CN1577911A - 压电层及其形成方法和所述方法使用的加热装置、压电元件 - Google Patents

压电层及其形成方法和所述方法使用的加热装置、压电元件 Download PDF

Info

Publication number
CN1577911A
CN1577911A CNA2004100500935A CN200410050093A CN1577911A CN 1577911 A CN1577911 A CN 1577911A CN A2004100500935 A CNA2004100500935 A CN A2004100500935A CN 200410050093 A CN200410050093 A CN 200410050093A CN 1577911 A CN1577911 A CN 1577911A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hot plate
precursor film
temperature
piezoelectric layer
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004100500935A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100433396C (zh
Inventor
横内俊昭
角浩二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN1577911A publication Critical patent/CN1577911A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100433396C publication Critical patent/CN100433396C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1645—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by spincoating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F27B17/0025—Especially adapted for treating semiconductor wafers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0037—Supports specially adapted for semi-conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/077—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition
    • H10N30/078—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition by sol-gel deposition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419—Manifold
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49128—Assembling formed circuit to base
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49401—Fluid pattern dispersing device making, e.g., ink jet

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明提供了一种可使铁电前驱体膜可靠脱脂并可获得良好结晶性的压电层的形成方法和其所使用的加热装置、以及具有良好结晶性的压电层和压电元件。本发明的压电层的形成方法包括：干燥工序，在衬底的下电极上至少形成一层铁电前驱体膜并使铁电前驱体膜干燥；脱脂工序，将衬底导入与被加热到一定温度的热板相对的区域，在由接近栓支承的状态下对铁电前驱体膜进行脱脂；烧结工序，将脱脂的铁电前驱体膜进一步烧结作为铁电膜；以及，通过重复进行预定次数的铁电前驱体膜的干燥工序、脱脂工序及烧结工序来形成压电层，并在进行脱脂工序时，调节热板与衬底之间的间隔，同时冷却与衬底的热板相反侧的空间温度，从而调节铁电前驱体膜的加热温度的工序。

Description

压电层及其形成方法和所述方法使用的加热装置、压电元件
