JP5884272B2 - Thin film manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明はプリンタ、ファクシミリ、複写装置、MFP(マルチファンクションプリンタ)等の画像形成装置(画像記録装置)として使用されるインクジェット記録装置及び液体吐出ヘッド、並びにこれらに用いられる電気機械変換素子、該電気機械変換素子などの薄膜を製造するための薄膜製造装置及び薄膜製造方法に関する。
また本発明は、前述の如く直接的には印刷分野、特にデジタル印刷分野に用いられる液滴吐出装置を具備したインクジェット記録装置に利用できると共に、インクジェット技術を利用する三次元造型技術などに応用可能である。
The present invention relates to an ink jet recording apparatus and a liquid discharge head used as an image forming apparatus (image recording apparatus) such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, and an MFP (multifunction printer), as well as an electromechanical conversion element used therefor, The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method for manufacturing a thin film such as a mechanical conversion element.
Further, as described above, the present invention can be directly applied to an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge device used in the printing field, particularly the digital printing field, and can also be applied to a three-dimensional molding technique using an ink jet technique. It is.
液体吐出ヘッドの構成は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室、(インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される。)と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子などの電気機械変換素子、或いはヒータなどの電気熱変換素子、若しくはインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極からなるエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段で発生したエネルギーで加圧室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。 The configuration of the liquid ejection head includes a nozzle that ejects ink droplets, and a pressure chamber that communicates with the nozzle (also referred to as an ink flow path, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, and a liquid chamber). An electromechanical conversion element such as a piezoelectric element that pressurizes ink in the pressurizing chamber, or an electrothermal conversion element such as a heater, or an energy generating means comprising a diaphragm that forms the wall surface of the ink flow path and an electrode facing the diaphragm And the ink droplets are ejected from the nozzles by pressurizing the ink in the pressurized chamber with the energy generated by the energy generating means.
ここで、圧電素子は、基板上に配置した下部電極(第1の電極)、圧電体層、上部電極(第2の電極)の積層したものからなる。(図1参照。)
各圧力室には、インク吐出の圧力を発生させるための個別の圧電素子が配置されてなる。
圧電素子は電気的入力を機械的な変形に変換するもので、構成は電気的入力を実行する上部、下部の電極対とその間に圧電体などの膜が挟まれた積層構造をもつ。
圧電体はジルコン酸チタン酸鉛(PZT)セラミックスなどが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分としているため一般に金属複合酸化物と称される。
Here, the piezoelectric element is formed by stacking a lower electrode (first electrode), a piezoelectric layer, and an upper electrode (second electrode) disposed on a substrate. (See Figure 1)
Each pressure chamber is provided with an individual piezoelectric element for generating ink discharge pressure.
The piezoelectric element converts electrical input into mechanical deformation, and has a laminated structure in which upper and lower electrode pairs for executing electrical input and a film such as a piezoelectric body are sandwiched therebetween.
As the piezoelectric body, lead zirconate titanate (PZT) ceramics or the like is used, and these are generally referred to as a metal composite oxide because they are mainly composed of a plurality of metal oxides.
従来の個別圧電素子の形成方法は、下部電極上に各種の真空成膜法(例えばスパッタリング法、MO−CVD法(金属有機化合物を用いた化学的気相成長法)、真空蒸着法、イオンプレーティング法)やゾルゲル法、水熱合成法、AD(エアロゾルデポジション)法、塗布・熱分解法(MOD)などの周知の成膜技術により堆積させ、引き続き、上部電極を形成した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより、上部電極のパターニングを行い、同様に圧電膜、下部電極のパターニングを行い個別化を実施している。 Conventional methods for forming individual piezoelectric elements include various vacuum film formation methods (for example, sputtering method, MO-CVD method (chemical vapor deposition method using a metal organic compound), vacuum deposition method, ion plate method on a lower electrode. Sol-gel method), sol-gel method, hydrothermal synthesis method, AD (aerosol deposition) method, coating / pyrolysis method (MOD), etc., followed by deposition, followed by photolithography after forming the upper electrode -The upper electrode is patterned by etching, and the piezoelectric film and the lower electrode are similarly patterned for individualization.
しかしながら、金属複合酸化物、特にPZTのドライエッチングは容易い加工材ではない。RIE(反応性イオンエッチング)でSi半導体デバイスは容易にエッチング加工できるが、この種の材料はイオン種のプラズマエネルギーを高める為、ICPプラズマ、ECRプラズマ、ヘリコンプラズマを併用した特殊なRIEが成されるが、これは製造装置のコスト高を招来する。また下地電極膜との選択比は稼げない、特に大面積基板ではエッチング速度の不均一性は致命的である。
あらかじめ、所望する部位のみに難エッチング性のPZT膜を配置すれば、上記加工工程が省略できるが、その試みは一部を除いて成されていない。
However, dry etching of metal composite oxides, particularly PZT, is not an easy work material. Si semiconductor devices can be easily etched by RIE (Reactive Ion Etching), but this type of material increases the plasma energy of ionic species, so special RIE using ICP plasma, ECR plasma, and helicon plasma is made. However, this increases the cost of the manufacturing apparatus. In addition, the selectivity with respect to the base electrode film cannot be obtained. In particular, the nonuniformity of the etching rate is fatal in a large area substrate.
If a hard-to-etch PZT film is disposed only in a desired portion in advance, the above-described processing step can be omitted, but the attempt has not been made except for a part.
(個別PZT膜形成の従来例)
水熱合成法:Ti金属上にPZTが選択成長する。Ti電極をパターニングしておけば、その部位のみにPZT膜が成長する。しかしながら、水熱合成法で十分な耐圧を有するPZT膜を得るには、膜厚が5μm以上の比較的厚い膜が好ましく(これ以下の膜厚では、電界印加で容易に絶縁破壊してしまう)、所望する任意の薄膜(5μmより薄い膜)が得られない。またSi基板上に素子を形成する場合、水熱合成が強アルカリ性の水溶液下で合成されるため、Si基板の保護が必須となる。
(Conventional example of individual PZT film formation)
Hydrothermal synthesis method: PZT selectively grows on Ti metal. If the Ti electrode is patterned, a PZT film grows only at that portion. However, in order to obtain a PZT film having a sufficient breakdown voltage by the hydrothermal synthesis method, a relatively thick film having a film thickness of 5 μm or more is preferable (if the film thickness is less than this, dielectric breakdown is easily caused by electric field application). Any desired thin film (film thinner than 5 μm) cannot be obtained. Further, when an element is formed on a Si substrate, since the hydrothermal synthesis is performed in a strong alkaline aqueous solution, it is essential to protect the Si substrate.
真空蒸着法:有機ELの製造にシャドウマスクが用いられ、発光層のパターニングが成されているが、PZT成膜は基板温度500〜600℃にした状態で実行される。これは圧電性出現の為には複合酸化物が結晶化している必要があり、その結晶化膜を得るのに先記基板温度が必須となる。一般的なシャドウマスクはステンレス製であり、Si基板とステンレス材の熱膨張差から、十分なマスキングが出来ない、使い捨てシャドウマスクは実現性が低い。特にMO−CVD法やスパッタリング法では堆積膜の回り込み現象が大きく、さらに不向きである。 Vacuum deposition method: A shadow mask is used for manufacturing an organic EL, and a light emitting layer is patterned. PZT film formation is performed at a substrate temperature of 500 to 600 ° C. This is because the complex oxide needs to be crystallized for the appearance of piezoelectricity, and the substrate temperature is essential to obtain the crystallized film. A general shadow mask is made of stainless steel, and due to the difference in thermal expansion between the Si substrate and the stainless steel, sufficient masking cannot be performed, and a disposable shadow mask has low feasibility. In particular, the MO-CVD method and the sputtering method have a large wraparound phenomenon of the deposited film and are not suitable.
AD法:あらかじめフォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、レジストの無い部位にPZTを成膜する方法が知られている。AD法は先述の水熱合成法と同様に厚膜に有利であり、5μm以下の薄膜には不向きである。また、レジスト膜上にもPZT膜が堆積するので、研磨処理により一部の堆積膜を除去した後、リフトオフ工程を行う。大面積の均一研磨工程も煩雑であり、さらにレジスト膜は耐熱性が無い為、室温でAD成膜を実行し、ポストアニール処理を経て、圧電性を示す膜に変換している。 AD method: A method is known in which a resist pattern is formed in advance by photolithography, and a PZT film is formed in a portion where there is no resist. The AD method is advantageous for a thick film similarly to the hydrothermal synthesis method described above, and is not suitable for a thin film of 5 μm or less. Further, since the PZT film is also deposited on the resist film, a lift-off process is performed after removing a part of the deposited film by the polishing process. The large area uniform polishing process is also complicated, and the resist film does not have heat resistance. Therefore, AD film formation is performed at room temperature, and the film is converted to a film exhibiting piezoelectricity through a post-annealing process.
