6の第 1の電極膜 2側端部 (下端 部) 全周は、 第 1の電極膜 2の周縁部全周、 つまり第 1の電極膜 2の側面全周及び上 面周縁部全周 (第 1の電極膜 2の上面周縁部のみでもよい) に密着された状態となつ ている。 一方、 上記保護膜 6の上端部全周は、 圧電体薄膜 1の上面周縁部に密着され た状態となっている。 このことで、 保持膜 5は、 コンタクトホール 5 aの近傍部にお いてのみ圧電体薄膜 1と直接的に接することになる。
上記成膜基板 1 1は、 上記実施形態 1における転写基板 8に代わるものであって、 保持基板の役目を有している。 この成膜基板 1 1は、 圧電体薄膜 1に対応する部分を エッチング除去してなるエッチング除去部 1 l aを有し、 このエッチング除去部 11 aの内側面はテーパ状に形成されている。 尚、 成膜基板 11の下面のエッチング除去 部 11 a以外の部分にはマスク層 12が形成されている。
この圧電体薄膜素子 Dも、 上記実施形態 1と同様に、 薄膜焦電型赤外線検出器、 圧 力センサ、 圧電ァクチユエ一夕等として使用するものである。
次に、 上記圧電体薄膜素子 Dの製造方法について図 4により説明すると、 先ず、 上 記実施形態 1と同様に、 成膜基板 11上に第 1の電極膜 2を形成し (図 4 (a)参 照) 、 その後、 この第 1の電極膜 2上における周縁部全周以外の部分に圧電体薄膜 1 を形成する。
続いて、 上記成膜基板 11上における上記圧電体薄膜 1及び第 1の電極膜 2の周囲 全周に、 保護膜 6をスパッタリング法により形成する。 このとき、 その保護膜 6を、 第 1の電極膜 2の側面全周及び上面周縁部全周並びに圧電体薄膜 1の側面全周及び上 面周縁部全周に密着するように形成する (図 4 (b)参照) 。
その後、 上記成膜基板 11上における上記保護膜 6の周囲全周に、 保持膜 5を該保 護膜 6に密着するように形成する (図 4 (c)参照) 。 尚、 この保持膜 5の形成方法 は、 上記実施形態 1と同様である。
次いで、 上記保持膜 5のコンタクトホール 5 a内に第 2の電極膜 3を形成すると共 に、 成膜基板 11の下面のエッチング除去部 11 a以外の部分にマスク層 12を形成 する (図 4 (d)参照) 。
次に、 成膜基板 11の圧電体薄膜 1に対応する部分 (エッチング除去部 1 l a) を エッチング除去することで、 圧電体薄膜素子 Dが完成する (図 4 (e)参照) 。 この とき、 成膜基板 11が (100) MgO単結晶基板である場合には、 リン酸等の酸溶 液からなるエッチヤントを用いることにより、 内側面がテ一パ状をなすエッチング除 去部 11 aを容易に形成することができる。 尚、 成膜基板 11力 s ( 100) S i単結 晶基板である場合には、 KOH等のアル力リ溶液からなるエツチャントを用いること により、 (111) 面が露出したダイヤフラム構造に形成することができ、 成膜基板 11が (110) S i単結晶基板である場合には、 KOH等のアルカリ溶液からなる エツチャントを用いることにより、 エッチング除去部 1 1 aの内側面をテーパ状では なくて鉛直方向に延びるようにすることができる。
上記エッチング除去工程のとき、 エツチャントは、 密着力が高い第 1の電極膜 2と 保護膜 6との界面には浸透することができず、 この界面を通って圧電体薄膜 1のとこ ろに達することはない。 一方、 エツチャントは、 密着力の低い保持膜 5と保護膜 6と の界面に沿って浸透するが、 この界面に浸透したエツチャントが圧電体薄膜 1のとこ ろに達するまでの経路が長くて曲がっており、 この界面の途中でエツチャントはそれ 以上内部に浸透しなくなる。 よって、 上記実施形態 1と同様の作用効果が得られる。 