(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されると、アクチュエーティングする圧電／電歪膜を形成する段階と、
前記圧電／電歪膜の下部に下部電極を形成する段階と、
前記下部電極の下部でメッキによって、圧電／電歪膜のアクチュエーティングを媒介する振動板を形成する段階と、
前記振動板の下部でメッキによってチャンバ板を形成する段階と、
前記チャンバ板をパターニングしてエッチングすることで、インクを貯蔵するチャンバを形成する段階と、
前記圧電／電歪膜をパターニングしてエッチングする段階と、
前記圧電／電歪膜の上部に特定パターンの上部電極を形成する段階と、
を含む圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記下部電極を形成する段階と前記振動板を形成する段階との間に、振動板のメッキが安定して行うことができるようにするための金属からなるシーディング層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記シーディング層を形成する金属としては、金、銀、アルミニウム、ニッケル、プラチナ又はニッケル／バナジウムを使用することを特徴とする請求項２に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記シーディング層は、０．１〜５μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項２に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記振動板を形成した後、前記振動板の下部にエッチング中止層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記エッチング中止層の材料としては、金、パラジウム、プラチナ及びこれらの合金のなかから選択して使用することを特徴とする請求項５に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記エッチング中止層は、０．１〜５μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項５に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記圧電／電歪膜は、５〜１００μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記振動板の材料としては、単一金属、複合金属、セラミック及び金属−セラミック複合体のなかから選択して使用することを特徴とする請求項１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
前記単一金属としては、ニッケル又は銅を使用することを特徴とする請求項９に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１１】
前記複合金属としては、ニッケル−クロム又はニッケル−コバルト−タングステンを使用することを特徴とする請求項９に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
前記セラミックとしては、二酸化硅素、窒化硅素、酸化アルミニウム及び炭化硅素のなかから選択して使用することを特徴とする請求項９に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
前記金属−セラミック複合体としては、ニッケル−酸化アルミニウム、ニッケル−二酸化硅素、ニッケル−二酸化チタン、ニッケル−炭化シリコン、ニッケル−炭化チタン及びニッケル−炭化タングステンのなかから選択して使用することを特徴とする請求項９に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１４】
前記振動板は、１−３０μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１５】
前記チャンバ板の材料としては、単一金属、複合金属、セラミック及び金属−セラミック複合体のなかから選択して使用することを特徴とする請求項１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１６】
前記単一金属としては、ニッケル又は銅を使用することを特徴とする請求項１５に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１７】
前記複合金属としては、ニッケル−クロム又はニッケル−コバルト−タングステンを使用することを特徴とする請求項１５に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１８】
前記セラミックとしては、二酸化硅素、窒化硅素、酸化アルミニウム及び炭化硅素のなかから選択して使用することを特徴とする請求項１５に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１９】
前記金属−セラミック複合体としては、ニッケル−酸化アルミニウム、ニッケル−二酸化硅素、ニッケル−二酸化チタン、ニッケル−炭化シリコン、ニッケル−炭化チタン及びニッケル−炭化タングステンのなかから選択して使用することを特徴とする請求項１５に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２０】
前記チャンバ板は、１０−１００μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２１】
電圧が印加されると、アクチュエーティングする圧電／電歪膜を形成する段階と、
前記圧電／電歪膜をジグに付着する段階と、
前記圧電／電歪膜をパターニングしてエッチングする段階と、
前記パターニングされた圧電／電歪膜の間にフォトレジストをモールディングして熱処理する段階と、
前記圧電／電歪膜の下部に下部電極を形成する段階と、
前記下部電極の下部でメッキによって、圧電／電歪膜のアクチュエーティングを媒介する振動板を形成する段階と、
前記振動板の下部に形成しようとするチャンバ板の厚さほどフォトレジストを塗布する段階と、
前記フォトレジストをパターニングして、チャンバを形成する部分を除いてチャンバ板を形成する部分のフォトレジストのみを除去する段階と、
前記振動板の下部でメッキして前記フォトレジストが除去された部分にチャンバ板を形成する段階と、
前記チャンバ板に残っているフォトレジストを除去することによって、インクを貯留するチャンバを形成する段階と、
前記ジグを除去する段階と、
前記圧電／電歪膜間のフォトレジストを除去する段階と、
前記圧電／電歪膜の上部に上部電極を形成する段階と、
を含む圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２２】