技术领域
本发明涉及由铁电膜形成且用于构成压电元件的压电层的形成方法、压电层及压电元件，还涉及在对由压电层构成的铁电前驱体膜进行脱脂时所使用的加热装置。
背景技术
具有由铁电膜形成的压电层的压电元件，由于具有自发极化、高介电常数、电光效应、压电效应、热电效应等，因此被应用于广泛的设备中，例如喷墨式记录头等。构成这种压电元件的铁电膜(压电层)例如通过溶胶-凝胶法来形成。即，在规定的衬底上，例如通过涂布有机金属化合物的溶胶来形成铁电前驱体膜，并将所述铁电前驱体膜加热到预定温度进行干燥、脱脂后，进而通过在高温下进行烧结使之晶化，由此获得铁电膜。
这里，当对铁电前驱体膜进行脱脂时，需要将铁电前驱体膜加热到预定温度，作为此时所使用的加热装置，例如有下述装置：通过在与热板相对的位置上可上下移动地设置的接近栓(proximity pin)来支承衬底，通过降低接近栓来调节衬底与热板之间的间隔，由此调节衬底的加热温度(例如，参见日本专利特开平6-181173号公报)。
但是，如果使用这种加热装置来对铁电前驱体膜进行脱脂，则有时无法对铁电前驱体膜进行充分脱脂。即，由于为了安全等而将加热装置设置于外壳等的内部，因此，对热板进行加热时所塑外壳的内部整体的温度将会上升。由此，在铁电前驱体膜的表面上形成涂层，从而产生无法对整个铁电前驱体膜进行充分脱脂的问题。
此外，如果使用这种装置进行脱脂，则可能是铁电前驱体膜的温度急剧上升的缘故，难以在铁电前驱体膜上形成晶核，从而也有即使对铁电前驱体膜进行烧结也无法很好地使其晶化的问题。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种能够可靠地对铁电前驱体膜进行脱脂并可获得良好结晶性的压电层的形成方法和其使用的加热装置、以及具有良好结晶性的压电层和压电元件。
解决上述问题的本发明的第一方案是一种压电层的形成方法，其特征在于，当形成由设置于衬底的一面侧的下电极、由设置于该下电极上的多层铁电膜所构成的压电层以及设置于该压电层上的上电极构成的压电元件时，包括：干燥工序，在所述衬底的所述下电极上至少形成一层铁电前驱体膜并使该铁电前驱体膜干燥；脱脂工序，将所述衬底导入与被加热到一定温度的热板相对的区域，并在由接近栓支承的状态下对所述铁电前驱体膜进行脱脂；烧结工序，对脱脂的铁电前驱体膜进一步进行烧结从而作为所述铁电膜；以及，通过重复进行预定次数的所述铁电前驱体膜的干燥工序、脱脂工序及烧结工序来形成所述压电层，并且在进行所述脱脂工序时，调节所述热板与所述衬底之间的间隔，同时冷却所述衬底的与所述热板相反侧的空间的温度，从而调节所述铁电前驱体膜的加热温度的工序。
在所述第一方案中，能够以最佳的加热温度对铁电前驱体膜进行加热，并通过对空间进行冷却而在铁电前驱体膜的表面上不形成涂层，从而能够使铁电前驱体膜整体良好地脱脂。
本发明的第二方案是如第一方案所述的压电层的形成方法，其特征在于，第一次的脱脂工序包括：第一工序，在使所述衬底与所述热板之间维持规定间隔的状态下对所述铁电前驱体膜进行脱脂；和第二工序，在使所述衬底与所述热板相接触的状态下对所述铁电前驱体膜进行脱脂。
在所述第二方案中，进行脱脂时，由于铁电前驱体膜以最佳的升温率被加热，因此在能够使铁电前驱体膜整体良好地脱脂的同时，可以良好地形成许多晶核。
本发明的第三方案是如第一方案或第二方案所述的压电层的形成方法，其特征在于，通过使所述衬底的表面附近形成气流来冷却所述空间的温度。
在所述第三方案中，能够比较容易且充分地冷却上述空间的温度。
本发明的第四方案是如第一至第三方案中任一方案所述的压电层的形成方法，其特征在于，将所述空间的温度冷却至200℃以下。
在所述第四方案中，能够可靠地防止在铁电前驱体膜的表面上形成涂层，从而能够使铁电前驱体膜良好地脱脂。
本发明的第五方案是如第四方案所述的压电层的形成方法，其特征在于，将所述热板加热至300℃～500℃。
在所述第五方案中，能够使铁电前驱体膜良好地脱脂。
本发明的第六方案是一种压电层，其特征在于，所述压电层是通过如第一至第五方案中任一方案所述的形成方法来形成的。
在所述第六方案中，提高了压电层的结晶性。
本发明的第七方案是一种压电元件，其特征在于，所述压电元件具备第六方案的压电层。
在所述第七方案中，提高了压电层的结晶性，并提高了压电元件的位移特性等各种特性。
本发明的第八方案是一种加热装置，其特征在于，具有接近栓和被加热至一定温度的热板，所述接近栓被设置成可在上下方向上移动，将预定的衬底支承到与所述热板相对的区域中，所述加热装置同时还具有冷却装置，所述冷却装置将所述衬底的至少与所述热板相反侧的空间的温度冷却至比所述衬底在所述热板侧的温度低的预定温度以下。
在所述第八方案中，可在最佳的温度下对铁电前驱体膜进行加热，并可通过冷却空间来防止在铁电前驱体膜的表面上形成涂层，从而能够使铁电前驱体膜良好地脱脂。