尚、 上記実施形態 2では、 第 1の電極膜 2を、 上記実施形態 1と同様に、 該電極膜 2の周縁部全周が圧電体薄膜 1の側面よりも側方に突出するようにしたが、 図 5に示 すように、 圧電体薄膜 1及び第 1の電極膜 2の相対向する面同士を略同じ大きさ、 形 状に設定しかつその対向面の周縁全周同士が丁度重なるようにしてもよい。 この場合 でも、 保護膜 6を、 該保護膜 6の下端部が第 1の電極膜 2の周縁部全周としての側面 全周に密着するように形成しておけば、 第 1の電極膜 2と保護膜 6との界面にェッチ ヤントが浸透することはないので、 圧電体薄膜 1を確実に保護することができる。 また、 上記実施形態 2では、 成膜基板 1 1を保持基板として用いたが、 成膜基板 1 1全体をエッチング除去して、 別の保持基板を成膜基板 1 1側に設けてもよく、 上記 実施形態 1の転写基板 8のように、 成膜基板 1 1と反対側に保持基板を設けるように してもよい。 これとは逆に、 上記実施形態 1において、 転写基板 8の代わりに成膜基 板 1 1を保持基板とした形態にすることもできる。 したがって、 保持基板はどのよう なものであってもよく、 保持基板がなくても、 後述の如くヘッド本体 2 1 (図 6参 照) のような構造体に取り付ける等することができ、 圧電体薄膜素子 Dの形態はその 用途に応じて決めればよい。
さらに、 上記各実施形態 1, 2では、 保持膜 5を感光性ポリイミ ド樹脂からなるも のとしたが、 これに限らず、 他の樹脂であってもよく、 樹脂以外のものであっても本 発明を適用することができる。
加えて、 上記各実施形態 1 , 2では、 圧電体薄膜 1を強誘電体材料からなるものと したが、 その用途によっては強誘電体材料に含まれない焦電体材料や、 焦電体材料に 含まれない圧鼋体材料からなるものとしてもよい。
実施形態 3
図 6は本発明の実施形態 3に係るインクジエツト式記録へッド Hを示し、 この記録 へッド Hは、 上記実施形態 1の圧電体薄膜素子 Dを圧電ァクチユエ一夕として用いた ものであって、 転写基板 8をなくして、 代わりに振動板膜 2 0を介してヘッド本体 2 1を設けるようにしたものである。 尚、 圧電体薄膜素子 Dの上下関係は上記実施形態 1とは逆になつており、 また、 複数の圧電体薄膜素子 D同士を保持膜 5により繋いで 一体的にしている。
すなわち、 この実施形態 3では、 圧電体薄膜素子 Dの保持膜 5の下面全体が第 2の 電極膜 3の下面 (圧電体薄膜 1と反対側面) と同一面とされ、 この第 2の電極膜 3及 び保持膜 5の下面全体に振動板膜 2 0が形成されている。 この振動板膜 2 0は、 ヤン グ率が大きい金属 (N i C r、 C r等) や絶縁体 ( S i 02等) からなり、 その厚さは 1 0〃m以下に設定されている。
上記振動板膜 2 0の下面には、 接着剤層 1 9を介してへッド本体 2 1が固定されて いる。 このヘッド本体 2 1は、 上記振動板膜 2 0により閉塞されて圧力室 2 2を形成 する凹部 2 3と該圧力室 2 2にインクを供給するインク供給路 2 4と上記圧力室 2 2 に連通するインク吐出口 2 5とを有している。 すなわち、 このヘッド本体 2 1は、 上 記凹部 2 3の側壁を形成する上側構造部材 2 8と、 凹部 2 3の底壁と上記インク供給 路 2 4とインク吐出口 2 5とを形成する 2つの中間構造部材 2 9 , 2 9と、 インク供 給路 2 4の底壁を構成する下側構造部材 3 0とからなっている。
そして、 上記第 1及び第 2の電極膜 2, 3を介して圧電体薄膜 1に電圧を印加する と、 この圧電体薄膜 1の圧電効果により圧電体薄膜素子 Dが作動して振動板膜 2 0の 圧力室 2 2に対応する部分が下側に凸状に変形し、 このことで、 圧力室 2 2に圧力が 付与されて該圧力室 2 2内のインクが上記ィンク吐出口 2 5から吐出するようになつ ている。
