JP6179804B2 - Electromechanical transducer manufacturing method, electromechanical transducer, droplet ejection head, droplet ejection apparatus, and electromechanical transducer polarization processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電気機械変換素子の製造方法及び製造装置、電気機械変換素子、その電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド、並びに、その液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関するものである。 The present invention relates to an electromechanical conversion element manufacturing method and manufacturing apparatus, an electromechanical conversion element, a droplet discharge head including the electromechanical conversion element, and a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head. is there.
近年、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として液滴吐出装置であるインクジェット記録装置が用いられている。このインクジェット記録装置においてインク等の液体からなる記録材を吐出する手段として、液滴吐出ヘッドが用いられている。図１は液滴吐出ヘッドの一例を示す断面図である。図１において、液滴吐出ヘッド１０は、インク滴を吐出するノズル１１と、ノズル１１が連通する加圧室１２（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される。）とを備えている。また、加圧室１２内のインクを加圧する、電気機械変換膜１３、上部電極１４、下部電極１５を有する電気機械変換素子（圧電素子）１６を備えている。また、電気機械変換素子１６にかえて、ヒータなどの電気熱変換素子、もしくは加圧室１２の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極などを用いるものなども知られている。そして、電気機械変換素子１６により加圧室１２内のインクを加圧することによってノズル１１からインク滴を吐出させる。 2. Description of the Related Art In recent years, an ink jet recording apparatus, which is a droplet discharge apparatus, is used as an image recording apparatus or an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, and a copying apparatus. In this ink jet recording apparatus, a droplet discharge head is used as means for discharging a recording material made of a liquid such as ink. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a droplet discharge head. In FIG. 1, a droplet discharge head 10 includes a nozzle 11 that discharges ink droplets, and a pressure chamber 12 that communicates with the nozzle 11 (also referred to as an ink flow path, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, and a liquid chamber). ). Further, an electromechanical conversion element (piezoelectric element) 16 having an electromechanical conversion film 13, an upper electrode 14, and a lower electrode 15 that pressurizes ink in the pressurizing chamber 12 is provided. In addition, instead of the electromechanical conversion element 16, an electrothermal conversion element such as a heater, or one using a diaphragm forming a wall surface of the pressurizing chamber 12 and an electrode facing the diaphragm is known. Ink droplets are ejected from the nozzle 11 by pressurizing the ink in the pressurizing chamber 12 by the electromechanical transducer 16.
上記電気機械変換素子（圧電素子）を構成する圧電体の結晶は、その圧電素子の作製直後の状態では図２（ａ）に示すように分極の向きがランダムな状態となっている。その後、上記電圧印加を繰り返すことで、図２（ｂ）に示すように圧電体の結晶は分極の向きが揃ったドメインの集合体となってくる。この圧電体の結晶の分極の向きは、圧電素子の分極特性及びその圧電素子を用いた液滴吐出ヘッドの特性の安定化のため、液滴吐出ヘッドの使用開始時から揃っていることが好ましい。 The crystal of the piezoelectric body constituting the electromechanical conversion element (piezoelectric element) is in a state of random polarization as shown in FIG. 2A immediately after the piezoelectric element is manufactured. After that, by repeating the voltage application, the piezoelectric crystal becomes an aggregate of domains in which the directions of polarization are aligned as shown in FIG. The direction of polarization of the crystal of the piezoelectric body is preferably uniform from the beginning of use of the droplet discharge head in order to stabilize the polarization characteristics of the piezoelectric element and the properties of the droplet discharge head using the piezoelectric element. .
そこで、従来、液滴吐出ヘッドの使用開始前に、圧電素子の分極の向きを揃える分極処理を行う方法が提案されている。例えば、特許文献１、２には、圧電素子に実使用時の駆動電圧よりも大きいエージング電圧を圧電素子に印加するエージング工程を実施し、駆動電圧に対する圧電素子の変位量を安定化させる圧電素子の製造方法が開示されている。また、特許文献３には、圧電体の表面に間隙を介して対向するように、コロナ放電を発生させる電荷供給手段を配置し、そのコロナ放電により圧電体の表面に電荷を供給することにより、圧電体内に電界を発生させて分極処理（ポーリング処理）を行う方法が開示されている。 Therefore, conventionally, there has been proposed a method of performing a polarization process for aligning the polarization direction of the piezoelectric element before the start of use of the droplet discharge head. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose that a piezoelectric element that stabilizes the amount of displacement of the piezoelectric element with respect to the drive voltage by performing an aging process that applies an aging voltage to the piezoelectric element that is greater than the drive voltage during actual use. A manufacturing method is disclosed. Further, in Patent Document 3, a charge supply means for generating corona discharge is disposed so as to face the surface of the piezoelectric body through a gap, and the charge is supplied to the surface of the piezoelectric body by the corona discharge. A method is disclosed in which an electric field is generated in a piezoelectric body to perform polarization processing (polling processing).
しかしながら、上記特許文献１、２に開示されているエージング工程を実施する方法では、圧電素子を構成する駆動電極又はその駆動電極に接続された端子電極に直接接触させて上記エージング電圧を印加するためのプローブカードやそのプローブカードを駆動する駆動機構などを作製する必要があり、製造効率が悪く、コスト高になるおそれがある。また、コロナ電極にエージング電圧を印加し、列状に並べて配置された複数の駆動電極又は端子電極に対して一括して電荷を注入しようとすると、端部の駆動電極又は端子電極に電荷が集中しやすく、複数の圧電素子の均一な分極処理ができなくなるおそれがある。 However, in the method of performing the aging process disclosed in Patent Documents 1 and 2 above, the aging voltage is applied by directly contacting the drive electrode constituting the piezoelectric element or the terminal electrode connected to the drive electrode. It is necessary to manufacture a probe card and a drive mechanism for driving the probe card, and the production efficiency is poor and the cost may be increased. In addition, when an aging voltage is applied to the corona electrode and a charge is injected into a plurality of drive electrodes or terminal electrodes arranged in a row, the charge concentrates on the drive electrode or terminal electrode at the end. There is a risk that uniform polarization of a plurality of piezoelectric elements cannot be performed.
また、上記特許文献３に開示されている方法では、圧電体が形成された後、その後の後工程（層間膜形成や引出配線形成）が行われる前に、圧電素子の表面が露出した状態で分極処理（ポーリング処理）を行う必要がある。そのため、分極処理（ポーリング処理）が実施された圧電素子に、高温（例えば３００℃を超える温度）の熱処理を伴う後工程（層間膜形成や引出配線形成）が実施されることになる。従って、その後工程での熱履歴等による影響で圧電素子が脱分極し、例えば図３のＰ−Ｅヒステリシス特性に示すように、電気機械変換能の特性が上記分極処理（ポーリング処理）の前の状態に戻ってしまう脱分極が発生するおそれがある。 In the method disclosed in Patent Document 3, after the piezoelectric body is formed, the surface of the piezoelectric element is exposed before the subsequent post-process (interlayer film formation or lead wiring formation) is performed. It is necessary to perform polarization processing (polling processing). For this reason, a post-process (interlayer film formation or lead wiring formation) involving heat treatment at a high temperature (for example, a temperature exceeding 300 ° C.) is performed on the piezoelectric element that has been subjected to polarization processing (polling processing). Therefore, the piezoelectric element depolarizes due to the influence of the thermal history or the like in the subsequent process, and, for example, as shown in the PE hysteresis characteristic of FIG. There is a risk of depolarization returning to the state.
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、製造効率の向上を図りつつ、電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減するとともに分極処理後の脱分極の発生を防止することができる電気機械変換素子の製造方法、電気機械変換素子、その電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド、及び、その液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to reduce the variation in the polarization characteristics of the electromechanical transducer while preventing the occurrence of depolarization after the polarization treatment while improving the production efficiency. A method of manufacturing an electromechanical conversion element that can be performed, an electromechanical conversion element, a droplet discharge head including the electromechanical conversion element, and a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head .
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、電気機械変換素子の製造方法であって、基板上にまたは該基板に形成された下地膜上に、第１の駆動電極を形成するステップと、前記第１の駆動電極上に、互いに独立した複数の電気機械変換膜と、該複数の電気機械変換膜それぞれの上に位置する複数の第２の駆動電極とを形成するステップと、前記第１の駆動電極上及び前記複数の第２の駆動電極上に第１の絶縁保護膜を形成するステップと、前記第１の駆動電極に第１の配線を介して電気的に接続された第１の端子電極と、前記複数の第２の駆動電極それぞれに第２の配線を介して電気的に接続された複数の第２の端子電極と、該複数の第２の端子電極に電気的に接続された集合電極とを、前記第１の絶縁保護膜上に形成するステップと、前記第１の配線上及び前記第２の配線上に形成される膜であり前記第１の端子電極と前記第２の端子電極と前記集合電極とを露出する第２の絶縁保護膜を形成するステップと、前記第１の端子電極に対応した接触部を有する導電性部材を用い、該導電性部材の接触部を該第１の端子電極に電気的に接触させて、該導電性部材を介して、放電により発生した電荷を前記第１の駆動電極に注入することにより、前記複数の電気機械変換膜を一括して分極処理するステップと、を有し、前記第２の絶縁保護膜を形成するステップでは、前記集合電極を露出させて該第２の絶縁保護膜を形成し、前記集合電極はアースに接地されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a method of manufacturing an electromechanical conversion element, comprising: forming a first drive electrode on a substrate or on a base film formed on the substrate. Forming a plurality of electromechanical conversion films independent from each other on the first drive electrode, and a plurality of second drive electrodes positioned on each of the plurality of electromechanical conversion films, Forming a first insulating protective film on the first drive electrode and the plurality of second drive electrodes; and a first electrically connected to the first drive electrode via a first wiring One terminal electrode, a plurality of second terminal electrodes electrically connected to each of the plurality of second drive electrodes via a second wiring, and electrically connected to the plurality of second terminal electrodes Forming a connected collective electrode on the first insulating protective film; Forming a second insulating protective film which is a film formed on the first wiring and the second wiring and which exposes the first terminal electrode, the second terminal electrode and the collecting electrode; And using a conductive member having a contact portion corresponding to the first terminal electrode, electrically contacting the contact portion of the conductive member with the first terminal electrode, and passing the conductive member through the conductive member. Te, the charges generated by the discharge can be injected into the first driving electrode, have a, a step of polarization process collectively the plurality of electromechanical conversion film, forming the second insulating protective film In this step, the collecting electrode is exposed to form the second insulating protective film, and the collecting electrode is grounded to the ground .
本発明によれば、製造効率の向上を図りつつ、電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減するとともに分極処理後の脱分極の発生を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the variation in the polarization characteristics of the electromechanical transducer while preventing the occurrence of depolarization after the polarization process while improving the production efficiency.
以下に、発明を実施するための形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
本実施形態では、本発明の電気機械変換素子の製造方法の一例及びそれにより得られる電気機械変換素子について説明する。
Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these examples.
In the present embodiment, an example of a method for manufacturing an electromechanical transducer of the present invention and an electromechanical transducer obtained thereby will be described.
まず、本実施形態に係る電気機械変換素子の構成例について説明する。
図４は、本実施形態に係る電気機械変換素子を模式的に示した断面図である。図４に示すように、電気機械変換素子（圧電素子）３０は、基板３１、成膜振動板（下地膜）３２上に、第１の駆動電極３３、第２の駆動電極３５が積層された構造となっている。
First, a configuration example of the electromechanical transducer according to this embodiment will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the electromechanical transducer according to this embodiment. As shown in FIG. 4, the electromechanical transducer (piezoelectric element) 30 has a first drive electrode 33 and a second drive electrode 35 laminated on a substrate 31 and a film formation diaphragm (base film) 32. It has a structure.
さらに絶縁保護膜、引き出し配線を備えた電気機械変換素子の構成について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は上面図であり、図５（ｂ）については圧電素子の構成が分かるように、一部の部材について第２の絶縁保護膜を透視して記載している。 Further, the structure of the electromechanical conversion element including the insulating protective film and the lead-out wiring will be described with reference to FIG. 5A is a cross-sectional view, FIG. 5B is a top view, and FIG. 5B is a perspective view of a part of the second insulating protective film so that the configuration of the piezoelectric element can be seen. It is described.
図５に示す電気機械変換素子においては、図４の場合と同様に、基板３１、成膜振動板３２上に、第１の駆動電極３３、電気機械変換膜３４、第２の駆動電極３５が積層されている。そして、電気機械変換膜３４、第２の駆動電極３５は、第２の駆動電極を形成後にエッチングにより個別化されている。そして、第２の駆動電極は個別電極として機能し、第１の駆動電極３３は、個別化された電気機械変換膜３４、第２の駆動電極３５に対して共通電極として機能している。 In the electromechanical conversion element shown in FIG. 5, the first drive electrode 33, the electromechanical conversion film 34, and the second drive electrode 35 are provided on the substrate 31 and the film formation diaphragm 32 as in the case of FIG. 4. Are stacked. The electromechanical conversion film 34 and the second drive electrode 35 are individualized by etching after the second drive electrode is formed. The second drive electrode functions as an individual electrode, and the first drive electrode 33 functions as a common electrode for the individualized electromechanical conversion film 34 and the second drive electrode 35.
第１の駆動電極３３、第２の駆動電極３５上には、図５（ｂ）に示すようにコンタクトホール４５を有する第１の絶縁保護膜４１が設けられている。このコンタクトホール４５は、第１の駆動電極３３、第２の駆動電極３５と、後述する第１の配線４２、第２の配線４３とがそれぞれ電気的に接続できるように設けられたものである。そして、第１の絶縁保護膜４１上には、第１の配線４２、第２の配線４３が設けられており、上記のように第１の絶縁保護膜４１に設けられたコンタクトホール４５を介して、それぞれが第１の駆動電極３３、第２の駆動電極３５と導通している。 On the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35, a first insulating protective film 41 having a contact hole 45 is provided as shown in FIG. 5B. The contact hole 45 is provided so that the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35 can be electrically connected to a first wiring 42 and a second wiring 43 described later. . Then, a first wiring 42 and a second wiring 43 are provided on the first insulating protective film 41, and through the contact hole 45 provided in the first insulating protective film 41 as described above. Thus, each is electrically connected to the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35.
さらに、第１の駆動電極３３及びこれに導通する第１の配線４２を共通電極、第２の駆動電極３５及びこれに導通する第２の配線４３を個別電極として、共通電極、個別電極を保護する第２の絶縁保護膜４４が形成されている。この第２の絶縁保護膜４４は、第１の配線４２、第２の配線４３上（さらには第１の絶縁保護膜４１上）に形成されている。また、第２の絶縁保護膜４４には複数の開口部４８，４９が設けられ第１の端子電極としての共通電極用パッド４６、及び第２の端子電極としての個別電極用パッド４７が露出している。さらに、第２の絶縁保護膜４４にはエージング処理用開口部５０が設けられており、第２の配線４３同士を導通させた集合電極としてのエージング処理用電極５１が露出している。 Further, the common electrode and the individual electrode are protected by using the first drive electrode 33 and the first wiring 42 conducting to the common electrode as the common electrode, and the second driving electrode 35 and the second wiring 43 conducting to the individual electrode as the individual electrodes. A second insulating protective film 44 is formed. The second insulating protective film 44 is formed on the first wiring 42 and the second wiring 43 (and further on the first insulating protective film 41). The second insulating protective film 44 is provided with a plurality of openings 48 and 49 to expose the common electrode pad 46 as the first terminal electrode and the individual electrode pad 47 as the second terminal electrode. ing. Further, the second insulating protective film 44 is provided with an opening portion 50 for aging treatment, and the aging treatment electrode 51 as an aggregate electrode in which the second wirings 43 are electrically connected to each other is exposed.
前記複数のパッドのうち、共通電極用に作製されたもの、すなわち共通電極に接続されたものを共通電極用パッド４６、個別電極用に作製されたもの、すなわち個別電極に接続されたものを個別電極用パッド４７としている。これらのパッドは上述したように例えば第２の絶縁保護膜４４に開口部４８，４９を設けることにより外部に露出させることができる。 Among the plurality of pads, those prepared for the common electrode, that is, those connected to the common electrode are the common electrode pads 46, and those prepared for the individual electrodes, ie, those connected to the individual electrodes are individually The electrode pad 47 is used. As described above, these pads can be exposed to the outside by providing openings 48 and 49 in the second insulating protective film 44, for example.
以上に説明した構成を有する電気機械変換素子は、以下の各工程（１）〜（８）を行うことにより製造することができる。
（１）基板３１または下地膜（成膜振動板）３２上に、第１の駆動電極３３を形成する工程。ここで、第１の駆動電極３３は、後述のように密着層を含むこともできる。
（２）第１の駆動電極３３上に電気機械変換膜３４を形成する工程。
（３）電気機械変換膜３４上に第２の駆動電極３５を形成する工程。
（４）電気機械変換膜３４及び第２の駆動電極３５をエッチングにより個別化する工程。この工程を行うことにより、第２の駆動電極３５を個別電極とし、第１の駆動電極３３は個別化された電気機械変換膜３４、第２の駆動電極３５に対して共通電極として機能するようになる。
（５）第１の駆動電極３３及び第２の駆動電極３５上に第１の絶縁保護膜４１を形成する工程。この工程の際、第１の駆動電極３３、第２の駆動電極３５と、後述する第１の配線４２、第２の配線４３とをそれぞれ電気的に接続するため、第１の絶縁保護膜４１にコンタクトホール４５を形成することができる。
（６）第１の駆動電極３３及び第２の駆動電極３５にそれぞれ電気的に接続された第１の配線４２及び第２の配線４３を第１の絶縁保護膜４１上に形成する工程。
（７）第１の配線４２及び第２の配線４３上に第１の配線４２または第２の配線４３に接続するための複数の端子電極としてのパッド４６，４７及びエージング処理用電極５１を形成する工程。
（８）第１の配線４２及び第２の配線４３上に第２の絶縁保護膜４４を形成する工程。ここで、第１の配線４２と第２の配線４３とは、上記工程の中で別のプロセスとして製造することもできるが、同一プロセス中に形成されることが生産性の観点から好ましい。
The electromechanical transducer having the above-described configuration can be manufactured by performing the following steps (1) to (8).
(1) A step of forming the first drive electrode 33 on the substrate 31 or the base film (deposition diaphragm) 32. Here, the first drive electrode 33 may include an adhesion layer as described later.
(2) A step of forming an electromechanical conversion film 34 on the first drive electrode 33.
(3) A step of forming the second drive electrode 35 on the electromechanical conversion film 34.
(4) A step of individualizing the electromechanical conversion film 34 and the second drive electrode 35 by etching. By performing this process, the second drive electrode 35 is used as an individual electrode, and the first drive electrode 33 functions as a common electrode for the individual electromechanical conversion film 34 and the second drive electrode 35. become.
(5) A step of forming a first insulating protective film 41 on the first drive electrode 33 and the second drive electrode 35. In this process, the first insulating protective film 41 is used to electrically connect the first driving electrode 33 and the second driving electrode 35 to a first wiring 42 and a second wiring 43 which will be described later. A contact hole 45 can be formed.
(6) A step of forming the first wiring 42 and the second wiring 43 electrically connected to the first driving electrode 33 and the second driving electrode 35 on the first insulating protective film 41, respectively.
(7) Pads 46 and 47 and aging treatment electrodes 51 as a plurality of terminal electrodes for connection to the first wiring 42 or the second wiring 43 are formed on the first wiring 42 and the second wiring 43. Process.
(8) A step of forming a second insulating protective film 44 on the first wiring 42 and the second wiring 43. Here, the first wiring 42 and the second wiring 43 can be manufactured as separate processes in the above steps, but are preferably formed in the same process from the viewpoint of productivity.
