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WO2017203995A1 - 圧電素子の製造方法およびインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

圧電素子の製造方法およびインクジェットヘッドの製造方法 Download PDF

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WO2017203995A1
WO2017203995A1 PCT/JP2017/017913 JP2017017913W WO2017203995A1 WO 2017203995 A1 WO2017203995 A1 WO 2017203995A1 JP 2017017913 W JP2017017913 W JP 2017017913W WO 2017203995 A1 WO2017203995 A1 WO 2017203995A1
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WO
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thin film
piezoelectric thin
substrate
manufacturing
piezoelectric
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PCT/JP2017/017913
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English (en)
French (fr)
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江口　秀幸
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Priority to EP17802589.6A priority patent/EP3467890B1/en
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    • B41J2202/03—Specific materials used

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric element manufacturing method and an inkjet head manufacturing method.
  • piezoelectric materials have been used as electromechanical transducers for application to drive elements and sensors.
  • Such a piezoelectric body is expected to be applied to MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) elements by forming it as a thin film on a substrate such as silicon (Si).
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • Such a MEMS element is used, for example, as an actuator for an inkjet head.
  • a pressure chamber for containing ink is formed on a substrate, and a piezoelectric thin film is formed on the substrate via an insulating film, an electrode, or the like.
  • the height (depth) of the pressure chamber is, for example, 50 to 300 ⁇ m.
  • the initial thickness of the substrate is, for example, 400 to 700 ⁇ m. Therefore, it is necessary to polish the substrate so that the height of the pressure chamber can be obtained.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a conventional inkjet head that performs post-polishing.
  • an SOI (Silicon-on-Insulator) substrate 101 is prepared as a substrate.
  • the SOI substrate 101 is a substrate having a structure in which an oxide film 101c is sandwiched between two silicon (Si) substrates 101a and 101b.
  • the SOI substrate 101 is thermally oxidized to form oxide films 102a and 102b on the front and back surfaces of the SOI substrate 101, respectively.
  • the lower electrode 103 and the piezoelectric thin film 104 are formed in this order on the oxide film 102a.
  • a mask 105 is formed on the piezoelectric thin film 104, and the piezoelectric thin film 104 is patterned. That is, portions other than the portion covered with the mask 105 in the piezoelectric thin film 104 are removed by etching. Thereafter, an upper electrode 106 is formed on the lower electrode 103 so as to cover the piezoelectric thin film 104.
  • a mask 107 is formed on the upper electrode 106, and the upper electrode 106 is patterned. That is, portions other than the portion covered with the mask 107 in the upper electrode 106 are removed by etching. Thereafter, the back surface of the SOI substrate 101 is polished to thin the SOI substrate 101 (post-polishing). Then, a mask 108 is formed on the back surface of the SOI substrate 101, and portions other than the portion covered with the mask 108 in the SOI substrate 101 are removed by etching to form a pressure chamber 109. Thereby, the piezoelectric element 110 as an actuator is obtained. Finally, the inkjet substrate 200 is completed by bonding the SOI substrate 101 and the nozzle substrate 120 with an adhesive or the like. At this time, both substrates are bonded so that the pressure chamber 109 of the SOI substrate 101 and the nozzle hole 120a of the nozzle substrate 120 communicate with each other.
  • Patent Document 1 a technique for manufacturing an inkjet head by post-polishing is also disclosed in Patent Document 1, for example.
  • JP 2002-316417 A see claims 1 and 15, paragraphs [0037], [0038], [0087], FIG. 5 (d), etc.)
  • a load (shear stress) is applied in the direction along the surface of the SOI substrate 101 at the edge 104a of the patterned piezoelectric thin film 104 (the polishing direction is SOI).
  • the polishing direction is SOI.
  • the adhesion between the edge 104 of the patterned piezoelectric thin film 104 and the lower electrode 103 underneath it tends to be lowered.
  • the edge 104a of the piezoelectric thin film 104 is easily peeled off from the lower layer, and the reliability of the piezoelectric element 110 and thus the inkjet head 200 is lowered.
  • the pyrochlore phase which is a metastable layer, is present in the crystal of the piezoelectric thin film 104
  • the pyrochlore phase reduces the adhesion at the interface between the piezoelectric thin film 104 and its lower layer.
  • the piezoelectric thin film 104 may be peeled off and the reliability of the piezoelectric element 110 may be reduced. For this reason, it is necessary to appropriately define the pyrochlore ratio in the crystal of the piezoelectric thin film 104.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to appropriately specify the polishing timing of the substrate and the pyrochlore ratio in the crystal of the piezoelectric thin film, thereby repeatedly driving the element.
  • Another object of the present invention is to provide a piezoelectric element manufacturing method and an inkjet head manufacturing method capable of improving the reliability by suppressing the peeling of the piezoelectric thin film.
  • a method of manufacturing a piezoelectric element includes an electrode forming step of forming an electrode on a substrate including at least a substrate, a film forming step of forming a piezoelectric thin film on the electrode, and one of the piezoelectric thin films.
  • the ratio of the peak intensity of the pyrochlore phase to the sum of the peak intensities of the (100), (110), and (111) orientations of the perovskite phase obtained by 2 ⁇ / ⁇ measurement is 100 ppm or less.
  • the piezoelectric thin film is formed.
  • the manufacturing method described above it is possible to improve the reliability of the piezoelectric element and thus the ink jet head by suppressing the piezoelectric thin film from peeling from the lower layer when the manufactured piezoelectric element is repeatedly driven.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. It is a top view which shows the schematic structure of the inkjet head with which the said inkjet printer is provided.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the ink jet head, taken along line A-A ′ in FIG. 2A.
  • It is explanatory drawing which shows typically the crystal structure of PZT.
  • the numerical value range includes the values of the lower limit A and the upper limit B.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer 1 according to the present embodiment.
  • the ink jet printer 1 is a so-called line head type ink jet recording apparatus in which an ink jet head 21 is provided in a line shape in the width direction of a recording medium in the ink jet head unit 2.
  • the ink jet printer 1 includes an ink jet head unit 2, a feed roll 3, a take-up roll 4, two back rolls 5 and 5, an intermediate tank 6, a liquid feed pump 7, a storage tank 8, and a fixing tank. And a mechanism 9.
  • the inkjet head unit 2 ejects ink from the inkjet head 21 toward the recording medium P to perform image formation (drawing) based on image data, and is disposed in the vicinity of one back roll 5.
  • a plurality of inkjet heads 21 may be provided corresponding to different color inks. Details of the inkjet head 21 will be described later.
  • the feeding roll 3, the take-up roll 4 and the back rolls 5 are members each having a cylindrical shape that can rotate around its axis.
  • the feeding roll 3 is a roll that feeds the long recording medium P wound around the circumferential surface toward the position facing the inkjet head unit 2.
  • the feeding roll 3 is rotated by driving means (not shown) such as a motor, thereby feeding the recording medium P in the X direction in FIG.
  • the take-up roll 4 is taken out from the take-out roll 3 and takes up the recording medium P on which the ink is ejected by the inkjet head unit 2 around the circumferential surface.
  • Each back roll 5 is disposed between the feed roll 3 and the take-up roll 4.
  • One back roll 5 located on the upstream side in the conveyance direction of the recording medium P is opposed to the inkjet head unit 2 while winding the recording medium P fed by the feeding roll 3 around and supporting the recording medium P.
  • Transport toward The other back roll 5 conveys the recording medium P from a position facing the inkjet head unit 2 toward the take-up roll 4 while being wound around and supported by a part of the peripheral surface.
  • the intermediate tank 6 temporarily stores the ink supplied from the storage tank 8.
  • the intermediate tank 6 is connected to the ink tube 10, adjusts the back pressure of the ink in the ink jet head 21, and supplies the ink to the ink jet head 21.
  • the liquid feed pump 7 supplies the ink stored in the storage tank 8 to the intermediate tank 6, and is arranged in the middle of the supply pipe 11.
  • the ink stored in the storage tank 8 is pumped up by the liquid feed pump 7 and supplied to the intermediate tank 6 through the supply pipe 11.
  • the fixing mechanism 9 fixes the ink ejected to the recording medium P by the inkjet head unit 2 on the recording medium P.
  • the fixing mechanism 9 includes a heater for heat-fixing the discharged ink on the recording medium P, a UV lamp for curing the ink by irradiating the discharged ink with UV (ultraviolet light), and the like. Yes.
  • the recording medium P fed from the feeding roll 3 is conveyed to the position facing the inkjet head unit 2 by the back roll 5, and ink is ejected from the inkjet head unit 2 to the recording medium P. Thereafter, the ink ejected onto the recording medium P is fixed by the fixing mechanism 9, and the recording medium P after ink fixing is taken up by the take-up roll 4.
  • the line head type inkjet printer 1 ink is ejected while the recording medium P is conveyed while the inkjet head unit 2 is stationary, and an image is formed on the recording medium P.
  • the ink jet printer 1 may be configured to form an image on a recording medium by a serial head method.
  • the serial head method is a method of forming an image by ejecting ink by moving an inkjet head in a direction orthogonal to the transport direction while transporting a recording medium.
  • the ink jet head moves in the width direction of the recording medium while being supported by a structure such as a carriage.
  • a sheet-like one cut in advance into a predetermined size (shape) may be used as the recording medium.
  • FIG. 2A is a plan view showing a schematic configuration of the inkjet head 21, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 2A.
  • the inkjet head 21 is configured by bonding a nozzle substrate 31 to a piezoelectric actuator 21a.
  • the piezoelectric actuator 21a has a thermal oxide film 23, a lower electrode 24, a piezoelectric thin film 25, and an upper electrode 26 in this order on a support substrate 22 having a plurality of pressure chambers 22a (openings).
  • a piezoelectric element is configured.
  • the piezoelectric actuator 21 a has a base body 27.
  • the base body 27 is formed of a laminated body made up of, for example, the support substrate 22 and the thermal oxide film 23. Needless to say, the base 27 is not limited to a laminate composed of the support substrate 22 and the thermal oxide film 23 as long as it has at least the support substrate 22.
  • the support substrate 22 is a substrate for supporting the piezoelectric thin film 24 and the like, and is composed of a semiconductor substrate or an SOI substrate made of single crystal Si having a thickness of about 50 to 300 ⁇ m, for example.
  • FIG. 2B shows a case where the support substrate 22 is configured by an SOI substrate.
  • the support substrate 22 is adjusted to the above thickness by, for example, polishing a Si substrate or SOI substrate having a thickness of about 750 ⁇ m. Note that the thickness of the support substrate 22 may be appropriately adjusted according to a device to be applied.
  • the SOI substrate is obtained by bonding two Si substrates through an oxide film.
  • An upper wall of the pressure chamber 22a in the support substrate 22 (a wall positioned on the side where the piezoelectric thin film 25 is formed with respect to the pressure chamber 22a) constitutes a vibration plate 22b serving as a driven film. Accordingly, the ink is displaced (vibrated) to apply pressure to the ink in the pressure chamber 22a. That is, the vibration plate 22 b is provided on the support substrate 22 so as to cover the pressure chamber 22 a and vibrates due to expansion and contraction of the piezoelectric thin film 25.
  • the thermal oxide film 23 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide) having a thickness of about 0.1 ⁇ m, and is formed for the purpose of protecting and insulating the support substrate 22.