前記圧電／電歪膜は、５〜１００μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項２１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２３】
前記下部電極と前記振動板との間に金属からなるシーディング層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２４】
前記シーディング層を形成する金属としては、金、銀、アルミニウム、ニッケル、プラチナ又はニッケル／バナジウムを使用することを特徴とする請求項２３に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２５】
前記シーディング層は、０．１〜５μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項２３に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２６】
前記振動板の材料としては、単一金属、複合金属、セラミック及び金属−セラミック複合体のなかから選択して使用することを特徴とする請求項２１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２７】
前記単一金属としては、ニッケル又は銅を使用することを特徴とする請求項２６に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２８】
前記複合金属としては、ニッケル−クロム又はニッケル−コバルト−タングステンを使用することを特徴とする請求項２６に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２９】
前記セラミックとしては、二酸化硅素、窒化硅素、酸化アルミニウム及び炭化硅素のなかから選択して使用することを特徴とする請求項２６に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３０】
前記金属−セラミック複合体としては、ニッケル−酸化アルミニウム、ニッケル−二酸化硅素、ニッケル−二酸化チタン、ニッケル−炭化シリコン、ニッケル−炭化チタン及びニッケル−炭化タングステンのなかから選択して使用することを特徴とする請求項２６に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３１】
前記振動板は、１−３０μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項２１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３２】
前記チャンバ板の材料としては、単一金属、複合金属、セラミック及び金属−セラミック複合体のなかから選択して使用することを特徴とする請求項２１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３３】
前記単一金属としては、ニッケル又は銅を使用することを特徴とする請求項３２に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３４】
前記複合金属としては、ニッケル−クロム又はニッケル−コバルト−タングステンを使用することを特徴とする請求項３２に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３５】
前記セラミックとしては、二酸化硅素、窒化硅素、酸化アルミニウム及び炭化硅素のなかから選択して使用することを特徴とする請求項３２に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３６】
前記金属−セラミック複合体としては、ニッケル−酸化アルミニウム、ニッケル−二酸化硅素、ニッケル−二酸化チタン、ニッケル−炭化シリコン、ニッケル−炭化チタン及びニッケル−炭化タングステンのなかから選択して使用することを特徴とする請求項３２に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３７】
前記チャンバ板は、１０−１００μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項２１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項３８】
メッキによってチャンバ板を形成した後、フォトレジストの厚さに合せてメッキされた表面を平坦化する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電／電歪アクチュエータの製造方法に関し、より詳しくは、接着層がなく、構造が簡単で低電圧駆動が容易な圧電／電歪アクチュエータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電体を利用したアクチュエータは、一般的に図１に示されるとおり、振動板１２とチャンバ板１０からなる下部構造と、振動板１２の上部に結合され、電源が印加されると機械的変形を起こす圧電／電歪膜１６と、圧電／電歪膜１６に電源を伝達する電極１４，１８とから構成されている。
【０００３】
アクチュエータの圧電体は、電氣場が印加されると、ポーリング（poling）される、即ち、印加されると圧電体に方向性が形成される性質を有する。ポーリングされた圧電／電歪膜の上段と下段に形成された上部電極と下部電極に電源が印加されると、電極間に位置する圧電／電歪膜が変形と復元を反復しつつ、振動をしたり、機械的変形をする等、アクチュエーティングするようになる。
【０００４】
こうした圧電／電歪アクチュエータの振動板及びチャンバ板の材料としては、金属、樹脂、セラミック等が使われている。金属を材料として使用する場合には主に湿式エッチング法によるハーフエッチング（half etching）によってチャンバ構造を形成する。樹脂を材料として使用する場合には射出成形法によって３次元構造体を形成する。また、セラミックを材料として使用する場合にはパンチングされたシートと振動板シートを一体に成形して３次元構造体を形成することが一般的である。
【０００５】
上記のとおり形成された振動板と圧電／電歪膜を接合するために、従来では、圧電／電歪膜と振動板との間に別途の接着層を形成する方法と、圧電／電歪膜及び振動板をセラミックで微細加工して仮接合した後、高温で一括焼成する方法とを使用してきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の接着層を形成して振動板と圧電／電歪膜とを接合する方法では、別途に形成された振動板の上部に接着層を形成し、その上に別途に形成された圧電／電歪膜を接合させる。
【０００７】
こうした方法によって振動板と圧電／電歪膜とを接合させる場合には振動板と圧電／電歪膜との間に接着層を形成するため、隙間が形成されやすく、接着層の乾燥／熱処理過程で振動板と圧電／電歪膜との間に形成された隙間によって圧電／電歪膜に部分的なクラックが発生するおそれがあり、後工程の収率と製品の信頼性が低下する、という問題点がある。また、接着層の厚さが不均一だったり、厚い場合にはアクチュエータの性能が低下するおそれがある。