また、複数のパッド（共通電極用パッド４６，個別電極用パッド４７）は第２の絶縁保護膜４４に開口部４８，４９を設けることにより外部に露出させることができる。同様に、エージング処理用電極５１は第２の絶縁保護膜４４にエージング処理用開口部５０を設けることにより外部に露出させることができる。 A plurality of pads (common electrode pad 46 and individual electrode pad 47) can be exposed to the outside by providing openings 48 and 49 in the second insulating protective film 44. Similarly, the aging electrode 51 can be exposed to the outside by providing the second insulating protective film 44 with the aging opening 50.
本実施形態に係る電気機械変換素子３０の製造方法では、図６に示すように、エージング処理用電極５１をアースに接地し、導電性部材としての導体プレート２０をウェハ上の共通電極用パッド４６に接続させて、その部分にコロナ放電もしくはグロー放電を行う。この放電により、１．０×１０−８［Ｃ］以上の電荷量を発生させ、前記パッドを介して、発生した電荷を注入することにより、電気機械変換素子３０における電気機械変換膜３４の分極処理を行う。 In the method of manufacturing the electromechanical transducer 30 according to this embodiment, as shown in FIG. 6, the aging electrode 51 is grounded to the ground, and the conductive plate 20 as a conductive member is connected to the common electrode pad 46 on the wafer. And corona discharge or glow discharge is performed on that portion. By this discharge, a charge amount of 1.0 × 10 −8 [C] or more is generated, and the generated charge is injected through the pad, whereby the electromechanical conversion film 34 in the electromechanical conversion element 30 is polarized. Process.
上記分極処理を行う工程においては、コロナ放電もしくはグロー放電によって、上記所定量以上の電荷量を発生させ、発生した電荷を共通電極用パッド４６を介して電気機械変換膜３４に注入するものである。この際、コロナ放電またはグロー放電により発生した電荷が負帯電していることが好ましい。 In the step of performing the polarization treatment, a charge amount equal to or more than the predetermined amount is generated by corona discharge or glow discharge, and the generated charge is injected into the electromechanical conversion film 34 through the common electrode pad 46. . At this time, it is preferable that the charge generated by corona discharge or glow discharge is negatively charged.
例えば、図７に示すように放電電極としてのコロナワイヤー５２を用いてコロナ放電させる場合には、大気中の分子をイオン化させることで、陽イオンを発生させる。この陽イオンは、ステージ５３上に設置された電気機械変換素子３０のエージング処理用電極５１を介して、電気機械変換素子３０に流れ込んで正極性の電荷が蓄積され、電気機械変換膜３４の分極処理が行われる。本実施形態では第１の駆動電極３３に電荷を注入するため、極性を逆にして陰イオンを発生し注入している。また、コロナワイヤー５２に加えてグリッド電極を設けてコロナ放電をしてもよい。 For example, as shown in FIG. 7, when corona discharge is performed using a corona wire 52 as a discharge electrode, positive ions are generated by ionizing molecules in the atmosphere. The positive ions flow into the electromechanical conversion element 30 via the aging electrode 51 of the electromechanical conversion element 30 installed on the stage 53 and accumulate positive charges, and the polarization of the electromechanical conversion film 34 is accumulated. Processing is performed. In this embodiment, in order to inject charges into the first drive electrode 33, negative ions are generated and injected with the polarity reversed. Further, in addition to the corona wire 52, a grid electrode may be provided to perform corona discharge.
ここで、分極処理に必要な電荷量Ｑを考えると１．０×１０−８［Ｃ］以上の電荷量が蓄積される（発生させる）ことが好ましく、４．０×１０−８［Ｃ］以上の電荷量が蓄積される（発生させる）ことがさらに好ましい。電荷量Ｑが上記の値に満たない場合は、電気機械変換膜（例えばＰＺＴ膜）３４の分極処理が十分に行えない場合があり、圧電アクチュエータとして連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られない場合があるためである。 Here, considering the charge amount Q required for the polarization treatment, it is preferable that a charge amount of 1.0 × 10 −8 [C] or more is accumulated (generated), and 4.0 × 10 −8 [C]. More preferably, the above charge amount is accumulated (generated). If the amount of charge Q is less than the above value, the electromechanical conversion film (for example, PZT film) 34 may not be sufficiently polarized, and sufficient characteristics can be obtained for displacement degradation after continuous driving as a piezoelectric actuator. This is because it may not be possible.
上記分極処理の状態については、Ｐ−Ｅヒステリシスループから判断することができる。 The state of the polarization process can be determined from the PE hysteresis loop.
図８（ａ）は図２で説明した分極処理を行っていないものについてヒステリシスループを測定したものであり、図８（ｂ）は分極処理を行ったものについてヒステリシスループを測定したものである。 FIG. 8A shows the hysteresis loop measured for the sample not subjected to the polarization processing described in FIG. 2, and FIG. 8B shows the hysteresis loop measured for the polarization treatment.
図８（ａ）、（ｂ）に示すように±１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電界強度をかけてヒステリシスループを測定する。最初の０［ｋＶ／ｃｍ］時の分極をＰｉｎｉとし、＋１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電圧印加後０［ｋＶ／ｃｍ］まで戻したときの０［ｋＶ／ｃｍ］時の分極をＰｒとする。 As shown in FIGS. 8A and 8B, a hysteresis loop is measured by applying an electric field strength of ± 150 [kV / cm]. The initial polarization at 0 [kV / cm] is Pini, and the polarization at 0 [kV / cm] when the voltage is returned to 0 [kV / cm] after applying a voltage of +150 [kV / cm] is Pr.
このとき、ＰｒとＰｉｎｉとの差、すなわちＰｒ−Ｐｉｎｉの値を分極率として定義し、この分極率から分極状態の良し悪しを判断することができる。ここで図８（ｂ）に示したように、分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｉは１０［μＣ／ｃｍ２］以下となっていることが好ましく、５［μＣ／ｃｍ２］以下となっていることがさらに好ましい。これは、この値に満たない電気機械変換膜（例えばＰＺＴ膜）３４を用いて圧電アクチュエータを形成した場合、連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られない場合があるためである。 At this time, the difference between Pr and Pini, that is, the value of Pr−Pini is defined as the polarizability, and whether the polarization state is good or bad can be determined from this polarizability. Here, as shown in FIG. 8B, the polarizability Pr-Pini is preferably 10 [μC / cm 2 ] or less, and more preferably 5 [μC / cm 2 ] or less. preferable. This is because when a piezoelectric actuator is formed using an electromechanical conversion film (for example, a PZT film) 34 that does not satisfy this value, sufficient characteristics may not be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving.
すなわち、上記した製造方法により得られた電気機械変換素子３０は、±１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電界強度をかけてヒステリシスループを測定する。測定開始時の０［ｋＶ／ｃｍ］における分極をＰｉｎｉとし、＋１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電圧印加後、０［ｋＶ／ｃｍ］まで戻した際の０［ｋＶ／ｃｍ］時の分極をＰｒとする。この場合に、ＰｒとＰｉｎｉとの差が１０［μＣ／ｃｍ２］以下であることが好ましく、５［μＣ／ｃｍ２］以下であることがより好ましい。 That is, the electromechanical transducer 30 obtained by the manufacturing method described above measures a hysteresis loop by applying an electric field strength of ± 150 [kV / cm]. The polarization at 0 [kV / cm] at the start of measurement is Pini, and the polarization at 0 [kV / cm] when the voltage is returned to 0 [kV / cm] after applying a voltage of +150 [kV / cm] is Pr. To do. In this case, the difference between Pr and Pini is preferably 10 [μC / cm 2 ] or less, and more preferably 5 [μC / cm 2 ] or less.
また、上記した製造方法により得られた電気機械変換素子３０は、電気機械変換膜３４の比誘電率が６００以上２０００以下であることが好ましい。 Further, in the electromechanical conversion element 30 obtained by the manufacturing method described above, the relative dielectric constant of the electromechanical conversion film 34 is preferably 600 or more and 2000 or less.
以下に、本実施形態の電気機械変換素子を構成する材料、工法について具体的に説明する。 Below, the material and construction method which comprise the electromechanical conversion element of this embodiment are demonstrated concretely.
（基板）
基板３１としてはその材質は特に限定されるものではないが、シリコン単結晶基板を用いることが好ましい。そして、その厚さとしては、１００〜６００［μｍ］の厚みを持つことが好ましい。
(substrate)
The material of the substrate 31 is not particularly limited, but a silicon single crystal substrate is preferably used. The thickness is preferably 100 to 600 [μm].
シリコン単結晶基板の面方位としては、（１００）、（１１０）、（１１１）の３種類があるが、半導体産業では一般的に（１００）、（１１１）が広く使用されている。本構成においては、（１００）の面方位をもつシリコン単結晶基板を好ましく使用することができる。また、本実施形態における電気機械変換素子３０においては、（１１０）面方位をもった単結晶基板も好ましく用いることができる。 There are three types of plane orientation of the silicon single crystal substrate, (100), (110), and (111), but (100) and (111) are generally widely used in the semiconductor industry. In this configuration, a silicon single crystal substrate having a (100) plane orientation can be preferably used. In the electromechanical transducer 30 in the present embodiment, a single crystal substrate having a (110) plane orientation can also be preferably used.
基板３１に図１に示した圧力室を作製する場合、一般的にエッチングを利用してシリコン単結晶基板の加工が行われるが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。 When the pressure chamber shown in FIG. 1 is manufactured on the substrate 31, the silicon single crystal substrate is generally processed by using etching. In this case, anisotropic etching is used as an etching method. It is common.
異方性エッチングとは結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、（１００）面に比べて（１１１）面は約１／４００程度のエッチング速度となる。従って、面方位（１００）では約５４［°］の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位（１１０）では深い溝を掘ることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができる。このため、異方性エッチングを利用して圧力室等を作製する場合、（１１０）の面方位を有するシリコン単結晶基板を使用することも可能である。ただし、この場合には、マスク材であるＳｉＯ２もエッチングされてしまうおそれがあるため、これに留意して利用することが望ましい。 Anisotropic etching utilizes the property that the etching rate differs with respect to the plane orientation of the crystal structure. For example, in anisotropic etching immersed in an alkaline solution such as KOH, the (111) plane has an etching rate of about 1/400 compared to the (100) plane. Accordingly, a structure having an inclination of about 54 [°] can be produced in the plane orientation (100), whereas a deep groove can be dug in the plane orientation (110), so that the arrangement density can be maintained while maintaining rigidity. Can be high. For this reason, when producing a pressure chamber etc. using anisotropic etching, it is also possible to use a silicon single crystal substrate having a (110) plane orientation. However, in this case, SiO 2 which is a mask material may be etched, so that it is desirable to use this in consideration.
（下地膜（振動板））
図１に示すように電気機械変換膜１３によって発生した力を受けて、下地膜（振動板）１７が変形変位して、加圧室１２のインク滴を吐出させる。そのため、下地膜１７としては所定の強度を有したものであることが好ましい。
(Undercoat (diaphragm))
Under the force generated by the electro-mechanical conversion film 13 as shown in FIG. 1, the base film (diaphragm) 17 is deformed displaced to eject ink droplets of the pressure chamber 12. Therefore, it is preferable that the base film 17 has a predetermined strength.
下地膜１７を構成する材料としては変形変位して加圧室１２のインク滴を吐出できるものであればよく、要求される耐久性等に応じて任意に選択することができるが、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４を用いることができる。これらの材料を用いる場合、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により作製することができる。 The material for the base film 17 as long as it can eject ink droplets of the pressure chamber 12 is deformed displaced, but can be arbitrarily selected depending on the required durability, for example, Si , SiO 2 , Si 3 N 4 can be used. When these materials are used, they can be manufactured by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
また、下地膜（振動板）１７としては、第１の駆動電極（下部電極）１５、電気機械変換膜１３の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、電気機械変換膜１３としては、一般的に材料としてＰＺＴが使用されることから、ＰＺＴの線膨張係数８×１０−６［１／Ｋ］に近い線膨張係数を有するものが好ましい。具体的には、５×１０−６［１／Ｋ］以上１０×１０−６［１／Ｋ］以下の範囲の線膨張係数を有した材料であることが好ましく、さらには７×１０−６［１／Ｋ］以上９×１０−６［１／Ｋ］以下の範囲の線膨張係数を有した材料がより好ましい。 Further, it is preferable to select a material close to the linear expansion coefficient of the first drive electrode (lower electrode) 15 and the electromechanical conversion film 13 as the base film (vibration plate) 17. In particular, as the electromechanical conversion film 13, since PZT is generally used as a material, a film having a linear expansion coefficient close to 8 × 10 −6 [1 / K] of PZT is preferable. Specifically, the material preferably has a linear expansion coefficient in the range of 5 × 10 −6 [1 / K] to 10 × 10 −6 [1 / K], and more preferably 7 × 10 −6. A material having a linear expansion coefficient in the range of [1 / K] to 9 × 10 −6 [1 / K] is more preferable.
この場合、具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等が挙げられる。これらの材料をスパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。 In this case, specific materials include aluminum oxide, zirconium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, osmium oxide, rhenium oxide, rhodium oxide, palladium oxide, and compounds thereof. These materials can be manufactured by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method.
膜厚としては特に限定されるものではないが、０．１［μｍ］以上１０［μｍ］以下の範囲が好ましく、０．５［μｍ］以上３［μｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと図１に示すような加圧室１２の加工が難しい場合があり、この範囲より大きいと下地膜１７が変形変位しにくくなり、インク滴の吐出が不安定になる場合があるためである。 The film thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 [μm] to 10 [μm], and more preferably in the range of 0.5 [μm] to 3 [μm]. May work in this range is smaller than a pressure chamber 12 as shown in FIG. 1 is difficult, the range larger than the base film 17 is less likely to deform displacement, there are cases where ejection of ink droplets becomes unstable Because.
（第１の駆動電極）
例えば図１に示す、第１の駆動電極１５としては特に限定されるものではないが、金属または金属と酸化物とからなっていることが好ましい。具体的には、第１の駆動電極１５としては例えば、金属電極膜から構成することができる。また、金属電極膜と酸化物電極膜とから構成することもできる。
(First drive electrode)
For example, the first drive electrode 15 shown in FIG. 1 is not particularly limited, but is preferably made of a metal or a metal and an oxide. Specifically, the first drive electrode 15 can be composed of a metal electrode film, for example. Moreover, it can also be comprised from a metal electrode film and an oxide electrode film.
第１の駆動電極１５がいずれの材料からなる場合でも、振動板１７と金属膜との間に密着層を形成し、剥がれ等を抑制するように工夫することが好ましい。以下に密着層を含めて金属電極膜、酸化物電極膜の詳細について記載する。 Even when the first drive electrode 15 is made of any material, it is preferable to devise an adhesive layer between the diaphragm 17 and the metal film so as to suppress peeling and the like. Details of the metal electrode film and oxide electrode film including the adhesion layer are described below.
密着層としては、例えば、金属膜を成膜後、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて、ＲＴＡ法により酸化（熱酸化）して酸化膜とすることにより得ることができる。酸化（熱酸化）を行う際の条件としては特に限定されるものではなく、用いる金属膜の材質等により選択することができる。例えば、６５０〜８００［℃］で、１〜３０分間、Ｏ２雰囲気で金属膜を熱酸化することにより形成することができる。 The adhesion layer can be obtained, for example, by forming a metal film and then oxidizing (thermally oxidizing) it by an RTA method using an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus to form an oxide film. Conditions for the oxidation (thermal oxidation) are not particularly limited, and can be selected depending on the material of the metal film to be used. For example, it can be formed by thermally oxidizing a metal film at 650 to 800 [° C.] for 1 to 30 minutes in an O 2 atmosphere.
金属膜は例えばスパッタ法により成膜することができる。金属膜の材料としてはＴｉ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ等の材料を好ましく用いることができ、中でもＴｉを好ましく用いることができる。 The metal film can be formed by sputtering, for example. As a material for the metal film, materials such as Ti, Ta, Ir, and Ru can be preferably used, and among these, Ti can be preferably used.
金属酸化物膜は反応性スパッタにより作製してもよいが、金属膜の高温による熱酸化法が望ましい。これは、反応性スパッタにより作製する場合、例えばシリコン基板などの基板も一緒に高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成を必要となり、コスト上好ましくないためである。また、一般の炉による酸化よりも、ＲＴＡ装置による酸化の方が金属酸化物膜の結晶性が良好になることが挙げられる。これは、チタン膜を例に説明すると、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じる。これに対して、昇温速度の速いＲＴＡ法による酸化ではそのような過程を経る必要がなく、良好な結晶を形成することが可能になる。 The metal oxide film may be formed by reactive sputtering, but a thermal oxidation method at a high temperature of the metal film is desirable. This is because, when manufacturing by reactive sputtering, for example, a substrate such as a silicon substrate needs to be heated together at a high temperature, so that a special sputtering chamber configuration is required, which is not preferable in terms of cost. In addition, the crystallinity of the metal oxide film is improved by the oxidation by the RTA apparatus than by the oxidation by a general furnace. This is explained by taking a titanium film as an example. According to oxidation by a normal heating furnace, a titanium film that is easily oxidized forms a number of crystal structures at a low temperature, so that it is necessary to break it once. On the other hand, in the oxidation by the RTA method having a high temperature rising rate, it is not necessary to go through such a process, and it becomes possible to form a good crystal.
密着層の膜厚としては、特に限定されるものではないが、１０［ｎｍ］以上５０［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、１５［ｎｍ］以上３０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。膜厚が上記範囲よりも薄い場合においては、振動板、第１の駆動電極との密着性が悪くなる場合がある。また、膜厚が上記範囲よりも厚いとその上に作製する第１の駆動電極の膜の結晶の質に影響が出てくる場合がある。このため、上記範囲を選択することが好ましい。 The thickness of the adhesion layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 [nm] to 50 [nm], and more preferably in the range of 15 [nm] to 30 [nm]. When the film thickness is thinner than the above range, the adhesion between the diaphragm and the first drive electrode may be deteriorated. Further, if the film thickness is larger than the above range, the crystal quality of the first drive electrode film formed thereon may be affected. For this reason, it is preferable to select the said range.
金属電極膜の金属材料としては従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金を用いることができる。なお、白金は鉛に対して十分なバリア性を有しない場合があるため、イリジウム、白金−ロジウムなどの白金族元素や、これら合金も用いることができる。 Conventionally, platinum having high heat resistance and low reactivity can be used as the metal material of the metal electrode film. In addition, since platinum may not have sufficient barrier properties with respect to lead, platinum group elements such as iridium and platinum-rhodium, and alloys thereof can also be used.
また、金属電極膜の金属材料として白金を使用する場合には、下地（特にＳｉＯ２）との密着性が悪いために、上記密着層を先に積層することが好ましい。 In addition, when platinum is used as the metal material of the metal electrode film, it is preferable that the adhesion layer is laminated first because adhesion to the base (particularly SiO 2 ) is poor.
金属電極膜の作製方法としては特に限定されるものではないが、例えばスパッタ法や真空蒸着等の真空成膜を用いることができる。 The method for producing the metal electrode film is not particularly limited, but vacuum film formation such as sputtering or vacuum deposition can be used.
金属電極膜の膜厚としては要求される性能に応じて選択すればよく、限定されるものではないが、例えば８０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］であることが好ましく、１００［ｎｍ］〜１５０［ｎｍ］であることがより好ましい。上記範囲より薄い場合においては、共通電極として十分な電流を供給することができない場合があり、インク吐出をする際に不具合が発生する場合があるため好ましくない。また、上記範囲より厚い場合、特に金属電極膜の金属材料として白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コスト上問題となる点が挙げられる。また、特に金属材料として白金を用いた場合、膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなる。すると、その上に作製する膜（例えば酸化物電極膜や電気機械変換膜）の表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼして、インク吐出に十分な変位が得られないような不具合が発生する場合がある。 The thickness of the metal electrode film may be selected according to the required performance, and is not limited, but is preferably 80 [nm] to 200 [nm], for example, 100 [nm] to 150 [Nm] is more preferable. When the thickness is smaller than the above range, it may not be possible to supply a sufficient current as the common electrode, and a problem may occur when ink is ejected. In addition, when the thickness is larger than the above range, particularly when an expensive material of a platinum group element is used as the metal material of the metal electrode film, there is a problem in terms of cost. In particular, when platinum is used as the metal material, the surface roughness increases when the film thickness is increased. Then, when a defect occurs that affects the surface roughness and crystal orientation of the film (for example, an oxide electrode film or an electromechanical conversion film) to be formed thereon and sufficient displacement cannot be obtained for ink ejection. There is.
