形成壓電膜的方法和裝置的製作方法
2023-04-27 14:07:41 1
專利名稱：形成壓電膜的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種形成壓電膜的方法和裝置。
背景技術：
壓電膜在各種領域得到利用。關於製造壓電膜的一種方法，已經知道懸浮微粒沉積法(AD法aerosol deposition)。AD法利用懸浮微粒噴射裝置。懸浮微粒噴射裝置從噴嘴噴射包含壓電材料的微小顆粒和氣體的混合物。在本說明書中，將通過氣體浮遊、微小顆粒彼此分離的微小顆粒稱為懸浮微粒。
利用AD法，通過沿著直線相對移動噴射懸浮微粒的噴嘴和基板，在基板的表面上形成細長的壓電帶。壓電帶具有一定的寬度。接著，在已經形成的壓電帶的附近形成第二個細長的壓電帶。此外，在第二個壓電帶的附近形成第三個細長的壓電帶。通過重複在之前形成的壓電帶的附近形成新的壓電帶的工序，能夠在基板的表面製造由多個壓電帶構成的壓電膜。而且，在日本專利公開號為2001-152360中，公開了使用AD法來製造壓電膜的方法。
壓電膜的壓電效應的大小依賴於壓電膜的厚度。壓電膜越厚，壓電效應越大，壓電膜越薄，壓電效應越小。如果壓電膜的厚度不均勻，就會在一個壓電膜中存在壓電效應大的部分和壓電效應小的部分。這不能稱為高品質的壓電膜。在各個領域中要求具有均勻厚度的壓電膜。
但是，從噴嘴吹出的懸浮微粒量在噴嘴的中心部多，在噴嘴的端部少。為此，壓電帶在與噴嘴的中心部對應的寬度方向的中央部分厚，在與噴嘴的端部對應的寬度方向的端部薄。因此，如果形成壓電膜，使得相鄰的兩個壓電帶重合不多，在相鄰的兩個壓電帶的邊界附近與其它部分相比，壓電膜較薄。即，在壓電膜上產生凹凸。為了解決該問題，本發明者創造了適當重複彼此相鄰的兩個壓電帶的寬度的技術。如果適當設定兩個壓電帶的重複寬度的大小，就能夠均勻壓電膜的厚度。
通過部分重複相鄰的兩個壓電帶，能夠一定程度地均勻化壓電膜的厚度。但是，本發明者發現，從噴嘴吹出的懸浮微粒的量由於各種原因隨著時間變化。在將相鄰的兩個壓電帶的重複寬度大小維持為一定值的方式中，不能跟蹤懸浮微粒量隨時間的變化。為此，不能使壓電膜的厚度高精度地均勻。
發明內容
本說明書所公開的技術是鑑於上述情況創造的。本技術的目的在於製造厚度均勻的壓電膜。
本說明書所公開的壓電膜形成方法，通過從噴嘴向基板面吹氣體和包含壓電材料的微小顆粒的混合物，來在基板面形成壓電膜。
本說明書所公開的一種方法，具有第一移動工序，通過沿著第一方向相對移動吹出混合物的噴嘴和基板，以一定寬度形成沿著第一方向延伸的第一壓電帶。該第一方向在與基板面平行的面內延伸。
本方法還具有計測第一壓電帶的寬度方向的厚度分布的計測工序；根據由計測工序所計測的厚度分布來計算移位距離的計算工序。
本方法還具有沿著第二方向將噴嘴和基板僅相對移動計算的移位距離的移位工序。該第二方向在與基板面平行的面內延伸，同時與第一方向交叉。第二方向也可以與第一方向正交。
本方法具有第二移動工序，通過沿著第一方向相對移動吹出混合物的噴嘴和基板，以一定寬度形成沿著第一方向延伸的第二壓電帶。
如按照本方法，特徵在於，第一壓電帶的寬度方向的端部與第二壓電帶的寬度方向的端部重合，形成連續的壓電膜。
本方法測定之前形成的壓電帶的寬度方向的厚度分布，反饋到之後的移位工序中的移位距離。即，本方法基於壓電帶的寬度方向的厚度分布來調整相鄰的兩個壓電帶的重複寬度。如果基於該方法，能夠跟蹤從噴嘴吐出的懸浮微粒量隨時間的變化。為此，能夠有效抑制壓電膜的厚度偏差。
在本方法中，也可以在第二移動工序後，重複進行「移位工序和第二移動工序」的組合。
這種情況下，計測第一壓電帶，計算移位距離以後，利用該移位距離，重複移位工序。能夠利用調整為適當值的移位距離，重複進行壓電帶的形成工序。
在本方法中，也可以在第二移動工序後，實施計測在該第二移動工序形成的第二壓電帶的寬度方向的厚度分布的計測工序。這種情況下，在第二移動工序後，重複進行「計測工序和計算工序和移位工序和第二移動工序」的組合。
這種情況下，從之前形成的壓電帶的寬度方向的厚度分布，計算與之連續的移位工序的移位距離。既使在形成一個壓電膜的途中懸浮微粒的來自噴嘴的吹出量的分布發生了變化，也能夠跟蹤該變化。
也可以連續執行第一移動工序和移位工序和第二移動工序。例如，如果第一方向是左右方向，第二移動方向是上下方向，就一邊向右移動一邊形成壓電帶，如果到達右端就沿著上下方向移位，接著一邊向左移動一邊形成壓電帶，如果到達左端就沿著上下方向移位，重複這樣的移動。能夠抑制無益的移動。
也可以在第一移動工序和移位工序之間，執行沿著與第一移動工序的移動工序相反方向移動不吹出混合物的噴嘴和基板的移動工序。
如果按照先前例示的情況來說，一邊向右移動一邊形成壓電帶，如果到達右端就停止吹出混合物，在停止吹出的狀態返回左端，在左端沿著上下方向移位，再次一邊向右移動一邊形成壓電帶。能夠使壓電帶的形成方向一致。
或者，也可以在移位工序和第二移動工序之間，執行沿著與第一移動工序的移動工序相反方向移動不吹出混合物的噴嘴和基板的移動工序。