特許文献1には、吐出した機能材料を含む液滴に、レーザ光を精度よく照射し、効率のよい乾燥・焼成を行なうことができる液滴吐出装置が記載されている。
また、特許文献2には、ゾルゲル法において、遠赤外線を照射して有機金属化合物の加熱、結晶化を行い均一な圧電特性が得られることが記載されている。
さらに、特許文献3には、高い製作精度が要求される光学レンズを用いることなく、長辺方向のエネルギー分布が均一な長方形状のビームスポットを被照射面において形成することが可能なビームホモジナイザー、レーザ照射装置が記載されている。
Patent Document 1 describes a droplet discharge device that can efficiently irradiate a droplet including a discharged functional material with laser light and perform efficient drying and firing.
Patent Document 2 describes that in the sol-gel method, uniform piezoelectric characteristics can be obtained by irradiating far infrared rays to heat and crystallize the organometallic compound.
Furthermore, Patent Document 3 discloses a beam homogenizer that can form a rectangular beam spot on the irradiated surface with a uniform energy distribution in the long side direction without using an optical lens that requires high manufacturing accuracy. A laser irradiation device is described.
しかしながら、特許文献1〜3にかかる技術をもってしてもパターン化され、所望の膜厚を有しパターン化された膜を簡易に製造することはできなかった。 However, even with the techniques according to Patent Documents 1 to 3, a patterned film having a desired film thickness cannot be easily manufactured.
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、パターン化され所望の膜厚を有する電気機械変換膜を備えた電気機械変換素子、該電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置、並びに、パターン化され所望の膜厚を有する膜を簡易に製造できる薄膜製造装置及び薄膜製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is an electromechanical conversion element including an electromechanical conversion film that is patterned and has a desired film thickness, a droplet discharge head including the electromechanical conversion element, and An object of the present invention is to provide an inkjet recording apparatus, and a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method capable of easily manufacturing a patterned film having a desired film thickness.
上記課題を解決するために本発明に係る電気機械変換素子、該電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置、並びに薄膜製造装置及び薄膜製造方法は、具体的には下記(1)〜(3)に記載の技術的特徴を有する。
(1):基板上に、金属の複合酸化物からなる機能性インクが結晶化された薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記基板上に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、矩形のスポット形状のレーザ光によりパルス照射を行い、前記撥液膜の一部を除去して所望の形状の撥液膜除去部位を形成する撥液膜除去工程と、前記基板上における前記撥液膜除去部位にインクジェット法により前記機能性インクを付与する機能性インク付与工程と、前記撥液膜除去工程で用いた前記スポット形状の前記レーザ光により前記機能性インクを加熱して結晶化させて所望の形状の機能性薄膜を形成する機能性インク加熱・結晶化工程と、を備え、前記撥液膜除去工程及び機能性インク加熱・結晶化工程に用いられる前記レーザ光の形状は、前記機能性薄膜の形状と同一形状あるいは同一よりも小さい形状であると共に、前記機能性インク付与工程と機能性インク加熱・結晶化工程を繰り返すことにより前記薄膜を形成することを特徴とする薄膜製造方法である。
(2):前記撥液膜は、疎水性であり、前記基板は、親水性であり、前記機能性インクは、前記撥液膜上には付与されず、前記基板上のみに付与されることを特徴とする上記(1)に記載の薄膜製造方法である。
(3):前記機能性インクは、前駆体インクであり、前記薄膜は、電気機械変換膜であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の薄膜製造方法である。
In order to solve the above-described problems, an electromechanical transducer according to the present invention, a droplet discharge head and an ink jet recording apparatus including the electromechanical transducer, a thin film manufacturing apparatus, and a thin film manufacturing method are specifically described in the following (1 The technical features described in (3 ) to (3) .
(1): A thin film manufacturing method for forming a thin film in which a functional ink made of a metal complex oxide is crystallized on a substrate, and a liquid repellent film forming step for forming a liquid repellent film on the substrate; A liquid repellent film removing step of performing pulse irradiation with a rectangular spot-shaped laser beam to remove a part of the liquid repellent film to form a liquid repellent film removal portion having a desired shape; and the repellent film on the substrate. a functional ink imparting step of imparting a pre-Symbol functional ink Ri by the inkjet method liquid film removal site, by heating the functional ink by the laser beam of the spot shape used in the liquid-repellent film removing step A functional ink heating / crystallization step for crystallizing to form a functional thin film of a desired shape, and the shape of the laser beam used in the liquid repellent film removal step and the functional ink heating / crystallization step Is the shape of the functional thin film With the same shape or shape smaller than the same as a thin film manufacturing method characterized by forming the thin film by repeating the functional ink applying step and the functional ink heating and crystallization step.
(2): The liquid repellent film is hydrophobic, the substrate is hydrophilic, and the functional ink is not applied on the liquid repellent film, but only on the substrate. The method for producing a thin film as described in (1) above.
(3) The thin film manufacturing method according to (1) or (2), wherein the functional ink is a precursor ink, and the thin film is an electromechanical conversion film.
本発明によれば、パターン化され所望の膜厚を有する電気機械変換膜を備えた電気機械変換素子、該電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置、並びに、パターン化され所望の膜厚を有する膜を簡易に製造できる薄膜製造装置及び薄膜製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a patterned electromechanical conversion element including an electromechanical conversion film having a desired film thickness, a droplet discharge head and an inkjet recording apparatus including the electromechanical conversion element, and a patterned and desired pattern The thin film manufacturing apparatus and thin film manufacturing method which can manufacture the film | membrane which has a film thickness easily can be provided.
本発明に係る薄膜製造装置は、基板上に、機能性インクが結晶化されてなる薄膜を形成する薄膜製造装置であって、前記基板上に撥液膜を形成する撥液膜形成手段と、レーザ光により前記撥液膜の一部を除去して所望の形状の撥液膜除去部位を形成する撥液膜除去手段と、前記基板上における前記撥液膜除去部位にゾルゲル法により前記機能性インクを付与する機能性インク付与手段と、前記機能性インクをレーザ光により加熱して結晶化させて所望の形状の機能性薄膜を形成する機能性インク加熱・結晶化手段と、を備え、前記撥液膜除去手段及び機能性インク加熱・結晶化手段は、照射するレーザ光が矩形であると共に前記機能性薄膜の形状と同一形状あるいは同一よりも小さい形状であり、且つ、パルス照射することを特徴とする。
次に、本発明に係る薄膜製造装置及び薄膜製造方法、並びに電気機械変換素子、該電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
A thin film manufacturing apparatus according to the present invention is a thin film manufacturing apparatus for forming a thin film obtained by crystallizing functional ink on a substrate, and a liquid repellent film forming means for forming a liquid repellent film on the substrate; A liquid repellent film removing means for removing a part of the liquid repellent film with a laser beam to form a liquid repellent film removing portion having a desired shape, and the functionality of the liquid repellent film removing portion on the substrate by a sol-gel method. Functional ink applying means for applying ink; and functional ink heating / crystallization means for forming a functional thin film having a desired shape by heating and functionalizing the functional ink with a laser beam, and The liquid repellent film removing unit and the functional ink heating / crystallization unit are configured to irradiate a pulsed laser beam having a rectangular shape and the same shape as the functional thin film or smaller than the same shape. Features.
Next, a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method according to the present invention, an electromechanical conversion element, a liquid droplet ejection head including the electromechanical conversion element, and an ink jet recording apparatus will be described in more detail.
Although the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, various technically preferable limitations are attached thereto, but the scope of the present invention is intended to limit the present invention in the following description. Unless otherwise described, the present invention is not limited to these embodiments.
図1は本発明にかかる液体吐出ヘッドの一実施の形態における構成を示す概略図である。
本発明は液体吐出ヘッド及びそれを使用した画像形成装置をも対象としている。上記の画像形成装置は一般的にはインクジェット記録装置と呼ばれているもので、以下にインクジェット記録装置について説明する。
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an embodiment of a liquid discharge head according to the present invention.
The present invention is also directed to a liquid discharge head and an image forming apparatus using the liquid discharge head. The image forming apparatus is generally called an ink jet recording apparatus, and the ink jet recording apparatus will be described below.
インクジェット記録装置には、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更にはインクの自由度があり安価な普通紙を使用できるなど多くの利点があるために、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として広く展開されている。 Inkjet recording devices have many advantages such as extremely low noise, high-speed printing, and the ability to use plain paper that is free of ink and inexpensive, so that printers, facsimiles, copiers, etc. Widely deployed as an image recording apparatus or an image forming apparatus.