本发明的第九方案是如第八方案所述的加热装置，其特征在于，所述冷却装置是一种使所述衬底的至少与所述热板相反侧的表面附近产生气流的气流产生装置。
在所述第九方案中，由于能够比较容易且充分地冷却上述空间的温度，因此可以容易地将衬底表面整体的温度保持在一定以下。
本发明的第十方案是如第八方案或第九方案所述的加热装置，其特征在于，所述冷却装置将所述空间的温度冷却至200℃以下。
在所述第十方案中，能够可靠地防止在铁电前驱体膜的表面上形成涂层，从而能够使铁电前驱体膜良好地脱脂。
本发明的第十一方案是如第十方案所述的加热装置，其特征在于，所述热板的加热温度为300℃～500℃。
在所述第十一方案中，能够使铁电前驱体膜良好地脱脂。
附图说明
图1是一个实施方式中的记录头的分解立体图；
图2(a)及图2(b)是一个实施方式中的记录头的平面图及截面图；
图3(a)至图3(d)是表示一个实施方式中的记录头的制造工序的截面图；
图4(a)至图4(c)是表示一个实施方式中的记录头的制造工序的截面图；
图5是一个实施方式中的加热装置的概略图；
图6(a)至图6(c)是表示一个实施方式中的记录头的制造工序的概略图；
图7是表示脱脂时硅晶片的温度上升的图表；
图8(a)至图8(d)是表示一个实施方式中的记录头的制造工序的截面图。
具体实施方式
下面，基于实施方式详细说明本发明。
图1是本发明的一个实施方式中具备压电元件的喷墨式记录头的分解立体图，图2(a)及图2(b)分别是图1的平面图及截面图。如图所示，在本实施方式中，流路形成衬底10由(110)取向的硅单晶衬底构成，并在其一面的宽度方向上并列设置有多个压力产生室12，所述多个压力产生室12通过各向异性蚀刻形成，并通过隔板11划分而成。此外，在压力产生室12的长度方向的外侧，形成有连通部分13，所述连通部分13通过与后述的密封衬底的储墨部分相连通而构成储墨室的一部分，并经墨水供给通路14分别与各压力产生室12的长度方向上的一端相连通。此外，所述流路形成衬底10的一个面构成开口面，在另一面上形成有弹性膜50，所述弹性膜50由事先通过热氧化而形成的二氧化硅构成、厚度为1～2μm。
此外，在流路形成衬底10的开口面一侧，通过粘接剂或热熔粘薄膜等固定有喷嘴板20，所述喷嘴板20贯穿设置有在各压力产生室12的墨水供给通路14相反侧连通的喷嘴开口21。
另一方面，在与所述流路形成衬底10的开口面相反的一侧，如上所述，形成了厚度例如约为1.0μm的弹性膜50，并在所述弹性膜50上形成了厚度例如约为0.4μm的绝缘膜55。而且，在所述绝缘膜55上，通过后述的工艺而层叠形成了厚度例如约为0.2μm的下电极膜60、厚度例如约为1.0μm的压电层70、厚度例如约为0.05μm的上电极膜80，从而构成了压电元件300。这里，压电元件300是指包含下电极膜60、压电层70、以及上电极膜80的部分。一般来说，将压电元件300的任一侧电极作为共用电极，并为每一个压力产生室12通过图案化来形成另一电极以及压电层70。另外，这里将由图案化形成的任一个电极以及铁电薄膜70构成的、通过向两个电极施加电压而产生压电变形的部分称为压电体主动部分。在本实施方式中，虽然将下电极膜60作为压电元件300的共用电极，将上电极膜80作为压电元件300的个别电极，但也可以根据驱动电路或布线情况来相反地进行设置。无论那种情况，都对应每个压力产生室形成压电体主动部分。此外，在这里，将压电元件300和通过所述压电元件300的驱动而产生位移的振动板合在一起称为压电致动器。另外，在本实施方式中，弹性膜50、绝缘膜55以及下电极膜60起振动板作用。
这里，在作为压电元件300个别电极的各个上电极膜80上连接有引导电极90，所述引导电极90例如由金(Au)等形成，并从墨水供给通路14一侧的端部附近被延伸设置到压力产生室12的外侧。另外，虽然没有图示，但在该引导电极90的顶端附近连接着外部配线，所述外部配线与用于驱动压电元件300的驱动电路相连。
此外，在形成有这种压电元件300的流路形成衬底10上，在与压电元件300相对的区域，在确保不妨害压电元件300运动的程度的空间的状态下，接合着具有可密封所述空间的压电元件支承部分31的密封衬底30。所述密封衬底30所使用的材料优选使用线膨胀系数大致与流路形成衬底10相同的材料，例如硅单晶衬底。此外，在密封衬底30上设置有储墨部分32，所述储墨部分32构成作为各压力产生室12的共用墨水室的储墨室100的至少一部分。此外，在密封衬底30的压电元件支承部分31与储墨部分32之间的区域，设置有在厚度方向上贯穿密封衬底30的贯穿孔33。另外，从各压电元件300引出的引导电极90，其端部附近在贯穿孔33内露出。此外，在密封衬底30上接合着由密封膜41和固定板42构成的柔性(compliance)衬底40，其中所述密封膜41由刚性低且具有挠性的材料形成，所述固定板42由金属等硬质材料形成。另外，所述固定板42的与储墨室100相对的区域构成在厚度方向上完全被除去的开口部分43，因而储墨室100的一面只被密封膜41所密封。
