JP6119231B2 - 強誘電体膜の製造方法、液体吐出ヘッドの製造方法、強誘電体膜製造装置、液体吐出ヘッド製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置あるいは画像形成装置として使用されるインクジェット式記録ヘッドに用いられる液体吐出ヘッドの製造方法、該製造方法により得られる液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置、並びに液体吐出ヘッド製造装置に関する。
従来から、インクを吐出するノズル開口と連通する圧力室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子で変形させることで圧力室内のインクを加圧してノズル開口からインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドとして、圧電素子の軸方向に伸長収縮する圧電アクチュエータと、たわみ力を利用した圧電アクチュエータが実用化されている。
このうち、たわみ力を利用した圧電アクチュエータとしては、振動板の表面に圧電体層を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力室に対応する形状に切り分け、各圧力室ごとに独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
この圧電体層では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの強誘電体膜が用いられる。このような強誘電体膜を成膜する方法としては、例えば以下の方法が知られている。すなわち、ＣＳＤ法によって強誘電体前駆体膜が形成された後、加熱焼成処理をすることで結晶化させることを所定回数繰り返して成膜する方法である（例えば、特許文献１参照）。なお、ＣＳＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、化学溶液堆積法、またはゾル−ゲル法などとも呼ばれる。
また、強誘電体前駆体のゾルをインクジェット方式の塗布機構を用いて塗布し、このゾルに熱処理を施して該ゾルを結晶化させ、強誘電体薄膜を成膜することでパターニングされた強誘電体膜を成膜する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の方法によれば、無駄に廃棄されるゾルの量を低減させることができる。
特許文献１に記載の従来の強誘電体膜の成膜法では、強誘電体前駆体のゾルをインクジェット方式で塗布する際に、インクジェットヘッドのノズルばらつきやノズル不良により液滴の着弾位置にずれが少しでも発生すると、パターニングの精度が悪化し、強誘電体膜の形状に影響し、所望の強誘電体膜の特性が得られなくなるという問題がある。
ところで、強誘電体前駆体のゾルの塗布から強誘電体膜の焼成までの待機時間のばらつきが、焼成後の塗膜の形状のばらつきの原因となっている。
塗布から焼成までの待機時間にも、塗布液中の溶媒の気化が進み、塗布液の物性が変化するため、待機時間の長短が焼成中の溶質の移動に影響する。また焼成中の溶質の移動は、焼成後の塗膜の形状に影響を与える。特に、乾燥が早い塗布液を用いた場合では、待機時間長短による塗膜の形状への影響が顕著である。
特許文献２には、強誘電体前駆体のゾルをインクジェット方式により塗布する前に、予め表面改質工程を行う例が示されている。表面改質の効果は時間が経つと弱まるため、表面改質から塗布までの待機時間のばらつきが、パターニング精度のばらつきの原因となることがある。
そこで、本発明は上記課題を鑑み、強誘電体膜の形状ばらつき及び／又はパターニング精度のばらつきが低減され、安定した圧電特性と吐出特性を有する液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る強誘電体膜の製造方法は、シリコンウエハを前もって処理し収納部材に収納するシリコンウエハ供給工程と、前記シリコンウエハをステージに搬送し、後の工程で正しく処理されるように配置する位置調整工程と、前記シリコンウエハの表面に形成された導電層上の少なくとも一部に表面改質を行う表面改質工程と、表面改質された前記導電層上に、強誘電体前駆体を含む液をインクジェット法により塗布して強誘電体前駆体膜を形成する塗布工程と、前記強誘電体前駆体膜を加熱する熱処理工程であって、加熱方法の異なる第１の熱処理工程及び第２の熱処理工程を含む熱処理工程と、前記熱処理工程で加熱された前記シリコンウエハを冷却する冷却工程と、を含み、前記位置調整工程から前記冷却工程までの一連の工程を上記の順に所定の回数繰り返し実行して所定の厚さの強誘電体膜を形成し、前記一連の工程は複数のシリコンウエハに対しパイプライン的に実行され、前記一連の工程において、前記表面改質工程終了後、次のシリコンウエハについての前記表面改質工程を開始するまでに所定の待機時間Ｔ３を設け、前記表面改質工程終了から前記塗布工程開始までの時間Ｔ１と当該時間の前後の工程の処理時間とを足し合わせた時間が前記表面改質工程の処理時間と前記所定の待機時間Ｔ３とを足し合わせた時間に等しくなるように前記所定の待機時間Ｔ３を設定することによって前記時間Ｔ１を一定とし、あるいは前記塗布工程終了から前記第１の熱処理工程開始までの時間Ｔ２と当該時間の前後の工程の処理時間とを足し合わせた時間が前記表面改質工程の処理時間と前記所定の待機時間Ｔ３とを足し合わせた時間に等しくなるように前記所定の待機時間Ｔ３を設定することによって前記時間Ｔ２を一定とすることを特徴とする強誘電体膜の製造方法である。
本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、強誘電体膜の形状ばらつき及び／又はパターニング精度のばらつきが低減され、安定した圧電特性と吐出特性を有する液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置、液体吐出ヘッド製造装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。そして、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、例えば、図８に示すような液体吐出ヘッドの製造方法である。当該液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル２と、ノズル２に連通する圧力室３と、圧力室３の壁面を形成する圧力室基板５とを備える。さらに当該液体吐出ヘッドは、圧力室基板５の一方向の面に振動板１を介して設けられ、下部電極６、７、強誘電体膜８、及び上部電極９を有し、圧力室３内の液体を加圧する圧電素子１０を備える。
当該液体吐出ヘッドの製造方法は、圧力室基板５となるシリコンウエハの表面に、圧電素子１０の下部電極７となる導電層を形成した後、前記シリコンウエハを収納部材に収納するシリコンウエハ供給工程を含む。当該液体吐出ヘッドの製造方法はさらに、前記シリコンウエハをステージに搬送し、載置した前記シリコンウエハの中心とオリフラ位置を合わせる位置調整工程を含む。当該液体吐出ヘッドの製造方法はさらに、前記導電層上の少なくとも一部に表面改質を行う表面改質工程を含む。当該液体吐出ヘッドの製造方法はさらに、表面改質された前記導電層上に、前記強誘電体膜８となる強誘電体前駆体を含む液をインクジェット法により塗布して強誘電体前駆体膜を形成する塗布工程を含む。当該液体吐出ヘッドの製造方法はさらに、前記強誘電体前駆体膜を加熱する熱処理工程と、前記熱処理工程で加熱された前記シリコンウエハを冷却する冷却工程とを含む。
当該液体吐出ヘッドの製造方法では、前記位置調整工程から前記冷却工程までの一連の工程を上記の順に所定の回数繰り返し実行して所定の厚さの強誘電体膜を形成する。又前記一連の工程は複数のシリコンウエハに対しパイプライン的に実行される。又前記一連の工程において、前記表面改質工程終了後、次のシリコンウエハについての前記表面改質工程を開始するまでに所定の待機時間を設ける。このようにして、前記表面改質工程終了から前記塗布工程開始までの時間Ｔ１、及び前記塗布工程終了から前記熱処理工程開始までの時間Ｔ２の少なくともいずれかを一定とする。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法において、たわみ力を利用したたわみモードの圧電素子１０を製造するフローチャートを示したものである。又図１は、前記位置調整工程から前記冷却工程までの一連の工程を所定の回数繰り返し実行し、所定の厚さの強誘電体膜を形成する連続動作を示したものである。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法において、たわみ力を利用したたわみモードの圧電素子１０を製造するフローチャートを示したものである。又図１は、前記位置調整工程から前記冷却工程までの一連の工程を所定の回数繰り返し実行し、所定の厚さの強誘電体膜を形成する連続動作を示したものである。
図１（Ａ）は、熱処理工程において乾燥及び脱脂を行うパターンＡを示したものであり、図１（Ｂ）は、熱処理工程において、乾燥、脱脂、及び焼成を行うパターンＢを示したものであり、図１（Ｃ）はパターンＡ及びパターンＢをｎ回繰り返して所定の厚さの強誘電体膜を形成する圧電素子の製造のフローを示したものである。
図１に示したフローチャートに従って全自動で動作する成膜装置の概略平面図を、図２に示す。図２に示す装置の動作については後述する。
