(57)【要約】【課題】  任意の平面形状を有する圧電体薄膜を低コストで、かつ短いタクトタイムで形成することが可能となる圧電体パターンの形成方法、並びに圧電体パターンを提供する。【解決手段】  圧電体層を形成するための圧電体材料に対して相対的に高い親和性を有する高親和性領域Ａ１（第１の領域）と、前記高親和性領域に比して前記圧電体材料に対する親和性が低い低親和性領域Ａ２（第２の領域）とを基板１上に形成する工程（ａ）と、前記基板１上に圧電体材料を供給し、前記高親和性領域Ａ１に前記圧電体材料を配置して圧電体層１０を形成する工程（ｂ）と、を含む形成方法とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に所定平面形状の圧電体層を形成する圧電体パターンの形成方法であって、
圧電体層を形成するための圧電体材料に対して高い親和性を有する第１の領域と、前記第１の領域に比して前記圧電体材料に対する親和性が低い第２の領域とを前記基体上に形成する工程と、
前記基体上に圧電体材料を供給し、前記第１の領域に前記圧電体材料を配置する工程と、
を含むことを特徴とする圧電体パターンの形成方法。
【請求項２】
前記第１の領域及び第２の領域が形成された基体上に前記圧電体材料のミストを供給することにより、前記第１の領域に前記圧電体材料のパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項３】
前記第１の領域及び第２の領域が形成された基体上に、ＣＶＤ法を用いて前記圧電体材料を堆積させることにより、前記第１の領域に前記圧電体材料のパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項４】
前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を、表面修飾膜を用いて形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項５】
前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を、基体上に所定形状のマスク層を形成した後、前記基体上に表面修飾膜を成膜し、その後前記マスク層を除去することにより形成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項６】
前記マスク層を、フォトリソグラフィ法により形成することを特徴とする請求項５に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項７】
前記基体上に表面修飾膜を成膜し、該表面修飾膜における所望部分を除去することにより前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を形成することを特徴とする請求項４に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項８】
前記基体上に表面修飾膜を成膜し、該表面修飾膜における所望部分の表面特性を選択的に改質することにより前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を形成することを特徴とする請求項４に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項９】
電子線、イオンビーム、及び光のうち少なくとも１種類を前記表面修飾膜に照射することにより前記表面修飾膜の除去ないし表面特性の改質を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記光の波長が、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１１】
前記圧電体材料に対する親和性の異なる２種類の前記表面修飾膜を用い、
前記２種類の表面修飾膜のうち、相対的に高い前記親和性を有する表面修飾膜により前記第１の領域を形成し、相対的に低い前記親和性を有する表面修飾膜により前記第２の領域を形成することを特徴とする請求項４に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１２】
所定の転写形状を有する転写型を用い、前記転写型の転写面に前記表面修飾膜を成膜した後、該表面修飾膜を前記基体上の所定領域に転写することにより前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を形成することを特徴とする圧電体パターンの形成方法。
【請求項１３】
前記表面修飾膜の基体への転写を、マイクロコンタクトプリンティングにより行うことを特徴とする請求項１２に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１４】
前記転写型を基体上面に押圧して前記表面修飾膜を基体上に接着させた後、アブレーションさせて前記表面修飾膜を前記転写型から剥離し、前記表面修飾膜の転写を行うことを特徴とする請求項１３に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１５】
前記表面修飾膜として、自己組織化単分子膜を用いることを特徴とする請求項４ないし１４のいずれか１項に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１６】
前記自己組織化単分子膜として、有機ケイ素化合物とチオール化合物の少なくとも一方を含むものを用いることを特徴とする請求項１５に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１７】
前記圧電体材料を配置された基体を熱処理することにより前記基体上に圧電体層を形成することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１８】
前記圧電体層が、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：ＰＬＺＴ）、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＭＮ−ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）、亜鉛ニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＺＮ−ＰＴ）、スカンジウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｓｃ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＳＮ−ＰＴ）、ニッケルニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＮＮ−ＰＴ）、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦０．３）、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＮｂＯ３のうちいずれかの物質を含むことを特徴とする請求項１７に記載の圧電体パターンの形成方法。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の形成方法により得られた圧電体パターン。
【請求項２０】
請求項１９に記載の圧電体パターンを備えたことを特徴とする圧電体素子。
【請求項２１】
