(57)【要約】【課題】基板に塗布された溶液の蒸発成分による熱履歴変動を抑制してランプ熱源により均一な加熱を行う。【解決手段】チャンバー本体１の上方に設けた排気手段３と、チャンバー本体１の底面と面一もしくは底面よりも低い面で基板６の表面をチャンバー本体１の内部に臨ませる基板保持手段と、チャンバー本体１の底面の下方に配置されて基板６を加熱する赤外ランプ２６とを備え、基板６の下側のチャンバー本体１の内部の蒸発成分を天井板２の排気手段３から希ガスと共に外部に排出し、蒸発成分を基板６の下側の底板４に付着させず、むらなく基板６に対する加熱を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー本体の上方に設けた排気手段と、チャンバー本体の底面と面一もしくは底面よりも低い面で基板の表面をチャンバー本体の内部に臨ませる基板保持手段と、チャンバー本体の底面の下方に配置されて基板を加熱するランプ熱源とを備えた
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置において、
チャンバー本体の底面は石英製の底板で形成され、基板保持手段は、基板の表面が底板の上面と面一もしくは上面よりも低くなるように基板が嵌合する嵌合部である
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理装置において、
底板には穴が形成され、穴の周縁に基板の周囲を嵌合させる嵌合部が形成されている
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱処理装置において、
チャンバー本体の底面は中央部に穴が形成された底板で構成され、基板保持手段は、基板を保持すると共に底板の下方から穴の周縁に基板の周囲を密着させる昇降手段である
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱処理装置において、
底板の下方の穴の周縁に基板の周囲を嵌合させる嵌合部が形成されている
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱処理装置において、
チャンバー本体の底面側からチャンバー本体の内部に不活性ガスを供給するガス供給手段を備えた
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱処理装置において、
表面に誘電体膜を構成する金属を含む有機金属化合物を含有する誘電体前駆体溶液が塗布された基板が用いられる
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
チャンバー本体の底面と面一もしくは底面よりも低い面で基板の表面をチャンバー本体の内部に臨ませ、チャンバー本体の底面の下方から基板にランプ照射を行い、チャンバー本体の上方から排気を行うことを特徴とする熱処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の熱処理方法において、
チャンバー本体の底面側から不活性ガスを導入する
ことを特徴とする熱処理方法。
【請求項１０】
請求項８もしくは請求項９に記載の熱処理方法において、
基板の表面には誘電体膜を構成する金属を含む有機金属化合物を含有する誘電体前駆体溶液が塗布されている
ことを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、誘電体前駆体溶液の蒸発成分による熱履歴変動を抑制して均一な加熱を行うことができる熱処理装置及び熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、圧電材料からなる圧電体膜を２つの電極で挟んで構成される。圧電体膜は、誘電性を有する物質を高温で熱処理（焼成）して作成される。圧電体膜としては、ジルコン酸チタン酸鉛等の結晶性セラミックス誘電体膜等が用いられる。
【０００３】
圧電素子に用いられる誘電体膜の製造方法として、いわゆるゾル−ゲル法及びＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法が知られている。即ち、下電極を形成した基板上に有機金属化合物の誘電体前駆体溶液を塗布して乾燥および脱脂または仮焼成させて誘電体の前駆体膜を形成し、その後焼成して結晶化させる。製造する誘電体膜の膜質や厚み等に応じて、所定の製造工程が繰り返される。
【０００４】
誘電体の前駆体を熱処理（焼成）する場合、加熱手段を用いて高温、短時間でアニール処理を行うことが従来から実施されている。従来のアニール装置としては、石英製の処理室（チャンバー本体）の内部空間に基板を載置するステージが設置され、上下からチャンバー本体の内部を赤外ランプ等により加熱する装置が知られている。
【０００５】