如上述的本实施方式的喷墨式记录头，从没有图示的外部墨水供给装置取入墨水，从储墨室100直至喷嘴口21使内部充满墨水后，根据来自没有图示的驱动IC的驱动信号，经外部天线向对应于压力产生室12的各个下电极膜60与上电极膜80之间施加驱动电压，从而使弹性膜50、绝缘膜55、下电极膜60以及铁电薄膜发生挠性变形，由此各压力产生室12内的压力升高，从而从喷嘴口21喷出液滴。
下面，参照图3(a)至图3(d)～图6(a)至图6(c)来说明所述本实施方式的喷墨式记录头的制造方法进行说明。首先，如图3(a)所示，将构成流路形成衬底10的硅晶片110在约1100℃的扩散炉中进行热氧化，从而在整个面上形成由弹性膜50及掩膜51构成的二氧化硅膜52。接着，如图3(b)所示，在弹性膜50(二氧化硅膜52)上形成锆(Zr)层之后，例如在500～1200℃的扩散炉中进行热氧化来形成由二氧化锆(ZrO2)构成的绝缘膜55。接着，如图3(c)所示，例如在绝缘膜55上形成由铂和铱形成的下电极膜60并通过图案化而形成为预定形状。作为所述下电极膜60的材料优选铂、铱等，这是因为通过飞溅法或溶胶-凝胶法而成膜的后述的压电层70，在成膜之后需要在大气气氛下或者氧气气氛下以600～1000℃左右的温度进行烧结而使之晶化。即，下电极膜60的材料必须能够在这种高温、氧化气氛下保持导电性，如本实施方式所示，当将锆钛酸铅(PZT)用作压电层70时，希望由氧化铅的扩散所导致的导电性的变化小，从这些理由优选铂、铱等。
接着，如图3(d)所示，在下电极膜60上形成压电层70。压电层70是如上述通过层叠多层铁电膜71而形成的，在本实施方式中，通过所谓的溶胶-凝胶法来形成这些铁电膜71。即，将金属有机物溶解、分散到溶剂中，并将溶胶进行涂布，然后进行干燥及胶化，以形成铁电前驱体膜，此后，在通过对铁电前驱体膜进行脱脂来使有机成分脱离后，进行烧结而使之晶化，从而形成铁电膜71。
具体地说，首先，如图4(a)所示，在包括下电极膜60上部的硅晶片110的整个面上，通过溅射法来形成由钛或氧化钛构成的晶种(层)65。接着，如图4(b)所示，例如通过旋涂法等涂布方法使未结晶的铁电前驱体膜72形成为预定厚度，在本实施方式中，形成为0.2μm左右的厚度(成膜工序)。另外，由于通过一次涂布形成的铁电前驱体膜72的厚度约为0.1μm左右，因此在本实施方式中，通过两次涂布来形成约0.2μm左右厚度的铁电前驱体膜72。
接着，将所述铁电前驱体膜72在预定温度下干燥预定时间(干燥工序)。干燥铁电前驱体膜72的温度，例如最好为150℃以上且200℃以下，优选180℃左右。此外，干燥时间例如最好为5分钟以上且15分钟以下，优选10分钟左右。
接着，通过后述的加热装置来加热硅晶片110，由此对铁电前驱体膜72进行规定时间、例如10～15分钟左右的脱脂(脱脂工序)。这里所述的脱脂，指的是使铁电前驱体膜的有机成分氧化，从而例如以NO2、CO2、H2O等的形式脱离。在所述脱脂工序中的硅晶片110的加热温度，最好在300℃以上且500℃以下的范围。这是因为，若温度过高则会导致铁电前驱体膜72开始晶化，若温度过低则又不能进行充分的脱脂。
此外，即使在将硅晶片110加热到所述温度时，也最好将铁电前驱体膜72侧的空间温度抑制在200℃以下。由此不会在铁电前驱体膜72的表面上形成残留了碳的涂层，从而通过脱脂工序，可使有机成分从铁电前驱体膜72可靠地脱离出去。
为了实现所述温度控制，在本发明中，采用了下述的加热装置。本发明的加热装置200，如图5所示包括热板202和多个接近栓203，这些部件均被配置于外壳204中，其中所述热板202在其内部具有加热器201，所述多个接近栓203将硅晶片110支承到与热板202相对的区域中。此外，在外壳204中设置冷却装置，用于冷却硅晶片110的与热板202相反一侧的空间的温度，在本实施方式中，作为所述冷却装置设置了使外部气体流入外壳204内的鼓风机205。另外，在脱脂工序中，在调节热板202与硅晶片110的间隔的同时，冷却硅晶片110的与热板202相反一侧的空间的温度，以调整铁电前驱体膜72的加热温度。
此外，在本实施方式中，在使用了所述加热装置200的脱脂工序中，同时在铁电前驱体膜72上使晶核成长。因此，脱脂工序最好包括：第一脱脂工序，在将硅晶片110维持在与热板202相距预定间隔的状态下对其进行加热来使铁电前驱体膜72脱脂；以及第二脱脂工序，在使硅晶片110与热板202相接触的状态下对其进行加热来使铁电前驱体膜72脱脂。
