(57)【要約】【課題】液体に吐出圧を発生させる圧電駆動部の圧電膜をハイアスペクトで効率よく作製する。【解決手段】液体を吐出する吐出口に連通する液室２を備えた基板１の表面に振動板１０を形成し、その上に、下電極２１、圧電膜２２、上電極２３を順次成膜する。圧電膜２２は、微粒子を搬送ガスに混入し、ノズルから吹き付けるエアロゾルデポジション法によってマスキングを行うことなく成膜する。次いで、上電極２３および圧電膜２２をマスクまたはレジストを用いて所定の形状にパターニングする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の吐出口に連通する液室と、前記吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを与えるための圧電膜と前記圧電膜をはさむように設けられた第１電極および第２電極とを含み、前記液室に対応して設けられた圧電駆動部と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記液室の壁に前記第１電極を形成し、その上にガスデポジション法によって圧電体層を成膜する工程と、
前記圧電体層上に電極層を形成する工程と、
前記電極層を前記第２電極の形状にパターニングする工程と、
前記圧電体層を前記圧電膜の形状にパターニングする工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記電極層および前記圧電体層のパターニングはエッチングによって行われることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の液体吐出ヘッドの製造方法によって製造されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット等を用いる液体吐出装置の産業用途への提案が活発になってきている。インクジェットは直接描画であるため、材料利用効率や環境への負荷において、他のデバイス形成手段と比較して非常に有利な技術である。こうしたインクジェット技術には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電膜と金属板、セラミックスとの積層で構成される圧力発生器を有し、印加電圧により圧力発生器に吐出エネルギーとなる圧力を発生させることで、インク（液体）を吐出させる方式がある。また、インクに熱エネルギーを加えることで液体を発泡させて圧力を得る発熱素子などからなるオンデマンド方式のインクジェットヘッドなどが知られている。
【０００３】
こうした液体吐出方式のなかでも、圧電膜を用いた圧力発生器を備えたものは、Ｋｙｚｅｒ型と呼ばれる撓みモードを利用するタイプや、ピストン型と呼ばれる直接押圧型や、側壁を動かすシェアモード等、様々な方式のヘッドが製品化されている。
【０００４】
上記の圧電膜は、スパッタ法等によって金属板等へパターン成膜される。近年では、アーク式のガスデポジション法やエアロゾル式のガスデポジション法を用いて圧電膜を成膜することも提案されている。
【０００５】
ガスデポジション法は、図４および図５に示すように、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍの超微粒子、または数十ｎｍ〜数μｍの微粒子をノズル１００を通して基板Ｗ上に吹き付けて成膜する技術である。ガスデポジション法による成膜装置は、図４に示すようにアーク式の場合は、超微粒子を生成する超微粒子生成室１０１、図５に示すようにエアロゾル式の場合は、既存の微粒子を供給するエアロゾル化室１１１を有する。さらに、膜形成室１０２、搬送管１０３、搬送ガス導入路１０４等が配設される。成膜は、超微粒子生成室１０１またはエアロゾル化室１１１から供給された微粒子を膜形成室１０２との差圧で膜形成室１０２に導き、ノズル１００から高速噴射させることにより基板Ｗ上に直接パターンを形成する。このとき、基板Ｗをスキャンすることで任意のパターンを描画できる。
【０００６】
図４の超微粒子生成室１０１にて超微粒子を形成する方法では、超微粒子の形成にアーク１０５、または、抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザー等加熱源を用いて、材料１０６を加熱、溶融し、蒸発した材料を不活性ガスと衝突させて金属超微粒子を生成する。また、図５のエアロゾルによる微粒子の供給では、エアロゾル化室１１１に、ガス導入路１０７から不活性ガスや空気などの各種ガスを導入し、振動や撹拌で微粒子をエアロゾル化し供給する。
【０００７】
特に、この微粒子の供給にエアロゾルを用いたガスデポジション法は、エアロゾルデポジション法と呼ばれ、特に近年では盛んに研究が行われている。
【０００８】
エアロゾルデポジション法は成膜速度が速く、スパッタ法などと比較して例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の成膜で数倍以上の成膜速度が得られる。スパッタ法では、数μｍ〜数十μｍの厚膜を形成するのに数時間から数十時間を要するが、エアロゾルデポジション法では成膜領域にもよるが、比較的短時間での形成が可能である。
【０００９】
また、スパッタ法でＰＺＴを数十μｍの厚膜で成膜した場合、成膜中にＰｂ成分が抜け組成を均一に維持するのが困難であるという問題もあるが、エアロゾルデポジション法では、使用材料の組成がほぼそのまま膜組成と同一となる。