  • the lower electrode 24 is a common electrode provided in common to the plurality of pressure chambers 22a, and is configured by laminating a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer.
  • the Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the thermal oxide film 23 and the Pt layer.
  • the thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 ⁇ m, and the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 ⁇ m.
  • the piezoelectric thin film 25 is composed of a ferroelectric thin film containing PZT (lead zirconate titanate), and is provided corresponding to each pressure chamber 22a.
  • PZT is composed of lead (Pb), zirconium (Zr), titanium (Ti), and oxygen (O).
  • the film thickness of the piezoelectric thin film 25 is, for example, not less than 1 ⁇ m and not more than 5 ⁇ m. Since the piezoelectric thin film 25 is thus thin, a small piezoelectric actuator 21a can be realized.
  • the perovskite structure ideally has a cubic unit cell, and is disposed at each vertex (A site) of the cubic crystal (for example, Pb) and at the body center (B site).
  • Crystals having a perovskite structure include tetragonal crystals, orthorhombic crystals, rhombohedral crystals and the like in which cubic crystals are distorted.
  • the piezoelectric thin film 25 only needs to contain PZT, and additives (such as lanthanum (La) and niobium (Nb)) may be added to PZT.
  • the piezoelectric thin film 25 is configured to include PZT exhibiting good piezoelectric characteristics, a piezoelectric actuator 21a suitable for the inkjet head 21 can be realized.
  • a chemical film formation method such as a CVD method (Chemical Vapor Deposition), a physical method such as a sputtering method or an ion plating method, or a liquid phase such as a sol-gel method.
  • Various methods such as a growth method and a printing method can be used. Since high temperature is required for crystallization of the piezoelectric material, Si is used for the support substrate 22.
  • the piezoelectric thin film 25 is substantially circular in plan view above the pressure chamber 22a, and is drawn along the lower electrode 24 from above the pressure chamber 22a to above the side wall of the pressure chamber 22a.
  • the portion from which the piezoelectric thin film 25 is drawn is referred to as a piezoelectric thin film drawing portion 25E.
  • the reason why such a piezoelectric thin film extraction portion 25E is provided is to extract the upper electrode 26 formed on the piezoelectric thin film 25 to the outside of the pressure chamber 22a. That is, the piezoelectric thin film extraction portion 25E constitutes a base layer for extracting the upper electrode 26 to the outside of the pressure chamber 22a.
  • the width of the piezoelectric thin film extraction portion 25E (the width in the direction perpendicular to the extraction direction) is narrower than the width of the piezoelectric thin film 25 above the pressure chamber 22a, and is widened at a position above the side wall of the pressure chamber 22a.
  • the planar shape of the piezoelectric thin film 25 above the pressure chamber 22a is not limited to the circular shape described above, and may be another shape.
  • the upper electrode 26 is an individual electrode provided corresponding to each pressure chamber 22a, and has a shape (size) that does not protrude from the piezoelectric thin film 25 and is formed by laminating a Ti layer and a Pt layer.
  • the Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the piezoelectric thin film 25 and the Pt layer.
  • the thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 ⁇ m, and the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 to 0.2 ⁇ m.
  • the upper electrode 26 is provided so as to sandwich the piezoelectric thin film 25 with the lower electrode 24. Note that a layer made of gold (Au) may be formed instead of the Pt layer.
  • the upper electrode 26 is substantially circular in plan view above the pressure chamber 22a, and is drawn along the piezoelectric thin film 25 from above the pressure chamber 22a to above the side wall of the pressure chamber 22a.
  • the portion from which the upper electrode 26 is drawn is referred to as an upper electrode lead portion 26E.
  • the width of the upper electrode lead-out portion 26E (width in the direction perpendicular to the lead-out direction) is narrower than the width of the upper electrode 26 above the pressure chamber 22a, and the position above the side wall of the pressure chamber 22a (the connection portion with the drive circuit 28).
  • the planar shape of the upper electrode 26 above the pressure chamber 22a is not limited to the circular shape described above, and may be another shape.
  • the piezoelectric thin film 25 is driven based on a voltage (drive signal) applied from the drive circuit 28 to the lower electrode 24 and the upper electrode 26.
  • the piezoelectric actuator 21a is formed by two-dimensionally arranging the piezoelectric thin film 25 and the pressure chamber 22a.
  • the pressure chamber 22a includes a main chamber 22a 1 and sub chambers 22a 2 and 22a 3 having a smaller volume than the main chamber 22a 1 .
  • the main chamber 22a 1 is a portion (space) to which pressure is mainly applied by driving the piezoelectric thin film 25.
  • Subchamber 22a 2 is a space communicating with the main chamber 22a 1, guides the ink supplied from the ink supply path 29 to the main combustion chamber 22a 1.
  • the ink supply path 29 is formed through the diaphragm 22b and communicates with the ink tube 10 (see FIG. 1) described above. As a result, ink is supplied from the intermediate tank 6 through the ink tube 10 and the ink supply path 29 to be stored in the pressure chamber 22a.
  • Ink may be supplied to the pressure chamber 22a not through the individual ink supply paths 29 but through a common flow path common to the pressure chambers 22a.
  • the sub chamber 22a 3 is located on the support substrate 22 on the opposite side of the main chamber 22a 1 from the sub chamber 22a 2 and communicates with the main chamber 22a 1 .
  • a common circulation channel may be provided on the support substrate 22 so that the ink in the pressure chamber 22a is circulated to the outside through the common circulation channel.
  • a nozzle substrate 31 is bonded to the support substrate 22 of the piezoelectric actuator 21a on the side opposite to the side on which the piezoelectric thin film 25 is formed.
  • nozzle holes 31a ejection holes
  • the nozzle hole 31 a communicates with a pressure chamber 22 a (for example, the sub chamber 22 a 3 ) formed in the support substrate 22. Thereby, the ink accommodated in the pressure chamber 22a can be discharged outside as an ink droplet from the nozzle hole 31a.
  • the piezoelectric thin film 25 when a voltage is applied from the drive circuit 28 to the lower electrode 24 and the upper electrode 26, the piezoelectric thin film 25 is in a direction perpendicular to the thickness direction (supporting) according to the potential difference between the lower electrode 24 and the upper electrode 26. It expands and contracts in a direction parallel to the surface of the substrate 22. Then, due to the difference in length between the piezoelectric thin film 25 and the diaphragm 22b, a curvature is generated in the diaphragm 22b, and the diaphragm 22b is displaced (curved or vibrated) in the thickness direction.
  • the piezoelectric thin film 25 is located inside the outer shape of the pressure chamber 22a in a plan view, except for the piezoelectric thin film extraction portion 25E described above. If the diaphragm 22b that covers the pressure chamber 22a is entirely covered with the piezoelectric thin film 25 at a position above the pressure chamber 22a, the diaphragm 22b is restrained by the piezoelectric thin film 25, and therefore the vibration amount (displacement amount) of the diaphragm 22b. ) May be reduced. By providing the piezoelectric thin film 25 as described above, the entire diaphragm 22b is not covered with the piezoelectric thin film 25 at a position above the pressure chamber 22a. Therefore, the restraint of the diaphragm 22b by the piezoelectric thin film 25 is reduced, and the diaphragm 22b A decrease in the amount of displacement can be avoided.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the inkjet head 21. 4 shows a cross section taken along line BB ′ of FIG. 2A.
  • the support substrate 22 is prepared.
  • crystalline silicon (Si) often used for MEMS can be used.
  • Si crystalline silicon
  • the thickness of the support substrate 22 is determined by a standard or the like. In the case of a 6-inch diameter, the thickness is about 600 ⁇ m.
  • the support substrate 22 is put into a heating furnace and held at about 1500 ° C. for a predetermined time, and a thermal oxide film 23a made of SiO 2 having a thickness of, for example, 0.1 ⁇ m is formed on the surface of the Si substrates 22c and 22d. -23b is formed respectively.
  • each layer of Ti for example, 20 nm thick
  • Pt for example, 100 nm thick
  • the lower electrode 24 is formed on the base 27 including the support substrate 22 and the thermal oxide films 23a and 23b (electrode formation step).
  • the base 27 is finally composed of the support substrate 22 and the thermal oxide film 23b.
  • the film formation conditions for Pt are, for example, film formation temperature: 400 to 500 ° C., sputtering pressure: 0.4 Pa, Ar flow rate: 20 sccm, and RF power: 150 W.
  • Pt has self-orientation and is oriented in the (111) direction with respect to the support substrate 22.
  • iridium (Ir) may be used instead of Pt.
  • titanium oxide (TiOx) may be formed instead of Ti.
  • the substrate 27 is reheated to about 600 ° C., and the piezoelectric thin film 25 made of PZT is formed on the lower electrode 24 by sputtering (film formation process).
  • the piezoelectric thin film 25 is a polycrystalline film made of an aggregate of a plurality of crystals.
  • PZT is formed by adding a Pb amount of the PZT target in advance by a predetermined amount more than stoichiometry (stoichiometric composition). It is desirable to film.
  • the crystal of the piezoelectric thin film has a perovskite phase having piezoelectricity and a pyrochlore phase that is a metastable phase and has no piezoelectricity.
  • the ratio of the pyrochlore phase in the crystal increases, there is a concern that the adhesiveness at the interface between the piezoelectric thin film and its lower layer (lower electrode) is lowered. Therefore, in this embodiment, the adhesion between the piezoelectric thin film 25 and its lower layer is improved by reducing the pyrochlore ratio in the crystal of the piezoelectric thin film 25.
  • the pyrochlore ratio in the crystal can be controlled by appropriately setting the film forming conditions of the piezoelectric thin film 25. Details of the film forming conditions and the pyrochlore ratio of the piezoelectric thin film 25 are specifically described in the examples described later. I will explain it.
  • This polishing step includes a step of mechanically polishing the support substrate 22 and a step of chemical mechanical polishing the support substrate 22.
  • Mechanical polishing is a technique for polishing an object to be polished by a mechanical method using a grinder or the like, and is suitable for deeply and roughly polishing an object to be polished.
  • chemical mechanical polishing is a technique for polishing a polishing object using a combination of mechanical removal action by abrasive grains and chemical action on the metal film surface by a polishing liquid (slurry). Suitable for obtaining a smooth polished surface at high speed.
  • the support substrate 22 is first polished (pre-polishing).
  • a photosensitive resin 41 is applied onto the piezoelectric thin film 25 by spin coating, and unnecessary portions of the photosensitive resin 41 are removed by exposure and etching through a mask. The patterning shape of the thin film 25 is transferred. Thereafter, a part of the piezoelectric thin film 25 is removed by reactive ion etching using the patterned photosensitive resin 41 as a mask, and the piezoelectric thin film 25 is patterned into a desired shape (patterning step).
  • each layer of Ti for example, thickness 0.1 ⁇ m
  • Pt for example, thickness 0.2 ⁇ m
  • the upper electrode 26 which is an electrode different from the electrode 24 is formed (separate electrode forming step).
  • a photosensitive resin 42 is applied onto the upper electrode 26 by a spin coating method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 42 are removed by exposure and etching through a mask, and the pattern shape of the upper electrode 26 is transferred. To do. Thereafter, using the patterned photosensitive resin 42 as a mask, a part of the upper electrode 26 is removed by reactive ion etching, and the upper electrode 26 is patterned into a desired shape.