具体地说，首先，如图6(a)所示，在将热板202加热到预定的温度、在本实施方式中为400℃的状态下，例如利用机械手等而将硅晶片110导入与热板202相对的区域，并通过接近栓203来支承硅晶片110。然后，如图6(b)所示，使接近栓203下降，并使之在热板202与硅晶片110之间的间隔成为预定间隔d的位置上停止。在该状态下通过热板202的辐射热来加热硅晶片110，从而对铁电前驱体膜72进行一定时间、例如5分钟左右的脱脂(第一脱脂工序)。由此，硅晶片110上的铁电前驱体膜72以预定的升温率被加热至380℃左右，从而有机成分从铁电前驱体膜72被脱离出去的同时大量形成晶核。
这里，为了在第一脱脂工序中很好地在铁电前驱体膜72上形成晶核，最好以较缓慢的升温率使铁电前驱体膜72的温度上升，例如，从250℃上升到300℃时，升温率最好为1.5～2℃/秒左右。例如，对于本实施方式的铁电前驱体的情况而言，如图7所示，通过使硅晶片110与热板202之间的规定间隔d为2mm左右来获得了期望的升温率。此外，使间隔d为1mm左右时铁电前驱体膜72的温度的升温率变得过高，使间隔d为5mm左右时相反地升温率又变得过低，从而无论怎样也难以形成晶核。由于这些理由，最好使硅晶片110与热板202之间的间隔d为2mm。
另外，关于第一脱脂工序中硅晶片110与热板202之间的间隔d，只要根据铁电前驱体膜72的成分等而适当地进行确定，从而达到期望的升温率即可。
然后，在铁电前驱体膜72上形成了晶核的阶段，如图6(c)所示，使接近栓203进一步下降，从而在将硅晶片110接触于热板202上的状态下加热至400℃，对铁电前驱体膜72进行数十秒钟左右的脱脂(第二脱脂工序)。此外，在本实施方式中，在脱脂工序中，由于使加热装置200的鼓风机205一直工作，从而在硅基片110的表面附近的空间产生气流来进行冷却，所以铁电前驱体膜72的表面温度总是被抑制在200℃以下，而与硅基片110和热板202之间的间隔无关。
通过如上述进行铁电前驱体膜72的脱脂，在第一脱脂工序中，可以在使铁电前驱体膜72脱脂的同时良好地形成晶核，而且，由于在第二脱脂工序中加快了脱脂速度，所以可缩短铁电前驱体膜72的脱脂时间，从而提高了作业效率。此外，在进行脱脂工序时，由于硅晶片110的表面附近的空间温度总是被抑制在200℃以下，因此，即使使利用热板202的铁电前驱体膜72的加热温度较高，也可以使铁电前驱体膜72良好地脱脂。
另外，在所述脱脂工序结束后，通过在扩散炉等中将硅晶片110加热至约700℃来烧结铁电前驱体膜72使之晶化，从而形成第一层铁电膜71(烧结工序)。然后，通过反复进行多次(在本实施方式中为五次)所述成膜工序、干燥工序、脱脂工序及烧结工序来形成多层铁电膜71，从而形成整体厚度约为1μm的压电层70(图4(c))。
此外，上述脱脂工序，即形成第一层铁电膜71时的脱脂工序最好包括第一脱脂工序和第二脱脂工序，而形成第二层及其以后的铁电膜71时的脱脂工序，从开始就可以在使硅晶片与热板相接触的状态下进行加热来形成铁电前驱体膜。这是由于第二层及其以后的铁电膜71将第一层铁电膜71的结晶作为核而进行结晶成长，所以没有必要在另外形成晶核的原因。
然后，如图8(a)所示，形成上电极膜80。上电极膜80只要是导电性高的材料即可，可以使用铱、铝、金、镍、铂等许多金属，或者导电性氧化物等。在本实施方式中是通过喷溅铂来进行成膜的。接着，如图8(b)所示，只对压电层70及上电极膜80进行蚀刻来进行压电元件300的图案化。接着，如图8(c)所示，形成引导电极90。例如，在本实施方式中，在硅晶片100的整个面上形成由金(Au)等构成的金属膜90A，然后，对应于每个压电元件300而将所述金属膜90A图案化，由此形成各个引导电极90。
以上是膜形成工艺。在如上述进行膜形成之后，如图8(d)所示，在硅晶片110上接合密封衬底30，并隔着图案化成预定形状的掩膜51蚀刻硅晶片110，从而形成压力产生室12。事实上，通过上述一系列的膜形成及各向异性蚀刻，在一个硅晶片110上同时形成多个块(chip)。而且，在上述工艺结束后，将上述喷嘴板20及柔性衬底40粘接起来使它们构成一体，之后按每一个如图1所示的一块尺寸的流路形成衬底10进行分割，作为喷墨式记录头。
以上，说明了本发明的一个实施方式，但是本发明的结构并不仅限于此。例如，在上述实施方式中，在加热装置中作为冷却装置设置了鼓风机，但是冷却装置只要是能够将硅晶片表面附近的空间温度冷却至预定温度的即可。此外，在上述实施方式中，将喷墨式记录头作为一个例子进行了说明，但是本发明的压电层的形成方法也适用于其他设备中所使用的压电层的形成。当然，加热装置也可以在形成各种设备的压电层时采用。
此外，在本实施方式中，作为搭载了具有压电层的压电元件的装置的一个例子，例示了喷墨式记录头，但不用说，本发明也适用于除喷墨式记录头以外的、各种液体喷头中所安装的压电元件，所述各种液体喷头可例举为：在制造液晶显示器等的滤色镜时所使用的色料喷头、在有机EL显示器、FED(面发光显示器)等的电极形成中所使用的电极材料喷头，在生物芯片制造中使用的生物有机物喷头等。另外更不用说，本发明不仅适用于安装在液体喷头上的压电元件，也适用于安装在其他各种装置上的压电元件。

