(57)【要約】【課題】基板をその全面に亘って均一に加熱することができる基板加熱方法及び基板加熱装置を提供する。【解決手段】基板上に膜を形成し、この膜が形成された基板をホットプレート上に載置して加熱する際に、ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた基板とホットプレートの表面との間隔が基板の面内方向において略一定である状態で基板を加熱する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に膜を形成し、この膜が形成された基板をホットプレート上に載置して加熱する際に、
前記ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定である状態で前記基板を加熱するようにしたことを特徴とする基板加熱方法。
【請求項２】
基板上に電極層及び圧電材料からなる圧電体層を有する圧電素子の製造方法であって、
前記基板上に圧電体前駆体膜を形成する膜形成工程と、前記基板を所定温度に加熱して前記圧電体前駆体膜を乾燥させる乾燥工程と、前記基板を所定温度に加熱して前記圧電体前駆体膜を脱脂する脱脂工程と、脱脂した圧電体前駆体膜をさらに焼成する焼成工程と、によって前記圧電体層を形成する圧電体層形成工程を有し、
前記圧電体層形成工程で前記基板をホットプレート上に載置して前記圧電体前駆体膜を加熱する際に、前記ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定である状態で前記圧電体前駆体膜を加熱するようにしたことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項３】
前記脱脂工程において、前記ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定である状態で前記圧電体前駆体膜を加熱するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記乾燥工程において、前記ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定である状態で前記圧電体前駆体膜を加熱するようにしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項５】
前記圧電体前駆体膜を、有機金属熱分解法により形成することを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項６】
前記基板が面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなることを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の製造方法により製造された圧電素子を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項８】
基板が載置されるホットプレートと該ホットプレートを所定温度に加熱する加熱手段とを有し、
該ホットプレートの表面が、加熱により生じる前記基板の反りに沿って形成されており、前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定な状態で当該基板が加熱されることを特徴とする基板加熱装置。
【請求項９】
前記ホットプレートの外周部には、前記基板を支持する同一長さの支持ピンが設けられていることを特徴とする請求項８に記載の基板加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の基板加熱方法及び基板加熱装置に関し、特に、圧電体前駆体膜を焼成することにより形成される圧電体層を有する圧電素子の製造方法、及び圧電素子を具備する液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料等の強誘電材料からなる圧電体層を２つの電極で挟んだ素子であり、圧電体層は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。このような圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出するノズルと連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。
【０００３】
ここで、圧電素子を構成する圧電体層としては、例えば、複数の強誘電体膜を積層することによって形成されたものがある。その製造方法としては、次のようなものがある。まず、基板上に設けられた下電極膜上に強誘電体前駆体膜を形成し、その後、高温で熱処理して結晶化させて最下層の強誘電体膜（第１の強誘電体膜）を形成する。次に、第１の強誘電体膜及び下電極膜をエッチングすることによってこれら第１の強誘電体膜及び下電極膜を所定形状に形成する。その後、再び、強誘電体前駆体膜を形成し高温で熱処理して結晶化させて強誘電体膜を形成する。そして、このような強誘電体膜を複数層形成して所定厚さの圧電体層を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、このように圧電体層を形成する際、例えば、脱脂工程等においては加熱装置のホットプレート上に基板を載置して加熱することで、強誘電体前駆体膜を加熱している。このように基板（強誘電体前駆体膜）を加熱する加熱装置は、種々提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０１４２６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９８３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような加熱装置のホットプレートでは、通常、その表面がフラットであるため、基板をその全面に亘って均一に加熱することができないという問題がある。具体的には、基板上に下電極膜や強誘電体膜等、線膨張係数の異なる材料からなる膜が形成されている状態で、この基板を加熱すると、線膨張係数の違いによって反りが生じてしまう。これに対し、ホットプレートの表面は平坦である。したがって、基板とホットプレートとの間に、隙間が形成されてしまい加熱温度にばらつきが生じてしまうという問題がある。
【０００７】
