液体吐出ヘッド製造装置、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置
【課題】液体吐出ヘッド間における吐出特性のばらつきを抑制することのできる液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】成膜手段により導電層の形成されたシリコンウェハ上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜工程（Ｓ２０３）と、加熱手段により前記強誘電体前駆体膜を加熱して強誘電体層を形成する加熱工程（Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０７）と、冷却手段により前記加熱されたシリコンウェハを冷却する冷却工程（Ｓ２０８）と、を、一連の処理工程として１枚の前記シリコンウェハごとに所定回数繰り返すように有し、前記加熱工程は、加熱焼成手段により前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程（Ｓ２０７）を含み、前記焼成工程の前に、位置調整手段により前記加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整する位置調整工程（Ｓ２０６）をさらに有する。
【解決手段】成膜手段により導電層の形成されたシリコンウェハ上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜工程（Ｓ２０３）と、加熱手段により前記強誘電体前駆体膜を加熱して強誘電体層を形成する加熱工程（Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０７）と、冷却手段により前記加熱されたシリコンウェハを冷却する冷却工程（Ｓ２０８）と、を、一連の処理工程として１枚の前記シリコンウェハごとに所定回数繰り返すように有し、前記加熱工程は、加熱焼成手段により前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程（Ｓ２０７）を含み、前記焼成工程の前に、位置調整手段により前記加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整する位置調整工程（Ｓ２０６）をさらに有する。
【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、該振動板の表面に圧電素子を形成して、該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である液体吐出ヘッドの製造装置及びその製造方法、並びに液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置等の液体吐出装置の液体吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される）と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子と、を備え、圧電素子に電圧を印加することによって発生したエネルギーを用いて振動板を変位させ、加圧室内のインクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させている。
【０００３】
この液体吐出ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長収縮するもの（縦振動型）とたわみ力を利用したもの（横振動型）の２種類の圧電アクチェーターが実用化されている。その中で、たわみ力を利用した圧電体層ではチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの複合金属酸化物からなる強誘電体膜が用いられる。
【０００４】
このような強誘電体膜はＣＳＤ法(Chemical Solution Deposition: 化学溶液堆積法、またはゾル-ゲル法などとも呼ばれる）によって強誘電体前駆体膜が形成された後、加熱焼成処理で結晶化することにより形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また特許文献１には、加熱焼成処理方法として、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為、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記述されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１による加熱焼成方法によっても、液体吐出ヘッドの吐出特性にばらつきが生じた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、液体吐出ヘッド間における吐出特性のばらつきを抑制することのできる液体吐出ヘッド製造装置、液体吐出ヘッドの製造方法を提供し、また該液体吐出ヘッド製造装置により製造される液体吐出ヘッド、インクジェット記録装置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】
【０００８】
前記課題を解決するために提供する本発明は、下部電極、複数の強誘電体層からなる圧電体及び上部電極がこの順番に積層された圧電素子を有する液体吐出ヘッド製造装置であって、導電層の形成されたシリコンウェハ上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜処理を行う成膜手段と、前記強誘電体前駆体膜を加熱して前記強誘電体層を形成する加熱手段と、前記加熱されたシリコンウェハを冷却する冷却処理を行う冷却手段と、前記加熱手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を調整する位置調整手段と、前記シリコンウェハを搬送する搬送手段と、前記成膜手段による成膜処理、前記加熱手段による加熱処理及び前記冷却手段による冷却処理、の一連の処理を１枚の前記シリコンウェハごとに所定回数繰り返すように、前記成膜手段、前記加熱手段、前記冷却手段、前記位置調整手段及び前記搬送手段を制御する制御手段と、を備え、前記加熱手段は、前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する加熱焼成手段を有し、前記位置調整手段は、１枚の前記シリコンウェハごとに、前記加熱焼成手段による焼成処理の前に、該加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整することを特徴とする液体吐出ヘッド製造装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液体吐出ヘッド製造装置によれば、１枚のシリコンウェハごとに、所定回数繰り返し行われる焼成処理のたびごとに、該焼成処理前に位置調整手段が加熱焼成手段に対するシリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整するので、シリコンウェハ面内の焼成温度の均一化を図ることができ、その結果、液体吐出ヘッドの吐出特性のばらつきをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッド製造装置の構成例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る液体吐出ヘッドの幅方向の構成を示す断面概略図である。
【図３】図２の液体吐出ヘッドにおける圧電体の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る液体吐出ヘッド製造装置の構成を示す平面図である。
【図５】図４の液体吐出ヘッド製造装置における第３加熱部の構成を示す断面図である。
【図６】図４の液体吐出ヘッド製造装置における冷却部の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法における処理パターンの工程図である。
【図８】第３加熱部にシリコンウェハが挿入された状態を示す概略図である。
【図９】第３の加熱工程の前に位置調整工程を設けない場合のシリコンウェハ面内の温度分布状態を示す概略図である。
【図１０】第３の加熱工程の前に位置調整工程を設けた場合のシリコンウェハ面内の温度分布状態を示す概略図である。
【図１１】本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法における圧電体形成に関する工程図である。
【図１２】本発明の液体吐出ヘッドを用いた液体カートリッジの外観図である。
【図１３】本発明に係るインクジェットプリンタの外観図である。
【図１４】図１３のインクジェットプリンタの機構部の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ところで、ＣＳＤ法による複合酸化物材料、特に強誘電体材料の成膜を行う場合、複数枚のシリコンウェハ上の強誘電体前駆体膜を同時に焼成しようとすると次のような問題が発生する。例えば、複数のシリコンウェハを拡散炉に入れた状態で拡散炉を加熱して強誘電体前駆体膜を焼成しようとすると、拡散炉の温度上昇に時間がかかってしまい、強誘電体前駆体膜が良好に結晶化しないという問題がある。又、例えばあらかじめ加熱した拡散炉に複数枚のシリコンウェハを順次挿入して焼成しようとすると、全てのシリコンウェハを挿入するまでに時間がかかってしまうため、各シリコンウェハへの熱のかかり方にバラツキが生じ、シリコンウェハ上に形成されている圧電素子の電極となる金属層にかかる熱履歴にもバラツキが生じてしまう。そして、この熱履歴のバラツキによって金属層の硬度にバラツキが生じ、圧電素子の駆動による振動板の変位にバラツキが生じてしまい均一なインク吐出特性が得られないという問題が生じる。
【００１２】
これらの問題を解決するために、特許文献１では、一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前記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前記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とを所定回数実行することにより前記圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成し、且つ前記所定回数の焼成工程を終了後に前記金属層にかかった熱履歴が均一になるように、各焼成工程毎に前記ステージの入れ替えを行っている。しかしながら、これでは各焼成工程毎における熱履歴は均一にはならない。さらに、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先入れ後出ししているために、たとえ挿入の順番を１回ごと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だけの差が出てしまう。また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が解決されなかった。
【００１３】
発明者らは、前述した課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、強誘電体層を形成する際の加熱焼成処理を１枚のシリコンウェハごとに行う枚葉処理を行えばシリコンウェハにかかる熱履歴の均一化を図ることができることを見出した。しかしながら、この場合の加熱焼成処理が全処理工程における律速となり、製造時間がかかり過ぎた。
そこで、加熱焼成処理の詳細について調査したところ、加熱焼成処理では、強誘電体前駆体膜の溶媒を除去する乾燥処理、強誘電体前駆体膜に含まれる有機物を熱分解する処理、強誘電体前駆体膜を結晶化させる焼成処理を段階的に行っていることを把握した。また、前述した液体吐出ヘッドの吐出特性のばらつき問題に関し、これらの加熱焼成処理のうち、焼成処理においてシリコンウェハ内で加熱温度の分布が影響を与えることも把握した。
そこで発明者らは、これらの知見を基に前述した課題を解決すべく鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。
【００１４】
以下に、本発明に係る液体吐出ヘッド製造装置、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置の一実施の形態における構成について図面を参照して説明する。なお、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有り特に電気的入力を機械的な変位に変換する材料が該当する。
【００１５】
（液体吐出ヘッド）
まず、圧電素子を備えた液体吐出ヘッド１の構成例を説明する。
図１に、本発明に係る液体吐出ヘッドの一部を断面にて示した分解斜視図を示す。また図２に、本発明に係る液体吐出ヘッドの幅方向の断面概略構成を示す。なお、図２では単一の圧力室（個別液室、加圧液室ともいう）５０６を示しているが、液体吐出ヘッドは図１に示すとおり圧力室基板５０３の隔壁部５０３ａで区画されることにより、図２中では左右方向に圧力室５０６が配列する構造をとる。
【００１６】
液体吐出ヘッド１は、インクを吐出する液滴吐出孔であるノズル５０５を有するノズル板５０４と、複数の圧力室５０６、振動板５４０、圧電素子５０１が形成され、複数の強誘電体層が積層されてなる圧電体５２の駆動のための駆動回路が搭載されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）５７３を有する圧力室基板５０３と、圧電素子保護空間５７４を配した保持基板５７２との３枚の基板を重ねた積層構造となっている。なお、圧力室基板５０３と保持基板５７２との積層体が、後述するシリコンウェハを複数に分割することにより得られるシリコンチップである。
【００１７】
圧力室基板５０３は、Ｓｉ基板上に積層膜により振動板５４０が形成されている。本実施形態における振動板５４０はＳＯＩ基板を用いてＳｉ基板の片側面にシリコン酸化膜、シリコン活性膜、シリコン酸化膜を堆積させたものである。また、その上に複数の圧電素子５０１を設けており、更に該複数の圧電素子５０１それぞれに対応する圧力室５０６、該圧力室５０６に液体を供給する為の流体抵抗部（供給路）５３２、共通液室５３３を形成している。
【００１８】
ノズル板５０４は、例えばニッケル高速電鋳法を用いて厚さ２０μｍに形成したニッケル基板であり、圧力室基板５０３の面部に圧力室５０６それぞれに対応して連通するように設けられたノズル５０５を有する。
【００１９】
保持基板５７２は、圧電素子５０１の保護及び変位を妨げないための圧電素子保護空間５７４と液滴であるインクが外部から共通液室５３３へ供給するためのインク供給部５３３ａを形成した基板である。
【００２０】
なお、圧力室５０６は、振動板５４０と、液室基板５０３の壁面（隔壁部５０３ａ）と、ノズル５０５が設けられるノズル板５０４と、で囲まれた空間である。
【００２１】
また、振動板５４０の圧力室５０６とは反対面側に、下部電極５１，圧電体５２，上部電極５３が積層されてなる圧電素子５０１が形成されている。また、圧力室５０６の振動板５４０に対向する板面がノズル板５０４となっている。
【００２２】
このように構成された液体吐出ヘッド１において、各圧力室５０６内に液体、例えば記録液（インク）が満たされた状態で、図示しない制御部から画像データに基づいて、発振回路により、記録液の吐出を行いたいノズル５０５に対応する上部電極５３に対して、所定（例えば２０Ｖ）のパルス電圧を印加する。この電圧パルスを印加することにより、圧電体５２は、電歪効果により圧電体５２そのものが振動板５４０と平行方向に縮むことにより、振動板５４０が圧力室５０６側に凸となるように撓むことになる。これにより、圧力室５０６内の圧力が急激に上昇して、圧力室５０６に連通するノズル５０５から記録液が吐出されるようになる。次に、パルス電圧印加後は、縮んだ圧電体５２が元に戻ることから撓んだ振動板５４０は、元の位置に戻るため、圧力室５０６内が共通液室５３３内に比べて負圧となり、共通液室５３３から流体抵抗部５３２を通って記録液が圧力室５０６に供給される。