インクジェット記録装置において使用する液滴吐出装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室(吐出室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。)と、液室内のインクを吐出するための圧力発生手段で構成されている。 A droplet discharge device used in an ink jet recording apparatus includes a nozzle that discharges ink droplets, and a liquid chamber (also referred to as a discharge chamber, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, or an ink flow path) that communicates with the nozzle. And pressure generating means for discharging ink in the liquid chamber.
上記のような圧力発生手段としては、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型(サーマル型)のものなどがある。更にピエゾ型のものにはd33方向の変形を利用した縦振動型、d31方向の変形を利用した横振動(ベンドモード)型、更には剪断変形を利用したシェアモード型等があるが、最近では半導体プロセスやMEMSの進歩により、Si基板に直接液室及びピエゾ素子を作り込んだ薄膜アクチュエータが考案されている。 The pressure generating means as described above may be a piezo type that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm that forms the wall surface of the discharge chamber using an electromechanical transducer such as a piezoelectric element, or a discharge chamber There is a bubble type (thermal type) in which bubbles are generated by boiling an ink film using an electrothermal conversion element such as a heating resistor disposed in the nozzle to eject ink droplets. Further, the piezoelectric type includes a longitudinal vibration type using deformation in the d33 direction, a transverse vibration (bend mode) type using deformation in the d31 direction, and a shear mode type using shear deformation. With the progress of semiconductor processes and MEMS, a thin film actuator in which a liquid chamber and a piezo element are directly formed on a Si substrate has been devised.
本発明はd31方向の変形を利用した横振動(ベンドモード)型の電気変換素子に関する。
電気機械変換素子40は、一対の下部電極42及び上部電極44が対向して設けられてなり、この一対の下部電極42及び上部電極44に圧電体層(電気機械変換膜)43が挟持された積層構造を有してなる。そしてこの電気機械変換素子40は、電極42,44に印加される電気的なエネルギーを機械的なエネルギー(変形)に変換するものである。
The present invention relates to a transverse vibration (bend mode) type electric transducer using deformation in the d31 direction.
The electromechanical conversion element 40 is provided with a pair of lower electrode 42 and upper electrode 44 facing each other, and a piezoelectric layer (electromechanical conversion film) 43 is sandwiched between the pair of lower electrode 42 and upper electrode 44. It has a laminated structure. The electromechanical transducer 40 converts electrical energy applied to the electrodes 42 and 44 into mechanical energy (deformation).
<圧電体層(電気機械変換膜)43>
圧電体層43は、金属の複合酸化物からなる。
先ず、圧電体層43のゾルゲル法による圧電体層の形成について説明する。
圧電体層がPZTの場合(非特許文献1に示されている、ゾルゲル法による金属複合酸化物の薄膜形成に関する技術を参照:K. D. Budd, S. K. Dey,D. A. Payne, Proc. Brit. Ceram. Soc. 36, 107 (1985))、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得る。この均一溶液をPZT前駆体溶液(機能性インク、強誘電体の前駆体インク)と呼ぶ。
<Piezoelectric layer (electromechanical conversion film) 43>
The piezoelectric layer 43 is made of a complex oxide of metal.
First, formation of the piezoelectric layer by the sol-gel method of the piezoelectric layer 43 will be described.
When the piezoelectric layer is PZT (refer to the technology relating to the formation of a thin film of metal composite oxide by the sol-gel method shown in Non-Patent Document 1: KD Budd, SK Dey, DA Payne, Proc. Brit. Ceram. Soc. 36, 107 (1985)), lead acetate, zirconium alkoxide and titanium alkoxide compounds are used as starting materials and dissolved in methoxyethanol as a common solvent to obtain a uniform solution. This uniform solution is called a PZT precursor solution (functional ink, ferroelectric precursor ink).
PZT(lead zirconate titanate:ジルコン酸チタン酸鉛)とはジルコン酸鉛(PbTiO3)とチタン酸鉛(PbTiO3)の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はPbZrO3とPbTiO3の比率が53:47の割合で、化学式で示すと、Pb(Zr0.53,Ti0.47)O3、一般にPZT(53/47)と示される。
酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物の出発材料は、この化学式に従って秤量される。
PZT (lead zirconate titanate) is a solid solution of lead zirconate (PbTiO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), and the characteristics differ depending on the ratio. In general, the composition exhibiting excellent piezoelectric characteristics has a ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 of 53:47. When expressed by a chemical formula, Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3 , generally PZT (53/47 ).
The starting materials for lead acetate, zirconium alkoxide and titanium alkoxide compounds are weighed according to this chemical formula.
金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加しても良い。 Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by moisture in the atmosphere, an appropriate amount of a stabilizer such as acetylacetone, acetic acid or diethanolamine may be added to the precursor solution as a stabilizer.
PZT以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。 Examples of composite oxides other than PZT include barium titanate. In this case, it is also possible to prepare a barium titanate precursor solution by dissolving barium alkoxide and a titanium alkoxide compound in a common solvent. is there.
下地基板全面にPZT膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で100nm以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。
液体噴射装置の圧電素子として用いる場合、このPZT膜の膜厚は1μm〜2μmが要求される。したがって、前述の方法でこの膜厚を得るには十数回、工程を繰り返す。
When a PZT film is obtained on the entire surface of the base substrate, it is obtained by forming a coating film by a solution coating method such as spin coating and performing heat treatments such as solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since the transformation from the coating film to the crystallized film involves volume shrinkage, it is necessary to adjust the precursor concentration so that a film thickness of 100 nm or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film.
When used as a piezoelectric element of a liquid ejecting apparatus, the thickness of the PZT film is required to be 1 μm to 2 μm. Therefore, in order to obtain this film thickness by the method described above, the process is repeated ten times.
ゾルゲル法によるパターン化した圧電体層の形成の場合には、下地基板の濡れ性を制御したPZT前駆体液の塗り分けをする。
(非特許文献2に示されている、Au膜上にアルカンチオールが自己組織化単分子膜(SAM: Self Assembled Mon-layer)として形成できる現象、そしてこの現象を用いたマイクロコンタクトプリント法でSAMパターンを転写し、その後のエッチングなどのプロセスに利用している技術を参照:A.Kumar and G. M. Whitesides, Appl.Phys.Lett., 63, 2002 (1993)。また、非特許文献3に示されている、Au基板上にアルカンチオールやデカンチオール、MHDAなどを塗布してSAM膜を形成し、半導体レーザを用いてスキャンさせることにより、SAM膜の除去する技術を参照:Daniel Rhinow and Norert A Hampp, IEEE Transactions on nanobioscience 5, No.3 (2006)。)
In the case of forming a patterned piezoelectric layer by the sol-gel method, the PZT precursor liquid in which the wettability of the base substrate is controlled is separately applied.
(A non-patent document 2 shows a phenomenon in which alkanethiol can be formed as a self-assembled monolayer (SAM) on an Au film, and a SAM is obtained by a microcontact printing method using this phenomenon. See A. Kumar and GM Whitesides, Appl. Phys. Lett., 63, 2002 (1993), also shown in Non-Patent Document 3. See techniques used for processes such as pattern transfer and subsequent etching. See the technique of removing SAM film by applying alkanethiol, decanethiol, MHDA, etc. on Au substrate to form SAM film and scanning with semiconductor laser: Daniel Rhinow and Norert A Hampp , IEEE Transactions on nanobioscience 5, No.3 (2006).)
なお、本発明では公知のフォトリソグラフィー・エッチングに代えてレーザ照射にてSAM膜を除去することに特徴を有するが、以下においては公知のフォトリソグラフィー・エッチングによる例(従来例)を説明し、レーザ照射にてSAM膜を除去する詳細については実施例において後述する。また、本発明では通常のゾルゲルプロセスに従ってPZT前駆体の熱処理を行うことに代えてレーザ照射にてPZT前駆体の熱処理を行うが、以下においては通常のゾルゲルプロセスに従ってPZT前駆体の熱処理を行う例(従来例)を説明し、レーザ照射にてPZT前駆体の熱処理を行う詳細については実施例において後述する。 Although the present invention is characterized in that the SAM film is removed by laser irradiation instead of the known photolithography etching, an example (conventional example) by the known photolithography etching will be described below. Details of removing the SAM film by irradiation will be described later in Examples. In the present invention, the PZT precursor is heat-treated by laser irradiation instead of performing the heat treatment of the PZT precursor according to the normal sol-gel process. (Conventional example) will be described, and details of performing heat treatment of the PZT precursor by laser irradiation will be described later in Examples.
