インクジェット記録装置の製造方法及び製造装置
【課題】膜内部の組成均一性が高く良好な強誘電体特性・圧電体特性を有する強誘電体膜を低コストで得ることが可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法及び製造装置。
【解決手段】供給工程と搬送工程と位置出し工程と成膜工程と焼成工程と冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、成膜工程にて２種類以上の前駆体液をシリコンウェハ５０に滴下して前駆体膜７２を形成する方法であり、複数の前駆体液は単一のノズルから滴下し、複数の前駆体液送液ライン中には複数の前駆体液を任意の比率に混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じてシリコンウェハ５０に滴下する前駆体液の混合比を変化させつつ前駆体膜７２を成膜する。その後の焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して所定厚さの圧電体層を構成する。
【解決手段】供給工程と搬送工程と位置出し工程と成膜工程と焼成工程と冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、成膜工程にて２種類以上の前駆体液をシリコンウェハ５０に滴下して前駆体膜７２を形成する方法であり、複数の前駆体液は単一のノズルから滴下し、複数の前駆体液送液ライン中には複数の前駆体液を任意の比率に混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じてシリコンウェハ５０に滴下する前駆体液の混合比を変化させつつ前駆体膜７２を成膜する。その後の焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して所定厚さの圧電体層を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出するノズル開口と連通する液室基板の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子に電圧を印加することにより液体を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの製造方法において、強誘電体膜を所定回数成膜焼成する方法及び自動成膜装置が、例えば「特許文献１」または「特許文献２」に開示されている。また、組成の異なる複数種類の前駆体液を準備し、成膜回数に応じて異なる組成の前駆体液を滴下及び成膜することによって形成された強誘電体膜の膜厚方向の組成分布が均一になることを報告した非特許文献として、例えば「非特許文献１」または「非特許文献２」が知られている。
【０００３】
インクを吐出するノズル開口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で変形させることにより圧力発生室内のインクを加圧してノズル開口からインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長収縮するものと撓み力を利用した２種類の圧電アクチュエータが実用化されている。その中で、撓み力を利用した圧電体層ではチタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴとする）等の強誘電体膜が用いられる。このような強誘電体膜は、予め合成した強誘電体前駆体液をスピンコート法等により前駆体膜の成膜をした後、これを加熱焼成処理して結晶化させる、いわゆるゾル−ゲル法によって形成することが通例である。また、加熱焼成処理方法としては、拡散炉内に強誘電体前駆体膜を成膜したシリコンウェハを複数枚連続挿入し焼成及び結晶化させるが、先に挿入されたシリコンウェハと後から挿入されたシリコンウェハの熱履歴が均一にならないため、所定回数の加熱焼成工程の中で加熱焼成工程毎にシリコンウェハの順序を入れ替えて熱履歴を均一にする方法が、例えば「特許文献１」に開示されている。本明細書において、強誘電体と記す範囲は複数の金属元素の酸化物からなる複合酸化物であり、特に電気的入力を機械的な変位に変換する材料が相当する。
【０００４】
また「特許文献１」に開示された技術では、１列に配置された複数のステージを有する保持部材の各ステージにシリコンウェハをそれぞれに固定し、予め加熱された拡散炉に保持部材をその一端のステージ側から挿入すると共に他端のステージ側から排出する一連の動作により、シリコンウェハを介して強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成し、かつ所定回数の焼成工程終了後に圧電体層にかかった熱履歴が均一となるように各焼成工程毎にステージの入れ替えを行っているが、これでは各焼成工程毎の熱履歴は均一にはならない。さらに詳しく述べると、複数枚のシリコンウェハを複数の保持部材のステージに固定して先入れ後出ししているために、例え挿入の順番を１回毎に変えても最初挿入された保持部材のステージに固定されたシリコンウェハと２番目に挿入された保持部材のステージに固定されたシリコンウェハには挿入時間に応じた差が出てしまう。例えば拡散炉に挿入する保持部材の数が増えれば増えるだけ時間差が大きくなってしまい、各層間の焼成状態が変わってしまうといった問題は解決されない。
【０００５】
そこで本発明者等は、自動成膜装置にて圧電素子基板となるシリコンウェハの表面に圧電素子の下部電極となる導電層を形成後、シリコンウェハを収納する収納部材と、この収納部材を保持する供給排出工程と、供給排出工程からシリコンウェハを搬送する搬送工程と、搬送工程によって搬送されたシリコンウェハの中心とオリフラ位置を合わせる位置調整工程と、導電層上に強誘電体前駆体膜を形成する成膜工程と、シリコンウェハを介して強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する加熱焼成工程と、加熱焼成工程から排出されたシリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成し、かつ所定回数の焼成工程を先入れ先出しすることで所定回数全ての強誘電体前駆体膜の熱履歴が均一になると共に、シリコンウェハにかかる熱履歴が均一となるように枚葉処理するインクジェット記録ヘッドの製造方法及び製造装置を提案してこの問題を解決した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の提案により、シリコンウェハ上に成膜した強誘電体膜に加えられる熱履歴のばらつきに起因する圧電体素子の特性ばらつきを解消することができたが、一方で、得られた圧電体素子の特性が計算上の予測値と比較して十分なものに達していないことが明らかとなった。その原因を明らかにするため、圧電素子を構成する強誘電体膜について詳細な分析を行ったところ、強誘電体膜を構成する複合酸化物の組成が、膜全体としては前駆体膜の成膜に使用している前駆体液の組成と一致する一方、膜の厚み方向でその組成が均一になっていないことが明らかとなった。この強誘電体膜の膜厚方向組成が不均一となるメカニズムについては「非特許文献１」に詳述されている。
【０００７】
強誘電体膜の成膜は、導電層上に前駆体液をスピンコート法にて塗布、溶媒を乾燥させた前駆体膜を加熱し、膜中の有機成分を熱分解（脱脂）した（第１層目のアモルファス複合酸化物膜の形成）後に、この第１層目のアモルファス複合酸化物膜の上にさらに前駆体液の塗布、乾燥、脱脂プロセスを数回繰り返す（第２、第３、・・・第Ｘ層目のアモルファス複合酸化物膜の形成）。そして、積層化したアモルファス複合酸化物を有機成分の熱分解時より高い温度まで加熱することで焼成（結晶化）する（第１層目の複合酸化物結晶膜の形成）。さらにこの第１層目の複合酸化物結晶膜の上に、前駆体液の塗布から複合酸化物膜の結晶化までのプロセスを、狙いとする膜厚の強誘電体膜が得られるまで繰り返す（複合酸化物結晶の積層膜、すなわち圧電層となる所定膜厚の強誘電体膜の形成）。
【０００８】
そして、強誘電体膜の膜厚方向組成の不均一は、積層したアモルファス複合酸化物を結晶化するプロセスの間に生じる。先ず、アモルファス複合酸化物を構成している各金属元素は、焼成プロセス時に供給される熱エネルギによって膜中を移動し、複合酸化物結晶構造の所定位置に配位することで結晶化するが、この移動のし易さ（以下移動度という）、移動速度が金属元素の種類によって異なる。例えば、代表的な強誘電体膜であるＰＺＴ膜（鉛、ジルコニア、チタンの複合酸化物膜）の場合、チタン元素はジルコニア元素と比較して反応中の移動速度が速く、焼成プロセス中にジルコニア元素と比較して速いタイミングで結晶構造を形成する。また、鉛元素の蒸気圧は低く、焼成プロセスにて加えられる熱によって大気中に揮発し易い性質を有している。こうした結晶加速度の違いや反応系からの離脱等により、雰囲気制御条件を含めた焼成プロセス条件によってできあがった複合酸化物結晶膜（強誘電体膜）には部分的にその結晶構造中に配位されているべき金属元素の過不足が生じる。その結果、得られた強誘電体膜の特性が理論的に期待される値に達しない。
【０００９】
ところで、結晶構造中における金属元素の過不足の状態は、焼成プロセス前に形成されたアモルファス複合酸化物の積層膜の層間で異なる特徴を示している。アモルファス複合酸化物積層膜の層間で結晶構造中の金属元素の過不足が変化する理由について、強誘電体膜の焼成プロセスは始め導電層の上に前駆体液を成膜、これを加熱・脱脂してアモルファス複合酸化物膜とし、続いてこの上に前駆体液の成膜・脱脂プロセスを繰り返してアモルファス複合酸化物膜を積層した後に結晶化を行うと共に、形成された複合酸化物結晶膜の上にアモルファス複合酸化物膜の積層と結晶化を繰り返して所定厚みの強誘電体膜を形成している。そのため、結晶化されるアモルファス複合酸化物膜は、その積層される回数、タイミングによって焼成プロセス投入時における膜下面が導電層、アモルファス層、あるいは既に結晶化された複合酸化物膜と、それぞれ異なる性質を有する層と接していることとなる。また、上面についてもアモルファス層あるいは空気層と、全く異なる性質を有する層と接している。
【００１０】
上述のような異なる界面層を有しているアモルファス複合酸化物膜が焼成プロセスに投入された場合、その結晶化反応は特に界面近傍において、接している層の性質の影響を受けながら進むことになるため、アモルファス複合酸化物膜の結晶化はその積層される回数・タイミングによって異なる反応が進むことになる。その結果できあがった複合酸化物結晶膜中には、特に焼成プロセス以前のアモルファス複合酸化物積層膜の界面近傍において、複合酸化物を形成する金属元素の移動度や揮発性の違いによって生じる、結晶構造中に配位されているべき金属元素の過不足の状態が積層膜間で異なる現象が生じる。このようなアモルファス複合酸化物膜の焼成プロセス時に生じる現象により、強誘電体膜の膜厚方向組成が不均一になると共に、できあがった強誘電体膜・圧電層の特性が意図した特性に達しない。
【００１１】
この問題を解決するため、「非特許文献１」では膜厚方向の組成が均一なＰＺＴ膜を形成するため、チタン元素とジルコニア元素の組成比と同時に鉛元素の過剰量を変化させた４種類の前駆体液を準備し、積層回数に応じて異なる組成の前駆体液の塗り分けを行うことにより、できあがったＰＺＴ膜の膜厚方向の組成均一性を同一の前駆体液を塗り重ねて成膜したＰＺＴ膜と比較してより高いものにすると共に、強誘電体膜としての特性も向上させている。
【００１２】
また「非特許文献２」では、揮発性の高い鉛元素の膜厚方向の分布を一定に保つために鉛元素の過剰量を変えた２種類の前駆体液を準備し、焼成プロセス前のタイミングにてより高い鉛元素過剰量の前駆体液を使用して積層成膜することによって、鉛元素の膜厚方向の分布を一定とした一方、チタン元素とジルコニア元素の組成比は２種類の前駆体液間で同じ組成になっているため、膜厚方向のチタン元素とジルコニア元素の組成比が積層回数、特に結晶化プロセスを実施している前後の層間で大きく変化していることを報告している。
【００１３】
上述のように、前駆体液を使用して膜内部の組成均一性の高い複合酸化物結晶の積層膜を成膜し、良好な特性の強誘電体膜を得ようとする場合、組成の異なる複数の前駆体液を準備し、積層回数や焼成プロセスのタイミングに合わせて適切な組成の前駆体液を塗り分けて成膜するとよい。例えばＰＺＴ膜の場合、ジルコニアとチタンの組成比を変えると共に鉛の過剰量の違いを組み合わせた複数種類の前駆体液を準備し、積層回数や焼成プロセスのタイミングに合わせて適切な前駆体液を選択して成膜作業を行うことにより、内部の組成均一性が高く良好な強誘電体特性・圧電体特性を有するＰＺＴ膜を得ることができる。
【００１４】
しかし一方で、前駆体液の準備（合成）には、長い合成プロセス時間とコストとがかかる。より良好な特性を有する強誘電体膜を得るためには、きめ細かく組成を変化させた、より多種類の前駆体液を準備し、これらを適切に使い分けながら積層成膜すればよいが、前駆体液の準備にさらに多種類準備した前駆体液を使い分けて成膜を行うための設備に関して、例えば前駆体液をシリコンウェハに滴下・スピンコートする成膜工程部分に、使用する前駆体液の種類の数に対応する複数の塗布ライン（各前駆体液を個別にセットする加圧タンク、送液ライン、吐出ノズル並びにそれらの制御システム）を具備させる等、多大なコストの増大を伴ってしまう。
【００１５】