【０００８】
また、圧電／電歪膜と振動板とを接合させる場合、その接合のために加えられる力に耐えるためには、振動板の厚さを厚くしなければならないため、使用可能な振動板の厚さに制限がある、という問題点がある。
【０００９】
また、接合剤を使用する場合には接着剤に含まれた溶媒等の有機物を除去する工程が必要となる。この工程は、一般的に非常に長い時間（２４時間以上）を経て進行され、この過程で圧電／電歪薄板が破壊される場合等が発生し、得られる接合体の収率が低くなる。
【００１０】
特に、アクチュエータの駆動部に位置する数μｍ以上の接着層によって駆動電圧が上昇するようになる。
【００１１】
次に、セラミックを使用して微細加工及び一括焼成する場合、完成された製品の信頼度面では非常に満足できるが、セラミックの加工段階での収率が低く、高温での焼成工程を反復しなければならない、等の短所がある。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、圧電／電歪膜の下部にメッキ工程によって金属振動板を直接成長させ、微細パターニング工程を介してチャンバと圧電／電歪膜を成形し、接着層のない圧電／電歪アクチュエータを製造することで、アクチュエータの駆動電圧を低くし、長期的信頼性を確保しつつ、製作工程での収率を高め、リ―ドタイムを短縮できる方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、電圧が印加されると、アクチュエーティングする圧電／電歪膜を形成する段階と、前記圧電／電歪膜の下部に下部電極を形成する段階と、前記下部電極の下部でメッキによって、圧電／電歪膜のアクチュエーティングを媒介する振動板を形成する段階と、前記振動板の下部でメッキによってチャンバ板を形成する段階と、前記チャンバ板をパターニングしてエッチングすることで、インクを貯蔵するチャンバを形成する段階と、前記圧電／電歪膜をパターニングしてエッチングする段階と、前記圧電／電歪膜の上部に特定パターンの上部電極を形成する段階とを含むことをその要旨とする。
【００１４】
また、本発明は、電圧が印加されると、アクチュエーティングする圧電／電歪膜を形成する段階と、前記圧電／電歪膜の下部に下部電極を形成する段階と、前記下部電極の下部でメッキによって、圧電／電歪膜のアクチュエーティングを媒介する振動板を形成する段階と、前記振動板の下部に形成しようとするチャンバ板の厚さほどにフォトレジストを塗布する段階と、前記フォトレジストをパターニングして、チャンバを形成する部分を除いてチャンバ板を形成する部分のフォトレジストのみを除去する段階と、前記振動板の下部でメッキして前記フォトレジストが除去された部分にチャンバ板を形成する段階と、前記チャンバ板に残っているフォトレジストを除去することによって、インクを貯留するチャンバを形成する段階と、前記圧電／電歪膜をパターニングしてエッチングする段階と、前記圧電／電歪膜の上部に特定パターンの上部電極を形成する段階とを含むことをその要旨とする。
【００１５】
また、本発明は、電圧が印加されると、アクチュエーティングする圧電／電歪膜を形成する段階と、前記圧電／電歪膜をジグに付着する段階と、前記圧電／電歪膜をパターニングしてエッチングする段階と、前記パターニングされた圧電／電歪膜の間にフォトレジストをモールディングして熱処理する段階と、前記圧電／電歪膜の下部に下部電極を形成する段階と、前記下部電極の下部でメッキによって、圧電／電歪膜のアクチュエーティングを媒介する振動板を形成する段階と、前記振動板の下部に形成しようとするチャンバ板の厚さほどフォトレジストを塗布する段階と、前記フォトレジストをパターニングして、チャンバを形成する部分を除いてチャンバ板を形成する部分のフォトレジストのみを除去する段階と、前記振動板の下部でメッキして前記フォトレジストが除去された部分にチャンバ板を形成する段階と、前記チャンバ板に残っているフォトレジストを除去することによって、インクを貯留するチャンバを形成する段階と、前記ジグを除去する段階と、前記圧電／電歪膜間のフォトレジストを除去する段階と、前記圧電／電歪膜の上部に上部電極を形成する段階とを含むことをその要旨とする。
【００１６】
また、本発明は、特定パターンに形成された上部電極と、前記上部電極の下部に特定パターンが形成され、電圧が印加されると、アクチュエーティングする圧電／電歪膜と、前記圧電／電歪膜の下部に形成された下部電極と、前記下部電極の下部でメッキによって形成され、前記圧電／電歪膜のアクチュエーティングを媒介する振動板と、前記振動板の下部でメッキによって形成されたチャンバ板と、前記チャンバ板をエッチングすることによって前記チャンバ板に特定パターンが形成され、インクを貯留するチャンバとを含むことをその要旨とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電／電歪アクチュエータを製造する方法は、大きく３種類に分けることができる。まず、第１の方法について説明する。
【００１８】
電圧が印加されると、アクチュエーティングする圧電／電歪膜を形成する。このとき、圧電／電歪膜は、５〜１００μｍの厚さに形成することが望ましい。圧電／電歪膜の材料としては、圧電／電歪セラミック、ポリビニリデンプルオライド、又は圧電／電歪セラミックとポリビニリデンプルオライドの混合体を使用することが望ましい。
【００１９】
圧電／電歪セラミックを使用する場合には、圧電／電歪膜を形成するために様々な方法を使用することができるが、圧電／電歪セラミック粉末をペースト状にしてスクリーン印刷等の方法で膜を成形した後、熱処理して圧電／電歪膜を形成するのが一般的である。圧電／電歪特性を持つ高分子物質であるポリビニリデンプルオライドは、フィルム状にして使用したり、フィルム状に製造・販売されたものを使用する。
【００２０】
圧電／電歪セラミックは、圧電性に優れるものの、成形性が低い。ポリビニリデンプルオライドは、成形性に優れるものの、圧電性が低い。従って、圧電特性に優れた圧電／電歪セラミックと成形性に優れたポリビニリデンプルオライドとの混合体を使用することもできる。
【００２１】
圧電／電歪セラミックとポリビニリデンプルオライドとの混合体は、トルエン、ヘキサノール等の有機溶媒に圧電／電歪セラミック粉末、ポリビニリデンプルオライド及び少量の結合剤を入れ、リップルロックスや撹拌によって均一に混合した後、溶媒を蒸発させて堅固に製造するのが一般的である。圧電／電歪セラミックとポリビニリデンプルオライドの混合比によって加工性に差が生じるため、所望の圧電／電歪アクチュエータの特性に従って混合比を選択して使用する。圧電／電歪セラミックとポリビニリデンプルオライドの混合体は、圧延工程等によって膜の形態に加工して使用する。
【００２２】
圧電／電歪膜は、圧電／電歪薄板を原形のまま使用したり、適切な大きさに成形して使用する。本発明では必要とする大きさの薄板をシリコン又はステンレススチールウェーハに製作されたジグに效率的に配置することによってウェーハ単位の大単位工程を進行させることができる。使われる圧電／電歪膜が薄板であることを勘案すると、ジグを利用したウェーハ工程によって薄板を保護する効果も得ることができる。