図３は、図１に示したフローチャートに従って圧電素子を製造するタイミングチャートであり、シリコンウエハ３枚の場合における開始から６０分までの流れを示した図である。
図３に示すとおり、１枚目のシリコンウエハの表面改質工程が終わっても、２枚目の表面改質工程を直ちに始めずに、Ｔ３で示す時間（例えば、５分間）待機するように制御する。
このように一定の待機時間Ｔ３を設ける理由は、複数のウエハを成膜装置にパイプライン的に流す場合に処理が滞らないようにするためである。仮に最長の工程（図３では「第１の熱処理工程」）の処理時間よりも短い間隔で、ウエハを順次投入した場合、その最長の工程がネックとなり、その工程の前にウエハの待ち行列ができてしまう。これを回避するためには、
Ｔ３＋最初の工程の処理時間 ＝ 最長の工程の処理時間
となるようＴ３を設定すればよい。すなわち、２枚目以降のウエハ処理では、そのウエハ投入前に「前のウエハの最初の工程の処理時間＋Ｔ３」だけ待って処理を開始すれば、最長の工程の前で追加の待ち時間が発生することはない。あとで待つことがわかっているなら、最初に待っておこう、というわけである。 図３では、「最初の工程」は「表面改質工程」、「最長の工程」は「第１の熱処理工程」となっているので、
Ｔ３＋表面改質工程の処理時間 ＝ 第１の熱処理工程の処理時間
とすれば、第１の熱処理工程の前でウエハの待ち行列ができることはない。
一方、成膜の品質を上げるためには、Ｔ１とＴ２の一方または両方を一定にすることが望ましい。すなわち、表面改質工程終了から塗布工程開始までの時間Ｔ１、または塗布工程終了から熱処理工程開始までの時間Ｔ２の待ち時間を設け、一連の工程を所定の回数繰り返し実行する間、Ｔ１とＴ２の一方または両方を一定にすることが望ましい。前述したように、一定の待機時間Ｔ１を設定することで、表面改質の効果のばらつきを抑えパターニング精度のばらつきを抑えることができ、一定の待機時間Ｔ２を設定することで、焼成後の塗膜の形状のばらつきを抑えることができるからである。
Ｔ３＋最初の工程の処理時間 ＝ 最長の工程の処理時間
となるようＴ３を設定すればよい。すなわち、２枚目以降のウエハ処理では、そのウエハ投入前に「前のウエハの最初の工程の処理時間＋Ｔ３」だけ待って処理を開始すれば、最長の工程の前で追加の待ち時間が発生することはない。あとで待つことがわかっているなら、最初に待っておこう、というわけである。 図３では、「最初の工程」は「表面改質工程」、「最長の工程」は「第１の熱処理工程」となっているので、
Ｔ３＋表面改質工程の処理時間 ＝ 第１の熱処理工程の処理時間
とすれば、第１の熱処理工程の前でウエハの待ち行列ができることはない。
一方、成膜の品質を上げるためには、Ｔ１とＴ２の一方または両方を一定にすることが望ましい。すなわち、表面改質工程終了から塗布工程開始までの時間Ｔ１、または塗布工程終了から熱処理工程開始までの時間Ｔ２の待ち時間を設け、一連の工程を所定の回数繰り返し実行する間、Ｔ１とＴ２の一方または両方を一定にすることが望ましい。前述したように、一定の待機時間Ｔ１を設定することで、表面改質の効果のばらつきを抑えパターニング精度のばらつきを抑えることができ、一定の待機時間Ｔ２を設定することで、焼成後の塗膜の形状のばらつきを抑えることができるからである。
Ｔ１だけを一定にするには、Ｔ１の前後に余分な待ち時間が加わらないように、「表面改質工程＋Ｔ１＋塗布工程」をまとめて１つの工程と考え、それが最長の工程となるようＴ１を設定し、上記と同様に考えればよい。すなわち、
Ｔ３＋表面改質工程の処理時間 ＝ 表面改質工程の処理時間＋Ｔ１＋塗布工程の処理時間
簡約すれば、
Ｔ３ ＝ Ｔ１＋塗布工程の処理時間
となる。
Ｔ３＋表面改質工程の処理時間 ＝ 表面改質工程の処理時間＋Ｔ１＋塗布工程の処理時間
簡約すれば、
Ｔ３ ＝ Ｔ１＋塗布工程の処理時間
となる。
Ｔ２だけを一定にするには、Ｔ２の前後に余分な待ち時間が加わらないように、「塗布工程＋Ｔ２＋第１の熱処理工程」をまとめて１つの工程と考え、それが最長の工程となるようＴ２を設定し、同様に考えればよい。すなわち、
表面改質工程の処理時間＋Ｔ３ ＝ 塗布工程の処理時間＋Ｔ２＋第１の熱処理工程の処理時間
Ｔ１とＴ２の両方を一定にするには、上記と同様に考えてもよいが、より短いＴ３を得るためには以下のようにしてもよい。すなわち図３に示すように、１枚目のウエハの最初の工程完了後から、第１の熱処理工程完了までの時間が、２枚目のウエハの開始からＴ２完了までの時間に等しくなるようにしてもよい。すなわち
Ｔ１＋塗布工程の処理時間＋Ｔ２＋第１の熱処理工程の処理時間
＝ Ｔ３＋表面改質工程の処理時間＋Ｔ１＋塗布工程の処理時間＋Ｔ２