以上の動作制御を繰り返すことにより、液体吐出ヘッド１は液滴を連続的に吐出でき、液体吐出ヘッド１に対向して配置された被記録媒体（用紙）に画像を形成することが可能となる。
【００２３】
図２に示すように、液体吐出ヘッド１は、Ｓｉ基板上に形成された振動板５４０と、該振動板５４０上に、下部電極５１，圧電体５２，上部電極５３がこの順番で積層されてなる圧電素子５０１と、を備え、圧電素子５０１及び振動板５４０からなる圧電アクチュエータを用いてノズル板５０４の基板面部に設けた液滴吐出孔であるノズル５０５から液滴を吐出させるものである。
【００２４】
ここで、ノズル板５０４は、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ｓｉなどの金属または無機材料、ＰＩ（ポリイミド）などの樹脂材料にノズル５０５を形成して構成され、図示していない接着剤または陽極接合等の他の接合手段によって圧力室基板５０３に接合されるものである。
【００２５】
圧力室基板５０３は、必要とされる機械的強度および化学的耐性を備えた加工しやすい材料であるＳｉ基板（シリコンウェハ）から作られる。Ｓｉ基板を用いる場合、フォトリソグラフィとエッチング法による加工に、いわゆる半導体プロセスを用いることができるため、圧力室配列の高集積化が可能となる。
【００２６】
振動板５４０は、圧電素子５０１による変位の範囲内で弾性変形する材質とすることが必要である。材質としては、無機材料、有機材料の薄膜が用いられるが、電極との密着性を考慮すると無機材料を用いることが好ましい。無機材料としては、金属、合金、半導体、誘電体等の任意の材料を用いることができる。材料は加工方法から最適のものを選定することができ、圧力室基板５０３にＳｉを用いた場合は、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，他結晶Ｓｉを用いることが好ましい。一般にはＳｉの熱酸化膜とするケースが多い。また、これらの積層膜とすることで、残留応力を相殺する構造をとることができる。また、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等の誘電体材料は化学的に安定であり、吐出するインクに接触しても、インクによる腐食による振動板５４０の破壊を防止することができる。さらに、これらの薄膜の成膜技術は半導体プロセスで確立された技術であるため、安定した振動板５４０を得ることができる。
【００２７】
振動板５４０の厚さは、材料の剛性や形成方法から最適化することが好ましいが、前述の無機材料（ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４）を用いた場合、１〜５μｍの範囲とすることが好ましい。例えばまず、Ｓｉ基板上に振動板５４０となる絶縁物を形成し、その後圧力室５０６などの液室となる空洞をエッチングにより形成後、必要な厚みに研磨される。エッチングの際は絶縁物層がストップ層となる。
【００２８】
下部電極５１は、複数の圧電素子５０１における共通電極であり、共通電極配線（不図示）と接続している。
【００２９】
また、下部電極５１は、例えば圧電体５２を構成する強誘電体層の配向性を制御するために（１１１）結晶配向した薄膜であり、下部電極５１を構成する材料としては、任意の導電性材料を用いることができる。導電材料としては、金属、合金、導電性化合物等を用いることができるが、強誘電体層の成膜方法により耐熱性の高い電極材料を用いることが好ましい。通常強誘電体層は成膜後に結晶化させるプロセスが必要であり、一般的な圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合、結晶化プロセス温度は５００℃〜８００℃となることが一般的である。そのため、圧電素子に用いられる材料は高融点であると同時に高温で隣接する振動板５４０や圧電材料と化合物を形成しない安定性の高い材料であることが必要である。これらの材料としてはＰｔ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ａｕ等の反応性が低く高融点である金属やその合金を用いることが好ましい。このうち、一般的に強誘電体層を構成する代表的材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）と格子定数が近く酸化しにくい貴金属であるＰｔが最も多く使用されている。また、高温安定性の高い化合物導電材料を用いても良い。これらの化合物導電材料としては、任意の複合酸化物を用いることができる。例えば、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＯ、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３、（ＳｒｘＣａ１−ｘ）ＲｕＯ３等の白金族金属含有導電性酸化物やＬａＮｉＯ３などが挙げられる。
【００３０】
下部電極５１の膜厚は電極に必要とされる電気抵抗により任意に設定することができるが、１００ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。
【００３１】
強誘電体層を構成する材料としては、ペロブスカイト型結晶構造を有し化学式ＡＢＯ３で示すことのできる複合酸化物を用いることができる。ここで、Ａサイトの元素としてはＰｂ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｓｒ、Ｂｉ、ＮａおよびＫなどである。また、Ｂサイトの元素としてはＣｄ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｚｎ、ＷおよびＹｂなどである。この中でも、Ａには鉛（Ｐｂ）、Ｂにジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）の混合を適用したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が多く用いられている。この材料は、温度特性，圧電特性に優れているため、高信頼性、高安定性の圧電素子５０１を得ることができる。ＰＺＴの他には、鉛を使用しないという環境的な利点があり変位量が大きく原料が安価であり使用実績が多いものとしては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を用いることができる。
【００３２】
圧電体５２の膜厚は所望の特性により最適値を設定することができるが、０．１μｍから５μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３３】
さらに圧電体５２は圧力室５０６ごとに個別に形成される必要があり、個別液室幅よりも圧電体幅を狭くする必要がある。それにより、剛性の高い圧電体５２の膜が形成されない部分が圧力室５０６上に形成され、振動変位する領域を確保することができる。そのため、圧電体５２のパターニング(圧力室５０６ごとの分離)が重要である。
【００３４】
上部電極５３は、圧力室５０６ごとに形成される圧電体５２の上方に形成される。また上部電極５３は、複数の圧電素子５０１ごとに設けられる個別電極であり、個別電極配線（不図示）と接続している。該個別電極配線は複数の圧電素子５０１それぞれの上部電極５３と個別に導通しており、駆動信号入力部（不図示）から個別電極配線を通じてそれぞれの圧電素子５０１に駆動信号が入力される。
【００３５】
上部電極５３を構成する材料としては、下部電極５１の場合と同じ材料群のいずれかを用いることができる。すなわち、上部電極５３の材料は任意の導電性材料を用いることが可能である。導電材料としては、金属、合金、導電性化合物等が挙げられるが、金属または合金を用いることが好ましい。その際、圧電体５２との密着性を考慮した材料を選定する必要がある。また、圧電材料に含まれるＰｂ等の材料と反応・相互拡散し合金を形成する材料は好ましくない。さらに、圧電材料に含まれる酸素等と反応する材料も好ましくない。従って、反応性の低い安定した材料を用いるのが好ましい。これらの材料としては、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｐｄまたはこれらの合金，固溶体を例として挙げられる。
【００３６】
また、上部電極５３の幅は圧電体５２の幅より狭くすることが好ましい。圧電体５２端部まで上部電極５３を形成した場合、圧電体５２端部の電界集中により、下部電極５１−上部電極５３間の放電現象に繋がる可能性があり、圧電素子５０１の信頼性を著しく損なう可能性がある。
【００３７】
このような構成の液体吐出ヘッド１は、つぎの工程により製造する。
すなわちまず、図３に示すように、圧力室基板５０３となるシリコンウェハ３９上に、圧電素子５０１の下部電極５１となる導電層を形成した後に、複数の強誘電体層（強誘電体層５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，・・・５２ｎ）を積層させて所望の膜厚となる圧電体５２を形成する。そして更に、上部電極５３となる導電層（図３では省略）を形成する。ついで、それらの層をパターニングする。これにより、図１及び図２に示す圧電素子５０１をシリコンウェハ３９上に形成することができる。つぎに、図１に示す保持基板５７２の設置を行う。
【００３８】
そして、圧電素子５０１の設けられた圧力室基板５０３と保持基板５７２の積層体であるシリコンウェハ３９を、ダイシングソー等により切断し、複数のシリコンチップに分割する。ついで、各シリコンチップに図１に示すノズル板５０４の接合や駆動部等の各種部材の搭載や加工等を行い、複数の液体吐出ヘッド１を製造する。
【００３９】
本発明の液体吐出ヘッド１は、後述する液体吐出ヘッド製造装置により製造されることによりシリコンウェハ面内あるいはシリコンウェハ間の熱履歴の均一化を図ることができるので、ロット間のばらつきなく安定した吐出特性を有する。
【００４０】
（液体吐出ヘッド製造装置及び製造方法）
図４は、本発明に係る液体吐出ヘッド製造装置（以下、単に「製造装置」と称する。）の構成例を示す平面図である。本発明の製造装置１００は、液体吐出ヘッド１に設けられる圧電素子５０１の圧電体５２を形成する装置である。具体的には、複数のシリコンチップに分割されるシリコンウェハ３９を１枚ずつ搬送し、シリコンウェハ３９に圧電体５２となる強誘電体層の積層体を形成する枚葉式自動成膜装置である。
【００４１】
図４に示すように、本発明の製造装置１００は、供給排出ステージ１０、収納部材１１、搬送部１２、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８、温湿度制御部１９、主制御部２０を含んで構成されている。
【００４２】
収納部材１１は、下部電極５１となる導電層が形成されたシリコンウェハ３９を収納し、さらに製造装置１００により複数の強誘電体層が積層された後のシリコンウェハ３９を収納する部材である。また、収納部材１１には、導電層の形成されたシリコンウェハ３９について所定時間で処理可能な枚数分（例えば、２４枚）を１ロット分として収納することで、個別のシリコンウェハ３９や生産状況の管理をやりやすくしている。例えばシリコンウェハ３９の管理とは、製造装置１００内に流動しているシリコンウェハ３９に管理番号をつけ製造履歴をシーケンス制御により管理しモニター表示することである。
供給排出ステージ１０は、これらの収納部材１１を支持する。
【００４３】
搬送部１２は、製造装置１００の中心部に配置され、保持部１２ａとレール１２ｂを備えている。
【００４４】
保持部１２ａは、シリコンウェハ３９を１枚ずつ保持し、レール１２ｂに沿ってレール長手方向に移動して、供給排出ステージ１０、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８の間でシリコンウェハ３９を搬送するものである。
【００４５】
レール１２ｂは、供給排出ステージ１０、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７の配列方向に長い長尺状のレール部材である。図４では、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６が一列に配列され、供給排出ステージ１０、第３加熱部１７が配列され、冷却部１８がレール１２ｂの一方の端部側に配置されている。これにより、搬送部１２は、供給排出ステージ１０、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８の間で、短時間にシリコンウェハ３９を搬送することができる。
【００４６】
したがって、搬送部１２によるシリコンウェハ３９の搬送としては、例えば保持部１２ａがレール１２ｂに沿って供給排出ステージ１０の収納部材１１まで移動して、収納部材１１からシリコンウェハ３９を１枚取り出し、続いて保持部１２ａが該シリコンウェハ３９を保持した状態で位置調整部１３まで移動しそのシリコンウェハ３９を搬入することを行う。また、主制御部２０の制御による搬送部１２の駆動により、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８の間をシリコンウェハ３９が１枚ずつ搬送される。
【００４７】
位置調整部１３は、シリコンウェハ３９の中心位置やオリフラ（オリエーションフラット）を、予め定めた方向及び予め定めた位置に位置合わせして位置調整する。この位置調整されたシリコンウェハ３９の予め定められた領域を、搬送部１２で保持して搬送し、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８等の各部へ搬送する。これによって、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８等の各部には、位置調整されたシリコンウェハ３９が搬送される。なお、位置調整部１３は、第３加熱部１７の加熱部３２ａ，３２ｂ（後述）に対するシリコンウェハ３９の板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハ３９の位置とは異なるように調整する機能を有する。
【００４８】
また、位置調整部１３において、同時に位置調整可能なシリコンウェハ３９の数は、１枚である。位置調整部１３には、位置制御部（不図示）が設けられている。該位置制御部は、主制御部２０に電気的に接続されている。位置制御部は、位置調整部１３の装置各部を駆動する駆動部（不図示）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って、シリコンウェハ３９の位置合わせを行う。
【００４９】
搬送部１２は、位置調整部１３で中心位置及びオリフラ位置の調整がされたシリコンウェハ３９を次工程の成膜部１４に搬送し、この搬送が完了すると２枚目のシリコンウェハ３９を収納部材１１から位置調整部１３に搬送する。このような動作を連続で繰り返すことで休止時間を最小にすることができる。
【００５０】
成膜部１４は、シリコンウェハ３９の導電層または前回形成された強誘電体前駆体膜、あるいは前回形成された強誘電体層上に、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５２の構成材料として挙げた前記圧電材料を溶媒に溶解した溶液である。一度の塗布で形成する強誘電体前駆体膜の膜厚は１００ｎｍ程度が好ましい。
【００５１】
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にし、これらの出発材料を、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。
【００５２】
成膜部１４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、スピンコード法が用いられる。
【００５３】
成膜部１４には、この成膜条件を調整するための成膜制御部（不図示）が設けられている。成膜制御部は、主制御部２０に電気的に接続されており、主制御部２０の制御によって、シリコンウェハ３９上に強誘電体前駆体膜を成膜する。なお、成膜部１４では、同時に成膜可能なシリコンウェハ３９の数は１枚とされている。
【００５４】
また、成膜部１４には、成膜前にシリコンウェハ３９の表面、裏面及びエッジを洗浄する洗浄部を有している。この洗浄により、強誘電体前駆体膜の膜間にゴミ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。
