JP2006286925A - Method for manufacturing multilayer film, method for manufacturing actuator, actuator, liquid jet head, and liquid jet device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層膜の製造方法及びアクチュエータ装置の製造方法並びにアクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a laminated film manufacturing method, an actuator device manufacturing method, an actuator device, a liquid jet head, and a liquid jet device.
圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる圧電体膜を2つの電極で挟んだ素子であり、圧電体膜は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。 The piezoelectric element is an element in which a piezoelectric film made of a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function is sandwiched between two electrodes, and the piezoelectric film is made of, for example, crystallized piezoelectric ceramics.
また、このような圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。インクジェット式記録ヘッドには、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体膜を形成し、この圧電体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ることによって各圧力発生室毎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。 In addition, as a liquid ejecting head using such a piezoelectric element, for example, a part of a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a diaphragm, and the diaphragm is deformed by the piezoelectric element. There is an ink jet recording head that pressurizes ink in a pressure generating chamber and ejects ink droplets from nozzle openings. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. As an actuator using a flexural vibration mode actuator, for example, a uniform piezoelectric film is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm, and this piezoelectric layer is applied to the pressure generation chamber by a lithography method. A device in which a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber by dividing into shapes is known.
この圧電体層(圧電体薄膜)としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電体が用いられている。そして、このような圧電体薄膜は、例えば、下部電極上にスパッタ等によりチタン結晶を形成し、このチタン結晶上にゾル−ゲル法により圧電体前駆体膜を形成すると共にこの圧電体前駆体膜を焼成することによって形成される(例えば、特許文献1参照)。 As the piezoelectric layer (piezoelectric thin film), for example, a ferroelectric such as lead zirconate titanate (PZT) is used. Such a piezoelectric thin film is formed, for example, by forming a titanium crystal on the lower electrode by sputtering or the like, and forming a piezoelectric precursor film on the titanium crystal by a sol-gel method. It is formed by baking (for example, refer patent document 1).
これにより、圧電体層は、下地であるチタンによって下電極の影響を受けることなく自由成長し、その結晶面方位は大半が(100)配向となり、圧電特性を高めることができる。 As a result, the piezoelectric layer grows freely without being affected by the lower electrode due to the underlying titanium, and the crystal plane orientation is mostly (100) oriented, so that the piezoelectric characteristics can be improved.
しかしながら、下電極上にチタンを形成して圧電体層を(100)配向で成膜するためには、厳格な工程管理が要求されるため、製造工程が煩雑となり、製造効率が悪いという問題がある。 However, in order to form titanium on the lower electrode and form the piezoelectric layer with (100) orientation, strict process control is required, so that the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing efficiency is poor. is there.
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置に限って発生するものではなく、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に発生する。 Such a problem does not occur only in an actuator device mounted on a liquid ejecting head such as an ink jet recording head, and similarly occurs in an actuator device mounted on another device.
本発明は、このような事情に鑑み、結晶配向性の強い膜状に、エピタキシャルな関係を絶って他の膜を自由成長させることができる積層膜の製造方法及びアクチュエータ装置の製造方法並びにアクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, the present invention provides a method of manufacturing a laminated film, a method of manufacturing an actuator device, and an actuator device capable of allowing other films to grow freely without breaking an epitaxial relationship into a film having a strong crystal orientation. An object is to provide a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、結晶配向性を有する下地層の上に当該下地層の材料とは異なり且つエピタキシャル成長可能な材料からなる成長層を成膜して積層膜を製造するに際し、前記下地層を構成する材料と平面における結晶面及びその結晶面における原子配列が同一である材料を用い、両材料の平面における原子間距離の差が5%以下の場合には成膜時の界面における両者の原子間距離の差が5%以上となる状態として又は両材料の原子間距離の差異が5%以上の場合にはそのまま、前記下地層上に連続したプロセスでバッファ層を配向が定まらない状態で成膜し、このバッファ層上に前記成長層の材料を自由成長させて配向した成長層を成膜することを特徴とする積層膜の製造方法にある。
かかる第1の態様では、結晶配向性の強い下地層の上に、この下地層を構成する材料と平面における結晶面及びその結晶面における原子配列が同一である材料を用い、両材料の平面における原子間距離の差が5%以下の場合には成膜時の界面における両者の原子間距離の差が5%以上となる状態として又は両材料の原子間距離の差異が5%以上の場合にはそのまま、連続したプロセスでバッファ層を成膜するので、バッファ層は配向が定まらない状態で成膜され、この結果、このバッファ層上に成膜される成長膜は下地層とのエピタキシャルな関係が絶たれて自由成長するので、厳格な工程管理を必要とせずに結晶面が配向した膜となる。
The first aspect of the present invention that solves the above problems is to produce a laminated film by forming a growth layer made of a material different from the material of the underlayer and capable of epitaxial growth on the underlayer having crystal orientation. In this case, if the material constituting the underlayer and the crystal plane in the plane and the material in which the atomic arrangement in the crystal plane is the same are used, and the difference in the interatomic distance in the plane between the two materials is 5% or less, the film is formed. When the difference in the interatomic distance between the two at the interface is 5% or more, or when the difference in the interatomic distance between the two materials is 5% or more, the buffer layer is formed on the base layer as it is. A method for producing a laminated film is characterized in that a film is formed in a state where the orientation is not fixed, and an oriented growth layer is formed by freely growing the material of the growth layer on the buffer layer.
