(57)【要約】【課題】ＡＤ法を用いることにより、比較的高い温度で成膜することができ、且つ、精度の高いパターンを形成できる成膜方法を提供する。【解決手段】エアロゾルデポジション法を用いて所望のパターンを有する膜を形成する方法であって、対象物上に、アモルファス構造を有する成分を含有する第１の膜を形成する工程（ａ）と、第２の膜が形成される所望の成膜領域において、第１の膜に含まれているアモルファス構造を有する成分を結晶化する工程（ｂ）と、成膜材料の粉体をノズルから第１の膜に向けて噴射することにより、工程（ｂ）において結晶化された第１の膜の成膜領域上に第２の膜を形成する工程（ｃ）とを含む。【選択図】図１
2006210896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾルデポジション法を用いて所望のパターンを有する膜を形成する方法であって、
対象物上に、アモルファス構造を有する成分を含有する第１の膜を形成する工程（ａ）と、
第２の膜が形成される所望の成膜領域において、前記第１の膜に含まれているアモルファス構造を有する成分を結晶化する工程（ｂ）と、
成膜材料の粉体をノズルから前記第１の膜に向けて噴射することにより、工程（ｂ）において結晶化された前記第１の膜の成膜領域上に前記第２の膜を形成する工程（ｃ）と、
を具備する成膜方法。
【請求項２】
工程（ｃ）が、前記粉体をガスによって分散させることにより生成されたエアロゾルを前記ノズルから噴射させることを含む、請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記アモルファス構造を有する成分と前記粉体とが、同一の組成を有する、請求項１又は２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記アモルファス構造を有する成分と前記粉体とが、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系酸化物を含む、請求項３記載の成膜方法。
【請求項５】
工程（ａ）が、前記第１の膜をスパッタ法によって形成することを含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項６】
工程（ｂ）が、前記成膜領域にレーザを照射することを含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項７】
工程（ｂ）が、前記成膜領域が開口するようにマスクパターンが形成されたマスクを用いて、前記第１の膜に紫外線を照射することを含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項８】
工程（ｃ）の後で、前記成膜領域を除く領域に形成されている前記第１の膜を除去する工程をさらに具備する、請求項１〜７のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項９】
基板と、
前記基板の主面上に形成された第１の膜、及び、前記第１の膜上の少なくとも一部の領域にエアロゾルデポジション法によって形成された第２の膜であって、前記第２の膜が形成されていない領域において、前記第１の膜がアモルファス構造を有する成分を含有する、前記第１及び第２の膜と、
を具備する構造物。
【請求項１０】
基板と、
前記基板の主面上に配置された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された第１の圧電材料膜、及び、前記第１の圧電材料膜上の少なくとも一部の領域にエアロゾルデポジション法によって形成された第２の圧電材料膜であって、前記第２の圧電材料膜が形成されていない領域において、前記第１の圧電材料膜がアモルファス構造を有する成分を含有する、前記第１及び第２の圧電材料膜と、
前記第２の圧電材料膜上に形成された第２の電極と、
を具備する圧電素子。
【請求項１１】
液体が充填される複数の圧力室と、該複数の圧力室に液体を供給するための流路とを含む空間が形成された３次元構造体と、複数の圧力室内の液体をノズルからそれぞれ吐出するための複数の圧電素子とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
基板の第１の面上に、第１の電極を形成する工程（ａ）と、
前記第１の電極上に、アモルファス構造を有する成分を含有する第１の圧電材料膜を形成する工程（ｂ）と、
第２の圧電材料膜が形成される複数の領域において、前記第１の圧電材料膜に含まれているアモルファス構造を有する成分を結晶化する工程（ｃ）と、
圧電材料の粉体をノズルから前記第１の圧電材料膜に向けて噴射することにより、工程（ｃ）において結晶化された前記第１の圧電材料膜の複数の領域上に複数の第２の圧電材料膜をそれぞれ形成する工程（ｄ）と、
前記複数の第２の圧電材料膜上に複数の第２の電極をそれぞれ形成する工程（ｅ）と、
前記基板の第２の面上に、前記複数の第２の圧電材料膜に対応して前記複数の圧力室及び前記流路を形成する工程（ｆ）と、
