(57)【要約】【課題】有機成分を含む誘電体前駆体溶液を用いた基板処理において、誘電体前駆体溶液塗布部分と非誘電体前駆体溶液塗布部分の昇温を均一にすることが可能な基板の熱処理方法、及び少なくとも鉛成分を含む誘電体の有機成分を含む誘電体前駆体溶液を用いた誘電体膜の作成において、誘電体前駆体の塗布部分と非塗布部分とを均一温度で熱処理することにより、素子の品質低下を防ぐことが可能な基板の熱処理方法を提供する。【解決手段】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を基板に塗布して誘電体前駆体膜を形成し、該誘電体前駆体膜を乾燥させ、前記誘電体前駆体膜を脱脂または仮焼成し、前記誘電体前駆体膜を焼成する誘電体膜の製造工程における熱処理に際し、誘電体前駆体溶液塗布部分を遮光するようにして基板をランプ照射により熱処理する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機成分を含む誘電体前駆体溶液が塗布された基板の熱処理方法において、誘電体前駆体溶液塗布部分を遮光するようにして基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項２】
有機成分を含む誘電体前駆体溶液が塗布された基板の熱処理方法において、誘電体前駆体溶液塗布パターンと同様の遮光パターンを有する遮光部材を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項３】
有機成分を含む誘電体前駆体溶液が塗布された基板の熱処理方法において、誘電体前駆体溶液の非塗布パターンと同様の開口を有する遮光板を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項４】
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を基板に塗布して誘電体前駆体膜を形成し、該誘電体前駆体膜を乾燥させ、前記誘電体前駆体膜を脱脂または仮焼成し、前記誘電体前駆体膜を焼成する誘電体膜の製造工程における熱処理に際し、誘電体前駆体溶液塗布部分を遮光するようにしてランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項５】
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を基板に塗布して誘電体前駆体膜を形成し、該誘電体前駆体膜を乾燥させ、前記誘電体前駆体膜を脱脂または仮焼成し、前記誘電体前駆体膜を焼成する誘電体膜の製造工程における熱処理に際し、誘電体前駆体溶液塗布パターンと同様の遮光パターンを有する遮光部材を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の基板の熱処理方法において、赤外光の通過を許容する板状部材に遮光材が付着されてなる遮光部材を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の基板の熱処理方法において、主に赤外領域の光を遮光可能な赤外遮光部材を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項８】
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を基板に塗布して誘電体前駆体膜を形成し、該誘電体前駆体膜を乾燥させ、前記誘電体前駆体膜を脱脂または仮焼成し、前記誘電体前駆体膜を焼成する誘電体膜の製造工程における熱処理に際し、誘電体前駆体溶液の非塗布パターンと同様の開口を有する遮光板を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の基板の熱処理方法において、主に赤外領域の光を遮光可能な赤外遮光材からなる遮光板を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の基板の熱処理方法において、遮光する部分が所望の遮光率で遮光されることを特徴とする基板の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体前駆体溶液の塗布部分と非塗布部分とを均一温度にて熱処理し誘電体膜を製造する基板の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。すなわち、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】
従来の誘電体膜の製造方法は、例えば、下記特許文献１、２に開示されている。このような製造方法によれば、１μｍ以上の厚さの誘電体膜を比較的良好に形成できる。
【０００５】
ここで、前記誘電体の前駆体を熱処理（焼成）する場合に、高温で長時間の熱処理を行うと、不純物の熱拡散が顕著になり特性の劣化を招いてしまう。そこで、赤外ランプを用いて高温、短時間でアニール処理を行うことにより、より高品質な誘電体膜の製造が可能である。
【０００６】
しかし、赤外ランプによる熱処理（焼成）の際、誘電体前駆体溶液塗布部分と、非誘電体前駆体溶液塗布部分である電極露出部分では昇温速度に差が生じ、熱処理（焼成）を均一に行うことができない場合がある。すなわち、通常誘電体前駆体溶液塗布部分は昇温が速く、電極膜露出部分は昇温が遅くなり、誘電体前駆体溶液塗布部分は非誘電体前駆体溶液塗布部分である電極露出部分と比較してより高温で熱処理（焼成）され、誘電体膜の熱処理（焼成）が基板内において不均一な温度で行われ、圧電素子の品質も低下する傾向がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−２２３８３０号公報