白金族金属にチオールはSAM膜(撥液膜;疎水性)形成する。そこで先ず、下部電極にPtを用い、該下部電極全面にSAM処理を行う。このSAM膜上はアルキル基が配置しているので、疎水性になる。
次いで、公知のフォトリソグラフィー・エッチングにより、このSAM膜をパターニングする。このとき、レジスト剥離後も、パターン化SAM膜は残っているので、この部位は疎水性であり、SAMを除去した部位は白金表面なので親水性である。
そして、この表面エネルギーのコントラストを利用してPZT前駆体液の塗り分けをする。このとき、コントラストの程度にもよるが、PZT前駆体はスピンコート法で全面塗布してもパターン状に塗り分けられる場合もある。また、ドクターブレード塗工でも良く、ディップコートでも良く、PZT前駆体溶液の消費量を低減したい場合はインクジェット塗工でも良い。さらに同様に凸版印刷でも良い。
Thiol forms a SAM film (liquid repellent film; hydrophobic) on the platinum group metal. Therefore, first, Pt is used for the lower electrode, and SAM treatment is performed on the entire surface of the lower electrode. Since the alkyl group is arranged on the SAM film, it becomes hydrophobic.
Next, the SAM film is patterned by a known photolithography etching. At this time, since the patterned SAM film remains even after the resist is peeled off, this portion is hydrophobic, and the portion from which SAM is removed is hydrophilic because it is a platinum surface.
Then, the PZT precursor liquid is separately applied using this surface energy contrast. At this time, although depending on the degree of contrast, the PZT precursor may be applied separately in a pattern even when applied over the entire surface by spin coating. Further, doctor blade coating, dip coating, or inkjet coating may be used when it is desired to reduce the consumption of the PZT precursor solution. Similarly, letterpress printing may be used.
図2に3種の方法でアルカンチオールのSAM膜パターニングの方法を示す。
基板1の最表面はいうまでもなく、チオールとの反応性に優れた白金として説明する。
アルカンチオールは分子鎖長により反応性や疎水(撥水)性が異なるものの、炭素数C6からC18の分子を一般的な有機溶媒(アルコール、アセトン、トルエンなど)に溶解させる。このとき、アルカンチオールの濃度数は有機溶媒により2〜3モル/l程度に希釈して用いることが好ましいが、所望の膜厚、特性等に応じて適宜濃度を変更することを妨げるものではない。
この溶液中に基板1を浸漬させ、所定時間後に取り出した後、余剰な分子を溶媒で置換洗浄し乾燥することで白金表面にSAM膜2形成できる(図2中のB、B’’)。
図2中のCは、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト3をパターン形成し、ドライエッチングによりSAM膜2を除去し、加工に用いたレジストを除去してSAM膜2のパターニングを終える(図2中のD)。
B’は先にフォトレジスト3のパターンを形成し、SAM処理を行う。処理後の状態は、フォトレジスト3上にはSAM膜2は形成されず(図2中のC’)、レジストを除去すればSAM膜2のパターニングを終える。
B’’は先述のBと同じ工程を経て形成し、フォトマスク3を介して紫外線を照射することで未露光部にはSAM膜2が残り、露光部にはSAM膜2が消失する。
以上の結果、基板1上の所望の位置にSAM膜2が形成される(図2及び図3中のD)。
FIG. 2 shows SAM film patterning methods of alkanethiol by three methods.
Needless to say, the outermost surface of the substrate 1 is described as platinum excellent in reactivity with thiol.
Although alkanethiol has different reactivity and hydrophobicity (water repellency) depending on the molecular chain length, it dissolves C6 to C18 molecules in common organic solvents (alcohol, acetone, toluene, etc.). In this case, the concentration of alkanethiol is preferably diluted to about 2 to 3 mol / l with an organic solvent, but it does not preclude changing the concentration as appropriate according to the desired film thickness, characteristics, etc. .
After the substrate 1 is immersed in this solution and taken out after a predetermined time, the SAM film 2 can be formed on the platinum surface by replacing and cleaning the excess molecules with a solvent and drying (B, B ″ in FIG. 2).
C in FIG. 2 patterns the photoresist 3 by photolithography, removes the SAM film 2 by dry etching, removes the resist used for processing, and finishes patterning of the SAM film 2 (D in FIG. 2). ).
For B ′, the pattern of the photoresist 3 is first formed and SAM processing is performed. In the state after the processing, the SAM film 2 is not formed on the photoresist 3 (C ′ in FIG. 2), and the patterning of the SAM film 2 is completed when the resist is removed.
B ″ is formed through the same process as B described above, and the SAM film 2 remains in the unexposed area and the SAM film 2 disappears in the exposed area by irradiating ultraviolet rays through the photomask 3.
As a result, the SAM film 2 is formed at a desired position on the substrate 1 (D in FIGS. 2 and 3).
この後に第1のパターン化PZT前駆体塗膜を形成し(図3中のE)、通常のゾルゲルプロセスに従って熱処理を行う。前駆体熱処理温度は有機物の燃焼温度:500℃、PZT結晶化温度:700℃などの高温処理によりSAM膜2は消失する(図3中のF)。 Thereafter, a first patterned PZT precursor coating film is formed (E in FIG. 3), and heat treatment is performed according to a normal sol-gel process. The SAM film 2 disappears due to the high-temperature treatment such as the organic heat treatment temperature: 500 ° C. and the PZT crystallization temperature: 700 ° C. (F in FIG. 3).
2回目以降の工程は以下の理由から簡便化できる(図3中のD’〜F’参照)。
SAM膜は酸化物薄膜上には形成されないため、第1の処理によりPZT膜の無い(露出している)白金膜上のみにSAM膜が形成される。
従って、第1のパターン形成した試料にSAM処理を行い所望の位置にSAM膜2が形成された後(図3中のD’)、PZT前駆体液の塗り分け塗工を行い(図3中のE’)、熱処理を施す(図3中のF’)。
この操作を所望の膜厚になるまで繰り返すことで、所望の位置に所望の膜厚のPZTを形成することができる。なお、この方法によるパターン化はセラミックス膜厚が5μmの厚さまで好適に形成することができる。
The second and subsequent steps can be simplified for the following reasons (see D ′ to F ′ in FIG. 3).
Since the SAM film is not formed on the oxide thin film, the SAM film is formed only on the platinum film without (exposed) the PZT film by the first treatment.
Therefore, after the SAM treatment is performed on the first pattern-formed sample and the SAM film 2 is formed at a desired position (D ′ in FIG. 3), the PZT precursor liquid is separately applied (in FIG. 3). E ′) and heat treatment is performed (F ′ in FIG. 3).
By repeating this operation until a desired film thickness is obtained, PZT having a desired film thickness can be formed at a desired position. The patterning by this method can be suitably formed up to a ceramic film thickness of 5 μm.
この自己組織化現象を使うことが従来の技術とは異なる点である。
従来のSAM膜のパターン化とこれを利用した機能性色材(カラーフィルター、ポリマー有機EL、ナノメタル配線)のパターニングは1回のSAM処理と引き続き行われる機能性色材の配置で完了していたが、ゾルゲル法では一度に成膜出来る膜厚が少ないので、複数回繰り返す必要がある。ところが、毎回、フォトリソグラフィー・エッチングによるパターン化SAM膜の形成は工程が煩雑になる。
そこで、本発明では特にSAM膜が形成されない酸化物薄膜と、SAM膜が形成可能な(電気機械変換素子の構成要素である)下部電極と、を組み合せることで、煩雑な工程無しに厚膜化を初めて実現できたものである。
Using this self-organization phenomenon is different from the conventional technology.
Conventional SAM film patterning and patterning of functional color materials (color filters, polymer organic EL, nanometal wiring) using the same have been completed with one SAM treatment and subsequent functional color material placement. However, in the sol-gel method, the film thickness that can be formed at a time is small, so it is necessary to repeat the process multiple times. However, the process of forming the patterned SAM film by photolithography and etching is complicated each time.
Therefore, in the present invention, a thick film can be formed without a complicated process by combining an oxide thin film in which a SAM film is not particularly formed with a lower electrode capable of forming a SAM film (which is a constituent element of an electromechanical transducer). For the first time.
<下部電極42(基板1、第1の電極)>
下部電極42として用いられる材料は耐熱性かつアルカンチオールとの反応によりSAM膜を形成する金属が選ばれる。しかしながら、銅や銀はSAM膜を形成するが大気下中、500℃以上の熱処理により変質してしまうので用いることは出来ない。さらに、金は両条件を満たすものの、積層するPZT膜の結晶化に不利に働くので使えない。
そこで、下部電極に用いられる材料としては、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、の単金属や白金−ロジウムなどの白金を主成分とした他の白金族元素との合金材料もしくは白金族元素の酸化物、またはこれら数種の積層膜も有効である。
<Lower electrode 42 (substrate 1, first electrode)>
The material used for the lower electrode 42 is a metal that is heat resistant and forms a SAM film by reaction with alkanethiol. However, copper and silver form a SAM film, but cannot be used because they are altered by heat treatment at 500 ° C. or higher in the atmosphere. Furthermore, although gold satisfies both conditions, it cannot be used because it adversely affects the crystallization of the stacked PZT film.