酸化物電極膜の材料としては、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３、以下単に「ＳＲＯ」とも記載する。）を用いることが好ましい。また、ルテニウム酸ストロンチウムの一部を置換した材料、具体的には、ＳｒｘＡ１−ｘＲｕｙＢ１−ｙＯ３（式中、ＡはＢａ、Ｃａ、 ＢはＣｏ、Ｎｉ、 ｘ、ｙ＝０〜０．５）で表される材料についても好ましく用いることができる。 As a material for the oxide electrode film, it is preferable to use strontium ruthenate (SrRuO 3 , hereinafter also simply referred to as “SRO”). The material obtained by replacing a part of strontium ruthenate, specifically, SrxA1-xRuyB1-yO 3 (wherein, A is Ba, Ca, B is Co, Ni, x, y = 0~0.5) The material represented by can also be preferably used.
酸化物電極膜の成膜方法については例えばスパッタ法により作製することができる。スパッタ条件については限定されるものではないが、スパッタ条件によって酸化物膜の膜質が変化するため、要求される結晶配向性等により選択することができる。 The oxide electrode film can be formed by sputtering, for example. Although the sputtering conditions are not limited, the film quality of the oxide film changes depending on the sputtering conditions, and can be selected according to the required crystal orientation.
例えば、後述する電気機械変換膜３４は、連続動作したときの変位特性劣化を抑えるためにはその結晶性としては（１１１）面方位に配向していることが好ましい。このような電気機械変換膜３４を得るためには、その下層に配置した酸化物電極膜についても（１１１）面方位に配向していることが好ましい。このため、酸化物電極膜は（１１１）面方位に優先配向していることが好ましい。 For example, the electromechanical conversion film 34 to be described later is preferably oriented in the (111) plane orientation as its crystallinity in order to suppress deterioration of displacement characteristics when continuously operated. In order to obtain such an electromechanical conversion film 34, it is preferable that the oxide electrode film disposed in the lower layer is also oriented in the (111) plane direction. For this reason, the oxide electrode film is preferably preferentially oriented in the (111) plane orientation.
そして、酸化物電極膜について（１１１）面方位に優先配向した膜を得るために、５００［℃］以上に基板加熱を行い、これにスパッタ法により酸化物電極膜を成膜することが好ましい。 Then, in order to obtain a film preferentially oriented in the (111) plane orientation with respect to the oxide electrode film, it is preferable to heat the substrate to 500 [° C.] or higher, and form the oxide electrode film thereon by sputtering.
また、酸化物電極膜の下層に金属電極膜を設ける場合、該金属電極膜は白金膜からなることが好ましい。また、その面方位として、（１１１）面方位に配向していることが好ましい。これは、その上に成膜する酸化物電極膜についても（１１１）面方位に優先配向したものが得やすくなるためである。 Moreover, when providing a metal electrode film in the lower layer of an oxide electrode film, it is preferable that this metal electrode film consists of a platinum film. Moreover, it is preferable that it is oriented in the (111) plane orientation as the plane orientation. This is because it is easy to obtain an oxide electrode film formed thereon that is preferentially oriented in the (111) plane orientation.
例えば特許文献４には、ＳＲＯ膜の成膜条件として、ＳＲＯを室温で成膜後、ＲＴＡ処理にて結晶化温度で熱酸化するとされている。この場合、ＳＲＯ膜としては、十分結晶化され、電極としての比抵抗としても十分な値が得られるが、膜の結晶配向性としては、（１１０）が優先配向しやすくなり、その上に例えばＰＺＴ膜を成膜した場合、このＰＺＴ膜についても（１１０）配向しやすくなる。このため、本実施形態においてＳＲＯ膜を形成する場合には、上記成膜条件により成膜することが好ましい。 For example, Patent Document 4 states that the SRO film is deposited at room temperature and then thermally oxidized at the crystallization temperature by RTA treatment. In this case, the SRO film is sufficiently crystallized and a sufficient value is obtained as a specific resistance as an electrode. However, as the crystal orientation of the film, (110) is likely to be preferentially oriented. When a PZT film is formed, this PZT film is also easily (110) oriented. For this reason, when forming the SRO film in the present embodiment, it is preferable to form the film under the above film forming conditions.
ここで、例えば金属電極膜として（１１１）面方位に配向した白金膜を用い、その上に酸化物電極膜であるＳｒＲｕＯ３膜を作製した場合に、酸化物電極の結晶性をＸ線回折測定により評価する方法について説明する。 Here, for example, when a platinum film oriented in the (111) plane direction is used as a metal electrode film, and an SrRuO 3 film as an oxide electrode film is formed thereon, the crystallinity of the oxide electrode is measured by X-ray diffraction measurement. The method of evaluation will be described.
ＰｔとＳｒＲｕＯ３とは格子定数が近いため、通常のＸ線回折測定におけるθ−２θ測定では、ＳＲＯ膜の（１１１）面とＰｔの（１１１）面の２θ位置が重なってしまい判別が難しい。しかし、Ｐｔについては消滅則の関係からＰｓｉ＝３５［°］に傾けた場合、２θが約３２［°］付近の位置では回折線が打ち消し合い、Ｐｔの回折強度が見られなくなる。そのため、Ｐｓｉ方向を約３５［°］傾けて、２θが約３２［°］付近のピーク強度で判断することでＳＲＯが(１１１)面方位に優先配向しているかを確認することができる。 Since Pt and SrRuO 3 have close lattice constants, in the θ-2θ measurement in the normal X-ray diffraction measurement, the 2θ positions of the (111) plane of the SRO film and the (111) plane of Pt overlap and are difficult to discriminate. However, when Pt is tilted to Psi = 35 [°] due to the extinction law, the diffraction lines cancel each other at a position where 2θ is about 32 [°], and the diffraction intensity of Pt cannot be seen. Therefore, it is possible to confirm whether the SRO is preferentially oriented in the (111) plane orientation by inclining the Psi direction by about 35 [°] and judging from the peak intensity where 2θ is about 32 [°].
図９に、シリコン基板上に、密着層として酸化チタン膜を成膜した後、(１１１)面方位に配向している白金膜を成膜し、その上に基板を例えば５５０［℃］に加熱しながら、スパッタ法によりＳｒＲｕＯ３膜を成膜した試料のＸ線回折測定結果を示す。 In FIG. 9, after forming a titanium oxide film as an adhesion layer on a silicon substrate, a platinum film oriented in the (111) plane orientation is formed, and the substrate is heated to, for example, 550 [° C.]. The X-ray diffraction measurement result of the sample on which the SrRuO 3 film is formed by sputtering is shown.
図９においては、２θ=３２［°］に固定し、Ｐｓｉを変化させたときのデータを示している。Ｐｓｉ＝０［°］ではＳＲＯの（１１０）面の回折線はほとんど回折強度が見られず、Ｐｓｉ＝３５［°］付近において、回折強度が見られることから、この測定方法によりＳＲＯが（１１１）面方位に優先配向していることが確認できる。また、この結果から、本成膜条件にて作製したものについては、ＳＲＯが（１１１）面方位に優先配向していることを確認できた。 FIG. 9 shows data when 2θ = 32 [°] is fixed and Psi is changed. When Psi = 0 [°], almost no diffraction intensity is observed in the diffraction line on the (110) plane of SRO, and the diffraction intensity is observed in the vicinity of Psi = 35 [°]. ) It can be confirmed that the preferred orientation is in the plane orientation. In addition, from this result, it was confirmed that SRO was preferentially oriented in the (111) plane direction for those produced under the present film forming conditions.
また、上述記載のＳＲＯ膜を室温で成膜後、ＲＴＡ処理することにより作製されたＳＲＯ膜について同様に評価を行ったところ、Ｐｓｉ＝０［°］のときにＳＲＯ（１１０）の回折強度が見られた。 Further, when the SRO film prepared by performing the RTA process after forming the SRO film described above at room temperature was evaluated in the same manner, the diffraction intensity of SRO (110) was found when Psi = 0 [°]. It was seen.
圧電アクチュエータとして連続動作したときに、駆動させた後の変位量が、初期変位に比べてどのくらい劣化したかを見積もった。この見積もりによれば、電気機械変換膜（例えばＰＺＴ膜）３４の配向性が非常に影響しており、（１１０）では変位劣化抑制において不十分な場合がある。このため、上述のように酸化物電極膜は（１１１）面方位に配向していることが好ましい。 It was estimated how much the displacement after driving was degraded compared to the initial displacement when continuously operating as a piezoelectric actuator. According to this estimate, the orientation of the electromechanical conversion film (for example, PZT film) 34 has a great influence, and (110) may be insufficient in suppressing displacement deterioration. For this reason, as described above, the oxide electrode film is preferably oriented in the (111) plane orientation.
酸化物電極に用いるＳｒＲｕＯ３膜の表面粗さは４［ｎｍ］以上、１５［ｎｍ］以下であることが好ましく、６［ｎｍ］以上、１０［ｎｍ］以下であることがさらに好ましい。なお、ここでの表面粗さについてはＡＦＭにより測定される表面粗さ（平均粗さ)を意味している。 The surface roughness of the SrRuO 3 film used for the oxide electrode is preferably 4 [nm] or more and 15 [nm] or less, and more preferably 6 [nm] or more and 10 [nm] or less. In addition, about the surface roughness here, the surface roughness (average roughness) measured by AFM is meant.
ＳｒＲｕＯ３膜の表面粗さは成膜温度に影響し、室温から３００［℃］に基材を加熱して成膜した場合、表面粗さが非常に小さく２［ｎｍ］以下になる。この場合、表面粗さとしては、非常に小さくフラットになっているが、ＳｒＲｕＯ３膜の結晶性は十分でない場合がある。この様にＳｒＲｕＯ３膜の結晶性が十分でない場合、その後に成膜する電気機械変換膜（例えばＰＺＴ膜）を有する圧電アクチュエータが初期変位や連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られなくなる。 The surface roughness of the SrRuO 3 film affects the film formation temperature, and when the substrate is heated from room temperature to 300 [° C.], the surface roughness is very small and becomes 2 [nm] or less. In this case, the surface roughness is very small and flat, but the crystallinity of the SrRuO 3 film may not be sufficient. Thus, when the crystallinity of the SrRuO 3 film is not sufficient, a piezoelectric actuator having an electromechanical conversion film (for example, a PZT film) to be formed thereafter cannot obtain sufficient characteristics with respect to initial displacement or displacement deterioration after continuous driving. .
そこで、成膜条件からみて、ＳｒＲｕＯ３膜の結晶性を悪化させずに得られる表面粗さを検討したところ上記範囲となることから、上記範囲を有することが好ましい。 Thus, considering the film formation conditions, the surface roughness obtained without deteriorating the crystallinity of the SrRuO 3 film is considered to be within the above range. Therefore, the above range is preferable.
上記範囲からはずれた場合、ＳｒＲｕＯ３膜の結晶性を悪化する場合があり、その後成膜する電気機械変換膜の絶縁耐圧が悪化し、リークしやすくなる場合があるため好ましくない。 When it deviates from the above range, the crystallinity of the SrRuO 3 film may be deteriorated, and the withstand voltage of the electromechanical conversion film to be formed thereafter is deteriorated and may be liable to leak.
そして、上述のような、結晶性や表面粗さを有するＳｒＲｕＯ３膜を得るためには、成膜条件（温度）としては５００［℃］〜７００［℃］、好ましくは５２０［℃］〜６００［℃］の範囲に基板を加熱して、スパッタ法により成膜することが好ましい。 In order to obtain the SrRuO 3 film having the crystallinity and the surface roughness as described above, the film formation condition (temperature) is 500 [° C.] to 700 [° C.], preferably 520 [° C.] to 600 It is preferable to heat the substrate in the range of [° C.] and form a film by sputtering.
成膜後のＳｒとＲｕの組成比については特に限定されるものではなく、要求される導電性等により選択されるが、Ｓｒ／Ｒｕが０．８２以上、１．２２以下であることが好ましい。これは、上記範囲から外れると比抵抗が大きくなり、電極として十分な導電性が得られなくなる場合があるためである。 The composition ratio of Sr and Ru after film formation is not particularly limited and is selected depending on required conductivity, etc., but Sr / Ru is preferably 0.82 or more and 1.22 or less. . This is because if it is out of the above range, the specific resistance increases, and sufficient conductivity as an electrode may not be obtained.
さらに、酸化物電極としてＳＲＯ膜の膜厚としては、４０［ｎｍ］以上、１５０［ｎｍ］以下であることが好ましく、５０［ｎｍ］以上、８０［ｎｍ］以下であることがさらに好ましい。上記膜厚範囲よりも薄いと初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合がある。また、電気機械変換膜のオーバーエッチングを抑制するためのストップエッチング層としての機能も得られにくくなる。さらに、上記膜厚範囲を超えると、その後成膜したＰＺＴの絶縁耐圧が悪くなり、リークしやすくなる場合があるためである。 Furthermore, the thickness of the SRO film as the oxide electrode is preferably 40 [nm] or more and 150 [nm] or less, and more preferably 50 [nm] or more and 80 [nm] or less. If the thickness is less than the above range, sufficient characteristics may not be obtained for initial displacement and displacement deterioration after continuous driving. Moreover, it becomes difficult to obtain a function as a stop etching layer for suppressing over-etching of the electromechanical conversion film. Further, if the film thickness exceeds the above-mentioned film thickness range, the dielectric strength voltage of the PZT formed thereafter is deteriorated and it may be likely to leak.
酸化物電極の比抵抗としては、５×１０−３［Ω・ｃｍ］以下になっていることが好ましく、さらに１×１０−３［Ω・ｃｍ］以下になっていることがさらに好ましい。この範囲よりも大きくなると第１の配線との界面で接触抵抗が十分得られず、共通電極として十分な電流を供給することができず、インク吐出をする際に不具合が発生する場合があるためである。 The specific resistance of the oxide electrode is preferably 5 × 10 −3 [Ω · cm] or less, and more preferably 1 × 10 −3 [Ω · cm] or less. If it exceeds this range, sufficient contact resistance cannot be obtained at the interface with the first wiring, and sufficient current cannot be supplied as a common electrode, which may cause problems when ink is ejected. It is.
（電気機械変換膜）
電気機械変換膜３４としては、圧電性を有する材料であれば使用することができ、特に限定されるものではない。例えば、広く用いられているＰＺＴを好ましく使用することができる。なお、ＰＺＴとは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体で、その比率により特性が異なるが、その比率についても限定されるものではなく、要求される圧電性能等に応じて選択することができる。中でもＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率（モル比）が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３，Ｔｉ０．４７）Ｏ３で表わされるＰＺＴ（ＰＺＴ（５３／４７）とも示される）は、特に優れた圧電特性を示すことから好ましく用いることができる。
(Electromechanical conversion membrane)
The electromechanical conversion film 34 can be used as long as it has a piezoelectric property, and is not particularly limited. For example, PZT that is widely used can be preferably used. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), and the characteristics differ depending on the ratio, but the ratio is not limited, and the required piezoelectric performance, etc. Can be selected. Among them, the ratio (molar ratio) of PbZrO 3 and PbTiO 3 is 53:47, and when expressed by the chemical formula, it is also indicated as PZT (PZT (53/47)) represented by Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3. ) Can be preferably used because it exhibits particularly excellent piezoelectric characteristics.
ＰＺＴ以外の材料として、チタン酸バリウムも用いることができる。この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。 Barium titanate can also be used as a material other than PZT. In this case, it is possible to prepare a barium titanate precursor solution by using barium alkoxide and a titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving them in a common solvent.
また、上記ＰＺＴや、チタン酸バリウムは一般式ＡＢＯ３で表わされる。ＰＺＴ、チタン酸バリウム以外にもＡＢＯ３（Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｂ）で表わされる複合酸化物を主成分とする複合酸化物を用いることができる。 The PZT and barium titanate are represented by the general formula ABO 3 . In addition to PZT and barium titanate, a composite oxide mainly composed of a composite oxide represented by ABO 3 (A = Pb, Ba, Sr, B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, Nb) is used. Can be used.
さらに、（Ｐｂ１−ｘ，Ｂａｘ）(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘ，Ｓｒｘ）(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３の様にＡサイトのＰｂを一部ＢａやＳｒで置換した複合酸化物も使用することができる。置換に用いる元素としては２価の元素であれば可能であり、Ｐｂの一部を２価の元素で置換することにより電気機械変換膜を成膜する際等に熱処理を行った場合に鉛の蒸発による特性劣化を低減させる効果がある。 Further, a composite oxide in which Pb at the A site is partially substituted with Ba or Sr, such as (Pb1-x, Bax) (Zr, Ti) O 3 , (Pb1-x, Srx) (Zr, Ti) O 3 Can also be used. A divalent element can be used as an element used for substitution. When a heat treatment is performed when an electromechanical conversion film is formed by substituting a part of Pb with a divalent element, lead can be used. There is an effect of reducing characteristic deterioration due to evaporation.
電気機械変換膜３４の作製方法としては、特に限定されるものではないが、例えばスパッタ法や、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。そして、成膜後、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いるパターン形成方法（以下、「リソエッチ法」という。）等によりパターニングを行い、所望のパターンを得ることができる。 A method for producing the electromechanical conversion film 34 is not particularly limited, but for example, it can be produced by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method. Then, after the film formation, a desired pattern can be obtained by patterning by a pattern formation method using a photolithography technique and an etching technique (hereinafter referred to as “lithoetch method”).
ＰＺＴからなる電気機械変換膜３４をゾルゲル法により作製する場合を例に説明する。
酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料とし、共通溶媒としてメトキシエタノールを用い、上記出発原料が所定比になるように共通溶液に溶解させ均一溶液とすることで、ＰＺＴ前駆体溶液を作製する。なお、金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加しておくこともできる。また、鉛成分は成膜工程で熱処理を行う際などに蒸発することがあるので、量論比よりも多めに添加しておくこともできる。
A case where the electromechanical conversion film 34 made of PZT is manufactured by a sol-gel method will be described as an example.
PZT precursor solution is prepared by using lead acetate, zirconium alkoxide, and titanium alkoxide compound as starting materials, using methoxyethanol as a common solvent, and dissolving the above starting materials in a common solution so as to have a predetermined ratio to obtain a uniform solution. To do. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by moisture in the atmosphere, an appropriate amount of a stabilizer such as acetylacetone, acetic acid or diethanolamine can be added to the precursor solution as a stabilizer. In addition, since the lead component may evaporate during heat treatment in the film forming process, it can be added in a larger amount than the stoichiometric ratio.
下地基板全面にＰＺＴ膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことでＰＺＴ膜を得ることができる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックのない膜を得るには一度の工程で１００［ｎｍ］以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整を行うことが好ましく、成膜工程を繰り返し行うことで所望の膜厚のＰＺＴ膜を得ることができる。 When a PZT film is obtained on the entire surface of the base substrate, the PZT film can be obtained by forming a coating film by a solution coating method such as spin coating and performing heat treatments such as solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since transformation from a coating film to a crystallized film involves volume shrinkage, the precursor concentration should be adjusted so that a film thickness of 100 [nm] or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film. Preferably, a PZT film having a desired film thickness can be obtained by repeatedly performing the film forming process.