【特許文献２】特開平０６−５９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、有機成分を含む誘電体前駆体溶液を用いた基板処理において、誘電体前駆体溶液塗布部分と非誘電体前駆体溶液塗布部分の昇温を均一にすることが可能な基板の熱処理方法を提供すること、及び少なくとも鉛成分を含む誘電体の有機成分を含む誘電体前駆体溶液を用いた誘電体膜の作成において、誘電体前駆体の塗布部分と非塗布部分とを均一温度で熱処理することにより、素子の品質低下を防ぐことが可能な基板の熱処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、有機成分を含む誘電体前駆体溶液が塗布された基板の熱処理方法において、誘電体前駆体溶液塗布部分を遮光するようにして基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第１の態様では、誘電体前駆体溶液塗布部分を遮光するようにしてランプ照射を行うため、誘電体前駆体溶液塗布部分の昇温を緩やかにすることが可能となり、誘電体前駆体溶液塗布部分と誘電体前駆体溶液非塗布部分との昇温速度の差を減少させ、より均一な温度で基板の熱処理を行うことができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、有機成分を含む誘電体前駆体溶液が塗布された基板の熱処理方法において、誘電体前駆体溶液塗布パターンと同様の遮光パターンを有する遮光部材を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第２の態様では、誘電体前駆体溶液塗布パターンと同様の遮光パターンを有する遮光部材を設置する簡単な作業を行うことにより、より均一な温度で基板の熱処理を行うことができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、有機成分を含む誘電体前駆体溶液が塗布された基板の熱処理方法において、誘電体前駆体溶液の非塗布パターンと同様の開口を有する遮光板を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第３の態様では、誘電体前駆体溶液の非塗布パターンと同様の開口を有する遮光板を設置する簡単な作業を行うことにより、より均一な温度で基板の熱処理を行うことができる。
【００１２】
本発明の第４の態様は、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を基板に塗布して誘電体前駆体膜を形成し、該誘電体前駆体膜を乾燥させ、前記誘電体前駆体膜を脱脂または仮焼成し、前記誘電体前駆体膜を焼成する誘電体膜の製造工程における熱処理に際し、誘電体前駆体溶液塗布部分を遮光するようにしてランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第４の態様では、誘電体前駆体溶液塗布部分を遮光するようにしてランプ照射を行うため、誘電体前駆体溶液塗布部分と誘電体前駆体溶液非塗布部分との昇温速度の差を減少させ、より均一な温度で基板の熱処理を行うことができ、より均一な性質を有する誘電体膜を製造することができる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、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を基板に塗布して誘電体前駆体膜を形成し、該誘電体前駆体膜を乾燥させ、前記誘電体前駆体膜を脱脂または仮焼成し、前記誘電体前駆体膜を焼成する誘電体膜の製造工程における熱処理に際し、誘電体前駆体溶液塗布パターンと同様の遮光パターンを有する遮光部材を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第５の態様では、誘電体前駆体溶液塗布パターンと同様の遮光パターンを有する遮光部材を設置する簡単な作業を行うことで、より均一な性質を有する誘電体膜の製造を行うことができる。
【００１４】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の基板の熱処理方法において、赤外光の通過を許容する板状部材に遮光材が付着されてなる遮光部材を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第６の態様では、赤外光の通過を許容する板状部材に遮光材が付着されてなる遮光部材を設置する簡単な作業を行うことで、より均一な性質を有する誘電体膜を製造することができる。
【００１５】
本発明の第７の態様は、第５または第６の態様に記載の基板の熱処理方法において、主に赤外領域の光を遮光可能な赤外遮光部材を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第７の態様では、主に赤外領域の光を遮光可能な赤外遮光部材を設置する簡単な作業を行うことで、より均一な性質を有する誘電体膜を製造することができる。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の第８の態様は、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を基板に塗布して誘電体前駆体膜を形成し、該誘電体前駆体膜を乾燥させ、前記誘電体前駆体膜を脱脂または仮焼成し、前記誘電体前駆体膜を焼成する誘電体膜の製造工程における熱処理に際し、誘電体前駆体溶液の非塗布パターンと同様の開口を有する遮光板を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第８の態様では、誘電体前駆体溶液の非塗布パターンと同様の開口を有する遮光板を設置する簡単な作業を行うことで、より均一な性質を有する誘電体膜を製造することができる。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の第９の態様は、第８の態様に記載の基板の熱処理方法において、主に赤外領域の光を遮光可能な赤外遮光材からなる遮光板を通して基板にランプ照射を行うことを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第９の態様では、主に赤外領域の光を遮光可能な赤外遮光材からなる遮光板を設置する簡単な作業を行うことで、より均一な性質を有する誘電体膜を製造することができる。