  • a photosensitive resin 43 is applied to the back surface (thermal oxide film 23b side) of the support substrate 22 by a spin coat method, and exposed and etched through a mask, so that unnecessary portions of the photosensitive resin 43 are obtained.
  • the patterning shape of the pressure chamber 22a is transferred.
  • unnecessary portions of the support substrate 22 are removed and processed using a reactive ion etching method to form a pressure chamber 22a (pressure chamber forming step), A communication path (for example, ink supply path 29) is also formed. Thereby, the piezoelectric actuator 21a as a piezoelectric element is completed.
  • Example 2 The same as Example 1, except that the PZT film forming temperature was 600 ° C. and the O 2 flow rate / Ar flow rate was 1 to 5% and the piezoelectric thin film was formed.
  • Example 3 is the same as Example 1 except that the piezoelectric thin film was formed at a PZT film formation temperature of 600 ° C.
  • Example 4 Example 1 except that the PZT film forming temperature was 580 ° C., the target Pb ratio was 1.1 to 1.3, the O 2 flow rate / Ar flow rate was 1 to 5%, and the piezoelectric thin film was formed. It is.
  • PZT lead lanthanum zirconate titanate
  • Example 6 Except that the piezoelectric thin film was formed at a PZT film formation temperature of 590 ° C., it was the same as in Example 1.
  • Example 3 is the same as Example 3 except that the PZT film formation temperature was 590 ° C. and the target Pb ratio was 1%, and the piezoelectric thin film was formed.
  • Example 1 Comparative Example 1 Except that the piezoelectric thin film was formed at a PZT film forming temperature of 635 ° C., and the timing of polishing the support substrate was after patterning of the piezoelectric thin film (see FIG. 8), the same as in Example 1.
  • Example 3 is the same as Example 3 except that the timing of polishing the support substrate is after patterning of the piezoelectric thin film (see FIG. 8).
  • Example 3 (Comparative Example 3) Example 1 except that the PZT film forming temperature was 590 ° C., the O 2 flow rate / Ar flow rate was 1 to 5%, and the polishing timing of the support substrate was after patterning of the piezoelectric thin film (see FIG. 8). It is the same.
  • Example 4 (Comparative Example 4) Except that the piezoelectric thin film was formed at a PZT film formation temperature of 625 ° C., it was the same as Example 1 (the polishing of the support substrate was pre-polishing).
  • FIG. 5 shows a spectrum obtained when, for example, XRD 2 ⁇ / ⁇ measurement is performed on the piezoelectric thin film formed in Example 1.
  • shaft of FIG. 5 is shown by the arbitrary unit (Arbitrary Unit) corresponding to the count rate (cps; count per second) of the X-ray per second. From each peak intensity obtained from such a spectrum, the pyrochlore ratio in the crystal
  • the peak intensity of the (100) orientation of the perovskite phase is A1
  • the peak intensity of the (110) orientation of the perovskite phase is A2
  • the peak intensity of the (111) orientation of the perovskite phase is A3
  • the peak intensity of the pyrochlore phase is expressed by the following equation.
  • R Py / (A1 + A2 + A3) That is, the pyrochlore ratio refers to the ratio of the peak intensity of the pyrochlore phase to the sum of the peak intensities of the (100), (110), and (111) orientations of the perovskite phase obtained by the above 2 ⁇ / ⁇ measurement. .
  • d is the film thickness (m)
  • D is the substrate thickness (m)
  • Es is the longitudinal elastic modulus (Pa) of the substrate
  • ⁇ s is the Poisson's ratio of the substrate
  • a is the substrate radius (m)
  • h 2 is The warp (m) of the substrate after film formation
  • h 1 represents the warp (m) of the substrate before film formation.
  • Es is 160 (GPa) and ⁇ s is 0.2.
  • ⁇ Peeling stress> For each of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4, a high frequency voltage of several kHz to 100 kHz was applied to the piezoelectric thin film on the diaphragm between the lower electrode and the upper electrode, and the piezoelectric thin film was repeated. Driven. At this time, the starting voltage was set to about 20 V, the voltage was gradually increased from the starting voltage, and each voltage was applied and held for about 30 minutes to 1 hour.
  • the peeling state of the piezoelectric thin film was observed under each voltage condition, and the peeling stress of the piezoelectric thin film was calculated from the voltage at which the piezoelectric thin film peeled and the shear stress acting on the piezoelectric thin film when the voltage was applied.
  • the shear stress acting on the piezoelectric thin film when each voltage is applied can be calculated by a finite element analysis of a piezoelectric constant d 31 (pm / V) calculated in advance and a diaphragm structure.
  • Table 1 shows the evaluation results for Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4.
  • the evaluation criteria shown in Table 1 are as follows. X: Peeling stress was less than 100 MPa, and peeling of the piezoelectric thin film was confirmed. ⁇ : The peeling stress was 100 MPa or more and less than 110 MPa, and peeling of the piezoelectric thin film was hardly confirmed. A: The peeling stress was 110 MPa or more, and no peeling of the piezoelectric thin film was confirmed.
  • the polishing of the support substrate in Comparative Example 4 is polishing before the patterning of the piezoelectric thin film (pre-polishing), but the pyrochlore ratio of the piezoelectric thin film exceeds 100 ppm, and the pyrochlore ratio causing the decrease in adhesion is low. It is thought that it is expensive.
  • the evaluation of the peel stress is good ( ⁇ ⁇ ⁇ or ⁇ ). This is because the polishing of the support substrate in Examples 1 to 7 is pre-polishing, and the pyrochlore ratio in the crystal of the piezoelectric thin film is as small as 100 ppm or less. This is considered to be due to the fact that both lowering of adhesion due to the phase can be suppressed.
  • the pyrochlore ratio is very small at 45 ppm or less, and therefore, a decrease in adhesion due to the pyrochlore phase is surely suppressed, and the peeling stress tends to increase (hard to peel). I can say that.
  • the peel stress is 110 MPa or more, so that the adhesion between the piezoelectric thin film and the lower layer is further improved, and the piezoelectric thin film has It can be said that it becomes more difficult to peel.
  • Example 6 the pyrochlore ratio is the same as in Example 1, and in Example 7, the pyrochlore ratio is the same as in Example 3, but in both cases, the film stress is as low as 50 MPa or less, and the peel stress is evaluated. Since it is even better, it can be said that even if the pyrochlore ratio is the same, if the film stress is 50 MPa or less, the peel stress can be further increased (hard to peel).
  • the edge of the piezoelectric thin film after patterning is not affected by the load in the shearing direction during substrate polishing.
  • the piezoelectric thin film is not patterned at the time of substrate polishing, and is solid, so that the load at the time of substrate polishing is locally applied to the portion above the pressure chamber corresponding to the edge of the patterned piezoelectric thin film. There is no. Thereby, it can suppress that the adhesiveness of the edge of a piezoelectric thin film and its lower layer falls due to grinding
  • the piezoelectric thin film is formed so that the pyrochlore ratio in the crystal is 100 ppm or less, it is possible to suppress a decrease in adhesion between the piezoelectric thin film and the lower layer due to the pyrochlore phase. Therefore, when the manufactured piezoelectric element (piezoelectric actuator) is repeatedly driven, the piezoelectric thin film can be prevented from peeling from the lower layer, and the reliability of the piezoelectric element can be improved.
  • the piezoelectric thin film so that the film stress is 50 MPa or less in the film formation process the sum of the piezoelectric stress and the stress at the time of driving can be reduced, and defects due to high film stress are also generated during the manufacturing process. Can be suppressed. Thereby, the effect which suppresses peeling from the lower layer of the piezoelectric thin film at the time of a drive can be heightened.
  • the pre-polishing since the substrate is thin and easily warped, and the film stress of the piezoelectric thin film tends to increase due to the warping of the substrate, it is very difficult to form the piezoelectric thin film so that the film stress is 50 MPa or less. It can be said that it is effective.
  • the film stress of the piezoelectric thin film is reduced by lowering the film forming temperature during the film formation of the piezoelectric thin film. You may make it reduce the film
  • the film forming step by forming the piezoelectric thin film so that the above-described pyrochlore ratio is 45 ppm or less, it is possible to surely suppress a decrease in adhesion between the piezoelectric thin film and the lower layer due to the pyrochlore phase. Thereby, peeling of the piezoelectric thin film during repeated driving can be reliably suppressed, and the reliability of the piezoelectric element can be reliably improved.
  • the upper electrode forming step is the piezoelectric thin film patterning step. (See FIG. 4). Since the substrate polishing step is performed before the piezoelectric thin film patterning step, the separate electrode forming step is naturally performed after the substrate polishing step. As described above, when the piezoelectric element is manufactured by forming the upper electrode on the patterned piezoelectric thin film after the substrate polishing process and the piezoelectric thin film patterning process, the effects of the above-described embodiment can be obtained.
  • the pressure chamber is formed on the substrate after the patterning process of the piezoelectric thin film.
  • the pressure chamber formed in the substrate can be used as an ink container, a piezoelectric element (piezoelectric actuator) suitable for an ink jet head can be realized.
  • the piezoelectric element manufacturing method described above is used, and finally the substrate (support substrate) and the nozzle substrate are joined so that the nozzle hole of the pressure chamber communicates with the inkjet head. Is manufacturing. Thereby, in an inkjet head, peeling from the lower layer of the piezoelectric thin film at the time of repeated driving can be suppressed, and reliability can be improved.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another manufacturing process of the inkjet head of this embodiment.
  • the separate electrode forming step of forming another electrode (upper electrode 26) on the piezoelectric thin film 25 may be performed before the patterning step of the piezoelectric thin film 25.
  • the polishing process of the support substrate 22 may be performed after the separate electrode forming process and before the patterning process. The other steps are the same as in FIG.
  • the upper electrode 26 may be formed after the support substrate 22 is polished (see FIG. 4). (See FIG. 6).
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration of the inkjet head 21.
  • the inkjet head 21 preferably further includes a sealing housing 60 for sealing the piezoelectric thin film 25.
  • the method for manufacturing the inkjet head 21 preferably further includes a sealing step of sealing the piezoelectric thin film 25 with the sealing housing 60.
  • the sealing housing 60 is bonded to the nozzle substrate 31 with an adhesive or the like, thereby ensuring the airtightness inside the sealing housing 60.
  • the ink supply path 29 communicates with the ink tube 10 penetrating the sealing housing 60.
  • the upper electrode lead part 26E is connected to an FPC (flexible printed circuit board) 63 via a wire 62, and the FPC 63 is connected to a drive circuit 28 (see FIG. 2B). Accordingly, it is possible to apply a voltage from the drive circuit 28 to the upper electrode 26 via the FPC 63 and the upper electrode lead portion 26E.
  • the lower electrode 24 is also connected to the FPC 63 via a wiring (not shown).
  • the method of connecting the upper electrode 26 (upper electrode lead portion 26E) and the lower electrode 24 to the FPC 63 is not limited to the above-described wire bonding (ball bonding). For example, bumps (projections) are formed on the respective electrodes. Then, contact may be made with the bumps on the FPC 63 side, and connection may be made by melting at least one of these bumps.