【００２３】
形成された圧電／電歪膜の下部には下部電極を形成する。下部電極は、金（Au）、銀（Ag）、アルミニウム（Al）、ニッケル（Ni）、プラチナ（Pt）等の金属や、ニッケル／クロム（Ni/Cr）、プラチナ／チタニウム（Pt/Ti）等の合金を材料に使用し、真空蒸着、スパッタリング又はスクリーン印刷等の方法で形成する。ウェーハ単位に作業をする場合にはスパッタリングや真空蒸着のような工程を連続的に遂行することが効果的である。このとき、下部電極の厚さは、必要に応じて数百Åから数μｍまで調節することができる。
【００２４】
形成された下部電極の下部に金属からなるシーディング層を形成することができる。シーディング層は、金、銀、アルミニウム、ニッケル、プラチナ等の金属や、ニッケル／バナジウム（Ni/V）等の合金を材料に使用し、真空蒸着、スパッタリング等の方法で形成する。このとき、シーディング層は、０．１〜５μｍの厚さに形成することが好ましく、形成されたシーディング層によって、次の段階のメッキ工程でメッキが安定してなされ、振動板が安定し、容易に形成される。シーディング層を形成した場合には形成されたシーディング層の下部に、シーディング層を形成しない場合には下部電極の下部に、圧電／電歪膜のアクチュエーティングを媒介する振動板を形成する。
【００２５】
振動板の材料としては、単一金属、複合金属、セラミック及び金属−セラミック複合体のなかから選択して使用する。単一金属としては、ニッケル（Ni）、銅（Cu）等を使用することが望ましい。複合金属としては、ニッケル−クロム（Ni-Cr）、ニッケル−コバルト−タングステン（Ni-Co-W）等の合金を使用することが望ましい。セラミックとしては、二酸化硅素（SiO2）、窒化硅素（Si3N4）、酸化アルミニウム（Al２O３）、炭化硅素（SiC）等を使用する。金属−セラミック複合体としては、ニッケル−酸化アルミニウム（Ni-Al2O3）、ニッケル−二酸化硅素（Ni-SiO2）、ニッケル−二酸化チタン（Ni-TiO2）等のニッケル−セラミック混合物又はニッケル−炭化シリコン（Ni-SiC）、ニッケル−炭化チタン（Ni-TiC）、ニッケル−炭化タングステン（Ni-WC）等のニッケル−セラミック混合物を使用することが望ましい。
【００２６】
このとき、使われる物質の材質によって完成されたインクジェットプリンタヘッドの特性が変化するため、インクジェットプリンタヘッドの剛性、インクジェットプリンタヘッドの材料とインクとの反応性、部材の表面特性、耐腐食性等の外部抵抗性等を考慮して適切な材料を選択して使用する。
【００２７】
振動板の場合には、特に金属−セラミック複合体を使用することが望ましい。その理由は、それら材料は剛性が高く、周波数特性に優れ、インクジェットプリンタヘッドの高集積化に伴うクロストーク（crosstalk）を防止できるからである。
【００２８】
前記材料をメッキすることによって振動板を形成するが、このときのメッキ方法としては、電解メッキ法と無電解メッキ法のすべてを用いることができる。
【００２９】
このとき、振動板の厚さは、１〜３０μｍにすることが望ましく、特に、１〜１５μｍにすることが望ましい。しかし、振動板の厚さは、前記範囲のみに限定されるものではなく、必要に応じて調節できるため、振動板の厚さの自由度が高い。特に、接合工程が必要でなく、振動板が厚くなければならない必要はないため、振動板の厚さを薄くすることもできる。
【００３０】
ウェーハ単位の工程である場合には、ウェーハの全面に対してメッキをするようになり、そうした場合は、大面積に対する成形工程であるため、全体的な均一性を確保することが重要である。
【００３１】
必要に応じて振動板の下部にエッチング中止層を形成することができる。エッチング中止層は、金、パラジウム（Pd）、プラチナ、クロム又はこれらの合金等の金属を材料に使用し、メッキやスパッタリングによって形成する。このとき、エッチング中止層は、０．１〜５μｍの厚さに形成することが望ましい。
【００３２】
エッチング中止層を形成しない場合には振動板の下部に、エッチング中止層を形成した場合にはエッチング中止層の下部に、引き続きメッキすることによって、チャンバを形成するためのチャンバ板を形成する。
【００３３】
チャンバ板の材料としては、振動板の材料と同じ物質を使用することができ、チャンバ板の厚さは１０〜１００μｍに形成することが望ましい。
【００３４】
形成されたチャンバ板の下部をフォトレジスト又はマスクを使用して所望のパターンにパターニングした後エッチングし、インクを貯留するためのチャンバを形成する。振動板の下部にエッチング中止層を形成した場合にはエッチングが進行されるところで、エッチング率の差又はエッチング特性の差によってエッチング中止層でエッチングが中断されるため、チャンバの構造を直方体形状に形成できるようになる。
【００３５】
上記の方法によってチャンバ板とチャンバを形成した後、圧電／電歪膜もフォトレジストやマスクを使用して所望のパターンにパターニングした後、エッチングする。圧電／電歪膜をエッチングする場合、マトリックス単位で工程を進めるのがより一層効率的である。
【００３６】
圧電／電歪膜の上部にはリフトオフ（lift−off）又はマスキング等によって、一定のパターンに上部電極を形成する。上部電極は、金、銀、アルミニウム、ニッケル、プラチナ等の金属や、プラチナ／チタニウム等の合金を材料に使用し、真空蒸着、スパッタリング又はスクリーン印刷等の方法によって形成する。
【００３７】
次に、本発明の圧電／電歪アクチュエータを製造する第２の方法について説明する。
【００３８】
圧電／電歪膜を形成する。このとき、圧電／電歪膜は、５〜１００μｍの厚さに形成することが望ましく、圧電／電歪膜の材料としては、第１の方法と同じ物質を使用することが望ましい。
【００３９】
圧電／電歪膜は、圧電／電歪薄板の原形をそのまま使用したり、適切な大きさに成形して使用する。本発明では、必要とする大きさの薄板をシリコン又はステンレススチールウェーハに製作されたジグに效率的に配置することで、ウェーハ単位の大単位工程を進行させることができる。
【００４０】
形成された圧電／電歪膜の下部には下部電極を形成する。下部電極の材料としては、第１の方法で使用した物質と同じ物質を使用することができる。このときにも下部電極の厚さは必要に応じて数百Åから数μｍまで調節することができる。
【００４１】
形成された下部電極の下部に金属からなるシーディング層を形成することができる。シーディング層は、第１の方法で説明したとおりに形成する。シーディング層を形成した場合には、形成されたシーディング層の下部に、シーディング層を形成しない場合には下部電極の下部に、メッキによって振動板を形成する。
【００４２】
振動板は、第１の方法と同じ材料及び方法によって形成し、インクジェットプリンタヘッドの剛性、インクジェットプリンタヘッド用アクチュエータの周波数特性、インクジェットプリンタヘッドの材料とインクとの反応性、部材の表面特性、耐腐食性等の外部抵抗性等を考慮して適切な材料を選択して使用する。