また例えば、基板上に形成された圧電体前駆体膜（強誘電体前駆体膜）を乾燥、或いは脱脂する際に、このような加熱温度のばらつきが生じてしまうと、形成される圧電体層の結晶性にばらつきが生じてしまい、圧電素子の変位特性が低下してしまう虞がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、基板をその全面に亘って均一に加熱することができる基板加熱方法及び基板加熱装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、圧電素子の変位特性を向上することができる圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、基板上に膜を形成し、この膜が形成された基板をホットプレート上に載置して加熱する際に、前記ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定である状態で前記基板を加熱するようにしたことを特徴とする基板加熱方法にある。
かかる本発明では、ホットプレートの表面とその上に載置された基板との間隔が加熱中は常に一定となるため、基板全体を均一な温度に加熱することができる。
【００１０】
また、本発明は、基板上に電極層及び圧電材料からなる圧電体層を有する圧電素子の製造方法であって、前記基板上に圧電体前駆体膜を形成する膜形成工程と、前記基板を所定温度に加熱して前記圧電体前駆体膜を乾燥させる乾燥工程と、前記基板を所定温度に加熱して前記圧電体前駆体膜を脱脂する脱脂工程と、脱脂した圧電体前駆体膜をさらに焼成する焼成工程と、によって前記圧電体層を形成する圧電体層形成工程を有し、前記圧電体層形成工程で前記基板をホットプレート上に載置して前記圧電体前駆体膜を加熱する際に、前記ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定である状態で前記圧電体前駆体膜を加熱するようにしたことを特徴とする圧電素子の製造方法にある。
かかる本発明では、ホットプレートの表面とその上に載置された基板との間隔が加熱中は常に一定となるため、基板上の圧電体前駆体膜を均一に加熱することができる。これにより、圧電体層の結晶性が向上するため、圧電素子の変位特性を向上することができる。
【００１１】
具体的には、例えば、前記脱脂工程において、前記ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定である状態で前記圧電体前駆体膜を加熱する。また、例えば、前記乾燥工程において、前記ホットプレートの表面が凸状又は凹状に形成されたものを用い、加熱により反りが生じた前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定である状態で前記圧電体前駆体膜を加熱する。このように脱脂工程又は乾燥工程、或いはその両工程で、圧電体前駆体膜を均一に加熱することで、圧電体層の結晶性がより確実に向上する。
【００１２】
また前記圧電体前駆体膜を、有機金属熱分解法により形成することが好ましい。これにより、結晶性に優れた圧電体層を比較的容易に形成することができる。
【００１３】
また前記基板が面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなることが好ましい。これにより、基板上に圧電素子を良好に形成することができる。
【００１４】
さらに、本発明は、このような製造方法によって製造された圧電素子を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。これにより、液滴の吐出特性に優れた液体噴射ヘッドを実現することができる。
【００１５】
また本発明は、基板が載置されるホットプレートと該ホットプレートを所定温度に加熱する加熱手段とを有し、該ホットプレートの表面が、加熱により生じる前記基板の反りに沿って形成されており、前記基板と前記ホットプレートの表面との間隔が当該基板の面内方向において略一定な状態で当該基板が加熱されることを特徴とする基板加熱装置にある。
かかる本発明では、ホットプレートの表面とその上に載置された基板との間隔が加熱中は常に一定となるため、基板全体を均一に加熱することができる。
【００１６】
ここで、前記ホットプレートの外周部には、前記基板を支持する同一長さの支持ピンが設けられていることが好ましい。これにより、ホットプレートの表面と基板との間隔を比較的容易に略一定な状態に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ’断面図であり、図３は、圧電素子の層構造を示す拡大断面図である。図示するように、インクジェット式記録ヘッドを構成する流路形成基板１０は、例えば、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、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその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の長手方向一端部側には、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５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の共通するリザーバ１００の一部を構成する。
【００１８】
インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５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。このインク供給路１３は、具体的には、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。なお、インク供給路１３は、上述した構成に限定されず、例えば、流路の幅が両側から絞られていてもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。このような流路形成基板１０の材料として、上述したようにシリコン単結晶基板が好適に用いられるが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。
【００１９】
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１３とは反対側の端部近傍に連通するノズル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。ノズルプレート２０は、例えば、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（ＳＵＳ）などからなる。