次に、 上記記録ヘッド Hを製造する方法を図 7により説明する。 尚、 保持膜 5のコ ン夕クトホール 5 a内に第 2の電極膜 3を形成する工程までは、 上記実施形態 1と同 じであるので、 説明は省略する (図 7 ( a ) 及び (b ) 参照) 。
図 7 ( c ) に示すように、 第 2の電極膜 3及び保持膜 5上に振動板膜 2 0を形成す る。 尚、 振動板膜 2 0を成膜後にパターン化して、 圧電体薄膜 1に対応する部分のみ に振動板膜 2 0を形成するようにしてもよい。 また、 振動板膜 2 0が金属からなる場 合には、 上記第 2の電極膜 3と共通のプロセスで一括して形成することも可能である。 次いで、 上記振動板膜 2 0と、 予め作製しておいたへッド本体 2 1とを接着剤層 1 9を介して固定する (図 7 ( d ) 参照) 。 このとき、 へッド本体 2 1の凹部 2 3と圧 電体薄膜 1とを対応位置させる。
その後、 成膜基板 1 1全体をエッチング除去することで、 記録ヘッド Hが完成する (図 7 ( e ) 参照) 。 このエッチング除去工程の際、 上記実施形態 1と同様に、 エツ チャントが圧電体薄膜 1に接触することはなく、 圧電体薄膜 1がエツチャントにより ダメージを受けるようなことはない。 したがって、 記録ヘッド Hのインク吐出性能を 良好に維持することができる。
実施形態 4
図 8は本発明の実施形態 4に係るィンクジヱット式記録へッド Hを示し、 この記録 へッド Hは、 上記実施形態 2の圧電体簿膜素子: Dを圧電ァクチユエ一夕として用いた ものであって、 この圧電体薄膜素子 Dの成膜基板 1 1に上記実施形態 3と同様のへッ ド本体 2 1を固定したものである。
すなわち、 この実施形態 4では、 圧電体薄膜素子 Dの第 2の電極膜 3における圧電 体薄膜 1と反対側面 (上面) 及び保持膜 5の上面に、 上記実施形態 3と同様の振動板 膜 2 0が形成され、 成膜基板 1 1における第 1の電極膜 2と反対側面 (下面のマスク 層 1 2が形成されている部分) に、 上記へッド本体 2 1が接着剤層 1 9を介して固定 されている。 このヘッド本体 2 1の凹部 2 3は、 上記成莫基板 1 1のエッチング除去 部 1 1 aと対応位置するように設けられ、 エッチング除去部 1 1 aと共に圧力室 2 2 を形成するようになっている。
次に、 上記記録ヘッド Hを製造する方法を図 9により説明する。 尚、 保持膜 5のコ ン夕クトホール 5 a内に第 2の電極膜 3を形成する工程までは、 上記実施形態 2と同 じであるので、 説明は省略する (図 9 ( a ) 及び (b ) 参照) 。
図 9 ( c ) に示すように、 第 2の電極膜 3及び保持膜 5上に、 上記実施形態 3と同 様にして振動板膜 2 0を形成すると共に、 成膜基板 1 1の下面のエッチング除去部 1 1 a以外の部分にマスク層 1 2を形成する。
次いで、 上記実施形態 2と同様にして、 成膜基板 1 1の圧電体薄膜 1に対応する部 分をエッチング除去してエッチング除去部 1 1 aを形成する (図 9 ( d ) 参照) 。 こ のエッチング除去工程の際、 上記実施形態 2と同様に、 圧電体薄膜 1がエツチャント によりダメージを受けるようなことはない。
その後、 成膜基板 1 1の下面のマスク層 1 2が形成されている部分と、 予め作製し ておいたへッド本体 2 1とを接着剤層 1 9を介して固定することで、 記録へッド Hが 完成する (図 9 ( e ) 参照) 。
尚、 上記実施形態 4では、 へッド本体 2 1と成膜基板 1 1とを固定するようにした が、 上記実施形態 3のように、 成膜基板 1 1全体をエッチング除去すると共に、 へッ ド本体 2 1と振動板膜 2 0とを固定するようにしてもよく、 これとは逆に、 上記実施 形態 3において、 成膜基板 1 1の圧電体薄膜 1に対応する部分をエッチング除去する と共に、 その成膜基板 1 1とへッド本体 2 1とを固定するようにしてもよい。 産業上の利用可能性