請求項１９に記載の圧電体パターンを備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項２２】
請求項１９に記載の圧電体パターンを備えたことを特徴とするデバイス。
【請求項２３】
請求項２０に記載の圧電体素子を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体パターンの形成方法、圧電体パターン、圧電体素子、液滴吐出ヘッド、及びデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電体素子は、一般的に、多結晶体からなる圧電体薄膜と、この圧電体薄膜を挟んで配置される上部電極及び下部電極と、を備えた構造を有している。
この圧電体薄膜の組成は、一般的に、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、「ＰＺＴ」という）を主成分とする二成分系、または、この二成分系のＰＺＴに第三成分を加えた三成分系とされている。これらの組成の圧電体薄膜は、例えば、スパッタ法、ゾルゲル法、レーザーアブレーション法及びＣＶＤ法等により形成することができる。
上記圧電体薄膜素子を、液滴吐出式記録ヘッドに適用する場合、０．５μｍ〜２０μｍ程度の膜厚を備えた圧電体薄膜（ＰＺＴ膜）が必要となり、また、この圧電体薄膜には、高い圧電ひずみ定数が要求される。
【０００３】
一方、上記圧電体薄膜素子の上部電極および下部電極を構成する材料としては、白金、イリジウム、ルテニウム、チタン、金、ニッケル等、種々の導電体が使用されている。
また、近年、上記のような圧電体素子を用いた種々の液滴吐出式記録ヘッドが提案されており、従来の圧電体素子の製造方法では、上部電極の形成を、下部電極上に基板全面に成膜した圧電体薄膜の上に白金などの金属膜をスパッタ法などにより基板全面に成膜した後、フォトリソグラフィ法により、圧電体薄膜とともに不要部分をエッチング除去することで行うか、あるいはスクリーン印刷などの印刷法により行うものとしていた。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平５−２８６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フォトリソグラフィ法では、材料の使用効率が悪く、また工程が煩雑となるため、高コストとなりタクトタイムも大きくなるという問題が、印刷法では、微細パターンの形成が困難で、またパターンごとにマスクを作製しなくてはならないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、任意の平面形状を有する圧電体薄膜を低コストで、かつ短いタクトタイムで形成することが可能となる圧電体パターンの形成方法、並びに圧電体パターンを提供することを目的としている。
また本発明は、先の圧電体パターンを備える圧電体素子、液滴吐出ヘッド、センサ、及びデバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、基体上に所定平面形状の圧電体層を形成する圧電体パターンの形成方法であって、圧電体層を形成するための圧電体材料に対して高い親和性を有する第１の領域と、前記第１の領域に比して前記圧電体材料に対する親和性が低い第２の領域とを前記基体上に形成する工程と、前記基体上に圧電体材料を供給し、前記第１の領域に前記圧電体材料を配置する工程と、を含むことを特徴とする圧電体パターンの形成方法を提供する。
【０００７】
本発明によれば、液体状や気体状の圧電体材料を用いて基板上に圧電体層を形成する場合などにおいて、その圧電体材料を基板上に塗布、堆積などする前に、かかる基板に、前記圧電体材料に対して相対的に高い親和性を有する第１の領域と、相対的に低い親和性を有する第２の領域とを形成しておく。ここで、相対的に低い親和性を有する第２の領域では基板に圧電体材料が付着し難く、第１の領域では圧電体材料が形成され易い。したがって、本発明によれば、基板上において所定平面形状の第１の領域を形成するとともに、係る第１の領域を囲むように前記第２の領域を形成しておき、第１の領域内に圧電体材料を充填することなどにより、圧電体層の形状（線幅、曲線形状、断面形状など）を容易にかつ高精度に制御することができる。
また、本発明によれば、圧電体材料を基板全面に塗布などした場合であっても、相対的に低い親和性を有する第２の領域に塗布された圧電体材料はその領域から弾き出される作用を受けるので、エッチングを行うことなく極めて簡便に高精度な圧電体パターンを、高効率、低コストにて形成することができる。
【０００８】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記第１の領域及び第２の領域が形成された基体上に前記圧電体材料のミストを供給することにより、前記第１の領域に前記圧電体材料のパターンを形成することができる。
この形成方法によれば、基体上に供給される圧電体材料がサブミクロンオーダーの液滴であるミストとして供給されるので、前記第１の領域に形成する圧電体パターンが微細なものであっても、極めて高精度、かつ容易に形成することが可能になる。
【０００９】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記第１の領域及び第２の領域が形成された基体上に、ＣＶＤ法を用いて前記圧電体材料を堆積させることにより、前記第１の領域に前記圧電体材料のパターンを形成することもできる。
この形成方法によっても、極めて高精度に微小な圧電体パターンを、前記第１の領域に選択的に形成することができ、優れた圧電特性を備えた圧電体パターンを低コストで形成することができる。
【００１０】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を、表面修飾膜を用いて形成することが好ましい。すなわち、基体表面の所定領域に所定の親和性を付与するべく表面修飾膜を設けることが好ましい。このような形成方法とすることで、極めて容易に基体表面の特性を制御することが可能になり、低コストで圧電体パターンを形成できるようになる。
【００１１】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を、基体上に所定形状のマスク層を形成した後、前記基体上に表面修飾膜を成膜し、その後前記マスク層を除去することにより形成することができる。
この場合において、本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記マスク層を、フォトリソグラフィ法により形成することが好ましい。
この形成方法によれば、一般的な半導体製造装置を用いて簡便かつ高精度に上記第１の領域及び第２の領域を形成することができる。すなわち、基板上にレジストを形成し、露光、現像処理することで、上記マスク層を容易に形成できる。また、基板上に選択配置されるマスク層は、インクジェットノズルなどから液体材料を滴下する液滴吐出方式により形成することもできる。
【００１２】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記基体上に表面修飾膜を成膜し、該表面修飾膜における所望部分を除去することにより前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を形成することもできる。
この形成方法によれば、レジストパターンなどからなるマスク層を形成することなく、すなわちフォトリソグラフィ法などを用いることなく、所望形状の表面修飾膜からなる第１の領域又は第２の領域を形成することができる。