  • the piezoelectric thin film 25 is hermetically sealed with the sealing housing 60, thereby preventing moisture in the atmosphere from reaching and entering the piezoelectric thin film 25 in an environment where the inkjet head 21 is used. Thereby, the dielectric breakdown due to the moisture of the piezoelectric thin film 25 can be suppressed, and the ink jet head 21 with higher reliability can be realized.
  • a hygroscopic material 61 is disposed in the sealed casing 60 or dry nitrogen is introduced to thereby seal the sealed casing 60. It is desirable to keep the inside of the chamber at, for example, a relative humidity of 1% or less.
  • the piezoelectric thin film 25 may be composed of a perovskite compound containing the following elements at the A site or B site of the ABO 3 type perovskite structure.
  • the A-site element of ABO 3 type perovskite structure includes lead (Pb), and further includes barium (Ba), lanthanum (La), strontium (Sr), bismuth (Bi), lithium (Li), It may contain at least one of sodium (Na), calcium (Ca), cadmium (Cd), magnesium (Mg), and potassium (K).
  • the B site elements include zirconium (Zr) and titanium (Ti), and vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W ), Manganese (Mn), scandium (Sc), cobalt (Co), copper (Cu), indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), cadmium (Cd), iron (Fe), nickel (Ni ) May be included.
  • the piezoelectric material used may be a lead-free piezoelectric material that does not contain Pb.
  • lead-free piezoelectric materials include barium strontium titanate (BST), strontium bismuth tantalate (SBT), barium titanate (BaTiO 3 ), and potassium sodium niobate ((K, Na) NbO 3 ).
  • the piezoelectric element manufacturing method and the ink jet head manufacturing method of the present embodiment described above can be expressed as follows, and it can be said that the following effects are obtained.
  • the piezoelectric element manufacturing method of this embodiment includes an electrode forming step of forming an electrode on a substrate including at least a substrate, a film forming step of forming a piezoelectric thin film on the electrode, and a part of the piezoelectric thin film is removed.
  • the polishing step is performed before the patterning step.
  • 2 ⁇ / X of X-ray diffraction is performed.
  • the piezoelectric thin film so that the ratio of the peak intensity of the pyrochlore phase to the sum of the peak intensity of the (100), (110), and (111) orientations of the perovskite phase obtained by ⁇ measurement is 100 ppm or less. Is deposited.
  • an electrode for example, a lower electrode
  • a piezoelectric thin film are formed on a base including at least the substrate, and the substrate is polished and thinned before patterning the piezoelectric thin film.
  • Polishing the substrate before patterning the piezoelectric thin film is also referred to as “first polishing”. Since the piezoelectric thin film is patterned after the substrate is thinned by pre-polishing, a load in the shearing direction at the time of substrate polishing is not applied to the edge of the patterned piezoelectric thin film. Thereby, it can suppress that the adhesiveness of the edge of a piezoelectric thin film and its lower layer (for example, electrode) falls due to grinding
  • substrate for example, a lower electrode
  • crystallization of a piezoelectric thin film is as small as 100 ppm or less, it can also suppress that the adhesiveness of a piezoelectric thin film and a lower layer (for example, electrode) falls due to the pyrochlore phase in a crystal
  • the film forming step it is desirable to form the piezoelectric thin film so that the film stress is 50 MPa or less.
  • the film stress of the piezoelectric thin film is as small as 50 MPa or less, the stress acting on the interface between the piezoelectric thin film and its lower layer (for example, electrode) during driving can be minimized. Thereby, the effect which suppresses peeling from the lower layer of the piezoelectric thin film at the time of a drive can be heightened.
  • the piezoelectric thin film In the film forming step, it is desirable to form the piezoelectric thin film so that the ratio is 45 ppm or less. Since the pyrochlore ratio in the crystal of the piezoelectric thin film is as very low as 45 ppm or less, it is possible to reliably suppress a decrease in the adhesion between the piezoelectric thin film and the lower layer due to the pyrochlore phase in the crystal. Thereby, peeling of the piezoelectric thin film during repeated driving can be reliably suppressed, and the reliability of the piezoelectric element can be reliably improved.
  • the piezoelectric thin film may contain lead zirconate titanate.
  • Lead zirconate titanate PZT has a perovskite structure and exhibits good piezoelectric characteristics, so that a piezoelectric element suitable for an actuator of an inkjet head or the like can be realized.
  • the film thickness of the piezoelectric thin film is preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. Since the piezoelectric thin film is thin, a small piezoelectric element can be realized. Moreover, the above-mentioned effect can be acquired in the structure where a piezoelectric thin film is thin.
  • the polishing step preferably includes a step of chemical mechanical polishing the substrate.
  • chemical mechanical polishing the polished surface of the substrate can be accurately polished and smoothed.
  • the method for manufacturing a piezoelectric element may further include a separate electrode forming step of forming another electrode on the piezoelectric thin film, and the separate electrode forming step may be performed after the patterning step.
  • a piezoelectric element is manufactured by forming another electrode (for example, an upper electrode) on the patterned piezoelectric thin film after patterning of the piezoelectric thin film, the above-described effects can be obtained.
  • the method for manufacturing the piezoelectric element further includes a separate electrode forming step of forming another electrode on the piezoelectric thin film, the separate electrode forming step is performed before the patterning step, and the polishing step is performed separately from the separate step. It may be performed after the electrode forming step and before the patterning step. Even after the formation of another electrode (for example, the upper electrode), by polishing the substrate before patterning the piezoelectric thin film, a load in the shearing direction is applied to the edge of the patterned piezoelectric thin film afterwards. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the adhesion between the edge of the piezoelectric thin film and the lower layer due to the polishing of the substrate.