Claims (11)

1.一种压电层的形成方法，其特征在于，当形成由设置于衬底的一面侧的下电极、由设置于该下电极上的多层铁电膜所构成的压电层、以及设置于该压电层上的上电极构成的压电元件时，包括：
干燥工序，在所述衬底的所述下电极上形成至少一层铁电前驱体膜并使该铁电前驱体膜干燥；脱脂工序，将所述衬底导入与被加热到一定温度的热板相对的区域，并在由接近栓支承的状态下对所述铁电前驱体膜进行脱脂；烧结工序，对脱脂的铁电前驱体膜进一步进行烧结从而作为所述铁电膜；以及，通过重复进行预定次数的所述铁电前驱体膜的干燥工序、脱脂工序及烧结工序来形成所述压电层，并且在进行所述脱脂工序时，调节所述热板与所述衬底之间的间隔，同时冷却所述衬底的与所述热板相反侧的空间的温度，从而调节所述铁电前驱体膜的加热温度的工序。
2.如权利要求1所述的压电层的形成方法，其特征在于，第一次的脱脂工序包括：第一工序，在使所述衬底与所述热板之间维持预定间隔的状态下对所述铁电前驱体膜进行脱脂；和第二工序，在使所述衬底与所述热板接触的状态下对所述铁电前驱体膜进行脱脂。
3.如权利要求1所述的压电层的形成方法，其特征在于，通过使所述衬底的表面附近生成气流来冷却所述空间的温度。
4.如权利要求1所述的压电层的形成方法，其特征在于，将所述空间的温度冷却至200℃以下。
5.如权利要求4所述的压电层的形成方法，其特征在于，将所述热板加热至300℃～500℃。
6.一种压电层，其特征在于，所述压电层是通过权利要求1的形成方法而形成的。
7.一种压电元件，其特征在于，所述压电元件具有如权利要求6所述的压电层。
8.一种加热装置，其特征在于，具有接近栓和被加热至一定温度的热板，所述接近栓被设置成可在上下方向上移动，将预定的衬底支承到与所述热板相对的区域中，所述加热装置同时还具有冷却装置，所述冷却装置将所述衬底的至少与所述热板相反侧的空间的温度冷却至比所述衬底在所述热板侧的温度低的预定温度以下。
9.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述冷却装置是一种使所述衬底的至少与所述热板相反侧的表面附近产生气流的气流产生装置。
10.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述冷却装置将所述空间的温度冷却至200℃以下。
11.如权利要求10所述的加热装置，其特征在于，所述热板的加热温度为300℃～500℃。
CNB2004100500935A 2003-07-03 2004-07-02 压电层及其形成方法和所述方法使用的加热装置、压电元件 Expired - Fee Related CN100433396C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003191247A JP3965579B2 (ja) 2003-07-03 2003-07-03 圧電体層の形成方法
JP191247/2003 2003-07-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1577911A true CN1577911A (zh) 2005-02-09
CN100433396C CN100433396C (zh) 2008-11-12

Family

ID=34188923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100500935A Expired - Fee Related CN100433396C (zh) 2003-07-03 2004-07-02 压电层及其形成方法和所述方法使用的加热装置、压电元件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7137179B2 (zh)
JP (1) JP3965579B2 (zh)
KR (1) KR100642890B1 (zh)
CN (1) CN100433396C (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1953322B (zh) * 2005-10-20 2011-05-18 松下电器产业株式会社 压电谐振器及其制造方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7497962B2 (en) * 2004-08-06 2009-03-03 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing liquid discharge head and method of manufacturing substrate for liquid discharge head