しかし、チャンバー本体の内部空間にステージが設置されているため、加熱による溶剤の蒸発成分がステージの下部のチャンバー本体の底面に付着し、赤外ランプの赤外光を遮ってしまうことがあった。このため、基板に対する熱履歴が経時的に低下して所望の加熱処理を行うためにはクリーニング等を頻繁に行う必要があり、効率が低下してしまう虞があった。
【０００６】
また、基板を載置するステージ自体をセラミック製ヒータとなっているステージヒータを用い、ステージヒータに基板を載置して直接もしくは僅かな隙間を介して基板を加熱する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ステージヒータに基板を載置することで、チャンバー本体の底面に溶剤の蒸発成分が付着することはなくなる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１１５６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、基板を載置するステージ自体をセラミック製ヒータとなっているステージヒータを用いた熱処理装置では、ステージヒータに基板を載置しているので、基板に反りが生じる虞があり、また、ステージヒータの面内温度分布により基板に対して均一に熱を加えることができない虞があった。
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、基板に塗布された溶液の蒸発成分による熱履歴変動を抑制して均一な加熱を行うことができる熱処理装置及び熱処理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】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の熱処理装置は、チャンバー本体の上方に設けた排気手段と、チャンバー本体の底面と面一もしくは底面よりも低い面で基板の表面をチャンバー本体の内部に臨ませる基板保持手段と、チャンバー本体の底面の下方に配置されて基板を加熱するランプ熱源と、を備えたことを特徴とする。
上記構成により、チャンバー本体の上方に排気手段を設け、チャンバー本体の底面と面一もしくは底面よりも低い面で基板の表面をチャンバー本体の内部に臨ませているため、蒸発成分の流れが底面の表面で乱されることがなく、蒸発成分が上方から外部に排気されて基板の下面に付着することがない。このため、基板に塗布された溶液の蒸発成分による熱履歴変動を抑制してランプ熱源により均一な加熱を行うことができる。
【００１１】
そして、チャンバー本体の底面は石英製の底板で形成され、基板保持手段は、基板の表面が底板の上面と面一もしくは上面よりも低くなるように基板が嵌合する嵌合部であることが好ましい。
これにより、嵌合部により石英製の底板の所定の位置に基板を確実に保持させることができる。
【００１２】
また、底板には穴が形成され、穴の周縁に基板の周囲を嵌合させる嵌合部が形成されていることが好ましい。
これにより、ランプ熱源により基板を直接加熱することができる。
【００１３】
また、チャンバー本体の底面は中央部に穴が形成された底板で構成され、基板保持手段は、基板を保持すると共に底板の下方から穴の周縁に基板の周囲を密着させる昇降手段であることが好ましい。
これにより、昇降手段により基板の周囲を底面の穴に下方から密着させて基板を保持させることができる。
【００１４】
また、底板の下方の穴の周縁に基板の周囲を嵌合させる嵌合部が形成されていることが好ましい。
これにより、嵌合部により穴の周縁の所定の位置に基板を確実に保持させることができる。
【００１５】
また、チャンバー本体の底面側からチャンバー本体の内部に不活性ガスを供給するガス供給手段を備えることが好ましい。
これにより、ガス供給手段からチャンバー本体の内部に不活性ガスを供給することにより、不活性ガスと共に蒸発成分をチャンバー本体の上方から排気することができる。
【００１６】
また、表面に誘電体膜を構成する金属を含む有機金属化合物を含有する誘電体前駆体溶液が塗布された基板が用いられることが好ましい。
これにより、誘電体膜を作成する基板の加熱を行うことができる。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の熱処理方法は、チャンバー本体の底面と面一もしくは底面よりも低い面で基板の表面をチャンバー本体の内部に臨ませ、チャンバー本体の底面の下方から基板にランプ照射を行い、チャンバー本体の上方から排気を行うことを特徴とする。
上記構成により、蒸発成分がチャンバー本体の上方から外部に排気されて基板の下面に付着することがない。このため、基板に塗布された溶液の蒸発成分による熱履歴変動を抑制してランプ熱源により均一な加熱を行うことができる。
【００１８】
そして、チャンバー本体の底面側から不活性ガスを導入することが好ましい。
これにより、不活性ガスと共に蒸発成分をチャンバー本体の上方から排気することができる。
【００１９】
また、基板の表面には誘電体膜を構成する金属を含む有機金属化合物を含有する誘電体前駆体溶液が塗布されていることが好ましい。