In such a first aspect, a material having the same crystal plane in the plane as the material constituting the underlayer and a material having the same atomic arrangement in the crystal plane is used on the base layer having a strong crystal orientation. When the difference in interatomic distance is 5% or less, when the difference in interatomic distance between the two at the interface during film formation is 5% or more, or when the difference in interatomic distance between both materials is 5% or more Since the buffer layer is formed in a continuous process as it is, the buffer layer is formed in a state in which the orientation is not fixed. As a result, the growth film formed on this buffer layer has an epitaxial relationship with the underlying layer. Therefore, the film grows freely, so that the film has a crystal plane oriented without requiring strict process control.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記両材料の平面における原子間距離の差が5%以下の場合においては、前記下地層の内部に引張又は圧縮の応力を存在させるようにして成膜時の界面における両者の原子間距離の差を5%以上とすることを特徴とする積層膜の製造方法にある。
かかる第2の態様では、バッファ層の成膜の際に下地層の内部に引張又は圧縮の応力を存在させるようにして成膜時の界面における両者の原子間距離の差を5%以上とすることにより、バッファ層は配向が定まらない状態で成膜される。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, when the difference in interatomic distance between the planes of the two materials is 5% or less, a tensile or compressive stress is present inside the underlayer. The difference in the distance between the atoms at the interface during film formation is 5% or more.
In the second aspect, when the buffer layer is formed, a tensile or compressive stress is present inside the underlayer so that the difference in distance between the atoms at the interface during film formation is 5% or more. Thus, the buffer layer is formed in a state where the orientation is not determined.
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記下地層及び前記バッファ層をスパッタリング法により形成すると共に、両者を真空から開放せずに連続して積層形成することにより前記バッファ層を配向が定まらない状態で成膜することを特徴とする積層膜の製造方法にある。
かかる第3の態様では、下地層及びバッファ層をスパッタリング法により形成すると共に、両者を真空から開放せずに連続して積層形成することにより、両者は、基板温度の低下や成膜時のガス以外のガスに接触することなく、連続したプロセスで成膜され、この結果、バッファ層を配向が定まらない状態で成膜される。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the underlayer and the buffer layer are formed by a sputtering method, and both are continuously stacked without being released from vacuum. A layered film manufacturing method is characterized in that the layer is formed in a state where the orientation is not determined.
In the third aspect, the base layer and the buffer layer are formed by sputtering, and both are continuously laminated without being released from the vacuum. The film is formed in a continuous process without contacting any other gas, and as a result, the buffer layer is formed in a state where the orientation is not determined.
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記下地層が、結晶面方位が(111)配向の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなり、前記バッファ層が六法晶系の材料からなり、前記成長層が、結晶面方位が(100)配向の強誘電体材料であることを特徴とする積層膜の製造方法にある。
かかる第4の態様では、結晶面方位が(111)配向の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなる下地層の上に、六法晶系の材料からなるバッファ層が配向の定まらない状態で成膜され、この上に結晶面方位が(100)配向のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの強誘電体材料からなる成長層が自由成長される。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the foundation layer is made of platinum (Pt) or iridium (Ir) having a crystal plane orientation of (111), and the buffer layer is The method of manufacturing a laminated film is characterized in that it is made of a hexagonal material, and the growth layer is a ferroelectric material having a (100) crystal plane orientation.
In the fourth aspect, a buffer layer made of a hexagonal material is formed on an underlayer made of platinum (Pt) or iridium (Ir) with a crystal plane orientation of (111) orientation in a state where the orientation is not fixed. A growth layer made of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) having a (100) crystal plane orientation is freely grown thereon.
本発明の第5の態様は、第4の態様において、前記六法晶系の材料が、チタン(Ti)、テルル(Te)、及びイリドスミン(OsとIrの合金)からなる群から選択される一種であることを特徴とする積層膜の製造方法にある。
かかる第5の態様では、結晶面方位が(111)配向の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなる下地層の上に、チタン(Ti)、テルル(Te)、及びイリドスミン(OsとIrの合金)からなる群から選択される一種からなる下地層が配向の定まらない状態で成膜され、この上に結晶面方位が(100)配向のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの強誘電体材料からなる成長層が自由成長する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the hexagonal material is one selected from the group consisting of titanium (Ti), tellurium (Te), and iridosmine (an alloy of Os and Ir). It is in the manufacturing method of the laminated film characterized by being.
In the fifth aspect, titanium (Ti), tellurium (Te), and iridosmin (Os and Ir) are formed on a base layer made of platinum (Pt) or iridium (Ir) with a crystal plane orientation of (111). A ferroelectric layer such as lead zirconate titanate (PZT) having a crystal plane orientation of (100) orientation is formed on an underlayer made of one kind selected from the group consisting of (alloys). A growth layer made of a material grows freely.
本発明の第6の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記下地層が、結晶面方位が(111)の酸化ジルコニウム(ZrO2)、又は結晶面方位が(100)のイットリウム(Y)若しくはカルシウム(Ca)を添加したFSZからなり、前記バッファ層が、酸化マグネシウム(MgO)からなり、前記成長層が、結晶面方位が(111)の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)であることを特徴とする積層膜の製造方法にある。
かかる第6の態様では、結晶面方位が(111)の酸化ジルコニウム(ZrO2)、又は結晶面方位が(100)のイットリウム(Y)若しくはカルシウム(Ca)を添加したFSZからなる下地層上に、酸化マグネシウム(MgO)からなるバッファ層が配向の定まらない状態で成膜され、この上に結晶面方位が(111)の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなる成長層が自由成長する。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the underlayer is zirconium oxide (ZrO 2 ) having a crystal plane orientation of (111) or yttrium having a crystal plane orientation of (100). (Y) or FSZ added with calcium (Ca), the buffer layer is made of magnesium oxide (MgO), and the growth layer is platinum (Pt) or iridium (Ir) with a crystal plane orientation of (111). It is in the manufacturing method of the laminated film characterized by being.
