JP2000079686A - 圧電体薄膜素子、圧電体薄膜素子を製造するための原盤、インクジェット式記録ヘッド及びこれらの製造方法 - Google Patents

圧電体薄膜素子、圧電体薄膜素子を製造するための原盤、インクジェット式記録ヘッド及びこれらの製造方法

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尚男 西川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な方法でインクジェット式記録ヘッドを
安価に提供する。 【解決手段】 本発明は、インクジェット式記録ヘッド
の圧電体薄膜素子をいわゆる転写法で形成するものであ
る。圧電体薄膜素子５を製造する工程は、圧電体薄膜素
子５の形状に対応した凹部８２を備える原盤８を製造す
る工程と（図１（ａ））、原盤８の凹部８２内に上部電
極４を形成する工程と（図１（ｂ））、上部電極４上に
圧電体膜３を形成する工程と（図１（ｃ））、少なくと
も圧電体膜３を覆うように振動板２を形成し、加圧室基
板となる基板１を接合する工程と（図１（ｄ））、圧電
体薄膜素子５を原盤８から剥離する工程（図１（ｅ））
と、基板１をエッチングして加圧室１１を形成する工程
（図１（ｆ））と、ノズルプレート６を接合する工程
（図１（ｇ））と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク吐出の駆動
源に圧電体薄膜素子を用いたピエゾ式オンデマンド型イ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法に係わり、特に、
圧電体薄膜素子の製造工程においてリソグラフィ工程を
省略したインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドとして、電
気機械変換素子として機能する圧電体薄膜素子をインク
吐出の駆動源に用いたピエゾ式オンデマンド型のタイプ
がある。このインクジェット式記録ヘッドは、インクを
貯蔵し、圧電体薄膜素子の圧力でインクを吐出するため
の加圧室を複数備える加圧室基板と、この加圧室基板に
取り付けられる圧電体薄膜素子を主要構成としている。
【０００３】図１６にインクジェット式記録ヘッドの主
要部の斜視図を示す。理解を容易にするため、この斜視
図は一部断面図となっている。同図に示すように、イン
クジェット式記録ヘッドの主要部は、一方の面には振動
板２と圧電体薄膜素子５を備え、他方の面には一体成形
された加圧室１１を有する加圧室基板１と、ノズル孔６
１を配したノズルプレート６を接合して構成される。加
圧室基板１にはシリコン単結晶基板等をエッチングする
ことで、インクを吐出するための複数の加圧室１１が側
壁１２を介して短冊状に連設されている。各加圧室１１
はインク供給口１３を介して共通流路１４に繋がってい
る。ノズルプレート６には各加圧室１１に対応してイン
クを吐出するためのノズル孔６１が形成されている。振
動板２は、例えば、白金が成膜され、振動板２上の各加
圧室１１に対応する位置には圧電体薄膜素子５が形成さ
れている。また、振動板２の共通流路１４に対応する一
部にインクタンク口２１が形成されている。
【０００４】圧電体薄膜素子５は、例えば、チタン酸ジ
ルコン酸鉛から成る圧電体膜と上部電極とを積層して構
成される。さらに、駆動回路（図示せず）の出力端子と
各圧電体薄膜素子５の上部電極を結線し、駆動回路のア
ース端子と下部電極とを結線して構成されている。
【０００５】このインクジェット式記録ヘッドの構成に
おいて、駆動回路を駆動して圧電体薄膜素子５に所定の
電圧を印加すれば、圧電体薄膜素子５に体積変化が生
じ、加圧室１１内のインク圧力が高まる。インクの圧力
が高まるとノズル孔６１からインク滴が吐出される。
【０００６】従来、インクジェット式記録ヘッドの製造
は、リソグラフィ工程を応用して製造されていた。特
に、圧電体薄膜素子はリソグラフィ工程により所望のパ
ターンに作成することができるため、素子化が容易であ
る。このため、リソグラフィ工程は、インクジェット式
記録ヘッドの製造によく用いられていた。
【０００７】この点を図１７を参照して説明する。同図
は、従来のインクジェット式記録ヘッドの製造工程の概
略を示すものであり、図１７のＡ−Ａ断面図に相当す
る。
【０００８】図１７（ａ）に示すように、表面に熱酸化
法等により酸化膜（絶縁膜）（図示せず）を形成したシ
リコン単結晶基板１上に下部電極を成膜した振動板２、
圧電体膜３、上部電極４を成膜する。次いで、図１７
（ｂ）に示すように、レジストを塗布して所定のパター
ンに露光・現像してレジストパターン９１を形成する。
図１７（ｃ）に示すように、このレジストパターン９１
をマスクとして上部電極４と圧電体膜３をエッチング
し、レジストパターン９１を剥離する。この工程で圧電
体薄膜素子５が形成される。図１７（ｄ）に示すよう
に、圧電体薄膜素子５にエッチング保護膜（図示せず）
を形成した後、基板１の圧電体薄膜素子５が形成される
面と反体側に面にレジストを塗布して所定のパターンに
露光・現像してレジストパターン９２を形成する。図１
７（ｅ）に示すように、このレジストパターン９２をマ
スクとして基板１を例えば、水酸化カリウム水溶液で湿
式異方性エッチングすることで加圧室１１を形成する。