Therefore, materials used for the lower electrode include platinum, rhodium, ruthenium, iridium, single metals, platinum-rhodium and other platinum group element alloy materials or platinum group element oxides. Alternatively, several kinds of laminated films are also effective.
<上部電極44(第2の電極)>
上部電極44は、厚さが例えば0.1μm程度の白金等によって形成されたものである。圧電体層と上部電極とは、下部電極と異なり、圧電体素子毎に独立して島状に形成されている。このような構成のもとに圧電体素子は、それぞれ独立して駆動するようになっている。
<Upper electrode 44 (second electrode)>
The upper electrode 44 is formed of platinum or the like having a thickness of about 0.1 μm, for example. Unlike the lower electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode are formed in an island shape independently for each piezoelectric element. Based on such a configuration, the piezoelectric elements are driven independently.
<振動板30>
シリコン基板上に配置する振動板30は厚さ数ミクロンで、シリコン酸化膜や窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、およびこれら各膜を積層した膜でも良い。また熱膨張差を考慮した酸化アルミニウム膜、ジルコニア膜などのセラミック膜でも良い。
これら材料は絶縁体である。下部電極42は圧電素子に信号入力する際の共通電極として電気的接続をするので、その下にある振動板30は絶縁体か、もしくは導体であれば絶縁処理を施して用いることになる。
シリコン系絶縁膜は熱酸化膜、CVD堆積膜を用い、金属酸化膜はスパッタリング法で成膜することが出来る。
<Vibration plate 30>
The vibration plate 30 disposed on the silicon substrate may be several microns thick, and may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a film in which these films are stacked. Further, a ceramic film such as an aluminum oxide film or a zirconia film in consideration of the thermal expansion difference may be used.
These materials are insulators. Since the lower electrode 42 is electrically connected as a common electrode when a signal is input to the piezoelectric element, the diaphragm 30 under the lower electrode 42 is an insulator or a conductor and is used after being subjected to an insulation treatment.
As the silicon-based insulating film, a thermal oxide film or a CVD deposited film can be used, and the metal oxide film can be formed by a sputtering method.
<密着層41>
これら振動板30上に白金族下部電極42を配置する場合、膜密着力を強めるための密着層41が必要となる。密着層41として可能な材料はチタン、タンタル、酸化チタン、酸化タンタル、窒化チタン、窒化タンタルやこれら積層膜が有効である。
<Adhesion layer 41>
When the platinum group lower electrode 42 is disposed on these diaphragms 30, an adhesion layer 41 for increasing the film adhesion force is required. Possible materials for the adhesion layer 41 include titanium, tantalum, titanium oxide, tantalum oxide, titanium nitride, tantalum nitride, and laminated films thereof.
<圧力室21、圧力室基板(Si基板)20>
圧力室21は、ノズル11が連通してなり、圧力室基板20(側面を構成)、ノズル板10(下面を構成)、振動板30(上面を構成)で区画されてなる。そして、振動板30を介して圧力室21内の液体を加圧するための積層型圧電体層43が設けられる。
圧力室基板20はシリコンウェハなどで構成され、従来技術であるエッチングなどの工法で形成される。
<Pressure chamber 21, pressure chamber substrate (Si substrate) 20>
The pressure chamber 21 communicates with the nozzle 11 and is partitioned by a pressure chamber substrate 20 (which constitutes a side surface), a nozzle plate 10 (which constitutes a lower surface), and a vibration plate 30 (which constitutes an upper surface). A laminated piezoelectric layer 43 for pressurizing the liquid in the pressure chamber 21 via the vibration plate 30 is provided.
The pressure chamber substrate 20 is composed of a silicon wafer or the like, and is formed by a conventional technique such as etching.
<ノズル板10、ノズル11>
ノズル11はノズル板10に直線状に2列に並べて形成されている。このノズル板10は例えばNi電鋳などで形成したものを用いているが、これに限るものではない。
<Nozzle plate 10 and nozzle 11>
The nozzles 11 are formed in two rows on the nozzle plate 10 in a straight line. The nozzle plate 10 is formed by, for example, Ni electroforming, but is not limited thereto.
<インクジェット塗布装置>
図4はインクジェット塗布装置を説明するための斜視図である。図4において架台200の上に、Y軸駆動手段201が設置してありその上に基板202を搭載するステージ203がY軸方向に駆動できるように設置されている。なおステージ203には図示されていない真空、静電気などの吸着手段が付随しており基板202が固定されている。
またX軸支持部材204にはX軸駆動手段205が取り付けられており、これにZ軸駆動手段211上に搭載されたヘッドベース206が取り付けられており、X軸方向に移動できるようになっている。ヘッドベース206の上にはインクを吐出させるインクジェットヘッド208が搭載されている。このインクジェットヘッドには図示されていない各インクタンクから各々着色樹脂インク供給用パイプ210からインクが供給される。
そして、インクジェットヘッド208から吐出されたインクを、レーザヘッド212を用いて加熱、結晶化できる。さらに、このレーザヘッド212はSAM膜の除去工程においても使用される。
<Inkjet coating device>
FIG. 4 is a perspective view for explaining the ink jet coating apparatus. In FIG. 4, a Y-axis driving unit 201 is installed on a gantry 200, and a stage 203 on which a substrate 202 is mounted is installed on the platform 200 so as to be driven in the Y-axis direction. The stage 203 is accompanied by suction means such as vacuum and static electricity not shown, and the substrate 202 is fixed.
An X-axis drive unit 205 is attached to the X-axis support member 204, and a head base 206 mounted on the Z-axis drive unit 211 is attached to the X-axis support member 204, so that it can move in the X-axis direction. Yes. An ink jet head 208 that discharges ink is mounted on the head base 206. The ink jet head is supplied with ink from a colored resin ink supply pipe 210 from each ink tank (not shown).
Then, the ink ejected from the inkjet head 208 can be heated and crystallized using the laser head 212. Further, the laser head 212 is also used in the SAM film removal process.
以下、本発明の特徴となるレーザ照射によりSAM膜を除去する工程およびレーザ照射にてPZT前駆体の熱処理を行う工程について説明する。
(実施例1)
本発明ではSAM膜のパターニングにおいて、公知のフォトリソグラフィー・エッチング法ではなく、レーザ照射によってSAM膜を除去する。
図5は基板上のSAM膜(撥液膜)をレーザ光源によってパターニングを行う工程を表している。長方形のスポット形状は一般的に、ファイバーカップリングやレーザスタックといった装置を用い、アパーチャーを通して形成することができる。その概略図を図6に示す。さらに、ビームホモジナイザーを用いてトップハットのビームプロファイルを得ることができる。
Hereinafter, a process of removing the SAM film by laser irradiation and a process of heat-treating the PZT precursor by laser irradiation, which are features of the present invention, will be described.
Example 1
In the present invention, in patterning the SAM film, the SAM film is removed by laser irradiation instead of the known photolithography etching method.
FIG. 5 shows a process of patterning the SAM film (liquid repellent film) on the substrate with a laser light source. The rectangular spot shape can generally be formed through an aperture using an apparatus such as a fiber coupling or a laser stack. A schematic diagram thereof is shown in FIG. Furthermore, a beam profile of a top hat can be obtained using a beam homogenizer.
このレーザ光源(撥液膜除去手段)を用いて基板上にパルス照射を行うことにより、照射領域のみが加熱され、SAM膜を除去する(所望の形状の撥液膜除去部位を形成する)ことができる。ここで述べたパルス照射とは、所定の位置に一定時間留まって光が照射されている状態を表す。また、わずかにスポットが移動したとしても、移動距離xがスポット形状の幅wに対してx≪wであれば、これもパルス照射とする。 By performing pulse irradiation on the substrate using this laser light source (liquid repellent film removing means), only the irradiated region is heated and the SAM film is removed (forms a liquid repellent film removal portion having a desired shape). Can do. The pulse irradiation described here represents a state in which light is irradiated while staying at a predetermined position for a certain time. Even if the spot moves slightly, if the moving distance x is x << w with respect to the width w of the spot shape, this is also pulse irradiation.
図5に示す例では、親水部は幅50μm、長さ1mmの長方形が等間隔に並ぶことになる。スポット形状の小さなレーザ光源を用いて長さ方向にスキャニングを行うと、レーザやステージの精度から、きれいな長方形にはならず、図7のように端部が太くなってしまうことがあるが、矩形(長方形)のスポット形状のレーザを用いることで、所望のSAM膜パターンを得ることができる。 In the example shown in FIG. 5, the hydrophilic portion has a rectangular shape with a width of 50 μm and a length of 1 mm arranged at equal intervals. If scanning is performed in the length direction using a laser light source with a small spot shape, it may not be a clean rectangle due to the accuracy of the laser or stage, but the end may become thick as shown in FIG. By using a (rectangular) spot-shaped laser, a desired SAM film pattern can be obtained.