本発明は上述した問題を解決し、最小種類の前駆体液を準備し、これを積層回数に合わせて適切に調合してきめ細かく組成を変化させながら積層成膜を行うことにより、膜内部の組成均一性が高く良好な強誘電体特性・圧電体特性を有する強誘電体膜を低コストで得ることが可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法及び製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１記載の発明は、シリコンウェハを収納する収納部材を保持する供給工程と、前記供給工程から前記シリコンウェハを搬送する搬送工程と、前記搬送工程によって搬送された前記シリコンウェハの位置を合わせる位置出し工程と、前記シリコンウェハ上に形成された導電層上に強誘電体前駆体膜をスピンコート法により形成する成膜工程と、前記シリコンウェハと共に前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程と、前記焼成工程から排出された前記シリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記成膜工程にて、２種類以上の前駆体液を前記シリコンウェハに滴下して前記前駆体膜を形成する方法であり、複数の前記前駆体液は単一のノズルから滴下すると共に、前記ノズルに複数の前記前駆体液を送り出す送液ライン中には複数の前記前駆体液を任意の比率にて混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じて前記シリコンウェハに滴下する前記前駆体液の混合比を前記混合器により変化させつつ前記前駆体膜を成膜することにより、その後の前記焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して形成される所定厚さの前記圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成成分が均一となるように枚葉処理を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記収納部材は２４時間で処理できる数のシリコンウェハを収納可能であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記焼成工程は第１の加熱工程と第２の加熱工程とで行われることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに第１の加熱工程は接触式加熱方法であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに第２の加熱工程は非接触式加熱方法であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記冷却工程は２４時間で処理できるシリコンウェハの数だけ収納可能であることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記冷却工程はインデックステーブルを複数枚積層して構成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記インデックステーブルには８時間で処理できるシリコンウェハの数だけのステージが設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法により製造されたインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、シリコンウェハを収納する収納部材を保持する供給工程と、前記供給工程から前記シリコンウェハを搬送する搬送工程と、前記搬送工程によって搬送された前記シリコンウェハの位置を合わせる位置出し工程と、前記シリコンウェハ上に形成された導電層上に強誘電体前駆体膜をスピンコート法により形成する成膜工程と、前記シリコンウェハと共に前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程と、前記焼成工程から排出された前記シリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造装置において、前記成膜工程にて、２種類以上の前駆体液を前記シリコンウェハに滴下して前記前駆体膜を形成する方法であり、複数の前記前駆体液は単一のノズルから滴下すると共に、前記ノズルに複数の前記前駆体液を送り出す送液ライン中には複数の前記前駆体液を任意の比率にて混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じて前記シリコンウェハに滴下する前記前駆体液の混合比を前記混合器により変化させつつ前記前駆体膜を成膜することにより、その後の前記焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して形成される所定厚さの前記圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成成分が均一となるように枚葉処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、枚葉処理でシリコンウェハを加熱焼成炉に先入れ先出ししつつ所定回数繰り返して行うことから強誘電体前駆体膜に与える熱履歴を均一化することができると共に、成膜回数に応じて最適な組成に変化させた前駆体液をシリコンウェハに滴下して前駆体膜を成膜し、その後の焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行しているので、形成される所定厚さの圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成分布が均一となり、コストを抑制しつつ結果特性が向上した強誘電体膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な製造装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に用いられるシリコンウェハの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられるシリコンウェハ及び強誘電体層を説明する概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いられる第２加熱部の動作を説明する概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられる冷却部を説明する概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に用いられるシリコンウェハ及び強誘電体前駆体膜を説明する概略図である。
【図９】本発明の一実施形態に用いられる成膜装置を説明する概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態における成膜動作を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態における成膜動作を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態における成膜動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、液体吐出ヘッドの製造装置を示している。同図において製造装置１０は液滴吐出ヘッドの製造装置であり、特に液滴吐出ヘッドに設けられる圧電素子の圧電体を形成する装置である。具体的には、製造装置１０は図２に示すように複数のシリコンチップ５２に分割されるシリコンウェハ５０を１枚ずつ搬送し、シリコンウェハ５０に圧電体となる強誘電体層の積層体を形成する装置である。
【００２９】
先ず、圧電素子を備えた液滴吐出ヘッド６２の構成の一例を説明する。図３は液滴吐出ヘッド６２の分解斜視図を、図４には同断面図をそれぞれ示している。本実施形態では、液滴吐出ヘッド６２はノズル基板５８と、液室基板５６と、保護基板５４との３枚の基板の積層体である場合を説明する。なお、液室基板５６と保護基板５４との積層体が図２に示すシリコンウェハ５０を分離することによって得られるシリコンチップ５２である。なお本実施形態では、液滴吐出ヘッド６２は液滴としてインク液滴を吐出する場合を説明する。ノズル基板５８はインク液滴を吐出する複数のノズル孔５８Ａを有している。ノズル孔５８Ａはノズル基板５８の厚み方向に貫通した孔であり、ノズル基板５８の面方向に沿って複数配設されている。
【００３０】
液室基板５６にはノズル孔５８Ａのそれぞれに連通した複数の加圧液室５６Ａ、共通液室５６Ｅ、及び流体抵抗部５６Ｂが設けられている。流体抵抗部５６Ｂは複数の加圧液室５６Ａと共通液室５６Ｅとを連通すると共に流体抵抗部として機能する。共通液室５６Ｅにインクが供給されると、共通液室５６Ｅに供給されたインクは流体抵抗部５６Ｂを介して複数の加圧液室５６Ａのそれぞれに供給され、ノズル孔５８Ａを介して吐出可能な状態となる。液室基板５６には、振動板５６Ｃ及び圧電素子６０が直接形成されている。
【００３１】
圧電素子６０は、振動板５６Ｃを介して各加圧液室５６Ａのそれぞれに対応して配置されており、圧電素子６０は下部電極６０Ｃ、圧電体６０Ａ、上部電極６０Ｂを順に積層することにより構成されている。圧電素子６０は、振動板５６Ｃにおける対向面に対して平行な方向への変位を振動板５６Ｃに与える、横振動型、いわゆるベンドモードとされている。
【００３２】
圧電体６０Ａの構成材料は、圧電特性を示す層を構成しうる圧電材料であれば如何なる材料であってもよい。圧電材料としては、例えばペロブスカイト構造を有しかつ金属としてＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含むチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が挙げられる。具体的な圧電材料としては、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）またはマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。下部電極６０Ｃ及び上部電極６０Ｂは導電性を有する層であり電極として機能する。保護基板５４は圧電素子６０のそれぞれを保護する基板である。
【００３３】
上述のように構成された液滴吐出ヘッド６２では、共通液室５６Ｅ及び流体抵抗部５６Ｂを介して複数の加圧液室５６Ａのそれぞれに液体が供給される。そして、各液室が液体によって満たされた状態で、下部電極６０Ｃと上部電極６０Ｂとに電圧を印加する。これにより、電圧を印加された各圧電素子６０の圧電体６０Ａが振動板５６Ｃの面方向に沿って縮む。なお、下部電極６０Ｃと上部電極６０Ｂへの電圧印加による圧電体６０Ａの変形を以下において圧電素子６０の駆動と説明する場合がある。圧電素子６０の駆動による圧電体６０Ａの変形により、振動板５６Ｃにおける圧電素子６０に対応する領域が加圧液室５６Ａ側に向かって突出した突状に変形する。この振動板５６Ｃの変形により、加圧液室５６Ａ内の体積が減少して圧力が上昇し、加圧液室５６Ａに連通するノズル孔５８Ａから液滴が吐出する。この構成の液滴吐出ヘッド６２は、下記工程を経由することによって製造する。
【００３４】
図５に示すように、流路基板５５となるシリコンウェハ５０上に圧電素子６０の下部電極６０Ｃとなる下部導電層６１Ｃを形成した後、強誘電体層６１Ａ（強誘電体層６１Ａ１〜６１Ａｎ）を複数積層させて所望の厚みの強誘電体層６１Ａを形成し、上部電極６０Ｂ（図５では省略）となる図示しない上部電極層を形成した後にこれ等の層をパターニングする。これにより、図３及び図４に示すような圧電素子６０をシリコンウェハ５０上に形成し、さらに図３に示す保護基板５４の設置を行う。そして、圧電素子６０の設けられた流路基板５５と保護基板５４との積層体であるシリコンウェハ５０をダイシングソー等によって切断して複数のシリコンチップ５２に分離する（図２参照）。そして、各シリコンチップ５２に図３に示すノズル基板５８の接合や駆動部等の各種部材の搭載や加工等を行うことにより、複数の液滴吐出ヘッド６２を製造する。
【００３５】
図１に示す製造装置１０は、上述した液滴吐出ヘッド６２の特に圧電体６０Ａを形成する各部を備えた装置である。製造装置１０は、供給排出ステージ１２、収納部材１４、排出部材１５、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、加熱部２５、冷却部２６、搬送部４０、入力部３２、主制御部３４等を含んで構成されている。
【００３６】
収納部材１４は、下部電極６０Ｃとなる下部導電層６１Ｃが形成されたシリコンウェハ５０を収納する（図６も参照）。排出部材１５は、製造装置１０によって複数の強誘電体層６１Ａが積層された後のシリコンウェハ５０を収納する部材である。供給排出ステージ１２は、これら収納部材１４及び排出部材１５を支持している。収納部材１４には、２４時間で流動する分だけのシリコンウェハ５０が収納されていることにより、シリコンウェハ５０や生産状況の管理を向上している。例えばシリコンウェハ５０の管理とは、製造装置１０内に流動しているシリコンウェハ５０に管理番号を付け製造履歴をシーケンス制御により管理し、モニタ表示することである。
【００３７】