  • a separate electrode forming step of forming another electrode on the piezoelectric thin film is performed before the patterning step
  • the polishing step is performed separately from the separate step. It may be performed after the electrode forming step and before the patterning step. Even after the formation of another electrode (for example, the upper electrode), by polishing the substrate before
  • the method for manufacturing the piezoelectric element may include a step of forming a pressure chamber in the substrate after the patterning step.
  • the pressure chamber formed in the substrate can be used as an ink container, a piezoelectric element suitable for an ink jet head can be realized.
  • An inkjet head manufacturing method is an inkjet head manufacturing method including the above-described piezoelectric element manufacturing method.
  • the substrate is a support substrate
  • the nozzle substrate has a nozzle hole.
  • the ink jet head is configured by joining the support substrate and the nozzle substrate so that the nozzle holes of the pressure chamber communicate with each other. According to the above-described method for manufacturing a piezoelectric element, it is possible to improve the reliability of the piezoelectric element by suppressing peeling from the lower layer of the piezoelectric thin film during repeated driving of the piezoelectric element. Reliability can be improved even in an ink jet head manufactured by including it.
  • the method for manufacturing the inkjet head may further include a sealing step of sealing the piezoelectric thin film with a sealing housing.
  • a sealing step of sealing the piezoelectric thin film with a sealing housing moisture in the atmosphere in the environment where the inkjet head is used is prevented from reaching the piezoelectric thin film. Thereby, the dielectric breakdown due to the moisture of the piezoelectric thin film can be suppressed, and a more reliable inkjet head can be realized.
  • the present invention can be used for manufacturing a piezoelectric element applied to an actuator of an inkjet head, for example.

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Abstract

圧電素子としての圧電アクチュエータ（２１ａ）の製造方法は、少なくとも支持基板（２２）を含む基体（２７）上に下部電極（２４）を形成する電極形成工程と、下部電極（２４）上に圧電薄膜（２５）を成膜する成膜工程と、圧電薄膜（２５）の一部を除去して圧電薄膜（２５）をパターニングするパターニング工程と、支持基板（２２）を研磨する研磨工程とを含む。研磨工程は、パターニング工程よりも前に行われる。成膜工程では、Ｘ線回折の２θ／θ測定によって得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、パイロクロア相のピーク強度の比が、１００ｐｐｍ以下となるように、圧電薄膜（２５）を成膜する。

Description

圧電素子の製造方法およびインクジェットヘッドの製造方法
　本発明は、圧電素子の製造方法と、インクジェットヘッドの製造方法とに関するものである。
　近年、駆動素子やセンサなどに応用するための機械電気変換素子として、圧電体が用いられている。このような圧電体は、シリコン（Ｓｉ）等の基板上に薄膜として形成することで、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子へ応用が期待されている。このようなＭＥＭＳ素子は、例えばインクジェットヘッドのアクチュエータとして利用される。
　インクジェットヘッドにおいては、インクを収容する圧力室を基板に形成し、この基板上に絶縁膜や電極等を介して圧電薄膜を成膜する。インクジェットヘッドの設計では、圧力室の高さ（深さ）は、例えば５０～３００μｍである。一方、基板の初期の厚さは、例えば４００～７００μｍである。このため、上記圧力室の高さが得られるように、基板を研磨することが必要である。
　ここで、圧電薄膜の成膜工程では、６００～８００℃と非常に高温となるため、基板が薄い状態では、基板に反りが発生しやすい。このため、先に基板を研磨し、薄くなった基板の上に圧電薄膜を高温で成膜すると、高温での基板の反りにより、圧電薄膜の温度分布が面内で不均一となり、圧電薄膜の膜質が面内で不均一となる。このため、厚みのある基板上に先に圧電薄膜を成膜し、所望の形状にパターニングした後に、基板の研磨を行う場合が多い。このように、圧電薄膜のパターニング後に基板を研磨することを、ここでは、「後研磨」とも称する。
　図８は、後研磨を行う従来のインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。まず、基板として、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１０１を用意する。ＳＯＩ基板１０１は、２枚のシリコン（Ｓｉ）基板１０１ａ・１０１ｂで酸化膜１０１ｃを挟み込んだ構造の基板である。次に、ＳＯＩ基板１０１を熱酸化し、ＳＯＩ基板１０１の表面および裏面に、酸化膜１０２ａ・１０２ｂをそれぞれ形成する。そして、酸化膜１０２ａ上に、下部電極１０３および圧電薄膜１０４をこの順で形成する。
　続いて、圧電薄膜１０４上にマスク１０５を形成し、圧電薄膜１０４をパターニングする。つまり、圧電薄膜１０４においてマスク１０５で覆われた部分以外をエッチングによって除去する。その後、圧電薄膜１０４を覆うように、下部電極１０３上に上部電極１０６を形成する。
　次に、上部電極１０６上にマスク１０７を形成し、上部電極１０６をパターニングする。つまり、上部電極１０６においてマスク１０７で覆われた部分以外をエッチングによって除去する。その後、ＳＯＩ基板１０１の裏面を研磨し、ＳＯＩ基板１０１を薄型化する（後研磨）。そして、ＳＯＩ基板１０１の裏面にマスク１０８を形成し、ＳＯＩ基板１０１においてマスク１０８で覆われた部分以外をエッチングによって除去し、圧力室１０９を形成する。これにより、アクチュエータとしての圧電素子１１０が得られる。最後に、ＳＯＩ基板１０１とノズル基板１２０とを接着剤等で接合することにより、インクジェットヘッド２００が完成する。このとき、ＳＯＩ基板１０１の圧力室１０９と、ノズル基板１２０のノズル孔１２０ａとが連通するように、両基板が接合される。
　このように、後研磨によってインクジェットヘッドを製造する技術は、例えば特許文献１でも同様に開示されている。
特開２００２－３１６４１７号公報（請求項１、１５、段落〔００３７〕、〔００３８〕、〔００８７〕、図５（ｄ）等参照）
　ところが、後研磨では、図９に示すように、パターニングされた圧電薄膜１０４のエッジ１０４ａにおいて、研磨の際にＳＯＩ基板１０１の面に沿った方向に負荷（せん断応力）がかかる（研磨方向がＳＯＩ基板１０１の面に沿った方向であるため）。このため、パターニングされた圧電薄膜１０４のエッジ１０４とその下層の下部電極１０３との密着性が低下しやすくなる。その結果、製造された圧電素子１１０の繰り返し駆動時において、圧電薄膜１０４のエッジ１０４ａが下層から剥がれやすくなり、圧電素子１１０ひいてはインクジェットヘッド２００の信頼性が低下する。
　また、圧電薄膜１０４の結晶中に、準安定層であるパイロクロア相が多く存在していると、パイロクロア相は圧電薄膜１０４とその下層との界面での密着性を低下させるため、やはり、繰り返し駆動時の圧電薄膜１０４の剥離およびそれによる圧電素子１１０の信頼性低下が起こることが懸念される。このため、圧電薄膜１０４の結晶中のパイロクロア比率を適切に規定することも必要である。
　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、基板の研磨のタイミングおよび圧電薄膜の結晶中のパイロクロア比率を適切に規定することにより、素子の繰り返し駆動時における圧電薄膜の剥離を抑えて信頼性を向上させることができる圧電素子の製造方法と、インクジェットヘッドの製造方法とを提供することにある。
　本発明の一側面に係る圧電素子の製造方法は、少なくとも基板を含む基体上に電極を形成する電極形成工程と、前記電極上に圧電薄膜を成膜する成膜工程と、前記圧電薄膜の一部を除去して前記圧電薄膜をパターニングするパターニング工程と、前記基板を研磨する研磨工程とを含み、前記研磨工程は、前記パターニング工程よりも前に行われ、前記成膜工程では、Ｘ線回折の２θ／θ測定によって得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、パイロクロア相のピーク強度の比が、１００ｐｐｍ以下となるように、前記圧電薄膜を成膜する。
　上記した製造方法によれば、製造された圧電素子の繰り返し駆動時において、圧電薄膜が下層から剥離するのを抑えて、圧電素子ひいてはインクジェットヘッドの信頼性を向上させることができる。
本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドの概略の構成を示す平面図である。 上記インクジェットヘッドの断面図であって、図２ＡにおけるＡ－Ａ’線矢視断面図である。 ＰＺＴの結晶構造を模式的に示す説明図である。 上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施例１で成膜された圧電薄膜に対して、Ｘ線回折の２θ／θ測定を行ったときに得られるスペクトルを示す説明図である。 上記インクジェットヘッドの他の製造工程を示す断面図である。 上記インクジェットヘッドの他の構成を示す断面図である。 従来のインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。 従来のインクジェットヘッドの製造において、基板研磨時のせん断応力によって、圧電薄膜のエッジが下層から剥がれる様子を模式的に示す説明図である。
　本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ～Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。
　〔インクジェットプリンタの構成〕
　図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
　インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。
　インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に配置されている。インクジェットヘッド２１は、異なる色のインクに対応して複数設けられてもよい。なお、インクジェットヘッド２１の詳細については後述する。
　繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。
　巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。
　各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
　中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、インクチューブ１０と接続され、インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、インクジェットヘッド２１にインクを供給する。
　送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。
　定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。
　上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。
　なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。この場合、インクジェットヘッドは、キャリッジ等の構造体に支持された状態で、記録媒体の幅方向に移動する。また、記録媒体としては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ（形状）に裁断されたシート状のものを用いてもよい。
　〔インクジェットヘッドの構成〕