In the sixth aspect, zirconium oxide (ZrO 2 ) having a crystal plane orientation of (111), or FSZ added with yttrium (Y) or calcium (Ca) having a crystal plane orientation of (100) is formed on the base layer. A buffer layer made of magnesium oxide (MgO) is formed in a state where the orientation is not fixed, and a growth layer made of platinum (Pt) or iridium (Ir) having a crystal plane orientation of (111) is freely grown thereon.
本発明の第7の態様は、第1〜3の何れかの態様の積層膜の製造方法を用いて、基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するアクチュエータ装置を製造することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第7の態様では、結晶配向性の強い下地層上に、所定のバッファ層を介して成長層を成膜することにより、下地層とのエピタキシャルな関係を絶って成長層が自由成長する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a diaphragm provided on one surface side of a substrate and a bottom provided on the diaphragm using the method for manufacturing a laminated film according to any one of the first to third aspects. An actuator device comprising a piezoelectric element comprising an electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode is manufactured.
In the seventh aspect, a growth layer is formed on a base layer having a strong crystal orientation through a predetermined buffer layer, so that the growth layer is free-grown without an epitaxial relationship with the base layer.
本発明の第8の態様は、第7の態様において、前記積層膜の製造方法を、結晶面方位が(100)配向の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなる下電極上に、六法晶系のチタン(Ti)、テルル(Te)、及びイリドスミン(OsとIrの合金)からなる群から選択される一種からなるバッファ層を介して、結晶面方位が(100)配向の強誘電体材料からなる圧電体層を形成する工程に適用することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第8の態様では、結晶面方位が(100)配向の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなる下電極上に、六法晶系のチタン(Ti)、テルル(Te)、及びイリドスミン(OsとIrの合金)からなる群から選択される一種からなるバッファ層を介して、結晶面方位が(100)配向のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの強誘電体材料からなる圧電体層を成膜するので、当該圧電体層は、バッファ層により下電極とのエピタキシャルな関係を絶って成膜されて自由成長し、結晶面の配向した状態で成膜される。
According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the method for producing the laminated film includes a hexagonal crystal formed on a lower electrode made of platinum (Pt) or iridium (Ir) having a (100) crystal plane orientation. Ferroelectric material whose crystal plane orientation is (100) oriented through a buffer layer made of one kind selected from the group consisting of titanium-based titanium (Ti), tellurium (Te), and iridosmine (an alloy of Os and Ir) The method of manufacturing an actuator device is characterized by being applied to a step of forming a piezoelectric layer comprising:
In the eighth aspect, hexagonal titanium (Ti), tellurium (Te), and iridosmine (Os) are formed on a lower electrode made of platinum (Pt) or iridium (Ir) having a crystal plane orientation of (100). And a piezoelectric layer made of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) having a crystal plane orientation of (100) orientation through a buffer layer selected from the group consisting of an alloy of Since the film is formed, the piezoelectric layer is formed without the epitaxial relationship with the lower electrode by the buffer layer, grows freely, and is formed with the crystal plane oriented.
本発明の第9の態様は、第7又は8の態様において、前記積層膜の製造方法を、結晶面方位が(111)の酸化ジルコニウム(ZrO2)、又は結晶面方位が(100)のイットリウム(Y)若しくはカルシウム(Ca)を添加したFSZからなる振動板上に、酸化マグネシウム(MgO)からなるバッファ層を介して、結晶面方位が(111)の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなる下電極を成膜する工程に適用することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第9の態様では、結晶面方位が(111)の酸化ジルコニウム(ZrO2)、又は結晶面方位が(100)のイットリウム(Y)若しくはカルシウム(Ca)を添加したFSZからなる振動板上に、酸化マグネシウム(MgO)からなるバッファ層を介して、結晶面方位が(111)の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなる下電極を成膜するので、当該下電極は、バッファ層により振動板とのエピタキシャルな関係を絶って成膜されて自由成長し、結晶面の配向した状態で成膜される。
According to a ninth aspect of the present invention, in the seventh or eighth aspect, the method for producing the laminated film is performed by using zirconium oxide (ZrO 2 ) having a crystal plane orientation of (111) or yttrium having a crystal plane orientation of (100). From a platinum (Pt) or iridium (Ir) crystal plane orientation (111) on a diaphragm made of FSZ to which (Y) or calcium (Ca) is added via a buffer layer made of magnesium oxide (MgO) The actuator device manufacturing method is characterized by being applied to a step of forming a lower electrode.
In the ninth aspect, on a diaphragm made of zirconium oxide (ZrO 2 ) having a crystal plane orientation of (111) or FSZ added with yttrium (Y) or calcium (Ca) having a crystal plane orientation of (100). Since the lower electrode made of platinum (Pt) or iridium (Ir) having a crystal plane orientation of (111) is formed through the buffer layer made of magnesium oxide (MgO), the lower electrode is vibrated by the buffer layer. The film is formed by breaking the epitaxial relationship with the plate, grows freely, and is formed with the crystal plane oriented.
本発明の第10の態様は、基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するアクチュエータ装置において、前記下電極が、結晶面方位が(100)配向の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなると共に、前記圧電体層が、結晶面方位が(100)配向の強誘電体材料からなり、当該圧電体層は、前記下電極上に形成された、六法晶系のチタン(Ti)、テルル(Te)、及びイリドスミン(OsとIrの合金)からなる群から選択される一種からなる膜を介して成膜されて自由成長した膜であることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第10の態様では、結晶面方位が(100)配向の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなる下電極上に、六法晶系のチタン(Ti)、テルル(Te)、及びイリドスミン(OsとIrの合金)からなる群から選択される一種からなる膜を介して、結晶面方位が(100)配向のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの強誘電体材料が成膜されているので、圧電体層は自由成長し、圧電特性に優れたアクチュエータ装置となる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an actuator device comprising: a diaphragm provided on one surface side of a substrate; and a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on the diaphragm. The lower electrode is made of platinum (Pt) or iridium (Ir) having a crystal plane orientation of (100), and the piezoelectric layer is made of a ferroelectric material having a crystal plane orientation of (100). The piezoelectric layer is a film made of one kind selected from the group consisting of hexagonal titanium (Ti), tellurium (Te), and iridosmin (an alloy of Os and Ir) formed on the lower electrode. The actuator device is characterized in that the film is freely grown and formed through the film.