位置調整部１６は、シリコンウェハ５０の中心位置やオリフラ（オリエーションフラット）５０Ｂ（図２参照）を予め定めた方向及び位置に位置合わせして位置調整を行う。この位置調整されたシリコンウェハ５０の予め定められた領域を後述する搬送部４０で保持搬送し、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６等の各部へと搬送する。これにより、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、及び冷却部２６等の各部には位置調整されたシリコンウェハ５０が搬送される。なお、位置調整部１６において同時に位置調整可能なシリコンウェハ５０の数は１枚である。位置調整部１６には位置制御部１６Ａが設けられており、位置制御部１６Ａは主制御部３４に電気的に接続されている。位置制御部１６Ａは、位置調整部１６の装置各部を駆動する図示しない駆動部に電気的に接続されており、該駆動部を制御することによりシリコンウェハ５０の位置合わせを行う。
【００３８】
シリコンウェハ５０を洗浄する洗浄部１８は、１度に１枚のシリコンウェハ５０を洗浄する。洗浄部１８は公知のウェット式やドライ式等の洗浄方式を用いてシリコンウェハ５０を洗浄し、洗浄部１８には主制御部３４に電気的に接続された洗浄制御部１８Ａが設けられている。洗浄制御部１８Ａは、洗浄部１８におけるシリコンウェハ５０の洗浄タイミングや洗浄時間等を制御する。
【００３９】
成膜部２０は、シリコンウェハ５０上に強誘電体前駆体膜を成膜する。この強誘電体前駆体膜は、強誘電体前駆体溶液（ゾル）による塗膜である。強誘電体前駆体溶液（ゾル）とは、圧電体６０Ａの構成材料として挙げた圧電材料を溶媒に溶解した溶液である。この強誘電体前駆体溶液としては、ゾルゲル法により成膜される圧電体材料、具体的には酢酸鉛、イソプロポキシドジルコニウム、イソプロポキシドチタンを出発材料とし、これ等の出発材料を共通溶媒としてのメトキシエタノールに溶解させたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料が挙げられる。成膜部２０による強誘電体前駆体膜の成膜方法は、限定されないが例えばスピンコート法が用いられる。
【００４０】
成膜部２０には、この成膜条件を調整するための成膜制御部２０Ａが設けられている。成膜制御部２０Ａは主制御部３４に電気的に接続されており、主制御部３４の制御によってシリコンウェハ５０上に強誘電体前駆体膜を成膜する。なお、成膜部２０では同時に成膜可能なシリコンウェハ５０の数は１枚とされている。また、成膜部２０には検知部２０Ｂが設けられており、検知部２０Ｂは成膜部２０内にシリコンウェハ５０が位置しているか否かを検知する。検知部２０Ｂは主制御部３４に電気的に接続されており、検知部２０Ｂとしては公知の赤外線センサ等が用いられる。なお、成膜部２０には洗浄部１８で洗浄されたシリコンウェハ５０が搬入されるため、強誘電体前駆体膜の膜間にごみ等の付着物が混入することを抑制することができ、膜欠陥を防止することができる。なお、成膜部２０内にも洗浄部１８を設けた構成としてもよい。
【００４１】
加熱部２５は、シリコンウェハ５０上に形成された強誘電体前駆体膜に熱を加える装置であり、第１加熱部２２と第２加熱部２４とを有している。第１加熱部２２は成膜部２０によって成膜された強誘電体前駆体膜を第１の温度に加熱することにより強誘電体前駆体膜を乾燥させる。第１加熱部２２には主制御部３４に電気的に接続された加熱制御部２２Ａが設けられており、主制御部３４は加熱制御部２２Ａを制御することにより第１加熱部２２内を所定の乾燥温度に保持させる。第１加熱部２２の構成は、第１加熱部２２内に搬送されてきたシリコンウェハ５０の強誘電体前駆体膜に熱を加えることができる構成であればよく限定されない。例えば第１加熱部２２として、ホットプレート等の加熱部材を直接シリコンウェハ５０に接触させる接触方式の装置を挙げることができる。
【００４２】
第２加熱部２４は、第１加熱部２２よりも高い第２の温度で強誘電体前駆体膜を加熱する装置であり、具体的には強誘電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することにより脱脂する脱脂処理、及び脱脂された強誘電体前駆体膜を結晶化させる焼成処理を行う。なお脱脂とは、強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を例えばＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００４３】
第２加熱部２４には加熱制御部２４Ａが設けられており、第２加熱部２４内の温度条件を調整している。具体的には、加熱制御部２４Ａは第２加熱部２４内の温度を脱脂処理可能な温度に一定時間保持したり焼成処理可能な温度に一定時間保持したりする等の、第２加熱部２４内の温度条件を調整している。第２加熱部２４は、主制御部３４に電気的に接続されており、主制御部３４の制御により第２加熱部２４内の温度制御を行う。第２加熱部２４としては、第２加熱部２４内に搬送されてきたシリコンウェハ５０の強誘電体前駆体膜に、脱脂処理や焼成処理可能な温度（第２の温度）の熱を加えることができる構成であればよくその構成は限定されない。第２加熱部２４としては、例えばホットプレート、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置等を用いることができる。
【００４４】
図６は、第２加熱部２４の具体的構成の一例を示している。第２加熱部２４は、一対のフレーム６３Ａ，６３Ｂを備えており、フレーム６３Ａ，６３Ｂは一面が開口した箱状を呈しており、この開口面が互いに対向するように配置されている。フレーム６３Ａ，６３Ｂは図示しない支持部材によって支持されており、図６（Ａ）に示すようにフレーム６３Ａ，６３Ｂが互いに離間した状態、または図６（Ｂ）に示すようにフレーム６３Ａ，６３Ｂが互いの開口面を覆うように接触した状態の何れかの状態となるように駆動可能に支持されている。フレーム６３Ａ，６３Ｂを駆動する図示しない駆動部は加熱制御部２４Ａに電気的に接続されており、加熱制御部２４Ａの制御により離間状態または接触状態の何れかとなるように制御される。
【００４５】
フレーム６３Ａ，６３Ｂの内部の空間６４Ａ内には、図示しない支持部材によって支持されたホルダ７０が設けられている。ホルダ７０は空間６４Ａ内に搬送されてきたシリコンウェハ５０を空間６４Ａ内で支持する。ホルダ７０は加熱制御部２４Ａに電気的に接続されており、主制御部３４の制御によりシリコンウェハ５０を保持した保持状態、またはシリコンウェハ５０の保持を解除した開放状態の何れかに制御される。フレーム６３Ａ，６３Ｂ内の空間６４Ａには、加熱部６８Ａ，６８Ｂが設けられている。加熱部６８Ａ，６８Ｂとしては加熱機構を有するものであればその構成は限定されないが、例えば赤外線ランプが挙げられる。加熱部６８Ａ，６８Ｂは加熱制御部２４Ａに電気的に接続されており、加熱制御部２４Ａの制御によって加熱条件が制御される。フレーム６３Ａ，６３Ｂ内には、冷却部６６Ａ，６６Ｂが設けられている。冷却部６６Ａ，６６Ｂは加熱制御部２４Ａに電気的に接続されており、加熱制御部２４Ａの制御によりフレーム６３Ａ，６３Ｂ内を冷却する。
【００４６】
図８はシリコンウェハ５０の断面拡大図であり、シリコンウェハ５０上には予め形成された下部電極６０Ｃがあり、この下部電極６０Ｃの上部に予め設定されている所定回数の製造条件を繰り返し行うことにより、ばらつきのない安定した圧電素子を製造することができる。図８に示すように、第１層目の強誘電体前駆体膜７２ａが塗布されたシリコンウェハ５０は、フレーム６３Ａが上昇した空間６４Ａに搬送部４０によって搬送され、フレーム６３Ｂに設置されているホルダ７０で保持される保持動作が完了するとフレーム６３Ａが下降し、第２加熱部２４が閉じられて加熱部６８Ａ，６８Ｂにより予め設定されている脱脂温度まで昇温させ、アモルファス状の複合酸化物膜を形成する。このときの加熱条件としては、加熱部６８Ａ，６８Ｂの何れか一方のみで加熱してもよい。
【００４７】
脱脂と焼成とを行う場合は、さらに連続で予め設定されている焼成温度まで連続的に加熱し、アモルファス複合酸化物膜を結晶化させる。加熱工程が予め設定されている条件通り完了したら、冷却部６６Ａ，６６Ｂに冷却媒体を流しフレーム６３Ａ，６３ｂを冷却することで、空間６４Ａの温度を下げて間接的にシリコンウェハ５０の温度を下げる。そして、予め設定されている取り出し温度まで空間６４Ａの温度が下降したらフレーム６３Ａが上昇し、搬送部４０がシリコンウェハ５０を保持してホルダ７０による保持を解除し、第２加熱部２４からシリコンウェハ５０を排出する。このように第２加熱部２４は枚葉処理であるため、常に予め設定されている焼成条件で制御されているので、各強誘電体前駆体膜７２や各シリコンウェハ５０での処理条件にばらつきが生じないことから、安定した結晶化が行われることで変位の安定した圧電素子の製造が可能となる。
【００４８】
冷却部２６は第２加熱部２４によって加熱されたシリコンウェハ５０を冷却する装置であり、冷却部２６には温度制御部２６Ａが設けられている。温度制御部２６Ａは主制御部３４に電気的に接続されており、冷却部２６内の温湿度条件を制御する。冷却部２６は複数のシリコンウェハ５０を保持可能であり、保持したシリコンウェハ５０を室温にまで冷却する。
【００４９】
図７には、本実施形態における冷却部２６の構成例を示している。図７に示すように冷却部２６は、円板状のインデックステーブル２７Ａが複数設けられている。各インデックステーブル２７Ａは間隔を空けて複数配列されており、円板の周方向（図７に矢印Ｃで示す方向）に回転可能に設けられている。なお冷却部２６には図１に示す回転制御部２６Ｂが設けられており、回転制御部２６Ｂの駆動によって各インデックステーブル２７Ａが周方向に回転可能に設けられている。回転制御部２６Ｂは図１に示す温度制御部２６Ａに電気的に接続されており、各インデックステーブル２７Ａにはシリコンウェハ５０を１枚ずつ保持するステージ２７Ｂが設けられている。また冷却部２６には検知部２６Ｃが設けられている。検知部２６Ｃは、各インデックステーブル２７Ａ上のシリコンウェハ５０の有無を検知する。検知部２６Ｃは主制御部３４に電気的に接続されており、検知結果を主制御部３４に送信する。１段のインデックステーブル２７Ａに８時間で処理可能なシリコンウェハ５０の数だけステージ２７Ｂを設けることにより、成膜装置８０の休止時間を最小とすることができる。
【００５０】
搬送部４０は、支持部４１、レール４６、搬送アーム４２、駆動部４４、読取部４８を備えている。レール４６は、供給排出ステージ１２、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６の配列方向に長い長尺状のレール部材であり、本実施形態では図１に示すように、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、供給排出ステージ１２、第２加熱部２４、冷却部２６がそれぞれ１列に配列された合計２列の配列となっている。そしてレール４６は、これ等の２列に配列された各部の間に、各部の配列方向に沿って長い長尺状とされている。このため本実施形態では、搬送部４０は供給排出ステージ１２、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６の間で短時間にシリコンウェハ５０を搬送可能な構成となっている。
【００５１】
駆動部４４は、主制御部３４に電気的に接続されている。駆動部４４としてはモータ等が挙げられる。支持部４１は搬送アーム４２を支持する部材であり、レール４６の長尺方向に移動可能に支持された図示しないリニアガイドに支持されている。搬送アーム４２には、腕部４２Ａ及び保持部４２Ｂが設けられている。保持部４２Ｂはシリコンウェハ５０を１枚ずつ保持した状態、またはシリコンウェハ５０の保持状態を解除した解除状態の何れかを維持する部材である。腕部４２Ａは、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６、排出部材１５のそれぞれの方向に図示しない折り曲げ部で折り曲げられることで伸縮するアーム状の部材である。これ等腕部４２Ａ及び保持部４２Ｂは、駆動部４４に電気的に接続されている。
【００５２】
このため、主制御部３４の制御によって駆動部４４が駆動することにより、支持部４１がレール４６の長尺方向に沿って移動する。また、主制御部３４の制御によって駆動部４４が駆動することで腕部４２Ａ及び保持部４２Ｂが駆動し、収納部材１４から１枚のシリコンウェハ５０を取り出して位置調整部１６へ搬送する。また同様に、主制御部３４の制御による支持部４１の移動や腕部４２Ａ及び保持部４２Ｂの駆動によって、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６、供給排出ステージ１２、排出部材１５の間をシリコンウェハ５０が１枚ずつ搬送される。
【００５３】
本実施形態では、搬送部４０はレール４６を設けた構成とし、支持部４１及び搬送アーム４２がレール４６に沿って移動可能に構成されている場合を説明するが、レール４６を設けない構成でもよい。この場合には支持部４１を固定し、搬送アーム４２が各部（供給排出ステージ１２、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６）のそれぞれに届く構成とすればよい。
【００５４】
搬送部４０には読取部４８が設けられている。読取部４８はシリコンウェハ５０に設けられた管理ＩＤを読み取るものであり、読取部４８としては公知のスキャナが用いられる。図２に示すように、シリコンウェハ５０の予め定められた領域５０Ａには、各シリコンウェハ５０を識別するための管理ＩＤが刻印されている、読取部４８は主制御部３４に電気的に接続されており、読み取った管理ＩＤを主制御部３４に送信する。なお本実施形態では、上述のように搬送部４０に読取部４８が設けられているため、搬送部４０で搬送する対象のまたは搬送中のシリコンウェハ５０の管理ＩＤを読み取ることが可能な構成となっている。