また、照射される基板の材料によっては熱拡散が懸念されることもあるため、所望のSAM膜パターンと同一形状よりもわずかに小さなスポット形状(同一よりも小さい形状)のレーザ光源を用いることにより、照射領域よりもわずかに広い領域のSAM膜が除去され、結果的に所望のパターンが得られることになる。 Further, depending on the material of the substrate to be irradiated, there is a concern about thermal diffusion. Therefore, by using a laser light source having a spot shape (smaller than the same shape) slightly smaller than the same shape as the desired SAM film pattern. The SAM film in a region slightly wider than the irradiation region is removed, and as a result, a desired pattern is obtained.
レーザ光源によってSAM膜のパターニングが行われた後、図4のインクジェット装置を用いてインクジェット法によってPZTの前駆体溶液を塗布し(機能性インク付与手段)、レーザによって加熱を行う(機能性インク加熱・結晶化手段)。このとき液滴の吐出量を調整することで所望の機能性薄膜(前駆体溶液加熱・結晶化後の膜)の形状と膜厚とを得ることができる。 After patterning the SAM film with a laser light source, a precursor solution of PZT is applied by an ink jet method using the ink jet apparatus shown in FIG. 4 (functional ink application means), and heated by a laser (functional ink heating). -Crystallization means). At this time, the shape and thickness of a desired functional thin film (film after heating and crystallization of the precursor solution) can be obtained by adjusting the discharge amount of the droplets.
PZTの前駆体溶液が塗布された領域はレーザ光源のスポット形状と同じ形状をしていることになる。よって、SAM膜の除去に用いたレーザ光源を用いてパルス照射を行うことにより、PZTが塗布された部分のみを均一に加熱することができる。スポット形状の小さなレーザで照射するとPZT膜内で温度分布ができクラックなどが生じるが、PZT膜と同じ形状を用いることで、この問題が解消される。また、SAM膜に対して照射しないため、続けて図4のインクジェット装置を用いてインクジェット法によりPZT前駆体を塗布することができる。 The region to which the PZT precursor solution is applied has the same shape as the spot shape of the laser light source. Therefore, only the portion coated with PZT can be uniformly heated by performing pulse irradiation using the laser light source used for removing the SAM film. Irradiation with a laser having a small spot shape causes a temperature distribution in the PZT film and causes cracks, but this problem is solved by using the same shape as the PZT film. In addition, since the SAM film is not irradiated, the PZT precursor can be applied by the ink jet method using the ink jet apparatus shown in FIG.
また、図には示していないが、スピンコートにより基板全面にPZT前駆体を塗布し、同様のレーザ光源を用いてパルス照射を行うことによりPZT膜を形成し、乾燥していない部分はウェットエッチングなどで除去することにより、インクジェット法の場合と同様のパターンを得ることもできる。 Although not shown in the figure, a PZT precursor is applied to the entire surface of the substrate by spin coating, and a PZT film is formed by performing pulse irradiation using a similar laser light source. The same pattern as in the case of the ink jet method can be obtained by removing with the above.
(繰り返し処理の実施例)
図4のインクジェット装置を用いてインクジェット法により、繰り返し同じ場所に液滴を吐出、レーザ照射することで重ね塗りを行うことができた。
(Example of repeated processing)
By using the ink jet apparatus of FIG. 4 and the ink jet method, droplets were repeatedly ejected to the same place and laser irradiation was performed, so that overcoating could be performed.
(厚膜化の実施例)
先記工程を15回繰り返し500nmの膜を得た。このとき作製された膜にクラックなどの不良は生じなかった。
さらに15回のPZT前駆体の選択塗布及びしかる後のレーザ照射を行い、結晶化処理をした。膜にクラックなどの不良は生じなかった。膜厚は1000nmに達した。
(Example of thickening)
The previous step was repeated 15 times to obtain a 500 nm film. No defects such as cracks occurred in the film produced at this time.
Further, selective coating of the PZT precursor 15 times and subsequent laser irradiation were performed to perform crystallization treatment. Defects such as cracks did not occur in the film. The film thickness reached 1000 nm.
このパターン化膜に上部電極(白金)を成膜し電気特性、電気機械変換能(圧電定数)の評価を行った。
膜の比誘電率は1220、誘電損失は0.02、残留分極は19.3μC/cm2、抗電界は36.5kV/cmであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持つ(P−Eヒステリシス曲線は図8に示す。)。
An upper electrode (platinum) was formed on this patterned film, and electrical characteristics and electromechanical conversion ability (piezoelectric constant) were evaluated.
The relative dielectric constant of the film is 1220, the dielectric loss is 0.02, the remanent polarization is 19.3 μC / cm 2 , the coercive electric field is 36.5 kV / cm, and the characteristics are the same as those of a normal ceramic sintered body (P -E hysteresis curve is shown in FIG.
電気機械変換能は電界印加による変形量をレーザドップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。その圧電定数d31は−120pm/Vとなり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であった。これは液体吐出ヘッドとして十分設計できうる特性値である。 The electromechanical conversion capacity was calculated from the amount of deformation caused by the application of an electric field with a laser Doppler vibrometer and fitting by simulation. The piezoelectric constant d31 was −120 pm / V, which was also the same value as the ceramic sintered body. This is a characteristic value that can be sufficiently designed as a liquid discharge head.
(比較例1)
シリコンウェハに熱酸化膜(膜厚1μm)を形成し、密着層としてチタン膜(膜厚50nm)をスパッタ成膜した。引続き下部電極として白金膜(膜厚200nm)をスパッタ成膜した。
(Comparative Example 1)
A thermal oxide film (film thickness 1 μm) was formed on a silicon wafer, and a titanium film (film thickness 50 nm) was formed by sputtering as an adhesion layer. Subsequently, a platinum film (thickness: 200 nm) was formed by sputtering as the lower electrode.
アルカンチオールにCH3(CH2)6−SHを用い、濃度0.01モル/l(溶媒:イソプロピルアルコール)溶液に浸漬させ、SAM処理を行った。その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥後、パターニングの工程に移る。 SAM treatment was performed by using CH 3 (CH 2 ) 6 -SH in alkanethiol and immersing it in a 0.01 mol / l (solvent: isopropyl alcohol) solution. Then, after washing and drying with isopropyl alcohol, the process proceeds to a patterning process.
SAM処理後の疎水性は接触角測定を行い、SAM膜上での水の接触角は92.2°であった。一方、SAM処理前の白金スパッタ膜の水の接触角は5°以下(完全濡れ)であり、SAM膜処理がなされたことがわかる。
なお、図9にSAM膜形成部位における水の接触角測定の写真およびSAM膜除去部位における水の接触角測定の写真を示す。
The hydrophobicity after the SAM treatment was measured by a contact angle, and the contact angle of water on the SAM film was 92.2 °. On the other hand, the water contact angle of the platinum sputtered film before the SAM treatment is 5 ° or less (complete wetting), indicating that the SAM film treatment has been performed.
FIG. 9 shows a photograph of water contact angle measurement at the SAM film formation site and a water contact angle measurement photograph at the SAM film removal site.
東京応化社製フォトレジスト(TSMR8800)をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、酸素プラズマ処理を行い露出部のSAM膜を除去した。処理後の残渣レジストはアセトンにて溶解除去し、同様の接触角評価を行ったところ、除去部では5°以下(完全濡れ)、レジストでカバーされていた部位のそれは92.4°の値を示し、SAM膜のパターン化がなされたことを確認した。 A photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) was formed by spin coating, a resist pattern was formed by ordinary photolithography, and oxygen plasma treatment was then performed to remove the exposed SAM film. The residual resist after the treatment was dissolved and removed with acetone, and the same contact angle evaluation was performed. As a result, the removed portion was 5 ° or less (completely wet), and the portion covered with the resist had a value of 92.4 °. It was confirmed that the SAM film was patterned.
他方式のパターニングとして、同様のレジストワークによりあらかじめレジストパターンを形成し、同様のSAM膜処理を実施後、アセトンにてレジストを除去し、接触角を測定した。レジストカバーされた白金膜上の接触角は5°以下(完全濡れ)、他の部位のそれは92.0°となり、SAM膜のパターン化がなされたことを確認した。 As another type of patterning, a resist pattern was previously formed with the same resist work, and after the same SAM film treatment, the resist was removed with acetone, and the contact angle was measured. The contact angle on the resist-covered platinum film was 5 ° or less (complete wetting), and that at other sites was 92.0 °, confirming that the SAM film was patterned.