In the tenth aspect, hexagonal titanium (Ti), tellurium (Te), and iridosmine (Os) are formed on a lower electrode made of platinum (Pt) or iridium (Ir) with a crystal plane orientation of (100). Ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) having a crystal plane orientation of (100) is formed through a film made of one kind selected from the group consisting of (Al and Ir alloys). The piezoelectric layer grows freely and becomes an actuator device with excellent piezoelectric characteristics.
本発明の第11の態様は、第10の態様において、前記振動板として作用する結晶面方位が(111)の酸化ジルコニウム(ZrO2)、又は結晶面方位が(100)のイットリウム(Y)若しくはカルシウム(Ca)を添加したFSZからなる膜を有し、この膜上に成膜された酸化マグネシウム(MgO)膜を介して前記下電極が成膜されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第11の態様では、振動板として作用する結晶面方位が(111)の酸化ジルコニウム(ZrO2)、又は結晶面方位が(100)のイットリウム(Y)若しくはカルシウム(Ca)を添加したFSZからなる膜の上に、酸化マグネシウム(MgO)膜を介して下電極が成膜されているので、下電極は自由成長した結晶面が配向した膜となる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect, zirconium oxide (ZrO 2 ) having a crystal plane orientation of (111) acting as the diaphragm, yttrium (Y) having a crystal plane orientation of (100), or An actuator device having a film made of FSZ added with calcium (Ca), and the lower electrode is formed through a magnesium oxide (MgO) film formed on the film. .
In the eleventh aspect, zirconium oxide (ZrO 2 ) having a crystal plane orientation of (111) acting as a diaphragm, or FSZ added with yttrium (Y) or calcium (Ca) having a crystal plane orientation of (100) is used. Since the lower electrode is formed on the resulting film via the magnesium oxide (MgO) film, the lower electrode is a film in which the crystal planes grown freely are oriented.
本発明の第12の態様は、第10又は11の態様のアクチュエータ装置を、前記基板に形成された圧力発生室に対向する領域に設けて当該圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出させるための圧力を発生させる圧力発生手段として構成したことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第12の態様では、圧電特性の優れたアクチュエータ装置を圧力発生手段として備えた液体噴射ヘッドとなる。
According to a twelfth aspect of the present invention, the actuator device according to the tenth or eleventh aspect is provided in a region facing the pressure generation chamber formed on the substrate, and the liquid in the pressure generation chamber is discharged from the nozzle opening. The liquid ejecting head is configured as pressure generating means for generating pressure.
In the twelfth aspect, the liquid ejecting head includes an actuator device having excellent piezoelectric characteristics as pressure generating means.
本発明の第13の態様は、第12の態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第13の態様では、圧電特性の優れたアクチュエータ装置を圧力発生手段として備えた液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置となる。
A thirteenth aspect of the present invention is a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to the twelfth aspect.
In the thirteenth aspect, the liquid ejecting apparatus includes the liquid ejecting head including the actuator device having excellent piezoelectric characteristics as the pressure generating unit.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェット式記録ヘッドを本発明のアクチュエータ装置の具体例として挙げ、併せて本発明の積層膜の製造方法及びアクチュエータ装置の製造方法を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. In the following embodiments, an ink jet recording head as an example of a liquid ejecting head is given as a specific example of the actuator device of the present invention, and a method for manufacturing a laminated film and a method of manufacturing an actuator device of the present invention are also described.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して連通されている。なお、連通部13は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. As shown in the drawing, the flow
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、後述するマスク膜を介して接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。
Further, a
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約1.0μmの二酸化シリコン(SiO2)からなる弾性膜50が形成されている。また、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.1〜0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、本実施形態では、弾性膜及び下電極膜が振動板として作用するが、勿論、弾性膜のみが振動板として作用するようにしてもよい。
On the other hand, as described above, the
そして、このような各圧電素子300の上電極膜80には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。
The
また、流路形成基板10上の圧電素子300側の面には、圧電素子300に対向する領域に圧電素子保持部31を有する保護基板30が接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板30には、流路形成基板10の連通部13に対応する領域にリザーバ部32が設けられている。このリザーバ部32は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100を構成している。
Further, a
また、保護基板30の圧電素子保持部31とリザーバ部32との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられ、この貫通孔33内に下電極膜60の一部及びリード電極90の先端部が露出され、これら下電極膜60及びリード電極90には、図示しないが、駆動ICから延設される接続配線の一端が接続される。
In addition, a through
なお、保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