を具備する液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
工程（ｄ）が、前記粉体をガスによって分散させることにより生成されたエアロゾルを前記ノズルから噴射させることを含む、請求項１１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜材料の粉体を基板に吹き付けて堆積させるエアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法を用いて、基板上に所望のパターンを有する膜を形成する成膜方法に関する。また、本発明は、そのような成膜方法を用いて製造された構造物及び圧電素子アレイに関する。さらに、本発明は、そのような成膜方法を含む液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８及び図９を参照しながら、インクジェットプリンタにおいてインクを吐出する液体吐出ヘッドの一般的な構造について説明する。図８は、インクジェットプリンタの印字部の周辺を示す平面図である。図８に示すように、印字部１００は、ローラ１０２及び１０３に掛け渡されたベルト１０４に吸着保持されている記録紙１０１の上部に配置されている。記録紙１０１は、制御信号に従って駆動されるローラ１０２及び１０３及びベルト１０４により、矢印の方向に送られる。
【０００３】
印字部１００は、インクを吐出する複数の液体吐出ヘッド１００ａ〜１００ｄを含んでいる。これらの液体吐出ヘッド１００ａ〜１００ｄは、記録紙１０１の紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドである。液体吐出ヘッド１００ａ〜１００ｄの各々は、記録紙１０１の紙送り方向に対して直交する方向に配置された複数のノズル部を含んでおり、供給される制御信号に従って、黒、シアン、マゼンタ、イエローのインクをそれぞれ吐出する。
印字検出部１０５は、印字部１００による印字結果を撮像するためのラインセンサを含んでおり、ラインセンサによって読み取られた画像に基づいて、ノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
【０００４】
図９は、液体吐出ヘッドにおけるインク吐出機構を説明するための図であり、液体吐出ヘッドの断面の一部を示している。図９に示すように、液体吐出ヘッドは、ノズルプレート１１０と、ノズルプレート１１０上の空間を複数の領域に仕切る隔壁１１１と、隔壁１１１上に配置されている振動板１１２とを含んでいる。このノズルプレート１１０と、隔壁１１１と、振動板１１２とによって、複数の圧力室１１３が形成される。この圧力室１１３には、複数の色のインクが充填される。また、ノズルプレート１１０の面内には、複数の圧力室１１３に対応して、複数の吐出口（ノズル部）１１４が形成されている。さらに、振動板１１２上には下部電極１１５が形成されており、その上には、複数の圧電体１１６が複数の圧力室１１３に対応して配置されている。これらの圧電体１１６の各々の上には、上部電極１１７が形成されている。なお、図９においては、説明を簡単にするために、各圧力室１１３にインクを補給するための機構は省略されている。
【０００５】
印字を行う場合には、制御信号に従って下部電極１１５及び上部電極１１７に電圧を印加する。それにより、圧電体１１６が圧電効果により伸縮して、振動板１１２が変形する。その結果、圧力室１１３の容積が変化するので、内部に充填されているインクが加圧されて吐出部１１４から滴下する。
【０００６】
近年、プリンタの解像度を高くして画質を向上させるために、液体吐出ヘッドの高集積化が進められており、それに伴い液体吐出ヘッドを駆動する圧電体についても、微細化及び高集積化、並びに、性能の向上が望まれている。そのためには、圧力室を構成する隔壁１１１や、圧電体１１６のパターンを高い精度で形成する必要がある。
【０００７】
最近では、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：micro electrical mechanical system）の分野において、高集積化された圧電アクチュエータを実用に供するために、成膜によって圧電素子等を作製することが検討されている。その１つとして、セラミックスや金属等の成膜技術として知られるエアロゾルデポジション法（以下において、「ＡＤ法」という）が注目されている。ＡＤ法とは、成膜材料の粉体を含むエアロゾルをノズルから基板に向けて噴射することにより、基板上に成膜材料を堆積させる成膜方法である。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。
【０００８】
ＡＤ法においては、高速に加速された粉体が、基板や先に形成された堆積物等の下層に衝突して食い込み、衝突の際に粉体が破砕して新たに生成された破砕面が下層に付着するメカノケミカル反応によって成膜が為される。このようなＡＤ法によれば、不純物を含まない、緻密で強固な厚膜を形成することができる。そのため、セラミックの圧電体をＡＤ法によって作製することにより、圧電アクチュエータ等の機器の性能を向上させることが期待されている。なお、ＡＤ法は、噴射堆積法又はガスデポジション法とも呼ばれている。