JP4793568B2 (ja) * 2005-07-08 2011-10-12 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP4501917B2 (ja) * 2006-09-21 2010-07-14 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド
JP5772100B2 (ja) 2011-03-15 2015-09-02 株式会社リコー 圧電素子の製造装置、圧電素子の製造方法、圧電素子、液滴吐出装置、及び印刷装置
US8656717B1 (en) 2011-09-22 2014-02-25 Robert M. Parker Solar powered generator assembly
JP6119231B2 (ja) * 2011-12-29 2017-04-26 株式会社リコー 強誘電体膜の製造方法、液体吐出ヘッドの製造方法、強誘電体膜製造装置、液体吐出ヘッド製造装置
CN102633442B (zh) * 2012-04-19 2015-12-09 深圳市华星光电技术有限公司 温控针支撑基板进行配向膜预干燥的装置及方法
US11164423B2 (en) 2016-09-22 2021-11-02 Igt Gaming system and method providing a class II bingo game with a player-selectable wild spot feature

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3021930B2 (ja) * 1991-02-13 2000-03-15 三菱マテリアル株式会社 強誘電体薄膜の結晶配向性制御方法
JPH06181173A (ja) * 1992-12-11 1994-06-28 Nec Corp 加熱装置
US6140746A (en) * 1995-04-03 2000-10-31 Seiko Epson Corporation Piezoelectric thin film, method for producing the same, and ink jet recording head using the thin film
JP3890634B2 (ja) * 1995-09-19 2007-03-07 セイコーエプソン株式会社 圧電体薄膜素子及びインクジェット式記録ヘッド
US6328433B1 (en) * 1998-01-22 2001-12-11 Seiko Epson Corporation Piezoelectric film element and ink-jet recording head using the same
JP2000091218A (ja) * 1998-09-07 2000-03-31 Tokyo Electron Ltd 加熱処理方法及び加熱処理装置
US6494567B2 (en) * 2000-03-24 2002-12-17 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element and manufacturing method and manufacturing device thereof
JP4110503B2 (ja) * 2000-04-14 2008-07-02 セイコーエプソン株式会社 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法
JP3909222B2 (ja) * 2000-06-20 2007-04-25 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及び基板処理方法
JP2002134592A (ja) * 2000-10-19 2002-05-10 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd 熱処理装置および熱処理方法
JP2002333515A (ja) * 2001-05-08 2002-11-22 Canon Inc カラーフィルタ製造用ホットプレート