なお、チタン酸バリウム膜の場合であれば、例えば、バリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製する。そして、これを用いて例えば上記ＰＺＴの場合と同様の手順でゾルゲル法により成膜することが可能である。 In the case of a barium titanate film, for example, a barium titanate precursor solution is prepared by using barium alkoxide and a titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving them in a common solvent. And using this, for example, it is possible to form a film by the sol-gel method in the same procedure as in the case of PZT.
電気機械変換膜３４の膜厚としては限定されるものではなく、要求される圧電特性に応じて選択すればよいが、０．５［μｍ］以上、５［μｍ］以下であることが好ましく、１［μｍ］以上、２［μｍ］以下であることがより好ましい。これは、上記範囲より薄いと圧電アクチュエータとして使用する際に十分な変位を発生することができない場合があるためである。また、上記範囲より厚いと、その製造工程において何層も積層させて成膜するため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなるためである。 The film thickness of the electromechanical conversion film 34 is not limited and may be selected according to the required piezoelectric characteristics, but is preferably 0.5 [μm] or more and 5 [μm] or less, More preferably, it is 1 [μm] or more and 2 [μm] or less. This is because if the thickness is smaller than the above range, sufficient displacement may not be generated when used as a piezoelectric actuator. On the other hand, if the thickness is larger than the above range, a number of layers are deposited in the manufacturing process, so that the number of processes increases and the process time becomes longer.
また、電気機械変換膜３４の比誘電率としては６００以上、２０００以下になっていることが好ましく、さらに１２００以上、１６００以下になっていることがより好ましい。比誘電率が係る範囲より小さいと、圧電アクチュエータとして使用する際に十分な変位特性が得られない場合がある。また、比誘電率が係る範囲より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する場合がある。 The relative dielectric constant of the electromechanical conversion film 34 is preferably 600 or more and 2000 or less, and more preferably 1200 or more and 1600 or less. If the relative permittivity is smaller than the range, sufficient displacement characteristics may not be obtained when used as a piezoelectric actuator. Further, when the relative permittivity is larger than the range, there may be a problem in that the polarization process is not sufficiently performed and sufficient characteristics cannot be obtained for the displacement degradation after continuous driving.
（第２の駆動電極）
第２の駆動電極３５としては特に限定されるものではないが、金属または酸化物と金属からなっていることが好ましい。具体的には、第２の駆動電極３５としては例えば、金属電極膜から構成することができる。また、金属電極膜と酸化物電極膜から構成することもできる。
(Second drive electrode)
Although it does not specifically limit as the 2nd drive electrode 35, It is preferable that it consists of a metal or an oxide, and a metal. Specifically, the second drive electrode 35 can be composed of, for example, a metal electrode film. Moreover, it can also comprise from a metal electrode film and an oxide electrode film.
以下に酸化物電極膜、金属電極膜の詳細について記載する。
酸化物電極膜の材料等については、第１の駆動電極の酸化物電極膜で説明したものと同様である。酸化物電極膜の膜厚としては、２０［ｎｍ］以上、８０［ｎｍ］以下が好ましく、４０［ｎｍ］以上、６０［ｎｍ］以下がより好ましい。これは、この膜厚範囲よりも薄いと初期変位や変位劣化特性については十分な特性が得られない場合があり、この範囲を超えると、電気機械変換膜の絶縁耐圧が非常に悪くなり、リークしやすくなる場合があるためである。
Details of the oxide electrode film and the metal electrode film are described below.
The material or the like of the oxide electrode film is the same as that described for the oxide electrode film of the first drive electrode. The thickness of the oxide electrode film is preferably 20 [nm] or more and 80 [nm] or less, and more preferably 40 [nm] or more and 60 [nm] or less. If the thickness is less than this range, sufficient characteristics may not be obtained for the initial displacement and displacement deterioration characteristics. If this range is exceeded, the dielectric strength of the electromechanical conversion film will be very poor and leakage will occur. It is because it may become easy to do.
金属電極膜の材料等については第１の駆動電極の金属電極膜で説明したものと同様である。金属電極膜の膜厚としては、３０［ｎｍ］以上２００［ｎｍ］以下が好ましく、５０［ｎｍ］以上１２０［ｎｍ］以下がさらに好ましい。これは、この膜厚範囲より薄いと個別電極として十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生する場合があるためである。また、この膜厚範囲より厚い場合においては、金属電極膜の材料として白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コストアップとなる点で問題である。また、白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くしていったときに表面粗さが大きくなり、第１の絶縁保護膜を介して第２の配線を作製する際に、膜剥がれ等の不具合が発生しやすくなる場合があるためである。 The material of the metal electrode film is the same as that described for the metal electrode film of the first drive electrode. The film thickness of the metal electrode film is preferably 30 [nm] to 200 [nm], and more preferably 50 [nm] to 120 [nm]. This is because if the thickness is smaller than this range, a sufficient current cannot be supplied as an individual electrode, and a problem may occur when ink is ejected. When the thickness is larger than this range, there is a problem in that the cost increases when an expensive platinum group element material is used as the material of the metal electrode film. Further, in the case of using platinum as a material, the surface roughness increases as the film thickness increases, and when the second wiring is formed through the first insulating protective film, film peeling, etc. This is because there is a case where the above-mentioned trouble is likely to occur.
（第１の絶縁保護膜）
第１の絶縁保護膜４１は、成膜・エッチングの工程による圧電素子へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過することを防止する機能を有することが好ましい。このため、その材料としては緻密な無機材料とすることが好ましい。有機材料の場合、十分な保護性能を得るためには膜厚を厚くする必要があるが、絶縁膜を厚い膜とした場合、振動板の振動変位を阻害し、吐出性能の低い液滴吐出ヘッドとなる場合があるためである。
(First insulating protective film)
The first insulating protective film 41 preferably has a function of preventing damage to the piezoelectric element due to the film forming / etching process and preventing moisture in the air from permeating. Therefore, the material is preferably a dense inorganic material. In the case of organic materials, it is necessary to increase the film thickness in order to obtain sufficient protection performance. However, if the insulating film is made thick, the vibration displacement of the diaphragm is hindered and the liquid droplet ejection head has a low ejection performance. This is because there is a case of becoming.
薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物，窒化物，炭化物の薄膜を用いることが好ましいが、絶縁膜の下地となる、電極材料、電気機械変換膜材料、振動板材料と密着性が高い材料を選定することが好ましい。具体的には、第１の絶縁保護膜４１としては例えば、アルミナ膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選択される少なくとも１種の無機膜からなることが好ましい。より具体的には、Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ３，ＴｉＯ２などのセラミクス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。これらの膜は、密着性がよく、膜が硬く、しかも耐磨耗性やコストパフォーマンスに優れている。 In order to obtain high protection performance with a thin film, it is preferable to use an oxide, nitride, or carbide thin film, but it has high adhesion to electrode materials, electromechanical conversion film materials, and diaphragm materials that form the base of insulating films. It is preferable to select the material. Specifically, the first insulating protective film 41 is preferably made of at least one inorganic film selected from, for example, an alumina film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. More specifically, Al 2 O 3, ZrO 2 , Y 2 O 3, Ta 2 O 3, an oxide film used in the ceramic material, such as TiO 2 can be cited as examples. These films have good adhesion, hard films, and excellent wear resistance and cost performance.
また、第１の絶縁保護膜４１の成膜法も圧電素子を損傷する可能性が低い成膜方法であることが好ましい。例えば、蒸着法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを好ましく用いることができ、使用できる材料の選択肢が広いＡＬＤ法をより好ましく用いることができる。特にＡＬＤ法を用いることで、膜密度の非常に高い薄膜を作製することができ、プロセス中でのダメージを抑制することが可能になる。 Further, the film formation method of the first insulating protective film 41 is also preferably a film formation method with a low possibility of damaging the piezoelectric element. For example, an evaporation method, an atomic layer deposition (ALD) method, or the like can be preferably used, and an ALD method with a wide range of materials that can be used is more preferably used. In particular, by using the ALD method, a thin film having a very high film density can be manufactured, and damage during the process can be suppressed.
そして、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマＣＶＤ法やプラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は圧電素子を損傷する可能性が蒸着法、ＡＬＤ法に比べて高いため好ましくない。 The plasma CVD method in which a reactive gas is turned into plasma and deposited on the substrate, and the sputtering method in which the film is formed by causing the plasma to collide with the target material and flying may cause damage to the piezoelectric element, compared with the vapor deposition method and the ALD method. It is not preferable because it is expensive.
第１の絶縁保護膜４１の膜厚は、圧電素子を保護するために十分な厚さの薄膜であり、かつ、振動板の変位を阻害しないように可能な限り薄いものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、第１の絶縁保護膜の膜厚としては２０［ｎｍ］〜１００［ｎｍ］の範囲であることが好ましい。１００［ｎｍ］より厚い場合は、振動板の変位が低下するため、吐出効率の低い液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）となる場合がある。一方、２０［ｎｍ］より薄い場合は圧電素子の保護層としての機能が十分ではない場合があり、圧電素子の性能が低下する恐れがある。 The film thickness of the first insulating protective film 41 may be a thin film having a sufficient thickness for protecting the piezoelectric element and may be as thin as possible so as not to disturb the displacement of the diaphragm. It is not limited. For example, the thickness of the first insulating protective film is preferably in the range of 20 [nm] to 100 [nm]. When the thickness is larger than 100 [nm], the displacement of the vibration plate is reduced, so that a droplet discharge head (inkjet head) with low discharge efficiency may be obtained. On the other hand, when the thickness is less than 20 [nm], the function as a protective layer of the piezoelectric element may not be sufficient, and the performance of the piezoelectric element may be deteriorated.
また、第１の絶縁保護膜４１としてさらにもう１層設けて、２層にする構成も考えられる。この場合、例えば２層目の絶縁保護膜を厚くして振動板の振動変位を阻害しないように第２の駆動電極部付近において２層目の絶縁膜を開口するような構成としてもよい。 Further, a configuration in which another layer is provided as the first insulating protective film 41 to form two layers is also conceivable. In this case, for example, the second insulating film may be thickened to open the second insulating film in the vicinity of the second drive electrode portion so as not to inhibit the vibration displacement of the diaphragm.
２層目の絶縁保護膜としては、任意の酸化物，窒化物，炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができる。例えば、半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ２を用いることができる。 Arbitrary oxides, nitrides, carbides, or composite compounds thereof can be used for the second insulating protective film. For example, SiO 2 that is generally used in semiconductor devices can be used.
２層目の絶縁保護膜の成膜方法としては任意の手法を用いることができ、ＣＶＤ法，スパッタリング法が挙げられる。電極形成部等のパターン形成部の段差被覆を考慮すると等方的に成膜できるＣＶＤ法を用いることが好ましい。 Arbitrary methods can be used as a method for forming the second insulating protective film, and examples thereof include a CVD method and a sputtering method. It is preferable to use a CVD method capable of forming an isotropic film in consideration of the step coverage of the pattern forming portion such as the electrode forming portion.
２層目の絶縁保護膜の膜厚は、共通電極と個別電極配線との間に印加される電圧で絶縁破壊されないように選択することが好ましい。すなわち絶縁膜に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定することが好ましい。さらに、２層目の絶縁膜の下地の表面性やピンホール等を考慮すると膜厚は２００［ｎｍ］以上であることが好ましく、５００［ｎｍ］以上であることがさらに好ましい。 The film thickness of the second insulating protective film is preferably selected so that the dielectric breakdown is not caused by the voltage applied between the common electrode and the individual electrode wiring. That is, it is preferable to set the electric field strength applied to the insulating film within a range not causing dielectric breakdown. Furthermore, in consideration of the surface property of the base of the second insulating film, pinholes, etc., the film thickness is preferably 200 [nm] or more, and more preferably 500 [nm] or more.
（第１、第２の配線）
第１の配線４２、第２の配線４３は、第１の駆動電極３３、前記第２の駆動電極３５にそれぞれ電気的に接続されており、第１の絶縁保護膜４１上に形成されている。
(First and second wiring)
The first wiring 42 and the second wiring 43 are electrically connected to the first driving electrode 33 and the second driving electrode 35, respectively, and are formed on the first insulating protective film 41. .
第１の配線４２、及び、第２の配線４３の材質は特に限定されるものではなく、要求される性能等に応じて選択すればよいが、例えば、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒから選択される少なくとも１種の金属からなることが好ましい。これらの金属は、基板上に低抵抗で耐久性のある電極を成膜することができる。 The material of the first wiring 42 and the second wiring 43 is not particularly limited, and may be selected according to required performance. For example, Ag alloy, Cu, Al, Al alloy, It is preferably made of at least one metal selected from Au, Pt, and Ir. These metals can form a low-resistance and durable electrode on the substrate.
第１の配線４２、第２の配線４３の作製方法としては、例えば、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後、前述のリソエッチ法等により所望のパターンを得る方法を好ましく用いることができる。 As a method for manufacturing the first wiring 42 and the second wiring 43, for example, a method of manufacturing by using a sputtering method or a spin coating method and then obtaining a desired pattern by the above-described lithoetching method or the like is preferably used. it can.
第１の配線４２、第２の配線４３の膜厚としては、０．１［μｍ］〜２０［μｍ］が好ましく、０．２［μｍ］〜１０［μｍ］がさらに好ましい。膜厚が上記範囲より小さいと抵抗が大きくなり電極に十分な電流を流すことができずに液滴吐出ヘッドとした場合に液滴の吐出が不安定になる場合がある。また、膜厚が上記範囲より大きいとプロセス時間が長くなり生産性の面で問題となる場合がある。 The film thicknesses of the first wiring 42 and the second wiring 43 are preferably 0.1 [μm] to 20 [μm], and more preferably 0.2 [μm] to 10 [μm]. If the film thickness is smaller than the above range, the resistance increases, and a sufficient current cannot flow through the electrode, and the droplet discharge head may become unstable when the droplet discharge head is used. On the other hand, if the film thickness is larger than the above range, the process time becomes long, which may cause a problem in productivity.
また、第１の配線４２のうち、開口部（コンタクトホール部）４８から露出している部分が共通電極用パッド４６となる。また、第２の配線４３のうち、開口部（コンタクトホール部）４９から露出している部分が個別電極用パッド４７となる。これらのパッド４６、４７の開口部（コンタクトホール部、１０［μｍ］×１０［μｍ］）４８、４９での接触抵抗は、共通電極用パッド４６の接触抵抗としては１０［Ω］以下が好ましく、個別電極用パッド４７の接触抵抗としては１［Ω］以下が好ましい。さらに、共通電極用パッド４６の接触抵抗としては５［Ω］以下、個別電極用パッド４７の接触抵抗としては０．５［Ω］以下であることがより好ましい。これは、上記各パッド４６、４７の開口部（コンタクトホール部）４８、４９での接触抵抗が上記範囲を超えると十分な電流を供給することができなくなり、液滴吐出ヘッドとした場合に、液滴の吐出をする際に不具合が発生する場合があるためである。 Further, a portion of the first wiring 42 exposed from the opening (contact hole portion) 48 becomes a common electrode pad 46. In addition, a portion of the second wiring 43 exposed from the opening (contact hole portion) 49 becomes an individual electrode pad 47. The contact resistance at the openings (contact hole portion, 10 [μm] × 10 [μm]) 48 and 49 of these pads 46 and 47 is preferably 10 [Ω] or less as the contact resistance of the common electrode pad 46. The contact resistance of the individual electrode pad 47 is preferably 1 [Ω] or less. Furthermore, the contact resistance of the common electrode pad 46 is more preferably 5 [Ω] or less, and the contact resistance of the individual electrode pad 47 is more preferably 0.5 [Ω] or less. This is because when the contact resistance at the openings (contact hole portions) 48 and 49 of the pads 46 and 47 exceeds the above range, a sufficient current cannot be supplied. This is because problems may occur when ejecting droplets.
また、第２の配線４３と一体的にエージング処理用電極５１を形成してもよい。このエージング処理用電極５１は、第２の絶縁保護膜４４に形成されたエージング処理用開口部５０から露出している。また、エージング処理用電極５１の接触抵抗としては１［Ω］以下が好ましく、さらにエージング処理用電極５１の接触抵抗としては０．５［Ω］以下であることがより好ましい。これは、エージング処理用電極５１での接触抵抗が上記範囲を超えると十分な電流を供給することができなくなり、分極処理時に、電気機械変換膜３４に十分な電荷注入が行えないおそれがあるためである。 Further, the aging electrode 51 may be formed integrally with the second wiring 43. The aging electrode 51 is exposed from the aging opening 50 formed in the second insulating protective film 44. The contact resistance of the aging electrode 51 is preferably 1 [Ω] or less, and the contact resistance of the aging electrode 51 is more preferably 0.5 [Ω] or less. This is because if the contact resistance at the aging electrode 51 exceeds the above range, a sufficient current cannot be supplied, and there is a possibility that sufficient charge injection cannot be performed on the electromechanical conversion film 34 during the polarization process. It is.
（第２の絶縁保護膜）
第２の絶縁保護膜４４は個別電極配線や共通電極配線の保護層の機能を有するパッシベーション層として機能するものである。
(Second insulating protective film)
The second insulating protective film 44 functions as a passivation layer having a function of a protective layer for individual electrode wiring and common electrode wiring.
図５（ａ）に示す通り、個別電極引き出し部と、図示しないが共通電極引き出し部を除き、個別電極と共通電極上を被覆する。このように第２の絶縁保護膜４４を設けることにより、電極材料として安価なＡｌもしくはＡｌを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高いインクジェットヘッドとすることができる。 As shown in FIG. 5A, the individual electrode and the common electrode are covered except for the individual electrode lead portion and the common electrode lead portion (not shown). By providing the second insulating protective film 44 in this way, inexpensive Al or an alloy material containing Al as a main component can be used as the electrode material. As a result, a low-cost and highly reliable ink jet head can be obtained.
第２の絶縁保護膜４４の材料としては、任意の無機材料、有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料を用いることが好ましい。 As a material of the second insulating protective film 44, any inorganic material or organic material can be used, but a material having low moisture permeability is preferably used.
無機材料としては、例えば酸化物、窒化物、炭化物等を用いることができ、有機材料としてはポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。ただし有機材料の場合には厚膜とすることが必要となるため、後述のパターニングに適さない。そのため、薄膜で配線保護機能を発揮できる無機材料を用いることがより好ましい。 As the inorganic material, for example, an oxide, nitride, carbide, or the like can be used, and as the organic material, polyimide, an acrylic resin, a urethane resin, or the like can be used. However, in the case of an organic material, it is necessary to form a thick film, which is not suitable for patterning described later. Therefore, it is more preferable to use an inorganic material that can exhibit a wiring protection function with a thin film.
このため、第２の絶縁保護膜４４がアルミナ膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選択される少なくとも１種の無機膜であることが好ましい。特に、Ａｌ配線上に第２の絶縁保護膜としてＳｉ３Ｎ４を用いることは半導体デバイスで実績のある技術であるため、本実施形態においても同様の構成を採用することが好ましい。 Therefore, the second insulating protective film 44 is preferably at least one inorganic film selected from an alumina film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. In particular, the use of Si 3 N 4 as the second insulating protective film on the Al wiring is a technology that has a proven record in semiconductor devices. Therefore, it is preferable to adopt the same configuration also in this embodiment.
また、第２の絶縁保護膜４４の膜厚は２００［ｎｍ］以上とすることが好ましく、５００［ｎｍ］以上であることがさらに好ましい。これは、膜厚が薄い場合は十分なパッシベーション機能を発揮できないため、配線材料の腐食による断線が発生し、電気機械変換素子の信頼性を低下させてしまう可能性があるためである。 The thickness of the second insulating protective film 44 is preferably 200 [nm] or more, and more preferably 500 [nm] or more. This is because, when the film thickness is small, a sufficient passivation function cannot be exhibited, and therefore disconnection due to corrosion of the wiring material may occur, which may reduce the reliability of the electromechanical conversion element.