【０００９】
ところで、ＡＤ法を用いて所望のパターンを有する膜を形成するためには、例えば、次の３つの方法が考えられる。
第１の方法は、所望の開口パターン（マスクパターン）が形成されたメタルマスクを成膜基板上に配置し、メタルマスクの上から基板に向けて成膜材料の粉体を吹き付ける方法である。この方法は単純であり、工程は最も簡単であるが、解像度が比較的低くなるので、高精細なパターンを形成する場合には適していない。また、膜厚の分布が不均一になり易い。さらに、開口以外のマスク部分にも粉体が吹き付けられるので、メタルマスクの損傷が著しく、メタルマスクが薄い場合には変形してしまう場合もある。
【００１０】
第２の方法は、成膜基板上にレジストを配置すると共に、レジストに所望の開口パターンを形成し、レジストの上から基板に向けて成膜材料の粉体を吹き付ける方法である。関連する技術として、特許文献１には、厚さが均一で、高精細な圧電体アレイを有する圧電式アクチュエータを形成するために、基板上にレジストパターンを形成する工程と、ガスデポジション法を用いてレジストパターンを覆うようにして基板上に圧電膜を形成する工程と、上記レジストパターンを除去することで圧電膜をパターニングすることにより圧電体ストライプを所定の間隔で並べた圧電体アレイを作製する工程を備える圧電式アクチュエータの形成方法が開示されている。
【００１１】
粉体は、レジストに衝突しても破砕し難いので、メカノケミカル反応は生じ難い。そのため、レジスト上に強固な膜は形成されない。従って、レジストの除去も容易に行うことができる。しかしながら、この方法においては、粉体が吹き付けられることによりレジストが劣化してしまうので、レジストに高い耐久性が求められる。また、レジストの耐熱温度が比較的低いので（例えば、約３００℃）、膜の特性や密着性を向上するために、比較的高い温度（例えば、約６００℃）で成膜する必要がある場合には、この方法を用いることはできない。
【００１２】
第３の方法は、成膜基板上にＡＤ法によって膜を形成した後で、マスクを用いたサンドブラスト法、ドライエッチング法、又は、ウェットエッチング法により不要な領域の膜を除去する方法である。これらの方法によれば、精密にパターンを形成することが可能である。しかしながら、サンドブラスト法やドライエッチング法を用いる場合には、装置が複雑で高価であると共に、工程が煩雑となるので、コストが上昇してしまう。また、ウェットエッチングは、膜におけるエッチング特性を踏まえた上で基板やマスクの材料を選択しなければならないので現実的ではなく、サイドエッチも問題となっている。
【特許文献１】特開２００３−１４２７５０号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
例えば、高密度に配列された液体吐出ヘッドを製造する場合には、厚さが３０μｍ以下の基板上にパターン成膜することにより、多数の圧電体を高密度に配置する。この基板は、製品において振動板として機能するので、圧電体のサイズが小さくなるほど、振動し易くするために薄くする必要がある。一方、基板が薄くなるほど、成膜時の膜応力によって変形し易くなるので、膜応力を低減するために比較的高い温度で成膜する必要がある。しかしながら、先に第１〜第３の方法において述べたように、現状では、高温成膜が可能で高精細なパターンを形成できる成膜技術は知られていない。
【００１４】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＡＤ法を用いて、比較的高い温度で成膜することができ、且つ、精度の高いパターンを形成できる成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る成膜方法は、エアロゾルデポジション法を用いて所望のパターンを有する膜を形成する方法であって、対象物上に、アモルファス構造を有する成分を含有する第１の膜を形成する工程（ａ）と、第２の膜が形成される所望の成膜領域において、第１の膜に含まれているアモルファス構造を有する成分を結晶化する工程（ｂ）と、成膜材料の粉体をノズルから第１の膜に向けて噴射することにより、工程（ｂ）において結晶化された第１の膜の成膜領域上に第２の膜を形成する工程（ｃ）とを具備する。
【００１６】
また、本発明の１つの観点に係る構造物は、基板と、該基板の主面上に形成された第１の膜、及び、該第１の膜上の少なくとも一部の領域にエアロゾルデポジション法によって形成された第２の膜であって、該第２の膜が形成されていない領域において、第１の膜がアモルファス構造を有する成分を含有する、第１及び第２の膜とを具備する。
【００１７】