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1953322B (zh) * 2005-10-20 2011-05-18 松下电器产业株式会社 压电谐振器及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP3965579B2 (ja) 2007-08-29
KR100642890B1 (ko) 2006-11-03
JP2005026517A (ja) 2005-01-27
US7137179B2 (en) 2006-11-21
KR20050004100A (ko) 2005-01-12
CN100433396C (zh) 2008-11-12
US20050109456A1 (en) 2005-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1323842C (zh) 致动器装置的制造方法及液体喷射装置
EP1911590B1 (en) Actuator device, liquid-jet head, and method of manufacturing actuator device
US8003161B2 (en) Method of manufacturing dielectric layer and method of manufacturing liquid jet head
CN101051669A (zh) 驱动装置、液体喷头及液体喷射装置
CN1451540A (zh) 含单晶氧化物导体的叠层体、激励器和喷墨头及制造方法
CN1841804A (zh) 压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备
CN1577911A (zh) 压电层及其形成方法和所述方法使用的加热装置、压电元件
JP2008078406A (ja) アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド
JP2009113419A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法及び圧電素子の製造方法
JP2009076687A (ja) アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法
CN1841803A (zh) 压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备
JP2008078408A (ja) アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド
JP5152461B2 (ja) 圧電素子及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP5304976B2 (ja) 積層膜の製造方法及びアクチュエータ装置の製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法、アクチュエータ装置
CN1323979C (zh) 用于形成铁电薄膜的组合物、铁电薄膜以及铁电薄膜的制造方法
JP5104609B2 (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子
JP2006093312A (ja) 圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子の製造方法
CN1782121A (zh) 溅射靶、用于制造溅射靶的方法、溅射装置和液体喷射头
JP2007152912A (ja) 圧電素子の製造方法及び圧電素子並びに液体噴射ヘッド
JP2006019513A (ja) 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法
JP2007201496A (ja) 加熱装置
JP2010030141A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法及び圧電素子の製造方法
JP2009158967A (ja) アクチュエーター装置及び液体噴射ヘッド
JP2007335537A (ja) 誘電体膜の製造方法及び圧電素子の製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法
JP2009188104A (ja) 圧電素子およびその製造方法、液体噴射ヘッド、並びに、プリンタ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081112

Termination date: 20130702