如果按照先前例示的情況來說，一邊向右移動一邊形成壓電帶，如果到達右端就停止吹出混合物，沿著上下方向移位，在移位後，在停止吹出的狀態返回左端，再次一邊向右移動一邊形成壓電帶。通過該方法，也能夠使壓電帶的形成方向一致。
移位工序中，噴嘴也可以不吹出混合物。
或者，在移位工序中，噴嘴也可以連續吹出混合物。
在後者的情況下，移位工序中，噴嘴也可以在配置在基板上的掩模上移動。在移位工序中形成的壓電帶的厚度容易與移動工序中形成的壓電帶的厚度不一致，通過從基板剝離掩模，能夠從基板面除去厚度不均勻的壓電帶。
在移位工序中也從噴嘴連續吹出混合物的情況下，也可以使移位工序的移動速度比第一移動工序的移動速度快。
通常噴嘴的開口距離多是沿著移位方向較長，沿著第一移動方向較短。如果使得移位工序的移動速度比第一移動工序的移動速度快，就能夠使在移位工序中形成的壓電帶的厚度接近移動工序中形成的壓電帶的厚度。
為了正確，優選，通過噴嘴的第二方向的開口距離和噴嘴的第一方向的開口距離之比，來決定移位工序的移動速度和第一移動工序的移動速度的比。能夠使在移位工序中形成的壓電帶的厚度接近在移動工序中形成的壓電帶的厚度。
優選，第一移動工序和第二移動工序的移動速度，選擇為使在基板面形成的壓電膜厚度為0.01μm到0.5μm的速度。能夠形成均勻厚度的壓電膜。
優選，第一移動工序和第二移動工序的移動速度相等。
在計算工序中，可分類厚度分布的圖案，根據分類結果來計算距離。
特別優選，在厚度分布是山形圖案時計數峰數，根據峰數來計算距離。
能夠適當調整壓電帶和壓電帶的重複寬度。
也可以在已經形成壓電膜的基板面上，再次重複執行「移位工序和第二移動工序」的組合。
這種情況下，能夠形成在壓電下膜上疊加壓電上膜的壓電膜。
本發明也提供了新的裝置，本裝置具有向基板面吹出氣體和微小顆粒的混合物的噴嘴；保持基板的保持器；沿著第一方向相對移動噴嘴和保持器的第一移動機構。第一方向在與基板面平行的面內延伸。
本裝置還具有傳感器，計測通過利用第一移動機構沿著第一方向使吹出混合物的噴嘴相對基板移動而形成的壓電帶的寬度方向的厚度分布；計算裝置，根據由傳感器計測的厚度分布來計算沿著第二方向相對移動噴嘴和保持器的距離。第二方向在與基板面平行的面內延伸，同時與第一方向交叉。
本裝置還具有沿著第二方向將噴嘴和保持器僅相對移動計算的距離的移位機構。
如果使用該裝置，基於壓電帶的寬度方向的厚度分布，能夠反饋控制移位距離。能夠跟蹤從噴嘴吹出的懸浮微粒量隨時間的變化。如果使用該裝置，能夠製造均勻厚度的壓電膜。
重複形成壓電膜的情況較多，在大量生產的工廠中，一邊交換基板一邊形成下一個壓電膜。
這種情況下，能夠採用下面的方法，該方法通過重複從噴嘴向基板面吹出氣體和包含壓電材料的微小顆粒的混合物而在基板面上形成壓電膜的循環，從而在多個基板上依次形成多個壓電膜。
每個循環形成一個壓電膜，各個循環具有根據前次循環所形成的壓電膜的厚度分布來計算移位工序的移位距離的工序；第一移動工序，通過沿著第一方向相對移動吹出混合物的噴嘴和基板，在基板面上以一定寬度形成沿第一方向延伸的第一壓電帶；移位工序，將噴嘴和基板沿著第二方向僅相對移動計算的移位距離；第二移動工序，通過沿著第一方向相對移動吹出混合物的噴嘴和基板，在基板面上，以一定寬度形成沿著第一方向延伸的第二壓電帶；在第二移動工序後，重複進行「移位工序和第二移動工序」的組合的工序。
在上述，第一方向在與基板面平行的面內延伸，第二方向在與基板面平行的面內延伸，同時與第一方向交叉。
如果按照該方法，根據之前形成的壓電膜的厚度分布，可調整下面實施的壓電膜循環所採用的移位距離。能夠更好地跟蹤懸浮微粒量的變化，能夠連續製造均勻的壓電膜。
也能夠在壓電下膜上疊加壓電上膜來形成壓電膜，這種情況下，能夠採用下面的方法。該方法具有重複「沿著第一方向相對移動吹出混合物的噴嘴和基板的第一移動工序、和沿著第二方向將噴嘴和基板僅相對移動移位距離的移位工序」的組合，從而形成遍及規定範圍的壓電下膜的工序；通過重複「第一移動工序和移位工序」的組合，在已經形成壓電下膜的所述規定範圍內，在壓電下膜上形成遍及規定範圍的壓電上膜的工序。
本方法的特徵在於，壓電下膜形成時的第一移動工序的移動軌跡，和壓電上膜形成時的第一移動工序的移動軌跡，僅沿著第二方向偏移移位距離的大致一半。
有時相鄰的兩個壓電帶的重複部分的厚度與除此之外的部分的厚度不同。例如，相鄰的兩個壓電帶的重複部分形成為凸部，除此以外的部分形成為凹部。相反也可以。如果按照上述方法，在壓電下膜的相鄰的兩個壓電帶的重複部分，和壓電上膜的相鄰的兩個壓電帶的重複部分偏移。為此，可避免壓電下膜的凹部和壓電上膜的凹部重合，同時，可避免壓電下膜的凸部和壓電上膜的凸部重合，為此，能夠製造具有均勻厚度的疊加的壓電膜。
圖1表示第一實施方式的成膜裝置的概略圖。
圖2(A)表示噴嘴的側面圖，圖2(B)表示噴嘴的平面圖。
圖3是示意地表示基板和噴嘴和厚度傳感器的側面圖。
圖4(A)表示從圖3的IV方向看的基板的圖，表示向壓電帶照射光的樣子，圖4(B)表示厚度傳感器的光接收部的平面圖。
圖5(A)表示形成壓電膜前的基板的平面圖，圖5(B)表示形成第一個壓電帶後的基板的平面圖。