【００２０】
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、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と、厚さが１．０〜５．０μｍ程度の圧電体層７０と、上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。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、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子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。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が実質的に振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２１】
ここで、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、圧力発生室１２の両端部近傍でそれぞれパターニングされ、圧力発生室１２の並設方向に沿って連続的に設けられている。また、本実施形態では、各圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の端面は、絶縁体膜５５に対して所定角度で傾斜する傾斜面となっている。なお、下電極膜６０の端面は、必ずしも傾斜面となっている必要はなく、絶縁体膜５５に対して略垂直な面であってもよい。
【００２２】
圧電体層７０は、圧力発生室１２毎に独立して設けられ、図３に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる複数層の圧電体膜７１（７１ａ〜７１ｄ）で構成され、それらのうちの最下層である第１の圧電体膜７１ａは下電極膜６０上のみに設けられている。そして、この第１の圧電体膜７１ａの端面は、下電極膜６０の端面から連続する傾斜面となっている。また、この第１の圧電体膜７１ａ上に形成される第２〜４の圧電体膜７１ｂ〜７１ｄは、第１の圧電体膜７１ａ上から絶縁体膜５５上まで、第１の圧電体膜７１ａ及び下電極膜６０の傾斜した端面を覆って設けられている。そして、第１の圧電体膜７１ａと下電極膜６０とは、圧力発生室１２の長手方向に対向する領域内に形成され、また、第２〜４の圧電体膜７１ｂ〜７１ｄは、圧力発生室１２の長手方向端部に対向する領域から当該領域外にまで延設されている。
【００２３】
なお、上電極膜８０は、圧電体層７０と同様に圧力発生室１２毎に独立して設けられている。そして、各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０の一端側が接続され、このリード電極９０の他端側は絶縁体膜５５上まで延設されている。
【００２４】
また流路形成基板１０上には、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合されている。なお、この圧電素子保持部３１は密封されていてもよいが、密封されていなくてもよい。さらに保護基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。保護基板３０上には、剛性が低く可撓性を有する材料で形成される封止膜４１と金属等の硬質の材料で形成される固定板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。なお、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となっており、リザーバ１００の一方面は封止膜４１のみで封止されている。
【００２５】
このような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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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、圧電素子３００及び振動板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２１からインク滴が吐出する。
【００２６】
以下、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、圧電素子の形成方法について図４〜図１０を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０上に弾性膜５０となる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図４（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（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に下電極膜６０を形成する。この下電極膜６０の材料は、特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、下電極膜６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。
【００２７】
次いで、下電極膜６０上に圧電体層７０を形成する圧電体層形成工程を実施する。圧電体層７０は、上述したように複数層の圧電体膜７１ａ〜７１ｄを積層することによって形成されている。例えば、本実施形態では、いわゆるＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法によって圧電体膜７１を形成している。すなわち、金属アルコキシド等の有機金属化合物をアルコールに溶解し、これに加水分解抑制剤等を加えて得たコロイド溶液を被対象物上に塗布して圧電体前駆体膜７２を形成した後、この圧電体前駆体膜７２を乾燥・脱脂して有機成分を離脱させた後、焼成して結晶化させることで各圧電体膜７１を得ている。
【００２８】