成膜部１４で成膜が完了したシリコンウェハ３９は搬送部１２により第１加熱部１５に搬送される。
【００５５】
第１加熱部１５は、加熱乾燥手段であって、成膜部１４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って、該強誘電体前駆体膜に含まれる溶媒を蒸発させて強誘電体前駆体膜を乾燥する。第１加熱部１５には、主制御部２０に電気的に接続された第１加熱制御部（不図示）が設けられている。主制御部２０は、第１加熱制御部を制御することによって、第１加熱部１５内を所定の乾燥温度に保持する。第１加熱部１５の構成は、第１加熱部１５内に搬送されてきたシリコンウェハ３９の強誘電体前駆体膜に熱を加えることが出来る構成であればよく、限定されない。例えば、第１加熱部１５としては、ホットプレート等の加熱部材を直接シリコンウェハ３９に接触させる接触加熱方式の装置が挙げられる。
乾燥処理が完了したシリコンウェハ３９は搬送部１２により第２加熱部１６に搬送される。
【００５６】
第２加熱部１６は、加熱脱脂手段であって、第１加熱部１５より高い第２の温度で強誘電体前駆体膜を加熱する装置である。具体的には、第２加熱部１６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って脱脂する脱脂処理を行う。なお、脱脂とは、強誘電体前駆体膜に含まれる有機物（有機成分）を熱分解させて、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させる（除去する）ことである。
【００５７】
第２加熱部１６には、第２加熱制御部（不図示）が設けられており、第２加熱部１６内の温度条件を調整する。具体的には、第２加熱制御部は、第２加熱部１６内の温度を、前記脱脂処理可能な温度に一定時間保持する等の、第２加熱部１６内の温度条件を調整する。第２加熱部１６は、主制御部２０に電気的に接続されており、主制御部２０の制御によって、第２加熱部１６内の温度制御を行う。
【００５８】
第２加熱部１６としては、第２加熱部１６内に搬送されてきたシリコンウェハ３９の強誘電体前駆体膜に、前記脱脂処理可能な温度（第２の温度）の熱を加えることが出来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１６としては、例えば、ホットプレートを加熱装置として用い、脱脂条件により加熱面（ホットプレート面）にシリコンウェハ３９を直接接触させて加熱する接触式加熱方法や、ホットプレート面とシリコンウェハ３９との間に微小な隙間を保った状態で加熱する非接触式加熱方法のいずれかの方法で行う。
【００５９】
このときシリコンウェハ３９の基板種によっては成膜工程を経ることで、片面のみにＰＺＴ膜等の強誘電体前駆体膜が堆積するので、シリコンウェハ３９とＰＺＴ膜の熱膨張率差に起因したウェハの反りが発生してくる場合があり、ホットプレート面との接触加熱ではシリコンウェハ３９の均一過熱が阻害されるようになる。従って、ホットプレート面とシリコンウェハ３９に０．１ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間を設けて、非接触式加熱方法で脱脂処理を行うとよい。
【００６０】
また、第２加熱部１６は、図４に示すように、２台の加熱（脱脂）処理装置を配置している。これにより、脱脂処理は乾燥処理よりも２倍の処理時間を要するところ、脱脂工程としては乾燥工程とタクトを略等しくすることができる。
脱脂処理が完了したシリコンウェハ３９は搬送部１２により冷却部１８又は第３加熱部１７に搬送される。
【００６１】
第３加熱部１７は、加熱焼成手段であって、第２加熱部１６より高い第３の温度で強誘電体前駆体膜を加熱する装置である。具体的には、第３加熱部１７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って強誘電体前駆体膜を結晶化させる焼成処理を行う。
【００６２】
第３加熱部１７には、第３加熱制御部（不図示）が設けられており、第３加熱部１７内の温度条件を調整する。具体的には、第３加熱制御部は、第３加熱部１７内の温度を、前記焼成処理可能な温度に一定時間保持する等の、第３加熱部１７内の温度条件を調整する。第３加熱部１７は、主制御部２０に電気的に接続されており、主制御部２０の制御によって、第３加熱部１７内の温度制御を行う。
【００６３】
第３加熱部１７としては、第３加熱部１７内に搬送されてきたシリコンウェハ３９の強誘電体前駆体膜に、焼成処理可能な温度（第３の温度）の熱を加えることが出来る構成であればよく、その構成は限定されない。第３加熱部１７としては、例えば赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置等の非接触加熱方式の装置を用いることができる。図５に、第３加熱部１７の具体的な構成例を示す。
【００６４】
第３加熱部１７は、一対のフレーム３０及びフレーム３１を備えている。フレーム３０及びフレーム３１は、一面が開口した箱状となっており、この開口面が互いに対向するように配置されている。また、これらのフレーム３０，３１は、図示を省略する支持部材によって支持されており、図５（Ａ）に示すように、フレーム３０とフレーム３１とが離間した状態（以下、離間状態と称する）、または図５（Ｂ）に示すようにフレーム３０とフレーム３１とが互いの開口面を覆うように接触した状態（以下、接触状態と称する）、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。なお、これらのフレーム３０，３１を駆動する駆動部（不図示）は、第３加熱制御部に電気的に接続されており、第３加熱制御部の制御によって、上記離間状態または上記接触状態の何れかの状態となるように制御される。
【００６５】
フレーム３０及びフレーム３１の内部の空間３５Ａ内には、図示を省略する支持部材によって支持されたホルダー３４が設けられている。ホルダー３４は、空間３５Ａ内に搬送されてきたシリコンウェハ３９を空間３５Ａ内で支持する。このホルダー３４は、第３加熱制御部に電気的に接続されており、主制御部２０の制御によってシリコンウェハ３９を保持した保持状態、またはシリコンウェハ３９の保持を解除した解放状態の何れかの状態に制御される。
【００６６】
また、フレーム３０及びフレーム３１内の空間３５Ａには、加熱部３２ａ，３２ｂが設けられている。これらの加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂとしては、加熱機構を有するものであれば限定されないが、例えば、赤外線ランプが挙げられる。これらの加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂは、第３加熱制御部に電気的に接続されており、第３加熱制御部の制御によって加熱条件が制御される。
【００６７】
各フレーム３０及びフレーム３１内には、冷却回路３３ａ及び冷却回路３３ｂが設けられている。これらの冷却回路３３ａ及び冷却回路３３ｂは、第３加熱制御部に電気的に接続されており、第３加熱制御部の制御によってフレーム３０及びフレーム３１内を冷却する。
【００６８】
図５に示す第３加熱部１７では、以下の焼成処理を行う。
（Ｓ１１） 第２加熱部１６で脱脂処理が行われた強誘電体前駆体膜を有する１枚のシリコンウェハ３９が位置調整部１３により位置調整された後に搬送部１２により搬送されてくると、第３加熱制御部の制御によりフレーム３０及びフレーム３１が離間した状態となり、シリコンウェハ３９を空間３５Ａ内に挿入する（図５（Ａ））。
（Ｓ１２） そして、シリコンウェハ３９が空間３５Ａ内に位置すると、第３加熱制御部の制御によって、該シリコンウェハ３９をホルダー３４によって保持し、フレーム３０及びフレーム３１を接触状態とする（図５（Ｂ））。ついで、第３加熱制御部の制御によって、加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂを、強誘電体前駆体膜に焼成処理可能な温度（第３の温度）の熱を加えることができる条件に応じた温度にまで昇温させる。なお、このとき加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂの何れか一方のみで加熱してもよいし、双方で加熱してもよい。
（Ｓ１３） そして、第３加熱制御部は、予め定めた焼成時間が経過した後に、加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂによる加熱を停止し、冷却回路３３ａ及び冷却回路３３ｂに冷却媒体を供給するように制御する（図５（Ｃ））。これによって、フレーム３０及びフレーム３１を冷却し、空間３５Ａ内のシリコンウェハ３９を冷却する。
（Ｓ１４） そして、第３加熱制御部は、該冷却媒体を供給するように制御してから予め定めた温度までの冷却に要する時間を経過したときに、フレーム３０及びフレーム３１を離間状態に制御する。そして、第３加熱制御部は、焼成処理終了を示す信号を、主制御部２０に出力すると共に、ホルダー３４を解放状態とし、シリコンウェハ３９を排出する（図５（Ｄ））。
【００６９】
従来のように、脱脂処理と焼成処理を１つの工程として連続して行うと、かなりの時間を要していたが、本発明では、脱脂処理を行う第２加熱部１６と焼成処理を行う第３加熱部１７に工程を分離することにより、各工程のタクトを合わせることが容易となり、生産性を向上させることができる。
焼成処理が完了したシリコンウェハ３９は搬送部１２により冷却部１８に搬送される。
【００７０】
このように第３加熱部１７は枚葉処理を行う装置であるため、常に予め設定されている焼成条件で制御されて各強誘電体前駆体膜の焼成条件にバラツキが生じないことから安定した結晶化が行われ、変位性能の安定した圧電素子の製造が可能となる。なお、図５では、シリコンウェハ３９の供給部３５Ｃと排出部３５Ｂがそれぞれ別個に設けられているが、供給部、排出部を同じ箇所に設けてもかまわない。
【００７１】
冷却部１８は、第２加熱部１６または第３加熱部１７によって加熱されたシリコンウェハ３９を冷却する装置である。また冷却部１８は、複数のシリコンウェハ３９を保持可能な構成となっており、保持したシリコンウェハ３９を製造装置１００内の温度（例えば室温）にまで自然冷却する。なお、製造装置１００内の温度は、冷却部１８に隣接して配置された温湿度制御部１９により最適な状態に制御されている。このとき、温湿度制御部１９は、主制御部２０に電気的に接続されており、製造装置１００内の温湿度条件を制御している。
【００７２】
図６に、冷却部１８の構成例を示す。
冷却部１８は、図６に示すように、円盤状のインデックステーブル４０が該円盤盤面の垂直方向に複数段（図６では３段）配置されている。これらの複数のインデックステーブル４０は、間隔を空けて複数配列されており、円盤の周方向（図６中、矢印Ｃ方向）に回転可能に設けられている。なお、冷却部１８には、回転制御部（不図示）が設けられており、この回転制御部の駆動によって、各インデックステーブル４０が周方向に回転可能に設けられている。なお、この回転制御部は、温湿度制御部１９に電気的に接続されている。
【００７３】
各インデックステーブル４０には、シリコンウェハ３９を１枚ずつ保持するステージ４１が設けられている。一段のインデックステーブル４０に所定枚数（例えば８枚）のシリコンウェハ３９を保持するステージ４１を設けており、インデックステーブル４０全体で、所定時間で処理可能な枚数分（例えば２４枚）のシリコンウェハ３９が１ロットとして保持される。これにより、製造装置１００の休止時間を最小とすることができる。
【００７４】
主制御部２０は、製造装置１００に設けられた装置各部に電気的に接続されており、所定の製造処理を実行するプログラムにしたがって装置各部を制御するものである。具体的には、主制御部２０は、供給排出ステージ１０、搬送部１２、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８、温湿度制御部１９等に電気的に接続されており、後述する液体吐出ヘッドの製造方法に従って制御を行う。
【００７５】
以上の構成により、本発明の製造装置１００によれば、複数の強誘電体層を積層して圧電体５２を形成する場合に、１枚のシリコンウェハごとに加熱焼成処理を行うのでシリコンウェハ間の熱履歴の均一化を図ることができ、かつ強誘電体前駆体膜について行う加熱焼成処理を３つの加熱処理に分割し、分割した３つの加熱処理を３つの加熱部（第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７）それぞれで独立して実行するので製造のタクトタイムの向上を図ることができる。
さらに、本発明の製造装置１００によれば、１枚のシリコンウェハごとに、所定回数繰り返し行われる焼成処理のたびごとに、該焼成処理前に位置調整手段（位置調整部１３）が加熱焼成手段（第３加熱部１７）に対するシリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整するので、シリコンウェハ面内の焼成温度の均一化を図ることができ、その結果、液体吐出ヘッドの吐出特性のばらつきをなくすことができる。
【００７６】
つぎに、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、前述した製造装置１００を用いて液体吐出ヘッド１に設けられる圧電素子５０１の圧電体５２を形成する方法であり、導電層の形成されたシリコンウェハ３９上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜工程と、前記強誘電体前駆体膜を加熱して乾燥する第１の加熱工程と、前記乾燥した強誘電体前駆体膜を加熱して該強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を除去する第２の加熱工程と、前記有機成分が除去された強誘電体前駆体膜を加熱して焼成し前記強誘電体層を形成する第３の加熱工程と、前記有機成分が除去された強誘電体前駆体膜または前記強誘電体層を冷却する冷却工程と、を有し、１枚の前記シリコンウェハごとに、前記成膜工程、前記第１の加熱工程、前記第２の加熱工程、前記第３の加熱工程及び前記冷却工程を適宜組み合わせて処理を実行することを特徴とするものである。
【００７７】
ここで、成膜工程は、成膜部１４により導電層の形成されたシリコンウェハ３９上に強誘電体前駆体膜を成膜する工程である。
また、第１の加熱工程は、第１加熱部１５により前記強誘電体前駆体膜を加熱して溶媒を蒸発させて乾燥処理を行う工程である。
また、第２の加熱工程は、第２加熱部１６により前記乾燥した強誘電体前駆体膜を加熱して該強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を除去する脱脂処理を行う工程である。
また、第３の加熱工程は、第３加熱部１７により前記有機成分が除去された強誘電体前駆体膜を加熱して焼成し前記強誘電体層を形成する焼成処理（結晶化処理）を行う工程である。
また、冷却工程は、冷却部１８により第２の加熱工程後のシリコンウェハ３９または第３の加熱工程後のシリコンウェハ３９を冷却する工程である。
【００７８】
図７，図８を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の詳細を説明する。
まず本発明の液体吐出ヘッドの製造方法では、前記成膜工程、前記第１の加熱工程、前記第２の加熱工程及び前記冷却工程をこの順番で１枚の前記シリコンウェハごとに行う処理パターンＡを所定回数繰り返して実行し、ついで前記成膜工程、前記第１の加熱工程、前記第２の加熱工程、前記第３の加熱工程及び前記冷却工程をこの順番で１枚の前記シリコンウェハごとに行う処理パターンＢを実行する。
【００７９】
詳しくは、処理パターンＡは、図７（ａ）に示すように行う。なおここでは、従来技術として知られている（非特許情報：Ｋ．Ｄ．Ｂｕｄｄ ｅｔ ａｌ．，Ｓｏｌ−ｇｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ＰｂＴｉＯ３，ＰｂＺｒＯ３，ＰＺＴ ａｎｄ ＰＬＺＴ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ，Ｂｒｉｔ．Ｃｅｒ．Ｓｏｃ．Ｐｒｏｃ．，ｖｏｌ．３６，１９８５，ｐｐ．１０７−１２１）に記されている方法で、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の強誘電体層を形成する例を合わせて示す。