また、圧電素子上とその周囲の振動板上に開口部をもつ構造が好ましい。これは、前述の第１の絶縁保護膜４１上の個別電極用パッド４７付近において開口部４９を設けることと同様の理由である。これにより、高効率かつ高信頼性の電気機械変換素子とすることができる。また、例えばこの電気機械変換素子３０を用いた高効率かつ高信頼性の液滴吐出ヘッド、インクジェットヘッドとすることが可能になる。 Further, a structure having openings on the piezoelectric element and the surrounding diaphragm is preferable. This is the same reason for providing the opening 49 in the vicinity of the individual electrode pad 47 on the first insulating protective film 41 described above. Thereby, it can be set as a highly efficient and highly reliable electromechanical conversion element. Further, for example, a highly efficient and highly reliable droplet discharge head or inkjet head using the electromechanical transducer 30 can be obtained.
なお、第１の絶縁保護膜４１、第２の絶縁保護膜４４により圧電素子が保護されているため開口部４８，４９の形成には、フォトリソグラフィー法とドライエッチングを用いることが可能である。 Since the piezoelectric elements are protected by the first insulating protective film 41 and the second insulating protective film 44, the openings 48 and 49 can be formed by photolithography and dry etching.
また、第２の絶縁保護膜４４には複数のパッド（共通電極用パッド４６，個別電極用パッド４７）が設けられるが、これらのパッドの面積はそれぞれ２５００［μｍ２］以上であることが好ましく、さらに３００００［μｍ２］以上であることがより好ましい。この値に満たない場合は、十分な分極処理ができなくなる場合や、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない場合があるためである。 The second insulating protective film 44 is provided with a plurality of pads (a common electrode pad 46 and an individual electrode pad 47). The area of these pads is preferably 2500 [μm 2 ] or more. Further, it is more preferably 30000 [μm 2 ] or more. This is because when the value is less than this value, sufficient polarization processing cannot be performed, or sufficient characteristics may not be obtained for displacement deterioration after continuous driving.
上記複数のパッド（共通電極用パッド４６，個別電極用パッド４７）の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、前述のリソエッチ法を用いて形成することができる。 A method for forming the plurality of pads (the common electrode pad 46 and the individual electrode pad 47) is not particularly limited. For example, the pads can be formed by using the litho-etching method described above.
（導体プレート）
導体プレート２０はコロナ放電またはグロー放電により発生した電荷を電気機械変換素子３０に注入する機能を有するものである。
(Conductor plate)
The conductor plate 20 has a function of injecting electric charges generated by corona discharge or glow discharge into the electromechanical transducer 30.
図７に示すように、導体プレート２０は本体のプレート部２０ａと突起状の接触部２０ｂとから構成されており、共通電極用パッド４６の開口部に導体プレート２０の接触部２０ｂを接続させ、その部分にコロナ放電もしくはグロー放電を行う。 As shown in FIG. 7, the conductor plate 20 is composed of a main body plate portion 20a and a protruding contact portion 20b. The contact portion 20b of the conductor plate 20 is connected to the opening of the common electrode pad 46, Corona discharge or glow discharge is performed on that part.
導体プレート２０の面積は、図６に示すように、電気機械変換素子３０が存在する基板３１と等しいことが好ましく、それ以上に大きな面積を有していることがより好ましい。これは、導体プレート２０の面積が上記面積よりも小さいと、コロナ放電により発生した電荷が、個別電極用パッド４７などに注入されてしまい、この電界の強度が低下し、分極処理における所望の効果が得られないおそれがあるためである。 As shown in FIG. 6, the area of the conductor plate 20 is preferably equal to the substrate 31 on which the electromechanical transducer 30 is present, and more preferably larger than that. This is because, if the area of the conductor plate 20 is smaller than the above area, the electric charge generated by the corona discharge is injected into the individual electrode pad 47 and the like, and the strength of this electric field is reduced, and the desired effect in the polarization treatment is achieved. It is because there is a possibility that cannot be obtained.
また導体プレート２０を構成する材料としては、上記共通電極用パッド４６及び個別電極用パッド４７（第１の配線４２及び第２の配線４３）と同種の材料であることが好ましい。すなわち、導体プレート２０を構成する材料は、第１の配線４２及び第２の配線４３と同種のＡｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒのいずれかから選択された金属電極材料であることが好ましい。 The material constituting the conductor plate 20 is preferably the same material as the common electrode pad 46 and the individual electrode pad 47 (the first wiring 42 and the second wiring 43). That is, the material constituting the conductor plate 20 is a metal electrode material selected from the same kind of Ag alloy, Cu, Al, Au, Pt, and Ir as the first wiring 42 and the second wiring 43. Is preferred.
また、導体プレート２０の図７における下側の面には、上述したように第１の配線４２に接続するためのパッド４６の位置と個数とに対応した突起状の複数の接触部２０ｂが設けられている。これらの接触部２０ｂの高さは、例えば、１［ｍｍ］である。分極処理を行う際には、これらの接触部２０ｂが第１の配線４２に接続する共通電極用パッド４６に接続し電荷を注入する。 Further, the surface of the lower side in FIG. 7 of the conductor plate 20, a first plurality of contact portions 20b protruding corresponding to the position and number of the pads 4 6 for connection to the wiring 4 2 as described above Is provided. The height of these contact portions 20b is, for example, 1 [mm]. When the polarization process is performed, these contact portions 20b are connected to the common electrode pad 46 connected to the first wiring 42 to inject charges.
以上説明してきた本実施形態の電気機械変換素子３０の製造方法によれば、ウェハレベルで一括して圧電素子に分極処理を行うことができる。また、この製造方法によって得られる電気機械変換素子３０は液滴吐出ヘッドとした場合に、電気機械変換素子３０が所定駆動電圧に対して安定した変位量を示し、液滴吐出特性を良好に保持できると共に安定した液滴吐出特性を得ることができる。 According to the manufacturing method of the electromechanical conversion element 30 of the present embodiment described above, the polarization process can be performed on the piezoelectric elements at the wafer level. Further, when the electromechanical conversion element 30 obtained by this manufacturing method is a droplet discharge head, the electromechanical conversion element 30 exhibits a stable displacement with respect to a predetermined drive voltage, and maintains a good droplet discharge characteristic. In addition, it is possible to obtain stable droplet discharge characteristics.
具体的な構成としては、図１に示したように、液滴を吐出するノズル１１と、ノズル１１が連通する加圧室１２と、加圧室１２内の液体を昇圧させる吐出駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッド１０である。そして、本実施形態の液滴吐出ヘッド１０においては、吐出駆動手段として、加圧室１２の壁の一部を振動板で構成し、この振動板に上述した電気機械変換素子を配置したものである。 Specifically, as shown in FIG. 1, a nozzle 11 that discharges droplets, a pressurizing chamber 12 that communicates with the nozzle 11, and a discharge driving unit that pressurizes the liquid in the pressurizing chamber 12. A liquid droplet ejection head 10 is provided. In the droplet discharge head 10 according to the present embodiment, as a discharge drive unit, a part of the wall of the pressurizing chamber 12 is configured by a vibration plate, and the above-described electromechanical conversion element is disposed on the vibration plate. is there.
この液滴吐出ヘッド１０によれば、上述した電気機械変換素子を用いているため、所定駆動電圧に対して安定した変位量を示し、液滴吐出特性を良好に保持できると共に安定した液滴吐出特性を得ることができる。 According to this droplet discharge head 10, since the above-described electromechanical conversion element is used, a stable displacement amount with respect to a predetermined drive voltage can be exhibited, droplet discharge characteristics can be maintained well, and stable droplet discharge can be achieved. Characteristics can be obtained.
なお、本実施形態では１つのノズルからなる液滴吐出ヘッドについて説明したが、係る形態に限定されるものではなく、図１０に示すように複数の液滴吐出ヘッドを備えた構成とすることもできる。図１０においては、図１の液滴吐出ヘッドを複数個直列に並べたものであり、同じ部材には同じ番号を付している。 In the present embodiment, the droplet discharge head composed of one nozzle has been described. However, the present invention is not limited to such a configuration, and a configuration including a plurality of droplet discharge heads as shown in FIG. it can. In FIG. 10, a plurality of droplet discharge heads of FIG. 1 are arranged in series, and the same numbers are assigned to the same members.
また、液体供給手段、流路、流体抵抗等については記載を省略したが、液滴吐出ヘッドに設けることのできる付帯設備を当然に設けることができる。 Moreover, although description about a liquid supply means, a flow path, fluid resistance, etc. was abbreviate | omitted, the incidental equipment which can be provided in a droplet discharge head can be provided naturally.
〔実施例１〕
以下に電気機械変換素子のより具体的な製造方法について実施例を挙げて説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[Example 1]
Hereinafter, a more specific manufacturing method of the electromechanical transducer will be described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
まず、６インチシリコンウェハに熱酸化膜（膜厚１［μｍ］）を形成した。 First, a thermal oxide film (film thickness: 1 [μm]) was formed on a 6-inch silicon wafer.
次いで、第１の駆動電極を形成した。具体的にはまず、密着膜として、チタン膜（膜厚３０［ｎｍ］）をスパッタ装置にて成膜した後にＲＴＡを用いて７５０［℃］にて熱酸化した。そして、引き続き金属膜として白金膜（膜厚１００［ｎｍ］）、酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３膜(膜厚６０［ｎｍ］)をスパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板加熱温度については５５０［℃］にて成膜を実施した。 Next, a first drive electrode was formed. Specifically, first, as an adhesion film, a titanium film (film thickness: 30 [nm]) was formed by a sputtering apparatus, and then thermally oxidized at 750 [° C.] using RTA. Subsequently, a platinum film (film thickness 100 [nm]) was formed as a metal film, and an SrRuO 3 film (film thickness 60 [nm]) was formed as an oxide film by sputtering. Film formation was performed at a substrate heating temperature of 550 [° C.] during the sputtering film formation.
次に電気機械変換膜を形成した。具体的には、モル比でＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１４：５３：４７に調整された溶液を準備し、スピンコート法により膜を成膜した。 Next, an electromechanical conversion film was formed. Specifically, a solution having a molar ratio of Pb: Zr: Ti = 114: 53: 47 was prepared, and a film was formed by spin coating.
具体的な前駆体塗布液の合成については、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマルプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。 For the synthesis of a specific precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and normal propoxide zirconium were used as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is excessive with respect to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment.
イソプロポキシドチタン、ノルマルプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、上記酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでＰＺＴ前駆体溶液を合成した。合成したＰＺＴ前駆体溶液中のＰＺＴ濃度は０．５［モル／Ｌ］とした。 Isopropoxide titanium and normal propoxide zirconium were dissolved in methoxyethanol, the alcohol exchange reaction and the esterification reaction were advanced, and the PZT precursor solution was synthesized by mixing with the methoxyethanol solution in which the lead acetate was dissolved. The PZT concentration in the synthesized PZT precursor solution was 0.5 [mol / L].
上記前駆体溶液を用いて、スピンコートにより前記第１の駆動電極が形成された基板上に成膜し、成膜後、１２０［℃］乾燥を行い、その後さらに５００［℃］熱分解を行う操作を複数回繰り返し行い電気機械変換膜を積層した。 Using the precursor solution, a film is formed on the substrate on which the first drive electrode is formed by spin coating, and after the film formation, drying is performed at 120 [° C.], and then thermal decomposition is further performed at 500 [° C.]. The operation was repeated several times to laminate an electromechanical conversion film.
上記手順により繰り返し、電気機械変換膜を積層する際に、３層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理（温度７５０［℃］）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。３層目の熱分解処理後、ＲＴＡ処理を施した電気機械変換膜（ＰＺＴ膜）の膜厚は２４０［ｎｍ］であった。 When the electromechanical conversion film was laminated by repeating the above procedure, a crystallization heat treatment (temperature 750 [° C.]) was performed by RTA (rapid heat treatment) after the third thermal decomposition treatment. After the thermal decomposition treatment of the third layer, the film thickness of the electromechanical conversion film (PZT film) subjected to RTA treatment was 240 [nm].
上記工程を計８回（２４層）実施し、ＰＺＴの部分の膜厚が約２［μｍ］の電気機械変換膜を得た。 The above process was performed a total of 8 times (24 layers) to obtain an electromechanical conversion film having a PZT film thickness of about 2 [μm].
次に、第２の駆動電極の酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３膜(膜厚４０［ｎｍ］)を、金属膜としてＰｔ膜（膜厚１２５［ｎｍ］）を、それぞれスパッタ成膜した。 Next, an SrRuO 3 film (film thickness 40 [nm]) was formed as an oxide film of the second drive electrode, and a Pt film (film thickness 125 [nm]) was formed as a metal film by sputtering.
その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した。その後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ製）を用いて電気機械変換膜、第２の駆動電極をエッチングにより個別化し、図１１に示すようなパターンを作製した。これにより、第２の駆動電極は個別電極として機能し、第１の駆動電極は個別化された電気機械変換膜、第２の駆動電極に対して共通電極として機能する。 Thereafter, a photoresist (TSMR8800) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. was formed by spin coating, and a resist pattern was formed by ordinary photolithography. Thereafter, the electromechanical conversion film and the second drive electrode were individualized by etching using an ICP etching apparatus (manufactured by Samco), and a pattern as shown in FIG. 11 was produced. Thus, the second drive electrode functions as an individual electrode, and the first drive electrode functions as a common electrode for the individualized electromechanical conversion film and the second drive electrode.
次に、第１の絶縁保護膜として、ＡＬＤ法によりＡｌ２Ｏ３膜を５０［ｎｍ］成膜した。 Next, as the first insulating protective film, an Al 2 O 3 film having a thickness of 50 nm was formed by the ALD method.
原材料としてＡｌ源としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）（シグマアルドリッチ社製）、Ｏ源としては、オゾンジェネレーターによって発生させたＯ３を用いた。そして、Ａｌ源、Ｏ源を交互に基板上に供給して積層させることで、成膜を行った。 As raw materials, trimethylaluminum (TMA) (manufactured by Sigma-Aldrich) was used as the Al source, and O 3 generated by an ozone generator was used as the O source. Then, an Al source and an O source were alternately supplied onto the substrate and laminated to form a film.
その後、図５に示すように、エッチングによりコンタクトホール部を形成した。 Thereafter, as shown in FIG. 5, a contact hole portion was formed by etching.
そして、第１の配線、第２の配線としてＡｌをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成した。 Then, Al was sputtered as the first wiring and the second wiring, and was patterned by etching.
さらにその後、第２の絶縁膜としてＳｉ３Ｎ４をプラズマＣＶＤにより５００［ｎｍ］成膜した。その後、エッチングにより、共通電極用パッド４６、個別電極用パッド４７、及び、エージング処理用開口部５０を形成し、図５に示すような電気機械変換素子を作製した。 Thereafter, Si 3 N 4 was formed as a second insulating film to a thickness of 500 [nm] by plasma CVD. Thereafter, the common electrode pad 46, the individual electrode pad 47, and the aging treatment opening 50 were formed by etching, and an electromechanical transducer as shown in FIG. 5 was produced.
このとき、６インチウェハ内３０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］四方のエリアを２６個配置しその中で個別電極用パッド面積（５０［μｍ］×１０００［μｍ］）、パッド数としては３００個用意した。また、共通電極用パッド面積（５０［μｍ］×１０００［μｍ］）、パッド数としては３０個用意した。個別電極４６は図１２に示すように、個別電極接続用開口部５７にそれぞれつながっている。 At this time, 26 areas of 30 [mm] × 10 [mm] square in a 6-inch wafer are arranged, and among them, the pad area for individual electrodes (50 [μm] × 1000 [μm]), and the number of pads is 300 Prepared. In addition, a common electrode pad area (50 [μm] × 1000 [μm]) and 30 pads were prepared. As shown in FIG. 12, the individual electrodes 46 are respectively connected to the individual electrode connection openings 57.
この後、図１３，図１４に示すように、基板３１をステージ５３上の絶縁シート５４上に配置し、導体プレート２０を共通電極用パッド４６へ接続し、個別電極接続用開口部５７をアースに接地する。そしてコロナ帯電処理により、導体プレート２０へ電荷を注入し、分極処理を行った。 Thereafter, as shown in FIGS. 13 and 14, the substrate 31 is placed on the insulating sheet 54 on the stage 53, the conductor plate 20 is connected to the common electrode pad 46, and the individual electrode connection opening 57 is grounded. To ground. Then, electric charges were injected into the conductor plate 20 by corona charging treatment, and polarization treatment was performed.
コロナ帯電処理はφ５０［μｍ］のタングステンのワイヤーを用いて行った。ワイヤーとエージング処理用開口部ラインとしてのエージング処理用電極５１との間の距離を５［ｍｍ］として、サンプルに対して６［ｋＶ］の電圧を印加し、３０分間処理を行った。 The corona charging treatment was performed using a tungsten wire of φ50 [μm]. The distance between the wire and the aging treatment electrode 51 as the aging treatment opening line was set to 5 [mm], a voltage of 6 [kV] was applied to the sample, and the treatment was performed for 30 minutes.
その後、図１７，図１８に示すように、ダイシングにより基板３１をチップ化し、電気機械変換素子３０を作製した。 Thereafter, as shown in FIGS. 17 and 18, the substrate 31 was made into chips by dicing, and the electromechanical transducer 30 was manufactured.
〔実施例２〕
コロナ帯電処理において、分極処理の電圧を８［ｋＶ］に代えて印加したこと以外は、実施例１と同様にして電気機械変換素子を作製した。
[Example 2]
In the corona charging process, an electromechanical conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the voltage of the polarization process was applied instead of 8 [kV].
〔比較例１〕
コロナ帯電処理において、エージング処理用開口部５０及びエージング処理用電極５１を設けずに、図１５に示すような共通電極用パッド４６に直接コロナ放電を行うこと以外は、実施例１と同様にして電気機械変換素子を作成した。
[Comparative Example 1]
In the corona charging process, the same procedure as in Example 1 was performed except that the corona discharge was directly performed on the common electrode pad 46 as shown in FIG. 15 without providing the aging process opening 50 and the aging process electrode 51. An electromechanical transducer was prepared.
〔比較例２〕
コロナ帯電処理において、分極処理の電圧を８［ｋＶ］に代えて印加したこと以外は、比較例１と同様にして電気機械変換素子を作成した。
[Comparative Example 2]
In the corona charging process, an electromechanical transducer was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the polarization voltage was applied instead of 8 [kV].
図１６は、実施例１，２及び比較例１，２とによりそれぞれ作製した電気機械変換素子を比較するグラフである。図１６に示すグラフでは、実施例１，２及び比較例１，２とによりそれぞれ作製したウェハ内の電気機械変換素子の処理効果について、Ｘ軸をＰｒ−Ｐｉｎｉの範囲とし、Ｙ軸をその範囲に入る素子数の割合として比較している。 FIG. 16 is a graph comparing the electromechanical transducers produced in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. In the graph shown in FIG. 16, regarding the processing effect of the electromechanical transducer elements in the wafers produced by Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, the X axis is in the range of Pr-Pini, and the Y axis is in the range. Comparison is made as the ratio of the number of elements entering.
図１６において、実施例１，２ではクラックや放電などの故障が生じなかったのに対し、比較例１，２では故障が生じていることがわかる。特に、分極処理の電圧の高い比較例２では故障率が高いことがわかる。また、比較例２では、特に、ウェハ内の中央部に比べて、端部の電気機械変換素子に多く故障が発生していた。 In FIG. 16, it can be seen that failures such as cracks and discharges did not occur in Examples 1 and 2, whereas failures occurred in Comparative Examples 1 and 2. In particular, it can be seen that the failure rate is high in Comparative Example 2 where the voltage for polarization treatment is high. Further, in Comparative Example 2, there were many failures particularly in the electromechanical transducers at the end compared to the central part in the wafer.