これにより、誘電体膜を作成する基板の加熱を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１に基づいて本発明の熱処理装置を用いて製造された誘電体膜を圧電素子とした液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット記録ヘッドを説明する。図１にはインクジェット記録ヘッドの分解斜視を示してある。
【００２１】
図に示すように、流路形成基板１０はシリコン単結晶基板からなり、一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には複数の圧力発生室１２が幅方向に並設されている。流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１４が形成され、連通部１４と各圧力発生室１２とが、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１３を介して連通されている。
【００２２】
連通部１４は後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。勿論、後述する保護基板３０のリザーバ部３２のみをリザーバとして利用しても良い。この場合は、流路形成基板１０の連通部１４は存在せずに、流路形成基板１０と保護基板３０との界面付近の保護基板３０にインク供給路１３と動揺の作用を有する流路を設けても良い。図１では、インク供給路１３は圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。流路形成基板１０の開口面側にはノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着され、ノズルプレート２０には各圧力発生室１２のインク供給路１３とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されている。
【００２３】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜５０が形成され、弾性膜５０上には、図示しない絶縁体膜を介して下電極膜６０が形成されている。下電極膜６０上には圧電体層（誘電体層）７０、上電極膜８０を積層した圧電素子３００が構成されている。圧電素子３００の上電極膜８０にはリード電極９０がそれぞれ接続され、リード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
【００２４】
圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。
【００２５】
例えば、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。
【００２６】
流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合されている。圧電素子３００は圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。保護基板３０には、流路形成基板１０のインク供給路１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。
【００２７】
リザーバ部３２は保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられ、流路形成基板１０の連通部１４と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバを構成している。保護基板３０上には封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板が接合され、封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。
【００２８】
上述したインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバからノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たす。図示しない駆動ＩＣからの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させる。これにより、各圧力発生室１２内の圧力が高められてノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００２９】
インクジェット式記録ヘッドの圧電体層７０は金属酸化物、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、金属有機物を溶媒に溶解・分散したゾル状の前駆体溶液を塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで形成されている。即ち、誘電体膜を構成する金属を含む有機金属化合物を含有するコロイド溶液が基板に塗布されて誘電体前駆体膜が基板に形成され、誘電体前駆体膜が乾燥、脱脂されて前駆体溶液の溶媒が蒸発し、誘電体前駆体膜が加熱処理される（焼成される）ことによって結晶化して誘電体膜とされている。