【００１０】
また、ＰＺＴの厚膜を形成する方法として、バルクから機械的に薄く加工し接着剤を介して固定する方法もあるが、ＰＺＴに代表される酸化物系の圧電体は脆性材料のため、薄め加工に限度があり、０．１ｍｍぐらいまでにしかできない。また、圧電によるひずみを接着剤が吸収してしまうという問題があり、特に高周波数帯域でその影響が大きくなる。そこで、ＰＺＴの厚膜を形成するのにエアロゾルデポジション法は他の方法に比べ有利な点が多い。
【００１１】
ガスデポジション法によりパターニングされた膜を形成するものとして、特許文献１に開示されたように、基板とノズルの間にマスクを設けて所望のパターン膜を成膜する方法が知られている。また、特許文献２には、あらかじめ基板の膜形成部以外をレジストで覆っておき、膜を形成後にレジストを剥離し所望のパターン膜を得る方法も開示されている。
【特許文献１】特許第３０１５８６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、マスキングによりパターニングした場合は、図６の（ａ）、（ｂ）に示すように、基体２０１上にマスク２０２またはレジストパターン２０３を用いてパターン成膜した膜２０４は、エッジ部２０４ａがすそを引いたようにダレる形状となる。
【００１３】
つまり膜２０４の断面形状が、側壁が基体２０１に対して垂直ではなく、中央部から外側に向けて膜厚が薄くなる形状となる。これは、マスク２０２やレジストパターン２０３のエッジ部や、側壁部の影響であると考えられる。
【００１４】
また、図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、膜形成部以外をレジスト２０５で覆い、基体全体が覆われるように成膜する場合は、レジスト２０５を剥離する際に、レジスト側壁のテーパー角等の条件によっては、膜２０６の側面にバリ状の欠陥が生じる場合がある。
【００１５】
エアロゾルデポジション法によって形成した圧電膜の断面形状が台形のような形状であったり、バリ状等の欠陥が生じた場合は、圧電膜中の電界強度分布が均一にならないため、圧電駆動による変形や、動きが不均一となる。また、上述のようにすそを引いた台形形状ではライン間隔を狭ギャップ化する場合でも不利となる。
【００１６】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、高精度にパターニングされた圧電膜を有する圧電駆動部を搭載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ものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体の吐出口に連通する液室と、前記吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを与えるための圧電膜と前記圧電膜をはさむように設けられた第１電極および第２電極とを含み、前記液室に対応して設けられた圧電駆動部と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、前記液室の壁に前記第１電極を形成し、その上にガスデポジション法によって圧電体層を成膜する工程と、前記圧電体層上に電極層を形成する工程と、前記電極層を前記第２電極の形状にパターニングする工程と、前記圧電体層を前記圧電膜の形状にパターニングする工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
エアロゾルデポジション法により圧電体層を形成し、その上に電極層を成膜した後に、別工程で、圧電駆動部の第２電極および圧電膜の形状にそれぞれ高精度にパターニングする。その結果、数μｍから数十μｍの厚膜でバリ状の欠陥がなく、かつ、すそを引かない形状の圧電膜をハイアスペクトで形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１の（ａ）に示すように、吐出口を有する液体吐出ヘッドの基板１上に、液室２の壁を構成する振動板１０を形成する。その上に、図１の（ｂ）に示すように、下電極（第１電極）２１を形成し、下電極２１上にエアロゾルデポジション法によりマスキングなしで圧電体層２２ａを形成する。さらに、圧電体層２２ａ上に電極層２３ａを形成した後に、図１の（ｃ）に示すように形成されたレジストパターン３１を用いて、図２の（ａ）に示すように電極層２３ａをパターニングして、上電極（第２電極）２３を形成する。次いで、図２の（ｂ）、（ｃ）に示すように、レジストパターン３２を用いて圧電体層２２ａをパターニングすることで、圧電膜２２を形成する。
【００２１】
上記のパターニングは、ドライエッチング、ウエットエッチング、またそれらを組み合わせて行われる。
【００２２】
従来例のように、ノズルと基板の間にメタル等のマスクを設置する成膜方法や、レジストによるリフトオフを用いた成膜方法では、成膜工程において圧電膜の断面を矩形にすることは困難である。これに対して、本実施の形態では、上電極と圧電膜を、成膜後の別工程で所望のパターンに加工するものであるため、膜断面が矩形となるパターン膜を形成できる。また、膜端面にバリ状の欠陥も生じることもない。
【００２３】