本発明の１つの観点に係る圧電素子は、基板と、該基板の主面上に配置された第１の電極と、該第１の電極上に形成された第１の圧電材料膜、及び、該第１の圧電材料膜上の少なくとも一部の領域にエアロゾルデポジション法によって形成された第２の圧電材料膜であって、該第２の圧電材料膜が形成されていない領域において、第１の圧電材料膜がアモルファス構造を有する成分を含有する、第１及び第２の圧電材料膜と、該第２の圧電材料膜上に形成された第２の電極とを具備する。
【００１８】
本発明の１つの観点に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体が充填される複数の圧力室と、該複数の圧力室に液体を供給するための流路とを含む空間が形成された３次元構造体と、複数の圧力室内の液体をノズルからそれぞれ吐出するための複数の圧電素子とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、基板の第１の面上に、第１の電極を形成する工程（ａ）と、該第１の電極上に、アモルファス構造を有する成分を含有する第１の圧電材料膜を形成する工程（ｂ）と、第２の圧電材料膜が形成される複数の領域において、第１の圧電材料膜に含まれているアモルファス構造を有する成分を結晶化する工程（ｃ）と、圧電材料の粉体をノズルから第１の圧電材料膜に向けて噴射することにより、工程（ｃ）において結晶化された第１の圧電材料膜の複数の領域上に複数の第２の圧電材料膜をそれぞれ形成する工程（ｄ）と、該複数の第２の圧電材料膜上に複数の第２の電極をそれぞれ形成する工程（ｅ）と、基板の第２の面上に、複数の第２の圧電材料膜に対応して複数の圧力室及び流路をそれぞれ形成する工程（ｆ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、下地膜内の成膜領域に含まれるアモルファス構造を有する成分を結晶化させて下地膜の硬度を選択的に変化させるので、ＡＤ法による成膜を行う際に、所望の成膜領域のみにおいてメカノケミカル反応を生じさせることができる。従って、メタルマスクやレジストマスクを用いることなく、比較的高い成膜温度で、精密なパターンを有する膜をＡＤ法によって形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。本実施形態においては、底面サイズが約３００μｍ角であり、厚さが約１０μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）膜を、１００μｍ間隔のマトリクス状に配置する場合について説明する。
【００２２】
まず、図１の（ａ）に示すように、成膜の対象物として、所定の材料によって形成された基板１０を用意し、その主面上に、必要に応じてスパッタ法等の公知の技術により電極１１を形成する。電極１１は、必要に応じて複数層（例えば、白金の導電層とチタンの密着層）を含む構造としても良い。
【００２３】
次に、図１の（ｂ）に示すように、電極１１上に、アモルファス構造を有する成分を含有する厚さ１μｍ程度のＰＺＴの下地膜１２を形成する。
ここで、本願において、アモルファス構造とは、Ｘ線回折による結晶構造解析において、特定の結晶相ピークが出現しない状態、又は、ピークにハロー（かさ）が明確に出現している状態のことをいう。図２は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）焼結体及びＰＺＴスパッタ膜についてＸ線回折を行うことにより得られた（１１０）方位のピークを示す図（実験値）である。図２において、横軸は反射角（２θ）を示しており、縦軸は１秒あたりのＸ線のカウント数（ｃｐｓ：カウンター・パー・セカンド）、即ち、反射強度を示している。例えば、ＰＺＴにおいては（１１０）方位のピークが２θ＝３１°付近に出現するが、図２に示すように、結晶性の良いＰＺＴ焼結体の場合には、その半値幅が０．５°であるのに対して、低温スパッタによるＰＺＴ膜の場合には、明確なハローが出現して半値幅が０．８に広がる。このように、ハローが出現することにより半値幅が増大したり、ピークが出現しない場合には、その物質はアモルファス構造となっている。
【００２４】
アモルファス構造を有する成分を含有するＰＺＴ膜は、スパッタ法によるＰＺＴの成膜を比較的低い温度（例えば、室温程度）で行うことにより形成することができる。ここで、下地膜としては、作製目的とする膜（本実施形態においてはＰＺＴ）と同一の組成を有する材料を用いるようにする。下地膜は、作製目的とする膜の下部に残留するからである。
【００２５】
次に、図１の（ｃ）に示すように、下地膜１２上のＰＺＴ膜を配置する領域（成膜領域）に、ＰＺＴの吸収波長帯（例えば、約４００ｎｍ）の波長成分を含む高出力レーザ（例えば、約１０Ｗ）を照射する。図１の（ｃ）においては、１００μｍ間隔で配置された３００μｍ角のピクセルパターンを成膜領域１２ａとしている。それにより、レーザを照射された領域に含まれるアモルファス構造を有する成分が結晶化され、その部分の硬度が上昇する。その際には、短パルスで高出力のレーザを用いることにより、短時間で効率良く結晶化を促進することができる。以下において、アモルファス構造を有する成分を含有する領域のことを「アモルファス領域」といい、アモルファス構造を有する成分が結晶化された領域のことを「結晶化領域」という。