【００１３】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記基体上に表面修飾膜を成膜し、該表面修飾膜における所望部分の表面特性を選択的に改質することにより前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を形成することもできる。
この形成方法によれば、表面修飾膜の表面特性が改質された領域と改質されない領域との、圧電体材料に対する親和性の差異を利用して圧電体材料の選択配置を行うことができる。また、表面修飾膜の表面特性を簡易かつ高精度に制御できるため、圧電体材料に対する親和性をより高度に制御でき、従って圧電体パターンの形状制御性にも優れた形成方法となる。
【００１４】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、電子線、イオンビーム、及び光のうち少なくとも１種類を前記表面修飾膜に照射することにより前記表面修飾膜の除去ないし表面特性の改質を行うこともできる。
電子線、イオンビーム及び光は、極めて微小なスポットにでき、簡易にかつ高精度に位置制御することができるので、圧電体パターンの線幅などの形状を簡易にかつ高精度に制御することができる。したがって、本発明によれば極めて微細な圧電体パターンを簡易に製造することができる。
【００１５】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記光の波長が、２５０ｎｍ以下であることが好ましい。この形成方法によれば、上記波長範囲の高エネルギーの光により表面修飾膜をその種類によらず除去することができるので、表面修飾膜の形成領域と非形成領域とを正確に区画でき、もって圧電体パターンを正確に形成することが可能になる。
【００１６】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記圧電体材料に対する親和性の異なる２種類の前記表面修飾膜を用い、前記２種類の表面修飾膜のうち、相対的に高い前記親和性を有する表面修飾膜により前記第１の領域を形成し、相対的に低い前記親和性を有する表面修飾膜により前記第２の領域を形成することもできる。
この形成方法によれば、２種類の表面修飾膜を基体上に形成することで上記第１の領域と第２の領域を形成するので、圧電体材料に対する親和性をそれぞれの領域（表面修飾膜）にて独立に制御することができる。従って、上記第１の領域に形成される圧電体層の形状をより高度に制御することができる。
【００１７】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、所定の転写形状を有する転写型を用い、前記転写型の転写面に前記表面修飾膜を成膜した後、該表面修飾膜を前記基体上の所定領域に転写することにより前記第１の領域と第２の領域のうち少なくとも一方の領域を形成することもできる。
この形成方法によれば、転写型の転写面に形成した表面修飾膜を基体表面に転写するので、例えば１つの転写型を繰り返し使用して同一パターンの表面修飾膜を基体上に複数形成することができ、表面修飾膜を簡便、かつ効率よく形成することができる。
【００１８】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記表面修飾膜の基体への転写を、マイクロコンタクトプリンティングにより行うことが好ましい。
この形成方法では、凸版印刷の一種であるマイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）により所望パターンの表面修飾膜を基体上に形成することができる。
【００１９】
上記転写型を用いる形成方法において、前記転写面と表面修飾膜との密着性は、前記基体と表面修飾膜との密着性より弱くなるように前記転写型及び表面修飾膜並びに基体の材質が選定されていることが好ましい。あるいは、前記転写面と表面修飾膜との密着性は、前記基体と表面修飾膜との密着性より弱くなるように前記転写型及び表面修飾膜並びに基体の所望部位を温度制御することが好ましい。
これらの形成方法を適用することにより、転写型から基体への表面修飾膜の転写を簡便かつ良好に行うことができ、表面修飾膜の形状制御性にも優れたものとなる。
【００２０】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記転写型を基体上面に押圧して前記表面修飾膜を基体上に接着させた後、アブレーションさせて前記表面修飾膜を前記転写型から剥離し、前記表面修飾膜の転写を行うことが好ましい。
この形成方法によれば、転写型上に成膜された表面修飾膜を基板に転写する際、レーザなどを転写面上の表面修飾膜に照射してアブレーションさせ、転写型から表面修飾膜を高精度に剥離することができる。
【００２１】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記表面修飾膜として、自己組織化単分子膜を用いることが好ましい。
本発明によれば、自己組織化単分子膜を用いて前記第１の領域又は第２の領域を形成するので、第１の領域及び第２の領域の形状を極めて高精度に制御することができ、またかかる領域の親和性の程度を極めて高精度に制御することができる。ここで、自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ：Self-Assembled Monolayers）は、固体表面へ分子を固定する方法であって高配向・高密度な分子層が形成可能な方法である自己組織化（ＳＡ：Self-Assembly）法によって作製される膜である。自己組織化法は、オングストロームオーダで分子の環境及び幾何学的配置を操作できる。
また、自己組織化単分子膜は、有機分子の固定化技術の有力な一手段となり作製法の簡便さと分子と基板間に存在する化学結合のために膜の熱的安定性も高く、オングストロームオーダの分子素子作製のための重要技術である。また、自己組織化単分子膜は、基本的に自己集合プロセスであり、自発的に微細パターンを形成することができる。したがって、自己組織化単分子膜は、超微小電子回路で用いられるような、すなわち既存のリソグラフィー法が使えないような、緻密で高度なパターン形成を簡便に形成することができる。したがって、本発明によれば、極めて微細な圧電体パターンを簡便にかつ高精度に形成することができる。
【００２２】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記自己組織化単分子膜として、有機ケイ素化合物とチオール化合物の少なくとも一方を含むものを用いることが好ましい。
本発明によれば、有機ケイ素化合物（シランカップリング剤）又はチオール化合物を使用して、前記第１の領域又は第２の領域を形成する自己組織化単分子膜をつくることができる。チオール化合物とは、メルカプト基（−ＳＨ）を持つ有機化合物（Ｒ１−ＳＨ）の総称である。シランカップリング剤とは、Ｒ２ｎＳｉＸ４−ｎで表される化合物である。特に、Ｒ１又はＲ２がＣｎＦ２ｎ＋１ＣｍＨ２ｍであるようなフッ素原子を有する化合物は、他材料との親和性が小さいので上記第２の領域を形成する自己組織化単分子膜の材料として好適である。また、メルカプト基又は−ＣＯＯＨを有する化合物は、他材料との親和性が高く、上記第１の領域を形成する自己組織化単分子膜の材料として好適である。
【００２３】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記圧電体材料を配置された基体を熱処理することにより前記基体上に圧電体層を形成することもできる。すなわち、液相で基体上に供給された圧電体材料を、熱処理により乾燥、脱脂等することで、圧電体層とする形成方法が適用できる。