【００１８】
上記課題を解決する本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れかの態様に記載の基板の熱処理方法において、遮光する部分が所望の遮光率で遮光されることを特徴とする基板の熱処理方法にある。
かかる第１０の態様では、遮光する部分が所望の遮光率で遮光されるようにしたため、基板上の誘電体前駆対溶液の塗布部分と非塗布部分へのランプ照射量に所望の差異を生じさせることが可能となり、基板上の誘電体前駆対溶液塗布部分と非塗布部分とをより均一な温度で熱処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の熱処理方法で製造された誘電体膜を圧電素子としたインクジェット記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その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、厚さ０．５〜２μｍの弾性膜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がその幅方向に並設されている。また、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１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部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。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００２０】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００２１】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５が形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０（誘電体層）と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極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。
【００２２】
なお、このような圧電素子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が、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。
【００２３】
また、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、この圧電素子保持部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。さらに、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、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ており、上述したように流路形成基板１０の連通部１３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１００を構成している。
【００２４】
また、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら下電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、駆動ＩＣから延設される接続配線の一端が接続される。
【００２５】
なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００２６】
また、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４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００２７】
このような本実施形態の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１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、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５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００２８】
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。なお、図３及び図４は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板１０として、板厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
【００２９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、まず、弾性膜５０上に、例えば、ＤＣスパッタ法によりジルコニウム層を形成し、このジルコニウム層を熱酸化することにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。
【００３０】