【００２６】
次に、図１の（ｄ）に示すように、下地膜１２の上に、ＡＤ法により膜を形成する。この工程においては、成膜材料の粉体として、結晶化したＰＺＴの粉体が用いられる。ここで、ＡＤ法におけるエアロゾルに含まれる微粒子（粉体）の径は、成膜材料の種類や基板材料との関係等により様々であるが、本実施形態のようにＰＺＴ膜を形成する場合には、粒子径を０．１μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。
【００２７】
図３は、ＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、ガスボンベ１と、搬送管２ａ及び２ｂと、エアロゾル生成室３と、成膜室４と、排気ポンプ５と、噴射ノズル６と、基板ホルダ７とを含んでいる。以下に説明するように、エアロゾルは、成膜材料の粉体（以下において、原料粉ともいう）をガスによって分散させることにより生成される。
【００２８】
ガスボンベ１には、キャリアガスとして使用される窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、乾燥空気等が充填されている。また、ガスボンベ１には、キャリアガスの供給量を調節するための圧力調整部１ａが設けられている。
【００２９】
エアロゾル生成室３は、原料粉が配置される容器である。ガスボンベ１から搬送管２ａを介して、エアロゾル生成室３にキャリアガスを導入することにより、そこに配置された原料粉が噴き上げられて分散する。そのようにして生成されたエアロゾルは、搬送管２ｂを介して噴射ノズル６に供給される。また、エアロゾル生成室３は、エアロゾル生成室３に振動等を与えることにより、その内部に配置された原料粉を攪拌するための容器駆動部３ａが設けられている。
【００３０】
成膜室４の内部は、排気ポンプ５によって排気されており、それによって所定の真空度に保たれている。
噴射ノズル６は、所定の形状及び大きさ（例えば、長辺が５ｍｍ程度で、短辺が幅０．５ｍｍ程度の長方形）の開口を有しており、エアロゾル生成室３から供給されたエアロゾルを基板１０に向けて高速で噴射する。
【００３１】
基板ホルダ７は、基板１０を保持している。また、基板ホルダ７には、基板ホルダ７を３次元的に移動させるための基板ホルダ駆動部７ａが設けられている。これにより、噴射ノズル６と基板１０との相対位置及び相対速度が制御される。
【００３２】
図３に示す成膜装置において、ＰＺＴの結晶成分を含有する粉体をエアロゾル生成室３に配置すると共に、図１の（ｃ）に示す基板１０を基板ホルダ７にセットする。また、基板１０を所定の成膜温度に保つ。そして、成膜装置を駆動してノズル６からエアロゾルを噴射すると共に、基板１０を所定の速度で移動させることにより、下地膜１２上を所定の回数走査する。それにより、図１の（ｅ）に示すように、結晶化領域１２ａ上にＰＺＴ膜１３が形成される。なお、この成膜原理については後で説明する。
【００３３】
さらに、成膜の後で、必要に応じて、上部にＰＺＴ膜１３が形成されていない領域（即ち、アモルファス領域）の下地膜１２を、ドライエッチングにより除去しても良い。例えば、光学デバイス等を作製する場合に、アモルファス領域は結晶成分のみの領域と比較して透過率が低いので、アモルファス領域を除去する必要がある。その場合には、下地膜１２の厚さ（例えば、１μｍ）の分だけＰＺＴ膜１３もエッチングされてしまうので、エッチングによる厚さの減少分を見越してＰＺＴ膜１３を形成することが望ましい。
【００３４】
次に、本発明に係る成膜方法における成膜原理について説明する。
本発明において用いられるＡＤ法においては、エアロゾル化した原料粉が、基板や基板上に形成された堆積物等の下層に衝突して破砕し、その際に新たに生じた破砕面が下層に付着するメカノケミカル反応により成膜が為される。そのため、良質な膜を形成するための条件として、下地の硬度が重要となる。即ち、下地が適切な硬度を有している場合には、そこに衝突した原料粉が破砕し易くなるので、メカノケミカル反応により緻密な膜が形成される。反対に、下地が軟らかい場合には、原料粉が衝突しても破砕に至らないので、メカノケミカル反応が生じ難くなる。その場合に、原料粉は堆積しないか、圧粉体の状態（粉体が圧縮された状態）で堆積するだけであり、ＡＤ法の特徴である緻密で強固な膜は形成されない。
【００３５】
そこで、本発明に係る成膜方法においては、膜が形成される下地の硬度を選択的に変化させることにより、ＡＤ法によって膜のパターニングを行っている。そして、下地の硬度を変化させるために、本実施形態においては、アモルファス構造を有する成分を含有する下地膜を形成して、その一部を結晶化している。先にも述べたように、ＡＤ法においては、メカノケミカル反応が生じるか否かによって成膜の可否が決まるので、アモルファス領域と結晶化領域との境界においては、成膜領域が明確に区別される。従って、このような方法によれば、ＡＤ法において精度の高いパターニングが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態においては、アモルファス構造を有する成分を結晶化するために、レーザを用いている。レーザが照射された領域は、レーザエネルギーを吸収することにより加熱されて、そこに含まれるアモルファス構造を有する成分が結晶化して硬化する。レーザを用いることにより下地膜に精密にパターンを描画することができるので、高精細なパターンで膜を形成することが可能となる。