１枚目の第１の熱処理工程の完了時刻と２枚目のＴ２の完了時刻が同期しているので、２枚目を処理しているときのＴ２のあとに余分な待ち時間が生じることはなく、２枚目は直ちに第１の熱処理工程に進むことができる。上の式を簡約すれば、
第１の熱処理工程の処理時間 ＝ Ｔ３＋表面改質工程の処理時間
となる。
表面改質工程の処理時間＋Ｔ３ ＝ 塗布工程の処理時間＋Ｔ２＋第１の熱処理工程の処理時間
Ｔ１とＴ２の両方を一定にするには、上記と同様に考えてもよいが、より短いＴ３を得るためには以下のようにしてもよい。すなわち図３に示すように、１枚目のウエハの最初の工程完了後から、第１の熱処理工程完了までの時間が、２枚目のウエハの開始からＴ２完了までの時間に等しくなるようにしてもよい。すなわち
Ｔ１＋塗布工程の処理時間＋Ｔ２＋第１の熱処理工程の処理時間
＝ Ｔ３＋表面改質工程の処理時間＋Ｔ１＋塗布工程の処理時間＋Ｔ２
１枚目の第１の熱処理工程の完了時刻と２枚目のＴ２の完了時刻が同期しているので、２枚目を処理しているときのＴ２のあとに余分な待ち時間が生じることはなく、２枚目は直ちに第１の熱処理工程に進むことができる。上の式を簡約すれば、
第１の熱処理工程の処理時間 ＝ Ｔ３＋表面改質工程の処理時間
となる。
図２は、図１に示したフローチャートに従い全自動で動作する成膜装置の概略平面図である。
図２に示す成膜装置は、シリコンウエハを１枚ずつ流動する枚葉式装置であって、搬送手段１１が設置されている。搬送手段１１は各工程を行う手段の中心となる位置に設置されており、各工程間の移動時間を安定に維持することができる。
シリコンウエハ供給工程において、搬送手段１１はシリコンウエハを、ステージ１８上に設置された収納部材１２から位置調整手段１３へ搬送する。
収納部材１２は、１ロット分のシリコンウエハが収納可能である。
収納部材１２には、スパッタ、フォトリソ、エッチングの工程により下部電極として図４（Ａ）に示すようにシリコンウエハ全面に白金６と、白金６の上に部分的に導電性酸化物７（例えば、ＳｒＲｕＯ３）が成膜されたシリコンウエハが１ロット分収納される。
１ロットのシリコンウエハが収納されていることにより、シリコンウエハの管理や生産状況の管理が容易になる。シリコンウエハの管理としては、例えば、自動製膜装置内に流動しているシリコンウエハに管理番号をつけ、製造履歴をシーケンス制御により管理し、モニター表示すること等が挙げられる。
位置調整手段１３により、シリコンウエハの中心及びオリフラ位置が調整される。
次いで、シリコンウエハを表面改質手段１４に搬送し、１枚目の搬送が完了した後、２枚目のシリコンウエハを収納部材１２から位置調整手段１３に搬送する。このような動作を連続で繰り返すことにより、休止時間を最小にすることができる。
表面改質手段により、下部電極上部に部分的に自己組織化単分子膜（以下、「ＳＡＭ膜」という。ＳＡＭ：Self Assembled Mon-layer）が形成される。この表面改質処理では、下部電極の白金６の面にのみＳＡＭ膜が形成されて疎水性を帯びるのに対し、導電性酸化物電極７上にはＳＡＭ膜が形成されない。
表面改質工程を終えたシリコンウエハは、搬送手段１１により塗布手段１５に運ばれ、所定の待機時間Ｔ１の後に塗布工程が行われる。
塗布手段１５において、強誘電体前駆体を含むゾル−ゲル液がインクジェット法で塗布される。
インクジェット法によりＳＡＭ膜上には液滴を吐出せず、酸化物電極７の上にのみ吐出することにより、濡れ性のコントラストにより酸化物電極７上にのみ強誘電体前駆体の塗膜（以下、「ＰＺＴ膜」ともいう）ができる。液滴の着弾位置ずれによる塗布パターンの乱れが抑えられ、より高精度にＰＺＴ膜をパターニングすることができる。
塗布工程で強誘電体前駆体膜の形成が終了したシリコンウエハは、所定の待機時間Ｔ２の後、搬送手段１１によって第１の加熱手段１６ａに搬送され、第１の熱処理工程が行われる。第１の加熱手段１６ａは、接触式加熱方法により乾燥を行う手段であり、本実施形態ではホットプレートが設置されている。ホットプレートによる接触式加熱方法で加熱することにより、ゾル−ゲル液を乾燥するときに発生する揮発分の排出処理を容易に行うことができる。
第１の熱処理工程で乾燥が終了したシリコンウエハは、搬送手段１１によって第２の加熱手段に搬送され、第２の熱処理工程が行われる。第２の加熱手段１６ｂは、乾燥を終了した塗膜の脱脂を行う手段であり、加熱方式は脱脂条件に応じて非接触式加熱方法及び接触式加熱方法のいずれでもよい。本実施形態ではホットプレートが設置されている。例えば、シリコンウエハをホットプレート面に直接接触させて加熱してもよく、ホットプレート面とシリコンウエハに微小な隙間を保ち非接触で加熱してもよい。このように間接加熱を行うことにより、基板種依存を低減することができ、タクトを稼ぐことができる。