【００４３】
このとき、振動板の厚さは、１〜３０μｍにすることが望ましく、特に１〜１５μｍにすることが望ましい。しかし、振動板の厚さは、前記範囲のみに限定されるものではなく、必要に応じて調節できるため、振動板の厚さの自由度が高い。特に、接合工程を必要とせず、振動板が厚くなければならない必要はないため、振動板の厚さを薄くすることもできる。
【００４４】
ウェーハ単位の工程である場合には、ウェーハの全面に対してメッキをする。この場合は、大面積に対する成形工程であるため、全体的な均一性を確保することが重要である。
【００４５】
振動板の下部に形成しようとするチャンバ板の厚さほどにフォトレジスト層を形成する。液状のフォトレジストを使用する場合にはスピンコーティング法、ドライフィルムを使用する場合にはラミネーティングによって形成するのが一般的である。このとき、フォトレジスト層の厚さは、１０〜１００μｍが望ましく、特に３０〜５０μｍが望ましい。
【００４６】
形成されたフォトレジスト層をパターニングしてチャンバが形成される部分にのみ、フォトレジストが残るようにする。
【００４７】
フォトレジストをパターニングした後、振動板の下部でメッキをし、チャンバ板を形成する。チャンバ板の材料としては、振動板の材料と同じ物質を使用することができる。
【００４８】
メッキによってチャンバ板を形成した後、残っているフォトレジストを除去してチャンバを形成する。このとき、フォトレジストの厚さ又はそれ以下の厚さにメッキをした場合には残っているフォトレジストを除去すればよいが、フォトレジストの厚さ以上にメッキをした場合にはフォトレジストを除去する前にフォトレジストの厚さに合せてメッキされた表面を平坦化する工程が必要となる。表面を平坦化させるための方法としては、ラッピング（lapping）、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）、サンドブラスティング（sand blasting）等の方法を使用する。
【００４９】
前記方法によってチャンバ板とチャンバ構造を形成した後、圧電／電歪膜を所望のパターンにパターニングする。圧電／電歪膜をパターニングする方法としては、湿式エッチング、乾式エッチング等のエッチング法やダイシング（dicing）法を使用する。
【００５０】
圧電体をパターニングする前に必要に応じて圧電／電歪膜の表面をラッピング、エッチング又はポリッシングして圧電／電歪膜の厚さを調節する工程を追加することができる。
【００５１】
圧電／電歪膜をパターニングしてエッチングした後、圧電／電歪膜の上部にリフトオフ又はマスキング等によって一定のパターンに上部電極を形成する。上部電極は、第１の方法と同様に形成することができる。
【００５２】
単一膜形態の圧電／電歪膜を使用する場合には上部電極を形成することによって圧電／電歪アクチュエータが完成され、圧電／電歪膜をジグに付着させて工程を進行させた場合にはジグを除去することによって圧電／電歪アクチュエータが完成される。
【００５３】
次に、本発明の圧電／電歪アクチュエータを製造する第３の方法について説明する。
【００５４】
圧電／電歪膜を形成する。このときにも圧電／電歪膜は５〜１００μｍの厚さに形成することが望ましく、圧電／電歪膜の材料としては、第１の方法で使用した物質と同じ物質を使用することが望ましい。
【００５５】
圧電／電歪膜をジグに付着する。このとき、ジグは、平面形状のジグ又は溝を持って圧電／電歪膜がその溝に挿入される形状のジグを使用することができる。
【００５６】
ジグに付着された圧電／電歪膜を所望のパターンにパターニングする。圧電／電歪膜をパターニングする方法としては、湿式又は乾式エッチング法やダイシング法を使用する。
【００５７】
圧電／電歪膜中、パターニングによって除去された部分にフォトレジストをモールディングした後、熱処理して硬化させる。このとき、熱処理は、７０〜３００℃で行なうことが望ましい。
【００５８】
フォトレジストがモールディングされた圧電／電歪膜の下部にメタリゼイション（metallization）によって下部電極を形成する。このとき、下部電極の材料としては、第１の方法で使用した物質と同じ物質を使用することができる。このときにも下部電極の厚さは必要に応じて数百Åから数μｍまで調節できる。
【００５９】
形成された下部電極の下部に金属からなるシーディング層を形成することもできる。シーディング層は、第１の方法で説明したとおりに形成する。シーディング層を形成した場合には、形成されたシーディング層の下部に、シーディング層を形成しない場合には下部電極の下部に、メッキによって振動板を形成する。
【００６０】
振動板は、第１の方法と同じ材料及び方法によって形成し、インクジェットプリンタヘッドの剛性、インクジェットプリンタヘッド用アクチュエータの周波数特性、インクジェットプリンタヘッドの材料とインクとの反応性、部材の表面特性、耐腐食性等の外部抵抗性等を考慮して適切な材料を選択して使用する。
【００６１】
このとき、振動板の厚さは、１〜３０μｍにすることが望ましく、特に１〜１５μｍにすることが望ましい。しかし、振動板の厚さは、前記範囲のみに限定されるものではなく、必要に応じて調節できるため、振動板の厚さの自由度が高い。特に、接合工程を必要とせず、振動板が厚くなければならない必要はないため、振動板の厚さを薄くすることもできる。
【００６２】
ウェーハ単位の工程である場合には、ウェーハの全面に対してメッキをする。この場合は、大面積に対する成形工程であるため、全体的な均一性を確保することが重要である。
【００６３】
振動板の下部に形成しようとするチャンバ板の厚さほどにフォトレジスト層を形成する。液状のフォトレジストを使用する場合にはスピンコーティング法、ドライフィルムを使用する場合にはラミネーティングによって形成するのが一般的である。このとき、フォトレジスト層の厚さは、１０〜１００μｍが望ましく、特に３０〜５０μｍが望ましい。
【００６４】
形成されたフォトレジスト層をパターニングしてチャンバが形成される部分にのみ、フォトレジストが残るようにする。
【００６５】
フォトレジストをパターニングした後、振動板の下部でメッキをし、チャンバ板を形成する。チャンバ板の材料としては、振動板の材料と同じ物質を使用することができる。
【００６６】
メッキによってチャンバ板を形成した後、残っているフォトレジストを除去してチャンバを形成する。フォトレジストの厚さ又はそれ以下の厚さにメッキをした場合には残っているフォトレジストを除去し、フォトレジストの厚さ以上にメッキをした場合にはラッピング、ＣＭＰ、サンドブラスティング等の方法によってメッキされた表面を平坦化させた後、フォトレジストを除去する。
【００６７】
チャンバ板とチャンバ構造を形成した後、圧電／電歪膜が付着されたジグを除去して、圧電／電歪膜間に残っているフォトレジストを除去する。
【００６８】
フォトレジストを除去した後、圧電／電歪膜の上部にリフトオフ又はマスキング等によって一定のパターンに上部電極を形成する。上部電極は、第１の方法と同一に形成することができる。