【００２４】
本発明の圧電体パターンの形成方法では、前記圧電体層が、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：ＰＬＺＴ）、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＭＮ−ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）、亜鉛ニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＺＮ−ＰＴ）、スカンジウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｓｃ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＳＮ−ＰＴ）、ニッケルニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＮＮ−ＰＴ）、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦０．３）、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＮｂＯ３のうちいずれかの物質を含むことが好ましい。
係る形成方法によれば、強誘電体からなる圧電体層のパターンを形成でき、圧電体素子に用いて好適な圧電体パターンを簡便かつ高精度に形成することができる。
【００２５】
次に、本発明は、先のいずれかに記載の形成方法により得られた圧電体パターンを提供する。すなわち、本発明によれば、平面形状を高精度に制御され、かつエッチング工程を経ていないことで欠陥が少ない圧電体層を構成要素とする圧電体パターンを提供することができる。
【００２６】
次に、本発明の圧電体素子は、先に記載の圧電体パターンを備えたことを特徴とする。この構成によれば、平面形状を高精度に制御され、かつ欠陥が少なく圧電特性に優れる圧電体素子を提供することができる。
【００２７】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドは、先の本発明の圧電体素子を備えたことを特徴とする。この構成によれば、簡便かつ低コストにて製造でき、高性能の圧電体素子を備えた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００２８】
次に、本発明のセンサは、先の本発明の圧電体パターンを備えたことを特徴とする。この構成によれば、簡便かつ低コストにて製造できる圧電体層を有し、高性能の表面弾性波センサが提供される。
【００２９】
次に、本発明のデバイスは、先の本発明の圧電体パターンを備えたことを特徴とする。この構成によれば、簡便かつ低コストにて製造でき、かつ特性に優れる圧電体層を有する圧電アクチュエータ、薄膜コンデンサ、周波数フィルタ、光学導波管、光学記憶装置、空間光変調器等のデバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（圧電体パターンの形成方法）
本発明に係る圧電体パターンの形成方法では、まず、圧電体パターンを形成する基体の表面特性に、圧電体パターンを形成するための圧電体材料に対する選択性を付与する工程を行う。ここで、基体の表面特性に選択性を付与するとは、基体の表面に前記圧電体材料に対する濡れ性等の異なる複数の領域を形成することである。具体的には、前記圧電体材料に対する親和性を有する第１の領域と、この第１の領域よりも前記圧電体材料に対する親和性の小さい第２の領域とを形成する。
そして、後続の工程で、これらの領域の親和性（表面特性）の差を利用し、各領域間での材料の堆積速度や基体との密着性における選択性により、前記第１の領域に選択的に圧電体材料のパターンを形成する。その後、必要に応じて所定の処理を行うことにより、前記圧電体材料から圧電体層を形成し、所定平面形状を有する圧電体パターンを得る。
【００３１】
本発明に係る圧電体パターンの形成方法としては、圧電体材料に対する親和性において異なる第１の領域と第２の領域の形態の別に応じて、以下の第１〜第３の形成方法を適用できる。
＜第１の形成方法＞
図１は、本発明に係る圧電体パターンの第１の形成方法を示す模式断面図である。
まず、図１（ａ）に示すように、基板（基体）１の表面に部分的に自己組織化単分子膜（表面修飾膜）２ａを形成する。これにより、圧電体材料に対する親和性において、基板１表面より小さい親和性を有する低親和性領域（第２の領域）Ａ２が形成され、この自己組織化単分子膜２ａの形成領域以外の基板１の表面が、前記圧電体材料に対して相対的に高い親和性を有する高親和性領域（第１の領域）Ａ１となる。
基板１としては、ガラス、シリコン、セラミックなど任意のものを適用することができ、係る基板１の表面に、半導体膜、金属膜、誘電体膜等が設けられたものであってもよい。
【００３２】
自己組織化単分子膜の形成方法としては、例えば、次のように行う。先ず、基板１の表面に金などを真空蒸着等させる。その後、基板１を洗浄する。その後、チオール類の数μ〜数十μｍｏｌ/ｌエタノール溶液に、所定時間侵漬し、自己組織化単分子膜を作成する。その後、エタノール、純水の順に金表面を洗浄する。必要であれば、金表面を窒素雰囲気化で乾燥させる。以上で自己組織化単分子膜が形成される。この自己組織化単分子膜の形成方法は、以降でのべる各種方法に用いることができる。
【００３３】
そして、基板１の表面における低親和性領域Ａ２となる部分全体上に、基板１表面より圧電体材料に対する親和性の小さい自己組織化単分子膜２ａをパターン形成することで、所望パターンの低親和性領域Ａ２を形成する。自己組織化単分子膜２ａは、後続の工程で基板上に供給される圧電体材料の基板への付着を防止し得るものとする。
【００３４】
自己組織化単分子膜２ａは、基板１の構成元素と反応可能な結合性官能基と、それ以外の直鎖分子とからなり、この直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を形成した膜である。この膜は、単分子を配向させていることから膜厚を極めて薄くすることができ、しかも分子レベルで均一な膜となる。このような構造により、膜表面には同じ分子が配列されることとなり、基板１の表面に均一かつ優れた選択性を付与することが可能になる。
【００３５】
例えば、このような特性を備えた自己組織化単分子膜２ａは、シランカップリング剤（有機珪素化合物）やチオール化合物を用いて形成することができる。チオール化合物とは、メルカプト基（−ＳＨ）を持つ有機化合物（Ｒ１−ＳＨ）の総称をいう。シランカップリング剤とは、Ｒ２ｎＳｉＸ４−ｎで表される化合物である。特に、Ｒ１又はＲ２がＣｎＦ２ｎ＋１ＣｍＨ２ｍであるようなフッ素原子を有する化合物は、他材料との親和性が小さく、低親和性領域を形成する材料として好適である。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１の表面における自己組織化単分子膜２ａからなる低親和性領域Ａ２以外の部分（すなわち高親和性領域Ａ１）に圧電体材料を配置することで圧電体層１０を形成する。