図１７（ｆ）に示すように、各加圧室１１に対応する位
置にノズル孔６１が形成されているノズルプレート６
を、接着剤７を介して基板１に接合する。以上の工程に
より、インクジェット式記録ヘッドを製造することがで
きる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の製造方
法では、リソグラフィ法で圧電体薄膜素子を形成するた
め、一度のパターニングで複数の圧電体薄膜素子を得る
ことができるが、材料の無駄が多くなるため、コストが
増大する。また、設備コストが高く、必要となる設備ス
ペースも広くなる問題がある。近年のパーソナルコンピ
ュータの発達に伴い、インクジェットプリンタが急速に
普及しつつある事情を考慮すると、今後、インクジェッ
トプリンタのさらなる普及のためには、低コスト化は必
要不可欠の課題である。
【００１０】そこで、本発明は、簡易な製造工程で安価
に製造できる圧電体薄膜素子、この圧電体薄膜素子を製
造するための原盤、インクジェット式記録ヘッド及びこ
れらの製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電体薄膜素子
の製造方法は、上部電極と下部電極の間に挟まれる圧電
体膜を備える圧電体薄膜素子の製造方法であって、圧電
体薄膜素子の形状に合わせた凹部が形成されている原盤
で圧電体薄膜素子を転写形成するものである。この方法
により、圧電体薄膜素子を原盤を用いて転写形成するこ
とができるため、リソグラフィ工程を省略することがで
きる。また、原盤は繰り返し使用することができるた
め、製造コストを下げることができる。
【００１２】好ましくは、上記凹部内に上部電極と圧電
体膜を順次積層する工程と、圧電体膜に下部電極を形成
して圧電体薄膜素子を形成する工程と、圧電体薄膜素子
を上記凹部から剥離する工程と、を備える。また、上記
凹部の側壁がテーパ形状である原盤で圧電体薄膜素子を
転写形成することもできる。これにより、圧電体薄膜素
子を原盤から容易に剥離することができる。
【００１３】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製
造方法は、加圧室を備える加圧室基板を形成する工程
と、加圧室基板に形成され、加圧室の加圧源として加圧
室に貯蔵するインクを吐出する圧電体薄膜素子を形成す
る工程と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造
方法である。この圧電体薄膜素子を製造する工程は、圧
電体薄膜素子の形状に応じた所定の凹凸パターンが形成
された原盤で圧電体薄膜素子を転写形成する工程とす
る。
【００１４】好ましくは、圧電体薄膜素子を製造する工
程は、上記凹部内に上部電極と圧電体膜を順次積層する
工程と、圧電体膜に下部電極を形成して圧電体薄膜素子
を形成する工程と、圧電体薄膜素子を上記凹部から剥離
する工程と、を備える。また、上記凹部の側壁がテーパ
形状である原盤で圧電体薄膜素子を転写形成することも
できる。また、加圧室基板を形成する工程は、加圧室の
形状に応じた所定の凹凸パターンが形成された第２の原
盤で加圧室が転写形成される工程としてもよい。
【００１５】本発明の圧電体薄膜素子を製造するための
原盤の製造方法は、原盤母材にレジスト層を形成する工
程と、このレジスト層を前記圧電体薄膜素子の形状に合
わせてパターン形成する工程と、パターン形成されたレ
ジスト層をマスクとして原盤母材をエッチングし、上記
凹部を形成する工程と、を備える。
【００１６】好ましくは、上記凹部の側壁をテーパ形状
に形成する。また、原盤母材をシリコン又は石英からな
る材料とする。
【００１７】本発明の圧電体薄膜素子は、上部電極と下
部電極の間に挟まれる圧電体膜を備える圧電体薄膜素子
であって、その側面の形状をテーパ状とする。
【００１８】本発明のインクジェット式記録ヘッドは、
加圧室基板に形成された加圧室に充填されるインク吐出
の駆動源として機能する圧電体薄膜素子を前記加圧室基
板に設けるインクジェット式記録ヘッドであって、この
圧電体薄膜素子の側面の形状をテーパ状とする。
【００１９】本発明の圧電体薄膜素子を製造するための
原盤は、圧電体薄膜素子の形状に合わせてパターン形成
される凹部を備える。この凹部は７０．５μｍの配列ピ
ッチで形成してもよい。また、凹部を複数の列をなすよ
うに配列し、列の間隔を１４１μｍとしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】（発明の実施の形態１）本実施の
形態は、所定のパターンが形成された原盤で圧電体薄膜
素子を形成するものである。以下、本実施の形態を図１
乃至図７を参照して説明する。ここで、図１は本実施の
形態におけるインクジェット式記録ヘッドの製造工程の
全体概略図、図２は図１に示す製造工程の一部を詳細に
説明する図、図３乃至図５は圧電体薄膜素子を製造する
ための原盤の製造工程断面図、図６は他の形態の圧電体
薄膜素子の製造工程（一部）の断面図、図７（ａ）は他
の形態の原盤の説明図である。図７（ｂ）は他の形態の
圧電体薄膜素子である。
【００２１】（インクジェット式記録ヘッドの製造工
程） 原盤の準備（図１（ａ）） 所定の凹凸パターンを備える原盤８を準備する。この原