次に、図３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。
【００３１】
なお、圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛に限定されず、例えば、リラクサ強誘電体（例えば、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＮＮ-ＰＴ等）の他の圧電材料を用いてもよい。また、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等を用いてもよい。
【００３２】
本発明の熱処理方法が用いられる圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図４（ａ）に示すように、下電極膜６０上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７１を成膜する。すなわち、下電極膜６０が形成された流路形成基板１０上に金属有機化合物を含む前駆体溶液を塗布する（塗布工程）。次いで、圧電体前駆体膜７１を、室温から前駆体溶液の主溶媒である溶剤の沸点よりも低い温度に加熱して一定時間乾燥させ、前駆体溶液の溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜７１を乾燥させる（第１の乾燥工程）。
【００３３】
ここで、前駆体溶液の主溶媒は、特に限定されないが、例えば、エタノール系の溶剤を用いることが好ましく、本実施形態では、沸点が１７６℃である２−ｎ−ブトキシエタノールを用いている。このため、本実施形態では、第１の乾燥工程において、塗布した前駆体溶液を溶剤の沸点である１７６℃以下、例えば、約１４０℃程度に加熱して３分間程度保持することで、圧電体前駆体膜７１を乾燥させている。
【００３４】
次いで、圧電体前駆体膜７１を再び加熱することにより、例えば、本実施形態では、第１の乾燥工程よりも高い温度まで上昇させて一定時間保持し、前駆体溶液の主溶媒をさらに蒸発させて圧電体前駆体膜７１を乾燥させる（第２の乾燥工程）。第２の乾燥工程における到達温度は、１４０℃〜１７０℃に設定されている。乾燥時間は、５〜５０分間程度であることが好ましい。
【００３５】
また、このような乾燥工程で用いる加熱装置としては、例えば、クリーンオーブン（拡散炉）、あるいはベーク装置等が挙げられるが、特に、ベーク装置を用いることが好ましい。クリーンオーブンでは、熱風を当てることによって温度を制御しているため、流路形成基板用ウェハの面内方向で、圧電体前駆体膜の特性がばらつきやすいからである。
【００３６】
このような第１及び第２の乾燥工程によって圧電体前駆体膜７１を乾燥後、さらに大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜７１を脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、前駆体膜の有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００３７】
脱脂工程における加熱方法は、特に限定されないが、本実施形態では、ホットプレート上に流路形成基板用ウェハを載置して、圧電体前駆体膜７１を所定の温度まで上昇させている。昇温レートを低下させる際には、流路形成基板用ウェハ１１０よりも外径が若干大きい所定厚さのアルミ板である治具を介してウェハを加熱することとしている。脱脂工程での脱脂温度は、３５０℃〜４５０℃の範囲の温度に設定されている。温度が高すぎると結晶化が始まってしまい、また温度が低すぎるとＺｒ／Ｔｉ組成の分布が大きくなってしまう。また、脱脂工程は、１０分以上行うことが好ましい。
【００３８】
また、圧電体層の結晶性を向上させるためには、脱脂工程における昇温レートが重要である。具体的には、脱脂工程における昇温レートは１５［℃／ｓｅｃ］以上にされている。これにより、圧電体層の（１００）配向強度を向上でき、且つ圧電体層を構成する鉛以外の成分の組成割合の分布、例えば、Ｚｒ／Ｔｉ組成の分布も小さく抑えることができる。
【００３９】
なお、ここで言う「昇温レート」とは、加熱開始時の温度（室温）と到達温度との温度差の２０％上昇した温度から、温度差の８０％の温度に達するまでの温度の時間変化率と規定する。
【００４０】
そして、このような塗布工程・第１の乾燥工程・第２の乾燥工程・脱脂工程を所定回数、例えば、本実施形態では、２回繰り返すことで、図４（ｂ）に示すように、所定厚の圧電体前駆体膜７２を形成する。なお、本実施形態では、塗布工程・第１の乾燥・第２の乾燥・脱脂工程を２回繰り返すことで所定厚の圧電体前駆体膜７２を形成したが、勿論、繰り返し回数は２回に限らず、１回のみでもよいし、３回以上でもよい。
【００４１】
その後、この圧電体前駆体膜７２を加熱処理することによって結晶化させ、圧電体膜７３を形成する（焼成工程）。焼結条件は材料により異なるが、本実施形態では、例えば、６８０℃以上で５〜３０分間加熱を行って圧電体前駆体膜７２を焼成して圧電体膜７３を形成した。加熱装置としては、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置が使用され、焼成工程の昇温レートは１００［℃／ｓｅｃ］〜１５０［℃／ｓｅｃ］に設定され、急速加熱されるようになっている。昇温レートが１００［℃／ｓｅｃ］〜１５０［℃／ｓｅｃ］に設定されて急速加熱されることにより、膜内の異物が減少される。
【００４２】
そして、上述した塗布工程・第１及び第２の乾燥工程・脱脂工程・焼成工程を、複数回繰り返すことで、図４（ｃ）に示すように、複数層、本実施形態では、５層の圧電体膜７３からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。例えば、前駆体溶液の塗布１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、圧電体層７０全体の膜厚は約１μｍとなる。