圖6(C)表示圖5(B)後的基板的平面圖，噴嘴向右方向相對移動，圖6(D)表示形成第二個壓電帶後的基板的平面圖。
圖7(E)表示遍及基板的大致全部區域形成壓電帶後的基板的平面圖，即，表示形成壓電膜後的基板的平面圖，圖7(F)表示除去掩模部件後的基板的平面圖。
圖8表示從側面看第一實施方式的壓電膜製造方法的樣子，圖8(A)表示形成第一個壓電帶的樣子，圖8(B)表示遍及基板的大致全部區域形成壓電帶後的基板的側面圖，即，表示形成壓電膜後的基板的側面圖。圖8(C)表示在壓電膜上進一步形成壓電膜後的基板的側面圖。
圖9是為了決定相鄰的兩個壓電帶的重複寬度，控制裝置所執行的處理的流程圖。
圖10(A)表示通過如果看截面為山形狀的壓電帶組來形成壓電膜後的基板的側面圖。圖10(B)表示在壓電膜上進一步形成壓電膜後的基板的側面圖。
圖11是用於說明第二實施方式的壓電膜製造方法的圖，圖11(A)表示基板的平面圖，是為了說明噴嘴的動作的圖，圖11(B)是表示形成壓電膜後的基板的平面圖。
圖12是用於說明第三實施方式的壓電膜製造方法的圖，是用於說明噴嘴的動作的圖。
圖13是用於說明第四實施方式的壓電膜製造方法的圖，圖13(A)表示基板的平面圖，是用於說明噴嘴的動作的圖，圖13(B)是表示形成壓電膜後的基板的平面圖。
圖14是用於說明第五實施方式的壓電膜製造方法的圖，表示基板的平面圖，是用於說明噴嘴的動作的圖。
圖15是用於說明第七實施方式的壓電膜製造方法的圖，圖15(A)表示形成壓電膜後的基板的側面圖，圖15(B)表示形成壓電膜後的基板的側面圖。
具體實施例方式
(第一實施方式)參照附圖，說明第一實施方式的壓電膜製造方法，在本實施方式中製造的壓電膜，用於噴墨印表機的壓電致動器。利用壓電膜的壓電致動器，例如由US2005/0012790A1公報公開。
首先，說明用於形成壓電膜的成膜裝置，圖1表示成膜裝置1的概略圖，成膜裝置1具有懸浮微粒發生器10和成膜室20和控制裝置27等。懸浮微粒發生器10將包含壓電材料的粒子2分散到載氣中，形成懸浮微粒3。成膜室20中，從噴嘴22噴出懸浮微粒3，將壓電材料粒子2附著到基板上。
懸浮微粒發生器10具有可收容壓電材料粒子2的懸浮微粒室11；安裝在該懸浮微粒室11的下部的振動裝置12。振動裝置12振動懸浮微粒室11。在懸浮微粒室11中插入氣體供給導管14的一端。該一端配置成使得在懸浮微粒室11內的底面附近，埋沒在材料粒子2中。氣體供給導管14的另一端與存儲載氣的氣體儲氣瓶13連接。作為載氣，例如能夠使用氦氣、氬氣、氮氣等惰性氣體或者空氣、氧氣等，而且，作為壓電材料，能夠使用鈦酸鋯酸鉛(PZT)、水晶、鈮酸鋰晶體、鈦酸鋇、鈦酸鉛、偏鈮酸鉛、氧化亞鉛等。
成膜室20具有工作檯21和工作檯移動機構26和噴嘴22和厚度傳感器28等。工作檯21保持基板4，工作檯移動機構26沿著圖1的箭頭方向(左右方向)和圖1的紙面垂直方向移動工作檯21。通過這樣，相對移動基板4和噴嘴22。如果沿著圖1的左右方向移動基板4，就進行後述的帶形成工序。如果沿著圖1的紙面垂直方向移動基板4，就進行後述的移位工序。工作檯移動機構26與控制裝置27連接。控制裝置27控制工作檯移動機構26的移動方向和移動距離和移動速度和移位方向和移位距離和移位速度。
噴嘴22配置在工作檯21的下方。圖2(A)表示了噴嘴22的側面圖，圖2(B)表示了噴嘴22的平面圖，噴嘴22具有大致圓筒形狀。噴嘴22的上部，越向前端越細。在噴嘴22的內部形成空洞，在噴嘴22的上面設置開口22A。如圖2(B)所示那樣，如果平面看，開口22A具有沿著左右方向延伸的大致長方形狀。開口22A的縱向寬度(圖2(B)的上下方向的寬度)大小是W1，橫向寬度(圖2(B)的左右方向的寬度)的大小是W2。如圖1所示那樣，噴嘴22通過懸浮微粒供給導管23與懸浮微粒室11連接。懸浮微粒室11內的懸浮微粒3通過懸浮微粒供給導管23運輸到噴嘴22，從噴嘴22的開口22A吹出懸浮微粒。
而且，圖1的左右方向與圖2(B)的上下方向對應，圖1的紙面垂直方向與圖2(B)的左右方向對應。
厚度傳感器28是反射型光檢測器，厚度傳感器28通過圖示省略的部件固定在噴嘴22上。厚度傳感器28具有照射部28A和光接收部28B。照射部28A向基板4照射光。在基板4上形成有壓電帶的情況下，照射的光由壓電帶反射。光接收部28B接收反射的光。根據光接收部28B的光接收位置能夠檢測壓電帶的厚度。關於厚度傳感器28在後面進行稍微詳細一點的說明。
在成膜室20通過粉末回收裝置24連接真空泵25。成膜室35的內部能夠通過真空泵25減壓。
如果使用該成膜裝置1，能夠像下面這樣來形成壓電帶。
首先，將基板4放置在工作檯21上，接著，向懸浮微粒室10的內部投入壓電材料粒子2。作為壓電材料粒子2，例如能夠使用鈦酸鋯酸鉛(PZT)。從氣體儲氣瓶13向懸浮微粒室11導入載氣。由於載氣的氣壓，材料粒子2向上飛舞。此時，由振動裝置12振動懸浮微粒室11。通過這樣，壓電材料粒子2和載氣混合，產生懸浮微粒3。
接著，通過真空泵25將成膜室20內減壓，在懸浮微粒室11和成膜室20間產生壓差，由於該壓差，懸浮微粒室11內的懸浮微粒3運輸到成膜室20內。加速成高速的懸浮微粒3從噴嘴22吹出。懸浮微粒3中所包含的壓電材料粒子2與基板4衝擊而堆積，通過這樣，形成壓電帶。