【００８０】
（Ｓ１０１） 位置調整部１３により、搬送されてきたシリコンウェハ３９の中心位置やオリフラを、予め定めた方向及び予め定めた位置に位置合わせする（ウェハ位置調整工程）。
（Ｓ１０２） ついで、中心位置及びオリフラの位置調整されたシリコンウェハ３９を成膜部１４に搬送し、まずシリコンウェハ３９の表面、裏面及びエッジを洗浄する（ウェハ洗浄工程）。
（Ｓ１０３） 成膜部１４により、洗浄後のシリコンウェハ３９の導電層または前回形成された強誘電体前駆体膜、あるいは前回形成された強誘電体層上に、ゾルゲル前駆体溶液を塗布して強誘電体前駆体膜を成膜する（塗布工程）。
【００８１】
このとき使用するゾルゲル前駆体溶液は、例えばＰＺＴ前駆体溶液を用いる。このＰＺＴ駆体溶液の調製には、例えば出発材料として酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマルブトキシドジルコニウムを、共通溶媒としてメトキシエタノールを用い、まず酢酸鉛三水和物をメトキシエタノールに溶解、溶液温度１３０℃で蒸留することで脱水し、酢酸鉛のメトキシエタノール溶液を作製した。ついで、イソプロポキシドチタン、ノルマルブトキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、１３０℃で還流、蒸留させて金属アルコキシド化合物のアルコール交換反応を進めた。これを先の酢酸鉛メトキシエタノール溶液に混合させ、１３０℃にてエステル化反応をさせ、均一でスピン成膜に適した溶液濃度（０．５ｍｏｌ／ｌ）のＰＺＴ前駆体溶液を得た。なお、溶液の大気下での安定性を向上させるために、アセチルアセトンなどβ―ジケトン類や酢酸などを加えても良い。また、形成された強誘電体前駆体膜のジルコニアとチタンの組成比は例えば５２／４８である。
【００８２】
（Ｓ１０４） ついで、強誘電体前駆体膜が成膜されたシリコンウェハ３９を第１加熱部１５に搬送し、第１加熱部１５により前記強誘電体前駆体膜を加熱して溶媒を蒸発させて乾燥処理を行う（第１の加熱工程（乾燥））。ここでは、例えば第１の熱処理として１２０℃に加熱したホットプレートの加熱面にシリコンウェハ３９を載置し、１分間の加熱を行う。
【００８３】
（Ｓ１０５） ついで、乾燥処理後のシリコンウェハ３９を第２加熱部１６に搬送し、第２加熱部１６により前記乾燥した強誘電体前駆体膜を加熱して該強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を除去する脱脂処理を行う（第２の加熱工程（脱脂））。この加熱は、３５０℃から５５０℃の温度範囲で行われる。具体的には、ホットプレートにより、５００℃、２分の脱脂処理を行う。
【００８４】
（Ｓ１０６） ついで、脱脂処理後のシリコンウェハ３９を冷却部１８に搬送し、冷却部１８により第２の加熱工程後のシリコンウェハ３９を冷却する（冷却工程）。
【００８５】
本発明では、以上の処理パターンＡを所定回数繰り返して実行するが、その繰り返し回数は例えば１〜５回である。
【００８６】
また、処理パターンＢは、図７（ｂ）に示すように行う。
ここで、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５までは、処理パターンＡにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０５と同じであり説明を省略する。
【００８７】
（Ｓ２０６） 脱脂処理後のシリコンウェハ３９を位置調整部１３に搬送し、位置調整部１３により、第３加熱部１７の加熱部３２ａ，３２ｂに対する該シリコンウェハ３９の板面回転方向の位置が前回までの焼成処理のときの同じシリコンウェハ３９の第３加熱部１７に対する位置とは異なるように調整する。すなわち、本発明では後述するように同じシリコンウェハ３９について処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを所定回数実行するが、その際、第３加熱部１７による焼成処理のつど、加熱部３２ａ，３２ｂと該シリコンウェハ３９との板面回転方向の位置関係を変更することを行う。なお、処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせの１回目の実行の場合、例えばステップＳ２０１のウェハ位置調整工程と同じ処理を行う。
【００８８】
本工程はつぎの理由により必要である。すなわち、第３加熱部１７において加熱部３２ａ，３２ｂの加熱に関して温度分布が発生する場合、例えば図８に示すように、加熱部３２ａ，３２ｂの間の所定位置に配置されたシリコンウェハ３９において領域３９ａが他の領域と異なる温度条件（例えば他の領域よりも温度が高い条件）となる。ここで、後述するように同じシリコンウェハ３９について処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを所定回数実行する場合、ステップＳ２０１のウェハ位置調整工程では、成膜工程におけるシリコンウェハ３９の中心位置合わせを行い、オリフラ位置は常に同じであることから、ステップＳ２０６のウェハ位置調整工程を行うことなしそのままの状態で処理を続けると、繰り返して行われる第３の加熱工程（焼成）の処理では加熱部３２ａ，３２ｂとシリコンウェハ３９の板面回転方向における位置関係は常に同じとなる。そのため、その状態で第３の加熱工程（焼成）の処理を繰り返し行うと、シリコンウェハ３９の同じ領域３９ａで異なる温度条件の焼成処理が積算的に行われることとなり、図９に示すように、シリコンウェハ３９の領域３９ａがそのほかの領域と異なる強誘電体層の特性を示すようになり、同じシリコンウェハ３９からでも吐出特性が異なる液体吐出ヘッドができてしまうことになる。
【００８９】
そこで、本発明では第３の加熱工程（第３加熱部１７による焼成処理）の都度、その工程前に、ステップＳ２０６のウェハ位置調整工程で加熱部３２ａ，３２ｂと該シリコンウェハ３９との板面回転方向の位置関係を変更することを行い、異なる温度条件となる焼成処理で行われる領域がシリコンウェハ３９の面内の同じ領域に集中することを防止し、面内で分散させることを行う。これにより、該シリコンウェハ３９の面内における強誘電体層の特性の偏りを極力抑制することができ、同じシリコンウェハ３９から吐出特性が揃った液体吐出ヘッドを製造することが可能となる。
【００９０】
なお、本工程では、位置調整部１３がシリコンウェハ３９を前回の焼成処理のときの該シリコンウェハ３９の位置からシリコンウェハ３９ごとに行われる前記一連の処理の繰り返し回数に応じた回転角度で回転させることにより、第３加熱部１７（加熱部３２ａ，３２ｂ）に対する該シリコンウェハ３９の板面回転方向の位置を調整することが好ましい。すなわち、同じシリコンウェハ３９について処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを４回実行する場合、ステップＳ２０６では位置調整部１３が前回の焼成処理のときの前記シリコンウェハ３９の位置から該シリコンウェハ３９を９０°回転させる位置調整を行う。これにより、処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを４回実行すると、図１０に示すように、シリコンウェハ３９の面内で、異なる温度条件で焼成処理される領域が領域３９ａ１，３９ａ２，３９ａ３，３９ａ４の４つに分散され、強誘電体層の特性の均一化を図ることができる。なお、同じシリコンウェハ３９について処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを１０回実行する場合には、ステップＳ２０６では位置調整部１３が前回の焼成処理のときの前記シリコンウェハ３９の位置から該シリコンウェハ３９を３６°回転させる位置調整を行うようにする。
【００９１】
ここでは、ステップＳ２０６のウェハ位置調整工程を位置調整部１３が行う態様を示したが、これに限定されるものではなく、例えば第３加熱部１７にそのようなウェハ位置調整を行う位置調整手段を設けてもよい。
【００９２】
（Ｓ２０７） 位置調整後のシリコンウェハ３９を第３加熱部１７に搬送し、第３加熱部１７により前記有機成分が除去された強誘電体前駆体膜を加熱して焼成し強誘電体層を形成する焼成処理（結晶化処理）を行う（第３の加熱工程（焼成））。この加熱は、前述したＲＴＰ装置による処理（図５）であり、例えば昇温速度８０℃／秒、加熱温度７００℃、保持時間５分、雰囲気Ｎ２／Ｏ２＝８０／２０とする。
【００９３】
（Ｓ２０８） ついで、焼成処理後のシリコンウェハ３９を冷却部１８に搬送し、冷却部１８により第３の加熱工程後のシリコンウェハ３９を冷却する（冷却工程）。
【００９４】
また本発明の液体吐出ヘッドの製造方法では、図１１に示すように、前記強誘電体層が所定の膜厚となるように、前記処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを所定回数実行するとよい。
図１１では、処理パターンＡの２回繰り返しの実行と処理パターンＢの実行の組み合わせをｎ回実行する手順を示している。この処理終了後、シリコンウェハ３９を供給排出ステージ１０の収納部材１１に搬送し、収納部材１１に１ロットのシリコンウェハ３９が収納されると製造装置１００から排出される。
本発明では、以上の手順が全自動で行われる。
【００９５】
ここで、従来の液体吐出ヘッド製造装置による液体吐出ヘッドの製造方法と本発明の液体吐出ヘッドの製造方法とを比較する。
例えば、従来の製造装置として、製造装置１００において第２加熱部１６がなく、第１加熱部１５で乾燥処理を行い、第３加熱部１７で脱脂処理及び焼成処理を行う構成を考えると、従来の製造装置で液体吐出ヘッドの圧電体５２を形成する場合、前記処理パターンＢにおけるステップＳ２０５；第２の加熱工程（脱脂）及びステップＳ２０７；第３の加熱工程（焼成）を第３加熱部１７で連続して行うようになる。このとき、シリコンウェハ３９の第３加熱部１７への挿入から取り出しまでの時間は、焼成後の冷却時間を含めると約１２分の時間を要する。すなわち、一つの機構部（第３加熱部１７）が長時間占有されることになる。これに対して、成膜工程（スピン成膜）や乾燥工程は１分ないし２分で終了することから、脱脂−焼成工程が従来の製造装置におけるスループットを低下させることになっていた。
一方、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法では、前述の通り、加熱機構部として３つの加熱部（第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７）に分割して、必要な加熱工程をそれぞれで独立して実行するので、各工程のタクトを合わせることが容易となり、生産性を向上させることができる。また、図４に示すように、第２加熱部１６に２台の処理機を配置することにより、各工程のタクトが略等しくなり、従来の製造方法に比べて生産性を５倍に向上させることができた。
【００９６】
またさらに、従来の製造方法では、焼成処理前にステップＳ２０６；ウェハ位置調整工程を設けることができないため、前述のように同じシリコンウェハから製造される液体吐出ヘッドで吐出特性にばらつきが生じうる。
これに対して、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、１枚のシリコンウェハ３９ごとに、所定回数繰り返し行われる焼成処理のたびごとに、該焼成処理前に位置調整手段（位置調整部１３）が第３加熱部１７（加熱部３２ａ，３２ｂ）に対するシリコンウェハ３９の板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハ３９の位置とは異なるように調整するので、加熱部３２ａ，３２ｂの温度分布の影響をできるだけ排除しシリコンウェハ３９面内の焼成温度の均一化を図ることができ、その結果、液体吐出ヘッド１の吐出特性のばらつきをなくすことができる。
【００９７】
〔インクジェット記録装置等〕
ところで、前述した本発明の液体吐出ヘッドに対してインクなどの液体を供給する液体タンクを一体化して液体カートリッジとしてもよい。
図１２に、その液体カートリッジであるインクカートリッジの外観図を示す。このインクカートリッジ８０は、ノズル５０５等を有する前述した本発明に係る液体吐出ヘッド１と、この液体吐出ヘッド１に対してインクを供給する液体タンクであるインクタンク８２とを一体化したものである。このようにインクタンク８２が一体型の液体吐出ヘッド１の場合、アクチュエータ部を高精度化、高密度化、および高信頼化することで、インクカートリッジ８０の歩留まりや信頼性を向上することができ、インクカートリッジ８０の低コスト化を図ることができる。
【００９８】
つぎに、本発明に係るインクジェット記録装置について説明する。
本発明に係るインクジェット記録装置は、液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置であって、前述した本発明の液体吐出ヘッド又は図１２の一体型液体吐出ヘッドユニットである液体カートリッジを備えていることを特徴とする。
ここでは、図１３及び図１４を用いて、本発明の液体吐出ヘッド１を搭載した画像形成装置であるインクジェット記録装置を実施例として説明する。なお、図１３は同記録装置の斜視説明図、図１４は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００９９】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９８、キャリッジ９８に搭載した本発明の液体吐出ヘッド（記録ヘッド）１、液体吐出ヘッド１へインクを供給するインクカートリッジ９９等で構成される印字機構部９１等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙９２を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）９３を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙９２を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ９４を有し、給紙カセット９３あるいは手差しトレイ９４から給送される用紙９２を取り込み、印字機構部９１によって所要の画像を記録した後、後面側の装着された排紙トレイ９５に排紙する。
【０１００】
印字機構部９１は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９６と従ガイドロッド９７とキャリッジ９８を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９８には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ(Ｍ）、ブラック(Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッド１を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ９８には液体吐出ヘッド１に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９９を交換可能に装着している。
【０１０１】
インクカートリッジ９９は、上方に大気と連通する大気口、下方には液体吐出ヘッド１へインクを供給する供給口が設けられ、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液体吐出ヘッド１へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液体吐出ヘッド１としては各色の液体吐出ヘッド１を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個の液出ヘッドでもよい。
【０１０２】