また、分極処理の状態に関しては、実施例１，２では、分極処理電圧の違いにより分極の進展状態に違いが出たが、処理ばらつきが少なく処理できていた。また、実施例１，２では、クラックや放電などの故障も発生しなかった。 In addition, regarding the state of polarization processing, in Examples 1 and 2, although the polarization progressed state was different due to the difference in polarization processing voltage, processing could be performed with little processing variation. Further, in Examples 1 and 2, no failures such as cracks and discharges occurred.
図１７はウェハからの電気機械変換素子の切断方法について説明する説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
図１７（ｂ）において、まず、個別電極用パッド４７とエージング処理用電極５１との間の接続部を切断刃としてのダイシングブレードにより基板３１の途中までハーフカットしハーフカットライン５６を形成する。このハーフカットライン５６は、図１７（ａ）に示すように共通電極用パッド４６の近傍まで連続してもよい。次に、ハーフカットライン５６よりも外側の切断位置としてのダイシングライン５５に沿ってダイシングして、エージング処理用電極５１の部分を完全に切り離して切断する。
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining a method of cutting an electromechanical transducer from a wafer, in which (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view.
In FIG. 17B, first, the connection portion between the individual electrode pad 47 and the aging treatment electrode 51 is half-cut to the middle of the substrate 31 by a dicing blade as a cutting blade to form a half-cut line 56. The half cut line 56 may continue to the vicinity of the common electrode pad 46 as shown in FIG. Next, dicing is performed along a dicing line 55 as a cutting position outside the half-cut line 56, and the portion of the aging process electrode 51 is completely cut and cut.
図１７（ｂ）に示すように、ハーフカットライン５６で基板３１の途中までハーフカットすることにより、第２の配線４３同士の導通を切断することができる。また、ハーフカットライン５６に沿ってハーフカットすることにより、使用時に電圧がかかる第２の配線４３の端部（破断面）が基板３１を含む電気機械変換素子３０の最端部（最外周）になることを防ぐことができる。これにより、短絡などのトラブルを未然に防止することができる。 As shown in FIG. 17B, the second wiring 43 can be disconnected from each other by half-cutting the substrate 31 halfway along the half-cut line 56. Further, by half-cutting along the half-cut line 56, the end portion (fracture surface) of the second wiring 43 to which a voltage is applied during use is the outermost end portion (outermost periphery) of the electromechanical transducer 30 including the substrate 31. Can be prevented. Thereby, troubles, such as a short circuit, can be prevented beforehand.
また、図１８はウェハからの電気機械変換素子の他の切断方法について説明する説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はハーフカット後の断面図、（ｃ）は完全にカットした後の断面図である。
図１８（ｂ）において、まず、個別電極用パッド４７とエージング処理用電極５１との間の接続部をダイシングブレードにより基板３１の途中までハーフカットしハーフカットライン５６を形成する。このハーフカットライン５６は、図１８（ａ）に示すように共通電極用パッド４６の近傍まで連続してもよい。次に、図１８（ｃ）に示すように、ハーフカットに用いたダイシングブレードよりも幅の狭いダイシングブレードを用いて、ハーフカットライン５６中心に沿ってダイシングすることにより、エージング処理用電極５１の部分を完全に切り離して切断する。
FIG. 18 is an explanatory view for explaining another method of cutting an electromechanical transducer from a wafer, (a) is a top view, (b) is a sectional view after half-cutting, and (c) is completely cut. It is sectional drawing after having performed.
In FIG. 18B, first, the connection portion between the individual electrode pad 47 and the aging treatment electrode 51 is half-cut to the middle of the substrate 31 by a dicing blade to form a half-cut line 56. The half cut line 56 may continue to the vicinity of the common electrode pad 46 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 18C, by using a dicing blade that is narrower than the dicing blade used for half-cutting, dicing along the center of the half-cut line 56, the aging treatment electrode 51 is formed. Cut off the part completely.
図１８（ｂ），（ｃ）に示すように、あらかじめハーフカットしておくおことにより、完全に切断したときに、使用時に電圧がかかる第２の配線４３の端部（破断面）が基板３１を含む電気機械変換素子３０の最端部（最外周）になることを防ぐことができる。これにより短絡などのトラブルを未然に防止することができる。 As shown in FIGS. 18B and 18C, by performing half-cutting in advance, the end portion (fracture surface) of the second wiring 43 to which voltage is applied in use when completely cut is the substrate. It can prevent becoming the outermost part (outermost periphery) of the electromechanical transducer 30 including 31. Thereby, troubles, such as a short circuit, can be prevented beforehand.
次に、前記液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の構成例について説明する。液滴吐出装置の形態としては特に限定されるものではないが、ここではインクジェット記録装置を例に説明する。図１９はインクジェット記録装置の斜視説明図、図２０は同記録装置の側面説明図である。 Next, a configuration example of a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head will be described. The form of the droplet discharge device is not particularly limited, but here, an ink jet recording device will be described as an example. FIG. 19 is a perspective explanatory view of the ink jet recording apparatus, and FIG. 20 is a side explanatory view of the recording apparatus.
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３を備えている。また、このキャリッジ９３に搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納している。また、記録装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができる。そして、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。 This ink jet recording apparatus includes a carriage 93 that can move in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81. Further, a recording head composed of an ink jet head mounted on the carriage 93, a printing mechanism portion 82 including an ink cartridge for supplying ink to the recording head, and the like are housed. In addition, a paper feed cassette (or a paper feed tray) 84 on which a large number of sheets 83 can be stacked from the front side can be removably attached to the lower part of the recording apparatus main body 81. The manual feed tray 85 for manually feeding the paper can be turned over. Then, the paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and after a required image is recorded by the printing mechanism unit 82, the paper is discharged to a paper discharge tray 86 mounted on the rear side.
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなる記録ヘッド９４を備えている。この記録ヘッド９４は、複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着される。また、キャリッジ９３には記録ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。 The printing mechanism 82 holds a carriage 93 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). The carriage 93 includes a recording head 94 including an inkjet head that ejects ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). The recording head 94 is mounted with a plurality of ink ejection openings (nozzles) arranged in a direction crossing the main scanning direction and the ink droplet ejection direction facing downward. In addition, each ink cartridge 95 for supplying ink of each color to the recording head 94 is replaceably mounted on the carriage 93.
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。 The ink cartridge 95 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the porous body. Further, although the recording heads 94 for the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装している。このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。 Here, the carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing. In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by a main scanning motor 97. The timing belt 100 is fixed to the carriage 93, and the carriage 93 is driven to reciprocate by forward and reverse rotation of the main scanning motor 97.
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３とを設けている。また、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。 On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the paper feed cassette 84 to the lower side of the recording head 94, the paper feed roller 101 and the friction pad 102 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84 and the paper 83 are guided. The guide member 103 is provided. Further, a conveyance roller 104 that reverses and conveys the fed paper 83, a conveyance roller 105 that is pressed against the peripheral surface of the conveyance roller 104, and a leading end roller 106 that defines a feeding angle of the sheet 83 from the conveyance roller 104; Is provided. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設けている。さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。 A printing receiving member 109 is provided as a paper guide member that guides the paper 83 sent from the transport roller 104 below the recording head 94 in accordance with the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 109 in the sheet conveyance direction, a conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send out the sheet 83 in the sheet discharge direction are provided. Further, a paper discharge roller 113 and a spur 114 for sending the paper 83 to the paper discharge tray 86, and guide members 115 and 116 for forming a paper discharge path are provided.
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。 At the time of recording, the recording head 94 is driven according to the image signal while moving the carriage 93, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 83 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 83 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。 Further, a recovery device 117 for recovering the ejection failure of the recording head 94 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby, and the recording head 94 is capped by the capping unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。これにより、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。 When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the recording head 94 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port with a suction unit through a tube. As a result, the ink, dust, etc. adhering to the ejection port surface are removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、ノズルの詰まりやノズル面に固形分が付着しないので、インク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。 As described above, since the inkjet head embodying the present invention is mounted in this inkjet recording apparatus, there is no clogging of the nozzle or solid matter adheres to the nozzle surface, so there is no ink droplet ejection failure and stable ink droplet ejection. Characteristics are obtained and image quality is improved.
〔変形例１〕
上記実施形態では、コロナ放電又はグロー放電により発生した電荷を、導体プレート２０を介して、共通電極用パッド４６から注入する構成について説明したが、電荷注入用端子部としてのダミーパッドを設けてもよい。電荷注入用のダミーパッドを設けた構成の製造方法の一例について説明する。
[Modification 1]
In the above embodiment, the configuration in which the charge generated by the corona discharge or the glow discharge is injected from the common electrode pad 46 through the conductor plate 20 has been described. However, a dummy pad as a charge injection terminal portion may be provided. Good. An example of a manufacturing method having a configuration in which a dummy pad for charge injection is provided will be described.
まず、６インチシリコンウェハに熱酸化膜（膜厚１［μｍ］）を形成した。 First, a thermal oxide film (film thickness: 1 [μm]) was formed on a 6-inch silicon wafer.
次いで、第１の駆動電極を形成した。具体的にはまず、密着膜として、チタン膜（膜厚３０［ｎｍ］）をスパッタ装置にて成膜した後にＲＴＡを用いて７５０［℃］にて熱酸化した。そして、引き続き金属膜として白金膜（膜厚１００［ｎｍ］）、酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３膜(膜厚６０［ｎｍ］)をスパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板加熱温度については５５０［℃］にて成膜を実施した。 Next, a first drive electrode was formed. Specifically, first, as an adhesion film, a titanium film (film thickness: 30 [nm]) was formed by a sputtering apparatus, and then thermally oxidized at 750 [° C.] using RTA. Subsequently, a platinum film (film thickness 100 [nm]) was formed as a metal film, and an SrRuO 3 film (film thickness 60 [nm]) was formed as an oxide film by sputtering. Film formation was performed at a substrate heating temperature of 550 [° C.] during the sputtering film formation.
次に電気機械変換膜を形成した。具体的には、モル比でＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１４：５３：４７に調整された溶液を準備し、スピンコート法により膜を成膜した。 Next, an electromechanical conversion film was formed. Specifically, a solution having a molar ratio of Pb: Zr: Ti = 114: 53: 47 was prepared, and a film was formed by spin coating.
具体的な前駆体塗布液の合成については、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマルプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。 For the synthesis of a specific precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and normal propoxide zirconium were used as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is excessive with respect to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment.
イソプロポキシドチタン、ノルマルプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、上記酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでＰＺＴ前駆体溶液を合成した。合成したＰＺＴ前駆体溶液中のＰＺＴ濃度は０．５［モル／Ｌ］とした。 Isopropoxide titanium and normal propoxide zirconium were dissolved in methoxyethanol, the alcohol exchange reaction and the esterification reaction were advanced, and the PZT precursor solution was synthesized by mixing with the methoxyethanol solution in which the lead acetate was dissolved. The PZT concentration in the synthesized PZT precursor solution was 0.5 [mol / L].
上記前駆体溶液を用いて、スピンコートにより前記第１の駆動電極が形成された基板上に成膜し、成膜後、１２０［℃］乾燥を行い、その後さらに５００［℃］熱分解を行う操作を複数回繰り返し行い電気機械変換膜を積層した。 Using the precursor solution, a film is formed on the substrate on which the first drive electrode is formed by spin coating, and after the film formation, drying is performed at 120 [° C.], and then thermal decomposition is further performed at 500 [° C.]. The operation was repeated several times to laminate an electromechanical conversion film.
上記手順により繰り返し、電気機械変換膜を積層する際に、３層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理（温度７５０［℃］）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。３層目の熱分解処理後、ＲＴＡ処理を施した電気機械変換膜（ＰＺＴ膜）の膜厚は２４０［ｎｍ］であった。 When the electromechanical conversion film was laminated by repeating the above procedure, a crystallization heat treatment (temperature 750 [° C.]) was performed by RTA (rapid heat treatment) after the third thermal decomposition treatment. After the thermal decomposition treatment of the third layer, the film thickness of the electromechanical conversion film (PZT film) subjected to RTA treatment was 240 [nm].
上記工程を計８回（２４層）実施し、ＰＺＴの部分の膜厚が約２［μｍ］の電気機械変換膜を得た。 The above process was performed a total of 8 times (24 layers) to obtain an electromechanical conversion film having a PZT film thickness of about 2 [μm].
次に、第２の駆動電極の酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３膜(膜厚４０［ｎｍ］)を、金属膜としてＰｔ膜（膜厚１２５［ｎｍ］）を、それぞれスパッタ成膜した。 Next, an SrRuO 3 film (film thickness 40 [nm]) was formed as an oxide film of the second drive electrode, and a Pt film (film thickness 125 [nm]) was formed as a metal film by sputtering.
その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した。その後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ製）を用いて電気機械変換膜、第２の駆動電極をエッチングにより個別化し、図１１に示すようなパターンを作製した。これにより、第２の駆動電極は個別電極として機能し、第１の駆動電極は個別化された電気機械変換膜、第２の駆動電極に対して共通電極として機能する。 Thereafter, a photoresist (TSMR8800) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. was formed by spin coating, and a resist pattern was formed by ordinary photolithography. Thereafter, the electromechanical conversion film and the second drive electrode were individualized by etching using an ICP etching apparatus (manufactured by Samco), and a pattern as shown in FIG. 11 was produced. Thus, the second drive electrode functions as an individual electrode, and the first drive electrode functions as a common electrode for the individualized electromechanical conversion film and the second drive electrode.
次に、第１の絶縁保護膜として、ＡＬＤ法によりＡｌ２Ｏ３膜を５０［ｎｍ］成膜した。 Next, as the first insulating protective film, an Al 2 O 3 film having a thickness of 50 nm was formed by the ALD method.
原材料としてＡｌ源としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）（シグマアルドリッチ社製）、Ｏ源としては、オゾンジェネレーターによって発生させたＯ３を用いた。そして、Ａｌ源、Ｏ源を交互に基板上に供給して積層させることで、成膜を行った。 As raw materials, trimethylaluminum (TMA) (manufactured by Sigma-Aldrich) was used as the Al source, and O 3 generated by an ozone generator was used as the O source. Then, an Al source and an O source were alternately supplied onto the substrate and laminated to form a film.
その後、図２１に示すように、エッチングによりコンタクトホール部を形成した。 Thereafter, as shown in FIG. 21, a contact hole portion was formed by etching.
そして、第１の配線、第２の配線としてＡｌをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成した。 Then, Al was sputtered as the first wiring and the second wiring, and was patterned by etching.
さらにその後、第２の絶縁膜としてＳｉ３Ｎ４をプラズマＣＶＤにより５００［ｎｍ］成膜した。その後、エッチングにより、導体プレート接続用のダミーパッド６０、共通電極用パッド４６、個別電極用パッド４７、及び、エージング処理用開口部５０を形成し、図２１に示すような電気機械変換素子を作製した。 Thereafter, Si 3 N 4 was formed as a second insulating film to a thickness of 500 [nm] by plasma CVD. Thereafter, the dummy pad 60 for connecting the conductive plate, the common electrode pad 46, the individual electrode pad 47, and the aging treatment opening 50 are formed by etching, and an electromechanical transducer as shown in FIG. 21 is manufactured. did.
このとき、６インチウェハ内３０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］四方のエリアを２６個配置しその中で個別電極用パッド面積（５０［μｍ］×１０００［μｍ］）、パッド数としては３００個用意した。また、共通電極用パッド面積（５０［μｍ］×１０００［μｍ］）、パッド数としては３０個用意した。個別電極４６は図１２に示すように、個別電極接続用開口部５７にそれぞれつながっている。 At this time, 26 areas of 30 [mm] × 10 [mm] square in a 6-inch wafer are arranged, and among them, the pad area for individual electrodes (50 [μm] × 1000 [μm]), and the number of pads is 300 Prepared. In addition, a common electrode pad area (50 [μm] × 1000 [μm]) and 30 pads were prepared. As shown in FIG. 12, the individual electrodes 46 are respectively connected to the individual electrode connection openings 57.
この後、図１３，図２２に示すように、基板３１をステージ５３上の絶縁シート５４上に配置し、導体プレート２０を共通電極用パッド４６又はダミーパッド６０の少なくとも一方に接続し、個別電極接続用開口部５７をアースに接地する。そしてコロナ帯電処理により、導体プレート２０へ電荷を注入し、分極処理を行った。基板３１をステージ５３上の絶縁シート５４上に配置することにより、基板３１からステージ５３へのリークを防ぐことができる。また、導体プレート２０に注入された電荷が、共通電極用パッド４６又はダミーパッド６０の少なくとも一方を介して注入され、確実に電気機械変換膜３４の分極処理が行われる。 Thereafter, as shown in FIGS. 13 and 22, the substrate 31 is disposed on the insulating sheet 54 on the stage 53, the conductor plate 20 is connected to at least one of the common electrode pad 46 and the dummy pad 60, and the individual electrodes are connected. The connection opening 57 is grounded. Then, electric charges were injected into the conductor plate 20 by corona charging treatment, and polarization treatment was performed. By disposing the substrate 31 on the insulating sheet 54 on the stage 53, leakage from the substrate 31 to the stage 53 can be prevented. Further, the electric charge injected into the conductor plate 20 is injected through at least one of the common electrode pad 46 and the dummy pad 60, and the electromechanical conversion film 34 is reliably polarized.
コロナ帯電処理はφ５０［μｍ］のタングステンのワイヤーを用いて行った。ワイヤーとエージング処理用電極５１との間の距離を５［ｍｍ］として、サンプルに対して６［ｋＶ］の電圧を印加し、３０分間処理を行った。 The corona charging treatment was performed using a tungsten wire of φ50 [μm]. The distance between the wire and the aging electrode 51 was set to 5 [mm], a voltage of 6 [kV] was applied to the sample, and the treatment was performed for 30 minutes.
その後、図１７，図１８に示すように、ダイシングにより基板３１をチップ化し、電気機械変換素子３０を作製した。 Thereafter, as shown in FIGS. 17 and 18, the substrate 31 was made into chips by dicing, and the electromechanical transducer 30 was manufactured.