關於壓電帶的形成方法還稍微詳細地說明。圖3表示從噴嘴22噴射懸浮微粒3的樣子。噴嘴22固定，其本身不移動，工作檯移動機構26向左方向移動基板4，通過這樣，噴嘴22和基板4相對移動。如果吹出懸浮微粒3的噴嘴22相對基板4相對移動，就能夠在基板4上形成線狀的壓電帶31。如看圖5(B)，可更好地理解壓電帶31A是線狀。圖5(A)表示形成線狀的壓電帶31A前的基板4的平面圖，圖5(B)表示形成線狀的壓電帶31A後的基板4的平面圖。而且，在圖5中對壓電帶31附加符號A，這是為了區別於之後形成的壓電帶31。在不需要特別區別的情況下，作為壓電帶的符號使用31。
在本實施方式中，重複在線狀的壓電帶31的附近形成線狀的壓電帶31的工序。該樣子如果看圖6就能夠理解。通過形成多個線狀的壓電帶31就完成了壓電膜30。該樣子如果看圖7就能夠理解。
接著，說明由厚度傳感器28進行的厚度分布測量方法。如圖3所示那樣，厚度傳感器28的照射部28A向壓電帶31照射光29A。圖4(A)簡單表示沿著圖3的IV方向看時的照射部28A和基板4的樣子。如果看圖4(A)可更好地理解，照射跨過壓電帶31的橫向寬度D的線狀的光29A。向著壓電帶31照射的光29A由壓電帶31反射，由壓電帶31反射的光29A由光接收部28B接收。如果壓電帶31的厚度變化，光接收部28B的光29A的光接收位置變化。圖4(B)表示了接收由圖4(A)所示的壓電帶31反射的光的光接收部28B的平面圖。光接收部28B的光接收元件是2維配置類型的元件。如圖4(B)所示那樣，如果壓電帶31是大致梯形，光接收部28B的光接收線28B也形成為大致梯形。如果利用本實施方式的厚度傳感器28，就能夠正確地測量壓電帶31的厚度分布。光接收部28B的光接收線29B的形狀，由控制裝置27(參照圖1)來讀取，通過這樣，控制裝置27能夠得到壓電帶31的厚度分布。
接著，參照圖5到圖10，來更詳細地說明壓電膜的製造方法。
(1)首先，準備基板4，在基板4上配置掩模部件5A、5B(圖5(A))，掩模部件5A配置在比基板4的下端還稍微上方處，掩模部件5B配置在比基板4的上端還稍微下方處。掩模部件5A、5B遍及基板4的左右方向的大致全部區域配置。配置有掩模部件5A、5B的基板4固定在工作檯21上，此時，配置有掩模部件5A、5B的面向著圖1的下方。
(2)將噴嘴22配置在基板4的左下部(圖5(A))。在該位置，噴嘴22的開口22A和掩模部件5A俯視重複。該工序通過控制裝置27來驅動工作檯移動機構26來執行。
(3)接著，向懸浮微粒室11的內部投入壓電材料粒子2，向懸浮微粒室11導入氣體儲氣瓶13的載氣。利用載氣的氣壓，使壓電材料粒子2向上飛舞。與此同時，通過振動裝置12來振動懸浮微粒室11。通過這樣，混合壓電材料粒子2和載氣，發生懸浮微粒3。通過真空泵25來減壓成膜室20內部，懸浮微粒室11內的懸浮微粒3運輸到成膜室20，從噴嘴22吹出懸浮微粒3。
(4)如果在上述(3)的工序吹出懸浮微粒3，沿著圖5的向下方向移動基板4，通過這樣，沿著圖5(A)的箭頭S方向相對移動噴嘴22。該工序通過控制裝置27驅動工作檯移動機構26來執行。移動基板4，直到噴嘴22和掩模部件5B俯視重複的位置。如果結束該工序，就在基板4上形成線狀的壓電帶31A(圖5(B))。
(5)在執行上述(4)的工序中測量壓電帶31A的寬度方向的厚度分布，照射部28A向著壓電帶31A照射光，沿著圖5的左右方向延伸的線狀的光進行照射使得跨過壓電帶31A。由壓電帶31A反射的光由光接收部28B接收，控制裝置27讀入光接收部28B的光接收線，通過這樣，控制裝置27能夠得到壓電帶31A的寬度方向的厚度分布。
(6)如果控制裝置27得到厚度分布，就決定相鄰的兩個壓電帶31的重複寬度大小。該處理在完成第一個壓電帶31A後來進行。參照圖9，說明控制部27如何決定重複寬度。
控制裝置27輸入厚度分布(S2)，如果輸入厚度分布，就判斷厚度分布的類型是梯形形狀或者是山形狀(S4)，例如，在圖8(A)中，表示了梯形形狀的壓電帶31，另外，例如，在圖10(A)中，表示了山形狀的壓電帶31。S4的處理，判斷在厚度分布的中央部是否包含規定長度以上的直線部。即，在厚度分布的中央部包含規定長度以上的直線部的情況下，判斷為梯形形狀，在該情況下，轉入S12，另外，在厚度分布的中央部不包含規定長度以上的直線部的情況下，判斷為山形狀。這種情況下，轉入S6。
在S6，判斷山的峰有幾個，在峰是一個的情況下，轉入S8，決定重複寬度為50％。通常情況下，峰出現在厚度分布的中央。如果將相鄰的壓電帶31的重複寬度設定為50％，一個壓電帶31的較厚部分(中央部)與另一個壓電帶31的較薄部分(端部)重合，為此，相鄰的兩個壓電帶31的厚度偏差抵消。能夠使得由多個壓電帶31構成的壓電膜的厚度均勻化。而且，在S8中，也測量了壓電帶31的寬度的大小，壓電帶31的寬度的大小是由圖4(B)的符號D所表示的大小。