ここで、キャリッジ９８は後方側（用紙搬送下流側)を主ガイドロッド９６に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送上流側)を従ガイドロッド９７に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９８を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０１で回転駆動される駆動プーリ１０２と従動プーリ１０３との間にタイミングベルト１０４を張装し、このタイミングベルト１０４をキャリッジ９８に固定しており、主走査モータ１０１の正逆回転によりキャリッジ９８が往復駆動される。
【０１０３】
一方、給紙カセット９３にセットした用紙９２を液体吐出ヘッド１に下方側に搬送するために、給紙カセット９３から用紙９２を分離給装する給紙ローラ１０５及びフリクションパッド１０６と、用紙９２を案内するガイド部材１０７と、給紙された用紙９２を反転させて搬送する搬送ローラ１０８と、この搬送ローラ１０８の周面に押し付けられる搬送コロ１０９及び搬送ローラ１０８からの用紙９２の送り出し角度を規定する先端コロ１１０とを有する。搬送ローラ１０８は副走査モータによってギア列を介して回転駆動される。
【０１０４】
そして、キャリッジ９８の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０８から送り出された用紙９２を液体吐出ヘッド１の下方側で案内するため用紙ガイド部材である印写受け部材１１１を設けている。この印写受け部材１１１の用紙搬送方向下流側には、用紙９２を排紙方向へ送り出すための回転駆動される搬送コロ１１２と拍車１１３を設け、さらに用紙９２を排紙トレイ９５に送り出す排紙ローラ１１４と拍車１１５と排紙経路を形成するガイド部材１１６，１１７とを配設している。
【０１０５】
このインクジェット記録装置９０による記録時には、キャリッジ９８を移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１を駆動することにより、停止している用紙９２にインクを吐出して１行分を記録し、その後、用紙９２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙９２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙９２を排紙する。
【０１０６】
また、キャリッジ９８の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液体吐出ヘッド１の吐出不良を回復するための回復装置１１８を配置している。回復装置１１８はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９８は印字待機中にはこの回復装置１１８側に移動されてキャップ手段で液体吐出ヘッド１をキャッピングして吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係ないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出状態を維持する。
【０１０７】
また、吐出不良が発生した場合等には、キャップ手段で液体吐出ヘッド１の吐出出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともの気泡等を吸出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１０８】
このように、このインクジェット記録装置９０においては本発明の液体吐出ヘッド１を搭載しているので、安定したインク吐出特性が得られ、画像品質が向上する。なお、ここではインクジェット記録装置９０に液体吐出ヘッド１を使用した場合について説明したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する装置に液体吐出ヘッド１を適用してもよい。
【０１０９】
なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 液体吐出ヘッド
１０ 供給排出ステージ
１１ 収納部材
１２ 搬送部
１２ａ 保持部
１２ｂ レール
１３ 位置調整部
１４ 成膜部
１５ 第１加熱部
１６ 第２加熱部
１７ 第３加熱部
１８ 冷却部
１９ 温湿度制御部
２０ 主制御部
３０，３１ フレーム
３２ａ，３２ｂ 加熱部
３３ａ，３３ｂ 冷却回路
３４ ホルダー
３５Ａ 空間
３５Ｂ 排出部
３５Ｃ 供給部
３９ シリコンウェハ
３９ａ，３９ａ１，３９ａ２，３９ａ３，３９ａ４ 領域
４０ インデックステーブル
４１ ステージ
５１ 下部電極
５２ 圧電体
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｎ 強誘電体層
５３ 上部電極
８０，９９ インクカートリッジ
８２ インクタンク
９０ インクジェット記録装置
９１ 印字機構部
９２ 用紙
９３ 給紙カセット
９４ 手差しトレイ
９５ 排紙トレイ
９６ 主ガイドロッド
９７ 従ガイドロッド
９８ キャリッジ
１００ 液体吐出ヘッド製造装置（製造装置）
１０１ 主走査モータ
１０２ 駆動プーリ
１０３ 従動プーリ
１０４ タイミングベルト
１０５ 給紙ローラ
１０６ フリクションパッド
１０７，１１６，１１７ ガイド部材
１０８ 搬送ローラ
１０９，１１２ 搬送コロ
１１０ 先端コロ
１１１ 印写受け部材
１１３，１１５ 拍車
１１４ 排紙ローラ
１１８ 回復装置
５０１ 圧電素子
５０３ 圧力室基板
５０３ａ 隔壁部
５０４ ノズル板
５０５ ノズル
５０６ 圧力室
５３２ 流体抵抗部
５３３ 共通液室
５３３ａ インク供給部
５４０ 振動板
５７２ 保持基板
５７３ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
５７４ 圧電素子保護空間
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特許第３８８８４５９号公報
【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、該振動板の表面に圧電素子を形成して、該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である液体吐出ヘッドの製造装置及びその製造方法、並びに液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置等の液体吐出装置の液体吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される）と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子と、を備え、圧電素子に電圧を印加することによって発生したエネルギーを用いて振動板を変位させ、加圧室内のインクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させている。
【０００３】
この液体吐出ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長収縮するもの（縦振動型）とたわみ力を利用したもの（横振動型）の２種類の圧電アクチェーターが実用化されている。その中で、たわみ力を利用した圧電体層ではチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの複合金属酸化物からなる強誘電体膜が用いられる。
【０００４】
このような強誘電体膜はＣＳＤ法(Chemical Solution Deposition: 化学溶液堆積法、またはゾル-ゲル法などとも呼ばれる）によって強誘電体前駆体膜が形成された後、加熱焼成処理で結晶化することにより形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また特許文献１には、加熱焼成処理方法として、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為、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記述されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１による加熱焼成方法によっても、液体吐出ヘッドの吐出特性にばらつきが生じた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、液体吐出ヘッド間における吐出特性のばらつきを抑制することのできる液体吐出ヘッド製造装置、液体吐出ヘッドの製造方法を提供し、また該液体吐出ヘッド製造装置により製造される液体吐出ヘッド、インクジェット記録装置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】
【０００８】
前記課題を解決するために提供する本発明は、下部電極、複数の強誘電体層からなる圧電体及び上部電極がこの順番に積層された圧電素子を有する液体吐出ヘッド製造装置であって、導電層の形成されたシリコンウェハ上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜処理を行う成膜手段と、前記強誘電体前駆体膜を加熱して前記強誘電体層を形成する加熱手段と、前記加熱されたシリコンウェハを冷却する冷却処理を行う冷却手段と、前記加熱手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を調整する位置調整手段と、前記シリコンウェハを搬送する搬送手段と、前記成膜手段による成膜処理、前記加熱手段による加熱処理及び前記冷却手段による冷却処理、の一連の処理を１枚の前記シリコンウェハごとに所定回数繰り返すように、前記成膜手段、前記加熱手段、前記冷却手段、前記位置調整手段及び前記搬送手段を制御する制御手段と、を備え、前記加熱手段は、前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する加熱焼成手段を有し、前記位置調整手段は、１枚の前記シリコンウェハごとに、前記加熱焼成手段による焼成処理の前に、該加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整することを特徴とする液体吐出ヘッド製造装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液体吐出ヘッド製造装置によれば、１枚のシリコンウェハごとに、所定回数繰り返し行われる焼成処理のたびごとに、該焼成処理前に位置調整手段が加熱焼成手段に対するシリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整するので、シリコンウェハ面内の焼成温度の均一化を図ることができ、その結果、液体吐出ヘッドの吐出特性のばらつきをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッド製造装置の構成例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る液体吐出ヘッドの幅方向の構成を示す断面概略図である。
【図３】図２の液体吐出ヘッドにおける圧電体の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る液体吐出ヘッド製造装置の構成を示す平面図である。
【図５】図４の液体吐出ヘッド製造装置における第３加熱部の構成を示す断面図である。
【図６】図４の液体吐出ヘッド製造装置における冷却部の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法における処理パターンの工程図である。
【図８】第３加熱部にシリコンウェハが挿入された状態を示す概略図である。
【図９】第３の加熱工程の前に位置調整工程を設けない場合のシリコンウェハ面内の温度分布状態を示す概略図である。
【図１０】第３の加熱工程の前に位置調整工程を設けた場合のシリコンウェハ面内の温度分布状態を示す概略図である。
【図１１】本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法における圧電体形成に関する工程図である。
【図１２】本発明の液体吐出ヘッドを用いた液体カートリッジの外観図である。
【図１３】本発明に係るインクジェットプリンタの外観図である。
【図１４】図１３のインクジェットプリンタの機構部の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ところで、ＣＳＤ法による複合酸化物材料、特に強誘電体材料の成膜を行う場合、複数枚のシリコンウェハ上の強誘電体前駆体膜を同時に焼成しようとすると次のような問題が発生する。例えば、複数のシリコンウェハを拡散炉に入れた状態で拡散炉を加熱して強誘電体前駆体膜を焼成しようとすると、拡散炉の温度上昇に時間がかかってしまい、強誘電体前駆体膜が良好に結晶化しないという問題がある。又、例えばあらかじめ加熱した拡散炉に複数枚のシリコンウェハを順次挿入して焼成しようとすると、全てのシリコンウェハを挿入するまでに時間がかかってしまうため、各シリコンウェハへの熱のかかり方にバラツキが生じ、シリコンウェハ上に形成されている圧電素子の電極となる金属層にかかる熱履歴にもバラツキが生じてしまう。そして、この熱履歴のバラツキによって金属層の硬度にバラツキが生じ、圧電素子の駆動による振動板の変位にバラツキが生じてしまい均一なインク吐出特性が得られないという問題が生じる。
【００１２】
これらの問題を解決するために、特許文献１では、一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前記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前記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とを所定回数実行することにより前記圧電体層を構成する所定厚さの強誘電体膜を形成し、且つ前記所定回数の焼成工程を終了後に前記金属層にかかった熱履歴が均一になるように、各焼成工程毎に前記ステージの入れ替えを行っている。しかしながら、これでは各焼成工程毎における熱履歴は均一にはならない。さらに、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先入れ後出ししているために、たとえ挿入の順番を１回ごと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だけの差が出てしまう。また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が解決されなかった。
【００１３】
発明者らは、前述した課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、強誘電体層を形成する際の加熱焼成処理を１枚のシリコンウェハごとに行う枚葉処理を行えばシリコンウェハにかかる熱履歴の均一化を図ることができることを見出した。しかしながら、この場合の加熱焼成処理が全処理工程における律速となり、製造時間がかかり過ぎた。
そこで、加熱焼成処理の詳細について調査したところ、加熱焼成処理では、強誘電体前駆体膜の溶媒を除去する乾燥処理、強誘電体前駆体膜に含まれる有機物を熱分解する処理、強誘電体前駆体膜を結晶化させる焼成処理を段階的に行っていることを把握した。また、前述した液体吐出ヘッドの吐出特性のばらつき問題に関し、これらの加熱焼成処理のうち、焼成処理においてシリコンウェハ内で加熱温度の分布が影響を与えることも把握した。
そこで発明者らは、これらの知見を基に前述した課題を解決すべく鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。
【００１４】
以下に、本発明に係る液体吐出ヘッド製造装置、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置の一実施の形態における構成について図面を参照して説明する。なお、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有り特に電気的入力を機械的な変位に変換する材料が該当する。