本発明の圧電体薄膜素子は、 焦電デバイスゃ圧電デバイスに使用する場合に有用で あり、 本発明のインクジェット式記録ヘッドは、 コンビュ一夕、 ファクシミリ、 複写 機等のプリン夕に使用する場合に有用であり、 本発明は、 特にエツチャントによる圧 電体薄膜のダメージを確実に防止できる点で産業上の利用可能性は高い。

Claims

言青求の範囲
1 . 圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に形成された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の電極膜と、 上記圧電体薄膜の 側面全周に密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保持する保持膜とを備え、 成膜 基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に接するように形成した後 に成膜基板の少なくとも圧電体薄膜に対応する部分をエッチング除去してなる圧電体 薄膜素子であって、
上記第 1の電極膜は、 該第 1の電極膜の周縁部全周が上記圧電体薄膜の側面よりも 側方に突出しかつ上記保持膜と密着するように形成されていることを特徴とする圧電 体薄膜素子。
2 . 圧電体薄膜と、 該圧電体簿膜の厚み方向一方の面に形成された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の電極膜と、 上記圧電体薄膜の 側面全周に密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保持する保持膜とを備え、 成膜 基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に接するように形成した後 に成膜基板の少なくとも圧電体薄膜に対応する部分をエッチング除去してなる圧電体 薄膜素子であって、
上記保持膜は、 保護膜を介して上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成さ れ、
上記保護膜は、 該保護膜の第 1の電極膜側端部全周が上記第 1の電極膜の周縁部に 密着するように形成されていることを特徴とする圧電体薄膜素子。
3 . 圧電体薄膜が強誘電体材料からなることを特徴とする請求項 1又は 2記載の圧 電体簿膜素子。
4 . 強誘電体材料からなる圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に形成 された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の電極 膜と、 上記圧電体簿膜の側面全周に密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保持す る保持膜とを有し、 成膜基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に 接するように形成した後に成膜基板全体をエツチング除去してなる圧電体薄膜素子と、 上記圧電体薄膜素子の第 2の電極膜における圧電体薄膜と反対側面に振動板膜を介 して設けられ、 該振動板膜により閉塞されて圧力室を形成する凹部と該圧力室にイン クを供給するインク供給路と上記圧力室に連通するインク吐出口とを有するへッド本 体とを備え、
上記第 1及び第 2の電極膜を介した圧電体薄膜への電圧の印加により圧電体薄膜素 子を作動させることで、 上記圧力室に圧力を付与して該圧力室内のィンクを上記イン ク吐出口から吐出させるようにしたィンクジエツト式言己録へヅドであって、
上記圧電体薄膜素子の第 1の電極膜は、 該第 1の電極膜の周縁部全周が上記圧電体 簿膜の側面よりも側方に突出しかつ上記保持 S莫と密着するように形成されていること を特徴とするインクジエツト式記録へッド。