另一方面，具有由於噴嘴22的開口22A的形狀或者其它原因導致峰是2個的情況。這種情況下，從S6轉入S10，決定重複寬度為33％。在峰是兩個的情況下，通常情況下，在厚度分布的從一個端部開始的1/3部分和從另一個端部開始的1/3部分處出現峰，如果重複寬度是33％，一個壓電帶31的較厚部分與另一個壓電帶31的較薄部分重合。為此，相鄰的兩個壓電帶31的厚度的偏差抵消，能夠使壓電膜的厚度均勻化。而且，在峰是兩個的情況下，也可以將重複寬度設定為66％，這樣也能夠使壓電膜的厚度均勻化。而且，在S10，也測量壓電帶31的寬度的大小。
在本實施方式中，僅處理了峰是一個或者兩個的山形狀的厚度分布，但是，峰是三個以上的山形狀的厚度分布也能夠處理。
如果在S4判斷為厚度分布是梯形形狀，就進入S12，在S12，計算相鄰的壓電帶31的重複寬度。具體地說，如下這樣計算，圖8(A)表示具有梯形形狀的厚度分布的壓電帶31，在S12，測量梯形形狀的壓電帶31的中央直線部的長度D2和兩端部的長度D1。D2是壓電帶31的中央部的較厚部分的寬度的大小，D1是壓電帶31的兩端部的較薄部分的寬度的大小。在本實施方式中，將D1的大小確定為重複寬度。
而且，如圖8(A)所示那樣，懸浮微粒3在比噴嘴開口22A的橫向寬度W2還寬的範圍吹出。為此，形成的壓電帶31的寬度比開口22A的橫向寬度W2稍大，壓電帶31的兩端部稍薄。為了減少該厚度偏差，優選在基板4上可毫無遺漏地附著壓電材料粒子2的範圍使得噴嘴22的相對移動速度儘可能快速。這種情況下，壓電帶31變薄，如果壓電帶31變薄(0.01μm～0.5μm左右)，厚度的偏差變小。
(7)如果決定了重複寬度，接著，計算基板4和噴嘴22的移位距離，即，決定圖5(B)的距離M，具體如下所述來決定距離M，在執行圖9的S8的情況下，對壓電帶31的寬度的大小乘以50％，將得到的值設為距離M。另外，在執行圖9的S10的情況下，對壓電帶31的寬度的大小乘以67％，將得到的值設為距離M。另外，在執行圖9的S12的情況下，將中央部的長度D2與端部的長度D1相加的值(D1+D2)設為距離M(參照圖8(A))。
(8)控制裝置27將基板4向圖5(B)的左方僅移位決定的距離M，通過這樣，噴嘴22相對基板4向右方相對移動，如果噴嘴22相對移動，就成為圖6(C)的狀態，圖6(C)表示了得到梯形形狀的厚度分布的情況下的圖。
而且，在下面，將(8)的工序稱為移位工序，與此相對，將形成一個壓電帶31的工序稱為帶形成工序。
在本實施方式中，在執行移位工序期間，懸浮微粒3也從噴嘴22吹出。
(9)如果移動基板4直到圖6(C)的狀態，就執行第二次帶形成工序，將基板4向上方(圖6的上方方向)移動，噴嘴22沿著圖6(C)的箭頭S方向相對移動，通過這樣，在壓電帶31A的附近形成壓電帶31B(參照圖6(D))。壓電帶31A和壓電帶31B部分重複，將重複部分由符號D0來表示。圖6(D)的D0的大小等於D1(參照圖8(A))。
在移位工序的相對移動距離，設定為實現決定的重複寬度的值。為此，壓電帶31A和壓電帶31B僅重複決定的重複寬度。
(10)如果第二次帶形成工序結束，就進行第二次移位工序，第二次以後的移位工序，採用由第一次移位工序(上述的(7))所決定的移位距離。如果實施了第二次移位工序，就實施第三次帶形成工序。重複實施移位工序和帶形成工序，通過這樣，如圖7(E)所示那樣，就在基板4的表面形成多個壓電帶31。
接著，從基板4上除去掩模部件5A、5B(圖7(F))，由此，就完成了由多個壓電帶31構成的壓電膜32。
如果按照本實施方式的壓電膜形成方法，基於最初形成的壓電帶31的厚度分布，調整相鄰的兩個壓電帶31的重複寬度的大小。為了抑制厚度的偏差，調整重複寬度，既使從噴嘴22吹出的懸浮微粒量對於每次形成壓電膜32都變化，也能夠跟蹤該變化。能夠連續製造均勻厚度的壓電膜32。
在上述實施方式中，利用了掩模部件5A、5B，在移位工序中，向著掩模部件5A、5B吹出懸浮微粒3，噴嘴22的開口22A的縱向寬度W1比橫向寬度W2小。為此，在移位工序中壓電材料粒子2的堆積量比帶形成工序中壓電材料粒子2的堆積量大。在本實施方式中，在移位工序中噴嘴22的移動路徑上設置掩模部件5A、5B，在形成壓電膜32後除去掩模部件5A、5B，能夠僅剩下厚度均勻的部分。
而且，也可以通過在壓電膜32的表面還疊加壓電膜，形成疊加的壓電膜，圖8中更好地表示了該樣子，圖8(B)表示形成第一個壓電膜32後的樣子。
在第一個壓電膜32上形成壓電膜33，壓電膜33利用與上述第一個壓電膜32的形成方法相同的方法來實施。但是，不改變並計算移位工序中的相對移動距離，採用形成第一個壓電膜32時決定的相對移動距離。而且，也可以再次計算移位工序的相對移動距離(移位距離)。這種情況下，形成第二個壓電膜33時測量第一個壓電帶31的厚度分布，基於該厚度分布來決定重複寬度，基於決定的重複寬度來計算相對移動距離。
在本實施方式中，對於第二個壓電膜33，第一個壓電膜32的相鄰的兩個壓電帶31的重合部D0與第二個壓電膜33的相鄰的兩個壓電帶31的重合部D0』偏移。圖8(C)更好地表示了重合部D0和重合部D0』偏移的樣子。為了實現該偏移，控制裝置27調整形成第一個壓電帶31的位置。通過這樣的偏移，能夠避免第二個壓電膜32的凹部與第一個壓電膜32的凹部重合的同時第二個壓電膜32的凸部與第一個壓電膜32的凸部重合的現象。