なお、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）等の圧電材料が用いられる。また焼成によって形成される圧電体層７０中の鉛の欠けを防止するために過剰鉛（化学量論比を上回る鉛）を含有する圧電材料が用いられる。勿論、圧電体層７０の材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に限定されるものではない。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）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を用いてもよい。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。また、本実施形態では、圧電体層７０を構成する各圧電体膜７１を、ＭＯＤ法により形成するようにしたが、これに限定されず、いわゆるゾル−ゲル法によって形成するようにしてもよい。
【００２９】
圧電体層７０の形成手順としては、具体的にはまず、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上に、チタン又は酸化チタンからなる結晶種（層）６５を、例えば、スパッタ法により形成する。なお、この結晶種（層）６５は、必要に応じて形成すればよい。次いで、図５（ｂ）に示すように、例えば、スピンコート法等の塗布法により未結晶状態の圧電体前駆体膜７２ａを所定の厚さとなるように形成し（膜形成工程）、この圧電体前駆体膜７２ａを乾燥させて溶媒（アルコール）を蒸発させる（乾燥工程）。圧電体前駆体膜７２ａを乾燥させる温度は、例えば、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましく、好適には１８０℃程度である。また、乾燥させる時間は、例えば、５分以上１５分以下であることが好ましく、好適には１０分程度である。
【００３０】
次いで、乾燥した圧電体前駆体膜７２ａを所定温度で脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７２ａ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。なお、脱脂時の流路形成基板用ウェハ１１０の加熱温度は３００℃〜５００℃程度であることが好ましい。例えば、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０を４００℃程度に加熱して、圧電体前駆体膜７２ａの脱脂を行っている。なお、加熱温度が高すぎると圧電体前駆体膜７２ａの結晶化が始まってしまい、温度が低すぎると十分な脱脂が行えない虞がある。
【００３１】
次いで、流路形成基板用ウェハ１１０を、例えば、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置等に投入し、圧電体前駆体膜７２ａを約７００℃の高温で焼成して結晶化することにより、最下層の圧電体膜である第１の圧電体膜７１ａを形成する（焼成工程）。
【００３２】
次に、下電極膜６０と第１の圧電体膜７１ａとを同時にパターニングする。まず図５（ｃ）に示すように、第１の圧電体膜７１ａ上にレジストを塗布し、露光及び現像することにより所定パターンのレジスト膜１５０を形成する。ここで、レジストは、例えば、ネガレジストをスピンコート法等により塗布して形成し、レジスト膜１５０は、その後、所定のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成する。勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。なお、本実施形態では、レジスト膜１５０の端面が所定角度で傾斜するように形成している。
【００３３】
そして、図６（ａ）に示すように、このようなレジスト膜１５０を介して下電極膜６０及び第１の圧電体膜７１ａをイオンミリングすることによってパターニングする。このとき、これら下電極膜６０及び第１の圧電体膜７１ａは、レジスト膜１５０の傾斜した端面に沿ってパターニングされ、これらの端面は、振動板に対して所定角度で傾斜する傾斜面となる。
【００３４】
次に、図６（ｂ）に示すように第１の圧電体膜７１ａ上のレジスト膜１５０を剥離させ、その後、図６（ｃ）に示すように、この第１の圧電体膜７１ａ上に、スピンコート法等により圧電体前駆体膜７２ｂを所定の厚さとなるように形成する（膜形成工程）。次いで、上述した乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を実施する。本実施形態では、３回の塗布・乾燥・脱脂により所望の厚さの圧電体前駆体膜７２ｂを得ている。その後、圧電体前駆体膜７２ｂを焼成して結晶化させて第２の圧電体膜７１ｂとする。
【００３５】
その後、このような膜形成工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を回繰り返すことによって、残りの圧電体膜を形成する。すなわち、３回の塗布によって圧電体前駆体膜を形成する工程と、その圧電体前駆体膜を乾燥・脱脂後、焼成して圧電体膜を形成する工程とを複数回繰り返すことにより、残りの圧電体膜である第３及び第４の圧電体膜７１ｃ，７１ｄを形成する。これにより、複数層の圧電体膜７１ａ〜７１ｄからなる圧電体層７０が形成される（図６（ｄ））。
【００３６】
このように圧電体層形成工程では、膜形成工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を複数回繰り返すことによって圧電体層７０を形成している。詳しくは後述するが、この圧電体層形成工程では、流路形成基板用ウェハ１１０を基板加熱装置のホットプレート上に載置することで圧電体前駆体膜７２を加熱している。例えば、本実施形態では、乾燥工程及び脱脂工程において、このようにホットプレートによって圧電体前駆体膜７２を加熱している。
【００３７】
ここで、下電極膜６０或いは圧電体膜７１が形成されている流路形成基板用ウェハ１１０は、流路形成基板用ウェハ１１０と、その上に形成された各層（例えば、下電極膜６０）との線膨張係数の違いにより、常温では下電極膜６０とは反対面側が凸となる若干の反りが生じる。これに対し、この流路形成基板用ウェハ１１０を加熱すると、線膨張係数の違いにより流路形成基板用ウェハ１１０には下電極膜６０側が凸となる反りが生じる。例えば、６インチのウェハの場合、反り量は、最大で数百μｍ程度である。
【００３８】