【００３０】
上述したインクジェット式記録ヘッドの圧電体層７０を形成するための本発明の熱処理装置を図２〜図５に基づいて説明する。
【００３１】
図２に基づいて本発明の第１実施形態例に係る熱処理装置を説明する。
図２には本発明の第１実施形態例に係る熱処理装置の概略構成を示してある。
【００３２】
チャンバー本体１の上方の天井部としての天井板２には排気手段３が設けられ、チャンバー本体１の底面は石英製の底板４で形成され、底板４の上面には基板保持手段の嵌合部としての座ぐり部５が形成されている。座ぐり部５の平面形状は基板６と略同形状で、座ぐり部５の深さは基板６の厚さ寸法と略等しくされている。このため、底板４の上面と面一状態で基板６が座ぐり部５に嵌合され、底板４の所定の位置に基板６を確実に保持させることができる。また、底板４の上面と面一状態で基板６の表面がチャンバー本体１の内部に臨むようになる。基板６の交換は図示しない搬入搬出口から搬送ロボット等を用いて行われる。
【００３３】
尚、座ぐり部５の深さは基板６の厚さ寸法よりも若干大きくすることも可能である。この場合、底板４の上面よりも低い面で基板６の表面がチャンバー本体１の内部に臨むように保持される。
【００３４】
チャンバー本体１の底板４の下側には熱源チャンバー２５が設けられ、熱源チャンバー２５の上面は開口状態とされて座ぐり部５の部位を含む底板４に臨むようにされている。熱源チャンバー２５には基板６を加熱するランプ熱源としての赤外ランプ２６が複数個（図示例では４個）備えられ、赤外ランプ２６により石英製の底板４を介して基板６の下面に赤外光が照射されて基板６が加熱される。
【００３５】
また、チャンバー本体１の底面側からチャンバー本体１の内部に不活性ガスを上方に向けて供給するガス供給手段としてのガスノズル２７が底板４に設けられている。尚、ガスノズル２７は必ずしも設けなくてもよい。
【００３６】
上述した熱処理装置では、有機金属化合物を含有するコロイド溶液（溶剤）が表面に塗布された基板６が座ぐり部５に嵌合され、基板６は底板４の上面と面一状態とされる。赤外ランプ２６により石英製の底板４を介して基板６に赤外光が照射されて基板６が加熱される。加熱時には、ガスノズル２７からヘリウム等の希ガスが底板４側から上方に向けて供給される。加熱により蒸発した溶剤は希ガスと共に天井板２の排気手段３から排気される。
【００３７】
基板６の下側のチャンバー本体１の内部の蒸発成分が天井板２の排気手段３から希ガスと共に外部に排出されるので、蒸発成分が基板６の下側の底板４に付着することがない。このため、むらなく基板６に対する加熱が行われ、塗布された溶剤の蒸発成分による熱履歴変動が抑制されて赤外ランプ２６により均一な加熱を行うことができる。
【００３８】
また、基板６は座ぐり部５に嵌合して底板４に保持されているので、石英製の底板４の所定の位置に基板６を確実に保持させることができる。また、基板６は底板４の上面と面一状態とされているので、基板６の表面での流体の流れに乱れが生じることがない。このため、蒸発成分を天井板２に排気することができることと相俟って、比較的温度が低い状態であっても溶剤が基板６の表面で流れることがなく所望の状態の誘電体前駆体膜を加熱処理して誘電体膜とすることができる。
【００３９】
図３に基づいて本発明の第２実施形態例に係る熱処理装置を説明する。
図３には本発明の第２実施形態例に係る熱処理装置の概略構成を示してある。尚、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。第２実施形態例の熱処理装置は、第１実施形態例の熱処理装置に対して底板４（図２参照）の構成が異なっている。
【００４０】
チャンバー本体１の底面は石英製の底板８で形成され、底板８の中央部には穴９が形成されている。穴９の周縁には基板６を嵌合させる嵌合部としての段部１６が形成され、基板６はチャンバー本体１の内部側から穴９の段部１６に嵌合され、基板６の表面と底板８の面が面一状態にされている。
【００４１】
第２実施形態の熱処理装置は、赤外ランプ２６により底板８の穴９を介して基板６に赤外光が直接照射されて基板６が加熱される。加熱時には、ガスノズル２７からヘリウム等の希ガスが底板４側から上方に向けて供給される。加熱により蒸発した溶剤は希ガスと共に天井板２の排気手段３から排気される。
【００４２】
このため、穴９を介して基板６を直接加熱することができ、効率を向上させることが可能になる。その他の作用・効果は第１実施形態例と同様である。
【００４３】
図４に基づいて本発明の第３実施形態例に係る熱処理装置を説明する。
図４には本発明の第３実施形態例に係る熱処理装置の概略構成を示してある。
【００４４】