　次に、上記したインクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２Ａは、インクジェットヘッド２１の概略の構成を示す平面図であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ－Ａ’線矢視断面図である。インクジェットヘッド２１は、圧電アクチュエータ２１ａに、ノズル基板３１を貼り合わせて構成されている。圧電アクチュエータ２１ａは、複数の圧力室２２ａ（開口部）を有する支持基板２２上に、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電薄膜２５、上部電極２６をこの順で有しており、デバイスとしての圧電素子を構成している。また、圧電アクチュエータ２１ａは、基体２７を有している。基体２７は、例えば支持基板２２および熱酸化膜２３からなる積層体から形成されている。なお、基体２７は少なくとも支持基板２２を有していれば良く、支持基板２２および熱酸化膜２３からなる積層体には限定されないことは言うまでもない。
　支持基板２２は、圧電薄膜２４等を支持するための基板であり、厚さが例えば５０～３００μｍ程度の単結晶Ｓｉ単体からなる半導体基板またはＳＯＩ基板で構成されている。なお、図２Ｂでは、支持基板２２をＳＯＩ基板で構成した場合を示している。支持基板２２は、例えば厚さ７５０μｍ程度のＳｉ基板またはＳＯＩ基板を研磨処理することによって、上記の厚さに調整されている。なお、支持基板２２の厚さは、適用するデバイスに応じて適宜調整されればよい。
　ＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のＳｉ基板を接合したものである。支持基板２２における圧力室２２ａの上壁（圧力室２２ａよりも圧電薄膜２５の形成側に位置する壁）は、従動膜となる振動板２２ｂを構成しており、圧電薄膜２５の駆動（伸縮）に伴って変位（振動）し、圧力室２２ａ内のインクに圧力を付与する。すなわち、振動板２２ｂは、支持基板２２において、圧力室２２ａを覆うように設けられており、圧電薄膜２５の伸縮によって振動する。
　熱酸化膜２３は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ2（酸化シリコン）からなり、支持基板２２の保護および絶縁の目的で形成されている。
　下部電極２４は、複数の圧力室２２ａに共通して設けられるコモン電極であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜２３とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。
　圧電薄膜２５は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を含む強誘電体薄膜で構成されており、各圧力室２２ａに対応して設けられている。ＰＺＴは、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）からなる。圧電薄膜２５の膜厚は、例えば１μｍ以上５μｍ以下である。このように圧電薄膜２５が薄型であるため、小型の圧電アクチュエータ２１ａを実現することができる。
　ＰＺＴは、図３に示すペロブスカイト型構造となるときに良好な圧電効果を発現する。ここで、ペロブスカイト型構造とは、理想的には立方晶系の単位格子を有し、立方晶の各頂点（Ａサイト）に配置される金属（例えばＰｂ）、体心（Ｂサイト）に配置される金属（例えばＺｒまたはＴｉ）、立方晶の各面心に配置される酸素Ｏとから構成されるＡＢＯ3型の結晶構造のことである。ペロブスカイト構造の結晶には、立方晶が歪んだ正方晶、斜方晶、菱面体晶等も含まれるものとする。なお、圧電薄膜２５は、ＰＺＴを含んでいればよく、ＰＺＴに添加物（ランタン（Ｌａ）、ニオブ（Ｎｂ）など）が添加されていてもよい。
　このように、圧電薄膜２５が、良好な圧電特性を発揮するＰＺＴを含んで構成されることにより、インクジェットヘッド２１に好適な圧電アクチュエータ２１ａを実現することができる。
　圧電薄膜２５を支持基板２２上に成膜する方法としては、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition ）などの化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法などの液相での成長法、印刷法など種々の方法を用いることができる。圧電材料の結晶化には高温が必要となるため、支持基板２２にはＳｉが用いられている。
　圧電薄膜２５は、圧力室２２ａの上方では平面視でほぼ円形であり、圧力室２２ａの上方から圧力室２２ａの側壁上方にかけて、下部電極２４に沿って引き出されている。この圧電薄膜２５が引き出された部分を、圧電薄膜引出部２５Ｅと称する。このような圧電薄膜引出部２５Ｅを設けるのは、圧電薄膜２５上に形成される上部電極２６を、圧力室２２ａの外部に引き出すためである。すなわち、圧電薄膜引出部２５Ｅは、上部電極２６を圧力室２２ａの外部に引き出すための下地層を構成する。圧電薄膜引出部２５Ｅの幅（引出方向に垂直な方向の幅）は、圧力室２２ａの上方の圧電薄膜２５の幅よりも狭く、圧力室２２ａの側壁上方の位置で広げられている。なお、圧力室２２ａの上方での圧電薄膜２５の平面形状は、上記の円形に限定されるわけではなく、他の形状であってもよい。
　上部電極２６は、各圧力室２２ａに対応して設けられる個別電極であり、圧電薄膜２５からはみ出さない形状（大きさ）で、Ｔｉ層とＰｔ層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電薄膜２５とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１～０．２μｍ程度である。上部電極２６は、下部電極２４との間で圧電薄膜２５を挟持するように設けられている。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。
　上部電極２６は、圧力室２２ａの上方では平面視でほぼ円形であり、圧力室２２ａの上方から圧力室２２ａの側壁上方にかけて、圧電薄膜２５に沿って引き出されている。この上部電極２６が引き出された部分を、上部電極引出部２６Ｅと称する。上部電極引出部２６Ｅの幅（引出方向に垂直な方向の幅）は、圧力室２２ａの上方の上部電極２６の幅よりも狭く、圧力室２２ａの側壁上方の位置（駆動回路２８との接続部分）で広くなっている。なお、圧力室２２ａの上方での上部電極２６の平面形状は、上記の円形に限定されるわけではなく、他の形状であってもよい。
　上記の圧電薄膜２５は、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。圧電アクチュエータ２１ａは、圧電薄膜２５および圧力室２２ａ等を２次元的に並べることにより形成される。
　また、上記の圧力室２２ａは、主室２２ａ1と、主室２２ａ1よりも容積の小さい副室２２ａ2・２２ａ3とを含む。主室２２ａ1は、圧電薄膜２５の駆動によって圧力が主に付与される部分（空間）である。副室２２ａ2は、主室２２ａ1と連通する空間であり、インク供給路２９から供給されるインクを主室２２ａ1に導く。インク供給路２９は、振動板２２ｂを貫通して形成されており、上述したインクチューブ１０（図１参照）と連通している。これにより、圧力室２２ａには、中間タンク６よりインクチューブ１０およびインク供給路２９を介してインクが供給され、収容される。なお、圧力室２２ａには、個別のインク供給路２９ではなく、各圧力室２２ａに共通する共通流路を通ってインクが供給されてもよい。副室２２ａ3は、支持基板２２において、主室２２ａ1に対して副室２２ａ2とは反対側に位置して、主室２２ａ1と連通している。また、支持基板２２に共通循環流路を設け、共通循環流路を介して、圧力室２２ａ内のインクを外部との間で循環させる構成としてもよい。
　圧電アクチュエータ２１ａの支持基板２２に対して、圧電薄膜２５の形成側とは反対側には、ノズル基板３１が接合されている。ノズル基板３１には、ノズル孔３１ａ（吐出孔）が形成されている。ノズル孔３１ａは、支持基板２２に形成された圧力室２２ａ（例えば副室２２ａ3）と連通している。これにより、圧力室２２ａに収容されているインクを、ノズル孔３１ａからインク滴として外部に吐出することができる。
　上記の構成において、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加すると、圧電薄膜２５が、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（支持基板２２の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電薄膜２５と振動板２２ｂとの長さの違いにより、振動板２２ｂに曲率が生じ、振動板２２ｂが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。
　したがって、圧力室２２ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２２ｂの振動により、圧力室２２ａ内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２２ａ内のインクがノズル孔３１ａからインク滴として外部に吐出される。
　本実施形態では、圧電薄膜２５は、上述した圧電薄膜引出部２５Ｅを除いて、平面視で圧力室２２ａの外形よりも内側に位置している。圧力室２２ａを覆う振動板２２ｂが、圧力室２２ａの上方位置で全て圧電薄膜２５によって覆われていると、圧電薄膜２５によって振動板２２ｂが拘束されるため、振動板２２ｂの振動量（変位量）が低下するおそれがある。上記のように圧電薄膜２５を設けることにより、圧力室２２ａの上方位置で、振動板２２ｂの全てが圧電薄膜２５によって覆われなくなるため、圧電薄膜２５による振動板２２ｂの拘束が減り、振動板２２ｂの変位量の低下を回避することができる。
　〔インクジェットヘッドの製造方法〕
　次に、圧電アクチュエータ２１ａを圧電素子として備えたインクジェットヘッド２１の製造方法について以下に説明する。図４は、インクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。なお、図４では、図２ＡのＢ－Ｂ’線に沿った断面を示す。
　（１）まず、支持基板２２を用意する。支持基板２２としては、ＭＥＭＳに多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、酸化膜２２ｅを介して２枚のＳｉ基板２２ｃ・２２ｄが接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。支持基板２２の厚みは規格等で決められており、直径６インチサイズの場合、その厚さは６００μｍ程度である。
　（２）次に、支持基板２２を加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、Ｓｉ基板２２ｃ・２２ｄの表面に、厚さが例えば０．１μｍのＳｉＯ2からなる熱酸化膜２３ａ・２３ｂをそれぞれ形成する。
　（３）そして、一方の熱酸化膜２３ａ上に、Ｔｉ（例えば厚さ２０ｎｍ）およびＰｔ（例えば厚さ１００ｎｍ）の各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極２４を形成する。つまり、支持基板２２および熱酸化膜２３ａ・２３ｂを含む基体２７上に、下部電極２４を形成する（電極形成工程）。なお、本実施例においては、熱酸化膜２３ｂは、支持基板２２の後述する研磨の際に同時に除去されるため、基体２７は、最終的に支持基板２２および熱酸化膜２３ｂで構成される。
　なお、Ｐｔの成膜条件は、例えば、成膜温度：４００～５００℃、スパッタ圧：０．４Ｐａ、Ａｒ流量：２０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１５０Ｗ、である。Ｐｔは、自己配向性を有しており、支持基板２２に対して（１１１）方向に配向している。なお、Ｐｔの代わりにイリジウム（Ｉｒ）を用いてもよい。また、密着層として、Ｔｉの代わりに酸化チタン（ＴｉＯｘ）を形成してもよい。
　（４）続いて、基体２７を６００℃程度に再加熱し、ＰＺＴからなる圧電薄膜２５を下部電極２４上にスパッタ法で成膜する（成膜工程）。なお、圧電薄膜２５は、複数の結晶の集合体からなる多結晶膜である。なお、ＰＺＴは、高温で成膜するとＰｂの蒸発によりＰｂが不足するため、予めＰＺＴターゲットのＰｂ量をストイキオメトリー（化学量論的組成）よりも所定量だけ過剰に添加してＰＺＴを成膜することが望ましい。
　ここで、圧電薄膜の結晶には、圧電性を持ったペロブスカイト相と、準安定相で、圧電性を持たないパイロクロア相とがある。結晶中のパイロクロア相の比率（パイロクロア比率）が増大すると、圧電薄膜とその下層（下部電極）との界面での密着性が低下することが懸念される。そこで、本実施形態では、圧電薄膜２５の結晶中のパイロクロア比率を少なくすることで、圧電薄膜２５とその下層との密着性を向上させるようにしている。なお、結晶中のパイロクロア比率は、圧電薄膜２５の成膜条件を適切に設定することで制御できるが、圧電薄膜２５の成膜条件およびパイロクロア比率の詳細については、後述する実施例の中で具体的に説明する。
　（５）次に、支持基板２２の裏面（熱酸化膜２３ｂ側）を研磨し、支持基板２２を薄型化する（研磨工程）。この研磨工程は、支持基板２２を機械研磨する工程と、支持基板２２を化学機械研磨する工程とを含む。機械研磨（mechanical polishing）は、グラインダーなどを用いた機械的な手法により、研磨対象物を研磨する技術であり、研磨対象物を深く粗く研磨するのに適している。一方、化学機械研磨（chemical mechanical polishing）は、砥粒による機械的な除去作用と、研磨液（スラリー）による金属膜表面の化学的作用とを併用して研磨対象物を研磨する技術であり、平滑な研磨面を高速で得るのに適している。このように、圧電薄膜２５を所望の形状にパターニングする前に、支持基板２２の研磨が先に行われる（先研磨）。
　（６）支持基板２２の研磨後、圧電薄膜２５上に感光性樹脂４１をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂４１の不要な部分を除去し、圧電薄膜２５のパターニング形状を転写する。その後、パターニングされた感光性樹脂４１をマスクとして、反応性イオンエッチング法により、圧電薄膜２５の一部を除去し、圧電薄膜２５を所望の形状にパターニング（パターニング工程）。
　（７）次に、圧電薄膜２５を覆うように下部電極２４上に、Ｔｉ（例えば厚さ０．１μｍ）およびＰｔ（例えば厚さ０．２μｍ）の各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極２４とは別の電極である上部電極２６を形成する（別電極形成工程）。続いて、上部電極２６上に感光性樹脂４２をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂４２の不要な部分を除去し、上部電極２６のパターニング形状を転写する。その後、パターニングされた感光性樹脂４２をマスクとして、反応性イオンエッチング法により、上部電極２６の一部を除去し、上部電極２６を所望の形状にパターニングする。