【００１５】
（液体吐出ヘッド）
まず、圧電素子を備えた液体吐出ヘッド１の構成例を説明する。
図１に、本発明に係る液体吐出ヘッドの一部を断面にて示した分解斜視図を示す。また図２に、本発明に係る液体吐出ヘッドの幅方向の断面概略構成を示す。なお、図２では単一の圧力室（個別液室、加圧液室ともいう）５０６を示しているが、液体吐出ヘッドは図１に示すとおり圧力室基板５０３の隔壁部５０３ａで区画されることにより、図２中では左右方向に圧力室５０６が配列する構造をとる。
【００１６】
液体吐出ヘッド１は、インクを吐出する液滴吐出孔であるノズル５０５を有するノズル板５０４と、複数の圧力室５０６、振動板５４０、圧電素子５０１が形成され、複数の強誘電体層が積層されてなる圧電体５２の駆動のための駆動回路が搭載されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）５７３を有する圧力室基板５０３と、圧電素子保護空間５７４を配した保持基板５７２との３枚の基板を重ねた積層構造となっている。なお、圧力室基板５０３と保持基板５７２との積層体が、後述するシリコンウェハを複数に分割することにより得られるシリコンチップである。
【００１７】
圧力室基板５０３は、Ｓｉ基板上に積層膜により振動板５４０が形成されている。本実施形態における振動板５４０はＳＯＩ基板を用いてＳｉ基板の片側面にシリコン酸化膜、シリコン活性膜、シリコン酸化膜を堆積させたものである。また、その上に複数の圧電素子５０１を設けており、更に該複数の圧電素子５０１それぞれに対応する圧力室５０６、該圧力室５０６に液体を供給する為の流体抵抗部（供給路）５３２、共通液室５３３を形成している。
【００１８】
ノズル板５０４は、例えばニッケル高速電鋳法を用いて厚さ２０μｍに形成したニッケル基板であり、圧力室基板５０３の面部に圧力室５０６それぞれに対応して連通するように設けられたノズル５０５を有する。
【００１９】
保持基板５７２は、圧電素子５０１の保護及び変位を妨げないための圧電素子保護空間５７４と液滴であるインクが外部から共通液室５３３へ供給するためのインク供給部５３３ａを形成した基板である。
【００２０】
なお、圧力室５０６は、振動板５４０と、液室基板５０３の壁面（隔壁部５０３ａ）と、ノズル５０５が設けられるノズル板５０４と、で囲まれた空間である。
【００２１】
また、振動板５４０の圧力室５０６とは反対面側に、下部電極５１，圧電体５２，上部電極５３が積層されてなる圧電素子５０１が形成されている。また、圧力室５０６の振動板５４０に対向する板面がノズル板５０４となっている。
【００２２】
このように構成された液体吐出ヘッド１において、各圧力室５０６内に液体、例えば記録液（インク）が満たされた状態で、図示しない制御部から画像データに基づいて、発振回路により、記録液の吐出を行いたいノズル５０５に対応する上部電極５３に対して、所定（例えば２０Ｖ）のパルス電圧を印加する。この電圧パルスを印加することにより、圧電体５２は、電歪効果により圧電体５２そのものが振動板５４０と平行方向に縮むことにより、振動板５４０が圧力室５０６側に凸となるように撓むことになる。これにより、圧力室５０６内の圧力が急激に上昇して、圧力室５０６に連通するノズル５０５から記録液が吐出されるようになる。次に、パルス電圧印加後は、縮んだ圧電体５２が元に戻ることから撓んだ振動板５４０は、元の位置に戻るため、圧力室５０６内が共通液室５３３内に比べて負圧となり、共通液室５３３から流体抵抗部５３２を通って記録液が圧力室５０６に供給される。
以上の動作制御を繰り返すことにより、液体吐出ヘッド１は液滴を連続的に吐出でき、液体吐出ヘッド１に対向して配置された被記録媒体（用紙）に画像を形成することが可能となる。
【００２３】
図２に示すように、液体吐出ヘッド１は、Ｓｉ基板上に形成された振動板５４０と、該振動板５４０上に、下部電極５１，圧電体５２，上部電極５３がこの順番で積層されてなる圧電素子５０１と、を備え、圧電素子５０１及び振動板５４０からなる圧電アクチュエータを用いてノズル板５０４の基板面部に設けた液滴吐出孔であるノズル５０５から液滴を吐出させるものである。
【００２４】
ここで、ノズル板５０４は、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ｓｉなどの金属または無機材料、ＰＩ（ポリイミド）などの樹脂材料にノズル５０５を形成して構成され、図示していない接着剤または陽極接合等の他の接合手段によって圧力室基板５０３に接合されるものである。
【００２５】
圧力室基板５０３は、必要とされる機械的強度および化学的耐性を備えた加工しやすい材料であるＳｉ基板（シリコンウェハ）から作られる。Ｓｉ基板を用いる場合、フォトリソグラフィとエッチング法による加工に、いわゆる半導体プロセスを用いることができるため、圧力室配列の高集積化が可能となる。
【００２６】
振動板５４０は、圧電素子５０１による変位の範囲内で弾性変形する材質とすることが必要である。材質としては、無機材料、有機材料の薄膜が用いられるが、電極との密着性を考慮すると無機材料を用いることが好ましい。無機材料としては、金属、合金、半導体、誘電体等の任意の材料を用いることができる。材料は加工方法から最適のものを選定することができ、圧力室基板５０３にＳｉを用いた場合は、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，他結晶Ｓｉを用いることが好ましい。一般にはＳｉの熱酸化膜とするケースが多い。また、これらの積層膜とすることで、残留応力を相殺する構造をとることができる。また、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等の誘電体材料は化学的に安定であり、吐出するインクに接触しても、インクによる腐食による振動板５４０の破壊を防止することができる。さらに、これらの薄膜の成膜技術は半導体プロセスで確立された技術であるため、安定した振動板５４０を得ることができる。
【００２７】
振動板５４０の厚さは、材料の剛性や形成方法から最適化することが好ましいが、前述の無機材料（ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４）を用いた場合、１〜５μｍの範囲とすることが好ましい。例えばまず、Ｓｉ基板上に振動板５４０となる絶縁物を形成し、その後圧力室５０６などの液室となる空洞をエッチングにより形成後、必要な厚みに研磨される。エッチングの際は絶縁物層がストップ層となる。
【００２８】
下部電極５１は、複数の圧電素子５０１における共通電極であり、共通電極配線（不図示）と接続している。
【００２９】
また、下部電極５１は、例えば圧電体５２を構成する強誘電体層の配向性を制御するために（１１１）結晶配向した薄膜であり、下部電極５１を構成する材料としては、任意の導電性材料を用いることができる。導電材料としては、金属、合金、導電性化合物等を用いることができるが、強誘電体層の成膜方法により耐熱性の高い電極材料を用いることが好ましい。通常強誘電体層は成膜後に結晶化させるプロセスが必要であり、一般的な圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合、結晶化プロセス温度は５００℃〜８００℃となることが一般的である。そのため、圧電素子に用いられる材料は高融点であると同時に高温で隣接する振動板５４０や圧電材料と化合物を形成しない安定性の高い材料であることが必要である。これらの材料としてはＰｔ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ａｕ等の反応性が低く高融点である金属やその合金を用いることが好ましい。このうち、一般的に強誘電体層を構成する代表的材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）と格子定数が近く酸化しにくい貴金属であるＰｔが最も多く使用されている。また、高温安定性の高い化合物導電材料を用いても良い。これらの化合物導電材料としては、任意の複合酸化物を用いることができる。例えば、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＯ、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３、（ＳｒｘＣａ１−ｘ）ＲｕＯ３等の白金族金属含有導電性酸化物やＬａＮｉＯ３などが挙げられる。
【００３０】
下部電極５１の膜厚は電極に必要とされる電気抵抗により任意に設定することができるが、１００ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。
【００３１】
強誘電体層を構成する材料としては、ペロブスカイト型結晶構造を有し化学式ＡＢＯ３で示すことのできる複合酸化物を用いることができる。ここで、Ａサイトの元素としてはＰｂ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｓｒ、Ｂｉ、ＮａおよびＫなどである。また、Ｂサイトの元素としてはＣｄ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｚｎ、ＷおよびＹｂなどである。この中でも、Ａには鉛（Ｐｂ）、Ｂにジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）の混合を適用したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が多く用いられている。この材料は、温度特性，圧電特性に優れているため、高信頼性、高安定性の圧電素子５０１を得ることができる。ＰＺＴの他には、鉛を使用しないという環境的な利点があり変位量が大きく原料が安価であり使用実績が多いものとしては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を用いることができる。
【００３２】
圧電体５２の膜厚は所望の特性により最適値を設定することができるが、０．１μｍから５μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３３】
さらに圧電体５２は圧力室５０６ごとに個別に形成される必要があり、個別液室幅よりも圧電体幅を狭くする必要がある。それにより、剛性の高い圧電体５２の膜が形成されない部分が圧力室５０６上に形成され、振動変位する領域を確保することができる。そのため、圧電体５２のパターニング(圧力室５０６ごとの分離)が重要である。
【００３４】
上部電極５３は、圧力室５０６ごとに形成される圧電体５２の上方に形成される。また上部電極５３は、複数の圧電素子５０１ごとに設けられる個別電極であり、個別電極配線（不図示）と接続している。該個別電極配線は複数の圧電素子５０１それぞれの上部電極５３と個別に導通しており、駆動信号入力部（不図示）から個別電極配線を通じてそれぞれの圧電素子５０１に駆動信号が入力される。
【００３５】
上部電極５３を構成する材料としては、下部電極５１の場合と同じ材料群のいずれかを用いることができる。すなわち、上部電極５３の材料は任意の導電性材料を用いることが可能である。導電材料としては、金属、合金、導電性化合物等が挙げられるが、金属または合金を用いることが好ましい。その際、圧電体５２との密着性を考慮した材料を選定する必要がある。また、圧電材料に含まれるＰｂ等の材料と反応・相互拡散し合金を形成する材料は好ましくない。さらに、圧電材料に含まれる酸素等と反応する材料も好ましくない。従って、反応性の低い安定した材料を用いるのが好ましい。これらの材料としては、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｐｄまたはこれらの合金，固溶体を例として挙げられる。
【００３６】
また、上部電極５３の幅は圧電体５２の幅より狭くすることが好ましい。圧電体５２端部まで上部電極５３を形成した場合、圧電体５２端部の電界集中により、下部電極５１−上部電極５３間の放電現象に繋がる可能性があり、圧電素子５０１の信頼性を著しく損なう可能性がある。
【００３７】
このような構成の液体吐出ヘッド１は、つぎの工程により製造する。
すなわちまず、図３に示すように、圧力室基板５０３となるシリコンウェハ３９上に、圧電素子５０１の下部電極５１となる導電層を形成した後に、複数の強誘電体層（強誘電体層５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，・・・５２ｎ）を積層させて所望の膜厚となる圧電体５２を形成する。そして更に、上部電極５３となる導電層（図３では省略）を形成する。ついで、それらの層をパターニングする。これにより、図１及び図２に示す圧電素子５０１をシリコンウェハ３９上に形成することができる。つぎに、図１に示す保持基板５７２の設置を行う。
【００３８】
そして、圧電素子５０１の設けられた圧力室基板５０３と保持基板５７２の積層体であるシリコンウェハ３９を、ダイシングソー等により切断し、複数のシリコンチップに分割する。ついで、各シリコンチップに図１に示すノズル板５０４の接合や駆動部等の各種部材の搭載や加工等を行い、複数の液体吐出ヘッド１を製造する。
【００３９】
本発明の液体吐出ヘッド１は、後述する液体吐出ヘッド製造装置により製造されることによりシリコンウェハ面内あるいはシリコンウェハ間の熱履歴の均一化を図ることができるので、ロット間のばらつきなく安定した吐出特性を有する。
【００４０】
（液体吐出ヘッド製造装置及び製造方法）
図４は、本発明に係る液体吐出ヘッド製造装置（以下、単に「製造装置」と称する。）の構成例を示す平面図である。本発明の製造装置１００は、液体吐出ヘッド１に設けられる圧電素子５０１の圧電体５２を形成する装置である。具体的には、複数のシリコンチップに分割されるシリコンウェハ３９を１枚ずつ搬送し、シリコンウェハ３９に圧電体５２となる強誘電体層の積層体を形成する枚葉式自動成膜装置である。
【００４１】
図４に示すように、本発明の製造装置１００は、供給排出ステージ１０、収納部材１１、搬送部１２、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８、温湿度制御部１９、主制御部２０を含んで構成されている。
【００４２】
収納部材１１は、下部電極５１となる導電層が形成されたシリコンウェハ３９を収納し、さらに製造装置１００により複数の強誘電体層が積層された後のシリコンウェハ３９を収納する部材である。また、収納部材１１には、導電層の形成されたシリコンウェハ３９について所定時間で処理可能な枚数分（例えば、２４枚）を１ロット分として収納することで、個別のシリコンウェハ３９や生産状況の管理をやりやすくしている。例えばシリコンウェハ３９の管理とは、製造装置１００内に流動しているシリコンウェハ３９に管理番号をつけ製造履歴をシーケンス制御により管理しモニター表示することである。
供給排出ステージ１０は、これらの収納部材１１を支持する。
【００４３】
搬送部１２は、製造装置１００の中心部に配置され、保持部１２ａとレール１２ｂを備えている。
【００４４】
保持部１２ａは、シリコンウェハ３９を１枚ずつ保持し、レール１２ｂに沿ってレール長手方向に移動して、供給排出ステージ１０、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８の間でシリコンウェハ３９を搬送するものである。
【００４５】
レール１２ｂは、供給排出ステージ１０、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７の配列方向に長い長尺状のレール部材である。図４では、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６が一列に配列され、供給排出ステージ１０、第３加熱部１７が配列され、冷却部１８がレール１２ｂの一方の端部側に配置されている。これにより、搬送部１２は、供給排出ステージ１０、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８の間で、短時間にシリコンウェハ３９を搬送することができる。
【００４６】