In addition, examples of the material of the
また、保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
A
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ICからの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図3〜図6を参照して説明する。なお、図3〜図6は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。まず、図3(a)に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜51を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板10として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
Here, a method of manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are cross-sectional views of the
次いで、図3(b)に示すように、例えば、白金又はイリジウムとからなる下電極膜60を弾性膜50の全面に、例えば、スパッタリング法により形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(c)に示すように、下電極膜60上に、チタン(Ti)を、例えば、スパッタリング法で形成し、所定の種チタン層65を形成する。ここで、種チタン層65の成膜は、下電極膜60の成膜から連続プロセスで行う。この連続プロセスとは、両者の成膜処理の間に基板温度の低下及び成膜時のガス以外のガスに接触することがないことをいう。このように、連続プロセスで成膜した場合、連続で成膜しないときと比較して、種チタン層65は下地の下電極膜60の配向の影響を強く受けることになる。
Next, as shown in FIG. 3C, titanium (Ti) is formed on the
ここで、下電極膜60はアモルファスの酸化シリコンからなる弾性膜50上に成膜されるので、自由成長により、(111)配向になる。また、下電極膜60を構成するPt又はIrは両者とも面心立方晶系であり、一方、種チタン層65のTiは六方晶系であり、両者の結晶面及びその結晶面における原子配列が同一であるが、Ptは格子定数が3.92Åで結晶面内の原子間距離が2.77Åであり、Irは格子定数が3.83Åで結晶面内の原子間距離が2.71Åであるが、一方、Tiは格子定数が2.92Åで結晶面内の原子間距離が2.92Åであり、両者の原子間距離の差はそれぞれ7.7%及び5.4%と、5%以上の差がある。従って、両者はエピタキシャルな関係になく、種チタン層65は本来自由成長するが、連続プロセスで成膜することにより、下地層である下電極膜60の配向の影響を強く受けることになり、配向が定まらない状態で成膜される。すなわち、種チタン層65は本来の(002)配向とはならずに、配向が定まらない無配向状態となり、後述する圧電体層70の成膜時に下電極膜60の配向の影響を遮断するバッファ層として機能することになる。また、このように連続プロセスで成膜することにより、連続プロセスで成膜しないときと比較して無配向状で厚い膜を形成することができるので、バッファ層として好適であり、後述する圧電体層70の乾燥焼成条件等の成膜条件を厳しく管理しなくても比較的容易に自由成長させることができる。但し、種チタン層65が厚すぎると、本来の(002)配向が出現し、この上に成膜される圧電体層は(111)配向になる傾向になり好ましくない。従って、種チタン層65の厚さは、1nm〜5nm程度、好ましくは2〜5nmである。
Here, since the
なお、上述したように連続プロセスで成膜した際に配向が定まらない状態で成膜されるには、結晶面及びその結晶面における原子配列が同一で且つ結晶面における原子間距離の差が5%以上の場合であるが、原子間距離の差が大きすぎても自由成長してしまう。よって、原子間距離の差は、5〜13%の範囲、好ましくは5〜8%の範囲とするのがよい。 Note that, as described above, in order to form a film in a state where the orientation is not fixed when the film is formed by a continuous process, the crystal plane and the atomic arrangement in the crystal plane are the same, and the difference in the interatomic distance in the crystal plane is 5 In the case of% or more, free growth occurs even if the difference in interatomic distance is too large. Therefore, the difference in interatomic distance is in the range of 5 to 13%, preferably in the range of 5 to 8%.
また、結晶面の原子間距離の差が5%未満の場合には、バッファ層の成膜時に両材料の原子間距離の差異が5%以上となる状態にしてバッファ層を成膜するようにすればよい。これにより、原子間距離の差が5%以上の場合と同様に、バッファ層は配向が定まらない状態で成膜し、このバッファ層上に成膜される圧電体層は自由成長して(100)配向したものとなる。 Further, when the difference in the interatomic distance between the crystal planes is less than 5%, the buffer layer is formed in such a state that the difference in the interatomic distance between the two materials becomes 5% or more when the buffer layer is formed. do it. As a result, as in the case where the difference in interatomic distance is 5% or more, the buffer layer is formed in a state where the orientation is not fixed, and the piezoelectric layer formed on the buffer layer grows freely (100 ) Oriented.
なお、本発明において配向が定まらない、又は無配向という状態は、非晶質(アモルファス)を意味するものではなく、あくまでも結晶質であるが、配向が定まらない無配向の状態を意味する。すなわち、上述した例で、バッファ層である種チタン層65が非晶質になると、下地層である下電極膜60の配向性の拘束力を圧電体層70に伝えないためには上述した膜厚以上の膜厚が必要となり、膜厚が薄いと、結晶化後に異相を作ってしまうという問題がある。また、バッファ層を成長層である圧電体層と同様な結晶系及び自由成長方向をもつ材料とすると、上述したようなバッファ層を用いた場合と比較して、成長層の配向がランダムになり易いという問題がある。すなわち、本発明の連続プロセスにより配向が定まらない状態のバッファ層を成膜する手法は、これらの欠点を解消するものである。
In the present invention, the state where orientation is not determined or non-oriented does not mean amorphous, but is crystalline but means a non-oriented state where orientation is not determined. That is, in the above-described example, when the
また、バッファ層の成膜時に両材料の原子間距離の差異が5%以上となる状態にするとは、例えば、バッファ層の成膜時に下地層の内部に引張又は圧縮の応力を存在させるようにすることである。ここで、このように下地層の内部に引張又は圧縮の応力を存在させるには、基板と下地層との熱膨張係数の差などにより発生させることができ、基板と熱膨張係数の差だけでは発生させられない場合には、例えば、基板の裏面側に他の膜を形成して応力を発生させるようにしてもよい。なお、この膜は後で除去してもよいことは言うまでもない。 In addition, when the difference in the interatomic distance between the two materials is 5% or more when the buffer layer is formed, for example, a tensile or compressive stress is present inside the underlayer when the buffer layer is formed. It is to be. Here, in order to cause a tensile or compressive stress to exist inside the underlayer in this way, it can be generated by a difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the underlayer, etc. If it cannot be generated, for example, another film may be formed on the back side of the substrate to generate stress. Needless to say, this film may be removed later.