【００６９】
上述のような本発明の第３の方法によれば、複雑な圧電／電歪膜の後パターニング工程が必要でなく、従って、後パターニング工程で圧電／電歪膜に発生するストレインを除去することができる。
【００７０】
上記の方法によって製造された圧電／電歪アクチュエータは、特定パターンに形成された上部電極と、前記上部電極の下部に特定パターンに形成され、電圧が印加されるとアクチュエーティングする圧電／電歪膜と、前記圧電／電歪膜の下部に形成された下部電極と、前記下部電極の下部でメッキによって形成され、前記圧電／電歪膜のアクチュエーティングを媒介する振動板と、前記振動板の下部でメッキによって形成されたチャンバ板と、前記チャンバ板をエッチングすることで前記チャンバ板に特定パターンに形成されてインクを貯留するチャンバとを含んで構成されている。
【００７１】
以下、実施形態を通じて本発明を詳細に説明する。なお、次の実施形態は、本発明を例示するものであって本発明の範囲を限定するものではない。
【００７２】
図２乃至図８は、本発明の圧電／電歪アクチュエータにおける製造方法の一実施形態を示したものである。
【００７３】
まず、圧電／電歪膜２６を形成し、形成された圧電／電歪膜２６の下部に下部電極２４を形成する。形成された下部電極２４の下部にメッキを利用して振動板及びチャンバ板２０を形成する。
【００７４】
形成されたチャンバ板２０にエッチングマスク２９を形成した後、エッチングしてチャンバ２５を形成する。次に、圧電／電歪膜２６をパターニングしてエッチングし、圧電／電歪膜２６の上部に上部電極２８を形成して圧電／電歪アクチュエータが完成する。
【００７５】
図９乃至図１６は、本発明の圧電／電歪アクチュエータの製造方法における他の実施形態を示したものである。
【００７６】
まず、圧電／電歪膜３６を形成し、形成された圧電／電歪膜３６の下部に下部電極３４を形成する。形成された下部電極３４の下部にシーディング層３３を形成し、形成されたシーディング層３３の下部にメッキを利用して振動板及びチャンバ板３０を形成する。
【００７７】
形成されたチャンバ板３０にエッチングマスク３９を形成した後、エッチングしてチャンバ３５を形成する。次に、圧電／電歪膜３６をパターニングしてエッチングし、圧電／電歪膜３６の上部に上部電極３８を形成して圧電／電歪アクチュエータが完成する。
【００７８】
図１７乃至図２５は、本発明の圧電／電歪アクチュエータにおける製造方法の他の実施形態を示すものである。
【００７９】
まず、圧電／電歪膜４６を形成し、形成された圧電／電歪膜４６の下部に下部電極４４を形成する。形成された下部電極４４の下部にメッキによって振動板４２を形成し、形成された振動板４２の下部にエッチング中止層４１を形成する。形成されたエッチング中止層４１の下部にメッキを利用してチャンバ板４０を形成する。
【００８０】
形成されたチャンバ板４０にエッチングマスク４９を形成した後、エッチングしてチャンバ４５を形成する。次に、圧電／電歪膜４６をパターニングしてエッチングし、圧電／電歪膜４６の上部に上部電極４８を形成して圧電／電歪アクチュエータが完成する。
【００８１】
図２６乃至図３５は、本発明の圧電／電歪アクチュエータの製造方法の他の実施形態を示したものである。
【００８２】
まず、圧電／電歪膜５６を形成し、形成された圧電／電歪膜５６の下部に下部電極５４を形成する。形成された下部電極５４の下部にシーディング層５３を形成する。形成されたシーディング層５３の下部にメッキによって振動板５２を形成し、形成された振動板５２の下部にエッチング中止層５１を形成する。形成されたエッチング中止層５１の下部にメッキを利用してチャンバ板５０を形成する。
【００８３】
形成されたチャンバ板５０にエッチングマスク５９を形成した後、エッチングしてチャンバ５５を形成する。次に、圧電／電歪膜５６をパターニングしてエッチングし、圧電／電歪膜５６の上部に上部電極５８を形成して圧電／電歪アクチュエータが完成する。
【００８４】
図３６乃至図４４は、本発明の圧電／電歪アクチュエータの製造方法における他の実施形態を示したものである。
【００８５】
まず、圧電／電歪膜６６を形成し、形成された圧電／電歪膜６６の下部に下部電極６４を形成する。形成された下部電極６４の下部にメッキを利用して振動板６２を形成する。
【００８６】
形成された振動板６２の下部にチャンバ板の厚さほどフォトレジスト６７を形成し、形成されたフォトレジスト６７をパターニングした後、露光してチャンバ６５になる部分を除いてチャンバ板６０になる部分のみを除去する。
【００８７】
振動板６２の下部でメッキし、フォトレジストが除去された部分にのみチャンバ板６０を形成する。チャンバ板６０を形成した後、残っているフォトレジスト６７を除去してチャンバ６５が形成される。
【００８８】
次に、圧電／電歪膜６６をパターニングしてエッチングし、圧電／電歪膜６６の上部に上部電極６８を形成して圧電／電歪アクチュエータが完成する。
【００８９】
図４５乃至図５４は、本発明の圧電／電歪アクチュエータの製造方法における他の実施形態を示したものである。
【００９０】
まず、圧電／電歪膜７６を形成し、形成された圧電／電歪膜７６の下部に下部電極７４を形成する。形成された下部電極７４の下部にシーディング層７３を形成し、形成されたシーディング層７３の下部にメッキを利用して振動板７２を形成する。
【００９１】
形成された振動板７２の下部にチャンバ板の厚さほどフォトレジスト７７を形成し、形成されたフォトレジスト７７をパターニングした後、露光してチャンバ７５になる部分を除いてチャンバ板７０になる部分のみを除去する。
【００９２】
振動板７２の下部でメッキし、フォトレジストが除去された部分にのみチャンバ板７０を形成する。チャンバ板７０を形成した後、残っているフォトレジスト７７を除去してチャンバ７５が形成される。
【００９３】
次に、圧電／電歪膜７６をパターニングしてエッチングし、圧電／電歪膜７６の上部に上部電極７８を形成して圧電／電歪アクチュエータが完成する。
【００９４】
図５５乃至図６７は、本発明の圧電／電歪アクチュエータの製造方法における他の実施形態を示すものである。
【００９５】
まず、圧電／電歪膜８６を形成し、形成された圧電／電歪膜８６をジグ８９に付着する。ジグ８９に付着された圧電／電歪膜８６をパターニングした後、パターニングによって除去された部分をフォトレジスト８１で満たす。
【００９６】
フォトレジスト８１で満たされた圧電／電歪膜８６の下部に下部電極８４を形成する。形成された下部電極８４の下部にメッキによって振動板８２を形成する。
【００９７】
形成された振動板８２の下部にチャンバ板の厚さほどのフォトレジスト８７を形成し、形成されたフォトレジスト８７をパターニングした後、露光してチャンバ８５になる部分を除いてチャンバ板８０になる部分のみを除去する。
【００９８】
振動板８２の下部でメッキし、フォトレジストが除去された部分にのみチャンバ板８０を形成する。チャンバ板８０を形成した後、残っているフォトレジスト８７を除去してチャンバ８５を形成する。