もうひとつの他方式として、シャドウマスクを用いた紫外線照射を行った。用いた紫外線はエキシマランプによる波長176nmの真空紫外光を10分間照射した。照射部の接触角は5°以下(完全濡れ)、未照射部のそれは92.2°でありSAM膜のパターン化がなされたことを確認した。 As another method, ultraviolet irradiation using a shadow mask was performed. The ultraviolet rays used were irradiated with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 176 nm from an excimer lamp for 10 minutes. The contact angle of the irradiated portion was 5 ° or less (complete wetting), and that of the unirradiated portion was 92.2 °, confirming that the SAM film was patterned.
圧電体層としてPZT(53/47)を成膜する。前駆体塗布液の合成は、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学量論組成に対し鉛量を10モル%過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。 PZT (53/47) is formed as a piezoelectric layer. For the synthesis of the precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and isopropoxide zirconium were used as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is 10 mol% excess relative to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment.
イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでPZT前駆体溶液を合成した。このPZT濃度は0.1モル/lにした。
一度のゾルゲル成膜で得られる膜厚は100nmが好ましく、前駆体濃度は成膜面積と前駆体塗布量の関係から適正化される(従って0.1モル/lに限定されるものではない)。
Isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium were dissolved in methoxyethanol, the alcohol exchange reaction and the esterification reaction were advanced, and the PZT precursor solution was synthesized by mixing with the methoxyethanol solution in which the lead acetate was dissolved. The PZT concentration was 0.1 mol / l.
The film thickness obtained by a single sol-gel film formation is preferably 100 nm, and the precursor concentration is optimized from the relationship between the film formation area and the amount of applied precursor (thus not limited to 0.1 mol / l). .
この前駆体溶液を先のパターン化SAM膜上に図4のインクジェット装置を用いてインクジェット法で塗布(図3中のE)した。インクジェット法によりSAM膜上には液滴を吐出せず親水部のみ吐出することで接触角のコントラストにより親水部上にのみ塗膜ができた。この塗膜に対してレーザを照射することで、結晶化を行い、図3中のFに示すものを得た。 This precursor solution was applied on the patterned SAM film by the ink jet method using the ink jet apparatus shown in FIG. 4 (E in FIG. 3). By discharging only the hydrophilic portion without discharging droplets on the SAM film by the ink jet method, a coating film was formed only on the hydrophilic portion due to the contact angle contrast. Crystallization was performed by irradiating the coating film with a laser, and a film indicated by F in FIG. 3 was obtained.
(実施例2)
実施例1及び比較例1では、圧電体層の形成時にインクジェット法を用いたが、電極膜として白金やSrRuO3やLaNiO3などの酸化物を溶媒に溶かし、図4のインクジェット装置を用いてインクジェット法で塗布、レーザ照射することで圧電体層と同様に電極膜も形成することができる。しかし、SAM膜の形成材料として、上記ではアルカンチオールを用いていたが、SiO2などの酸化物上にSAM膜を形成させる場合には、シランカップリング剤を用いなければならない。
ここからは圧電体の場合と同様に、フォトリソ・エッチングやレーザなどを用いてSAM膜をパターニングし、親液部に図4のインクジェット装置を用いてインクジェット法にて電極を塗布し、加熱して結晶化を繰り返すことで電極膜(下部電極及び上部電極)を形成した。
(Example 2)
In Example 1 and Comparative Example 1, the ink jet method was used when forming the piezoelectric layer. However, an oxide such as platinum, SrRuO 3, or LaNiO 3 was dissolved in a solvent as an electrode film, and ink jet was performed using the ink jet apparatus of FIG. The electrode film can be formed in the same manner as the piezoelectric layer by coating and laser irradiation. However, although alkanethiol has been used as a material for forming the SAM film, a silane coupling agent must be used when forming the SAM film on an oxide such as SiO 2 .
From here, as in the case of the piezoelectric body, the SAM film is patterned using photolithography, etching, laser, etc., and the electrodes are applied to the lyophilic portion by the ink jet method using the ink jet apparatus of FIG. Electrode films (lower electrode and upper electrode) were formed by repeating crystallization.
さらに、図4に示すインクジェット塗布装置を用いて、PZT膜上の必要な部分のみに白金を塗布し上部電極の形成を行った。塗布するときにはPZT前駆体を塗布したときと同様に接触角のコントラストを利用して塗布領域を規定した。上部電極は短絡を防止するためにPZT膜パターンより小さい領域に塗布する必要があるためにPZT膜上にも撥水部を設ける必要がある。そのため本実施例では白金を形成しない部分にレジストをパターニングして塗布を行い、120℃で白金を乾燥処理した後にレジストを剥離して最終的に250℃で焼結した。焼成後の膜厚は0.5ミクロンであり、比抵抗は5×10-6オームセンチであった。 Furthermore, using the inkjet coating apparatus shown in FIG. 4, platinum was apply | coated only to the required part on a PZT film | membrane, and the upper electrode was formed. When coating, the coating area was defined using the contact angle contrast in the same manner as when the PZT precursor was coated. Since it is necessary to apply the upper electrode to a region smaller than the PZT film pattern in order to prevent a short circuit, it is necessary to provide a water repellent part also on the PZT film. Therefore, in this example, a resist was patterned and applied to a portion where platinum was not formed, and after drying the platinum at 120 ° C., the resist was peeled off and finally sintered at 250 ° C. The film thickness after firing was 0.5 microns, and the specific resistance was 5 × 10 −6 ohm centimeters.
(実施例3)
図1に1ノズルの液体吐出ヘッド構成を示す。また図10にこれらを複数個配置したものを示す。本発明によれば、図1及び図10中に示す電気機械変換素子40が簡便な製造工程で(かつバルクセラミックスと同等の性能を持つように)形成でき、その後の圧力室形成のための裏面からのエッチング除去、ノズル孔を有するノズル板を接合することで液体吐出ヘッドができる。
なお、図1及び図10中には液体供給手段、流路、流体抵抗についての記述は略した。
(Example 3)
FIG. 1 shows the configuration of a one-nozzle liquid discharge head. FIG. 10 shows the arrangement of a plurality of these. According to the present invention, the electromechanical transducer 40 shown in FIGS. 1 and 10 can be formed by a simple manufacturing process (and so as to have performance equivalent to that of bulk ceramics), and the back surface for subsequent pressure chamber formation. The liquid discharge head can be formed by removing the etching from the substrate and joining the nozzle plate having the nozzle holes.
In FIG. 1 and FIG. 10, descriptions of the liquid supply means, the flow path, and the fluid resistance are omitted.
(実施例4)
次に、本発明に係るインクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)を搭載したインクジェット記録装置の一例について図11及び図12を参照して説明する。なお、図11はインクジェット記録装置の斜視説明図、図12はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
Example 4
Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet head (liquid discharge head) according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11 is a perspective explanatory view of the ink jet recording apparatus, and FIG. 12 is a side explanatory view of a mechanism portion of the ink jet recording apparatus.
このインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド94、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ95等で構成される印字機構部82等を収納し、装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができ、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。 The ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81, a recording head 94 including an ink jet head mounted on the carriage according to the present invention, an ink cartridge 95 for supplying ink to the recording head, and the like. A sheet feeding cassette (or a sheet feeding tray) 84 on which a large number of sheets 83 can be stacked from the front side is detachable in the lower portion of the apparatus main body 81. The manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be opened, the paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and the printing mechanism section After a required image is recorded by 82, it is discharged to a discharge tray 86 mounted on the rear side.
印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド94を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ93にはヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。 The printing mechanism 82 holds a carriage 93 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), black (Bk) A head 94 comprising an ink jet head according to the present invention for ejecting ink droplets of each color has a plurality of ink ejection openings (nozzles) as the main scanning direction. They are arranged in the intersecting direction and mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. In addition, each ink cartridge 95 for supplying ink of each color to the head 94 is replaceably mounted on the carriage 93.
インクカートリッジ95は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド94を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。 The ink cartridge 95 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside, and the capillary force of the porous body. Thus, the ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure. Further, although the heads 94 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.
ここで、キャリッジ93は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装し、このタイミングベルト100をキャリッジ93に固定しており、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。 Here, the carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing. In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by a main scanning motor 97, and the timing belt 100 is moved to the carriage 93. The carriage 93 is driven to reciprocate by forward and reverse rotation of the main scanning motor 97.