このように原子間距離の差が5%未満であるが、上述した実施形態のTiの代わりに使用できる材料の組み合わせの例を以下の表1に示す。下地層としては上述した実施形態のPt又はIrを例示し、これと組み合わせ可能なTi以外の金属として、Te及びイリドスミン(OsIr)を挙げた。また、表1には、各材料の結晶系、格子定数及び結晶平面内での原子間距離を挙げ、原子間距離の差を算出している。表1において、下地層の原子間距離の方が小さい場合(原子間距離の差を+で表示したもの)には、バッファ層成膜時に下地層に圧縮の応力が存在するようにすればよく、また、下地層の原子間距離の方が大きい場合(原子間距離の差を−で表示したもの)には、引張の応力が存在するようにすればよく、これにより、原理間距離の差が5%以上とすればよい。 Thus, although the difference of interatomic distance is less than 5%, the example of the combination of the material which can be used instead of Ti of embodiment mentioned above is shown in the following Table 1. As the underlayer, Pt or Ir of the above-described embodiment is exemplified, and Te and iridosmin (OsIr) are cited as metals other than Ti that can be combined with this. Table 1 lists the crystal system, lattice constant, and interatomic distance in the crystal plane of each material, and calculates the difference in interatomic distance. In Table 1, when the interatomic distance of the underlayer is smaller (difference in interatomic distance is indicated by +), it is only necessary that compressive stress is present in the underlayer when the buffer layer is formed. In addition, when the interatomic distance of the underlayer is larger (the difference in interatomic distance is indicated by-), it is sufficient that there is a tensile stress. May be 5% or more.
なお、上述した実施形態の場合、下地層のIrとバッファ層のTiとの原子間距離の差が7.6%であるが、バッファ層の成膜時においてはIr層と基板であるシリコンとの熱膨張係数の差によりIr層に圧縮の応力が発生しており、原子間距離の差はさらに大きくなっていると考えられる。 In the case of the above-described embodiment, the difference in interatomic distance between Ir of the base layer and Ti of the buffer layer is 7.6%. However, when the buffer layer is formed, the Ir layer and the silicon that is the substrate are different from each other. It is considered that a compressive stress is generated in the Ir layer due to the difference in the thermal expansion coefficient, and the difference in the interatomic distance is further increased.
このように成膜した下電極膜60及び種チタン層65を、図3(d)に示すように、所定形状にパターニングする。
The
ここで、このように形成した種チタン層65の表面は、時間経過に伴ってある程度の深さまで自然酸化され、種チタン層65の表面には酸化層(図示なし)が形成される。そして、種チタン層65の表層にこのような酸化層が比較的厚く形成されていると、後述する工程で形成する圧電体層70の結晶成長が阻害される虞があるため好ましくない。このため、圧電体層を形成する際、種チタン層65の表層の酸化層の厚さ(酸化深さ)はできるだけ薄いことが好ましく、少なくとも2.0nm未満となっていることが望ましい。
Here, the surface of the
また、このように形成される種チタン層65は、その膜密度(Ti密度)ができるだけ高い方が好ましく、少なくとも4.5g/cm3以上であることが望ましい。種チタン層65の膜密度が高いほど上記酸化層の厚さは薄く抑えられ、圧電体層70の結晶が良好に成長するからである。なお、種チタン層65の膜密度は、厚さに関係なく成膜条件によって決まる。
The
そして、このように良好に形成された種チタン層65上に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層70を形成することで、圧電体層70は下電極膜60の配向の影響を受けることなく自由成長して結晶性が向上し、且つ均一化される。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。
Then, by forming the
圧電体層70の形成手順としては、まず、図4(a)に示すように、種チタン層65上にPZT前駆体膜である圧電体前駆体膜71を成膜する。すなわち、流路形成基板用ウェハ110上に金属有機化合物を含むゾル(溶液)を塗布する。次いで、圧電体前駆体膜71を、所定温度に加熱して一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜71を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜71を脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等として離脱させることである。
As a procedure for forming the
そして、このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、本実施形態では、2回繰り返すことで、図4(b)に示すように、圧電体前駆体膜71を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜71を拡散炉で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜72を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜71を焼成することで種チタン層65を核として結晶が成長して圧電体膜72が形成される。例えば、本実施形態では、約700℃で30分間加熱を行って圧電体前駆体膜71を焼成して圧電体膜72を形成した。なお、このように形成した圧電体膜72は自由成長しており、結晶は(100)面に優先配向する。
Then, by repeating such coating, drying, and degreasing processes a predetermined number of times, for example, twice in the present embodiment, the
さらに、上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、図4(c)に示すように、複数層、本実施形態では、5層の圧電体膜72からなる所定厚さの圧電体層70を形成する。例えば、ゾルの塗布1回あたりの膜厚が0.1μm程度の場合には、圧電体層70全体の膜厚は約1μmとなる。
Further, by repeating the above-described coating, drying, degreasing, and firing steps a plurality of times, as shown in FIG. 4C, a predetermined thickness composed of a plurality of layers, in this embodiment, five layers of
このように本実施形態では、種チタン層65を下電極膜60と連続プロセスで成膜することにより、種チタン層65を厚くしても無配向状態となり、この結果、この上に形成された圧電体層70は幅広い温度領域で自由成長し(100)配向の膜となる。
As described above, in this embodiment, the
なお、圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1−x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PIN−PT)、Pb(Sc1/3Ta2/3)O3−PbTiO3(PST−PT)、Pb(Sc1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PSN−PT)、BiScO3−PbTiO3(BS−PT)、BiYbO3−PbTiO3(BY−PT)等が挙げられる。また、圧電体層70の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。
As a material of the
(試験例)
ここで、種チタン層65を連続プロセスのスパッタリング法により4.5nmの厚さで形成した実施例と、連続的ではなく、種チタン層を1.5nmの厚さに成膜した比較例とにおいて、上述した乾燥工程の温度処理範囲を変化させた場合における圧電体層70の配向性との関係を観察した。
(Test example)
Here, in an example in which the
これら実施例及び比較例に係る各圧電体層をX線回折広角法によって測定し、そのときの(100)面に相当する回折強度(ピーク強度)(縦軸:I_100(cps))と乾燥処理温度との関係を図7に示す。 Each piezoelectric layer according to these examples and comparative examples was measured by the X-ray diffraction wide angle method, and the diffraction intensity (peak intensity) (vertical axis: I_100 (cps)) corresponding to the (100) plane at that time and the drying treatment The relationship with temperature is shown in FIG.