第２の熱処理工程を終えたシリコンウエハは、図１に示すフローチャートに示される定められたシーケンスに応じて、冷却手段１７又は第３の加熱手段１６ｃへ搬送される。
冷却手段１７に搬送されたシリコンウエハは冷却工程が行われ、装置内の温度まで自然冷却される。
第３の加熱手段１６ｃに搬送されたシリコンウエハは第３の熱処理工程が行われ、該第３の熱処理工程を終えたシリコンウエハは搬送手段１１によって冷却手段１７へ搬送される。
冷却手段１７は複層構造になっており、複数のシリコンウエハを同時に冷却することが可能であるため、製膜装置の休止時間を最小にすることができる。
冷却工程を終えたシリコンウエハは再び位置調整手段１３に搬送され、所定の厚さの強誘電体膜が形成されるまで一連の工程が所定の回数繰り返される。
表面改質工程において、下部電極上に部分的にＳＡＭ膜を形成する方法を図５（Ａ）〜（Ｅ）に順に示す。
ＳＡＭ膜２１の形成は、アルカンチオールが白金族金属に自己配列する現象を利用する。形成されたＳＡＭ膜は、表面側にアルキル基が配置しているので疎水性になる。
そこで本実施形態では、図５（Ａ）に示すような白金電極６の上に酸化物電極７が部分的に成膜された下部電極を持つシリコンウエハを、アルカンチオール液、例えばＣＨ３（ＣＨ２）−ＳＨをディップする。アルカンチオールは白金族金属のみにＳＡＭ膜を形成する性質を有するため、図５（Ｂ）に示すようにＳＡＭ膜２１が白金６上のみに形成された状態となる。図５（Ｃ）に示すように、ＳＡＭ膜２１はゾル−ゲル液塗布後の熱処理工程でなくなるため、２回目以降の塗布工程前にも表面改質工程を行い、再度ＳＡＭ処理を施す必要がある。
２回目の熱処理工程以降も酸化物電極７の上のみにＰＺＴ膜８が成膜された状態の基板にＳＡＭ処理を施すことになるが、図５（Ｄ）に示すように、酸化物であるＰＺＴ膜８ａ上もＳＡＭ膜２１は形成されず、白金６上のみにＳＡＭ膜２１が形成される。このため、１回目の表面改質工程と同様の濡れ性のコントラストが形成される。一連の工程を２回行うことにより図５（Ｅ）に示すように２層のＰＺＴ膜８ａ、８ｂが形成される。
第３の加熱手段に搬送されたシリコンウエハに対し、第３の熱処理工程が行われる。
第３の加熱手段１６ｃは、塗膜の焼成（結晶化）を行う手段であり、非接触式加熱方法により加熱される。本実施形態では赤外線ランプが設置されている。赤外線ランプによる加熱を行うことにより、焼成温度を安定的に制御することができ、特性の安定した強誘電体膜を得ることができる。
第３の加熱手段として加熱焼成炉による第３の熱処理工程の例を図６に示す。
図６に示すように、加熱焼成炉３００は、上フレーム３０と下フレーム３１に分割されていて、それぞれに赤外線ランプ３２ａ，３２ｂ及び冷却回路３３ａ，３３ｂが設置されている。
図６（Ａ）に示すように、第１層目の強誘電体前駆体膜が塗布されたシリコンウエハ３９は、上フレーム３０が上昇した空所３５に搬送手段によって搬送され、下フレーム３１に設置されているホルダ３４で保持される。保持動作が完了した後、図６（Ｂ）に示すように上フレーム３０が下降し、加熱焼成炉３００が閉じられ、予め設定された温度まで赤外線ランプ３２ａ，３２ｂにより昇温する。このときの加熱条件としては、赤外線ランプ３２ａ又は３２ｂのいずれか一方のみで加熱しても良い。
加熱工程が予め設定されている条件の通りに完了した後、冷却を行う。図６（Ｃ）に示すように、冷却回路３３ａ，３３ｂに冷却媒体が流れ、上フレーム３０と下フレーム３１を冷却することにより、空所３５の温度を下げ、間接的にシリコンウエハの温度を下げる。
予め設定されている取り出し温度まで空所３５内の温度が降下した後、上フレーム３０が上昇し、搬送手段がシリコンウエハ３９を保持し、下フレーム３１に設置してあるホルダ３４を解除し、加熱焼成炉３００からシリコンウエハ３９を排出する。
このように、第３の加熱手段としての加熱焼成炉３００は枚葉処理である為、常に予め設定されている焼成条件で制御され、それぞれの強誘電体前駆体膜やシリコンウエハでの処理条件にバラツキが生じないことから安定した結晶化が行われる。これにより変位の安定した圧電素子の製造が可能となる。
以上のように一連の工程を繰り返すことにより、図４（Ｂ）に模式図で示すように、シリコンウエハ上に下部電極及び強誘電体膜が形成される。本発明の実施形態に係る製造方法により、本発明の実施形態に係る装置を用い、下部電極の上に強誘電体膜の成膜を予め設定されている所定回数、上述の順序で繰り返し行うことにより、ばらつきのない安定した圧電素子を製造することができる。
〔第２の実施形態〕
図６に示した第３の加熱手段としての加熱焼成炉を、第２の熱処理工程を行う第２の加熱手段として兼用してもよい。このような自動成膜装置の平面図を図７に示す。
〔第２の実施形態〕