5 . 強誘電体材料からなる圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に形成 された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の電極 膜と、 上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保持す る保持膜とを有し、 成膜基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に 接するように形成した後に成膜基板の圧電体薄膜に対応する部分をェッチング除去し てなる圧電体薄膜素子と、
上記圧電体薄膜素子の成膜基板における第 1の電極膜と反対側面に設けられ、 該成 膜基板のエッチング除去した部分と共に圧力室を形成する凹部と該圧力室にィンクを 供給するィンク供給路と上記圧力室に連通するィンク吐出口とを有するへッド本体と、 上記圧電体薄膜素子の第 2の電極膜における圧電体薄膜と反対側面に形成された振 動板膜とを備え、
上記第 1及び第 2の電極膜を介した圧電体薄膜への電圧の印加により圧電体薄膜素 子を作動させることで、 上記圧力室に圧力を付与して該圧力室内のィンクを上記ィン ク吐出口から吐出させるようにしたィンクジエツト式記録へッドであって、
上記圧電体薄膜素子の第 1の電極膜は、 該第 1の電極膜の周縁部全周が上記圧電体 薄膜の側面よりも側方に突出しかつ上記保持膜と密着するように形成されていること を特徴とするインクジエツト式記録へッド。
6 . 強誘電体材料からなる圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に成さ れた第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の電極膜 と、 上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保持する 保持膜とを有し、 成膜基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に接 するように形成した後に成膜基板の圧電体薄膜に対応する部分をエツチング除去して なる圧電体薄膜素子と、
上記圧電体薄膜素子の成膜基板における第 1の電極膜と反対側面に設けられ、 該成 膜基板のエッチング除去した部分と共に圧力室を形成する凹部と該圧力室にィンクを 供給するィンク供給路と上記圧力室に連通するインク吐出口とを有するへッド本体と、 上記圧電体薄膜素子の第 2の電極膜における圧電体薄膜と反対側面に形成された振 動板膜とを備え、
上記第 1及び第 2の電極膜を介した圧電体薄膜への電圧の印加により圧電体薄膜素 子を作動させることで、 上記圧力室に圧力を付与して該圧力室内のィンクを上記ィン ク吐出口から吐出させるようにしたィンクジエツト式記録へッドであって、
上記圧電体薄膜素子の保持膜は、 保護膜を介して上記圧電体薄膜の側面全周に密着 するように形成され、
上記保護膜は、 該保護膜の第 1の電極膜側端部全周が上記第 1の電極膜の周縁部全 周に密着するように形成されていることを特徴とするインクジヱット式記録へッド。
7 . 強誘電体材料からなる圧電体薄膜と、 該圧電体薄膜の厚み方向一方の面に形成 された第 1の電極膜と、 上記圧電体薄膜の厚み方向他方の面に形成された第 2の電極 膜と、 上記圧電体薄膜の側面全周に密着するように形成され、 該圧電体薄膜を保持す る保持膜とを有し、 成膜基板上に上記全ての膜を、 上記第 1の電極膜が該成膜基板に 接するように形成した後に成膜基板全体をェッチング除去してなる圧電体薄膜素子と、 上記圧電体薄膜素子の第 2の電極膜における圧電体薄膜と反対側面に振動板膜を介 して設けられ、 該振動板膜により閉塞されて圧力室を形成する凹部と該圧力室にイン クを供給するィンク供給路と上記圧力室に連通するィンク吐出口とを有するへッド本 体とを備え、