【００５５】
各種情報を入出力する入力部３２は主制御部３４に電気的に接続されており、入力部３２としては例えばキーボード、タッチパネル付きのディスプレイ等が挙げられる。本実施形態では、例えば入力部３２のユーザによる操作によって入力部３２から位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、加熱部２５、冷却部２６における加熱温度や冷却温度等の各種処理条件が入力される。
【００５６】
主制御部３４は、制御部３６と記憶部３８とを含んで構成されている。制御部３６はＣＰＵ、製造処理を実行するプログラム等を記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、これ等を接続するバスを含んで構成されている。制御部３６は、製造装置１０に設けられた装置各部に電気的に接続されている。具体的には、制御部３６は駆動部４４、読取部４８、位置制御部１６Ａ、洗浄制御部１８Ａ、成膜制御部２０Ａ、検知部２０Ｂ、加熱制御部２２Ａ，２４Ａ、温度制御部２６Ａ、回転制御部２６Ｂ、検知部２６Ｃ、入力部３２、記憶部３８等に電気的に接続されている。記憶部３８は、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）等の記憶媒体である。
【００５７】
ここで、本発明の特徴部である、強誘電体前駆体液をシリコンウェハ５０上に滴下し、スピンコート法にて強誘電体前駆体膜７２を成膜する構成について説明する。図９は、本発明の一実施形態に用いられる成膜装置を示している。同図において成膜装置８０は、それぞれ異なる強誘電体前駆体液をセット可能な３台（それ以上も可）の加圧タンク８１を備えており、各加圧タンク８１からそれぞれ送液チューブ８２がインラインフィルタ８３を介してスピナーノズル８４近傍に設けられた混合器８５に接続されている。
【００５８】
混合器８５は、各加圧タンク８１から送液されたそれぞれの強誘電体前駆体液を成膜装置８０の図示しない制御システムより指示された任意の比率にて混合した上でスピナーノズル８４に送出する。そして図示しない制御システムに入力されたプログラムの指示により、スピナーノズル８４が装着されたアーム８６、シリコンウェハ５０を保持したスピンドル８７がそれぞれ動作・回転すると共に、混合器８５にて指示された比率で混合された強誘電体前駆体液がスピナーノズル８４から滴下され、シリコンウェハ５０上に強誘電体前駆体膜７２が任意の組成比にてスピンコート成膜される。
【００５９】
さらに本発明による強誘電体前駆体液の成膜方法について、ＰＺＴ膜の成膜を例に述べる。加圧タンク８１−１にはジルコン酸鉛の強誘電体前駆体液（ジルコン酸鉛としての濃度：０．５ｍｏｌ／Ｌ，ジルコニアと鉛の組成比：Ｚｒ／Ｐｂ＝１／１．１）、加圧タンク８１−２にはチタン酸鉛の強誘電体前駆体液（ジチタン酸鉛としての濃度：０．５ｍｏｌ／Ｌ，チタンと鉛の組成比：Ｔｉ／Ｐｂ＝１／１．１）、加圧タンク８１−３には酸化鉛の強誘電体前駆体液（酸化鉛としての濃度：０．５ｍｏｌ／Ｌ）がセットされている。
【００６０】
供給排出ステージ１２に設置された収納部材１４から予め下部電極６０Ｃが形成されているシリコンウェハ５０が位置調整部１６を経て搬送部４０によって成膜装置８０に搬送され、スピンドル８７上にセットされる。続いて、シリコンウェハ５０の下部電極６０Ｃ上に混合器８５によってジルコン酸鉛前駆体液とチタン酸鉛前駆体液とが５９対４１の比で混合された混合前駆体液が滴下され、所定のプログラムに基づいてスピンコートされ、ジルコニアとチタンの組成比（以下Ｚｒ／Ｔｉ比と記す）が５９／４１で化学量論組成に対する鉛過剰量が１０％のＰＺＴ前駆体膜７２ａが形成される。
【００６１】
そしてＰＺＴ前駆体膜７２ａが形成されたシリコンウェハ５０は搬送部４０によって加熱工程に投入され、乾燥及び脱脂された後に冷却部２６に移動して冷却され、第１層目のアモルファス複合酸化物膜が形成される（図１０参照）。第１層目のアモルファス複合酸化物膜が形成されたシリコンウェハ５０は、上述と同様の手順で冷却部２６から成膜装置８０に投入され、Ｚｒ／Ｔｉ比が５３／４７で化学量論組成に対する鉛過剰量が１０％のＰＺＴ前駆体膜７２ｂが形成され、さらにこれが加熱されて第２層目のアモルファス複合酸化物膜が形成される（図１０参照）。
【００６２】
さらにこの第２層目のアモルファス複合酸化物膜の上には、混合器８５によってジルコン酸鉛前駆体液とチタン酸鉛前駆体液及び酸化鉛前駆体液が４７対５３対７の比で混合された混合前駆体液が滴下され、所定のプログラムに基づいてスピンコートされ、４７／５３で化学量論組成に対する鉛過剰量が１５％のＰＺＴ前駆体膜７２ｃを形成し、これを加熱して第３層目のアモルファス複合酸化物膜を形成する。続いて、上述のように３層積層したアモルファス複合酸化物膜を形成させたシリコンウェハ５０をさらに高い温度まで加熱及び焼成してアモルファス複合酸化物膜を結晶化し、第１層目のＰＺＴ結晶膜を得る（図１１参照）。そして、上述のような前駆体膜の成膜から焼成、結晶化のプロセスを結晶膜の厚みが所望の膜厚となるまで繰り返すことにより、所望のＰＺＴ結晶膜を得ることができる（図１２参照）。
【００６３】
上述のような手順にて得られた強誘電体膜のＰＺＴ膜は、Ｚｒ／Ｔｉ比が５３／４７かつ鉛の組成比がＰＺＴの化学量論比を保つと共に、前駆体膜の成膜プロセスにて焼成及び結晶化プロセスにおける複合酸化物の各構成金属元素の移動度や結晶加速度、あるいは揮発性、さらには焼成時における積層界面の影響を考慮して前駆体膜の組成を変化させながら積層成膜しているため、膜内部の組成均一性が高く、強誘電体膜としての特性も高いものとなる。
【００６４】
また、本実施形態では前駆体液としてジルコン酸鉛の前駆体液、チタン酸鉛の前駆体液、酸化鉛の前駆体液を準備し、前駆体膜の成膜回数に応じて混合比（前駆体膜の組成比）を変化させながら成膜を行っている。この前駆体膜の組成は、ＰＺＴの前駆体液と比較して組成も単純であり、各前駆体液の合成コストもＰＺＴのそれと比較して安価である。結果、成膜回数に対応した最適な前駆体膜組成の前駆体液を個別に合成及び準備して成膜するプロセスと比較し、低コストでのＰＺＴ膜の形成が可能となる。
【００６５】
上述の構成によれば、枚葉処理でシリコンウェハ５０を加熱焼成炉に先入れ先出ししつつ所定回数繰り返して行うことから強誘電体前駆体膜に与える熱履歴を均一化することができると共に、成膜回数に応じて最適な組成に変化させた前駆体液をシリコンウェハ５０に滴下して前駆体膜を成膜し、その後の焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行しているので、形成される所定厚さの圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成分布が均一となり、結果特性が向上した強誘電体膜をコスト抑制しつつ得ることができる。
【００６６】
また、収納部材が成膜装置８０にて２４時間で処理可能な枚数だけシリコンウェハ５０を収納するので、生産管理及び工程管理を向上することができる。また、第１の加熱工程と第２の加熱工程とを設けることにより、成膜装置８０の休止時間を最小にすることができ稼働効率を向上させることができる。また、接触加熱方式を用いることにより、ゾル−ゲル液を乾燥するときに発生する揮発分の排出処理を容易化することができる。また、非接触加熱方式を用いることにより、焼成温度の制御を安定的に行うことができると共に、脱脂と焼成とを連続動作で行うことで変位の安定した圧電膜を得ることができる。また、冷却工程において２４時間で処理できるシリコンウェハ５０の数だけを収納可能であるので、成膜装置８０の休止時間を最小にすることができ稼働効率を向上させることができる。さらに、インデックステーブル２７Ａとして８時間で処理できるシリコンウェハ５０を収納可能な３段構成のものを用いることにより、シリコンウェハ５０の管理を容易に行うことができ作業効率を向上することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１４ 収納部材
５０ シリコンウェハ
７２ 強誘電体前駆体膜
８０ 成膜装置
８４ スピナーノズル
８５ 混合器
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特開２００４−２６８４１４号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３５４３号公報
【非特許文献】
【００６９】
【非特許文献１】Ｆ．Ｃａｌａｍｅ ａｎｄ Ｐ．Ｍｕｒａｌｔ“Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｆｒｅｅ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ”ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ９０，０６２９０７＿２００７＿
【非特許文献２】Ｎｉｃｏｌａｓ Ｌｅｄｅｒｍａｎｎ，Ｐａｕｌ Ｍｕｒａｌｔ，Ｊａｃｅｋ Ｂａｂｏｒｏｗｓｋｉ，Ｓａｎｄｒｉｎｅ Ｇｅｎｔｉｌ，Ｋａｐｉｌ Ｍｕｋａｔｉ，Ｍａｒｃｏ Ｃａｎｔｏｎｉ，Ａｎｄｒｅａｓ Ｓｅｉｆｅｒｔ，Ｎａｖａ Ｓｅｔｔｅｒ “｛１００｝−Ｔｅｘｔｕｒｅｄ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｂ（Ｚｒχ，Ｔｉｌ．χ）Ｏ３ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ＭＥＭＳ：ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ１０５（２００３）１６２−１７０
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出するノズル開口と連通する液室基板の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子に電圧を印加することにより液体を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの製造方法において、強誘電体膜を所定回数成膜焼成する方法及び自動成膜装置が、例えば「特許文献１」または「特許文献２」に開示されている。また、組成の異なる複数種類の前駆体液を準備し、成膜回数に応じて異なる組成の前駆体液を滴下及び成膜することによって形成された強誘電体膜の膜厚方向の組成分布が均一になることを報告した非特許文献として、例えば「非特許文献１」または「非特許文献２」が知られている。
【０００３】
インクを吐出するノズル開口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で変形させることにより圧力発生室内のインクを加圧してノズル開口からインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長収縮するものと撓み力を利用した２種類の圧電アクチュエータが実用化されている。その中で、撓み力を利用した圧電体層ではチタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴとする）等の強誘電体膜が用いられる。このような強誘電体膜は、予め合成した強誘電体前駆体液をスピンコート法等により前駆体膜の成膜をした後、これを加熱焼成処理して結晶化させる、いわゆるゾル−ゲル法によって形成することが通例である。また、加熱焼成処理方法としては、拡散炉内に強誘電体前駆体膜を成膜したシリコンウェハを複数枚連続挿入し焼成及び結晶化させるが、先に挿入されたシリコンウェハと後から挿入されたシリコンウェハの熱履歴が均一にならないため、所定回数の加熱焼成工程の中で加熱焼成工程毎にシリコンウェハの順序を入れ替えて熱履歴を均一にする方法が、例えば「特許文献１」に開示されている。本明細書において、強誘電体と記す範囲は複数の金属元素の酸化物からなる複合酸化物であり、特に電気的入力を機械的な変位に変換する材料が相当する。
【０００４】
また「特許文献１」に開示された技術では、１列に配置された複数のステージを有する保持部材の各ステージにシリコンウェハをそれぞれに固定し、予め加熱された拡散炉に保持部材をその一端のステージ側から挿入すると共に他端のステージ側から排出する一連の動作により、シリコンウェハを介して強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成し、かつ所定回数の焼成工程終了後に圧電体層にかかった熱履歴が均一となるように各焼成工程毎にステージの入れ替えを行っているが、これでは各焼成工程毎の熱履歴は均一にはならない。さらに詳しく述べると、複数枚のシリコンウェハを複数の保持部材のステージに固定して先入れ後出ししているために、例え挿入の順番を１回毎に変えても最初挿入された保持部材のステージに固定されたシリコンウェハと２番目に挿入された保持部材のステージに固定されたシリコンウェハには挿入時間に応じた差が出てしまう。例えば拡散炉に挿入する保持部材の数が増えれば増えるだけ時間差が大きくなってしまい、各層間の焼成状態が変わってしまうといった問題は解決されない。
【０００５】