【００３７】
本実施形態において、シリコン基板上に形成された約１μｍの厚さを有する下地膜に、４００ｎｍ付近の波長成分を含む約１０Ｗのレーザを照射した後で、レーザ照射された領域についてＸ線回折を行ったところ、アモルファス構造を有する成分が結晶化されていることが確認できた。またアモルファス領域のビッカース硬度が約３００Ｈｖであったのに対して、結晶化領域のビッカース硬度は約５００Ｈｖであった。即ち、レーザを照射することにより、下地膜の硬度が上昇していることが確認できた。
【００３８】
さらに、下地膜上に、ＡＤ法によりＰＺＴを成膜した。成膜条件としては、成膜温度を６００℃とし、ノズル６に対する基板の速度を０．５ｍｍ／秒とし、走査回数を３０回とした。その結果、下地膜内の結晶領域上に、緻密なＰＺＴ膜が約１０μｍ形成された。反対に、アモルファス領域上には、ＰＺＴ膜はほとんど堆積しなかった。
【００３９】
以上説明した実施形態においては、成膜温度を６００℃としたが、アモルファス構造を有する成分が結晶化される変態温度（ＰＺＴの場合には、約８００℃）以下であれば、比較的高い温度でも成膜することができる。従って、比較的高い温度において成膜することによる膜特性や密着性の向上と、精度の高いパターニングとを両立することができる。
また、本実施形態によれば、ＡＤ法による成膜を行う際にアモルファス領域に原料粉が吹き付けられても、メカノケミカル反応は生じ難い。従って、原料粉が基板上に低い密度で堆積するだけなので、基板にダメージを与えることはあまりない。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る成膜方法について、図１及び図４を参照しながら説明する。
本実施形態においては、アモルファス構造を有する成分を含有する下地膜における成膜領域を、レーザの替わりに紫外線ランプを用いて硬化させている。即ち、図４の（ａ）に示すように、下地膜１２上に、所望のパターンとなるように開口２０ａが形成されたマスク２０を配置し、高出力紫外線ランプを用いて紫外線を照射する。それにより、紫外線を照射された下地膜１２の領域が加熱されて、アモルファス構造を有する成分が結晶化する。その結果、図４の（ｂ）に示すように、硬度が上昇した結晶化領域（成膜領域）１２ａが形成される。その他の工程については、本発明の第１の実施形態におけるものと同様である。
本実施形態によれば、広い面積に対して一括して結晶化を促進することができるので、下地膜をパターニングする時間を短縮することができる。
【００４１】
以上説明した本発明の第１及び第２の実施形態は、ＰＺＴ以外の膜を形成する場合についても適用することができる。ここで、レーザや紫外線を照射することによって下地膜が結晶化される深さは、レーザ又は紫外線の出力強度と下地膜の透過率との関係によって定まるので、成膜領域においてアモルファス構造を有する成分が十分に結晶化されるように、下地膜の組成に応じて、レーザ又は紫外線の出力や下地膜の厚さを選択することが望ましい。
【００４２】
次に、本発明の第１及び第２の実施形態に係る成膜方法の変形例について説明する。
図１の（ｄ）に示すように、アモルファス領域と結晶化領域とにパターニングされた下地膜１２上にＡＤ法による成膜を行う際に、原料粉を噴射する噴射速度を調節することにより、アモルファス領域の下地膜をブラストして剥離する。それにより、ＡＤ法による成膜後に、別途アモルファス領域を除去する工程を設ける必要がなくなる。
【００４３】
図５は、本発明の第１又は第２の実施形態に係る成膜方法を用いて製造された圧電素子アレイを示す断面図である。この圧電素子アレイは、インクジェットプリンタの印字部においてインクを吐出する液体吐出ヘッド用の圧電アクチュエータとして用いられる。
図５に示すように、この圧電素子アレイは、基板３０と、下部電極３１と、下地膜３２と、複数のＰＺＴ膜３３と、各ＰＺＴ膜３３上に配置されている上部電極３４とを含んでいる。これらの内で、下部電極３１と、圧電体３３と、上部電極３４とが、電圧を印加されることによって伸縮する圧電素子を構成している。
【００４４】
基板３０は、約３０μ程度の厚さを有しており、シリコン（Ｓｉ）やジルコニア（ＺｒＯ２）等によって形成される。
下部電極３１は、厚さが約５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層３１ａと、厚さが約５００ｎｍの白金（Ｐｔ）層３１ｂとを含んでいる。白金層３１ｂは導電層であり、チタン層３１ａは、基板３０と白金層３１ｂとの密着性を高めると共に、白金の基板３０への不要な拡散を防止するために設けられている。