盤８には、例えば、０．６μｍの深さの凹部８２が形成
されている。この凹部８２の深さは、次工程において形
成する圧電体薄膜素子の高さに相当する。また、凹部８
２の配列ピッチは、後述する工程で形成される加圧室の
配列ピッチと同じであり、例えば、３６０分の１イン
チ、即ち、７０．５μｍである。この凹部８２は２列形
成されており（図面では一列のみ表示）、列の間隔は、
例えば、１８０分の１インチ、即ち、１４１μｍであ
る。尚、この原盤８の詳細な製造工程は後述する。
【００２２】上部電極成膜工程（図１（ｂ）） 原盤８の凹部８２に上部電極４を成膜する。上部電極４
としては、白金、イリジウム等の導電性材料を用いる。
成膜法としては、例えば、導電性材料の微粒子を溶媒に
分散させた溶液をインクジェット式記録ヘッドで凹部８
２に吐出し、溶媒を除去して上部電極４を形成すること
ができる。上部電極４の厚さは、例えば、０．２μｍと
する。
【００２３】圧電体膜成膜工程（図１（ｃ）） 凹部８２に圧電体膜３を成膜する。この圧電体膜３は、
凹部８２を満たすように成膜する。圧電体膜３の組成と
しては、圧電特性を有する圧電性セラミックスを用い
る。例えば、ＰＺＴ系圧電性材料や、この系にニオブ
酸、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物
を添加したもの等が好適である。圧電体膜３の組成は圧
電体薄膜素子の特性、用途等を考慮して適宜選択する。
具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸
チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム
酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシ
ウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。ま
た、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を
適宜添加することで圧電特性に優れた膜を得ることがで
きる。膜厚は、例えば、０．４μｍ程度に成膜する。圧
電体膜３の成膜法としては、ゾル・ゲル法を応用するこ
とができる。
【００２４】例えば、ゾル・ゲル法で成膜する場合は、
圧電体膜を形成可能な金属成分の水酸化物の水和錯体、
即ち、ゾルを凹部８２に充填した後に脱水処理してゲル
とし、さらに加熱焼成して無機酸化物（圧電体膜）を得
る。具体的には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛のモル混合
比が４４％：５６％となるようなＰＺＴ系圧電体膜の前
駆体をゾル・ゲル法にて、最終的な膜厚が０．４μｍと
なるまで所望の回数（例えば、３回）の充填／乾燥／脱
脂を繰り返して成膜する。充填工程は、例えば、インク
ジェット式記録ヘッドを利用することができる。乾燥工
程は、自然乾燥又は２００℃以下の温度に加熱すること
で行えば良い。脱脂工程は、ゾル組成物の膜をゲル化
し、且つ、膜中から有機物を除去するのに充分な温度
で、十分な時間加熱することで行う。この工程で残留有
機物を実質的に含まない非晶質の金属酸化物からなる多
孔質ゲル薄膜とする。この圧電体膜前駆体を成膜後、圧
電体膜前駆体を結晶化させるために３回目の脱脂後に基
板全体を加熱する。この工程は赤外線輻射光源（図示せ
ず）を用いて基板の両面から酸素雰囲気中で６５０℃で
５分保持した後、９００℃で１分加熱し、その後自然降
温させる。この工程で圧電体膜前駆体は上記の組成で結
晶化及び焼結し、ペロブスカイト結晶構造を備える圧電
体膜３となる。このように、ゾル・ゲル法で成膜する場
合は、ＰＺＴ系圧電体膜前駆体の塗布量を適宜調整する
ことで凹部８２を満たすように圧電体膜３を成膜するこ
とができる。
【００２５】振動板の成膜及び基板の接合工程（図１
（ｄ）） 凹部８２に圧電体膜３を成膜後、振動板２を成膜する。
この例では、振動板２を下部電極と絶縁膜の２層構造と
する。最初に下部電極を成膜する。下部電極の組成とし
ては、白金、イリジウム、酸化イリジウム、金、アルミ
ニウム、ニッケル等の導電性材料を用いることができ
る。成膜法としては、例えば、これらの導電性材料の微
粒子を溶媒に分散させて溶液としたもの、或いは、これ
らの導電性材料のアルコキシド誘導体を溶液に溶かして
溶液としたもの等を塗布することにより行えば良い。塗
布方法としては、スピンコート法、ディップコート法、
ロールコート法、バーコート法等の慣用技術を利用する
ことができる。また、これらはスパッタ法、蒸着法、Ｃ
ＶＤ法等の真空蒸着法や、無電解電気メッキ法等で成膜
しても良い。下部電極を成膜後、絶縁膜を成膜する。絶
縁膜としては、二酸化珪素膜、酸化ジルコニウム膜、酸
化タンタル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等
が利用できる。また、絶縁膜自体をなくして下部電極に
振動板の役割を兼ねてもよい。また、絶縁膜の成膜法は
熱酸化法、常圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ
法等が利用できる。振動板２の成膜後、基板１を接合す
る。この場合、基板１と振動板２の接着力を向上させる