上記第 1及び第 2の電極膜を介した圧電体薄膜への電圧の印加により圧電体薄膜素 子を作動させることで、 上記圧力室に圧力を付与して該圧力室内のィンクを上記ィン ク吐出口から吐出させるようにしたィンクジエツト式記録へッドであって、
上記圧電体薄膜素子の保持膜は、 保護膜を介して上記圧電体薄膜の側面全周に密着 するように形成され、
上記保護膜は、 該保護膜の第 1の電極膜側端部全周が上記第 1の電極膜の周縁部全 周に密着するように形成されていることを特徴とするィンクジヱット式記録へッド。
8 . 成膜基板上に第 1の電極膜を形成する工程と、
上記第 1の電極膜上における周縁部全周以外の部分に圧電体薄膜を形成する工程と、 上記成膜基板上における上記圧電体薄膜の周囲全周に、 保持膜を該圧電体薄膜の側 面全周と上記第 1の電極膜の周縁部全周とに密着するように形成する工程と、
上記圧電体薄膜上に第 2の電極膜を形成する工程と、
上記全ての工程の終了後に、 上記成膜基板の少なくとも上記圧電体薄膜に対応する 部分をエツチング除去する工程とを含むことを特徴とする圧電体薄膜素子の製造方法。
9 . 成膜基板上に第 1の電極膜を形成する工程と、
上記第 1の電極膜上に圧電体薄膜を形成する工程と、
上記成膜基板上における上記圧電体薄膜の周囲全周に、 保護膜を該圧電体薄膜の側 面全周と上記第 1の電極膜の周縁部全周とに密着するように形成する工程と、
上記成膜基板上における上記保護膜の周囲全周に、 保持膜を該保護膜に密着するよ うに形成する工程と、
上記圧電体薄膜上に第 2の電極膜を形成する工程と、
上記全ての工程の終了後に、 上記成膜基板の少なくとも上記圧電体薄膜に対応する 部分をエッチング除去する工程とを含むことを特徴とする圧電体薄膜素子の製造方法。
1 0 . 強誘電体材料からなる圧電体薄膜の圧電効果により振動板膜と共に変形して 圧力室内のィンクを吐出させる圧電体薄膜素子を備えたィンクジエツト式記録へッド の製造方法であって、 成膜基板上に第 1の電極膜を形成する工程と、
上記第 1の電極膜上における周縁部全周以外の部分に圧電体薄膜を形成する工程と、 上記成膜基板上における上記圧電体薄膜の周囲全周に、 保持膜を該圧電体薄膜の側 面全周と上記第 1の電極膜の周縁部全周とに密着するように形成する工程と、
上記圧電体薄膜上に第 2の電極膜を形成する工程と、
上記第 2の電極膜上に振動板膜を形成する工程と、
上記振動板膜と、 該振動板膜と共に圧力室を形成する凹部を有するへッド本体とを 固定する工程と、
上記全ての工程の終了後に、 上記成膜基板全体をエツチング除去する工程とを含む ことを特徴とするィンクジエツト式記録へッドの製造方法。
1 1 . 強誘電体材料からなる圧電体薄膜の圧電効果により振動板膜と共に変形して 圧力室内のインクを吐出させる圧電体薄膜素子を備えたインクジエツト式記録へッド の製造方法であって、
成膜基板上に第 1の電極膜を形成する工程と、
上記第 1の電極膜上に圧電体薄膜を形成する工程と、
上記成膜基板上における上記圧電体薄膜の周囲全周に、 保護膜を該圧電体薄膜の側 面全周と上記第 1の電極膜の周縁部全周とに密着するように形成する工程と、
上記成膜基板上における上記保護膜の周囲全周に、 保持膜を該保護膜に密着するよ うに形成する工程と、
上記圧電体薄膜上に第 2の電極膜を形成する工程と、
上記第 2の電極膜上に振動板膜を形成する工程と、
上記全ての工程の終了後に、 上記成膜基板の圧電体薄膜に対応する部分をエツチン グ除去する工程と、
上記エッチング除去工程後に、 上記成膜基板と、 該成膜基板のエッチング除去した 部分と共に圧力室を形成する凹部を有するへッド本体とを固定する工程とを含むこと を特徴とするインクジエツト式記録へッドの製造方法。
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