本発明では、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を加熱する際に、加熱により反りが生じた流路形成基板用ウェハとホットプレートの表面との間隔が、流路形成基板用ウェハの面内方向において略一定となるようにしている。具体的には、以下に説明する基板加熱装置の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を加熱している。
【００３９】
本実施形態に係る基板加熱装置２００は、図７に示すように、加熱手段としてのヒータ２０１が内部に設けられたホットプレート２０２を有し、このホットプレート２０２がハウジング２０３内に配置されてなる（図７（ｂ））。またこのホットプレート２０２の表面は、例えば、本実施形態では凸状の曲面に形成されている。つまり、ホットプレート２０２の表面は、加熱に生じる流路形成基板用ウェハ１１０の反りに沿って凸状の曲面に形成されている。これにより、加熱された流路形成基板用ウェハ１１０とホットプレート２０２との間隔が、流路形成基板用ウェハ１１０の面内方向において略一定となるようにしている。
【００４０】
本実施形態では、ホットプレート２０２の周縁部に、流路形成基板用ウェハ１１０を支持する複数（例えば、３本）の支持ピン２０４が、それぞれ一定の長さで設けられている。そして、流路形成基板用ウェハ１１０は、この支持ピン２０４を介してホットプレート２０２上に載置され、これら複数の支持ピン２０４によって支持された流路形成基板用ウェハ１１０とホットプレート２０２の表面との間隔が、流路形成基板用ウェハ１１０の面内方向において略一定となるようにしている。
【００４１】
上述したように流路形成基板用ウェハ１１０は、常温では下電極膜６０側が凸となるように反りが生じているが、所定温度に加熱されたホットプレート２０２上に載置すると急激な温度上昇に伴って反り状態が変化し、流路形成基板用ウェハ１１０とホットプレート２０２の表面との間隔が略一定となる。そして、このように流路形成基板用ウェハ１１０とホットプレート２０２の表面との間隔を略一定にした状態を所定時間保持して圧電体前駆体膜７２を加熱する。
【００４２】
これにより、流路形成基板用ウェハ１１０に形成されている圧電体前駆体膜７２の全体を均一に加熱することができ、各圧電素子３００を構成する圧電体膜７１（圧電体層７０）内での結晶性のばらつきを防止することができる。したがって、各圧電素子３００を構成する圧電体層７０の結晶性が良好な状態で均一化される。よって、圧電素子３００の変位特性を向上させることができる。また一枚の流路形成基板用ウェハ１１０に形成される各圧電素子３００の変位特性のばらつきも防止されるため、歩留まりを向上して製造コストを削減することもできる。なお、脱脂工程において上記のように圧電体前駆体膜７２を加熱することで、特にこのような効果が得られやすい。
【００４３】
なお、加熱された流路形成基板用ウェハ１１０とホットプレート２０２の表面との間隔は、加熱温度のばらつきが許容範囲内となる程度に一定となっていればよい。つまり、加熱された流路形成基板用ウェハ１１０とホットプレート２０２の表面との間隔は流路形成基板用ウェハ１１０の面内方向において略一定であればよい。
【００４４】
また、本実施形態のように圧電体層７０が複数の圧電体膜７１ａ〜７１ｄで形成されている場合、各圧電体膜７１ａ〜７１ｄを形成する工程で、流路形成基板用ウェハ１１０の反り量が変化する場合がある。つまり、各工程で形成される圧電体膜７１が厚い程、反り量は大きくなる傾向にある。また、乾燥工程と脱脂工程とでは加熱温度が異なるため、やはり流路形成基板用ウェハ１１０の反り量は変化する場合がある。この変化量が比較的大きい場合には、各圧電体膜７１を形成する工程で、表面形状の曲率半径が異なるホットプレート２０２を適宜選択して用いるようにするのが好ましい。これにより、圧電体膜７１（圧電体層７０）の結晶性のばらつきをより確実に防止することができる。
【００４５】
なお、ホットプレート２０２の表面形状は、流路形成基板用ウェハ１１０を試験的に加熱して圧電体前駆体膜７２を加熱してその際の反り量を測定し、その測定結果に基づいて決定すればよい。なお基板の反り量は、その上に形成されている膜の材質、厚さ、膜を形成する領域等の膜形成条件、或いは加熱温度、加熱時間等の加熱条件によって変化するものの、これらの条件が一定であれば、基板の反り量は常に一定となる。
【００４６】
また、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いているため、結晶方向によってその反り量は異なる。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０の反り量は、（００１）方向で最大となり、（００１）方向とは直交する方向である（１−１０）方向で最小となる。したがって、このような基板を加熱する場合には、ホットプレート２０２表面の各方向における曲率半径を、反り量に応じて変化させることが好ましい。またこのような反り量の違いは、加熱温度の違いによっても発生する場合がある。例えば、比較的低温で加熱する乾燥工程では結晶方向に拘わらず反り量は一定となるが、比較的高温で加熱する脱脂工程では、上記のように結晶方向によって反り量が変化することがある。このような場合には、各工程でホットプレート２０２を適宜選択して使用することが好ましい。
【００４７】
ちなみに、例えば、面方位（１００）のシリコン単結晶基板等は、等方性であり面内の各方向における反り量は一定となる。このような基板を加熱する場合には、ホットプレート２０２表面の曲率半径は各方向において一定とすればよい。
【００４８】
このように圧電体層７０を形成した後は、図８（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を積層形成し、圧電体層７０及び上電極膜８０を各圧力発生室１２に対向する領域内にパターニングして圧電素子３００を形成する（図８（ｂ））。次いで、図９（ａ）に示すように、金（Ａｕ）からなる金属層９１を流路形成基板１０の全面に亘って形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介してこの金属層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることによってリード電極９０を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、複数の保護基板３０が一体的に形成される保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。ここで、保護基板用ウェハ１３０には、圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が予め形成されている。次いで、図９（ｃ）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、さらにフッ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。