図６に示した第３の加熱手段としての加熱焼成炉を、第２の熱処理工程を行う第２の加熱手段として兼用してもよい。このような自動成膜装置の平面図を図７に示す。
図７に示すように、複数の熱処理工程を行う加熱手段を一つの加熱手段で兼用することにより装置構成を簡略化することができ、また搬送を行うこと無く連続的に第２の熱処理工程及び第３の熱処理工程を行うことができる。
〔第３の実施形態〕
第１の実施形態では、表面改質工程の前に位置調整工程を行っているが、位置調整工程は、表面改質工程と塗布工程の間に行ってもよい。連続成膜を通じて表面改質工程が終了してから塗布までの時間差が一定であればより好ましい。
〔第３の実施形態〕
第１の実施形態では、表面改質工程の前に位置調整工程を行っているが、位置調整工程は、表面改質工程と塗布工程の間に行ってもよい。連続成膜を通じて表面改質工程が終了してから塗布までの時間差が一定であればより好ましい。
なお、位置調整工程は上記のタイミングに限定されず、表面改質工程の前、塗布工程の前以外のタイミングで行っても良い。
〔画像形成装置〕
次に、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッドを搭載した、本発明の実施形態に係る液体吐出装置であるインクジェット記録装置（画像形成装置）について、図９及び図１０を用いて説明する。
〔画像形成装置〕
次に、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッドを搭載した、本発明の実施形態に係る液体吐出装置であるインクジェット記録装置（画像形成装置）について、図９及び図１０を用いて説明する。
なお、図９はインクジェット記録装置の斜視説明図、図１０はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置１１１は、装置本体の内部に印字機構部１１２等を収納する。印字機構部１１２は、主走査方向に移動可能なキャリッジ１２３、キャリッジ１２３に搭載した本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１２４、インクジェット記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ１２５等を含む。そして装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）１１４を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができる。そして、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１１６に排紙する。
印字機構部１１２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１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（紙面垂直方向）に摺動自在に保持する。このキャリッジ１２３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本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを有するインクジェット記録ヘッド１２４を装着している。ここでは複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けるようにインクジェット記録ヘッド１２４を装着している。
またキャリッジ１２３には、インクジェット記録ヘッド１２４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１２５を交換可能に装着している。
インクカートリッジ１２５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記録ヘッド１２４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する。インクカートリッジ１２５は、多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッド１２４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、インクジェット記録ヘッドとして、ここでは各色のヘッド１２４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。