　（８）続いて、支持基板２２の裏面（熱酸化膜２３ｂ側）に感光性樹脂４３をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂４３の不要な部分を除去し、圧力室２２ａのパターニング形状を転写する。そして、パターニングされた感光性樹脂４３をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて支持基板２２の不要な部分の除去や加工を行い、圧力室２２ａを形成し（圧力室形成工程）、その他、連通路（例えばインク供給路２９）なども形成する。これにより、圧電素子としての圧電アクチュエータ２１ａが完成する。
　（９）最後に、圧電アクチュエータ２１ａの支持基板２２と、ノズル孔３１ａを有するノズル基板３１とを、支持基板２２の圧力室２２ａがノズル孔３１ａと連通するように、接着剤等を用いて接合する（接合工程）。これにより、インクジェットヘッド２１が完成する。なお、ノズル孔３１ａに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、支持基板２２と中間ガラス、および中間ガラスとノズル基板３１とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに３者（支持基板２２、中間ガラス、ノズル基板３１）を接合することができる。
　〔実施例〕
　次に、上述したインクジェットヘッド２１の製造方法の実施例について、比較例と併せて説明する。なお、以下の実施例および比較例では、圧電薄膜の成膜条件、および基板研磨のタイミング（圧電薄膜のパターニングとの前後関係）を異ならせた以外は、上述した製造方法と同じであるため、ここでは、圧電薄膜の成膜条件、および基板研磨のタイミングに特化して説明する。
　（実施例１）
　下部電極上に、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）からなる圧電薄膜をスパッタ法によって以下の成膜条件で成膜した。すなわち、成膜温度：６２０℃、ターゲットのＰｂ比（Ｚｒのモル比とＴｉのモル比との和に対するＰｂのモル比）：１～１．３、酸素（Ｏ2）流量／アルゴン（Ａｒ）流量：１％、である。ターゲットのＰｂ比を上記範囲で調整することにより、結晶中のパイロクロア相を減らすことができる。なお、支持基板の研磨のタイミングは、上述のように、圧電薄膜のパターニング前であり、先研磨である。
　（実施例２）
　ＰＺＴの成膜温度を６００℃とし、Ｏ2流量／Ａｒ流量を１～５％として圧電薄膜を成膜した以外は、実施例１と同様である。
　（実施例３）
　ＰＺＴの成膜温度を６００℃として圧電薄膜を成膜した以外は、実施例１と同様である。
　（実施例４）
　ＰＺＴの成膜温度を５８０℃とし、ターゲットのＰｂ比を１．１～１．３とし、Ｏ2流量／Ａｒ流量を１～５％として圧電薄膜を成膜した以外は、実施例１と同様である。
　（実施例５）
　下部電極上に、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ、Ｌａ：０．８モル％、Ｚｒ／Ｔｉ＝６０／４０）からなる圧電薄膜をスパッタ法によって以下の成膜条件で成膜した以外は、実施例１と同様である。すなわち、成膜温度：５８０℃、ターゲットのＰｂ比：１．１～１．３０、Ｏ2流量／Ａｒ流量：１～５％、である。
　（実施例６）
　ＰＺＴの成膜温度を５９０℃として圧電薄膜を成膜した以外は、実施例１と同様である。
　（実施例７）
　ＰＺＴの成膜温度を５９０℃とし、ターゲットのＰｂ比を１％として圧電薄膜を成膜した以外は、実施例３と同様である。
　（比較例１）
　ＰＺＴの成膜温度を６３５℃として圧電薄膜を成膜し、支持基板の研磨のタイミングを、圧電薄膜のパターニング後（図８参照）とした以外は、実施例１と同様である。
　（比較例２）
　支持基板の研磨のタイミングを、圧電薄膜のパターニング後（図８参照）とした以外は、実施例３と同様である。
　（比較例３）
　ＰＺＴの成膜温度を５９０℃とし、Ｏ2流量／Ａｒ流量：１～５％とし、支持基板の研磨のタイミングを、圧電薄膜のパターニング後（図８参照）とした以外は、実施例１と同様である。
　（比較例４）
　ＰＺＴの成膜温度を６２５℃として圧電薄膜を成膜した以外は、実施例１と同様である（支持基板の研磨は先研磨である）。
　（評価）
　〈パイロクロア比率〉
　実施例１～７、比較例１～４の各成膜条件で成膜された圧電薄膜について、Ｘ線回折（X‐ray diffraction；ＸＲＤ）による評価を行った。図５は、例えば実施例１で成膜された圧電薄膜に対して、ＸＲＤの２θ／θ測定を行ったときに得られるスペクトルを示している。なお、図５の縦軸の強度（回折強度、反射強度）は、１秒間たりのＸ線の計数率（ｃｐｓ；count per second）に対応する任意単位（Arbitrary Unit）で示している。このようなスペクトルから得られる各ピーク強度から、圧電薄膜の結晶中のパイロクロア比率を求めた。
　ここで、ペロブスカイト相の（１００）配向のピーク強度をＡ１とし、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度をＡ２とし、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度をＡ３とし、パイロクロア相のピーク強度をＰｙとすると、上記パイロクロア比率Ｒは、以下の式で表される。
　　　Ｒ＝Ｐｙ／（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）
　つまり、パイロクロア比率とは、上記２θ／θ測定によって得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、パイロクロア相のピーク強度の比を指す。
　〈膜応力（内部応力）〉
　実施例１～７、比較例１～４のそれぞれについて、圧電薄膜の成膜前後での基板の反りを測定し、以下の公知の式に基づいて圧電薄膜の膜応力σ（Ｐａ）を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ｄは膜厚（ｍ）、Ｄは基板の厚さ（ｍ）、Ｅｓは基板の縦弾性係数（Ｐａ）、νｓは基板のポアソン比、ａは基板半径（ｍ）、ｈ2は成膜後の基板の反り（ｍ）、ｈ1は成膜前の基板の反り（ｍ）を表す。例えば基板がＳｉまたはＳＯＩ基板の場合、Ｅｓは１６０（ＧＰａ）であり、νｓは０．２である。
　〈剥離応力〉
　実施例１～７、比較例１～４のそれぞれについて、振動板上の圧電薄膜に対して、下部電極と上部電極との間に、数ｋＨｚ～１００ｋＨｚの高周波電圧を印加し、圧電薄膜を繰り返し駆動した。このとき、開始電圧を２０Ｖ程度とし、開始電圧から電圧を徐々に増加させ、それぞれの電圧の印加状態で３０分～１時間程度保持した。
　各電圧条件で、圧電薄膜の剥離状態を観察し、圧電薄膜が剥離する電圧と、その電圧の印加時に圧電薄膜に作用するせん断応力とから、圧電薄膜の剥離応力を算出した。なお、各電圧印加時に圧電薄膜に作用するせん断応力は、予め算出しておいた圧電定数ｄ31（ｐｍ／Ｖ）とダイアフラム構造の有限要素解析により計算することができる。
　実施例１～７、比較例１～４のそれぞれについての評価の結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、表１で示した評価の基準は、以下の通りである。
　×・・・剥離応力が１００ＭＰａ未満であり、圧電薄膜の剥離が確認された。
　○・・・剥離応力が１００ＭＰａ以上１１０ＭＰａ未満であり、圧電薄膜の剥離がほとんど確認されなかった。
　◎・・・剥離応力が１１０ＭＰａ以上であり、圧電薄膜の剥離が全く確認されなかった。
　表１より、比較例１～４では、繰り返し駆動時の剥離応力の評価が不良（×）となっている。これは、比較例１～３における支持基板の研磨は、圧電薄膜のパターニング後の研磨（後研磨）であり、後研磨では、パターニングされた圧電薄膜のエッジに、研磨の際のせん断方向の負荷がかかることによって、圧電薄膜のエッジとその下層との密着性が低下するためと考えられる。また、比較例４における支持基板の研磨は、圧電薄膜のパターニング前の研磨（先研磨）であるが、圧電薄膜のパイロクロア比率が１００ｐｐｍを超えており、密着性の低下の原因となるパイロクロア比率が高いためと考えられる。
　これに対して、実施例１～７では、剥離応力の評価が良好（◎または○）となっている。これは、実施例１～７における支持基板の研磨は先研磨であり、かつ、圧電薄膜の結晶中のパイロクロア比率も１００ｐｐｍ以下と小さいため、研磨時のせん断応力に起因する密着性低下、およびパイロクロア相に起因する密着性低下を両方とも抑えることができていることによるものと考えられる。
　特に、実施例２～５、７では、パイロクロア比率が４５ｐｐｍ以下と非常に小さいため、パイロクロア相に起因する密着性低下が確実に抑えられ、剥離応力が増大する（剥離しにくい）傾向にあると言える。また、実施例２、４、５～７のように、膜応力が５０ＭＰａ以下であれば、剥離応力が１１０ＭＰａ以上であることから、圧電薄膜と下層との密着性がさらに向上し、圧電薄膜がより剥離しにくくなると言える。特に、実施例６では、実施例１とパイロクロア比率が同じであり、実施例７では、実施例３とパイロクロア比率が同じであるが、どちらも膜応力が５０ＭＰａ以下と低く、剥離応力の評価がさらに良好となっていることから、パイロクロア比率が同じであっても、膜応力が５０ＭＰａ以下であれば、さらに剥離応力を増大させる（剥離しにくくさせる）ことができると言える。
　以上のように、基板の研磨工程は、圧電薄膜のパターニング工程よりも前に行われるため、基板研磨時のせん断方向の負荷の影響を、パターニング後の圧電薄膜のエッジが受けることはない。つまり、基板研磨時には圧電薄膜はパターニングされておらず、ベタ状であるため、圧力室上方の、パターニング後の圧電薄膜のエッジに相当する部分に局所的に、基板研磨時の上記負荷がかかることはない。これにより、基板の研磨に起因して、圧電薄膜のエッジとその下層との密着性が低下するのを抑えることができる。また、成膜工程では、結晶中のパイロクロア比率が１００ｐｐｍ以下となるように圧電薄膜が成膜されるので、パイロクロア相に起因する、圧電薄膜と下層との密着性の低下も抑えることができる。したがって、製造された圧電素子（圧電アクチュエータ）の繰り返し駆動時において、圧電薄膜が下層から剥離するのを抑えることができ、圧電素子の信頼性を向上させることができる。
　また、圧電薄膜に予め５０ＭＰａよりも高い膜応力が発生していると、駆動時（電圧印加時）に発生する応力との総和が大きくなり、駆動時に圧電薄膜がより剥離しやすくなると考えられる。また、圧電薄膜の膜応力が５０ＭＰａよりも高いと、素子の製造工程中、常に、圧電薄膜と電極との界面に高い応力が働いて、欠陥のような微小ダメージを作りやすく、これによっても駆動時に圧電薄膜が剥離しやすくなると考えられる。
　しかし、成膜工程において、膜応力が５０ＭＰａ以下となるように圧電薄膜を成膜することで、駆動時の応力との総和を小さくでき、製造工程中に高い膜応力に起因する欠陥の発生も抑えることができる。これにより、駆動時の圧電薄膜の下層からの剥離を抑える効果を高めることができる。特に、先研磨では、基板が薄くて反りやすく、基板に反りによって圧電薄膜の膜応力が高くなりやすいため、膜応力が５０ＭＰａ以下となるように圧電薄膜を成膜することは、先研磨において非常に有効であると言える。
　なお、上述した実施例では、圧電薄膜の成膜時の成膜温度を下げることで、圧電薄膜の膜応力を緩和しているが、この他に、基板電位を調整する、下地にシード層を使う、などによって、圧電薄膜の膜応力を下げるようにしてもよい。
　また、成膜工程において、上記したパイロクロア比率が４５ｐｐｍ以下となるように圧電薄膜を成膜することで、パイロクロア相に起因する圧電薄膜と下層との密着性低下を確実に抑えることができる。これにより、繰り返し駆動時における圧電薄膜の剥離を確実に抑えて、圧電素子の信頼性を確実に向上させることができる。
　また、本実施形態の製造方法では、下部電極とは別の電極（上部電極）を圧電薄膜上に形成する際に、その上部電極の形成工程（別電極形成工程）は、圧電薄膜のパターニング工程の後に行われている（図４参照）。基板の研磨工程は、圧電薄膜のパターニング工程の前に行われるため、当然ながら、別電極形成工程は、基板研磨工程の後に行われることになる。このように、基板研磨工程および圧電薄膜のパターニング工程の後に、パターニングされた圧電薄膜上に上部電極を形成して圧電素子を製造する場合において、上述した本実施形態の効果を得ることができる。
　また、本実施形態では、圧電薄膜のパターニング工程の後に、基板に圧力室を形成している。この場合、基板に形成された圧力室を、インクの収容部として利用できるため、インクジェットヘッドに好適な圧電素子（圧電アクチュエータ）を実現することができる。
　また、本実施形態では、上述した圧電素子の製造方法を用い、最終的に、上記基板（支持基板）とノズル基板とを、圧力室とのノズル孔とが連通するように接合してインクジェットヘッドを製造している。これにより、インクジェットヘッドにおいて、繰り返し駆動時における圧電薄膜の下層からの剥離を抑えて、信頼性を向上させることができる。
　〔インクジェットヘッドの他の製造方法〕
　図６は、本実施形態のインクジェットヘッドの他の製造工程を示す断面図である。同図に示すように、圧電薄膜２５上に別の電極（上部電極２６）を形成する別電極形成工程は、圧電薄膜２５のパターニング工程の前に行われてもよい。そして、支持基板２２の研磨工程は、別電極形成工程の後で、かつ、パターニング工程の前に行われてもよい。なお、それ以外の工程については、図４と同様である。
　上部電極２６の形成後で、かつ、圧電薄膜２５のパターニング前に、支持基板２２を研磨する場合でも、その後、パターニングされた圧電薄膜２５のエッジに、基板研磨時のせん断方向の負荷がかかるといったことがないため、支持基板２２の研磨に起因して、圧電薄膜２５のエッジとその下層（下部電極２４）との密着性が低下するのを抑えることができる。
　つまり、支持基板２２の研磨が、圧電薄膜２５のパターニングの前に行われるのであれば、上部電極２６の形成は、支持基板２２の研磨の後であってもよいし（図４参照）、研磨の前であってもよい（図６参照）。
　〔インクジェットヘッドの他の構成〕
　図７は、インクジェットヘッド２１の他の構成を示す断面図である。同図のように、インクジェットヘッド２１は、圧電薄膜２５を密閉するための封止筐体６０をさらに備えていることが望ましい。つまり、インクジェットヘッド２１の製造方法は、圧電薄膜２５を封止筐体６０で密閉する密閉工程をさらに含んでいることが望ましい。封止筐体６０は、ノズル基板３１と接着剤などによって接着され、これによって封止筐体６０内部の気密性が確保される。
　図７の構成では、インク供給路２９は、封止筐体６０を貫通するインクチューブ１０と連通している。また、上部電極引出部２６Ｅは、ワイヤー６２を介してＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）６３と接続されており、ＦＰＣ６３は駆動回路２８（図２Ｂ参照）と接続されている。これにより、駆動回路２８から、ＦＰＣ６３および上部電極引出部２６Ｅを介して上部電極２６に電圧を印加することが可能となっている。なお、下部電極２４も、図示しない配線を介してＦＰＣ６３と接続されているものとする。上部電極２６（上部電極引出部２６Ｅ）および下部電極２４とＦＰＣ６３との接続方法は、上記のワイヤーボンディング（ボールボンディング）には限定されず、例えばそれぞれの電極上にバンプ（突起部）を形成して、ＦＰＣ６３側のバンプと接触させ、これらのバンプの少なくとも一方を溶融させることで接続してもよい。