圧電体層１０の具体的組成としては、特に限定されるものではないが、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：ＰＬＺＴ）、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＭＮ−ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）、亜鉛ニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＺＮ−ＰＴ）、スカンジウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｓｃ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＳＮ−ＰＴ）、ニッケルニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＮＮ−ＰＴ）、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦０．３）、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＮｂＯ３のうちいずれかであることが好ましい。例えば、マグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛であれば、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．１Ｚｒ０．５０４Ｔｉ０．３９６Ｏ３という組成が好適である。
【００３７】
この基板１表面への圧電体材料の供給には、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の気相法、あるいはゾルゲル法等の液相法のいずれも用いることができ、本実施形態では、液相法を用いた場合について以下に説明する。
尚、気相法を用いる場合、圧電体層１０を構成する材料の気体やプラズマを基板１上に供給し、堆積させることにより高親和性領域Ａ１に選択的に圧電体層１０を形成することができる。
【００３８】
液相法を用いる本実施形態の形成方法では、圧電体層１０の構成物質を含む材料の溶液を基板１上に供給することにより、高親和性領域Ａ１上に選択的に圧電体材料（溶液）を付着させ、圧電体層１０を形成する。例えば、ＰＺＴ（ジルコニウム酸チタン酸鉛；Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）からなる圧電体層１０を形成する場合、ＰＺＴを酢酸系溶媒に溶かした溶液を用いることができ、この酢酸系溶媒は以下の方法で作製することができる。
【００３９】
［酢酸系溶媒の製造方法］
まず、酢酸鉛・三水和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）、ジルコニウムアセチルアセトナート（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）４）および酢酸マグネシウム・三水和物（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）を、酢酸を溶媒として攪拌する。初期は室温で攪拌し、次いで１００℃程度の雰囲気下で１０分から２０分間程度攪拌し、室温下で冷却する。次いでチタニウムテトライソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４）およびペンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５）を加えて攪拌する。さらにブトキシエタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＣ２Ｈ４ＯＨ）を加えて室温下で５分間程度攪拌する。３％塩酸アルコールを加えて室温下で５分間程度攪拌する。さらにアセチルアセトン（ＣＨ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３）を加えて室温にて６０分間程度攪拌する。最後に、ポリエチレングリコール（ＨＯ（Ｃ２Ｈ４）ｎＨ）を加えて室温下で５分間程度攪拌する。以上の工程によって酢酸系溶媒が完成する。但し、溶媒等はこれに限るものではない。
【００４０】
そして、例えば上記酢酸系溶媒を基板１表面に供給する。すると、基板１上に塗布された酢酸系溶媒は、自己組織化単分子膜２ａ上からは弾き出される作用（力）を受け、低親和性領域Ａ２以外の部分に集められる、又は低親和性領域Ａ２以外の部分から外に出ることを抑制される作用（力）を受ける。したがって基板１の表面全体に酢酸系溶媒（圧電体材料）を塗布しても、また、低親和性領域Ａ２以外の部分に酢酸系溶媒を塗布しても、その溶媒は低親和性領域Ａ２以外の部分全体（高親和性領域Ａ１）上に正確に充填されることとなる。
【００４１】
上記酢酸系溶媒の基板１への供給方法としては、スピンコート法やディップ法等のように液体を直接基板１上に塗布する方法や、圧電体材料の溶液をミストにして供給する方法が適用でき、特にミストにして供給することで、微細な圧電体パターンを極めて高精度に作製することができる。溶液をミストで供給するには、例えば、液体を噴射して壁に衝突させ、飛散したミストをキャリアガスで搬送するインジェクション法や、超音波により飛散させたミストを搬送する方法が適用できる。
【００４２】
基板１上に酢酸系溶媒（圧電体材料の溶液）を付着させたならば、一定温度（例えば１８０℃）で一定時間（例えば１０分間程度）乾燥させる。この乾燥工程により溶媒であるブトキシエタノールが蒸発する。乾燥後、さらに大気中で所定の高温（例えば４００℃）で一定時間脱脂する。脱脂により金属に配位している有機配位子が熱分解され、金属が酸化されて金属酸化物となる。この付着→乾燥→脱脂の各工程を所定回数、例えば８回繰り返して８層のセラミックス層を積層する。これらの乾燥や脱脂により溶液中の金属アルコキシドが加水分解、重縮合され金属−酸素−金属のネットワークが形成される。
【００４３】
上記付着→乾燥→脱脂の工程を繰り返し行う場合において、所定数積層後に圧電体層１０の結晶化を促進し、圧電特性を高めるための熱処理を行うこともできる。例えば、８層積層の圧電体層１０を形成する場合に、４層積層後に酸素雰囲気下で、６００℃×５分間、及び７２５℃×１分間の高速熱処理（ＲＴＡ）を行う。さらに、８層積層後に、酸素雰囲気下で、６５０℃×５分間、及び９００℃×１分間のＲＴＡを行う。このような熱処理を行うことで、圧電体層１０中に含まれるアモルファス相を結晶化することができる。
【００４４】
以上の工程により、基板１上に選択的に圧電体層１０が形成された圧電体パターンを得ることができる。このように、本実施形態の形成方法によれば、エッチング工程を行うことなく基板１上に所定平面形状の圧電体層１０を形成することができ、極めて簡便に高精度な圧電体パターンを形成することができる。特に、サブミクロンオーダーの微小液滴であるミストにて圧電体材料の供給を行えば、微細パターンを極めて高精度に、かつ低コストで形成することが可能である。
【００４５】
＜第２の形成方法＞
図２は、本発明の実施形態に係る圧電体パターンの第２形成方法を示す模式断面図である。先ず、図２（ａ）に示すように、基板１の表面に、親液性の自己組織化単分子膜（表面修飾膜）２ｂからなる高親和性領域Ａ１を形成する。この高親和性領域Ａ１は、基板１における圧電体層１０の形成領域と同一領域にすることが好ましい。自己組織化単分子膜２ｂの形成方法については、第１の形成方法にて述べた方法が適用できる。
【００４６】
圧電体材料に対して高い親和性を有する自己組織化単分子膜２ｂは、シランカップリング剤（有機ケイ素化合物）又はチオール化合物を用いて形成することができる。チオール化合物はメルカプト基（−ＳＨ）を持つ有機化合物（Ｒ１−ＳＨ）である。そして、メルカプト基又は−ＣＯＯＨを有する化合物は、他材料との親和性が高く、高親和性領域Ａ１を形成する自己組織化単分子膜２ｂの材料として好適である。