【００４５】
下地膜３２は、上部に圧電体３３が配置されている結晶領域３２ａと、それ以外のアモルファス領域３２ｂとを含んでいる。この内のアモルファス領域３２ｂは、必要に応じて除去しても良い。
各ＰＺＴ膜３３の底面サイズは約３００μｍ角であり、厚さは約１０μｍである。複数のＰＺＴ膜３３が、約１００μｍ間隔でマトリクス状に配置されている。また、上部電極３４は、スパッタ法等により各ＰＺＴ膜３３上に形成されている。
【００４６】
このような圧電素子アレイは、液体吐出ヘッド用の圧電アクチュエータ以外にも、超音波撮像装置に備えられている超音波用探触子において超音波の送受信を行う超音波トランスデューサ等の様々な用途に利用することができる。
【００４７】
次に、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法について、図５〜図７を参照しながら説明する。本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、圧力室にインクを供給するための流路や圧力室からインクを吐出するためのノズルを含む３次元構造体をＡＤ法によって形成することにより、モノリシック（一体的）構造化することを特徴としている。
【００４８】
まず、図５に示すように、基板３０上に複数の圧電素子が所定の配列で配置された圧電素子アレイを用意する。なお、図５に示すアモルファス領域３２ｂは除去しておく。次に、図６の（ａ）に示すように、基板３０における複数の圧電体３４が配置されている主面と反対側の面上に、アモルファス構造を有する成分を含有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の下地膜４０を形成する。この下地膜４０は、スパッタ法によるアルミナの成膜を比較的低い温度（例えば、室温程度）で行うことにより形成することができる。
【００４９】
次に、図６の（ｂ）に示すように、圧力室を形成するための隔壁が形成される領域（成膜領域）４０ａにレーザを照射することにより、アモルファス構造を有する成分を結晶化する。或いは、レーザを照射する替わりに、開口パターンが形成されたマスクを介して、下地膜４０に紫外線を照射しても良い。
【００５０】
次に、図３に示す成膜装置において、原料粉として、例えば、平均粒子径が約０．３μｍのアルミナ単結晶の粉体を用いることにより、所定の成膜温度（例えば、６００℃）で下地膜４０上に成膜を行う。その結果、図６の（ｃ）に示すように、結晶化された成膜領域４０ａ上に、アルミナの単結晶材料が堆積する。このように形成された厚さが１０μｍ程度の第１のアルミナ層４１により、圧力室４２の領域が画定される。
【００５１】
次に、図６の（ｄ）に示すように、圧力室４２内に残留している下地膜４０をエッチングにより除去し、犠牲層として溶解材料４３をＡＤ法により配置する。溶解材料４３は、その上にＡＤ法による成膜が可能な程度の硬さを有する材料であり、且つ、ウェットエッチングによって除去可能な材料である。具体的には、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料や、ポリウレタン系樹脂、ポリウレタンアクリレート、エポキシ系樹脂等の硬質樹脂材料等が挙げられる。
【００５２】
次に、図７の（ａ）に示すように、第１のアルミナ層４１及び溶解材料４３上において、インクの流路４４を除いた領域に、ＡＤ法により第２のアルミナ層４５を形成する。この工程においては、第１のアルミナ層４１と同様に、一部を結晶化させた下地膜上にＡＤ法による成膜を行っても良いし、インクの流路４４にレジストを配置してＡＤ法による成膜を行い、その後でレジストを除去しても良い。この工程においては、必ずしも高温で成膜を行う必要はないので、レジストを使用することも可能である。基板３０上に直接膜を形成する場合と異なり、膜応力を除去するための高温成膜は不要だからである。
次に、図７の（ｂ）に示すように、インクの流路に、ＡＤ法により犠牲層として溶解材料４３を配置する。
【００５３】
さらに、図７の（ｃ）に示すように、第３のアルミナ層４６の形成および溶解材料４３の配置、第４のアルミナ層４７の形成及び溶解材料４３の配置、第５のアルミナ層４８の形成および溶解材料４３の配置、第６のアルミナ層（ノズルプレート）４９の形成及び溶解材料４３の配置を順次行う。これらの第３のアルミナ層４６〜第６のアルミナ層４９中に配置されている溶解材料４３は、インクの流路やノズルを形成するための犠牲層となる。
【００５４】
次に、ウェットエッチングにより、第１アルミナ層４１〜第６のアルミナ層４９中に配置されている溶解材料４３を除去する。それにより、図７の（ｄ）に示すように、圧力室４２、インクを吐出するノズル５０、圧力室４２からノズル５０にインクを供給するノズル流路５１、及び、圧力室４２にインクを供給するための共通流路５２が形成される。
【００５５】