如果按照本實施方式，能夠有效地抑制疊加的壓電膜30的厚度偏差。
在上述實施方式中，以形成梯形形狀的壓電帶31的情況為中心進行了說明，具有一個峰的山形狀的壓電帶31形成的情況，如圖10所示那樣形成壓電膜32。如圖10(A)所示那樣，相鄰的兩個壓電帶31的重複部分的大小D0，設定為一個壓電帶31的寬度的一半。
圖10(B)表示疊加兩個壓電膜32、33來形成壓電膜30後的圖，這種情況下，第一個壓電膜32的相鄰的兩個壓電帶31的重合部D0與第二個壓電膜33的相鄰的兩個壓電帶31的重合部D0』偏移，形成具有均勻厚度的壓電膜30。
(第二實施方式)接著，參照圖11，說明第二實施方式，在下面，僅說明與第一實施方式不同的點，在本實施方式中，在基板4上不配置掩模部件5A、5B。
噴嘴22的開口22A的縱向寬度W1比橫向寬度W2小(參照圖2(B))，為此，如果帶形成工序的相對移動速度V1和移位工序的相對移動速度V2相等，移位工序的堆積量比帶形成工序的堆積量大，這種情況下，不能形成均勻厚度的壓電膜30。
為了解決上述問題，在本實施方式中，使移位工序的相對移動速度V2比帶形成工序的相對移動速度V1大。移位工序的相對移動速度V2設為對帶形成工序的相對移動速度V1乘以W2/W1的值。如果這樣，能夠使移位工序的堆積量和帶形成工序的堆積量基本相等。
如果按照本實施方式，既使不利用掩模部件5A、5B，也能夠形成均勻厚度的壓電膜30。
(第三實施方式)接著，參照圖12，說明第三實施方式，在本實施方式中，使得移位工序中不從噴嘴22吹出懸浮微粒3。
帶形成工序(圖中的箭頭S的相對移動中)從噴嘴22吹出懸浮微粒3。但是，移位工序中(圖中的箭頭M的相對移動中)禁止噴射懸浮微粒3。由此，能夠防止壓電膜30的厚度產生偏差。
如果按照本實施方式，既使不利用掩模部件5A、5B，也能夠形成均勻厚度的壓電膜30。
(第四實施方式)參照圖13，來說明第四實施方式，在上述各個實施方式中，形成長方形的壓電膜30，但是，也可以形成具有圖13(B)所示的圖案的壓電膜30。這種情況下，在不需要形成壓電膜30的區域4A禁止從噴嘴22吹出懸浮微粒3。即，在圖13(A)的箭頭所示的部分吹出懸浮微粒3，在除此之外的部分禁止噴射懸浮微粒3。
而且，在區域4A不禁止噴射懸浮微粒3的情況下，在區域4A配置掩模部件。這樣也能夠形成圖13的圖案的壓電膜30。
(第五實施方式)在上述各個實施方式中，第奇數個帶形成工序的相對移動方向與偶數個帶形成工序的相對移動方向相反，如果這樣，能夠更有效地形成壓電膜，但是，如圖14所示那樣，也可以每當結束帶形成工序後，將噴嘴22返回到開始位置。在噴嘴22返回到開始位置的過程中禁止噴射懸浮微粒3。
(第六實施方式)在第一實施方式中，基於第一個壓電帶31的厚度分布來決定重合寬度，在之後的全部移位工序中採用該重合寬度。但是，也可以測量各個壓電帶31的厚度分布，基於各個壓電帶31的厚度分布來決定各個移位工序的相對移動距離。基於第一個壓電帶31的厚度分布，來決定第一個移位工序的相對移動距離。基於第二個壓電帶31的厚度分布，來決定第二個移位工序的相對移動距離。以後也進行同樣的處理。
而且，在採用該方式的情況下，優選各個帶形成工序的相對移動方向是相同方向(參照圖14)。厚度傳感器28固定在噴嘴22的一側(左側)(參照圖1)，所以需要沿著厚度傳感器28能夠測量厚度分布的方向(圖3的左方)相對移動基板4和噴嘴22。
如果按照本實施方式，在從噴嘴22吹出的懸浮微粒量在每個帶形成工序變化的情況下，能夠跟蹤該變化。如果按照本實施方式，能夠形成具有更均勻厚度的壓電膜30。
(第七實施方式)在本實施方式中，分別在多個基板上形成壓電膜，即，製造多個壓電膜，在本實施方式中，在形成第一個壓電膜時，不進行測量壓電帶的厚度分布來反饋測量結果這樣的工序。在形成第一個壓電膜時，相鄰的壓電帶的重合寬度設定為預先確定的規定值。
如果形成第一個壓電膜，測量該壓電膜的厚度分布，測量壓電帶相鄰方向(移位工序的相對移動方向)的厚度分布。基於測量的厚度分布，來決定第二個壓電膜的相鄰壓電帶的重複寬度。例如，在象圖15(A)那樣形成梯形形狀的壓電帶組的情況下，決定重合寬度使得沒有薄的部分D1。例如，將對形成第一個壓電膜時的重合寬度加上D1的一半值得到的值作為重合寬度。例如，在形成圖15(B)那樣的山形狀的壓電帶組的情況下，也可以測量山和谷之間的距離D2，基於所測量的距離來決定重合寬度。這種情況下，決定重合寬度使得山和谷之間的距離D2變小。例如，將對形成第一個壓電膜時的重複寬度加上距離D2的一半值得到的值設為重合寬度，基於決定的重合寬度，計算形成第二個壓電膜時的移位工序的相對移動距離。控制裝置27實現計算的相對移動距離，第二個壓電膜在新的基板表面上形成，如果按照該方法，第二個壓電膜的厚度均勻。