【００４７】
次いで、図２（ｂ）に示すように、基板１の表面における自己組織化単分子膜２ｂからなる高親和性領域Ａ１に圧電体層１０を形成する。この圧電体層１０の形成方法については、先の第１の形成方法と同様とすることができる。液相法を用いる場合には上記酢酸系溶媒が好適に使用できる。
基板１上に圧電体材料を供給すると、圧電体材料は自己組織化単分子膜２ｂに引きつけられ、自己組織化単分子膜２ｂ以外の部分からは弾き出される作用を受ける。従って、基板１の表面全体に圧電体材料を供給しても、また、高親和性領域Ａ１に圧電体材料を塗布しても、その圧電体材料は高親和性領域Ａ１全体に正確に充填されることとなる。そして、必要に応じて基板１上に付着した圧電体材料に所定の処理を施すことで、基板１上に選択的に圧電体層１０を形成することができる。
【００４８】
このように、本実施形態の形成方法によっても、エッチング工程を行うことなく基板１上に所定平面形状の圧電体層１０を形成することができ、極めて簡便に高精度な圧電体パターンを形成することができる。
【００４９】
＜第３の形成方法＞
図３は、本発明の実施形態に係る圧電体パターンの第３形成方法を示す模式断面図である。先ず、図３（ａ）に示すように、基板１の表面に、圧電体材料に対して親和性の小さい自己組織化単分子膜２ａからなる低親和性領域Ａ２と、この自己組織化単分子膜２ａより圧電体材料に対する親和性が大きい自己組織化単分子膜２ｂからなる高親和性領域Ａ１とを形成する。ここで、例えば、高親和性領域Ａ１は基板１における圧電体層１０の形成領域と同一の領域とし、低親和性領域Ａ２は圧電体層１０の形成領域を囲む領域とする。
【００５０】
また、基板１における低親和性領域Ａ２の形成は、高親和性領域Ａ１の形成より前に行うことが好ましい。例えば、先に高親和性領域Ａ１（すなわち自己組織化単分子膜２ｂ）を形成し、その後に低親和性領域Ａ１（自己組織化単分子膜２ａ）を形成する場合、低親和性領域Ａ２を形成するときに高親和性領域Ａ１に、低親和性領域Ａ２の構成材料などが侵入し易くなり、精密な領域パターンが形成しにくくなる。一方、先に低親和性領域Ａ２を形成した場合は、低親和性領域Ａ２には高親和性領域Ａ１の構成材料なども侵入しにくいので、より簡便にかつ高精度に所望パターンの低親和性領域Ａ２及び高親和性領域Ａ１を形成することができる。
【００５１】
次いで、図３（ｂ）に示すように、基板１の表面における自己組織化単分子膜２ｂからなる高親和性領域Ａ１に圧電体層１０を形成する。この圧電体層１０の形成方法については、先の第１の形成方法と同様とすることができる。液相法を用いる場合には上記酢酸系溶媒が好適に使用できる。
基板１の表面に圧電体材料を供給すると、圧電体材料は自己組織化単分子膜２ｂには引きつけられ、自己組織化単分子膜２ａからは弾き出される作用を受ける。従って、基板１の表面全体に圧電体材料を供給しても、また、高親和性領域Ａ１に圧電体材料を塗布しても、その圧電体材料は高親和性領域Ａ１全体に正確に充填されることとなる。そして、必要に応じて基板１上に付着した圧電体材料に所定の処理を施すことで、基板１上に選択的に圧電体層１０を形成することができる。
【００５２】
このように、本実施形態の形成方法によっても、エッチング工程を行うことなく基板１上に所定平面形状の圧電体層１０を形成することができ、極めて簡便に高精度な圧電体パターンを形成することができる。
【００５３】
以上の第１〜第３の形成方法では、高親和性領域Ａ１及び低親和性領域Ａ２を基板１上に形成するに際して、所定の表面特性を与える自己組織化単分子膜２ａ、２ｂを用いた場合について説明したが、本発明に係る圧電体パターンの形成方法では、基板１上に選択的に圧電体材料を配置し得る手段であれば、他の方法により前記両領域Ａ１，Ａ２を形成してもよい。例えば、酸素プラズマ処理により、基板１表面と圧電体材料との親和性を高める処理を行った後、基板１上の所定領域にフッ素系化合物を選択的に形成すれば、このフッ素系化合物の形成領域を低親和性領域Ａ２とすることができ、残る領域を高親和性領域Ａ１とすることができる。
あるいは、プラズマ処理により基板１上にフッ素系化合物を形成することで基板１と圧電体材料との親和性を小さくした後、係るフッ素系化合物に対して部分的に紫外線を照射することで、基板１上の所望の領域に高親和性領域Ａ１を形成し、残る領域を低親和性領域Ａ２とすることもできる。
【００５４】
（表面修飾膜の形成方法）
次に、上記各圧電体パターンの形成方法において、基板１上に表面修飾膜として設けられる自己組織化単分子膜の形成方法について、図４ないし図６を参照して説明する。
【００５５】
＜第１の自己組織化単分子膜形成方法＞
図４は、本発明の実施形態に係る第１の自己組織化単分子膜形成方法を示す模式断面図である。先ず、図４（ａ）に示すように、基板１の表面にマスク材となるレジスト３のパターンを形成する。このレジスト３のパターンは、露光装置などでレジストをパターンニングするリソグラフィ方式、又はインクジェットノズルなどから液状材料を基板の所望部位に吐出する液滴吐出方式などによって形成することができる。また、レジスト３のパターンは、図１に示す自己組織化単分子膜２ａ（第２の領域）又は、図２に示す自己組織化単分子膜２ｂ（第１の領域）に相当するパターン、すなわち圧電体層１０の形成領域又はそれ以外の領域に相当するパターンとする。
【００５６】
その後、図４（ｂ）に示すように、レジスト３が形成された基板１の表面全体に、自己組織化単分子膜２を成膜する。この自己組織化単分子膜２を形成するに際して、圧電体材料に対する親和性が基板１より低い材料を用いることで前記自己組織化単分子膜２ａを形成でき、圧電体材料に対する親和性が基板１より高い材料を用いることで、前記自己組織化単分子膜２ｂを形成することができる。
【００５７】
上記自己組織化単分子膜２は、ＣＶＤ法等の気相成長法によって形成しても良いし、スピンコート法やディップ法等の液相を用いた方法によって形成することもできる。液相を用いる場合には、液体又は溶媒に溶解させた物質を使用する。例えば、液相を用いてチオール化合物からなる自己組織化単分子膜２を形成するには、前記チオール化合物を、ジクロロメタン、トリクロロメタン等の有機溶剤に溶かして０．１〜１０ｍＭ程度の溶液としたものを用いることができる。
【００５８】
その後、図４（ｃ）に示すように、基板１上からレジスト３を剥離する。このレジスト３の剥離により、レジスト３上の成膜されていた自己組織化単分子膜２も基板１上から剥離される。これにより、基板１の表面において所望パターンの第１の領域又は第２の領域となる自己組織化単分子膜２（２ａ、２ｂ）を形成することができる。
【００５９】
＜第２の自己組織化単分子膜形成方法＞
図５は、本発明の実施形態に係る第２の自己組織化単分子膜形成方法を示す模式断面図である。先ず、図５（ａ）に示すように、基板１の表面に全体的に自己組織化単分子膜２を成膜する。なお、基板１の表面における一部領域にのみ自己組織化単分子膜２を成膜するものとしてもよい。ここで、圧電体材料に対する親和性が基板１より低い材料を用いることで前記自己組織化単分子膜２ａ（第２の領域）を形成でき、圧電体材料に対する親和性が基板１より高い材料を用いることで、前記自己組織化単分子膜２ｂ（第１の領域）を形成することができる。
【００６０】