したがって、搬送部１２によるシリコンウェハ３９の搬送としては、例えば保持部１２ａがレール１２ｂに沿って供給排出ステージ１０の収納部材１１まで移動して、収納部材１１からシリコンウェハ３９を１枚取り出し、続いて保持部１２ａが該シリコンウェハ３９を保持した状態で位置調整部１３まで移動しそのシリコンウェハ３９を搬入することを行う。また、主制御部２０の制御による搬送部１２の駆動により、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８の間をシリコンウェハ３９が１枚ずつ搬送される。
【００４７】
位置調整部１３は、シリコンウェハ３９の中心位置やオリフラ（オリエーションフラット）を、予め定めた方向及び予め定めた位置に位置合わせして位置調整する。この位置調整されたシリコンウェハ３９の予め定められた領域を、搬送部１２で保持して搬送し、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８等の各部へ搬送する。これによって、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８等の各部には、位置調整されたシリコンウェハ３９が搬送される。なお、位置調整部１３は、第３加熱部１７の加熱部３２ａ，３２ｂ（後述）に対するシリコンウェハ３９の板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハ３９の位置とは異なるように調整する機能を有する。
【００４８】
また、位置調整部１３において、同時に位置調整可能なシリコンウェハ３９の数は、１枚である。位置調整部１３には、位置制御部（不図示）が設けられている。該位置制御部は、主制御部２０に電気的に接続されている。位置制御部は、位置調整部１３の装置各部を駆動する駆動部（不図示）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って、シリコンウェハ３９の位置合わせを行う。
【００４９】
搬送部１２は、位置調整部１３で中心位置及びオリフラ位置の調整がされたシリコンウェハ３９を次工程の成膜部１４に搬送し、この搬送が完了すると２枚目のシリコンウェハ３９を収納部材１１から位置調整部１３に搬送する。このような動作を連続で繰り返すことで休止時間を最小にすることができる。
【００５０】
成膜部１４は、シリコンウェハ３９の導電層または前回形成された強誘電体前駆体膜、あるいは前回形成された強誘電体層上に、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５２の構成材料として挙げた前記圧電材料を溶媒に溶解した溶液である。一度の塗布で形成する強誘電体前駆体膜の膜厚は１００ｎｍ程度が好ましい。
【００５１】
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にし、これらの出発材料を、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。
【００５２】
成膜部１４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、スピンコード法が用いられる。
【００５３】
成膜部１４には、この成膜条件を調整するための成膜制御部（不図示）が設けられている。成膜制御部は、主制御部２０に電気的に接続されており、主制御部２０の制御によって、シリコンウェハ３９上に強誘電体前駆体膜を成膜する。なお、成膜部１４では、同時に成膜可能なシリコンウェハ３９の数は１枚とされている。
【００５４】
また、成膜部１４には、成膜前にシリコンウェハ３９の表面、裏面及びエッジを洗浄する洗浄部を有している。この洗浄により、強誘電体前駆体膜の膜間にゴミ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。
成膜部１４で成膜が完了したシリコンウェハ３９は搬送部１２により第１加熱部１５に搬送される。
【００５５】
第１加熱部１５は、加熱乾燥手段であって、成膜部１４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って、該強誘電体前駆体膜に含まれる溶媒を蒸発させて強誘電体前駆体膜を乾燥する。第１加熱部１５には、主制御部２０に電気的に接続された第１加熱制御部（不図示）が設けられている。主制御部２０は、第１加熱制御部を制御することによって、第１加熱部１５内を所定の乾燥温度に保持する。第１加熱部１５の構成は、第１加熱部１５内に搬送されてきたシリコンウェハ３９の強誘電体前駆体膜に熱を加えることが出来る構成であればよく、限定されない。例えば、第１加熱部１５としては、ホットプレート等の加熱部材を直接シリコンウェハ３９に接触させる接触加熱方式の装置が挙げられる。
乾燥処理が完了したシリコンウェハ３９は搬送部１２により第２加熱部１６に搬送される。
【００５６】
第２加熱部１６は、加熱脱脂手段であって、第１加熱部１５より高い第２の温度で強誘電体前駆体膜を加熱する装置である。具体的には、第２加熱部１６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って脱脂する脱脂処理を行う。なお、脱脂とは、強誘電体前駆体膜に含まれる有機物（有機成分）を熱分解させて、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させる（除去する）ことである。
【００５７】
第２加熱部１６には、第２加熱制御部（不図示）が設けられており、第２加熱部１６内の温度条件を調整する。具体的には、第２加熱制御部は、第２加熱部１６内の温度を、前記脱脂処理可能な温度に一定時間保持する等の、第２加熱部１６内の温度条件を調整する。第２加熱部１６は、主制御部２０に電気的に接続されており、主制御部２０の制御によって、第２加熱部１６内の温度制御を行う。
【００５８】
第２加熱部１６としては、第２加熱部１６内に搬送されてきたシリコンウェハ３９の強誘電体前駆体膜に、前記脱脂処理可能な温度（第２の温度）の熱を加えることが出来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１６としては、例えば、ホットプレートを加熱装置として用い、脱脂条件により加熱面（ホットプレート面）にシリコンウェハ３９を直接接触させて加熱する接触式加熱方法や、ホットプレート面とシリコンウェハ３９との間に微小な隙間を保った状態で加熱する非接触式加熱方法のいずれかの方法で行う。
【００５９】
このときシリコンウェハ３９の基板種によっては成膜工程を経ることで、片面のみにＰＺＴ膜等の強誘電体前駆体膜が堆積するので、シリコンウェハ３９とＰＺＴ膜の熱膨張率差に起因したウェハの反りが発生してくる場合があり、ホットプレート面との接触加熱ではシリコンウェハ３９の均一過熱が阻害されるようになる。従って、ホットプレート面とシリコンウェハ３９に０．１ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間を設けて、非接触式加熱方法で脱脂処理を行うとよい。
【００６０】
また、第２加熱部１６は、図４に示すように、２台の加熱（脱脂）処理装置を配置している。これにより、脱脂処理は乾燥処理よりも２倍の処理時間を要するところ、脱脂工程としては乾燥工程とタクトを略等しくすることができる。
脱脂処理が完了したシリコンウェハ３９は搬送部１２により冷却部１８又は第３加熱部１７に搬送される。
【００６１】
第３加熱部１７は、加熱焼成手段であって、第２加熱部１６より高い第３の温度で強誘電体前駆体膜を加熱する装置である。具体的には、第３加熱部１７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って強誘電体前駆体膜を結晶化させる焼成処理を行う。
【００６２】
第３加熱部１７には、第３加熱制御部（不図示）が設けられており、第３加熱部１７内の温度条件を調整する。具体的には、第３加熱制御部は、第３加熱部１７内の温度を、前記焼成処理可能な温度に一定時間保持する等の、第３加熱部１７内の温度条件を調整する。第３加熱部１７は、主制御部２０に電気的に接続されており、主制御部２０の制御によって、第３加熱部１７内の温度制御を行う。
【００６３】
第３加熱部１７としては、第３加熱部１７内に搬送されてきたシリコンウェハ３９の強誘電体前駆体膜に、焼成処理可能な温度（第３の温度）の熱を加えることが出来る構成であればよく、その構成は限定されない。第３加熱部１７としては、例えば赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置等の非接触加熱方式の装置を用いることができる。図５に、第３加熱部１７の具体的な構成例を示す。
【００６４】
第３加熱部１７は、一対のフレーム３０及びフレーム３１を備えている。フレーム３０及びフレーム３１は、一面が開口した箱状となっており、この開口面が互いに対向するように配置されている。また、これらのフレーム３０，３１は、図示を省略する支持部材によって支持されており、図５（Ａ）に示すように、フレーム３０とフレーム３１とが離間した状態（以下、離間状態と称する）、または図５（Ｂ）に示すようにフレーム３０とフレーム３１とが互いの開口面を覆うように接触した状態（以下、接触状態と称する）、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。なお、これらのフレーム３０，３１を駆動する駆動部（不図示）は、第３加熱制御部に電気的に接続されており、第３加熱制御部の制御によって、上記離間状態または上記接触状態の何れかの状態となるように制御される。
【００６５】
フレーム３０及びフレーム３１の内部の空間３５Ａ内には、図示を省略する支持部材によって支持されたホルダー３４が設けられている。ホルダー３４は、空間３５Ａ内に搬送されてきたシリコンウェハ３９を空間３５Ａ内で支持する。このホルダー３４は、第３加熱制御部に電気的に接続されており、主制御部２０の制御によってシリコンウェハ３９を保持した保持状態、またはシリコンウェハ３９の保持を解除した解放状態の何れかの状態に制御される。
【００６６】
また、フレーム３０及びフレーム３１内の空間３５Ａには、加熱部３２ａ，３２ｂが設けられている。これらの加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂとしては、加熱機構を有するものであれば限定されないが、例えば、赤外線ランプが挙げられる。これらの加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂは、第３加熱制御部に電気的に接続されており、第３加熱制御部の制御によって加熱条件が制御される。
【００６７】
各フレーム３０及びフレーム３１内には、冷却回路３３ａ及び冷却回路３３ｂが設けられている。これらの冷却回路３３ａ及び冷却回路３３ｂは、第３加熱制御部に電気的に接続されており、第３加熱制御部の制御によってフレーム３０及びフレーム３１内を冷却する。
【００６８】
図５に示す第３加熱部１７では、以下の焼成処理を行う。
（Ｓ１１） 第２加熱部１６で脱脂処理が行われた強誘電体前駆体膜を有する１枚のシリコンウェハ３９が位置調整部１３により位置調整された後に搬送部１２により搬送されてくると、第３加熱制御部の制御によりフレーム３０及びフレーム３１が離間した状態となり、シリコンウェハ３９を空間３５Ａ内に挿入する（図５（Ａ））。
（Ｓ１２） そして、シリコンウェハ３９が空間３５Ａ内に位置すると、第３加熱制御部の制御によって、該シリコンウェハ３９をホルダー３４によって保持し、フレーム３０及びフレーム３１を接触状態とする（図５（Ｂ））。ついで、第３加熱制御部の制御によって、加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂを、強誘電体前駆体膜に焼成処理可能な温度（第３の温度）の熱を加えることができる条件に応じた温度にまで昇温させる。なお、このとき加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂの何れか一方のみで加熱してもよいし、双方で加熱してもよい。
（Ｓ１３） そして、第３加熱制御部は、予め定めた焼成時間が経過した後に、加熱部３２ａ及び加熱部３２ｂによる加熱を停止し、冷却回路３３ａ及び冷却回路３３ｂに冷却媒体を供給するように制御する（図５（Ｃ））。これによって、フレーム３０及びフレーム３１を冷却し、空間３５Ａ内のシリコンウェハ３９を冷却する。
（Ｓ１４） そして、第３加熱制御部は、該冷却媒体を供給するように制御してから予め定めた温度までの冷却に要する時間を経過したときに、フレーム３０及びフレーム３１を離間状態に制御する。そして、第３加熱制御部は、焼成処理終了を示す信号を、主制御部２０に出力すると共に、ホルダー３４を解放状態とし、シリコンウェハ３９を排出する（図５（Ｄ））。
【００６９】
従来のように、脱脂処理と焼成処理を１つの工程として連続して行うと、かなりの時間を要していたが、本発明では、脱脂処理を行う第２加熱部１６と焼成処理を行う第３加熱部１７に工程を分離することにより、各工程のタクトを合わせることが容易となり、生産性を向上させることができる。
焼成処理が完了したシリコンウェハ３９は搬送部１２により冷却部１８に搬送される。
【００７０】
このように第３加熱部１７は枚葉処理を行う装置であるため、常に予め設定されている焼成条件で制御されて各強誘電体前駆体膜の焼成条件にバラツキが生じないことから安定した結晶化が行われ、変位性能の安定した圧電素子の製造が可能となる。なお、図５では、シリコンウェハ３９の供給部３５Ｃと排出部３５Ｂがそれぞれ別個に設けられているが、供給部、排出部を同じ箇所に設けてもかまわない。
【００７１】
冷却部１８は、第２加熱部１６または第３加熱部１７によって加熱されたシリコンウェハ３９を冷却する装置である。また冷却部１８は、複数のシリコンウェハ３９を保持可能な構成となっており、保持したシリコンウェハ３９を製造装置１００内の温度（例えば室温）にまで自然冷却する。なお、製造装置１００内の温度は、冷却部１８に隣接して配置された温湿度制御部１９により最適な状態に制御されている。このとき、温湿度制御部１９は、主制御部２０に電気的に接続されており、製造装置１００内の温湿度条件を制御している。
【００７２】
図６に、冷却部１８の構成例を示す。
冷却部１８は、図６に示すように、円盤状のインデックステーブル４０が該円盤盤面の垂直方向に複数段（図６では３段）配置されている。これらの複数のインデックステーブル４０は、間隔を空けて複数配列されており、円盤の周方向（図６中、矢印Ｃ方向）に回転可能に設けられている。なお、冷却部１８には、回転制御部（不図示）が設けられており、この回転制御部の駆動によって、各インデックステーブル４０が周方向に回転可能に設けられている。なお、この回転制御部は、温湿度制御部１９に電気的に接続されている。
【００７３】
各インデックステーブル４０には、シリコンウェハ３９を１枚ずつ保持するステージ４１が設けられている。一段のインデックステーブル４０に所定枚数（例えば８枚）のシリコンウェハ３９を保持するステージ４１を設けており、インデックステーブル４０全体で、所定時間で処理可能な枚数分（例えば２４枚）のシリコンウェハ３９が１ロットとして保持される。これにより、製造装置１００の休止時間を最小とすることができる。
【００７４】
主制御部２０は、製造装置１００に設けられた装置各部に電気的に接続されており、所定の製造処理を実行するプログラムにしたがって装置各部を制御するものである。具体的には、主制御部２０は、供給排出ステージ１０、搬送部１２、位置調整部１３、成膜部１４、第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７、冷却部１８、温湿度制御部１９等に電気的に接続されており、後述する液体吐出ヘッドの製造方法に従って制御を行う。
【００７５】
以上の構成により、本発明の製造装置１００によれば、複数の強誘電体層を積層して圧電体５２を形成する場合に、１枚のシリコンウェハごとに加熱焼成処理を行うのでシリコンウェハ間の熱履歴の均一化を図ることができ、かつ強誘電体前駆体膜について行う加熱焼成処理を３つの加熱処理に分割し、分割した３つの加熱処理を３つの加熱部（第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７）それぞれで独立して実行するので製造のタクトタイムの向上を図ることができる。