【００９９】
チャンバ８５を形成した後、ジグ８９を除去し、ジグを除去した後、フォトレジスト８１を除去する。フォトレジストを除去した後、圧電／電歪膜８６の上部に上部電極８８を形成して圧電／電歪アクチュエータが完成する。
【０１００】
【発明の効果】
上記のような本発明の方法によって製造された圧電／電歪アクチュエータは、変位及び速度面で従来の製品と同一か、より優れており、接着層がなく構造が簡単であるため、製造工程が簡単でリ―ドタイムが短くなる。従って、生産原価が低減され、生産性が高まり、アクチュエータの駆動に要求される駆動電圧が減少される。
【０１０１】
また、接着層がないため、振動板と圧電／電歪膜の接着部位で隙間や局部的なクラックのような変形が発生しない。従って、駆動特性の散布が減少され、製品の信頼性と収率が向上するとともに、接着工程が不必要であるため、振動板の厚さの自由度が高まる。
【０１０２】
さらに、ウェーハ単位の大単位工程を遂行させることができ、特性が均一な製品を量産することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一般的な圧電／電歪アクチュエータを示す断面図である。
【図２】  本発明の製造方法における一実施形態を示す工程図である。
【図３】  本発明の製造方法における一実施形態を示す工程図である。
【図４】  本発明の製造方法における一実施形態を示す工程図である。
【図５】  本発明の製造方法における一実施形態を示す工程図である。
【図６】  本発明の製造方法における一実施形態を示す工程図である。
【図７】  本発明の製造方法における一実施形態を示す工程図である。
【図８】  本発明の製造方法における一実施形態を示す工程図である。
【図９】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１０】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１１】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１２】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１３】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１４】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１５】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１６】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１７】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１８】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図１９】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２０】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２１】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２２】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２３】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２４】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２５】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２６】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２７】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２８】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図２９】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３０】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３１】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３２】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３３】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３４】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３５】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３６】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３７】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３８】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図３９】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４０】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４１】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４２】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４３】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４４】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４５】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４６】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４７】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４８】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図４９】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５０】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