そこで本発明者等は、自動成膜装置にて圧電素子基板となるシリコンウェハの表面に圧電素子の下部電極となる導電層を形成後、シリコンウェハを収納する収納部材と、この収納部材を保持する供給排出工程と、供給排出工程からシリコンウェハを搬送する搬送工程と、搬送工程によって搬送されたシリコンウェハの中心とオリフラ位置を合わせる位置調整工程と、導電層上に強誘電体前駆体膜を形成する成膜工程と、シリコンウェハを介して強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する加熱焼成工程と、加熱焼成工程から排出されたシリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成し、かつ所定回数の焼成工程を先入れ先出しすることで所定回数全ての強誘電体前駆体膜の熱履歴が均一になると共に、シリコンウェハにかかる熱履歴が均一となるように枚葉処理するインクジェット記録ヘッドの製造方法及び製造装置を提案してこの問題を解決した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の提案により、シリコンウェハ上に成膜した強誘電体膜に加えられる熱履歴のばらつきに起因する圧電体素子の特性ばらつきを解消することができたが、一方で、得られた圧電体素子の特性が計算上の予測値と比較して十分なものに達していないことが明らかとなった。その原因を明らかにするため、圧電素子を構成する強誘電体膜について詳細な分析を行ったところ、強誘電体膜を構成する複合酸化物の組成が、膜全体としては前駆体膜の成膜に使用している前駆体液の組成と一致する一方、膜の厚み方向でその組成が均一になっていないことが明らかとなった。この強誘電体膜の膜厚方向組成が不均一となるメカニズムについては「非特許文献１」に詳述されている。
【０００７】
強誘電体膜の成膜は、導電層上に前駆体液をスピンコート法にて塗布、溶媒を乾燥させた前駆体膜を加熱し、膜中の有機成分を熱分解（脱脂）した（第１層目のアモルファス複合酸化物膜の形成）後に、この第１層目のアモルファス複合酸化物膜の上にさらに前駆体液の塗布、乾燥、脱脂プロセスを数回繰り返す（第２、第３、・・・第Ｘ層目のアモルファス複合酸化物膜の形成）。そして、積層化したアモルファス複合酸化物を有機成分の熱分解時より高い温度まで加熱することで焼成（結晶化）する（第１層目の複合酸化物結晶膜の形成）。さらにこの第１層目の複合酸化物結晶膜の上に、前駆体液の塗布から複合酸化物膜の結晶化までのプロセスを、狙いとする膜厚の強誘電体膜が得られるまで繰り返す（複合酸化物結晶の積層膜、すなわち圧電層となる所定膜厚の強誘電体膜の形成）。
【０００８】
そして、強誘電体膜の膜厚方向組成の不均一は、積層したアモルファス複合酸化物を結晶化するプロセスの間に生じる。先ず、アモルファス複合酸化物を構成している各金属元素は、焼成プロセス時に供給される熱エネルギによって膜中を移動し、複合酸化物結晶構造の所定位置に配位することで結晶化するが、この移動のし易さ（以下移動度という）、移動速度が金属元素の種類によって異なる。例えば、代表的な強誘電体膜であるＰＺＴ膜（鉛、ジルコニア、チタンの複合酸化物膜）の場合、チタン元素はジルコニア元素と比較して反応中の移動速度が速く、焼成プロセス中にジルコニア元素と比較して速いタイミングで結晶構造を形成する。また、鉛元素の蒸気圧は低く、焼成プロセスにて加えられる熱によって大気中に揮発し易い性質を有している。こうした結晶加速度の違いや反応系からの離脱等により、雰囲気制御条件を含めた焼成プロセス条件によってできあがった複合酸化物結晶膜（強誘電体膜）には部分的にその結晶構造中に配位されているべき金属元素の過不足が生じる。その結果、得られた強誘電体膜の特性が理論的に期待される値に達しない。
【０００９】
ところで、結晶構造中における金属元素の過不足の状態は、焼成プロセス前に形成されたアモルファス複合酸化物の積層膜の層間で異なる特徴を示している。アモルファス複合酸化物積層膜の層間で結晶構造中の金属元素の過不足が変化する理由について、強誘電体膜の焼成プロセスは始め導電層の上に前駆体液を成膜、これを加熱・脱脂してアモルファス複合酸化物膜とし、続いてこの上に前駆体液の成膜・脱脂プロセスを繰り返してアモルファス複合酸化物膜を積層した後に結晶化を行うと共に、形成された複合酸化物結晶膜の上にアモルファス複合酸化物膜の積層と結晶化を繰り返して所定厚みの強誘電体膜を形成している。そのため、結晶化されるアモルファス複合酸化物膜は、その積層される回数、タイミングによって焼成プロセス投入時における膜下面が導電層、アモルファス層、あるいは既に結晶化された複合酸化物膜と、それぞれ異なる性質を有する層と接していることとなる。また、上面についてもアモルファス層あるいは空気層と、全く異なる性質を有する層と接している。
【００１０】
上述のような異なる界面層を有しているアモルファス複合酸化物膜が焼成プロセスに投入された場合、その結晶化反応は特に界面近傍において、接している層の性質の影響を受けながら進むことになるため、アモルファス複合酸化物膜の結晶化はその積層される回数・タイミングによって異なる反応が進むことになる。その結果できあがった複合酸化物結晶膜中には、特に焼成プロセス以前のアモルファス複合酸化物積層膜の界面近傍において、複合酸化物を形成する金属元素の移動度や揮発性の違いによって生じる、結晶構造中に配位されているべき金属元素の過不足の状態が積層膜間で異なる現象が生じる。このようなアモルファス複合酸化物膜の焼成プロセス時に生じる現象により、強誘電体膜の膜厚方向組成が不均一になると共に、できあがった強誘電体膜・圧電層の特性が意図した特性に達しない。
【００１１】
この問題を解決するため、「非特許文献１」では膜厚方向の組成が均一なＰＺＴ膜を形成するため、チタン元素とジルコニア元素の組成比と同時に鉛元素の過剰量を変化させた４種類の前駆体液を準備し、積層回数に応じて異なる組成の前駆体液の塗り分けを行うことにより、できあがったＰＺＴ膜の膜厚方向の組成均一性を同一の前駆体液を塗り重ねて成膜したＰＺＴ膜と比較してより高いものにすると共に、強誘電体膜としての特性も向上させている。
【００１２】
また「非特許文献２」では、揮発性の高い鉛元素の膜厚方向の分布を一定に保つために鉛元素の過剰量を変えた２種類の前駆体液を準備し、焼成プロセス前のタイミングにてより高い鉛元素過剰量の前駆体液を使用して積層成膜することによって、鉛元素の膜厚方向の分布を一定とした一方、チタン元素とジルコニア元素の組成比は２種類の前駆体液間で同じ組成になっているため、膜厚方向のチタン元素とジルコニア元素の組成比が積層回数、特に結晶化プロセスを実施している前後の層間で大きく変化していることを報告している。
【００１３】
上述のように、前駆体液を使用して膜内部の組成均一性の高い複合酸化物結晶の積層膜を成膜し、良好な特性の強誘電体膜を得ようとする場合、組成の異なる複数の前駆体液を準備し、積層回数や焼成プロセスのタイミングに合わせて適切な組成の前駆体液を塗り分けて成膜するとよい。例えばＰＺＴ膜の場合、ジルコニアとチタンの組成比を変えると共に鉛の過剰量の違いを組み合わせた複数種類の前駆体液を準備し、積層回数や焼成プロセスのタイミングに合わせて適切な前駆体液を選択して成膜作業を行うことにより、内部の組成均一性が高く良好な強誘電体特性・圧電体特性を有するＰＺＴ膜を得ることができる。
【００１４】
しかし一方で、前駆体液の準備（合成）には、長い合成プロセス時間とコストとがかかる。より良好な特性を有する強誘電体膜を得るためには、きめ細かく組成を変化させた、より多種類の前駆体液を準備し、これらを適切に使い分けながら積層成膜すればよいが、前駆体液の準備にさらに多種類準備した前駆体液を使い分けて成膜を行うための設備に関して、例えば前駆体液をシリコンウェハに滴下・スピンコートする成膜工程部分に、使用する前駆体液の種類の数に対応する複数の塗布ライン（各前駆体液を個別にセットする加圧タンク、送液ライン、吐出ノズル並びにそれらの制御システム）を具備させる等、多大なコストの増大を伴ってしまう。
【００１５】
本発明は上述した問題を解決し、最小種類の前駆体液を準備し、これを積層回数に合わせて適切に調合してきめ細かく組成を変化させながら積層成膜を行うことにより、膜内部の組成均一性が高く良好な強誘電体特性・圧電体特性を有する強誘電体膜を低コストで得ることが可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法及び製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１記載の発明は、シリコンウェハを収納する収納部材を保持する供給工程と、前記供給工程から前記シリコンウェハを搬送する搬送工程と、前記搬送工程によって搬送された前記シリコンウェハの位置を合わせる位置出し工程と、前記シリコンウェハ上に形成された導電層上に強誘電体前駆体膜をスピンコート法により形成する成膜工程と、前記シリコンウェハと共に前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程と、前記焼成工程から排出された前記シリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記成膜工程にて、２種類以上の前駆体液を前記シリコンウェハに滴下して前記前駆体膜を形成する方法であり、複数の前記前駆体液は単一のノズルから滴下すると共に、前記ノズルに複数の前記前駆体液を送り出す送液ライン中には複数の前記前駆体液を任意の比率にて混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じて前記シリコンウェハに滴下する前記前駆体液の混合比を前記混合器により変化させつつ前記前駆体膜を成膜することにより、その後の前記焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して形成される所定厚さの前記圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成成分が均一となるように枚葉処理を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記収納部材は２４時間で処理できる数のシリコンウェハを収納可能であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記焼成工程は第１の加熱工程と第２の加熱工程とで行われることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに第１の加熱工程は接触式加熱方法であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに第２の加熱工程は非接触式加熱方法であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記冷却工程は２４時間で処理できるシリコンウェハの数だけ収納可能であることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記冷却工程はインデックステーブルを複数枚積層して構成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、さらに前記インデックステーブルには８時間で処理できるシリコンウェハの数だけのステージが設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法により製造されたインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、シリコンウェハを収納する収納部材を保持する供給工程と、前記供給工程から前記シリコンウェハを搬送する搬送工程と、前記搬送工程によって搬送された前記シリコンウェハの位置を合わせる位置出し工程と、前記シリコンウェハ上に形成された導電層上に強誘電体前駆体膜をスピンコート法により形成する成膜工程と、前記シリコンウェハと共に前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程と、前記焼成工程から排出された前記シリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造装置において、前記成膜工程にて、２種類以上の前駆体液を前記シリコンウェハに滴下して前記前駆体膜を形成する方法であり、複数の前記前駆体液は単一のノズルから滴下すると共に、前記ノズルに複数の前記前駆体液を送り出す送液ライン中には複数の前記前駆体液を任意の比率にて混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じて前記シリコンウェハに滴下する前記前駆体液の混合比を前記混合器により変化させつつ前記前駆体膜を成膜することにより、その後の前記焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して形成される所定厚さの前記圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成成分が均一となるように枚葉処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、枚葉処理でシリコンウェハを加熱焼成炉に先入れ先出ししつつ所定回数繰り返して行うことから強誘電体前駆体膜に与える熱履歴を均一化することができると共に、成膜回数に応じて最適な組成に変化させた前駆体液をシリコンウェハに滴下して前駆体膜を成膜し、その後の焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行しているので、形成される所定厚さの圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成分布が均一となり、コストを抑制しつつ結果特性が向上した強誘電体膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な製造装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に用いられるシリコンウェハの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられるシリコンウェハ及び強誘電体層を説明する概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いられる第２加熱部の動作を説明する概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられる冷却部を説明する概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に用いられるシリコンウェハ及び強誘電体前駆体膜を説明する概略図である。