　上記のように圧電薄膜２５が封止筐体６０で密閉されることで、インクジェットヘッド２１が使用される環境において、大気中の水分の圧電薄膜２５への到達、浸入が妨げられる。これにより、圧電薄膜２５の上記水分による絶縁破壊を抑えて、さらに信頼性の高いインクジェットヘッド２１を実現することができる。
　なお、封止筐体６０内の水分による圧電薄膜２５の絶縁破壊を抑えるべく、封止筐体６０内に、吸湿材６１を配置したり、乾燥窒素を導入することにより、封止筐体６０の内部を例えば相対湿度１％以下に保つことが望ましい。
　〔圧電材料について〕
　以上では、圧電薄膜２５を構成する圧電材料として、ＰＺＴまたはＰＬＺＴを用いた場合について説明したが、これらの材料に限定されるわけではない。すなわち、ＡＢＯ3型のペロブスカイト型構造のＡサイトまたはＢサイトに以下の元素を含むペロブスカイト化合物で圧電薄膜２５を構成してもよい。
　すなわち、ＡＢＯ3型のペロブスカイト型構造のＡサイトの元素は、鉛（Ｐｂ）を含み、さらに、バリウム（Ｂａ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ビスマス（Ｂｉ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも１つを含んでいてもよい。また、Ｂサイトの元素は、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含み、さらに、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）の少なくとも１つを含んでいてもよい。
　また、用いる圧電材料は、Ｐｂを含まない非鉛系の圧電材料であってもよい。非鉛系の圧電材料としては、例えばチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ3）などがある。
　〔補足〕
　以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
　以上で説明した本実施形態の圧電素子の製造方法およびインクジェットヘッドの製造方法は、以下のように表現することができ、これによって以下の作用効果を奏すると言うことができる。
　本実施形態の圧電素子の製造方法は、少なくとも基板を含む基体上に電極を形成する電極形成工程と、前記電極上に圧電薄膜を成膜する成膜工程と、前記圧電薄膜の一部を除去して前記圧電薄膜をパターニングするパターニング工程と、前記基板を研磨する研磨工程とを含み、前記研磨工程は、前記パターニング工程よりも前に行われ、前記成膜工程では、Ｘ線回折の２θ／θ測定によって得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、パイロクロア相のピーク強度の比が、１００ｐｐｍ以下となるように、前記圧電薄膜を成膜する。
　上記の製造方法によれば、少なくとも基板を含む基体上に、電極（例えば下部電極）および圧電薄膜が形成され、その圧電薄膜をパターニングする前に、基板が研磨され、薄型化される。圧電薄膜のパターニング前に基板を研磨することを、「先研磨」とも称する。先研磨によって基板を薄型化した後に、圧電薄膜がパターニングされるため、パターニング後の圧電薄膜のエッジに、基板研磨時のせん断方向の負荷がかかるといったことがない。これにより、基板の研磨に起因して、圧電薄膜のエッジとその下層（例えば電極）との密着性が低下するのを抑えることができる。また、圧電薄膜の結晶中のパイロクロア比率が１００ｐｐｍ以下と小さいため、結晶中のパイロクロア相に起因して、圧電薄膜と下層（例えば電極）との密着性が低下するのを抑えることもできる。よって、製造された圧電素子の繰り返し駆動時において、圧電薄膜が下層から剥離するのを抑えて、圧電素子の信頼性を向上させることができる。
　前記成膜工程では、膜応力が５０ＭＰａ以下となるように前記圧電薄膜を成膜することが望ましい。圧電薄膜の膜応力が５０ＭＰａ以下と小さい場合、駆動時に圧電薄膜とその下層（例えば電極）との界面に働く応力を極力小さくできる。これにより、駆動時の圧電薄膜の下層からの剥離を抑える効果を高めることができる。
　前記成膜工程では、前記比が、４５ｐｐｍ以下となるように、前記圧電薄膜を成膜することが望ましい。圧電薄膜の結晶中のパイロクロア比率が４５ｐｐｍ以下と非常に小さいため、結晶中のパイロクロア相に起因して、圧電薄膜と下層との密着性が低下するのを確実に抑えることができる。これにより、繰り返し駆動時における圧電薄膜の剥離を確実に抑えて、圧電素子の信頼性を確実に向上させることができる。
　前記圧電薄膜は、チタン酸ジルコン酸鉛を含んでいてもよい。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）は、ペロブスカイト型構造を有し、良好な圧電特性を発揮するため、インクジェットヘッドのアクチュエータ等に好適な圧電素子を実現することができる。
　前記圧電薄膜の膜厚は、１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。圧電薄膜が薄型であるため、小型の圧電素子を実現することができる。また、圧電薄膜が薄型の構成において、上述の効果を得ることができる。
　前記研磨工程は、前記基板を化学機械研磨する工程を含むことが望ましい。化学機械研磨により、基板の研磨面を精度よく研磨して平滑にすることができる。
　前記圧電素子の製造方法は、前記圧電薄膜上に別の電極を形成する別電極形成工程をさらに含み、前記別電極形成工程は、前記パターニング工程の後に行われてもよい。圧電薄膜のパターニング後に、そのパターニングされた圧電薄膜上に別の電極（例えば上部電極）を形成して圧電素子を製造する場合において、上述の効果を得ることができる。
　前記圧電素子の製造方法は、前記圧電薄膜上に別の電極を形成する別電極形成工程をさらに含み、前記別電極形成工程は、前記パターニング工程の前に行われ、前記研磨工程は、前記別電極形成工程の後で、かつ、前記パターニング工程の前に行われてもよい。別電極（例えば上部電極）の形成後であっても、圧電薄膜のパターニング前に基板を研磨することにより、その後、パターニングされた圧電薄膜のエッジに、基板研磨時のせん断方向の負荷がかかるといったことがないため、基板の研磨に起因して、圧電薄膜のエッジとその下層との密着性が低下するのを抑えることができる。
　前記圧電素子の製造方法は、前記パターニング工程の後、前記基板に圧力室を形成する工程を含んでいてもよい。この場合、基板に形成された圧力室を、インクの収容部として利用できるため、インクジェットヘッドに好適な圧電素子を実現することができる。
　本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法は、上記の圧電素子の製造方法を含むインクジェットヘッドの製造方法であって、前記基板を支持基板とすると、ノズル孔を有するノズル基板を、前記ノズル孔が前記支持基板に形成された前記圧力室と連通するように、前記支持基板に接合する接合工程を含んでいる。
　支持基板とノズル基板とを、圧力室とのノズル孔とが連通するように接合することにより、インクジェットヘッドが構成される。上述した圧電素子の製造方法によれば、圧電素子の繰り返し駆動時において、圧電薄膜の下層からの剥離を抑えて、圧電素子の信頼性を向上させることができるため、その圧電素子の製造方法を含んで製造されたインクジェットヘッドにおいても、信頼性を向上させることができる。
　前記インクジェットヘッドの製造方法は、前記圧電薄膜を封止筐体で密閉する密閉工程をさらに含んでいてもよい。圧電薄膜が封止筐体で密閉されることで、インクジェットヘッドが使用される環境の大気中の水分の圧電薄膜への到達が妨げられる。これにより、圧電薄膜の上記水分による絶縁破壊を抑えて、さらに信頼性の高いインクジェットヘッドを実現することができる。
　本発明は、例えばインクジェットヘッドのアクチュエータに適用される圧電素子の製造に利用可能である。
　　２１　　　インクジェットヘッド
　　２１ａ　　圧電アクチュエータ（圧電素子）
　　２２　　　支持基板（基板）
　　２２ａ　　圧力室
　　２４　　　下部電極（電極）
　　２５　　　圧電薄膜
　　２６　　　上部電極（別電極）
　　２７　　　基体
　　３１　　　ノズル基板
　　３１ａ　　ノズル孔
　　６０　　　封止筐体

Claims (11)

  1. 　少なくとも基板を含む基体上に電極を形成する電極形成工程と、
    　前記電極上に圧電薄膜を成膜する成膜工程と、
    　前記圧電薄膜の一部を除去して前記圧電薄膜をパターニングするパターニング工程と、
    　前記基板を研磨する研磨工程とを含み、
    　前記研磨工程は、前記パターニング工程よりも前に行われ、
    　前記成膜工程では、Ｘ線回折の２θ／θ測定によって得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、パイロクロア相のピーク強度の比が、１００ｐｐｍ以下となるように、前記圧電薄膜を成膜することを特徴とする圧電素子の製造方法。
  2. 　前記成膜工程では、膜応力が５０ＭＰａ以下となるように前記圧電薄膜を成膜することを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
  3. 　前記成膜工程では、前記比が、４５ｐｐｍ以下となるように、前記圧電薄膜を成膜することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電素子の製造方法。
  4. 　前記圧電薄膜は、チタン酸ジルコン酸鉛を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
  5. 　前記圧電薄膜の膜厚は、１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
  6. 　前記研磨工程は、前記基板を化学機械研磨する工程を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
  7. 　前記圧電薄膜上に別の電極を形成する別電極形成工程をさらに含み、
    　前記別電極形成工程は、前記パターニング工程の後に行われることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
  8. 　前記圧電薄膜上に別の電極を形成する別電極形成工程をさらに含み、
    　前記別電極形成工程は、前記パターニング工程の前に行われ、
    　前記研磨工程は、前記別電極形成工程の後で、かつ、前記パターニング工程の前に行われることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
  9. 　前記パターニング工程の後、前記基板に圧力室を形成する工程を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の圧電素子の製造方法。
  10. 　請求項９に記載の圧電素子の製造方法を含むインクジェットヘッドの製造方法であって、
    　前記基板を支持基板とすると、
    　ノズル孔を有するノズル基板を、前記ノズル孔が前記支持基板に形成された前記圧力室と連通するように、前記支持基板に接合する接合工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
  11. 　前記圧電薄膜を封止筐体で密閉する密閉工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020002351B4 (de) * 2020-04-19 2024-09-19 Exel Industries Sa Druckkopf mit mikropneumatischer Steuereinheit
RU2762040C1 (ru) * 2020-11-06 2021-12-15 СВИ Коммуникатионс-унд Компутер ГмбХ Система объединения цифровых потоков и способ объединения цифровых потоков (варианты)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002316417A (ja) 2001-02-19 2002-10-29 Seiko Epson Corp インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置
JP2006175599A (ja) * 2004-12-20 2006-07-06 Fuji Photo Film Co Ltd 液体吐出ヘッド及びその製造方法
JP2013247216A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Konica Minolta Inc 圧電素子およびそれを備えたインクジェットヘッド
WO2014162999A1 (ja) * 2013-04-01 2014-10-09 富士フイルム株式会社 圧電体膜および圧電体膜の製造方法
JP2015099864A (ja) * 2013-11-20 2015-05-28 コニカミノルタ株式会社 薄膜圧電アクチュエータの製造方法
WO2015163070A1 (ja) * 2014-04-23 2015-10-29 コニカミノルタ株式会社 圧電素子、圧電素子の製造方法、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4438892B1 (ja) * 2009-02-03 2010-03-24 富士フイルム株式会社 圧電体とその製造方法、圧電素子、及び液体吐出装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002316417A (ja) 2001-02-19 2002-10-29 Seiko Epson Corp インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置
JP2006175599A (ja) * 2004-12-20 2006-07-06 Fuji Photo Film Co Ltd 液体吐出ヘッド及びその製造方法
JP2013247216A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Konica Minolta Inc 圧電素子およびそれを備えたインクジェットヘッド
WO2014162999A1 (ja) * 2013-04-01 2014-10-09 富士フイルム株式会社 圧電体膜および圧電体膜の製造方法
JP2015099864A (ja) * 2013-11-20 2015-05-28 コニカミノルタ株式会社 薄膜圧電アクチュエータの製造方法
WO2015163070A1 (ja) * 2014-04-23 2015-10-29 コニカミノルタ株式会社 圧電素子、圧電素子の製造方法、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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