その後、図５（ｂ）に示すように、電子線・イオンビーム又は光４を用いて、不要な部分の自己組織化単分子膜２を直接的に除去する。ここで、不要な部分とは、例えば自己組織化単分子膜２が、圧電体材料に対して、基板１より低い親和性を有するときは圧電体形成領域の部分であり、基板１より高い親和性を有するときは圧電体形成領域以外の部分である。これにより、基板１の表面において所望パターンの第１の領域又は第２の領域となる自己組織化単分子膜２を形成することができる。
【００６１】
第２の自己組織化単分子膜形成方法において、光を用いて自己組織化単分子膜２を部分的に除去する場合、その光の波長は２５０ｎｍ以下であることが好ましい。波長２５０ｎｍ以下の光は、高エネルギーをもつので、自己組織化単分子膜２の種類にかかわらず、その自己組織化単分子膜２を除去することができるからである。
【００６２】
第２の自己組織化単分子膜形成方法において、電子線、イオンビーム又は光によって自己組織化単分子膜２を除去する代わりに、電子線、イオンビーム又は光によって自己組織化単分子膜２の表面特性を改質することとしてもよい。これにより、自己組織化単分子膜２の圧電体材料に対する親和性を簡易にかつ高精度に制御することができる。
【００６３】
また、例えば基板１の上面全体に自己組織化単分子膜２を成膜し、その後、その自己組織化単分子膜２における所望領域に電子線、イオンビーム又は光を照射することで、簡便にかつ高精度に所望パターンの高親和性領域Ａ１及び低親和性領域Ａ２を形成することができる。
【００６４】
＜第３の自己組織化単分子膜形成方法＞
図６は、本発明の実施形態に係る第３の自己組織化単分子膜形成方法を示す模式断面図である。先ず、図６（ａ）に示すように、所望のスタンプ（転写型）５を作成する。このスタンプ５は、シリコーンゴム又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などで形成することができる。このスタンプ５における凸部の形状は、上記高親和性領域Ａ１又は低親和性領域Ａ２の形状と同一とする。
【００６５】
また、スタンプ５における凸部は、基材をエッチングして形成してもよい。あるいは、基材をエッチングして凸部の反転形状を有する原盤を形成し、この原盤の形状をシリコーンゴムや樹脂などに転写することで凸部を形成してもよい。また、例えば、スタンプ５として、マイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）用のスタンプを使用してもよい。その場合、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などでスタンプ５を形成してもよい。
【００６６】
その後、図６（ｂ）に示すように、スタンプ５上に自己組織化単分子膜２を成膜する。ここで、自己組織化単分子膜２は、形成する高親和性領域Ａ１、低親和性領域Ａ２の別に応じて異なる材料を選択する。例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などで形成されたスタンプ５を、自己組織化単分子膜を構成する物質を溶媒に溶かしてなる溶液に一旦漬け、その後、スタンプ５に付着した溶液を乾燥させることなどで、自己組織化単分子膜２をスタンプ５上に成膜する。
【００６７】
その後、図６（ｃ）に示すように、スタンプ５を基板１の所望部位に押し付けて、マイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）を行い、基板１上に自己組織化単分子膜２を転写する。マイクロコンタクトプリンティングは、凸版印刷の一種である。
【００６８】
そして、図６（ｄ）に示すように、スタンプ５を基板１上から除去することで基板１上の所望部位に自己組織化単分子膜２からなる領域（高親和性領域Ａ１又は低親和性領域Ａ２）が形成される。その後、スタンプ５は再利用することができ、上記図６（ａ）から図６（ｄ）に示す工程を１つのスタンプ５で繰り返し行うことができる。
【００６９】
この自己組織化単分子膜の形成方法では、スタンプ５の表面と自己組織化単分子膜２との密着性が、基板１における低親和性領域Ａ２又は高親和性領域Ａ１が形成される部分と自己組織化単分子膜２との密着性よりも弱くなるように、スタンプ５、自己組織化単分子膜２及び基板１表面それぞれの材質を選定することが好ましい。これにより、上記転写を良好に実行することが可能となる。
【００７０】
また、この自己組織化単分子膜の形成方法では、スタンプ５の表面と自己組織化単分子膜２との密着性が、基板１における低親和性領域Ａ２又は高親和性領域Ａ１が形成される部分と自己組織化単分子膜２との密着性よりも弱くなるように、スタンプ５、自己組織化単分子膜２又は基板１の温度制御をすることが好ましい。これにより、上記転写処理を良好に制御することが可能となる。
【００７１】
また、この自己組織化単分子膜の形成方法では、図６（ｃ）に示すように、スタンプ５を基板１表面に押し付けて自己組織化単分子膜２を基板１に接着させた後に、アブレーションさせて自己組織化単分子膜２をスタンプ５から剥離することが好ましい。
【００７２】
具体的には、例えば、スタンプ５を透明な部材で構成する。そして、スタンプ５の裏面からの紫外線域のレーザ（例えばエキシマレーザ）のビームを照射することで、スタンプ５とその上の自己組織化単分子膜２との間にレーザ・アブレーションを発生させる。レーザ・アブレーションとは、紫外線の範囲のビームを照射して、固体と膜との界面で、ビームの光吸収エネルギーによりガスなどを発生させ、その固体と膜とを分離する技術である。これにより、スタンプ５から自己組織化単分子膜２を良好に剥離することができる。
【００７３】
（液滴吐出ヘッド）
図７に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）の分解斜視図を示す。また、図８に、前記インクジェット式記録ヘッドの主要部一部断面図を示す。
図７に示すように、本インクジェット式記録ヘッド５０１は、ノズル板５１０、圧力室基板５２０、振動板５３０および筐体５２５を備えて構成されている。
【００７４】
図７に示すように、圧力室基板５２０は、キャビティ５２１、側壁５２２、リザーバ５２３および供給口５２４を備えている。キャビティ５２１は、圧力室であってシリコン等の基板をエッチングすることにより形成されるものである。側壁５２２は、キャビティ５２１間を仕切るよう構成され、リザーバ５２３は、各キャビティ５２１にインク充填時にインクを供給可能な共通の流路として構成されている。供給口５２４は、各キャビティ５２１にインクを導入可能に構成されている。
【００７５】
図８に示すように、振動板５３０は、圧力室基板５２０の一方の面に貼り合わせ可能に構成されている。振動板５３０には本発明の圧電体素子５４０が設けられている。圧電体素子５４０は、ペロブスカイト構造を持つ強誘電体の結晶であり、振動板５３０上に所定の形状で形成されて構成されている。ノズル板５１０は、圧力室基板５２０に複数設けられたキャビティ（圧力室）５２１の各々に対応する位置にそのノズル穴５１１が配置されるよう、圧力室基板５２０に貼り合わせられている。ノズル板５１０を貼り合わせた圧力室基板５２０は、さらに、図７に示すように、筐体５２５に填められて、インクジェット式記録ヘッド５０１を構成している。
【００７６】
図９に、圧電体素子５４０の層構造を説明する断面図を示す。
図９に示すように、振動板５３０は、絶縁膜５３１および下部電極５３２を積層して構成され、圧電体素子５４０は圧電体層５４１および上部電極５４２を積層して構成されている。下部電極５３２、圧電体層５４１および上部電極５４２によって圧電体素子として機能させることができる。
【００７７】