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
電気機械変換素子３０の製造方法であって、基板３１上または基板３１に形成された下地膜上に第１の駆動電極３３を形成するステップと、第１の駆動電極３３上に、互いに独立した複数の電気機械変換膜３４と複数の電気機械変換膜３４それぞれの上に位置する複数の第２の駆動電極３５とを形成するステップと、第１の駆動電極３３上及び複数の第２の駆動電極３５上に第１の絶縁保護膜４１を形成するステップと、第１の駆動電極３３に第１の配線４２を介して電気的に接続された共通電極用パッド４６などの第１の端子電極と、複数の第２の駆動電極３５それぞれに第２の配線４３を介して電気的に接続された個別電極用パッド４７などの複数の第２の端子電極と、複数の第２の端子電極に電気的に接続されたエージング処理用電極５１などの集合電極とを、第１の絶縁保護膜４１上に形成するステップと、第１の配線４２上及び第２の配線４３上に形成される膜であり第１の端子電極と第２の端子電極とを露出する第２の絶縁保護膜４４を形成するステップと、第１の端子電極に対応した接触部２０ｂを有する導体プレート２０などの導電性部材を用い、導電性部材の接触部２０ｂを第１の端子電極に電気的に接触させて、導電性部材を介して、放電により発生した電荷を第１の駆動電極３３に注入することにより、複数の電気機械変換膜３４を一括して分極処理するステップと、を有する。
これよれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜３４の分極処理を行うときに、導電性部材の接触部２０ｂを、第２の絶縁保護膜４４において露出している第１の端子電極に接触させ、その導電性部材に放電により発生した電荷を注入する。この放電により発生して注入された電荷は、導電性部材、第１の端子電極及び第１の配線４２を介して第１の駆動電極３３に注入される。このように放電により発生した電荷が第１の駆動電極３３に確実に注入され、電気機械変換膜３４を一括して分極処理を行うことができる。また、分極処理は高温の熱が加わる第２の絶縁保護膜４４の形成後に行われることにより、分極処理された電気機械変換膜３４が加熱されないので、電気機械変換膜３４の分極処理後の脱分極を防ぐことができる。しかも、その分極処理の際に、複数の電気機械変換膜３４それぞれに対して形成されている複数の第２の駆動電極は、所定の電位の集合電極に電気的に接続され、複数の第２の駆動電極３５の電位は所定の大きさに保たれる。従って、一部の電気機械変換膜３４に電荷が集中することなく、均一な分極処理を行うことができる。以上により、製造効率の向上を図りつつ、電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減するとともに分極処理後の脱分極の発生を防止することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、第１の端子電極は、共通電極用パッド４６などの外部接続用端子部と、導電性部材の接触部２０ｂを接触させるダミーパッド６０などの電荷注入用端子部とを有し、電気機械変換膜３４を分極処理するステップでは、導電性部材の接触部２０ｂを第１の端子電極の電荷注入用端子部に電気的に接触させて、導電性部材を介して、放電により発生した電荷を第１の駆動電極に注入することにより、複数の電気機械変換膜３４を一括して分極処理する。
これよれば、上記変形例１について説明したように、第１の端子電極はにおける共通電極用パッド４６などの外部接続用端子部とは別の電荷注入用端子部に対して電荷が注入されるので、実際の使用時に電圧が印加される外部接続用端子部へのダメージを抑制できる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又は態様Ｂにおいて、第２の絶縁保護膜４４を形成するステップでは、集合電極を露出させて第２の絶縁保護膜４４を形成し、その集合電極はアースに接地されている。
これよれば、上記実施形態について説明したように、第２の絶縁保護膜４４から露出した集合電極は容易にアースに接地することができる。しかも、その集合電極に電気的に接続された複数の第２の駆動電極３５の電位はアースの電位に安定して保たれる。従って、一部の電気機械変換膜３４への電荷の集中をよりより確実に防止し、より均一な分極処理を行うことができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、導電性部材の材料は、接触部２０ｂが接触する第１の端子電極の材料と同じである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、導電性部材の接触部２０ｂと第１の端子電極との接触抵抗を小さくすることができ、第１の端子電極を介した電荷の注入効率を高めることができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至Ｄのいずれかにおいて、前記第１の駆動電極及び第１の端子電極をそれぞれ複数備え、第１の絶縁保護膜４１を形成するステップ及び第２の絶縁保護膜４４を形成するステップでは、複数の第１の端子電極を露出させて各絶縁保護膜を形成し、導電性部材は、複数の第１の端子電極と同数の接触部２０ｂを有する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記第１の駆動電極及び第１の端子電極をそれぞれ複数備えている場合に、それら複数の第１の駆動電極それぞれに対応する複数の電気機械変換膜３４を一括して分極処理することができる。したがって、製造効率をさらに向上させることができる。
（態様Ｆ）
上記態様Ｅにおいて、第１の端子電極は、導電性部材の接触部２０ｂを接触させるダミーパッド６０などの電荷注入用端子部を有し、導電性部材の接触部２０ｂの第１の端子電極又は電荷注入用端子部に接触する部分の面積は、第１の端子電極又は電荷注入用端子部の面積以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、導電性部材の接触部２０ｂが、第１の端子電極又は電荷注入用端子部に確実に接触し、導電性部材を介した電荷の注入効率を維持することができる。
（態様Ｇ）
上記態様Ａ乃至Ｆのいずれかにおいて、前記導電性部材の放電により発生した電荷が注入される面の面積は、基板の面積以上である。
上記実施形態について説明したように、導電性部材の放電により発生した電荷が注入される面の面積が基板３１の面積よりも小さいと、放電により発生した電荷が、第１の駆動電極３３以外の電極に注入されてしまう。すると、分極処理における所望の効果が得られないおそれがある。本態様Ｇによれば、導電性部材の放電により発生した電荷が注入される面の面積が、基板３１の面積以上であるので、第１の駆動電極３３以外の電極への電荷注入を抑制することができ、分極処理における所望の効果が得られる。
（態様Ｈ）
上記態様Ａ乃至Ｇのいずれかにおいて、基板３１上または下地膜上に形成した複数の電気機械変換素子３０を互いに分離して個別化するように切断するステップを有し、複数の第２の端子電極に電気的に接続された集合電極を第１の絶縁保護膜４１上に形成するステップでは、集合電極を電気機械変換膜３４に対して第２の端子電極よりも離れた位置に形成し、電気機械変換素子３０を個別化するステップでは、複数の第２の端子電極と集合電極との間を切断する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の第２の端子電極と集合電極との間を切断することにより、複数の第２の端子電極と集合電極との導通を切断し、各第２の端子電極に互いに独立に駆動電圧を印加できる。従って、各電気機械変換素子３０の個別駆動を確実に行うことができる。
（態様Ｉ）
上記態様Ｈにおいて、電気機械変換素子３０を個別化するステップは、第２の端子電極と集合電極との間を完全に切断する切断位置よりも第２の端子電極側を基板３１の厚み方向の途中まで切断するステップを含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、使用時に電圧がかかる第２の配線４３の端部（破断面）が基板３１を含む電気機械変換素子３０の最端部（最外周）になることを防いで短絡などのトラブルを未然に防止することができる。
（態様Ｊ）
上記態様Ｈにおいて、電気機械変換素子３０を個別化するステップは、第２の端子電極と集合電極との間を切断刃により基板３１の厚み方向の途中まで切断するステップと、切断刃よりも幅の狭い切断刃により基板３１の厚み方向の途中まで切断した位置を中心に完全に切断するステップと、を含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、切断する部分をあらかじめ基板３１の途中まで切断しておくことができる。これにより、完全に切断して電気機械変換素子３０を切り離したときに、使用時に電圧がかかる第２の配線４３の端部（破断面）が基板３１を含む電気機械変換素子３０の最端部（最外周）になることを防いで短絡などのトラブルを未然に防止することができる。
（態様Ｋ）
上記態様Ａ乃至Ｊのいずれかにおいて、分極処理を行うステップにおいて、放電により発生する電荷は負極性に帯電している。
これによれば、上記実施形態について説明したように、放電により大気中の分子をイオン化させることで、負極性に帯電した電荷を有する陰イオンを容易に発生させることができる。この陰イオンが、第１の配線４２と接続した第１の端子電極を介して電気機械変換素子３０に流れ込むことにより、負極性に帯電した電荷を電気機械変換素子３０に容易に蓄積させることができる。従って、電気機械変換膜３４の分極処理を安定して行うことができる。
（態様Ｌ）
上記態様Ａ乃至Ｋのいずれかにおいて、分極処理を行うステップにおいて、放電により、１．０×１０−８［Ｃ］以上の電荷量を発生させる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、放電による電荷量が１．０×１０−８［Ｃ］に満たない場合は、分極処理が十分に行えず、その電気機械変換膜３４をアクチュエータに使用した場合に連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られないおそれがある。本態様Ｌは、放電による電荷量が１．０×１０−８［Ｃ］以上の電荷量を発生させるので、分極処理が十分に行うことができ、電気機械変換膜３４をアクチュエータに使用した場合に連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られる。
（態様Ｍ）
上記態様Ａ乃至Ｌのいずれかを実施するための電気機械変換素子の分極処理装置であって、コロナワイヤー５２などの放電を発生するための放電電極、又は、放電電極及び放電を制御するためのグリッド電極と、基板３１を設置するためのステージ５３と、導電性部材と、を備え、ステージ５３がアースに接地された構成、及び、ステージ５３と基板３１との間が絶縁物で絶縁された構成の少なくとも一方の構成を有する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ステージ５３上に設置された基板３１に電気機械変換素子３０を効率良く製造することができる。更に、ステージ５３がアースに接地されることにより、電気機械変換膜３４の電位が安定し、一部の電気機械変換膜３４に電荷が集中することなく、より均一な分極処理を行うことができる。また、基板３１とステージ５３との間を絶縁物で絶縁することにより、基板３１に注入された電荷がステージ５３からリークすることを防ぐことができる。
（態様Ｎ）
上記態様Ａ乃至Ｌのいずれかの電気機械変換素子の製造方法により得られた電気機械変換素子３０であって、電気機械変換膜の分極が、±１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電界強度かけてヒステリシスループを測定する際、測定開始時の０［ｋＶ／ｃｍ］における分極をＰｉｎｉとし、＋１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電圧印加後、０［ｋＶ／ｃｍ］まで戻した際の０［ｋＶ／ｃｍ］時の分極をＰｒとした場合に、ＰｒとＰｉｎｉとの差が１０［μＣ／ｃｍ２］以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、製造効率の向上を図りつつ、電気機械変換素子３０の分極特性のばらつきを低減するとともに、分極処理後の脱分極の発生を防止することができる電気機械変換素子を提供できる。また、複数の電気機械変換膜に対して均一な分極処理を短時間で確実に行い、しかも歩留まりを向上させることができる電気機械変換素子を提供できる。また、ＰｒとＰｉｎｉとの差が１０［μＣ／ｃｍ２］より大きい場合、電気機械変換膜３４をアクチュエータに使用した場合に連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られないおそれがある。本態様Ｏでは、ＰｒとＰｉｎｉとの差が１０［μＣ／ｃｍ２］以下なので、電気機械変換膜３４をアクチュエータに使用した場合に連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られる。
（態様Ｏ）
上記態様Ｎにおいて、電気機械変換膜３４の比誘電率が、６００以上、２０００以下である。
上記実施形態について説明したように、比誘電率が６００より小さいと、電気機械変換膜３４をアクチュエータに使用した場合に十分な変位特性が得られないおそれがある。また、比誘電率が２０００より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生するおそれがある。本態様Ｆでは、電気機械変換膜３４の比誘電率が、６００以上、２０００以下なので、電気機械変換膜３４をアクチュエータに使用した場合に十分な変位特性が得られる。また、分極処理が十分に行われ、連続駆動後の変位劣化についても十分な特性が得られる。
（態様Ｐ）
上記態様Ｎ又はＯにおいて、第１の駆動電極３３に電気的に接続された第１の配線４２と、第２の駆動電極３５に電気的に接続された第２の配線４３とが、同一プロセス中に作製される。
これによれば、上記実施形態について説明したように、別々のプロセスで作製される場合に比べて、処理工数と処理時間とを削減でき、コストダウンを図ることができる。
（態様Ｑ）
上記態様Ｎ乃至Ｐのいずれかにおいて、第１の配線４２及び第２の配線４３の少なくとも一方が、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒのいずれかから成る金属電極材料で形成されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、これらの金属は、基板上に低抵抗で耐久性のある電極を成膜することができる。
（態様Ｒ）
上記態様Ｎ乃至Ｑのいずれかにおいて、第１の絶縁保護膜４１及び第２の絶縁保護膜４４の少なくとも一方は、アルミナ膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜及び酸化窒化シリコン膜のいずれかの無機膜である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、これらの膜は、密着性がよく、膜が硬く、しかも耐磨耗性やコストパフォーマンスに優れた第１の絶縁保護膜４１又は第２の絶縁保護膜４４を形成できる。
（態様Ｓ）
液滴を吐出するノズル１１と、ノズル１１が連通する加圧室１２と、加圧室１２内の液体を昇圧させる吐出駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッド１０において、吐出駆動手段として、加圧室１２の壁の一部を振動板１７で構成し、振動板１７に上記態様Ｏ乃至Ｒのいずれかの電気機械変換素子を配置した。
これによれば、上記実施形態について説明したように、脱分極のない分極処理が確実に行われた電気機械変換素子によって加圧室１２内の液体を昇圧させることができるので、安定した液滴吐出特性が得られる。
（態様Ｔ）
上記態様Ｓの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、安定した液滴吐出特性が得られる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect A)
A method of manufacturing the electromechanical transducer 30, wherein the step of forming the first drive electrode 33 on the substrate 31 or the base film formed on the substrate 31 and the first drive electrode 33 are independent of each other. Forming a plurality of electromechanical conversion films 34 and a plurality of second drive electrodes 35 positioned on each of the plurality of electromechanical conversion films 34; and on the first drive electrodes 33 and the plurality of second drives. A step of forming a first insulating protective film 41 on the electrode 35, and a first terminal electrode such as a common electrode pad 46 electrically connected to the first drive electrode 33 via a first wiring 42. A plurality of second terminal electrodes such as individual electrode pads 47 electrically connected to each of the plurality of second drive electrodes 35 via the second wiring 43, and a plurality of second terminal electrodes. Electrically connected aging electrode 1 is formed on the first insulating protective film 41, and is a film formed on the first wiring 42 and the second wiring 43. The first terminal electrode and the second electrode A step of forming a second insulating protective film 44 exposing the terminal electrode of the conductive member, and a conductive member such as a conductor plate 20 having a contact portion 20b corresponding to the first terminal electrode. 20b is brought into electrical contact with the first terminal electrode, and the electric charge generated by the discharge is injected into the first drive electrode 33 through the conductive member. And polarization processing.
According to this, as described in the above embodiment, when the electromechanical conversion film 34 is subjected to the polarization process, the contact portion 20b of the conductive member is exposed in the second insulating protective film 44. Charges generated by discharge are injected into the conductive member in contact with the terminal electrode. The electric charge generated and injected by this discharge is injected into the first drive electrode 33 through the conductive member, the first terminal electrode, and the first wiring 42. Thus, the electric charge generated by the discharge is surely injected into the first drive electrode 33, and the electromechanical conversion film 34 can be collectively polarized. Further, since the polarization process is performed after the formation of the second insulating protective film 44 to which high-temperature heat is applied, the polarized electromechanical conversion film 34 is not heated, and therefore the electromechanical conversion film 34 is removed after the polarization process. Polarization can be prevented. In addition, during the polarization process, the plurality of second drive electrodes formed for each of the plurality of electromechanical conversion films 34 are electrically connected to the collective electrodes of a predetermined potential, and the plurality of second drive electrodes are electrically connected. The potential of the drive electrode 35 is kept at a predetermined magnitude. Therefore, a uniform polarization process can be performed without concentration of charges on some electromechanical conversion films 34. As described above, it is possible to reduce the variation in the polarization characteristics of the electromechanical transducer while preventing the occurrence of depolarization after the polarization process while improving the manufacturing efficiency.
(Aspect B)
In the aspect A, the first terminal electrode has an external connection terminal portion such as the common electrode pad 46 and a charge injection terminal portion such as the dummy pad 60 that contacts the contact portion 20b of the conductive member. In the step of polarizing the electromechanical conversion film 34, the contact portion 20b of the conductive member is brought into electrical contact with the charge injection terminal portion of the first terminal electrode, and is generated by discharge through the conductive member. The plurality of electromechanical conversion films 34 are collectively polarized by injecting the charged charges into the first drive electrode.
According to this, as described in the first modification, charges are injected into the charge injection terminal portion different from the external connection terminal portion such as the common electrode pad 46 in the first terminal electrode. Therefore, it is possible to suppress damage to the external connection terminal portion to which a voltage is applied during actual use.
(Aspect C)
In the aspect A or aspect B, in the step of forming the second insulating protective film 44, the second insulating protective film 44 is formed by exposing the collective electrode, and the collective electrode is grounded.
According to this, as described in the above embodiment, the collective electrode exposed from the second insulating protective film 44 can be easily grounded to the ground. In addition, the potentials of the plurality of second drive electrodes 35 electrically connected to the collective electrode are stably maintained at the ground potential. Therefore, it is possible to more reliably prevent charge concentration on a part of the electromechanical conversion film 34 and perform more uniform polarization processing.
(Aspect D)
In any of the above aspects A to C, the material of the conductive member is the same as the material of the first terminal electrode with which the contact portion 20b contacts.
According to this, as described in the above embodiment, the contact resistance between the contact portion 20b of the conductive member and the first terminal electrode can be reduced, and the charge injection efficiency via the first terminal electrode can be reduced. Can be increased.
(Aspect E)
In any of the above-described aspects A to D, a step of forming the first insulating protective film 41 and a step of forming the second insulating protective film 44, each including a plurality of the first drive electrodes and the first terminal electrodes. in, exposing the plurality of first terminal electrodes forming each insulating protective film, the conductive member has a plurality of first terminal electrodes and the same number of contact contact portion 20b.
According to this, as described in the above embodiment, when a plurality of the first drive electrodes and a plurality of first terminal electrodes are provided, a plurality of electricity corresponding to each of the plurality of first drive electrodes is provided. The mechanical conversion film 34 can be polarized at once. Therefore, manufacturing efficiency can be further improved.
(Aspect F)
In the above embodiment E, the first terminal electrode has a charge injection terminal portion such as the dummy pad 60 contacting the contact portion 20b of the conductive member, a first terminal electrode contacting contact portion 20b of the conductive member Or the area of the part which contacts the terminal part for electric charge injection is below the area of the 1st terminal electrode or the terminal part for electric charge injection.
According to this, as described in the above-described embodiment, the contact portion 20b of the conductive member reliably contacts the first terminal electrode or the charge injection terminal portion, and the charge injection efficiency via the conductive member. Can be maintained.
(Aspect G)
In any one of the above aspects A to F, the area of the surface into which charges generated by the discharge of the conductive member are injected is equal to or larger than the area of the substrate.
As described in the above embodiment, when the area of the surface into which the charge generated by the discharge of the conductive member is injected is smaller than the area of the substrate 31, the charge generated by the discharge is other than the first drive electrode 33. It will be injected into the electrode. Then, the desired effect in the polarization treatment may not be obtained. According to this aspect G, since the area of the surface into which charges generated by the discharge of the conductive member are injected is equal to or larger than the area of the substrate 31, the charge injection to the electrodes other than the first drive electrode 33 is suppressed. And a desired effect in the polarization treatment can be obtained.
(Aspect H)
In any one of the above aspects A to G, the method includes a step of cutting the plurality of electromechanical conversion elements 30 formed on the substrate 31 or the base film so as to be separated from each other and to be individualized, and the plurality of second terminals In the step of forming the collective electrode electrically connected to the electrode on the first insulating protective film 41 , the collective electrode is formed at a position away from the second terminal electrode with respect to the electromechanical conversion film 34, In the step of individualizing the electromechanical transducer 30, the plurality of second terminal electrodes and the collective electrode are cut.
According to this, as described in the above embodiment, by cutting between the plurality of second terminal electrodes and the collecting electrode, the conduction between the plurality of second terminal electrodes and the collecting electrode is cut, A driving voltage can be applied to each second terminal electrode independently of each other. Therefore, the individual drive of each electromechanical transducer 30 can be reliably performed.
(Aspect I)
In the above aspect H, the step of individualizing the electromechanical conversion element 30 is such that the second terminal electrode side in the thickness direction of the substrate 31 is located at the cutting position where the second terminal electrode and the collecting electrode are completely cut. Including a step of cutting halfway.
According to this, as described in the above embodiment, the end portion (fracture surface) of the second wiring 43 to which a voltage is applied during use is at the outermost end portion (outermost periphery) of the electromechanical transducer 30 including the substrate 31. It is possible to prevent troubles such as a short circuit.
(Aspect J)
In the aspect H, the step of individualizing the electromechanical transducer 30 includes a step of cutting between the second terminal electrode and the collecting electrode halfway in the thickness direction of the substrate 31 with a cutting blade, and a width wider than the cutting blade. A step of completely cutting the substrate 31 with a narrow cutting blade at a position where the substrate 31 is cut halfway in the thickness direction.
According to this, as described in the above embodiment, the portion to be cut can be cut in advance to the middle of the substrate 31. Thus, when the electromechanical conversion element 30 is completely cut and the electromechanical conversion element 30 is separated, the end (fracture surface) of the second wiring 43 to which a voltage is applied during use is the endmost part of the electromechanical conversion element 30 including the substrate 31 (Outermost circumference) can be prevented and troubles such as a short circuit can be prevented.
(Aspect K)
In any of the above aspects A to J, in the step of performing the polarization treatment, the charge generated by the discharge is negatively charged.