【００４３】
上記したように、本実施形態例の誘電体膜（圧電体層７０）の製造方法は、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コロイド溶液を塗布して誘電体前駆体膜を形成する塗布工程と、誘電体前駆体膜を乾燥する乾燥工程と、誘電体前駆体膜を脱脂する脱脂工程と、誘電体前駆体膜を焼成して誘電体膜とする焼成工程とを有し、乾燥工程は、誘電体前駆体膜を前記材料の主溶媒である溶剤の沸点よりも低い温度に加熱して一定時間保持することで乾燥させる第１の乾燥工程と、誘電体前駆体膜を１４０℃〜１７０℃の範囲で乾燥させる第２の乾燥工程とを有し、脱脂工程は、脱脂の温度が３５０℃〜４５０℃とされると共に、昇温レートが１５［℃／ｓｅｃ］以上とされ、焼成工程は、昇温レートが１００［℃／ｓｅｃ］〜１５０［℃／ｓｅｃ］とされている。
【００４４】
このため、乾燥工程及び脱脂工程によりＺｒ／Ｔｉ組成の分布を小さくし、焼成工程により異物を減少させ、誘電体膜の結晶が良好に成長し、所望の結晶状態の誘電体膜を形成することができる。即ち、ＢサイトのＺｒ／Ｔｉが均一に分布したＰＺＴ膜が得られる。ここで、鉛成分を有する圧電体層の組成をＡＢＯｘとして表現する際に、Ａサイトに鉛を、ＢサイトとしてはＡサイト以外の成分が表記される。
【００４５】
また、乾燥工程及び前記脱脂工程により、膜厚方向におけるＺｒ／Ｔｉ組成の分布を、ＥＳＣＡにより分析したＺｒ／Ｔｉ組成傾斜の値で３％未満としている。これにより、Ｚｒ／Ｔｉが均一に分布したＰＺＴ膜が得られる。また、焼成工程では、ＲＴＡ法により誘電体前駆体膜を加熱している。これにより、ＲＴＡ法により誘電体前駆体膜を所望の昇温レートである１００［℃／ｓｅｃ］〜１５０［℃／ｓｅｃ］で急速加熱することができる。そして、結晶を菱面体晶系の（１００）面に優先配向させ、機械的特性に非常に優れた誘電体膜を形成することができる。
【００４６】
図５（ａ）に上記の熱処理に用いられるＲＴＡ装置の断面概略図を示す。ＲＴＡ装置２００の中央には石英チューブ２０１が配置されている。石英チューブ２０１の中央には積層が施された基板である被処理体２０２が設置され、被処理体２０２はＲＴＡ装置２００で熱処理される。本実施形態における被処理体２０２は図４（ａ）または図４（ｂ）に示した積層構造を有するものであるが、図５においては積層構造を模式的に表現した。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０上の全面に下電極膜６０が積層され、下電極膜６０にパターン化された圧電体前駆体膜７１、７２が積層された被処理体２０２が模式的に示されている。被処理体２０２の下電極膜６０上には圧電体膜７３が積層されている場合もあるが、図５（ａ）〜（ｃ）中では圧電体前駆体膜７１、７２のみを示す。被処理体２０２が設置される石英チューブ２０１の上下にはＲＴＡ装置２００の熱源となるハロゲンランプ２０３が複数配置されている。ハロゲンランプ２０３の外側には外枠２０４が配置されている。
【００４７】
ハロゲンランプ２０３の点灯により被処理体２０２は赤外線照射され急速に加熱される。これにより、被処理体２０２の熱処理を短時間で終えることが可能となる。したがって、ＲＴＡ装置２００を用いて被処理体２０２の熱処理を行うことにより、より高品質な誘電体膜の製造が可能となる。
【００４８】
ところで、ＲＴＡ装置２００は急激な加熱が可能であるために、基板上の最上面に露出した各膜の比熱や赤外線の吸収率により各膜の昇温速度に差が生じることが考えられる。例えば最上面に下電極膜６０が露出している基板と最上面が圧電体前駆体膜７１、７２で覆われている基板とをランプパワー６５％で４秒、３０％で４秒、２０％で５３秒照射した場合、加熱開始以後の最高温度Ｔｍａｘにおいて下電極膜６０と圧電体前駆体膜７１、７２とで８０℃以上の差が生じる。
【００４９】
そこで各膜による昇温速度の差異を減少させるための本発明の熱処理方法を図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す。
【００５０】
まず図５（ｂ）に、図５（ａ）のＲＴＡ装置を使用して遮光板を利用し均一な熱処理を行う場合のＲＴＡ装置の断面概略図を示す。図５（ｂ）には図５（ａ）と同じ被処理体２０２が図５（ａ）と同じＲＴＡ装置２００に設置されている。石英チューブ２０１内の被処理体２０２の上方に遮光板２０５が設置される。遮光板２０５は赤外線遮光性材質からなり、所望の赤外線遮光率を有する材質を選択したり、遮光板の厚みを調整したりすることにより、遮光板２０５が所望の赤外遮光率とされる。遮光板２０５には圧電体前駆体膜７１、７２の非塗布パターンと同様のパターンを有する開口２０６が設けられている。この遮光板２０５を通して被処理体２０２をハロゲンランプ２０３により照射することにより、より均一な温度で被処理体２０２の熱処理を行うことが可能である。すなわち、圧電体前駆体膜７１、７２が塗布されていない部分のみが遮光されること無く開口２０６を通じてランプ照射され、昇温速度の速い圧電体前駆体膜７１、７２へのランプ照射は遮光板２０５を通じて所望の遮光率で遮光することにより、昇温速度の速い圧電体前駆体膜７１、７２の過熱を防いで双方をより均一な温度で熱処理することが可能となる。
【００５１】
また、遮光板２０５の開口２０６のパターンは、圧電体前駆体膜７１、７２のパターンの細部が簡略化されたものであり、また開口２０６の大きさは圧電体前駆体膜７１、７２のパターンよりも小さくなるようにして遮光板２０５が作成されている。したがって、ハロゲンランプ２０３の光の拡散により開口を通して照射される赤外光が圧電体前駆体膜７１、７２にまで及んでしまうことを防ぐことができる。これにより圧電体前駆体膜７１、７２塗布部分と非塗布部分とをより一層均一な温度で熱処理することが可能となる。