【図９】本発明の一実施形態に用いられる成膜装置を説明する概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態における成膜動作を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態における成膜動作を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態における成膜動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、液体吐出ヘッドの製造装置を示している。同図において製造装置１０は液滴吐出ヘッドの製造装置であり、特に液滴吐出ヘッドに設けられる圧電素子の圧電体を形成する装置である。具体的には、製造装置１０は図２に示すように複数のシリコンチップ５２に分割されるシリコンウェハ５０を１枚ずつ搬送し、シリコンウェハ５０に圧電体となる強誘電体層の積層体を形成する装置である。
【００２９】
先ず、圧電素子を備えた液滴吐出ヘッド６２の構成の一例を説明する。図３は液滴吐出ヘッド６２の分解斜視図を、図４には同断面図をそれぞれ示している。本実施形態では、液滴吐出ヘッド６２はノズル基板５８と、液室基板５６と、保護基板５４との３枚の基板の積層体である場合を説明する。なお、液室基板５６と保護基板５４との積層体が図２に示すシリコンウェハ５０を分離することによって得られるシリコンチップ５２である。なお本実施形態では、液滴吐出ヘッド６２は液滴としてインク液滴を吐出する場合を説明する。ノズル基板５８はインク液滴を吐出する複数のノズル孔５８Ａを有している。ノズル孔５８Ａはノズル基板５８の厚み方向に貫通した孔であり、ノズル基板５８の面方向に沿って複数配設されている。
【００３０】
液室基板５６にはノズル孔５８Ａのそれぞれに連通した複数の加圧液室５６Ａ、共通液室５６Ｅ、及び流体抵抗部５６Ｂが設けられている。流体抵抗部５６Ｂは複数の加圧液室５６Ａと共通液室５６Ｅとを連通すると共に流体抵抗部として機能する。共通液室５６Ｅにインクが供給されると、共通液室５６Ｅに供給されたインクは流体抵抗部５６Ｂを介して複数の加圧液室５６Ａのそれぞれに供給され、ノズル孔５８Ａを介して吐出可能な状態となる。液室基板５６には、振動板５６Ｃ及び圧電素子６０が直接形成されている。
【００３１】
圧電素子６０は、振動板５６Ｃを介して各加圧液室５６Ａのそれぞれに対応して配置されており、圧電素子６０は下部電極６０Ｃ、圧電体６０Ａ、上部電極６０Ｂを順に積層することにより構成されている。圧電素子６０は、振動板５６Ｃにおける対向面に対して平行な方向への変位を振動板５６Ｃに与える、横振動型、いわゆるベンドモードとされている。
【００３２】
圧電体６０Ａの構成材料は、圧電特性を示す層を構成しうる圧電材料であれば如何なる材料であってもよい。圧電材料としては、例えばペロブスカイト構造を有しかつ金属としてＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含むチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が挙げられる。具体的な圧電材料としては、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）またはマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。下部電極６０Ｃ及び上部電極６０Ｂは導電性を有する層であり電極として機能する。保護基板５４は圧電素子６０のそれぞれを保護する基板である。
【００３３】
上述のように構成された液滴吐出ヘッド６２では、共通液室５６Ｅ及び流体抵抗部５６Ｂを介して複数の加圧液室５６Ａのそれぞれに液体が供給される。そして、各液室が液体によって満たされた状態で、下部電極６０Ｃと上部電極６０Ｂとに電圧を印加する。これにより、電圧を印加された各圧電素子６０の圧電体６０Ａが振動板５６Ｃの面方向に沿って縮む。なお、下部電極６０Ｃと上部電極６０Ｂへの電圧印加による圧電体６０Ａの変形を以下において圧電素子６０の駆動と説明する場合がある。圧電素子６０の駆動による圧電体６０Ａの変形により、振動板５６Ｃにおける圧電素子６０に対応する領域が加圧液室５６Ａ側に向かって突出した突状に変形する。この振動板５６Ｃの変形により、加圧液室５６Ａ内の体積が減少して圧力が上昇し、加圧液室５６Ａに連通するノズル孔５８Ａから液滴が吐出する。この構成の液滴吐出ヘッド６２は、下記工程を経由することによって製造する。
【００３４】
図５に示すように、流路基板５５となるシリコンウェハ５０上に圧電素子６０の下部電極６０Ｃとなる下部導電層６１Ｃを形成した後、強誘電体層６１Ａ（強誘電体層６１Ａ１〜６１Ａｎ）を複数積層させて所望の厚みの強誘電体層６１Ａを形成し、上部電極６０Ｂ（図５では省略）となる図示しない上部電極層を形成した後にこれ等の層をパターニングする。これにより、図３及び図４に示すような圧電素子６０をシリコンウェハ５０上に形成し、さらに図３に示す保護基板５４の設置を行う。そして、圧電素子６０の設けられた流路基板５５と保護基板５４との積層体であるシリコンウェハ５０をダイシングソー等によって切断して複数のシリコンチップ５２に分離する（図２参照）。そして、各シリコンチップ５２に図３に示すノズル基板５８の接合や駆動部等の各種部材の搭載や加工等を行うことにより、複数の液滴吐出ヘッド６２を製造する。
【００３５】
図１に示す製造装置１０は、上述した液滴吐出ヘッド６２の特に圧電体６０Ａを形成する各部を備えた装置である。製造装置１０は、供給排出ステージ１２、収納部材１４、排出部材１５、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、加熱部２５、冷却部２６、搬送部４０、入力部３２、主制御部３４等を含んで構成されている。
【００３６】
収納部材１４は、下部電極６０Ｃとなる下部導電層６１Ｃが形成されたシリコンウェハ５０を収納する（図６も参照）。排出部材１５は、製造装置１０によって複数の強誘電体層６１Ａが積層された後のシリコンウェハ５０を収納する部材である。供給排出ステージ１２は、これら収納部材１４及び排出部材１５を支持している。収納部材１４には、２４時間で流動する分だけのシリコンウェハ５０が収納されていることにより、シリコンウェハ５０や生産状況の管理を向上している。例えばシリコンウェハ５０の管理とは、製造装置１０内に流動しているシリコンウェハ５０に管理番号を付け製造履歴をシーケンス制御により管理し、モニタ表示することである。
【００３７】
位置調整部１６は、シリコンウェハ５０の中心位置やオリフラ（オリエーションフラット）５０Ｂ（図２参照）を予め定めた方向及び位置に位置合わせして位置調整を行う。この位置調整されたシリコンウェハ５０の予め定められた領域を後述する搬送部４０で保持搬送し、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６等の各部へと搬送する。これにより、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、及び冷却部２６等の各部には位置調整されたシリコンウェハ５０が搬送される。なお、位置調整部１６において同時に位置調整可能なシリコンウェハ５０の数は１枚である。位置調整部１６には位置制御部１６Ａが設けられており、位置制御部１６Ａは主制御部３４に電気的に接続されている。位置制御部１６Ａは、位置調整部１６の装置各部を駆動する図示しない駆動部に電気的に接続されており、該駆動部を制御することによりシリコンウェハ５０の位置合わせを行う。
【００３８】
シリコンウェハ５０を洗浄する洗浄部１８は、１度に１枚のシリコンウェハ５０を洗浄する。洗浄部１８は公知のウェット式やドライ式等の洗浄方式を用いてシリコンウェハ５０を洗浄し、洗浄部１８には主制御部３４に電気的に接続された洗浄制御部１８Ａが設けられている。洗浄制御部１８Ａは、洗浄部１８におけるシリコンウェハ５０の洗浄タイミングや洗浄時間等を制御する。
【００３９】
成膜部２０は、シリコンウェハ５０上に強誘電体前駆体膜を成膜する。この強誘電体前駆体膜は、強誘電体前駆体溶液（ゾル）による塗膜である。強誘電体前駆体溶液（ゾル）とは、圧電体６０Ａの構成材料として挙げた圧電材料を溶媒に溶解した溶液である。この強誘電体前駆体溶液としては、ゾルゲル法により成膜される圧電体材料、具体的には酢酸鉛、イソプロポキシドジルコニウム、イソプロポキシドチタンを出発材料とし、これ等の出発材料を共通溶媒としてのメトキシエタノールに溶解させたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料が挙げられる。成膜部２０による強誘電体前駆体膜の成膜方法は、限定されないが例えばスピンコート法が用いられる。
【００４０】
成膜部２０には、この成膜条件を調整するための成膜制御部２０Ａが設けられている。成膜制御部２０Ａは主制御部３４に電気的に接続されており、主制御部３４の制御によってシリコンウェハ５０上に強誘電体前駆体膜を成膜する。なお、成膜部２０では同時に成膜可能なシリコンウェハ５０の数は１枚とされている。また、成膜部２０には検知部２０Ｂが設けられており、検知部２０Ｂは成膜部２０内にシリコンウェハ５０が位置しているか否かを検知する。検知部２０Ｂは主制御部３４に電気的に接続されており、検知部２０Ｂとしては公知の赤外線センサ等が用いられる。なお、成膜部２０には洗浄部１８で洗浄されたシリコンウェハ５０が搬入されるため、強誘電体前駆体膜の膜間にごみ等の付着物が混入することを抑制することができ、膜欠陥を防止することができる。なお、成膜部２０内にも洗浄部１８を設けた構成としてもよい。
【００４１】
加熱部２５は、シリコンウェハ５０上に形成された強誘電体前駆体膜に熱を加える装置であり、第１加熱部２２と第２加熱部２４とを有している。第１加熱部２２は成膜部２０によって成膜された強誘電体前駆体膜を第１の温度に加熱することにより強誘電体前駆体膜を乾燥させる。第１加熱部２２には主制御部３４に電気的に接続された加熱制御部２２Ａが設けられており、主制御部３４は加熱制御部２２Ａを制御することにより第１加熱部２２内を所定の乾燥温度に保持させる。第１加熱部２２の構成は、第１加熱部２２内に搬送されてきたシリコンウェハ５０の強誘電体前駆体膜に熱を加えることができる構成であればよく限定されない。例えば第１加熱部２２として、ホットプレート等の加熱部材を直接シリコンウェハ５０に接触させる接触方式の装置を挙げることができる。
【００４２】
第２加熱部２４は、第１加熱部２２よりも高い第２の温度で強誘電体前駆体膜を加熱する装置であり、具体的には強誘電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することにより脱脂する脱脂処理、及び脱脂された強誘電体前駆体膜を結晶化させる焼成処理を行う。なお脱脂とは、強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を例えばＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００４３】
第２加熱部２４には加熱制御部２４Ａが設けられており、第２加熱部２４内の温度条件を調整している。具体的には、加熱制御部２４Ａは第２加熱部２４内の温度を脱脂処理可能な温度に一定時間保持したり焼成処理可能な温度に一定時間保持したりする等の、第２加熱部２４内の温度条件を調整している。第２加熱部２４は、主制御部３４に電気的に接続されており、主制御部３４の制御により第２加熱部２４内の温度制御を行う。第２加熱部２４としては、第２加熱部２４内に搬送されてきたシリコンウェハ５０の強誘電体前駆体膜に、脱脂処理や焼成処理可能な温度（第２の温度）の熱を加えることができる構成であればよくその構成は限定されない。第２加熱部２４としては、例えばホットプレート、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置等を用いることができる。
【００４４】
図６は、第２加熱部２４の具体的構成の一例を示している。第２加熱部２４は、一対のフレーム６３Ａ，６３Ｂを備えており、フレーム６３Ａ，６３Ｂは一面が開口した箱状を呈しており、この開口面が互いに対向するように配置されている。フレーム６３Ａ，６３Ｂは図示しない支持部材によって支持されており、図６（Ａ）に示すようにフレーム６３Ａ，６３Ｂが互いに離間した状態、または図６（Ｂ）に示すようにフレーム６３Ａ，６３Ｂが互いの開口面を覆うように接触した状態の何れかの状態となるように駆動可能に支持されている。フレーム６３Ａ，６３Ｂを駆動する図示しない駆動部は加熱制御部２４Ａに電気的に接続されており、加熱制御部２４Ａの制御により離間状態または接触状態の何れかとなるように制御される。