ため、接着剤を介して基板１と振動板２を接着してもよ
い。この基板１としては、例えば、直径１００ｍｍで厚
さ２２０μｍのシリコン単結晶基板を用いる。
【００２６】基板剥離工程（図１（ｅ）） 基板１を、上部電極４、圧電体膜３及び振動板２と一体
的に原盤８から剥離する。この工程により、圧電体薄膜
素子５を備える基板１を得ることができる。
【００２７】尚、原盤８と圧電体薄膜素子５、振動板２
間の摩擦が大きいときは、剥離が困難になる場合があ
る。このような場合、図７（ａ）に示すように、凹部８
２をテーパ状にすることで剥離を容易に行うことができ
る。
【００２８】以上の工程で圧電体薄膜素子を製造するこ
とができる。この圧電体薄膜素子は単独で使用すること
ができる。勿論、インクジェット式記録ヘッドのインク
吐出の駆動源として機能することもできる。
【００２９】加圧室形成工程（図１（ｆ）） 圧電体薄膜素子５にエッチング保護膜（図示せず）を成
膜し、基板１の反対側にレジストを形成する。このレジ
ストをマスクとして基板１をエッチングすることで加圧
室１１を形成する。この工程を図２を参照して詳細に説
明する。
【００３０】図２（a）に示すように、スピンコート
法、スプレー法等の適当な方法で均一な膜厚を有するレ
ジスト層９０を形成する。加圧室が形成されるべき位置
に合わせて所望のパターンが形成されているマスク９７
を用いてレジスト層９０を露光し（（図２（ｂ））、所
定の条件で露光する（（図２（ｃ））。このレジスト層
９０をマスクとして異方性エッチング液、例えば、８０
℃に保温された濃度１０％の水酸化カリウム水溶液を用
いて基板１を所定の深さまでエッチングする。この工程
は平行平板型イオンエッチング等の活性気体を用いた異
方性エッチング方法を用いてもよい。この工程で加圧室
１１が形成される（図２（ｄ））。加圧室１１形成後、
レジスト層９０を剥離する（図２（ｅ））。
【００３１】ノズルプレート接合工程（図１（ｇ）） 以上の工程で形成された基板１に、接着剤７を介して別
体のノズルプレート６を接合する。この接着剤７として
は、エポキシ系、ウレタン系、シリコーン系等の何れで
もよい。このノズルプレート６には、各加圧室１１に対
応してノズル孔６１が形成されている （圧電体薄膜素子の変形例）原盤８を用いて圧電体薄膜
素子を形成する際に、図１（ｃ）に示すように、圧電体
膜３を原盤８の凹部８２を満たすように形成する他、図
６に示すように、凹部８２の途中の深さの厚みで形成し
てもよい。図６（ａ）は、圧電体膜３を形成する工程で
あり、図６（ｂ）は共通電極を２Ｃを形成する工程であ
る。
【００３２】また、図７（ｂ）に示すように、凹部８２
に上部電極４、圧電体膜３及び下部電極２Ａを順次成膜
し、各圧電体薄膜素子を覆うように絶縁膜２Ｂを成膜し
てもよい。
【００３３】（圧電体薄膜素子を製造するための原盤の
製造工程）次に、図３乃至図５を参照して圧電体薄膜素
子を製造するための原盤の製造工程を説明する。
【００３４】＜第１の製造方法＞図３を参照して、圧電
体薄膜素子を製造するための原盤の製造工程（第１の製
造方法）を説明する。図３（ａ）に示すように、原盤母
材８１上にレジスト層９３を形成する。原盤母材８１と
しては、シリコンウエハを用いることができる。シリコ
ンウエハをエッチングする技術は半導体の製造技術で確
立されており、高精度なエッチング制御が可能である。
【００３５】但し、エッチング可能な材料であればシリ
コンウエハに限らず、ガラス、石英、金属、樹脂、セラ
ミック等でもよい。また、レジスト層９３を形成する物
質としては、例えば、半導体デバイス製造において一般
に用いられている、クレゾールノボラック系樹脂に感光
剤としてジアゾナフトキノン誘導体を配合した市販のポ
ジ型レジストを用いることができる。
【００３６】レジスト層９３を形成する方法としては、
スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法、
ロールコート法、バーコート法等の方法を適宜選択すれ
ばよい。
【００３７】次に、図３（ｂ）に示すように、圧電体薄
膜素子が形成されるべき位置に合わせてパターニングさ
れているマスク９４を介してレジスト層９３を露光す
る。図３（ｃ）に示すように、レジスト層９３を所定の
条件で現像することで露光領域が選択的に除去され、原
盤母材８１が表面に露出する。このレジスト層９３をマ
スクとして原盤母材８１を所定の深さまでエッチングす
る（図３（ｄ））。エッチングの方法としては、ウエッ
ト方式又はドライ方式があるが、原盤母材８１の材質、
エッチング断面形状やエッチングレート等の諸特性にお
いて要求される仕様に応じて適宜選択すればよい。制御
性の観点からは、ドライ方式の方が優れており、エッチ
ングガス種、ガス流圧、ガス圧、バイアス電圧等の条件
を変更することで凹部８２を矩形にしたり、テーパを付
けたりと所望の形状にエッチングすることができる。特
に、誘導結合型（ＩＣＰ）方式、エレクトロンサイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）方式、ヘリコン波励起方式等の高
密度プラズマエッチング方式は原盤母材８１を深くエッ
チングするのに好適である。
【００３８】次いで、図３（ｅ）に示すように、レジス
ト層９３を剥離して、圧電体薄膜素子の形状に応じた凹