図7に示すように、比較例の場合、ピーク強度が140cpsを越えるのは処理温度が180〜190℃と非常に狭い範囲であるが、実施例のものは150〜230℃と非常に幅広い温度範囲で140cps以上のピーク強度を示した。これは連続プロセスを適用した実施例は種チタン層が4.5nmと厚いにもかかわらず無配向状態であるから、この上の圧電体層は自由成長していると考えられるが、連続プロセスを適用していない比較例では1.5nmと薄い状態にもかかわらず、Tiの(002)配向が出現したため、その上の圧電体層は(111)配向になる傾向になり、この結果、(100)配向の強度が幅広い処理温度で低下していると考えられる。 As shown in FIG. 7, in the case of the comparative example, the peak intensity exceeds 140 cps within a very narrow range of the processing temperature of 180 to 190 ° C., but the example has a very wide temperature of 150 to 230 ° C. A peak intensity of 140 cps or more was shown in the range. This is because the example in which the continuous process is applied is in a non-oriented state even though the seed titanium layer is as thick as 4.5 nm. In the comparative example which is not applied, the (002) orientation of Ti appeared despite the thin state of 1.5 nm, and therefore the piezoelectric layer on the Ti tends to become (111) orientation. As a result, (100 ) It is considered that the strength of the orientation is decreased over a wide range of processing temperatures.
なお、このように圧電体層70を形成した後は、図5(a)に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜80を流路形成基板用ウェハ110の全面に形成する。次いで、図5(b)に示すように、圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。次に、リード電極90を形成する。具体的には、図5(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなる金属層91を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して金属層91を各圧電素子300毎にパターニングすることでリード電極90が形成される。
After the
次に、図5(d)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の圧電素子300側に、シリコンウェハであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハ130を接合する。なお、この保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ130を接合することによって流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。
Next, as shown in FIG. 5D, a
次いで、図6(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約70μm厚になるように流路形成基板用ウェハ110をエッチング加工した。次いで、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなるマスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜52を介して流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングすることにより、図6(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, after the flow path forming
なお、その後は、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
After that, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming
以上説明した実施形態では、下電極膜60を酸化シリコンからなる弾性膜50上に設けたが、弾性膜50上に酸化ジルコニウムからなる層を設け、この上に下電極膜60を設けてもよい。
In the embodiment described above, the
この場合、酸化ジルコニウムは、スパッタリングの条件によって異なり、(111)配向や(100)配向になるが、(111)配向する条件でスパッタリングすることにより、上述したように下電極膜60を(111)配向とすることができる。なお、酸化ジルコニウムは、酸化ジルコニウム自体をスパッタリングしてもよく、また、ジルコニウムをスパッタリングした後、酸化して酸化ジルコニウムとしてもよい。なお、このような酸化ジルコニウムの厚さは、例えば、約0.4μmである。
In this case, zirconium oxide varies depending on the sputtering conditions, and has a (111) orientation or a (100) orientation, but by sputtering under the (111) orientation conditions, the
(実施形態2)
実施形態1で説明した連続プロセスによる積層膜の形成方法は、上述したように弾性膜50上に酸化ジルコニウムを設けた後、下電極膜を設ける際にも適用可能である。
(Embodiment 2)
The method for forming a laminated film by the continuous process described in the first embodiment can also be applied when providing the lower electrode film after providing zirconium oxide on the
以下、この場合の製造方法について説明する。なお、この例においても上述した実施形態と同様に液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェット式記録ヘッドを本発明のアクチュエータ装置の具体例として挙げて説明し、上記実施形態1と重複する説明は省略する。 Hereinafter, the manufacturing method in this case will be described. In this example as well, the ink jet recording head as an example of the liquid ejecting head is described as a specific example of the actuator device of the present invention as in the above-described embodiment, and the description overlapping with the first embodiment is omitted. .
本実施形態の場合にも、上述した手順で流路形成基板用ウェハ上に弾性膜を形成した後、振動板として作用する絶縁体膜を酸化ジルコニウムで構成し、この上にバッファ層を介して下電極膜を形成し、さらにこの上に圧電体層及び上電極を形成する。 Also in this embodiment, after the elastic film is formed on the flow path forming substrate wafer by the above-described procedure, the insulator film that acts as a vibration plate is composed of zirconium oxide, and a buffer layer is formed thereon. A lower electrode film is formed, and a piezoelectric layer and an upper electrode are further formed thereon.
ここで、本発明の積層膜の製造方法は、酸化ジルコニウム、バッファ層及び下電極膜の積層膜の製造に適用する。 Here, the manufacturing method of the laminated film of the present invention is applied to the production of a laminated film of zirconium oxide, a buffer layer, and a lower electrode film.