なお、上電極と圧電膜のパターニングには、プラズマエッチング、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）、μ波プラズマエッチングなどのドライエッチング、各種エッチング液を用いたウエットエッチングを用いることが有効である。またこれらを組み合わせて用いることも有効である。
【実施例１】
【００２４】
図３に示すように、吐出口および液室２を備えたＳｉ基板（基板）１に、振動板１０として石英ガラスの基板を接合し、その上に、以下のように下電極２１、圧電膜２２、上電極２３からなる圧電駆動部２０を形成した。
【００２５】
初めに、石英ガラスの基板からなる振動板に下電極としてＴｉを４０ｎｍ、Ｐｔを０．５μｍスパッタにより形成した。次にエアロゾルデポジション法によりＰＺＴ膜（圧電体層）を厚さ５μｍで成膜した。
【００２６】
この工程においては、図５に示す成膜装置のエアロゾル化室に材料粉末を投入し、容器内の粉末を振動撹拌しながら乾燥エアーを導入し、エアロゾル化して容器上部に浮いてきた粒子を差圧により膜形成室に導き、ノズルを通して噴射し成膜を行った。
【００２７】
成膜時の条件は以下のとおりである。
・使用材料：堺化学製、商標名ＰＺＴ−ＬＱ（平均一次粒径０．１〜０．５μｍ）
・超微粒子生成室圧力：７０ＫＰａ
・膜形成室圧力：１ＫＰａ
・使用ガス：乾燥エアー
・ガス流量：４Ｌ／ｍｉｎ．
・ノズル：３００μｍ×５ｍｍの開口部のスリット型ノズル
・基板温度：４００℃
・ノズル温度：４００℃
【００２８】
次に、ＰＺＴ成膜後大気雰囲気で６００℃、１時間焼成を行った。
【００２９】
この後、上電極となる電極層としてＴｉを４０ｎｍ、Ｐｔを１６０ｎｍ成膜した。このとき、膜端部で上下電極がショートしないようメカ式のマスクを用いた。
【００３０】
上電極をエッチングするためのポジ型レジストを塗布し、液室形状のレジストパターンを形成した後に、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)で露出しているＰｔおよびＴｉをエッチングした。次に、上電極用のレジストを剥離し、上電極を囲むようにＰＺＴ用のレジストをパターニングした。この状態でフッ硝酸でＰＺＴ膜をエッチングし、その後レジストを剥離し、ＩＰＡベーパー洗浄を行い、最後に基板をヘッドごとに切断した。
【００３１】
こうして、幅１００μｍ、長さ５ｍｍ、厚み５μｍのＰＺＴ膜を形成し、その側壁部を電子顕微鏡で確認したところ、ほぼ基板に対して垂直な形状であり、ダレやすそを引いた形状は見られなかった。
【実施例２】
【００３２】
吐出口および液室を備えたＳｉ基板に振動板としての石英ガラスの基板を接合し、その上にハイアスペクトの圧電膜を形成した。
【００３３】
初めに、石英ガラスからなる振動板上に下電極としてＴｉを４０ｎｍ、Ｐｔを０．５μｍスパッタにより成膜した。次に、エアロゾルデポジション法により全面に渡りＰＺＴ膜を約５０μｍの膜厚で成膜した。成膜方法は、実施例１と同様に、エアロゾル化室にＰＺＴ材料を投入し、容器内の粉末を容器振動およびガス導入による撹拌でエアロゾル化し上部に浮いてきた粒子を差圧により膜形成室に導きノズルを通して噴射、成膜した。
【００３４】
エアロゾルデポジション法によるＰＺＴ膜の成膜条件は、実施例１と同様であるが、成膜時間で膜厚を調整した。ＰＺＴ成膜後、大気雰囲気で６００℃、１時間焼成を行った。その後、上電極としてＴｉ４０ｎｍ、Ｐｔ１６０ｎｍをスパッタで成膜した。このとき、膜端部で上下電極がショートしないようメカ式マスクを用いた。
【００３５】
上電極をエッチングするためポジ型レジストを塗布し、液室形状のレジストパターンを形成した後に、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)で露出しているＰｔおよびＴｉをエッチングした。次に、上電極用のレジストを剥離し、上電極を囲むようにＰＺＴ用のレジストをパターニングした。ここでパターニングしたレジストの幅は５０μｍとした。この状態でフッ硝酸でＰＺＴをエッチングし、その後レジストを剥離し、ＩＰＡベーパー洗浄を行い、最後に基板をヘッドごとに切断した。
【００３６】
こうして、幅５０μｍ、長さ５ｍｍ、厚み５０μｍのハイアスペクトのＰＺＴ膜を形成し、その形状の側壁部を電子顕微鏡で確認したところ、ほぼ基板に対して垂直な形状であり、ダレやすそを引いた形状は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法の前半の工程を示す工程図である。
【図２】上記実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法の後半の工程を示す工程図である。
【図３】上記実施の形態による液体吐出ヘッドを示す模式断面図である。
【図４】アーク式のガスデポジション装置を示す模式図である。
【図５】エアロゾル式のガスデポジション装置を示す模式図である。
【図６】一従来例を説明する図である。
【図７】別の従来例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    基板
２    液室
１０    振動板
２０    圧電駆動部
２１    下電極
２２    圧電膜
２３    上電極
【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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