【００４９】
次いで、図１０（ａ）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）からなる保護膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図１０（ｂ）に示すように、この保護膜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（ウェットエッチング）して、流路形成基板用ウェハ１１０に、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５を形成する。その後、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、これら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上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
【００５０】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、ホットプレート２０２の表面が曲面で構成されている例を説明したが、このホットプレート２０２の表面は実質的に曲面になっていればよい。例えば、図１１に示すように、複数の段差によって形成された実質的な曲面であってもよい。なお、勿論、各段差があまり大きすぎると基板の加熱温度にばらつきが生じる虞があるため好ましくない。
【００５１】
また例えば、上述の実施形態では、ホットプレート２０２の表面が凸状に形成されたものを例示したが、勿論、ホットプレート２０２はその表面が凹状に形成されたものであってもよい。この形状は、あくまで基板の反りに沿って形成されていればよい。また例えば、上述の実施形態では、基板加熱装置として、ホットプレート２０２上に複数の支持ピン２０４が設けられた例を説明したが、この支持ピン２０４は必ずしも設けられている必要はない。勿論、支持ピン２０４が設けられていない場合でも、流路形成基板用ウェハ１１０とホットプレート２０２の表面との間隔は略一定となる。つまり、両者の間隔が略零で一定であり、流路形成基板用ウェハ１１０の全面がホットプレート２０２に実質的に接触した状態となる。また例えば、上述の実施形態では、乾燥工程及び脱脂工程のそれぞれでホットプレート２０２によって圧電体前駆体膜７２を加熱するようにした例を説明したが、勿論、一方の工程のみでホットプレート２０２によって圧電体前駆体膜７２を加熱するようにしてもよい。
【００５２】
さらに例えば、上述の実施形態では、圧電体膜７１ａ上の圧電体膜７１ｂ〜７１ｄは、それぞれ三回の塗布・乾燥・脱脂により圧電体前駆体膜７２を形成後、この圧電体前駆体膜７２を焼成することによって形成されているが、勿論、各圧電体膜は、１回又は２回、或いは４回以上の塗布・乾燥・脱脂により形成した圧電体前駆体膜をそれぞれ焼成することで形成するようにしてもよい。
【００５３】
また上述の実施形態では、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを例示したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドを対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。また、本発明は、液体噴射ヘッドに利用される圧電素子の製造方法だけでなく、他のあらゆる装置、例えば、マイクロホン、発音体、各種振動子、発信子等に搭載される圧電素子の製造方法にも適用できることは言うまでもない。
【００５４】
さらに、本発明の基板加熱方法は、線膨張係数の異なる材料からなる膜が形成された基板を加熱する際に適用できるものであり、例えば、液晶モニタ等に使用されるカラーフィルタの製造等にも適用することができ、その対象は特に限定されるものではない。勿論、本発明の基板加熱装置も、多種多様な基板の加熱に使用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドを示す平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電素子を示す拡大断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】実施形態１に係る基板加熱装置を示す概略上面図及び断面図である。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図９】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１０】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１１】他の実施形態に係る基板加熱装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  インク供給路、  １４  連通路、  １５  連通部、  ２０  ノズルプレート、  ３０  保護基板、  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、  ７１  圧電体膜、  ７２  圧電体前駆体膜、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  １１０  流路形成基板用ウェハ、  １３０  保護基板用ウェハ、  １５０  レジスト膜、  ２００  基板加熱装置、  ２０１  ヒータ、  ２０２  ホットプレート、  ２０３  ハウジング、  ２０４  支持ピン、  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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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