一方、給紙カセット84にセットした用紙83をヘッド94の下方側に搬送するために、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101及びフリクションパッド102と、用紙83を案内するガイド部材103と、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104と、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105及び搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106とを設けている。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。 On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the paper feed cassette 84 to the lower side of the head 94, the paper feed roller 101 and the friction pad 102 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84 and the paper 83 are guided. A guide member 103, a transport roller 104 that reverses and transports the fed paper 83, a transport roller 105 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 104, and a leading end that defines a feed angle of the paper 83 from the transport roller 104 A roller 106 is provided. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.
そして、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材109を設けている。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設け、さらに用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115,116とを配設している。 A printing receiving member 109 is provided as a paper guide member that guides the paper 83 sent from the transport roller 104 below the recording head 94 in accordance with the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction. A conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send the paper 83 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 109 in the paper conveyance direction, and the paper 83 is further delivered to the paper discharge tray 86. A roller 113 and a spur 114, and guide members 115 and 116 that form a paper discharge path are disposed.
記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。 At the time of recording, the recording head 94 is driven according to the image signal while moving the carriage 93, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 83 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 83 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.
また、キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ93は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段でヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。 Further, a recovery device 117 for recovering defective ejection of the head 94 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby and the head 94 is capped by the capping means, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド94の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。 When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 94 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port with the suction unit through the tube. Is removed by the cleaning means to recover the ejection failure. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。 As described above, since the inkjet head embodying the present invention is mounted in this inkjet recording apparatus, there is no ink droplet ejection failure due to vibration plate drive failure, stable ink droplet ejection characteristics are obtained, and image quality is improved. improves.
以上のように、本発明によれば、任意のスポット形状を持つレーザ光源をパルス照射することで、そのスポット形状と同等の親液領域を得ることができる。
また、SAM膜除去工程ではなく、機能性薄膜の加熱工程において、レーザ光源のスポット形状が機能性薄膜と同じ形状を有しているので、機能性薄膜を均一に加熱することができるため、緻密な膜を形成することができる。さらに、SAM膜を加熱することがないため、機能性薄膜を加熱してもSAM膜は除去されず、続けて機能性インクの塗布ができるので、大幅なタクトタイムの軽減が得られる。またさらに、基板全面に塗布されたSAM膜に対して照射することにより、後の工程で機能性インクを塗布する領域をパターニングすることができ、マスクやランプが必要なくなる。
また、トップハットのビームプロファイルを持ち、狙いの親液領域と同じ形状のスポット形状か、熱拡散を考慮して小さめのスポット形状のレーザ光源を用いることで、所望のSAM膜パターニングが可能となるため好ましい。
さらに、インクジェット法による液滴吐出による液滴量の調整が可能になっていることに加えて、レーザの強度、照射タイミングを調整することで所望の膜厚、パターニングを得ることができる。
そして、第2の電極を配置することで、電気機械変換素子としての働きを持つ事ができるようになり、またこれをインクジェット法で行うことでコストの低減を得ることができる。さらに、より好ましい材料を用いることにより、電気機械変換素子としての性能を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, a lyophilic region equivalent to the spot shape can be obtained by irradiating a laser light source having an arbitrary spot shape with pulses.
In addition, in the functional thin film heating step, not the SAM film removal step, the spot shape of the laser light source has the same shape as the functional thin film, so that the functional thin film can be heated uniformly. A simple film can be formed. Further, since the SAM film is not heated, even if the functional thin film is heated, the SAM film is not removed and the functional ink can be applied continuously, so that the tact time can be greatly reduced. Furthermore, by irradiating the SAM film applied to the entire surface of the substrate, a region to which the functional ink is applied can be patterned in a later process, and a mask or a lamp is not necessary.
Also, a desired SAM film patterning can be achieved by using a laser light source having a top hat beam profile and the same spot shape as the target lyophilic region or a smaller spot shape in consideration of thermal diffusion. Therefore, it is preferable.
Furthermore, in addition to being able to adjust the amount of droplets by ejecting droplets by the inkjet method, it is possible to obtain a desired film thickness and patterning by adjusting the laser intensity and irradiation timing.
By disposing the second electrode, it can function as an electromechanical conversion element, and cost reduction can be obtained by performing this by an ink jet method. Furthermore, the performance as an electromechanical conversion element can be improved by using a more preferable material.
1:基板、2:SAM膜、3:フォトレジスト、4:疎水部、5:親水部、
10:ノズル板、11:ノズル、20:圧力室基板、21:圧力室、30振動板、40:電気機械変換素子、41:密着層、42:下部電極、43:電気機械変換膜、44:上部電極、
81:装置本体、82:印字機構部82、83:用紙、84:給紙カセット、85:手差しトレイ、86:排紙トレイ、
91:主ガイドロッド、92:従ガイドロッド、93:キャリッジ、94:ヘッド、
95:インクカートリッジ、97:主走査モータ、98:駆動プーリ、99:従動プーリ
100:タイミングベルト、101:給紙ローラ、102:フリクションパッド、103:ガイド部材
104:搬送ローラ、105:搬送コロ、106:先端コロ、107:副走査モータ
109:印写受け部材、111:搬送コロ、112:拍車、113:排紙ローラ、
114:拍車、115,116:ガイド部材、117:回復装置
200:架台、201:Y軸駆動手段、202:基板、
203:ステージ、204:X軸支持部材、205:X軸駆動手段、
206:ヘッドベース、208:インクジェットヘッド、210:供給用パイプ、
212:レーザヘッド
1: substrate, 2: SAM film, 3: photoresist, 4: hydrophobic part, 5: hydrophilic part,
10: Nozzle plate, 11: Nozzle, 20: Pressure chamber substrate, 21: Pressure chamber, 30 diaphragm, 40: Electromechanical conversion element, 41: Adhesion layer, 42: Lower electrode, 43: Electromechanical conversion film, 44: Upper electrode,
81: apparatus main body, 82: printing mechanism 82, 83: paper, 84: paper feed cassette, 85: manual feed tray, 86: paper discharge tray,
91: main guide rod, 92: sub guide rod, 93: carriage, 94: head,
95: Ink cartridge, 97: Main scanning motor, 98: Drive pulley, 99: Driven pulley 100: Timing belt, 101: Feed roller, 102: Friction pad, 103: Guide member 104: Transport roller, 105: Transport roller, 106: tip roller, 107: sub-scanning motor 109: printing receiving member, 111: transport roller, 112: spur, 113: paper discharge roller,
114: spur, 115, 116: guide member, 117: recovery device 200: mount, 201: Y-axis drive means, 202: substrate
203: Stage, 204: X-axis support member, 205: X-axis drive means,
206: Head base, 208: Inkjet head, 210: Pipe for supply,
212: Laser head
Claims (3)
前記基板上に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
矩形のスポット形状のレーザ光によりパルス照射を行い、前記撥液膜の一部を除去して所望の形状の撥液膜除去部位を形成する撥液膜除去工程と、
前記基板上における前記撥液膜除去部位にインクジェット法により前記機能性インクを付与する機能性インク付与工程と、
前記撥液膜除去工程で用いた前記スポット形状の前記レーザ光により前記機能性インクを加熱して結晶化させて所望の形状の機能性薄膜を形成する機能性インク加熱・結晶化工程と、を備え、
前記撥液膜除去工程及び機能性インク加熱・結晶化工程に用いられる前記レーザ光の形状は、前記機能性薄膜の形状と同一形状あるいは同一よりも小さい形状であると共に、
前記機能性インク付与工程と機能性インク加熱・結晶化工程を繰り返すことにより前記薄膜を形成することを特徴とする薄膜製造方法。 A thin film manufacturing method for forming a thin film in which a functional ink made of a metal complex oxide is crystallized on a substrate,
Forming a liquid repellent film on the substrate;
A liquid repellent film removing step of performing pulse irradiation with a rectangular spot-shaped laser beam and removing a part of the liquid repellent film to form a liquid repellent film removal portion of a desired shape;
A functional ink imparting step of imparting a pre-Symbol functional ink Ri by the ink jet method on the liquid repellent film removal site in the substrate,
A functional ink heating and crystallization step in which the functional ink is heated and crystallized by the spot-shaped laser beam used in the liquid repellent film removing step to form a functional thin film having a desired shape; Prepared,
The shape of the laser beam used in the liquid repellent film removal step and the functional ink heating / crystallization step is the same shape as the functional thin film or a shape smaller than the same,
A thin film manufacturing method comprising forming the thin film by repeating the functional ink application step and the functional ink heating / crystallization step.
前記基板は、親水性であり、
前記機能性インクは、前記撥液膜上には付与されず、前記基板上のみに付与されることを特徴とする請求項1に記載の薄膜製造方法。 The liquid repellent film is hydrophobic,
The substrate is hydrophilic;
The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the functional ink is not applied on the liquid-repellent film but only on the substrate.
前記薄膜は、電気機械変換膜であることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜製造方法。 The functional ink is a precursor ink,
The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the thin film is an electromechanical conversion film.
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