凸パターンを備える原盤８を得る。
【００３９】尚、上述の説明では、原盤母材８１のエッ
チングマスクとしてポジ型のレジストを用いたが、ネガ
型のレジストを用いてもよい。この場合、マスク９４の
パターンが反転したマスクを用いる。或いは、マスクを
用いずに、レーザ光、電子線等で直接レジストをパター
ン露光してもよい。
【００４０】＜第２の製造方法＞次に、図４、図５を参
照して圧電体薄膜素子を製造するための原盤の第２の製
造方法を説明する。
【００４１】図４（ａ）に示すように、原盤８３上にレ
ジスト層９８を形成する。原盤８３はプロセス流動にお
けるレジスト層９８の支持体としての役目を担うもので
あり、プロセス流動に必要な機械的強度や薬液耐性等の
プロセス耐性を有し、レジスト層９８を形成する物質と
の濡れ性、密着性が良好なものであれば特に限定されな
い。例えば、ガラス、石英、シリコンウエハ、樹脂、金
属、セラミック、等の基板が利用できる。ここでは、表
面を酸化したセリウム系の研磨剤を用いて平坦に研磨し
た後、洗浄、乾燥したガラス製原盤を用いる。レジスト
層９８を形成する物質、成膜法等は上述の第１の製造方
法と同じである。図４（ｂ）に示すように、マスク９９
を介してレジスト層９８を露光する。このマスク９９は
所定の領域に光が透過するようにパターン形成されたも
のである。レジスト層９８を現像すると、図４（ｃ）に
示すように、露光領域が除去されてレジスト層９８がパ
ターニングされる。レジスト層９８と表面に露出した原
盤８３に導体化層８４を形成して表面を導体化する（図
５（ｄ））。導体化層８４としては、例えば、ニッケル
を５００オングストローム乃至１０００オングストロー
ムの厚みで形成するればよい。導体化層８４の形成法と
しては、スパッタ法、ＣＶＤ、蒸着、無電解メッキ法等
の方法がある。図５（ｅ）に示すように、導体化層８４
により導体化されたレジスト層９８、原盤８３を陰極と
し、チップ状或いはボール状のニッケルを陽極として電
気メッキ法によりニッケルを電着させて金属層８５を形
成する。電気メッキ液の組成は以下のようになる。
【００４２】 スルファミン酸ニッケル ：５００ｇ／ｌ ホウ酸 ： ３０ｇ／ｌ 塩化ニッケル ： ５ｇ／ｌ レベリング剤 ：１５ｍｇ／ｌ 図５（ｆ）に示すように、導体化層８４と金属層８５を
原盤８３から剥離して洗浄した後、原盤８とする。
【００４３】尚、導体化層８４は必要に応じて剥離処理
をすることで金属層８５から剥離してもよい。また、原
盤８３は耐久性の許す限り、再生、洗浄処理をすること
で再利用が可能である。
【００４４】以上、説明したように、本実施の形態によ
れば、圧電体薄膜素子を、所定の凹凸パターンが形成さ
れた原盤で転写形成することができるため、インクジェ
ット式記録ヘッドの製造コストを下げることができる。
即ち、原盤は一度製造すればその後、耐久性の許す限り
何度でも使用可能であるから、２度目以降のインクジェ
ット式記録ヘッドの製造において原盤の製造を省略する
ことができる。
【００４５】また、リソグラフィ工程を減らすことで製
造設備の省スペース化を実現することができ、また、リ
ソグラフィ工程に必要な材料のコストを下げることがで
きる。
【００４６】（発明の実施の形態２）本実施の形態は、
所定のパターンが形成されている原盤で圧電体薄膜素子
と加圧室基板を形成するものである。以下、本実施の形
態を図８乃至図１５を参照して説明する。ここで、図８
と図９は、原盤を用いて加圧室を形成した加圧室基板
を、共通電極を介して圧電体薄膜に接合する工程図、図
１０は原盤を用いて加圧室基板を形成する工程図、図１
１は加圧室基板にノズルを形成する工程図、図１２と図
１３は他の形態の原盤の断面図、図１４と図１５は原盤
の剥離工程の説明図である。
【００４７】（インクジェット式記録ヘッドの製造工
程）本実施の形態における圧電体薄膜素子と共通電極
は、図１（ａ）乃至図１（ｃ）と同様に形成する。圧電
体薄膜素子と共通電極の形成法は実施の形態１と同じで
あるため、説明を省略する。
【００４８】圧電体薄膜素子と共通電極を形成後、図８
に示すように、所定の凹凸パターンを有する原盤で形成
された加圧室基板１０を形成後（製造工程については後
述する）、振動板２に接合する。この場合、接着剤を介
して加圧室基板１０と振動板２を接合してもよい。ま
た、図８に示すようなノズル一体成形型の加圧室基板１
０の他、図９に示すように、ノズルプレートを別途接合
する形態のものでもよい。この場合、加圧室基板１０を
接合後（図９（ａ））、ノズルプレート６を加圧室基板
１０に接合する（図９（ｂ））。
【００４９】（加圧室基板の製造工程） 原盤の準備（図１０（ａ）） 加圧室の形状に合わせて凹部２１が形成された原盤２０
を用意する。この原盤２０の製造法は実施の形態１と同
様であるため、詳細な説明を省略する。
【００５０】加圧室基板形成用材料塗布工程（図１０
（ｂ）） 本工程は、原盤２０に加圧室基板形成用材料１０を塗布
し、固化させる工程である。加圧室基板形成用材料１０
としては、加圧室基板として要求される機械的強度や耐
食性等の特性を満足するものであり、かつ、プロセス耐
性を有するものであれば特に限定されるものではなく、
種々の物質が利用できるが、エネルギーの付与により硬
化可能な物質が好ましい。このような物質を利用するこ