【００４５】
フレーム６３Ａ，６３Ｂの内部の空間６４Ａ内には、図示しない支持部材によって支持されたホルダ７０が設けられている。ホルダ７０は空間６４Ａ内に搬送されてきたシリコンウェハ５０を空間６４Ａ内で支持する。ホルダ７０は加熱制御部２４Ａに電気的に接続されており、主制御部３４の制御によりシリコンウェハ５０を保持した保持状態、またはシリコンウェハ５０の保持を解除した開放状態の何れかに制御される。フレーム６３Ａ，６３Ｂ内の空間６４Ａには、加熱部６８Ａ，６８Ｂが設けられている。加熱部６８Ａ，６８Ｂとしては加熱機構を有するものであればその構成は限定されないが、例えば赤外線ランプが挙げられる。加熱部６８Ａ，６８Ｂは加熱制御部２４Ａに電気的に接続されており、加熱制御部２４Ａの制御によって加熱条件が制御される。フレーム６３Ａ，６３Ｂ内には、冷却部６６Ａ，６６Ｂが設けられている。冷却部６６Ａ，６６Ｂは加熱制御部２４Ａに電気的に接続されており、加熱制御部２４Ａの制御によりフレーム６３Ａ，６３Ｂ内を冷却する。
【００４６】
図８はシリコンウェハ５０の断面拡大図であり、シリコンウェハ５０上には予め形成された下部電極６０Ｃがあり、この下部電極６０Ｃの上部に予め設定されている所定回数の製造条件を繰り返し行うことにより、ばらつきのない安定した圧電素子を製造することができる。図８に示すように、第１層目の強誘電体前駆体膜７２ａが塗布されたシリコンウェハ５０は、フレーム６３Ａが上昇した空間６４Ａに搬送部４０によって搬送され、フレーム６３Ｂに設置されているホルダ７０で保持される保持動作が完了するとフレーム６３Ａが下降し、第２加熱部２４が閉じられて加熱部６８Ａ，６８Ｂにより予め設定されている脱脂温度まで昇温させ、アモルファス状の複合酸化物膜を形成する。このときの加熱条件としては、加熱部６８Ａ，６８Ｂの何れか一方のみで加熱してもよい。
【００４７】
脱脂と焼成とを行う場合は、さらに連続で予め設定されている焼成温度まで連続的に加熱し、アモルファス複合酸化物膜を結晶化させる。加熱工程が予め設定されている条件通り完了したら、冷却部６６Ａ，６６Ｂに冷却媒体を流しフレーム６３Ａ，６３ｂを冷却することで、空間６４Ａの温度を下げて間接的にシリコンウェハ５０の温度を下げる。そして、予め設定されている取り出し温度まで空間６４Ａの温度が下降したらフレーム６３Ａが上昇し、搬送部４０がシリコンウェハ５０を保持してホルダ７０による保持を解除し、第２加熱部２４からシリコンウェハ５０を排出する。このように第２加熱部２４は枚葉処理であるため、常に予め設定されている焼成条件で制御されているので、各強誘電体前駆体膜７２や各シリコンウェハ５０での処理条件にばらつきが生じないことから、安定した結晶化が行われることで変位の安定した圧電素子の製造が可能となる。
【００４８】
冷却部２６は第２加熱部２４によって加熱されたシリコンウェハ５０を冷却する装置であり、冷却部２６には温度制御部２６Ａが設けられている。温度制御部２６Ａは主制御部３４に電気的に接続されており、冷却部２６内の温湿度条件を制御する。冷却部２６は複数のシリコンウェハ５０を保持可能であり、保持したシリコンウェハ５０を室温にまで冷却する。
【００４９】
図７には、本実施形態における冷却部２６の構成例を示している。図７に示すように冷却部２６は、円板状のインデックステーブル２７Ａが複数設けられている。各インデックステーブル２７Ａは間隔を空けて複数配列されており、円板の周方向（図７に矢印Ｃで示す方向）に回転可能に設けられている。なお冷却部２６には図１に示す回転制御部２６Ｂが設けられており、回転制御部２６Ｂの駆動によって各インデックステーブル２７Ａが周方向に回転可能に設けられている。回転制御部２６Ｂは図１に示す温度制御部２６Ａに電気的に接続されており、各インデックステーブル２７Ａにはシリコンウェハ５０を１枚ずつ保持するステージ２７Ｂが設けられている。また冷却部２６には検知部２６Ｃが設けられている。検知部２６Ｃは、各インデックステーブル２７Ａ上のシリコンウェハ５０の有無を検知する。検知部２６Ｃは主制御部３４に電気的に接続されており、検知結果を主制御部３４に送信する。１段のインデックステーブル２７Ａに８時間で処理可能なシリコンウェハ５０の数だけステージ２７Ｂを設けることにより、成膜装置８０の休止時間を最小とすることができる。
【００５０】
搬送部４０は、支持部４１、レール４６、搬送アーム４２、駆動部４４、読取部４８を備えている。レール４６は、供給排出ステージ１２、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６の配列方向に長い長尺状のレール部材であり、本実施形態では図１に示すように、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、供給排出ステージ１２、第２加熱部２４、冷却部２６がそれぞれ１列に配列された合計２列の配列となっている。そしてレール４６は、これ等の２列に配列された各部の間に、各部の配列方向に沿って長い長尺状とされている。このため本実施形態では、搬送部４０は供給排出ステージ１２、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６の間で短時間にシリコンウェハ５０を搬送可能な構成となっている。
【００５１】
駆動部４４は、主制御部３４に電気的に接続されている。駆動部４４としてはモータ等が挙げられる。支持部４１は搬送アーム４２を支持する部材であり、レール４６の長尺方向に移動可能に支持された図示しないリニアガイドに支持されている。搬送アーム４２には、腕部４２Ａ及び保持部４２Ｂが設けられている。保持部４２Ｂはシリコンウェハ５０を１枚ずつ保持した状態、またはシリコンウェハ５０の保持状態を解除した解除状態の何れかを維持する部材である。腕部４２Ａは、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６、排出部材１５のそれぞれの方向に図示しない折り曲げ部で折り曲げられることで伸縮するアーム状の部材である。これ等腕部４２Ａ及び保持部４２Ｂは、駆動部４４に電気的に接続されている。
【００５２】
このため、主制御部３４の制御によって駆動部４４が駆動することにより、支持部４１がレール４６の長尺方向に沿って移動する。また、主制御部３４の制御によって駆動部４４が駆動することで腕部４２Ａ及び保持部４２Ｂが駆動し、収納部材１４から１枚のシリコンウェハ５０を取り出して位置調整部１６へ搬送する。また同様に、主制御部３４の制御による支持部４１の移動や腕部４２Ａ及び保持部４２Ｂの駆動によって、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６、供給排出ステージ１２、排出部材１５の間をシリコンウェハ５０が１枚ずつ搬送される。
【００５３】
本実施形態では、搬送部４０はレール４６を設けた構成とし、支持部４１及び搬送アーム４２がレール４６に沿って移動可能に構成されている場合を説明するが、レール４６を設けない構成でもよい。この場合には支持部４１を固定し、搬送アーム４２が各部（供給排出ステージ１２、位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、第２加熱部２４、冷却部２６）のそれぞれに届く構成とすればよい。
【００５４】
搬送部４０には読取部４８が設けられている。読取部４８はシリコンウェハ５０に設けられた管理ＩＤを読み取るものであり、読取部４８としては公知のスキャナが用いられる。図２に示すように、シリコンウェハ５０の予め定められた領域５０Ａには、各シリコンウェハ５０を識別するための管理ＩＤが刻印されている、読取部４８は主制御部３４に電気的に接続されており、読み取った管理ＩＤを主制御部３４に送信する。なお本実施形態では、上述のように搬送部４０に読取部４８が設けられているため、搬送部４０で搬送する対象のまたは搬送中のシリコンウェハ５０の管理ＩＤを読み取ることが可能な構成となっている。
【００５５】
各種情報を入出力する入力部３２は主制御部３４に電気的に接続されており、入力部３２としては例えばキーボード、タッチパネル付きのディスプレイ等が挙げられる。本実施形態では、例えば入力部３２のユーザによる操作によって入力部３２から位置調整部１６、洗浄部１８、成膜部２０、第１加熱部２２、加熱部２５、冷却部２６における加熱温度や冷却温度等の各種処理条件が入力される。
【００５６】
主制御部３４は、制御部３６と記憶部３８とを含んで構成されている。制御部３６はＣＰＵ、製造処理を実行するプログラム等を記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、これ等を接続するバスを含んで構成されている。制御部３６は、製造装置１０に設けられた装置各部に電気的に接続されている。具体的には、制御部３６は駆動部４４、読取部４８、位置制御部１６Ａ、洗浄制御部１８Ａ、成膜制御部２０Ａ、検知部２０Ｂ、加熱制御部２２Ａ，２４Ａ、温度制御部２６Ａ、回転制御部２６Ｂ、検知部２６Ｃ、入力部３２、記憶部３８等に電気的に接続されている。記憶部３８は、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）等の記憶媒体である。
【００５７】
ここで、本発明の特徴部である、強誘電体前駆体液をシリコンウェハ５０上に滴下し、スピンコート法にて強誘電体前駆体膜７２を成膜する構成について説明する。図９は、本発明の一実施形態に用いられる成膜装置を示している。同図において成膜装置８０は、それぞれ異なる強誘電体前駆体液をセット可能な３台（それ以上も可）の加圧タンク８１を備えており、各加圧タンク８１からそれぞれ送液チューブ８２がインラインフィルタ８３を介してスピナーノズル８４近傍に設けられた混合器８５に接続されている。
【００５８】
混合器８５は、各加圧タンク８１から送液されたそれぞれの強誘電体前駆体液を成膜装置８０の図示しない制御システムより指示された任意の比率にて混合した上でスピナーノズル８４に送出する。そして図示しない制御システムに入力されたプログラムの指示により、スピナーノズル８４が装着されたアーム８６、シリコンウェハ５０を保持したスピンドル８７がそれぞれ動作・回転すると共に、混合器８５にて指示された比率で混合された強誘電体前駆体液がスピナーノズル８４から滴下され、シリコンウェハ５０上に強誘電体前駆体膜７２が任意の組成比にてスピンコート成膜される。
【００５９】
さらに本発明による強誘電体前駆体液の成膜方法について、ＰＺＴ膜の成膜を例に述べる。加圧タンク８１−１にはジルコン酸鉛の強誘電体前駆体液（ジルコン酸鉛としての濃度：０．５ｍｏｌ／Ｌ，ジルコニアと鉛の組成比：Ｚｒ／Ｐｂ＝１／１．１）、加圧タンク８１−２にはチタン酸鉛の強誘電体前駆体液（ジチタン酸鉛としての濃度：０．５ｍｏｌ／Ｌ，チタンと鉛の組成比：Ｔｉ／Ｐｂ＝１／１．１）、加圧タンク８１−３には酸化鉛の強誘電体前駆体液（酸化鉛としての濃度：０．５ｍｏｌ／Ｌ）がセットされている。
【００６０】
供給排出ステージ１２に設置された収納部材１４から予め下部電極６０Ｃが形成されているシリコンウェハ５０が位置調整部１６を経て搬送部４０によって成膜装置８０に搬送され、スピンドル８７上にセットされる。続いて、シリコンウェハ５０の下部電極６０Ｃ上に混合器８５によってジルコン酸鉛前駆体液とチタン酸鉛前駆体液とが５９対４１の比で混合された混合前駆体液が滴下され、所定のプログラムに基づいてスピンコートされ、ジルコニアとチタンの組成比（以下Ｚｒ／Ｔｉ比と記す）が５９／４１で化学量論組成に対する鉛過剰量が１０％のＰＺＴ前駆体膜７２ａが形成される。
【００６１】
そしてＰＺＴ前駆体膜７２ａが形成されたシリコンウェハ５０は搬送部４０によって加熱工程に投入され、乾燥及び脱脂された後に冷却部２６に移動して冷却され、第１層目のアモルファス複合酸化物膜が形成される（図１０参照）。第１層目のアモルファス複合酸化物膜が形成されたシリコンウェハ５０は、上述と同様の手順で冷却部２６から成膜装置８０に投入され、Ｚｒ／Ｔｉ比が５３／４７で化学量論組成に対する鉛過剰量が１０％のＰＺＴ前駆体膜７２ｂが形成され、さらにこれが加熱されて第２層目のアモルファス複合酸化物膜が形成される（図１０参照）。
【００６２】
さらにこの第２層目のアモルファス複合酸化物膜の上には、混合器８５によってジルコン酸鉛前駆体液とチタン酸鉛前駆体液及び酸化鉛前駆体液が４７対５３対７の比で混合された混合前駆体液が滴下され、所定のプログラムに基づいてスピンコートされ、４７／５３で化学量論組成に対する鉛過剰量が１５％のＰＺＴ前駆体膜７２ｃを形成し、これを加熱して第３層目のアモルファス複合酸化物膜を形成する。続いて、上述のように３層積層したアモルファス複合酸化物膜を形成させたシリコンウェハ５０をさらに高い温度まで加熱及び焼成してアモルファス複合酸化物膜を結晶化し、第１層目のＰＺＴ結晶膜を得る（図１１参照）。そして、上述のような前駆体膜の成膜から焼成、結晶化のプロセスを結晶膜の厚みが所望の膜厚となるまで繰り返すことにより、所望のＰＺＴ結晶膜を得ることができる（図１２参照）。
【００６３】
上述のような手順にて得られた強誘電体膜のＰＺＴ膜は、Ｚｒ／Ｔｉ比が５３／４７かつ鉛の組成比がＰＺＴの化学量論比を保つと共に、前駆体膜の成膜プロセスにて焼成及び結晶化プロセスにおける複合酸化物の各構成金属元素の移動度や結晶加速度、あるいは揮発性、さらには焼成時における積層界面の影響を考慮して前駆体膜の組成を変化させながら積層成膜しているため、膜内部の組成均一性が高く、強誘電体膜としての特性も高いものとなる。
【００６４】