絶縁膜５３１は、導電性のない材料、例えばシリコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素により構成され、圧電体層の体積変化により変形し、キャビティ５２１の内部の圧力を瞬間的に高めることが可能に構成されている。下部電極５３２は、圧電体層に電圧を印加するための上部電極５４２と対になる電極であり、導電性を有する材料、例えば、チタン（Ｔｉ）層、白金（Ｐｔ）層、チタン層を積層して構成されている。このように複数の層を積層して下部電極を構成するのは、白金層と圧電体層、白金層と絶縁膜との密着性を高めるためである。
【００７８】
圧電体層５４１は、強誘電体により構成されている。この強誘電体の組成としては、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：ＰＬＺＴ）、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＭＮ−ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）、亜鉛ニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＺＮ−ＰＴ）、スカンジウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｓｃ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＳＮ−ＰＴ）、ニッケルニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＮＮ−ＰＴ）、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦０．３）、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＮｂＯ３のうちいずれかであることが好ましい。例えば、マグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛であれば、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．１Ｚｒ０．５０４Ｔｉ０．３９６Ｏ３という組成が好適である。
【００７９】
なお、圧電体層はあまりに厚くすると、層全体の厚みが厚くなり、高い駆動電圧が必要となり、あまりに薄くすると、膜厚を均一にできず各圧電体素子の特性がばらついたり、製造工数が多くなり、妥当なコストで製造できなくなったりする。従って、圧電体層５４１の厚みは５００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度が好ましい。
上部電極５４２は、圧電体層に電圧を印加するための一方の電極となり、導電性を有する材料、例えば膜厚０．１μｍの白金、金等で構成されている。尚、表面弾性波素子やフィルタに用いる場合は、前記材料のほかに、強誘電体ではないが圧電体であるＺｎＯを用いても良い。
【００８０】
上記構成のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電体素子５４０…として、先の実施形態の形成方法により得られる圧電体パターンを具備するものが用いられている。従って、簡便な製造工程により基板上に配列された圧電体素子５４０…を作製することができ、インクジェット式記録ヘッドを低コストにて提供することができる。また、圧電体パターンの形成に際してエッチングを要しないので、作製される圧電体素子にエッチングのダメージが生じることが無く、優れた圧電特性を有する圧電体素子を備えたインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【００８１】
（センサ）
図１０に、本発明に係る圧電体パターンの一適用例である表面弾性波センサの外観を示す。図１０に示すように、表面弾性波センサは基板４０を有するものであり、本実施形態の場合、この基板４０として、先の圧電体パターンが形成された基板が用いられている。すなわち、図１に示した単結晶シリコン等の基板１上に、バッファー層を介して形成された圧電体層１０を備えた基板である。
【００８２】
基板４０の上面には、ＩＤＴ（インターデジタル型）電極４１及び４２が形成されている。ＩＤＴ電極４１，４２は、例えばＡｌ又はＡｌ合金によって形成されたものである。また、ＩＤＴ電極４１，４２を挟むように、基板４０の上面には吸音部４３，４４が形成されている。吸音部４３，４４は、基板４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板４０上に形成されたＩＤＴ電極４１には電源４５が接続されており、ＩＤＴ電極４２には信号線が接続されている。
【００８３】
前記構成において、電源４５からのＩＤＴ電極４１への入力により基板４０の上面にて表面弾性波が励起される。この表面弾性波は、約５０００ｍ／ｓ程度の速度で基板４０上面を伝播する。ＩＤＴ電極４１から吸音部４３側へ伝播した表面弾性波は吸音部４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極４２のピッチ等に応じて定まる特定帯域の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子４６ａ，４６ｂに取り出される。なお、前記特定帯域以外の成分の表面弾性波は、大部分がＩＤＴ電極４２を通過して吸音部４４に吸収される。このような表面弾性波センサは、外部環境の変化に極めて敏感に反応する。すなわち、温度や外力、ガス吸着等により表面弾性波の伝搬速度が変化し、電気信号としてその変位を出力することが可能になっている。
【００８４】
上記構成の表面弾性波センサは、基板４０に形成された圧電体パターンとして、先の実施形態の形成方法により得られた圧電体パターンが用いられているので、その製造が容易であり、かつ圧電体パターンの形成に際してエッチングを要しないことから、圧電体層にエッチングのダメージが無く、優れた表面弾性波特性を得ることができるようになっている。
【００８５】
上記実施形態では、本発明に係る圧電体パターンを備えたデバイスとして、液滴吐出ヘッド及びセンサについて説明したが、本発明に係る圧電体パターンの適用範囲はこれらに限定されず、圧電アクチュエータ、薄膜コンデンサ、周波数フィルタ、光学導波管、光学記憶装置、空間光変調器等のデバイスにも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、実施形態の圧電体パターンの第１形成方法を示す模式断面図。
【図２】図２は、同、第２形成方法を示す模式断面図。
【図３】図３は、同、第３形成方法を示す模式断面図。
【図４】図４は、自己組織化単分子膜の第１形成方法を示す模式断面図。
【図５】図５は、同、第２形成方法を示す模式断面図。
【図６】図６は、同、第３形成方法を示す模式断面図。
【図７】図７は、実施形態のインクジェット式記録ヘッドの分解斜視構成図。
【図８】図８は、同、斜視構成図。
【図９】図９は、実施形態の圧電体素子の積層構造を説明する断面構成図。
【図１０】図１０は、実施形態の表面弾性波センサの斜視構成図。
【符号の説明】
【００８７】
１…基板（基体）、２，２ａ，２ｂ…自己組織化単分子膜（表面修飾膜）、３…レジスト、４…電子線・イオンビーム又は光、５…スタンプ（転写型）、１０…圧電体層、Ａ１…高親和性領域（第１の領域）、Ａ２…低親和性領域（第２の領域）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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