とで、原盤上に塗布する際には低粘性の液状の物資とし
て取り扱うことが可能である。そのため、原盤上の凹部
の微細部にまで加圧室基板形成用材料１０を容易に充填
することができ、原盤上の凹凸パターンを精密に転写す
ることができる。
【００５１】加圧室基板形成用材料１０に与えるエネル
ギーとしては、光若しくは熱のうちいずれか一方または
光および熱の双方のうちいずれかであることが好まし
い。これらのエネルギーは、汎用の製造装置、すなわち
露光装置、焼結炉、ホットプレート等を使用することが
でき、製造コストを低く抑え、新たな製造装置を導入す
ることにより製造空間の過密化を避けることができる。
【００５２】加圧室基板形成用材料１０の材料として
は、例えば、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリシロ
キサン、ポリシラザン等の珪素系高分子前駆体、ポリイ
ミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミ
ン系樹脂、ノボラック系樹脂等の有機高分子前駆体が利
用できる。
【００５３】尚、必要に応じて塗布を容易或いは可能に
するために、上記物質を溶剤に溶解させて使用しても良
い。その溶剤としては、例えば、プロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコール
モノプロピルエーテル、メトキシメチルプロピオネー
ト、エトキシエチルプロピオネート、エチルセロソル
ブ、エチルセロソルブアセテート、エチルラクテート、
エチルピルビネート、メチルアミルケトン、シクロヘキ
サノン、キシレン、トルエン、ブチルアセテート等のう
ち一種または複数種類の混合溶液を利用できる。
【００５４】加圧室基板形成用材料１０を塗布した後、
その材料に応じた硬化処理を施して固化させる。
【００５５】尚、加圧室基板形成用材料１０の材料とし
ては、上記の他、熱可塑性の物質、例えば、水和ガラス
を用いることもできる。ここでいう水和ガラスとは、数
％乃至数十％の水を含有した常温で固体のガラスであ
り、高温で可塑性を示す。この水和ガラスを原盤２０上
に形成後、脱水処理をすると機械的強度、耐食性、耐熱
性に優れた加圧室基板が得られる。
【００５６】加圧室基板剥離工程（図１０（ｃ）） 本工程は、加圧室基板１０を原盤２０から剥離する工程
である。剥離方法としては、原盤２０を固定し、加圧室
基板１０を吸着保持して機械的に剥離する。この場合、
図１２に示すように、原盤２０に形成される凹凸パター
ンの凹部２１の形状を開口部が大きいテーパ状とするこ
とで、剥離の際の加圧室基板１０と原盤２０間の摩擦を
低減することができ、加圧室基板１０の剥離を容易に行
える。
【００５７】ノズル孔形成工程（図１０（ｄ）） 本工程では、加圧室基板１０の各加圧室１１に対応した
位置にノズル孔６１を形成する。ノズル孔６１の形成方
法は、リソグラフィ法、レーザ加工、ＦＩＢ加工、放電
加工等を利用することができる。
【００５８】本工程を図１１を参照して詳細に説明す
る。図１１（ａ）に示すように、加圧室基板１０にレジ
スト層９４を形成する。レジスト層９４の組成、成膜法
等は上述したものと同じである。次いで、図１１（ｂ）
に示すように、マスク９６を介してノズル孔が形成され
るべき位置に合わせて露光する。露光領域を現像し、除
去することで加圧室基板１０が表面に露出する図１１
（ｃ）。このレジスト層９４をマスクとして加圧室基板
１０を貫通するまでエッチングする（図１１（ｄ））。
エッチング方法は実施の形態１と同様の方法を用いれば
よい。エッチング終了後、レジスト層９４を剥離するこ
とでノズル孔６１が形成された加圧室基板１０を得る
（図１１（ｅ））。
【００５９】（原盤と加圧室基板の剥離工程における他
の例）図１０（ｃ）に示す原盤２０と加圧室基板１０の
剥離工程は、以下に説明する他の例（第１の剥離方法〜
第３の剥離方法）による方法でもよい。
【００６０】（第１の剥離方法）図１３に示すように、
原盤２０の表面に加圧室基板１０と密着力の低い材質か
らなる離型層２３を形成しても同様の効果を得ることが
できる。離型層２３としては、原盤２０と加圧室１０の
材質に合わせて適宜選択すればよい。
【００６１】（第２の剥離方法）また、図１４に示すよ
うに、加圧室基板１０を原盤２０から剥離する前に、原
盤２０と加圧室基板１０の界面に放射線を照射して両者
の密着力を低減させることもできる。この方法によれ
ば、両者の界面において、アブレーション等の現象で、
原子間又は分子間の種々の結合力を低減又は消失させる
ことができる。さらには、放射線を照射することで加圧
室基板１０から気体が放出され、分離効果が発現される
こともある。
【００６２】放射線としては、例えば、エキシマレーザ
光が好ましい。エキシマレーザ光は短波長領域で高エネ
ルギーを出力する装置が実用化されており、極めて短時
間の処理が可能である。よって、界面近傍においてのみ
アブレーションが引き起こされ、原盤２０と加圧室基板
１０に殆ど影響を与えることがない。但し、エキシマレ
ーザ光に限らず、界面剥離に効果的であれば種々の放射
線が利用可能である。
【００６３】また、原盤２０は利用する放射線を透過す
るのを用いる。放射線透過率は１０％以上であるものが
好ましく、さらに好ましくは、５０％である。放射線透