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１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１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装している。そして、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モータ１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、以下の構成を有する。すなわち、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４とを有する。さらに、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６を設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して、搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を、記録ヘッド１２４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１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設ける。さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じてインクジェット記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３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１１３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１１３を排紙する。
キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェット記録ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でインクジェット記録ヘッド１２４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。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４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し、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。
このように、本実施形態のインクジェット記録装置においては、本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを搭載しているので、安定した圧電特性と吐出特性が得られ、画像品質が向上する。
また、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド、および該液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置は、安定した液体吐出特性を有するため、インクジェット技術を利用する三次元造型技術などへの応用も可能である。
１ 振動板（基板）
２ ノズル
３ 圧力室
４ ノズル板
５ 圧力室基板
６ 下部電極（白金）
７ 下部電極（酸化物）
８ 強誘電体膜
９ 上部電極
１０ 圧電素子
１１ 搬送手段
１２ 収納部材
１３ 位置調整手段
１４ 表面改質手段
１５ 成膜手段
１６ 加熱手段
１７ 冷却手段
２１ 自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）
２ ノズル
３ 圧力室
４ ノズル板
５ 圧力室基板
６ 下部電極（白金）
７ 下部電極（酸化物）
８ 強誘電体膜
９ 上部電極
１０ 圧電素子
１１ 搬送手段
１２ 収納部材
１３ 位置調整手段
１４ 表面改質手段
１５ 成膜手段
１６ 加熱手段
１７ 冷却手段
２１ 自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）
Claims (9)
- シリコンウエハを前もって処理し収納部材に収納するシリコンウエハ供給工程と、
前記シリコンウエハをステージに搬送し、後の工程で正しく処理されるように配置する位置調整工程と、
前記シリコンウエハの表面に形成された導電層上の少なくとも一部に表面改質を行う表面改質工程と、
表面改質された前記導電層上に、強誘電体前駆体を含む液をインクジェット法により塗布して強誘電体前駆体膜を形成する塗布工程と、
前記強誘電体前駆体膜を加熱する熱処理工程であって、加熱方法の異なる第１の熱処理工程及び第２の熱処理工程を含む熱処理工程と、