具体的には、図8に示すように、流路形成基板110に形成した弾性膜50上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55をスパッタリングにより、(111)配向で形成する。この際、(111)配向とするにはスパッタリング条件、特に温度条件を適宜設定する必要がある。次いで、連続プロセスにより、バッファ層としての酸化マグネシウム層56をスパッタリングにより形成する。次いで、下電極膜60をスパッタリングにより成膜する。
Specifically, as shown in FIG. 8, an
ここで、酸化ジルコニウムは単斜晶系で、格子定数が5.31Åで結晶面の原子間距離が3.75Åであるのに対し、酸化マグネシウムは六法晶系で、格子定数が4.21Åで原子間距離が4.21Åである。従って、本発明の積層膜の製造方法の条件である、結晶面及びその結晶面における原子配列が同一である材料である点を満足し、且つ原子間距離の差が5%以上であるので、特に応力を発生させることなく連続プロセスを実施すれば、酸化マグネシウム層56は本来の(100)配向にはならずに、配向が定まらない無配向状態となる。したがって、この上に形成される下電極膜60は、自由成長し、(111)配向となる。
Here, zirconium oxide is monoclinic and has a lattice constant of 5.31 Å and an interatomic distance of 3.75 結晶, whereas magnesium oxide is hexagonal and has a lattice constant of 4.21 Å. The interatomic distance is 4.21 mm. Therefore, it satisfies the point that the crystal plane and the atomic arrangement in the crystal plane are the same as the conditions of the method for manufacturing the laminated film of the present invention, and the difference in interatomic distance is 5% or more. In particular, if a continuous process is performed without generating stress, the
このような実施形態では、酸化シリコンからなる弾性膜50上に酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を設けることにより振動板と下電極膜60との密着性を向上させることができるが、この際に、絶縁体層55上に直接下電極膜60を設ける場合と比較して、配向が定まらない無配向の酸化マグネシウムからなるバッファ層を介してIrやPtを自由成長させた方が、配向がランダムになり難く、配向が(111)に揃った下電極膜60となる。
In such an embodiment, the adhesion between the diaphragm and the
なお、下電極膜60上に、圧電体層70を成膜する際には、上述した実施形態と同様に必ずしも本発明の積層膜の製造方法を適用しなくてもよく、この場合も本発明の実施形態の範囲となる。
Note that, when the
勿論、下電極膜60上に、圧電体層70を成膜する際に、上述した実施形態と同様に、下電極膜60上にバッファ層である種チタン層65を介して圧電体層70を成膜すると、さらに実施形態1と同様の効果が得られるものであり、これも本発明の実施形態となる。
Of course, when the
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
また、このような本発明の液体噴射ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、液体噴射装置に搭載される。図9は、その液体噴射装置の一例を示す概略図である。 Further, such a liquid ejecting head of the present invention constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the liquid ejecting apparatus. FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of the liquid ejecting apparatus.
図9に示すように、液体噴射ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 9, in the
そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上に搬送されるようになっている。
The driving force of the driving
ここで、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例として液体噴射ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。 Here, in the above-described embodiment, the liquid ejecting head has been described as an example of the liquid ejecting head of the present invention, but the basic configuration of the liquid ejecting head is not limited to the above-described configuration. The present invention is intended for a wide range of liquid ejecting heads, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, The present invention can also be applied to electrode material ejecting heads used for forming electrodes such as organic EL displays and FEDs (surface emitting displays), bioorganic matter ejecting heads used for biochip manufacturing, and the like.
勿論、このような液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置も特に限定されるものではない。 Needless to say, a liquid ejecting apparatus including such a liquid ejecting head is not particularly limited.
さらに、本発明は、このような液体噴射ヘッドに圧力発生手段として搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用することができる。例えば、アクチュエータ装置は、上述したヘッドの他に、センサー等にも適用することができる。 Furthermore, the present invention can be applied not only to an actuator device mounted as pressure generating means on such a liquid jet head but also to an actuator device mounted on any device. For example, the actuator device can be applied to a sensor or the like in addition to the head described above.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 60 下電極膜、 65 種チタン層、 70 圧電体膜、 80 上電極膜、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記下地層を構成する材料と平面における結晶面及びその結晶面における原子配列が同一である材料を用い、両材料の平面における原子間距離の差が5%以下の場合には成膜時の界面における両者の原子間距離の差が5%以上となる状態として又は両材料の原子間距離の差異が5%以上の場合にはそのまま、前記下地層上に連続したプロセスでバッファ層を配向が定まらない状態で成膜し、このバッファ層上に前記成長層の材料を自由成長させて配向した成長層を成膜することを特徴とする積層膜の製造方法。 When manufacturing a laminated film by forming a growth layer made of a material different from the material of the base layer and capable of epitaxial growth on the base layer having crystal orientation,
When the material constituting the underlayer and the material having the same crystal plane in the plane and the atomic arrangement in the crystal plane are the same, and the difference in interatomic distance between the planes of the two materials is 5% or less, the interface at the time of film formation The orientation of the buffer layer is determined by a continuous process on the base layer as it is in a state where the difference in distance between the two atoms is 5% or more or when the difference in atomic distance between the two materials is 5% or more. A method for producing a laminated film, characterized in that a film is formed in a non-existing state, and an oriented growth layer is formed on the buffer layer by freely growing the material of the growth layer.
前記下電極が、結晶面方位が(100)配向の白金(Pt)又はイリジウム(Ir)からなると共に、前記圧電体層が、結晶面方位が(100)配向の強誘電体材料からなり、当該圧電体層は、前記下電極上に形成された、六法晶系のチタン(Ti)、テルル(Te)、及びイリドスミン(OsとIrの合金)からなる群から選択される一種からなる膜を介して成膜されて自由成長した膜であることを特徴とするアクチュエータ装置。 In an actuator device comprising a diaphragm provided on one side of a substrate and a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode provided on the diaphragm,
The lower electrode is made of platinum (Pt) or iridium (Ir) having a crystal plane orientation of (100), and the piezoelectric layer is made of a ferroelectric material having a crystal plane orientation of (100). The piezoelectric layer is formed on the lower electrode through a film made of one type selected from the group consisting of hexagonal titanium (Ti), tellurium (Te), and iridosmine (an alloy of Os and Ir). An actuator device characterized in that the film is a film that is freely grown and formed.
A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 12.
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