なお、圧力室等の構造及び形成方法については、図６及び図７を参照しながら説明したものの他にも、種々の技術を適用することができる。例えば、ノズルが形成されたノズルプレートを別途作製して、接着剤により隔壁４１（図６の（ｃ）参照）に貼り付けるようにしても良い。また、３次元構造体のモノリシック構造化については、特願２００４−６０７４４号を参照されたい。
【００５６】
以上説明した本発明の実施形態において、成膜方法としてＡＤ法を用いる際には、エアロゾルを生成する機構は図３に示す構成に限定されない。即ち、原料粉がガス中に分散している状態を生成することができれば、様々な構成を用いることができる。例えば、原料粉を収納している容器（収納容器）にガスを導入するのではなく、収納容器から所定量の原料粉を取り出し、取り出された原料粉についてこれをエアロゾル化する構成としても良い。具体的には、原料粉の収納容器と、回転駆動することにより収納容器から所定のレート（供給速度）で連続的に原料粉の供給を受けてこれを搬送する原料粉供給部（粉末供給盤）と、原料粉供給部によって搬送された原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成するエアロゾル生成部（エアロゾル化部）とを含む構成が挙げられる。このような構成においては、原料粉供給部に、原料粉が投入される所定の幅の溝を形成することにより、安定した量の原料粉を供給することができると共に、原料粉供給部を回転駆動する速度を調整することにより、原料粉の供給量を制御することができる。そして、原料粉の搬送先においてその溝にキャリアガスを導入することにより、濃度の安定したエアロゾルを生成することができる。
【００５７】
また、原料粉の収納容器において原料粉を攪拌すると共に、この収納容器に圧縮ガスを導入することにより、圧縮ガスと混合された所定量の原料粉を収納容器から取り出し、これを細径の穴から外部に排出することにより、圧縮ガスの膨張を利用して原料粉を分散させる構成も挙げられる。さらに、キャリアガスの流路に原料粉を連続的に供給して原料粉をキャリアガスに分散させることにより、エアロゾルを生成する構成を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、インクジェットプリンタにおいてインクを吐出する液体吐出ヘッドや超音波撮像装置において超音波を送受信する超音波トランスデューサ等において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。
【図２】ＰＺＴ焼結体及びＰＺＴスパッタ膜についてＸ線回折実験を行うことにより得られた（１１０）方位のピークを示す図である。
【図３】エアロゾルデポジション（ＡＤ）法を用いた成膜装置を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る圧電素子アレイを示す断面図である。
【図６】液体吐出ヘッドの製造方法における圧電素子の形成工程を説明するための図である。
【図７】液体吐出ヘッドの製造方法における圧力室、ノズル流路、及び、共通流路の形成工程を説明するための図である。
【図８】インクジェットプリンタの印字部の周辺を示す平面図である。
【図９】液体吐出ヘッドにおけるインク吐出機構を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  ガスボンベ
１ａ  圧力調整部
２ａ、２ｂ  搬送管
３  エアロゾル生成室
３ａ  容器駆動部
４  成膜室
５  排気ポンプ
６  噴射ノズル
７  基板ホルダ
７ａ  基板ホルダ駆動部
１０、３０  基板
１１  電極
１２、３２  ＰＺＴの下地膜
１２ａ、４０ａ  成膜領域（結晶化領域）
１３、３３  ＰＺＴ膜
２０  マスク
２０ａ  開口
３１  下部電極
３１ａ  チタン層
３１ｂ  白金層
３２ａ  結晶領域
３２ｂ  アモルファス領域
３４、１１７、１２３  上部電極
４０  アルミナの下地膜
４１  第１のアルミナ層
４２  圧力室
４３  溶解材料
４４  インクの流路
４５  第２のアルミナ層
４６  第３のアルミナ層
４７  第４のアルミナ層
４８  第５のアルミナ層
４９  第６のアルミナ層（ノズルプレート）
５０  ノズル
５１  ノズル流路
５２  共通流路
１１６、１２２  圧電体
１００  印字部
１００ａ〜１００ｄ  液体吐出ヘッド
１０１  記録紙
１０２、１０３  ローラ
１０４  ベルト
１０５  印字検出部
１１０  ノズルプレート
１１１  隔壁
１１２  振動板
１１４  吐出口（ノズル部）
【図１】
2006210896.tif 000003
【図２】
2006210896.tif 000004
【図３】
2006210896.tif 000005
【図４】
2006210896.tif 000006
【図５】
2006210896.tif 000007
【図６】
2006210896.tif 000008
【図７】
2006210896.tif 000009
【図８】
2006210896.tif 000010
【図９】
2006210896.tif 000011