過率が低すぎると、放射線の吸収率が大きくなり、アブ
レーション等の現象に必要な放射線量を得ることができ
ないためである。この点に関し、原盤２０の材質に石英
ガラスを用いることで上述したエキシマレーザ光の透過
率が高く、機械的強度や耐熱性においても優れているた
め、原盤材料として好適である。
【００６４】（第３の剥離方法）また、図１５に示すよ
うに、放射線により原盤２０と加圧室基板１０の界面で
剥離を生じる分離層２４を形成することも可能である。
分離層２４内でアブレーション剥離をすることで原盤２
０と加圧室基板１０に影響を与えることがない。
【００６５】分理層２４としては、例えば、非晶質シリ
コン、酸化珪素、珪酸化合物、酸化チタン、チタン酸化
合物、酸化ジルコニウム、ジルコン酸化合物、酸化ラン
タン、ランタン酸化合物等の各種酸化物セラミックスが
利用できる。また、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化
チタン等の窒化セラミックス、アクリル系樹脂、エポキ
シ系樹脂。ポリアミド、ポリイミド等の有機高分子材料
も利用できる。更に、アルミニウム、リチウム、チタ
ン、マンガン、インジウム、スズ、イットリウム、ラン
タン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、サマリウム
の中から選ばれた１種又は２種以上の合金を利用するこ
とができる。これらの材料はプロセス条件、原盤２０の
材質等に応じて適宜選択すればよい。
【００６６】分離層２４の成膜法は、ＣＶＤ、蒸着、ス
パッタ法、イオンプレーティング法等の各種気相成長
法、電気メッキ、無電解メッキ、ラングミュア・ブロジ
ェット法、スピンコート法、スプレーコート法、ロール
コート法、バーコート法等が利用できる。
【００６７】分離層２４の厚みは、分離層２４の組成に
より異なるが、通常は１ｎｍ〜２０μｍであることが好
ましい。更に、１０ｎｍ〜２０μｍが好ましく、４０ｎ
ｍ〜１μｍ程度が特に好ましい。分離層２４の厚さが薄
すぎると加圧室基板１０へのダメージが大きくなり、厚
さが厚すぎると、剥離するための放射線量が多くなるた
めである。また、分離層２４の膜厚はできるだけ均一で
あることが好ましい。
【００６８】以上、説明したように、本実施の形態によ
れば、圧電体薄膜素子の他、加圧室基板を、所定の凹凸
パターンが形成された原盤で転写形成することができる
ため、インクジェット式記録ヘッドの製造コストを下げ
ることができる。即ち、原盤は一度製造すればその後、
耐久性の許す限り何度でも使用可能であるから、２度目
以降のインクジェット式記録ヘッドの製造において原盤
の製造を省略することができる。
【００６９】また、リソグラフィ工程を減らすことで製
造設備の省スペース化を実現することができ、また、リ
ソグラフィ工程に必要な材料のコストを下げることがで
きる。
【００７０】
【発明の効果】本発明によれば、リソグラフィ工程を省
略した簡易な方法でインクジェット式記録ヘッドを製造
することができる。このため、インクジェット式記録ヘ
ッドを安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明のインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造工程図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は、図１に示す製造工程の
一部を詳細に説明する図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は、圧電体薄膜素子を製造
するための原盤の製造工程図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、圧電体薄膜素子を製造
するための原盤の製造工程図である。
【図５】図５（ｄ）〜（ｆ）は、圧電体薄膜素子を製造
するための原盤の製造工程図である。
【図６】図６（ａ）（ｂ）は、圧電体薄膜素子の他の例
を示す図である。
【図７】図７（ａ）は圧電体薄膜素子を製造するための
原盤の他の例を示す図である。図７（ｂ）は圧電体薄膜
素子の他の形態を示す図である。
【図８】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造工
程図である。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、本発明のインクジェット
式記録ヘッドの製造工程図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、図８に示す製造工
程の一部を詳細に説明する図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｅ）は、図８に示す製造工
程の一部を詳細に説明する図である。
【図１２】加圧室基板を製造するための原盤の他の例を
示す図である。
【図１３】加圧室基板を製造するための原盤の他の例を
示す図である。
【図１４】原盤と加圧室基板の剥離を説明するための図
である。
【図１５】原盤と加圧室基板の剥離を説明するための図
である。
【図１６】インクジェット式記録ヘッドの構成を示す一