前記熱処理工程で加熱された前記シリコンウエハを冷却する冷却工程と、を含み、
前記位置調整工程から前記冷却工程までの一連の工程を上記の順に所定の回数繰り返し実行して所定の厚さの強誘電体膜を形成し、前記一連の工程は複数のシリコンウエハに対しパイプライン的に実行され、前記一連の工程において、前記表面改質工程終了後、次のシリコンウエハについての前記表面改質工程を開始するまでに所定の待機時間Ｔ３を設け、前記表面改質工程終了から前記塗布工程開始までの時間Ｔ１と当該時間の前後の工程の処理時間とを足し合わせた時間が前記表面改質工程の処理時間と前記所定の待機時間Ｔ３とを足し合わせた時間に等しくなるように前記所定の待機時間Ｔ３を設定することによって前記時間Ｔ１を一定とし、あるいは前記塗布工程終了から前記第１の熱処理工程開始までの時間Ｔ２と当該時間の前後の工程の処理時間とを足し合わせた時間が前記表面改質工程の処理時間と前記所定の待機時間Ｔ３とを足し合わせた時間に等しくなるように前記所定の待機時間Ｔ３を設定することによって前記時間Ｔ２を一定とすることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。 - 前記時間Ｔ１と当該時間の前後の工程の処理時間とを足し合わせた時間が前記表面改質工程の処理時間と前記所定の待機時間Ｔ３とを足し合わせた時間に等しくなるとは以下の等式
Ｔ３＋表面改質工程の処理時間 ＝ 表面改質工程の処理時間＋Ｔ１＋塗布工程の処理時間
が成り立つことであり、
前記時間Ｔ２と当該時間の前後の工程の処理時間とを足し合わせた時間が前記表面改質工程の処理時間と前記所定の待機時間Ｔ３とを足し合わせた時間に等しくなるとは以下の等式
表面改質工程の処理時間＋Ｔ３ ＝ 塗布工程の処理時間＋Ｔ２＋第１の熱処理工程の処理時間
が成り立つことであることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体膜の製造方法。 - シリコンウエハの前記表面改質工程の完了後、前記第１の熱処理工程の完了までの時間が、次のシリコンウエハの前記所定の待機時間Ｔ３の始まりから前記時間Ｔ２の終わりまでの時間に等しくなるように前記所定の待機時間Ｔ３を設けることによって前記時間Ｔ１及びＴ２の両方を一定とすることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体膜の製造方法。
- 前記シリコンウエハの前記表面改質工程の完了後、前記第１の熱処理工程の完了までの時間が、次のシリコンウエハの前記所定の待機時間Ｔ３の始まりから前記時間Ｔ２の終わりまでの時間に等しくなるとは以下の等式
第１の熱処理工程の処理時間 ＝ Ｔ３＋表面改質工程の処理時間
が成り立つことであることを特徴とする請求項３に記載の強誘電体膜の製造方法。 - 前記収納部材に１ロット分のシリコンウエハを収納することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の強誘電体膜の製造方法。
- 前記熱処理工程が、前記第１の熱処理工程、前記第２の熱処理工程、及び第３の熱処理工程を含み、前記第１の熱処理工程は接触式加熱方法であり、前記第２の熱処理工程は接触式加熱方法又は非接触式加熱方法であり、第３の熱処理工程は非接触式加熱方法であることを特徴とする請求項１〜５のうちの何れか一項に記載の強誘電体膜の製造方法。
- 液体を吐出するノズルと、
該ノズルに連通する圧力室と、
該圧力室の壁面を形成する圧力室基板と、
該圧力室基板の一方向の面に振動板を介して設けられ、下部電極、強誘電体膜、及び上部電極を有し、前記圧力室内の液体を加圧する圧電素子と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法において、
請求項１〜６のうちの何れか一項に記載の強誘電体膜の製造方法によって前記強誘電体膜を製造し、前記導電層が前記下部電極となることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項１〜６のいずれか一項に記載の強誘電体膜の製造方法により強誘電体膜を製造する装置であって、少なくとも搬送手段、収納部材、位置調整手段、表面改質手段、塗布手段、加熱手段、及び冷却手段を備えたことを特徴とする強誘電体膜製造装置。
- 請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法により液体吐出ヘッドを製造する装置であって、少なくとも搬送手段、収納部材、位置調整手段、表面改質手段、塗布手段、加熱手段、及び冷却手段を備えた成膜装置を有することを特徴とする液体吐出ヘッド製造装置。
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