如果形成第二個壓電膜，就測量第二個壓電膜的厚度分布，基於測量的厚度分布來決定第三個壓電膜的相鄰的壓電帶的重合寬度。基於決定的重合寬度，計算第三個壓電膜形成時的移位工序的相對移動距離。控制裝置27實現計算的相對移動距離，第三個壓電膜在新基板的表面上形成，同樣的，也形成第四個以後的壓電膜，在本實施方式中，也能夠形成具有均勻厚度的壓電膜。
而且，在本實施方式的情況下，也可以遍及壓電膜的全部區域來測量厚度分布，但也可以僅測量一個壓電帶的厚度分布。在後者的情況下，能夠測量圖15的D1或者D2。
(實施例)公開了在寬範圍形成均勻厚度的壓電膜的實施例。
首先，調查噴嘴的開口寬度對壓電帶的厚度分布給予的影響。
(試驗1)利用不鏽鋼(SUS430)製造的基板，作為壓電材料粒子，利用平均粒子直徑0.3～1μm的PZT，使用與上述實施方式同樣的成膜裝置。噴嘴的開口是5mm(橫向寬度)×0.5mm(縱向寬度)。載氣的流量是2.0升/min。成膜室內的壓力是150Pa。懸浮微粒室內的壓力室30000Pa，載氣的種類室氦氣，噴嘴和基板間的距離設定為10～20mrn，噴嘴和基板的相對移動速度調整為堆積0.15μm的壓電帶的速度。如果形成一個壓電帶，在之上任何層都疊加壓電帶，最終形成15μm的壓電膜。
形成的壓電膜顯示了在中央具有一個峰的厚度分布，在噴嘴的橫向寬度方向厚度的最大值和最小值的差是3μm。
(試驗2)利用開口是10mm×0.4mm的噴嘴，載氣的流量採用4.5升/min，除此之外，是與上述(1)相同的條件。
形成的壓電膜顯示在中央具有一個峰的厚度分布，在噴嘴的橫向寬度方向的厚度的最大值和最小值的差是7μm。
從上述(1)和(2)的結果可知，如果噴嘴的開口的橫向寬度大，難於形成均勻厚度的膜。
利用開口10mm×0.4mm的噴嘴形成壓電膜，如上述第一實施方式所記載的那樣，遍及基板的整個面形成厚度15μm的壓電膜。為了形成具有一個峰的山形狀的壓電帶，將相鄰的兩個壓電帶的重合寬度調整為50％。其它條件與上述(試驗1)和(試驗2)相同。
在該實施例所形成的壓電膜，最厚部分和最薄部分的差是2μm，厚度的差非常小，能夠形成厚度均勻的壓電膜。
上述的實施方式和實施例，能夠如下改變。
(1)在上述各個實施方式中，固定噴嘴22，移動基板4，但是，也可以固定基板4來移動噴嘴22。另外，也可以移動基板4和噴嘴22雙方。
(2)厚度傳感器28照射跨過壓電帶31的線狀的光，但是，厚度傳感器28也可以測量壓電帶31的任意點的厚度。利用這樣的傳感器都能夠測量厚度分布。另外，在從壓電帶31的任意一點的厚度分布可推定厚度分布的情況下，厚度傳感器28也可以測量壓電帶31的任意一點(例如山形狀的壓電帶的頂點)的厚度。
(3)而且，在上述各個實施方式中，在第一壓電帶的一側形成第二個壓電帶，在第二個壓電帶的一側形成第三個壓電帶，即，通常在相同的方向形成新的壓電帶。但是，也可以在第一個壓電帶的一側形成第二個壓電帶，在第一個壓電帶的另一側形成第三個壓電帶。
權利要求
1.一種通過從噴嘴向基板面吹氣體和包含壓電材料的微小顆粒的混合物，在基板面上形成壓電膜的方法，其特徵在於，該方法包括第一移動工序，通過沿著第一方向相對所述基板移動吹出所述混合物的所述噴嘴，以一定寬度形成沿著所述第一方向延伸的第一壓電帶，其中，所述第一方向在與所述基板面平行的面內延伸；計測工序，計測所述第一壓電帶的所述寬度方向的厚度分布；計算工序，根據由所述計測工序所計測的所述厚度分布，來計算移位距離；移位工序，沿著第二方向將所述噴嘴相對所述基板移動所述計算的移位距離，其中，所述第二方向在與所述基板面平行的所述面內延伸，並與所述第一方向交叉；和第二移動工序，通過沿著所述第一方向相對所述基板移動吹出所述混合物的所述噴嘴，以一定寬度形成沿著所述第一方向延伸的第二壓電帶，所述壓電膜的形成方式為，所述第一壓電帶與所述第二壓電帶在第二方向上重疊著。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在執行所述第二移動工序後，重複進行「所述移位工序和所述第二移動工序」的組合。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在執行所述第二移動工序後，重複進行「計測所述第二壓電帶的所述寬度方向的厚度分布的計測工序、所述計算工序、所述移位工序和所述第二移動工序」的組合。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於，連續執行所述第一移動工序、所述移位工序和所述第二移動工序。
5.根據權利要求1的方法，其特徵在於，還包括相對所述基板沿著所述第一移動工序的相反方向移動不吹出所述混合物的所述噴嘴的工序，該工序在所述第一移動工序和所述移位工序之間進行。
6.根據權利要求1的方法，其特徵在於，還包括相對所述基板沿著所述第一移動工序的相反方向移動不吹出所述混合物的所述噴嘴的工序，該工序在所述移位工序和所述第二移動工序之間進行。
7.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述移位工序中，所述噴嘴停止吹出所述混合物。