また、本実施形態では前駆体液としてジルコン酸鉛の前駆体液、チタン酸鉛の前駆体液、酸化鉛の前駆体液を準備し、前駆体膜の成膜回数に応じて混合比（前駆体膜の組成比）を変化させながら成膜を行っている。この前駆体膜の組成は、ＰＺＴの前駆体液と比較して組成も単純であり、各前駆体液の合成コストもＰＺＴのそれと比較して安価である。結果、成膜回数に対応した最適な前駆体膜組成の前駆体液を個別に合成及び準備して成膜するプロセスと比較し、低コストでのＰＺＴ膜の形成が可能となる。
【００６５】
上述の構成によれば、枚葉処理でシリコンウェハ５０を加熱焼成炉に先入れ先出ししつつ所定回数繰り返して行うことから強誘電体前駆体膜に与える熱履歴を均一化することができると共に、成膜回数に応じて最適な組成に変化させた前駆体液をシリコンウェハ５０に滴下して前駆体膜を成膜し、その後の焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行しているので、形成される所定厚さの圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成分布が均一となり、結果特性が向上した強誘電体膜をコスト抑制しつつ得ることができる。
【００６６】
また、収納部材が成膜装置８０にて２４時間で処理可能な枚数だけシリコンウェハ５０を収納するので、生産管理及び工程管理を向上することができる。また、第１の加熱工程と第２の加熱工程とを設けることにより、成膜装置８０の休止時間を最小にすることができ稼働効率を向上させることができる。また、接触加熱方式を用いることにより、ゾル−ゲル液を乾燥するときに発生する揮発分の排出処理を容易化することができる。また、非接触加熱方式を用いることにより、焼成温度の制御を安定的に行うことができると共に、脱脂と焼成とを連続動作で行うことで変位の安定した圧電膜を得ることができる。また、冷却工程において２４時間で処理できるシリコンウェハ５０の数だけを収納可能であるので、成膜装置８０の休止時間を最小にすることができ稼働効率を向上させることができる。さらに、インデックステーブル２７Ａとして８時間で処理できるシリコンウェハ５０を収納可能な３段構成のものを用いることにより、シリコンウェハ５０の管理を容易に行うことができ作業効率を向上することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１４ 収納部材
５０ シリコンウェハ
７２ 強誘電体前駆体膜
８０ 成膜装置
８４ スピナーノズル
８５ 混合器
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特開２００４−２６８４１４号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３５４３号公報
【非特許文献】
【００６９】
【非特許文献１】Ｆ．Ｃａｌａｍｅ ａｎｄ Ｐ．Ｍｕｒａｌｔ“Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｆｒｅｅ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ”ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ９０，０６２９０７＿２００７＿
【非特許文献２】Ｎｉｃｏｌａｓ Ｌｅｄｅｒｍａｎｎ，Ｐａｕｌ Ｍｕｒａｌｔ，Ｊａｃｅｋ Ｂａｂｏｒｏｗｓｋｉ，Ｓａｎｄｒｉｎｅ Ｇｅｎｔｉｌ，Ｋａｐｉｌ Ｍｕｋａｔｉ，Ｍａｒｃｏ Ｃａｎｔｏｎｉ，Ａｎｄｒｅａｓ Ｓｅｉｆｅｒｔ，Ｎａｖａ Ｓｅｔｔｅｒ “｛１００｝−Ｔｅｘｔｕｒｅｄ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｂ（Ｚｒχ，Ｔｉｌ．χ）Ｏ３ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ＭＥＭＳ：ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ１０５（２００３）１６２−１７０
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェハを収納する収納部材を保持する供給工程と、前記供給工程から前記シリコンウェハを搬送する搬送工程と、前記搬送工程によって搬送された前記シリコンウェハの位置を合わせる位置出し工程と、前記シリコンウェハ上に形成された導電層上に強誘電体前駆体膜をスピンコート法により形成する成膜工程と、前記シリコンウェハと共に前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程と、前記焼成工程から排出された前記シリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記成膜工程にて、２種類以上の前駆体液を前記シリコンウェハに滴下して前記前駆体膜を形成する方法であり、複数の前記前駆体液は単一のノズルから滴下すると共に、前記ノズルに複数の前記前駆体液を送り出す送液ライン中には複数の前記前駆体液を任意の比率にて混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じて前記シリコンウェハに滴下する前記前駆体液の混合比を前記混合器により変化させつつ前記前駆体膜を成膜することにより、その後の前記焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して形成される所定厚さの前記圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成成分が均一となるように枚葉処理を行うことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記収納部材は２４時間で処理できる数のシリコンウェハを収納可能であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記焼成工程は第１の加熱工程と第２の加熱工程とで行われることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
第１の加熱工程は接触式加熱方法であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
第２の加熱工程は非接触式加熱方法であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記冷却工程は２４時間で処理できるシリコンウェハの数だけ収納可能であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記冷却工程はインデックステーブルを複数枚積層して構成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記インデックステーブルには８時間で処理できるシリコンウェハの数だけのステージが設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置。
【請求項１０】
シリコンウェハを収納する収納部材を保持する供給工程と、前記供給工程から前記シリコンウェハを搬送する搬送工程と、前記搬送工程によって搬送された前記シリコンウェハの位置を合わせる位置出し工程と、前記シリコンウェハ上に形成された導電層上に強誘電体前駆体膜をスピンコート法により形成する成膜工程と、前記シリコンウェハと共に前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程と、前記焼成工程から排出された前記シリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造装置において、
前記成膜工程にて、２種類以上の前駆体液を前記シリコンウェハに滴下して前記前駆体膜を形成する方法であり、複数の前記前駆体液は単一のノズルから滴下すると共に、前記ノズルに複数の前記前駆体液を送り出す送液ライン中には複数の前記前駆体液を任意の比率にて混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じて前記シリコンウェハに滴下する前記前駆体液の混合比を前記混合器により変化させつつ前記前駆体膜を成膜することにより、その後の前記焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して形成される所定厚さの前記圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成成分が均一となるように枚葉処理を行うことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造装置。
【請求項１】
シリコンウェハを収納する収納部材を保持する供給工程と、前記供給工程から前記シリコンウェハを搬送する搬送工程と、前記搬送工程によって搬送された前記シリコンウェハの位置を合わせる位置出し工程と、前記シリコンウェハ上に形成された導電層上に強誘電体前駆体膜をスピンコート法により形成する成膜工程と、前記シリコンウェハと共に前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程と、前記焼成工程から排出された前記シリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記成膜工程にて、２種類以上の前駆体液を前記シリコンウェハに滴下して前記前駆体膜を形成する方法であり、複数の前記前駆体液は単一のノズルから滴下すると共に、前記ノズルに複数の前記前駆体液を送り出す送液ライン中には複数の前記前駆体液を任意の比率にて混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じて前記シリコンウェハに滴下する前記前駆体液の混合比を前記混合器により変化させつつ前記前駆体膜を成膜することにより、その後の前記焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して形成される所定厚さの前記圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成成分が均一となるように枚葉処理を行うことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記収納部材は２４時間で処理できる数のシリコンウェハを収納可能であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記焼成工程は第１の加熱工程と第２の加熱工程とで行われることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
第１の加熱工程は接触式加熱方法であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
第２の加熱工程は非接触式加熱方法であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記冷却工程は２４時間で処理できるシリコンウェハの数だけ収納可能であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記冷却工程はインデックステーブルを複数枚積層して構成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記インデックステーブルには８時間で処理できるシリコンウェハの数だけのステージが設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置。
【請求項１０】
シリコンウェハを収納する収納部材を保持する供給工程と、前記供給工程から前記シリコンウェハを搬送する搬送工程と、前記搬送工程によって搬送された前記シリコンウェハの位置を合わせる位置出し工程と、前記シリコンウェハ上に形成された導電層上に強誘電体前駆体膜をスピンコート法により形成する成膜工程と、前記シリコンウェハと共に前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程と、前記焼成工程から排出された前記シリコンウェハを冷却する冷却工程とを具備し、一連の動作を所定回数実行することにより圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成するインクジェット記録ヘッドの製造装置において、
前記成膜工程にて、２種類以上の前駆体液を前記シリコンウェハに滴下して前記前駆体膜を形成する方法であり、複数の前記前駆体液は単一のノズルから滴下すると共に、前記ノズルに複数の前記前駆体液を送り出す送液ライン中には複数の前記前駆体液を任意の比率にて混合可能な混合器を備え、成膜回数に応じて前記シリコンウェハに滴下する前記前駆体液の混合比を前記混合器により変化させつつ前記前駆体膜を成膜することにより、その後の前記焼成工程を含めた一連の動作を所定回数実行して形成される所定厚さの前記圧電体層を構成する強誘電体膜の厚さ方向の組成成分が均一となるように枚葉処理を行うことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６３５８０（Ｐ２０１３−６３５８０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３５５２（Ｐ２０１１−２０３５５２）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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