チャンバー本体３５の天井部としての天井板３６には排気手段３７が設けられ、チャンバー本体３５の底面は石英製の底板３８で形成されている。底板３８の中央部には穴３９が形成されている。
【００４５】
チャンバー本体３５の底板３８の下側には基板保持手段である昇降手段としての昇降チャンバー５１が昇降自在に設けられ、昇降チャンバー５１の上面は開口状態とされて上側に基板５２が載置される。昇降チャンバー５１には基板５２を加熱するランプ熱源としての赤外ランプ５３が複数個（図示例では４個）備えられている。
【００４６】
基板５２が載置された昇降チャンバー５１を上昇させることにより、チャンバー本体３５の底板３８の穴３９の周縁に基板５２が下側から密着される。底板３８の穴３９の周縁に基板５２を下側から密着させることで、チャンバー本体３５の底面より低い面で基板５２の表面がチャンバー本体３５の内部に臨むようになっている。
【００４７】
基板５２が密着した状態で、赤外ランプ５３に基板５２に赤外光が照射されて基板５２が加熱される。
【００４８】
また、チャンバー本体３５の底面側からチャンバー本体３５の内部に不活性ガスを上方に向けて供給するガス供給手段としてのガスノズル５４が底板３８に設けられている。尚、ガスノズル５４は必ずしも設けなくてもよい。
【００４９】
上述した熱処理装置では、有機金属化合物を含有するコロイド溶液（溶剤）が表面に塗布された基板５２が昇降チャンバー５１に載置され、昇降チャンバー５１を上昇させることにより、チャンバー本体３５の底板３８の穴３９の周縁に基板５２が下側から密着される。これにより、チャンバー本体３５の底面より低い面で基板５２の表面がチャンバー本体３５の内部に臨む状態とされる。赤外ランプ５３により基板５２に赤外光が照射されて基板５２が加熱される。加熱時には、ガスノズル５４からヘリウム等の希ガスが底板３８側から上方に向けて供給される。加熱により蒸発した溶剤は希ガスと共に天井板３６の排気手段３７から排気される。
【００５０】
チャンバー本体３５の内部には基板５２の下側の空間が存在せず、蒸発成分が天井板３６の排気手段３７から希ガスと共に外部に排出される。このため、むらなく基板５２に対する加熱が行われ、塗布された溶剤の蒸発成分の流れが基板５２の表面で乱れることなく赤外ランプ５３により均一な加熱を行うことができる。従って、比較的温度が低い状態であっても溶剤が基板５２の表面で流れることがなく所望の状態の誘電体前駆体膜を加熱処理して誘電体膜とすることができる。
【００５１】
図５に基づいて本発明の第４実施形態例に係る熱処理装置を説明する。
図５には本発明の第４実施形態例に係る熱処理装置の概略構成を示してある。尚、図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。第４実施形態例の熱処理装置は、第３実施形態例の熱処理装置に対して底板３８（図４参照）の構成が異なっている。
【００５２】
チャンバー本体３５の底板３８の穴３９の下面の周縁には基板５２を嵌合させる嵌合部としての段部５８が形成されている。昇降チャンバー５１の上昇により基板５２はチャンバー本体３５の底面側から穴３９の段部５８に嵌合され、基板５２の表面がチャンバー本体３５の底面の下側から内部に臨む状態にされる。
【００５３】
第４実施形態例の熱処理装置は、基板５２が段部５８を介して密着した状態で、赤外ランプ５３により基板５２に赤外光が照射されて基板５２が加熱される。加熱時には、ガスノズル５４からヘリウム等の希ガスが底板３８側から上方に向けて供給される。加熱により蒸発した溶剤は希ガスと共に天井板３６の排気手段３７から排気される。
【００５４】
このため、基板５２は段部５８に嵌合して底板３８の下側から密着して保持されているので、底板３８の底面の所定の位置に基板５２を確実に保持させることができる。その他の作用・効果は第３実施形態例と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態例に係る熱処理装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態例に係る熱処理装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態例に係る熱処理装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態例に係る熱処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、３５  チャンバー本体、  ３、３７  排気手段、  ４、３８  底板、  ６、５２  基板、  ２５  熱源チャンバー、  ２６、５３  赤外ランプ
【図１】
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【図２】
2008103422.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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