【００５２】
次に図５（ｃ）に、図５（ａ）のＲＴＡ装置を使用して遮光部材２０７を利用し均一な熱処理を行う場合のＲＴＡ装置の断面概略図を示す。遮光部材２０７は石英からなる板状部材２０８上に赤外線を遮光可能な遮光材２０９を付着したものであり、圧電体前駆体膜７１、７２の塗布パターンと同様のパターンを有する遮光材２０９が付着されている。遮光材２０９においても図５（ｂ）の遮光板と同様に、所望の赤外線遮光率を有する材質を選択したり、付着させる遮光材２０９の厚みを調整したりすることにより、遮光部材２０７が所望の赤外遮光率とされる。この遮光部材２０７を通して被処理体２０２をハロゲンランプ２０３により照射することにより、より均一な温度で被処理体２０２の熱処理を行うことが可能である。すなわち、圧電体前駆体膜７１、７２が塗布されていない部分のみが遮光されること無く板状部材２０８のみを通してランプ照射され、昇温速度の速い圧電体前駆体膜７１、７２へのランプ照射は板状部材２０８及び遮光材２０９を通じて所望の遮光率で遮光することにより、昇温速度の速い圧電体前駆体膜７１、７２の過熱を防いで双方をより均一な温度で熱処理することが可能となる。
【００５３】
また、遮光材２０９の非塗布部分は、圧電体前駆体膜７１、７２の非塗布パターンよりも小さくなるようにして遮光部材２０７が作成されている。したがって、ハロゲンランプ２０３の光の拡散により開口を通して照射される赤外光が圧電体前駆体膜７１、７２にまで及んでしまうことを防ぐことができる。これにより圧電体前駆体膜７１、７２塗布部分と非塗布部分とをより一層均一な温度で熱処理することが可能となる。
【００５４】
ここで、本実施形態においてはランプ照射を赤外照射とし、遮光板や遮光材を赤外遮光性を有するものとしているが、使用するランプによる光照射の波長プロファイルは特に限定されず、遮光性を有する遮光板や遮光材の遮光領域も限定されない。ただし、ランプ照射や遮光を行う波長は、被処理体２０２への光照射により加熱が可能な波長を含む。また、使用するランプもハロゲンランプに限定されない。
【００５５】
また、使用する熱処理装置も、急速加熱が可能なものであればＲＴＡ装置に限定されず、熱処理に使用する部品や、装置及び部品の形状及び材質は本実施形態に記載するものに限定されない。
【００５６】
以上、これらの一連の圧電体前駆体膜７１、７２の熱処理工程により、常に安定した特性が得られる、結晶状態が制御された誘電体からなる圧電体層７０を比較的容易に製造することができる。
【００５７】
このように圧電体層７０を形成した後、図６（ａ）に示すように、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図６（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０が形成される。
【００５８】
次に、図６（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板となる保護基板用ウェハ１３０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５９】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、更に弗化硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
【００６０】
なお、その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００６１】
従って、所望の結晶状態の誘電体膜からなる圧電体層７０を有する圧電素子３００を備えた液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとすることができる。
【００６２】
このようにして、圧電体前駆体膜７１、７２を本発明の熱処理方法により熱処理することで、常に安定した特性が得られ、結晶状態が制御された圧電素子３００を備えた液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとすることができる。
【００６３】
ただし、本発明の熱処理方法の適用は本実施形態のみに限定されず、圧電体層７０への適用は一例である。有機成分を含む誘電体前駆体溶液が塗布された基板の熱処理、及び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を基板に塗布して誘電体前駆体膜を形成し、該誘電体前駆体膜を乾燥させ、前記誘電体前駆体膜を脱脂または仮焼成し、前記誘電体前駆体膜を焼成する誘電体膜の製造工程における熱処理への適用であれば、本発明の熱処理方法が適用される被処理体は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本実施形態に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】本実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係るＲＴＡ装置の断面概略図である。
【図６】本実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、１００  リザーバ、  １１０  流路形成基板用ウェハ、  ２００  ＲＴＡ装置、  ２０１  石英チューブ、  ２０２  被処理体、  ２０３  ハロゲンランプ、  ２０４  外枠、  ２０５  遮光板、  ２０６  開口、  ２０７  遮光部材、  ２０８  板状部材、  ２０９  遮光材、  ３００  圧電素子
【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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