According to this, as described in the above embodiment, anions having a charge charged to negative polarity can be easily generated by ionizing molecules in the atmosphere by discharge. The negative ions flow into the electromechanical conversion element 30 through the first terminal electrode connected to the first wiring 42, so that the negatively charged charge can be easily accumulated in the electromechanical conversion element 30. it can. Therefore, the polarization process of the electromechanical conversion film 34 can be performed stably.
(Aspect L)
In any of the above aspects A to K, in the step of performing the polarization treatment, a charge amount of 1.0 × 10 −8 [C] or more is generated by discharge.
According to this, as described in the above embodiment, when the charge amount due to the discharge is less than 1.0 × 10 −8 [C], the polarization process cannot be sufficiently performed, and the electromechanical conversion film 34 is not formed. When used in an actuator, there is a possibility that sufficient characteristics cannot be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving. In the present aspect L, since the charge amount due to the discharge is 1.0 × 10 −8 [C] or more, the polarization process can be sufficiently performed, and the electromechanical conversion film 34 is used as an actuator. In addition, sufficient characteristics can be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving.
(Aspect M)
A polarization processing apparatus for an electromechanical transducer for implementing any one of the above aspects A to L, for generating a discharge of a corona wire 52 or the like, or for controlling a discharge electrode and a discharge A grid electrode, a stage 53 for installing the substrate 31, and a conductive member are provided, the stage 53 is grounded to the ground, and the stage 53 and the substrate 31 are insulated by an insulator. It has at least one of the configurations.
According to this, as described in the above embodiment, the electromechanical transducer 30 can be efficiently manufactured on the substrate 31 placed on the stage 53. Furthermore, since the stage 53 is grounded to the ground, the potential of the electromechanical conversion film 34 is stabilized, and a more uniform polarization process can be performed without charge concentration on a part of the electromechanical conversion film 34. . Further, by insulating the substrate 31 and the stage 53 with an insulator, it is possible to prevent the charge injected into the substrate 31 from leaking from the stage 53.
(Aspect N)
The electromechanical transducer 30 obtained by the method of manufacturing an electromechanical transducer according to any one of the above aspects A to L, wherein the polarization of the electromechanical transducer is a hysteresis with an electric field strength of ± 150 [kV / cm] When measuring the loop, the polarization at 0 [kV / cm] at the start of measurement is Pini, and after applying a voltage of +150 [kV / cm], 0 [kV / cm] when returning to 0 [kV / cm] When the time polarization is Pr, the difference between Pr and Pini is 10 [μC / cm 2 ] or less.
According to this, as described in the above embodiment, it is possible to reduce the variation in the polarization characteristics of the electromechanical transducer 30 while preventing the occurrence of depolarization after the polarization process while improving the manufacturing efficiency. An electromechanical transducer that can be provided can be provided. In addition, it is possible to provide an electromechanical conversion element capable of reliably performing a uniform polarization process on a plurality of electromechanical conversion films in a short time and improving the yield. When the difference between Pr and Pini is larger than 10 [μC / cm 2 ], there is a possibility that sufficient characteristics cannot be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving when the electromechanical conversion film 34 is used as an actuator. In the aspect O, since the difference between Pr and Pini is 10 [μC / cm 2 ] or less, when the electromechanical conversion film 34 is used as an actuator, sufficient characteristics can be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving.
(Aspect O)
In the above aspect N, the relative permittivity of the electromechanical conversion film 34 is 600 or more and 2000 or less.
As described in the above embodiment, if the relative dielectric constant is smaller than 600, there is a possibility that sufficient displacement characteristics cannot be obtained when the electromechanical conversion film 34 is used for an actuator. Further, if the relative dielectric constant is larger than 2000, the polarization process is not sufficiently performed, and there may be a problem that a sufficient characteristic cannot be obtained for the displacement deterioration after continuous driving. In the aspect F, since the relative dielectric constant of the electromechanical conversion film 34 is 600 or more and 2000 or less, sufficient displacement characteristics can be obtained when the electromechanical conversion film 34 is used for an actuator. Further, the polarization process is sufficiently performed, and sufficient characteristics can be obtained with respect to displacement deterioration after continuous driving.
(Aspect P)
In the above aspect N or O, the first wiring 42 electrically connected to the first drive electrode 33 and the second wiring 43 electrically connected to the second drive electrode 35 are in the same process. Made in.
According to this, as described in the above embodiment, the number of processing steps and the processing time can be reduced and the cost can be reduced as compared with the case of being manufactured by separate processes.
(Aspect Q)
In any one of the above aspects N to P, at least one of the first wiring 42 and the second wiring 43 is a metal electrode material made of any one of Ag alloy, Cu, Al, Al alloy, Au, Pt, and Ir. Is formed.
According to this, as described in the above embodiment, these metals can form a low-resistance and durable electrode on the substrate.
(Aspect R)
In any one of the above aspects N to Q, at least one of the first insulating protective film 41 and the second insulating protective film 44 is an inorganic material selected from an alumina film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. It is a membrane.
According to this, as described in the above embodiment, these films have good adhesion, hard films, and excellent wear resistance and cost performance. An insulating protective film 44 can be formed.
(Aspect S)
In the droplet discharge head 10 including a nozzle 11 that discharges a droplet, a pressure chamber 12 that communicates with the nozzle 11, and a discharge drive unit that pressurizes the liquid in the pressure chamber 12, the discharge drive unit 10 A part of the wall of the pressure chamber 12 is constituted by the diaphragm 17, and the electromechanical transducer element according to any one of the above embodiments O to R is arranged on the diaphragm 17.
According to this, as described in the above embodiment, the liquid in the pressurizing chamber 12 can be boosted by the electromechanical conversion element that has been reliably subjected to the polarization process without depolarization. Discharge characteristics can be obtained.
(Aspect T)
A droplet discharge apparatus including the droplet discharge head according to aspect S. According to this, as described in the above embodiment, stable droplet discharge characteristics can be obtained.
１０ 液滴吐出ヘッド
１１ ノズル
１２ 加圧室
１３ 電気機械変換膜
１４ 上部電極
１５ 下部電極
１６ 電気機械変換素子
１７ 下地膜（振動板）
２０ 導体プレート
２０ａ プレート部
２０ｂ 接触部
３０ 電気機械変換素子
３１ 基板
３２ 成膜振動板（下地膜）
３３ 第１の駆動電極
３４ 電気機械変換膜
３５ 第２の駆動電極
４１ 第１の絶縁保護膜
４２ 第１の配線
４３ 第２の配線
４４ 第２の絶縁保護膜
４５ コンタクトホール
４６ 共通電極用パッド
４７ 個別電極用パッド
５０ エージング処理用開口部
５１ エージング処理用電極
５２ コロナワイヤー
５３ ステージ
５５ ダイシングライン
５６ ハーフカットライン
６０ ダミーパッド
８１ （インクジェット）記録装置本体
８２ 印字機構部
９３ キャリッジ
９４ 記録ヘッド
９５ インクカートリッジ
１１７ 回復装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Droplet discharge head 11 Nozzle 12 Pressurization chamber 13 Electromechanical conversion film 14 Upper electrode 15 Lower electrode 16 Electromechanical conversion element 17 Base film (vibration plate)
20 Conductor plate 20a Plate part 20b Contact part 30 Electromechanical transducer 31 Substrate 32 Film-forming diaphragm (underlayer)
33 First drive electrode 34 Electromechanical conversion film 35 Second drive electrode 41 First insulating protective film 42 First wiring 43 Second wiring 44 Second insulating protective film 45 Contact hole 46 Common electrode pad 47 Individual Electrode Pad 50 Aging Process Opening 51 Aging Process Electrode 52 Corona Wire 53 Stage 55 Dicing Line 56 Half Cut Line 60 Dummy Pad 81 (Inkjet) Recording Device Main Body 82 Printing Mechanism Unit 93 Carriage 94 Recording Head 95 Ink Cartridge 117 Recovery device
Claims (19)
基板上にまたは該基板に形成された下地膜上に、第１の駆動電極を形成するステップと、
前記第１の駆動電極上に、互いに独立した複数の電気機械変換膜と、該複数の電気機械変換膜それぞれの上に位置する複数の第２の駆動電極とを形成するステップと、
前記第１の駆動電極上及び前記複数の第２の駆動電極上に第１の絶縁保護膜を形成するステップと、
前記第１の駆動電極に第１の配線を介して電気的に接続された第１の端子電極と、前記複数の第２の駆動電極それぞれに第２の配線を介して電気的に接続された複数の第２の端子電極と、該複数の第２の端子電極に電気的に接続された集合電極とを、前記第１の絶縁保護膜上に形成するステップと、
前記第１の配線上及び前記第２の配線上に形成される膜であり前記第１の端子電極と前記第２の端子電極と前記集合電極とを露出する第２の絶縁保護膜を形成するステップと、
前記第１の端子電極に対応した接触部を有する導電性部材を用い、該導電性部材の接触部を該第１の端子電極に電気的に接触させて、該導電性部材を介して、放電により発生した電荷を前記第１の駆動電極に注入することにより、前記複数の電気機械変換膜を一括して分極処理するステップと、を有し、
前記第２の絶縁保護膜を形成するステップでは、前記集合電極を露出させて該第２の絶縁保護膜を形成し、
前記集合電極はアースに接地されていることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 A method of manufacturing an electromechanical transducer that forms a plurality of electromechanical transducers,
Forming a first drive electrode on a substrate or a base film formed on the substrate;
Forming a plurality of electromechanical conversion films independent of each other on the first drive electrode, and a plurality of second drive electrodes positioned on each of the plurality of electromechanical conversion films;
Forming a first insulating protective film on the first drive electrode and the plurality of second drive electrodes;
A first terminal electrode electrically connected to the first drive electrode via a first wiring; and a first terminal electrode electrically connected to each of the plurality of second drive electrodes via a second wiring. Forming a plurality of second terminal electrodes and a collecting electrode electrically connected to the plurality of second terminal electrodes on the first insulating protective film;
Forming a second insulating protective film which is a film formed on the first wiring and the second wiring and which exposes the first terminal electrode, the second terminal electrode and the collecting electrode; Steps,
A conductive member having a contact portion corresponding to the first terminal electrode is used, and the contact portion of the conductive member is brought into electrical contact with the first terminal electrode and discharged via the conductive member. by injecting electric charges generated in the first driving electrode by, have a, a step of polarization process collectively the plurality of electromechanical conversion film,
In the step of forming the second insulating protective film, the collecting electrode is exposed to form the second insulating protective film,
The method of manufacturing an electromechanical transducer element, wherein the collective electrode is grounded .
前記第１の端子電極は、外部接続用端子部と、前記導電性部材の接触部を接触させる電荷注入用端子部とを有し、
前記電気機械変換膜を分極処理するステップでは、前記導電性部材の接触部を前記第１の端子電極の電荷注入用端子部に電気的に接触させて、該導電性部材を介して、放電により発生した電荷を前記第１の駆動電極に注入することにより、前記複数の電気機械変換膜を一括して分極処理することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the manufacturing method of the electromechanical transducer of claim 1,
The first terminal electrode has an external connection terminal part and a charge injection terminal part for contacting the contact part of the conductive member,
In the step of polarizing the electromechanical conversion film, the contact portion of the conductive member is brought into electrical contact with the charge injection terminal portion of the first terminal electrode, and is discharged through the conductive member. A method of manufacturing an electromechanical conversion element, wherein the plurality of electromechanical conversion films are collectively polarized by injecting the generated charges into the first drive electrode.
前記導電性部材の材料は、前記接触部が接触する前記第１の端子電極の材料と同じであることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the manufacturing method of the electromechanical transducer of Claim 1 or 2 ,
The method of manufacturing an electromechanical transducer element, wherein the material of the conductive member is the same as the material of the first terminal electrode with which the contact portion contacts.
前記第１の駆動電極及び第１の端子電極をそれぞれ複数備え、
前記第１の絶縁保護膜を形成するステップ及び前記第２の絶縁保護膜を形成するステップでは、前記複数の第１の端子電極を露出させて各絶縁保護膜を形成し、
前記導電性部材は、前記複数の第１の端子電極と同数の前記接触部を有することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the method for manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 3 ,
A plurality of the first drive electrodes and the first terminal electrodes, respectively,
In the step of forming the first insulating protective film and the step of forming the second insulating protective film, the plurality of first terminal electrodes are exposed to form each insulating protective film,
Said conductive member, the manufacturing method of electromechanical transducer which comprises said contact contact portion in the same number as that of said plurality of first terminal electrodes.
前記第１の端子電極は、前記導電性部材の前記接触部が接触する電荷注入用端子部を有し、
前記導電性部材の前記接触部の前記第１の端子電極又は前記電荷注入用端子部に接触する部分の面積は、該第１の端子電極又は該電荷注入用端子部の面積以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the manufacturing method of the electromechanical transducer of Claim 4 ,
The first terminal electrode has a charge injection terminal portion and the contact portion you contact of the conductive member,
Area of the portion in contact with said first terminal electrodes or the charge injection terminal portions of the contact contact portion of the conductive member is less area of the terminal electrode or charge injection terminal portion of the first A method for manufacturing an electromechanical conversion element.
前記導電性部材の前記放電により発生した電荷が注入される面の面積は、前記基板の面積以上であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the method of manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 5 ,
The method of manufacturing an electromechanical conversion element, wherein an area of a surface into which charges generated by the discharge of the conductive member are injected is equal to or larger than an area of the substrate.
前記基板上または前記下地膜上に形成した複数の電気機械変換素子を互いに分離して個別化するように切断するステップを有し、
前記複数の第２の端子電極に電気的に接続された集合電極を前記第１の絶縁保護膜上に形成するステップでは、前記集合電極を前記電気機械変換膜に対して前記第２の端子電極よりも離れた位置に形成し、
前記電気機械変換素子を個別化するステップでは、前記複数の第２の端子電極と前記集合電極との間を切断することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the method for manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 6 ,
Cutting the plurality of electromechanical conversion elements formed on the substrate or the base film so as to be separated from each other and individualized,
In the step of forming a collective electrode electrically connected to the plurality of second terminal electrodes on the first insulating protective film, the collective electrode is connected to the electromechanical conversion film by the second terminal electrode. Formed at a position farther away,
In the step of individualizing the electromechanical transducer, the method for producing an electromechanical transducer is characterized by cutting between the plurality of second terminal electrodes and the collective electrode.
前記電気機械変換素子を個別化するステップは、前記第２の端子電極と前記集合電極との間を完全に切断する切断位置よりも該第２の端子電極側を前記基板の厚み方向の途中まで切断するステップを含むことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the manufacturing method of the electromechanical transducer of claim 7 ,
The step of individualizing the electromechanical conversion element is such that the second terminal electrode side is partway in the thickness direction of the substrate from the cutting position at which the space between the second terminal electrode and the collecting electrode is completely cut. A method for manufacturing an electromechanical transducer, comprising a step of cutting.
前記電気機械変換素子を個別化するステップは、
前記第２の端子電極と前記集合電極との間を切断刃により前記基板の厚み方向の途中まで切断するステップと、
前記切断刃よりも幅の狭い切断刃により前記基板の厚み方向の途中まで切断した位置を中心に完全に切断するステップと、を含むことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the manufacturing method of the electromechanical transducer of claim 7 ,
The step of individualizing the electromechanical transducer element comprises:
Cutting between the second terminal electrode and the collective electrode to the middle of the thickness direction of the substrate with a cutting blade;
And a step of completely cutting around the position where the substrate is cut halfway in the thickness direction with a cutting blade having a width narrower than that of the cutting blade.
前記分極処理を行うステップにおいて、前記放電により発生する電荷は負極性に帯電していることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 In the method for manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 9 ,
The method for manufacturing an electromechanical transducer, wherein in the step of performing the polarization treatment, the electric charge generated by the discharge is charged negatively.
前記分極処理を行うステップにおいて、前記放電により、１．０×１０−８［Ｃ］以上の電荷量を発生させることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 The manufacturing method of any of the electromechanical transducer of claims 1 to 1 0,
In the step of performing the polarization treatment, a charge amount of 1.0 × 10 −8 [C] or more is generated by the discharge.
前記放電を発生するための放電電極、又は、該放電電極及び放電を制御するためのグリッド電極と、
前記基板を設置するためのステージと、
前記導電性部材と、を備え、
前記ステージがアースに接地された構成、及び、前記ステージと前記基板との間が絶縁物で絶縁された構成の少なくとも一方の構成を有することを特徴とする電気機械変換素子の分極処理装置。 An electromechanical transducer polarization treatment apparatus for carrying out the method of manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 11,
A discharge electrode for generating the discharge, or a grid electrode for controlling the discharge electrode and discharge;
A stage for installing the substrate;
The conductive member,
A polarization processing apparatus for an electromechanical transducer having at least one of a configuration in which the stage is grounded to ground and a configuration in which the stage and the substrate are insulated by an insulator.
前記電気機械変換膜の分極が、±１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電界強度をかけてヒステリシスループを測定する際、測定開始時の０［ｋＶ／ｃｍ］における分極をＰｉｎｉとし、＋１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電圧印加後、０［ｋＶ／ｃｍ］まで戻した際の０［ｋＶ／ｃｍ］時の分極をＰｒとした場合に、ＰｒとＰｉｎｉとの差が１０［μＣ／ｃｍ２］以下であることを特徴とする電気機械変換素子。 An electromechanical transducer obtained by the method for producing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 11,
When measuring the hysteresis loop by applying an electric field strength of ± 150 [kV / cm] as the polarization of the electromechanical conversion film, the polarization at 0 [kV / cm] at the start of the measurement is Pini, and +150 [kV / cm ], When the polarization at 0 [kV / cm] when returning to 0 [kV / cm] is Pr, the difference between Pr and Pini is 10 [μC / cm 2 ] or less. An electromechanical conversion element characterized by that.
前記電気機械変換膜の比誘電率が、６００以上、２０００以下であることを特徴とする電気機械変換素子。 In electromechanical transducer according to claim 1 3,
The electromechanical transducer having a relative dielectric constant of 600 or more and 2000 or less.
前記第１の駆動電極に電気的に接続された前記第１の配線と、前記第２の駆動電極に電気的に接続された前記第２の配線とが、同一プロセス中に作製されることを特徴とする電気機械変換素子。 In electromechanical transducer according to claim 1 3 or 1 4,
The first wiring electrically connected to the first driving electrode and the second wiring electrically connected to the second driving electrode are formed in the same process. A characteristic electromechanical transducer.
前記第１の配線及び前記第２の配線の少なくとも一方は、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒのいずれかから成る金属電極材料で形成されていることを特徴とする電気機械変換素子。 In any of the electromechanical transducer according to claim 1 3 to 1 5,
At least one of the first wiring and the second wiring is formed of a metal electrode material made of any one of Ag alloy, Cu, Al, Al alloy, Au, Pt, and Ir. Mechanical conversion element.
前記第１の絶縁保護膜及び前記第２の絶縁保護膜の少なくとも一方は、アルミナ膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜及び酸化窒化シリコン膜のいずれかの無機膜であることを特徴とする電気機械変換素子。 In any of the electromechanical transducer according to claim 1 3 to 1 6,
At least one of the first insulating protective film and the second insulating protective film is an inorganic film of any one of an alumina film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. Conversion element.
前記吐出駆動手段として、前記加圧室の壁の一部を振動板で構成し、該振動板に請求項１３乃至１７のいずれかの電気機械変換素子を配置したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 In a droplet discharge head comprising a nozzle that discharges a droplet, a pressure chamber that communicates with the nozzle, and a discharge driving means that pressurizes the liquid in the pressure chamber.
Liquid as the discharge driving means, a portion of the wall of the pressurizing chamber formed of a diaphragm, characterized in that a one of the electromechanical transducer according to claim 1 3 to 1 7 to the diaphragm Drop ejection head.
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