8.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在所述移位工序中，所述噴嘴繼續吹出所述混合物。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於，在所述移位工序中，所述噴嘴繼續將所述混合物吹出到掩模上，所述掩模配置在所述基板上。
10.根據權利要求8的方法，其特徵在於，相比於所述第一移動工序，所述移位工序的所述移動速度更快。
11.根據權利要求10的方法，其特徵在於，通過所述噴嘴沿所述第二方向的開口距離和所述噴嘴沿所述第一方向的開口距離之比，來決定所述移位工序的所述移動速度和所述第一移動工序的所述移動速度的比。
12.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述第一移動工序和所述第二移動工序的移動速度，確定為使具有0.01μm到0.5μm的厚度的所述壓電帶形成在所述基板上的速度。
13.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述第一移動工序和所述第二移動工序的移動速度相等。
14.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述計算工序根據所述厚度分布所形成的圖案對所述厚度分布加以分類，根據所述分類圖案來計算所述移位距離。
15.根據權利要求14的方法，其特徵在於，在所述厚度分布是山形圖案時所述計算工序統計峰的個數，根據峰的統計數值來計算所述移位距離。
16.根據權利要求1的方法，其特徵在於，還包括在由利用前面工序形成的所述壓電膜覆蓋的所述基板面上，再次重複「所述移位工序和所述第二移動工序」的組合的工序。
17.一種由包含壓電材料的微小顆粒在基板面上形成壓電膜的裝置，其特徵在於，該裝置具有噴嘴，向所述基板面吹出氣體和所述微小顆粒的混合物；保持器，保持所述基板；第一移動機構，沿著第一方向相對所述保持器移動所述噴嘴，其中，所述第一方向在與所述基板面平行的面內延伸；傳感器，沿著壓電帶的寬度測量厚度分布，所述壓電帶通過利用所述第一移動機構沿著所述第一方向移動吹出所述混合物的所述噴嘴而形成；計算裝置，根據由所述傳感器測量到的所述厚度分布來計算沿著第二方向的距離，其中，所述第二方向在與所述基板面平行的所述面內延伸並與所述第一方向交叉；和第二移動機構，相對所述保持器沿著所述第二方向將所述噴嘴移動所述計算的距離。
18.一種分別通過重複循環在多個基板上形成多個壓電膜的方法，在每一個循環中，通過從噴嘴向基板面吹出氣體和包含壓電材料的微小顆粒的混合物而形成壓電膜，其特徵在於，每個循環包括計算工序，根據在上一次循環形成的所述壓電膜的厚度分布來計算移位工序的移位距離；第一移動工序，通過沿著第一方向相對所述基板移動吹出所述混合物的所述噴嘴而以一定寬度形成沿所述第一方向延伸的第一壓電帶，其中，所述第一方向在與所述基板面平行的面內延伸；移位工序，將所述噴嘴相對所述基板沿著第二方向移動所計算的所述移位距離，其中，所述第二方向在與所述基板面平行的所述面內延伸並與所述第一方向交叉；第二移動工序，通過沿著所述第一方向相對所述基板移動吹出所述混合物的所述噴嘴而以一定寬度形成沿著所述第一方向延伸的第二壓電帶；和在執行所述第二移動工序後，重複進行「所述移位工序和所述第二移動工序」的組合的工序。
19.一種通過從噴嘴向基板面吹出氣體和包含壓電材料的微小顆粒的混合物而在所述基板面上形成壓電膜的方法，其特徵在於，該方法包括壓電下膜形成工序，通過在所述基板的規定區域重複「沿著第一方向相對所述基板移動吹出所述混合物的所述噴嘴的第一移動工序和沿著第二方向將噴嘴相對所述基板移動一移位距離的移位工序」的組合，而形成在規定區域延伸的所述壓電下膜，其中，所述第一方向在與所述基板面平行的面內延伸，所述第二方向在與所述基板面平行的所述面內延伸並與所述第一方向交叉；和壓電上膜形成工序，通過在所述基板的所述規定區域上，進一步重複「所述第一移動工序和所述移位工序」的所述組合，在所述壓電下膜上形成在規定區域延伸的壓電上膜，其中，所述壓電下膜形成時的所述第一移動工序的移動軌跡，和所述壓電上膜形成時的所述第一移動工序的移動軌跡，沿著所述第二方向偏移所述移位距離的大致一半。
全文摘要
本發明的壓電膜形成方法，具有第一移動工序、計測工序、計算工序、移位工序和第二移動工序。第一移動工序，通過沿著第一方向相對移動吹出混合物的噴嘴和基板，形成一定寬度的沿著第一方向延伸的第一壓電帶。計測工序計測第一壓電帶的寬度方向的厚度分布。計算工序，根據由計測工序所計測的厚度分布，來計算移位距離。移位工序，沿著第二方向將噴嘴和基板相對移動計算的移位距離。第二移動工序，通過沿著第一方向相對移動吹出混合物的噴嘴和基板，形成一定寬度的沿著第一方向延伸的第二壓電帶。利用該方法，形成第一壓電帶的寬度方向的端部與第二壓電帶的寬度方向的端部重合、連續的壓電膜。
文檔編號H01L41/00GK1721573SQ20051008316
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月13日 優先權日2004年7月13日
發明者安井基博 申請人:兄弟工業株式會社