５１】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５２】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５３】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５４】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５５】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５６】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５７】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５８】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図５９】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図６０】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図６１】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図６２】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図６３】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図６４】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図６５】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図６６】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【図６７】  本発明の製造方法における他の実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０      チャンバ板
２４，３４，４４，５４，６４，７４，８４      下部電極
３３，５３，７３      シーディング層
２５，３５，４５，５５，６５，７５，８５      チャンバ
２６，３６，４６，５６，６６，７６，８６      圧電／電歪膜
２８，３８，４８，５８，６８，７８，８８      上部電極
２９，３９，４９，５９      エッチングマスク
４１，５１      エッチング中止層
４２，５２，６２，７２，８２      振動板
６７，７７，８１，８７      フォトレジスト
８９      ジグ
【図１】
0003646626.tif 000002
【図２】
0003646626.tif 000003
【図３】
0003646626.tif 000004
【図４】
0003646626.tif 000005
【図５】
0003646626.tif 000006
【図６】
0003646626.tif 000007
【図７】
0003646626.tif 000008
【図８】
0003646626.tif 000009
【図９】
0003646626.tif 000010
【図１０】
0003646626.tif 000011
【図１１】
0003646626.tif 000012
【図１２】
0003646626.tif 000013
【図１３】
0003646626.tif 000014
【図１４】
0003646626.tif 000015
【図１５】
0003646626.tif 000016
【図１６】
0003646626.tif 000017
【図１７】
0003646626.tif 000018
【図１８】
0003646626.tif 000019
【図１９】
0003646626.tif 000020
【図２０】
0003646626.tif 000021
【図２１】
0003646626.tif 000022
【図２２】
0003646626.tif 000023
【図２３】
0003646626.tif 000024
【図２４】
0003646626.tif 000025
【図２５】
0003646626.tif 000026
【図２６】
0003646626.tif 000027
【図２７】
0003646626.tif 000028
【図２８】
0003646626.tif 000029
【図２９】
0003646626.tif 000030
【図３０】
0003646626.tif 000031
【図３１】
0003646626.tif 000032
【図３２】
0003646626.tif 000033
【図３３】
0003646626.tif 000034
【図３４】
0003646626.tif 000035
【図３５】
0003646626.tif 000036
【図３６】
0003646626.tif 000037
【図３７】
0003646626.tif 000038
【図３８】
0003646626.tif 000039
【図３９】
0003646626.tif 000040
【図４０】
0003646626.tif 000041
【図４１】
0003646626.tif 000042
【図４２】
0003646626.tif 000043
【図４３】
0003646626.tif 000044
【図４４】
0003646626.tif 000045
【図４５】
0003646626.tif 000046
【図４６】
0003646626.tif 000047
【図４７】
0003646626.tif 000048
【図４８】
0003646626.tif 000049
【図４９】
0003646626.tif 000050
【図５０】
0003646626.tif 000051
【図５１】
0003646626.tif 000052
【図５２】
0003646626.tif 000053
【図５３】
0003646626.tif 000054
【図５４】
0003646626.tif 000055
【図５５】
0003646626.tif 000056
【図５６】
0003646626.tif 000057
【図５７】
0003646626.tif 000058
【図５８】
0003646626.tif 000059
【図５９】
0003646626.tif 000060
【図６０】
0003646626.tif 000061
【図６１】
0003646626.tif 000062
【図６２】
0003646626.tif 000063
【図６３】
0003646626.tif 000064
【図６４】
0003646626.tif 000065
【図６５】
0003646626.tif 000066
【図６６】
0003646626.tif 000067
【図６７】
0003646626.tif 000068