部分解斜視図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｆ）は、従来のインクジェ
ット式記録ヘッドの製造工程断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…振動板、３…圧電体膜、４…上部電極、
５…圧電体薄膜素子、６…ノズルプレート、７…接着
層、８…原盤、８２…凹部、１０…加圧室基板、１１…
加圧室、８４…導体化層、８５…金属層、６１…ノズル
孔

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上部電極と下部電極の間に挟まれる圧電
    体膜を備える圧電体薄膜素子の製造方法において、前記
    圧電体薄膜素子の形状に合わせた凹部が形成されている
    原盤で前記圧電体薄膜素子を転写形成する、圧電体薄膜
    素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記凹部内に上部電極と圧電体膜を順次
    積層する工程と、前記圧電体膜に前記下部電極を形成し
    て圧電体薄膜素子を形成する工程と、前記圧電体薄膜素
    子を前記凹部から剥離する工程と、を備える請求項１に
    記載の圧電体薄膜素子の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記凹部の側壁がテーパ形状である原盤
    で圧電体薄膜素子を転写形成する、請求項１又は請求項
    ２に記載の圧電体薄膜素子の製造方法。
  4. 【請求項４】 加圧室を備える加圧室基板を形成する工
    程と、 前記加圧室基板に形成され、前記加圧室の加圧源として
    前記加圧室に貯蔵するインクを吐出する圧電体薄膜素子
    を形成する工程と、を備えるインクジェット式記録ヘッ
    ドの製造方法において、 前記圧電体薄膜素子を製造する工程は、前記圧電体薄膜
    素子の形状に応じた所定の凹凸パターンが形成された原
    盤で前記圧電体薄膜素子を転写形成する工程である、イ
    ンクジェット式記録ヘッドの製造方法。
  5. 【請求項５】 前記圧電体薄膜素子を製造する工程は、
    前記凹部内に上部電極と圧電体膜を順次積層する工程
    と、前記圧電体膜に前記下部電極を形成して圧電体薄膜
    素子を形成する工程と、前記圧電体薄膜素子を前記凹部
    から剥離する工程と、を備える請求項４に記載のインク
    ジェット式記録ヘッドの製造方法。
  6. 【請求項６】 前記凹部の側壁がテーパ形状である原盤
    で圧電体薄膜素子を転写形成する、請求項４又は請求項
    ５に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
  7. 【請求項７】 前記加圧室基板を形成する工程は、前記
    加圧室の形状に応じた所定の凹凸パターンが形成された
    第２の原盤で加圧室が転写形成される工程である、請求
    項４乃至請求項６のうち何れか１項に記載のインクジェ
    ット式記録ヘッドの製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のうち何れか１項
    に記載の原盤の製造方法において、原盤母材にレジスト
    層を形成する工程と、このレジスト層を前記圧電体薄膜
    素子の形状に合わせてパターン形成する工程と、前記パ
    ターン形成されたレジスト層をマスクとして前記原盤母
    材をエッチングし、前記凹部を形成する工程と、を備え
    る圧電体薄膜素子を製造するための原盤の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記凹部の側壁をテーパ形状に形成す
    る、請求項８に記載の圧電体薄膜素子を製造するための
    原盤の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記原盤母材はシリコン又は石英から
    なる、請求項８又は請求項９に記載の圧電体薄膜素子を
    製造するための原盤の製造方法。
  11. 【請求項１１】 上部電極と下部電極の間に挟まれる圧
    電体膜を備える圧電体薄膜素子において、その側面の形
    状がテーパ状である、圧電体薄膜素子。
  12. 【請求項１２】 加圧室基板に形成された加圧室に充填
    されるインク吐出の駆動源として機能する圧電体薄膜素
    子を前記加圧室基板に設けるインクジェット式記録ヘッ
    ドにおいて、前記圧電体薄膜素子は、側面の形状がテー
    パ状である、インクジェット式記録ヘッド。
  13. 【請求項１３】 圧電体薄膜素子の形状に合わせてパタ
    ーン形成される凹部を備える、圧電体薄膜素子を製造す
    るための原盤。
  14. 【請求項１４】 前記凹部は７０．５μｍの配列ピッチ
    で形成されている、請求項１３に記載の圧電体薄膜素子
    を製造するための原盤。
  15. 【請求項１５】 前記凹部は複数の列をなして配列され
    ており、前記列の間隔は１４１μｍである、請求項１４
    に記載の圧電体薄膜素子を製造するための原盤。
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