さらに、本発明の製造装置１００によれば、１枚のシリコンウェハごとに、所定回数繰り返し行われる焼成処理のたびごとに、該焼成処理前に位置調整手段（位置調整部１３）が加熱焼成手段（第３加熱部１７）に対するシリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整するので、シリコンウェハ面内の焼成温度の均一化を図ることができ、その結果、液体吐出ヘッドの吐出特性のばらつきをなくすことができる。
【００７６】
つぎに、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、前述した製造装置１００を用いて液体吐出ヘッド１に設けられる圧電素子５０１の圧電体５２を形成する方法であり、導電層の形成されたシリコンウェハ３９上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜工程と、前記強誘電体前駆体膜を加熱して乾燥する第１の加熱工程と、前記乾燥した強誘電体前駆体膜を加熱して該強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を除去する第２の加熱工程と、前記有機成分が除去された強誘電体前駆体膜を加熱して焼成し前記強誘電体層を形成する第３の加熱工程と、前記有機成分が除去された強誘電体前駆体膜または前記強誘電体層を冷却する冷却工程と、を有し、１枚の前記シリコンウェハごとに、前記成膜工程、前記第１の加熱工程、前記第２の加熱工程、前記第３の加熱工程及び前記冷却工程を適宜組み合わせて処理を実行することを特徴とするものである。
【００７７】
ここで、成膜工程は、成膜部１４により導電層の形成されたシリコンウェハ３９上に強誘電体前駆体膜を成膜する工程である。
また、第１の加熱工程は、第１加熱部１５により前記強誘電体前駆体膜を加熱して溶媒を蒸発させて乾燥処理を行う工程である。
また、第２の加熱工程は、第２加熱部１６により前記乾燥した強誘電体前駆体膜を加熱して該強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を除去する脱脂処理を行う工程である。
また、第３の加熱工程は、第３加熱部１７により前記有機成分が除去された強誘電体前駆体膜を加熱して焼成し前記強誘電体層を形成する焼成処理（結晶化処理）を行う工程である。
また、冷却工程は、冷却部１８により第２の加熱工程後のシリコンウェハ３９または第３の加熱工程後のシリコンウェハ３９を冷却する工程である。
【００７８】
図７，図８を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の詳細を説明する。
まず本発明の液体吐出ヘッドの製造方法では、前記成膜工程、前記第１の加熱工程、前記第２の加熱工程及び前記冷却工程をこの順番で１枚の前記シリコンウェハごとに行う処理パターンＡを所定回数繰り返して実行し、ついで前記成膜工程、前記第１の加熱工程、前記第２の加熱工程、前記第３の加熱工程及び前記冷却工程をこの順番で１枚の前記シリコンウェハごとに行う処理パターンＢを実行する。
【００７９】
詳しくは、処理パターンＡは、図７（ａ）に示すように行う。なおここでは、従来技術として知られている（非特許情報：Ｋ．Ｄ．Ｂｕｄｄ ｅｔ ａｌ．，Ｓｏｌ−ｇｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ＰｂＴｉＯ３，ＰｂＺｒＯ３，ＰＺＴ ａｎｄ ＰＬＺＴ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ，Ｂｒｉｔ．Ｃｅｒ．Ｓｏｃ．Ｐｒｏｃ．，ｖｏｌ．３６，１９８５，ｐｐ．１０７−１２１）に記されている方法で、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の強誘電体層を形成する例を合わせて示す。
【００８０】
（Ｓ１０１） 位置調整部１３により、搬送されてきたシリコンウェハ３９の中心位置やオリフラを、予め定めた方向及び予め定めた位置に位置合わせする（ウェハ位置調整工程）。
（Ｓ１０２） ついで、中心位置及びオリフラの位置調整されたシリコンウェハ３９を成膜部１４に搬送し、まずシリコンウェハ３９の表面、裏面及びエッジを洗浄する（ウェハ洗浄工程）。
（Ｓ１０３） 成膜部１４により、洗浄後のシリコンウェハ３９の導電層または前回形成された強誘電体前駆体膜、あるいは前回形成された強誘電体層上に、ゾルゲル前駆体溶液を塗布して強誘電体前駆体膜を成膜する（塗布工程）。
【００８１】
このとき使用するゾルゲル前駆体溶液は、例えばＰＺＴ前駆体溶液を用いる。このＰＺＴ駆体溶液の調製には、例えば出発材料として酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマルブトキシドジルコニウムを、共通溶媒としてメトキシエタノールを用い、まず酢酸鉛三水和物をメトキシエタノールに溶解、溶液温度１３０℃で蒸留することで脱水し、酢酸鉛のメトキシエタノール溶液を作製した。ついで、イソプロポキシドチタン、ノルマルブトキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、１３０℃で還流、蒸留させて金属アルコキシド化合物のアルコール交換反応を進めた。これを先の酢酸鉛メトキシエタノール溶液に混合させ、１３０℃にてエステル化反応をさせ、均一でスピン成膜に適した溶液濃度（０．５ｍｏｌ／ｌ）のＰＺＴ前駆体溶液を得た。なお、溶液の大気下での安定性を向上させるために、アセチルアセトンなどβ―ジケトン類や酢酸などを加えても良い。また、形成された強誘電体前駆体膜のジルコニアとチタンの組成比は例えば５２／４８である。
【００８２】
（Ｓ１０４） ついで、強誘電体前駆体膜が成膜されたシリコンウェハ３９を第１加熱部１５に搬送し、第１加熱部１５により前記強誘電体前駆体膜を加熱して溶媒を蒸発させて乾燥処理を行う（第１の加熱工程（乾燥））。ここでは、例えば第１の熱処理として１２０℃に加熱したホットプレートの加熱面にシリコンウェハ３９を載置し、１分間の加熱を行う。
【００８３】
（Ｓ１０５） ついで、乾燥処理後のシリコンウェハ３９を第２加熱部１６に搬送し、第２加熱部１６により前記乾燥した強誘電体前駆体膜を加熱して該強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を除去する脱脂処理を行う（第２の加熱工程（脱脂））。この加熱は、３５０℃から５５０℃の温度範囲で行われる。具体的には、ホットプレートにより、５００℃、２分の脱脂処理を行う。
【００８４】
（Ｓ１０６） ついで、脱脂処理後のシリコンウェハ３９を冷却部１８に搬送し、冷却部１８により第２の加熱工程後のシリコンウェハ３９を冷却する（冷却工程）。
【００８５】
本発明では、以上の処理パターンＡを所定回数繰り返して実行するが、その繰り返し回数は例えば１〜５回である。
【００８６】
また、処理パターンＢは、図７（ｂ）に示すように行う。
ここで、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５までは、処理パターンＡにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０５と同じであり説明を省略する。
【００８７】
（Ｓ２０６） 脱脂処理後のシリコンウェハ３９を位置調整部１３に搬送し、位置調整部１３により、第３加熱部１７の加熱部３２ａ，３２ｂに対する該シリコンウェハ３９の板面回転方向の位置が前回までの焼成処理のときの同じシリコンウェハ３９の第３加熱部１７に対する位置とは異なるように調整する。すなわち、本発明では後述するように同じシリコンウェハ３９について処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを所定回数実行するが、その際、第３加熱部１７による焼成処理のつど、加熱部３２ａ，３２ｂと該シリコンウェハ３９との板面回転方向の位置関係を変更することを行う。なお、処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせの１回目の実行の場合、例えばステップＳ２０１のウェハ位置調整工程と同じ処理を行う。
【００８８】
本工程はつぎの理由により必要である。すなわち、第３加熱部１７において加熱部３２ａ，３２ｂの加熱に関して温度分布が発生する場合、例えば図８に示すように、加熱部３２ａ，３２ｂの間の所定位置に配置されたシリコンウェハ３９において領域３９ａが他の領域と異なる温度条件（例えば他の領域よりも温度が高い条件）となる。ここで、後述するように同じシリコンウェハ３９について処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを所定回数実行する場合、ステップＳ２０１のウェハ位置調整工程では、成膜工程におけるシリコンウェハ３９の中心位置合わせを行い、オリフラ位置は常に同じであることから、ステップＳ２０６のウェハ位置調整工程を行うことなしそのままの状態で処理を続けると、繰り返して行われる第３の加熱工程（焼成）の処理では加熱部３２ａ，３２ｂとシリコンウェハ３９の板面回転方向における位置関係は常に同じとなる。そのため、その状態で第３の加熱工程（焼成）の処理を繰り返し行うと、シリコンウェハ３９の同じ領域３９ａで異なる温度条件の焼成処理が積算的に行われることとなり、図９に示すように、シリコンウェハ３９の領域３９ａがそのほかの領域と異なる強誘電体層の特性を示すようになり、同じシリコンウェハ３９からでも吐出特性が異なる液体吐出ヘッドができてしまうことになる。
【００８９】
そこで、本発明では第３の加熱工程（第３加熱部１７による焼成処理）の都度、その工程前に、ステップＳ２０６のウェハ位置調整工程で加熱部３２ａ，３２ｂと該シリコンウェハ３９との板面回転方向の位置関係を変更することを行い、異なる温度条件となる焼成処理で行われる領域がシリコンウェハ３９の面内の同じ領域に集中することを防止し、面内で分散させることを行う。これにより、該シリコンウェハ３９の面内における強誘電体層の特性の偏りを極力抑制することができ、同じシリコンウェハ３９から吐出特性が揃った液体吐出ヘッドを製造することが可能となる。
【００９０】
なお、本工程では、位置調整部１３がシリコンウェハ３９を前回の焼成処理のときの該シリコンウェハ３９の位置からシリコンウェハ３９ごとに行われる前記一連の処理の繰り返し回数に応じた回転角度で回転させることにより、第３加熱部１７（加熱部３２ａ，３２ｂ）に対する該シリコンウェハ３９の板面回転方向の位置を調整することが好ましい。すなわち、同じシリコンウェハ３９について処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを４回実行する場合、ステップＳ２０６では位置調整部１３が前回の焼成処理のときの前記シリコンウェハ３９の位置から該シリコンウェハ３９を９０°回転させる位置調整を行う。これにより、処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを４回実行すると、図１０に示すように、シリコンウェハ３９の面内で、異なる温度条件で焼成処理される領域が領域３９ａ１，３９ａ２，３９ａ３，３９ａ４の４つに分散され、強誘電体層の特性の均一化を図ることができる。なお、同じシリコンウェハ３９について処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを１０回実行する場合には、ステップＳ２０６では位置調整部１３が前回の焼成処理のときの前記シリコンウェハ３９の位置から該シリコンウェハ３９を３６°回転させる位置調整を行うようにする。
【００９１】
ここでは、ステップＳ２０６のウェハ位置調整工程を位置調整部１３が行う態様を示したが、これに限定されるものではなく、例えば第３加熱部１７にそのようなウェハ位置調整を行う位置調整手段を設けてもよい。
【００９２】
（Ｓ２０７） 位置調整後のシリコンウェハ３９を第３加熱部１７に搬送し、第３加熱部１７により前記有機成分が除去された強誘電体前駆体膜を加熱して焼成し強誘電体層を形成する焼成処理（結晶化処理）を行う（第３の加熱工程（焼成））。この加熱は、前述したＲＴＰ装置による処理（図５）であり、例えば昇温速度８０℃／秒、加熱温度７００℃、保持時間５分、雰囲気Ｎ２／Ｏ２＝８０／２０とする。
【００９３】
（Ｓ２０８） ついで、焼成処理後のシリコンウェハ３９を冷却部１８に搬送し、冷却部１８により第３の加熱工程後のシリコンウェハ３９を冷却する（冷却工程）。
【００９４】
また本発明の液体吐出ヘッドの製造方法では、図１１に示すように、前記強誘電体層が所定の膜厚となるように、前記処理パターンＡの１回または複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを所定回数実行するとよい。
図１１では、処理パターンＡの２回繰り返しの実行と処理パターンＢの実行の組み合わせをｎ回実行する手順を示している。この処理終了後、シリコンウェハ３９を供給排出ステージ１０の収納部材１１に搬送し、収納部材１１に１ロットのシリコンウェハ３９が収納されると製造装置１００から排出される。
本発明では、以上の手順が全自動で行われる。
【００９５】
ここで、従来の液体吐出ヘッド製造装置による液体吐出ヘッドの製造方法と本発明の液体吐出ヘッドの製造方法とを比較する。
例えば、従来の製造装置として、製造装置１００において第２加熱部１６がなく、第１加熱部１５で乾燥処理を行い、第３加熱部１７で脱脂処理及び焼成処理を行う構成を考えると、従来の製造装置で液体吐出ヘッドの圧電体５２を形成する場合、前記処理パターンＢにおけるステップＳ２０５；第２の加熱工程（脱脂）及びステップＳ２０７；第３の加熱工程（焼成）を第３加熱部１７で連続して行うようになる。このとき、シリコンウェハ３９の第３加熱部１７への挿入から取り出しまでの時間は、焼成後の冷却時間を含めると約１２分の時間を要する。すなわち、一つの機構部（第３加熱部１７）が長時間占有されることになる。これに対して、成膜工程（スピン成膜）や乾燥工程は１分ないし２分で終了することから、脱脂−焼成工程が従来の製造装置におけるスループットを低下させることになっていた。
一方、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法では、前述の通り、加熱機構部として３つの加熱部（第１加熱部１５、第２加熱部１６、第３加熱部１７）に分割して、必要な加熱工程をそれぞれで独立して実行するので、各工程のタクトを合わせることが容易となり、生産性を向上させることができる。また、図４に示すように、第２加熱部１６に２台の処理機を配置することにより、各工程のタクトが略等しくなり、従来の製造方法に比べて生産性を５倍に向上させることができた。
【００９６】
またさらに、従来の製造方法では、焼成処理前にステップＳ２０６；ウェハ位置調整工程を設けることができないため、前述のように同じシリコンウェハから製造される液体吐出ヘッドで吐出特性にばらつきが生じうる。
これに対して、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、１枚のシリコンウェハ３９ごとに、所定回数繰り返し行われる焼成処理のたびごとに、該焼成処理前に位置調整手段（位置調整部１３）が第３加熱部１７（加熱部３２ａ，３２ｂ）に対するシリコンウェハ３９の板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハ３９の位置とは異なるように調整するので、加熱部３２ａ，３２ｂの温度分布の影響をできるだけ排除しシリコンウェハ３９面内の焼成温度の均一化を図ることができ、その結果、液体吐出ヘッド１の吐出特性のばらつきをなくすことができる。
【００９７】
〔インクジェット記録装置等〕
ところで、前述した本発明の液体吐出ヘッドに対してインクなどの液体を供給する液体タンクを一体化して液体カートリッジとしてもよい。
図１２に、その液体カートリッジであるインクカートリッジの外観図を示す。このインクカートリッジ８０は、ノズル５０５等を有する前述した本発明に係る液体吐出ヘッド１と、この液体吐出ヘッド１に対してインクを供給する液体タンクであるインクタンク８２とを一体化したものである。このようにインクタンク８２が一体型の液体吐出ヘッド１の場合、アクチュエータ部を高精度化、高密度化、および高信頼化することで、インクカートリッジ８０の歩留まりや信頼性を向上することができ、インクカートリッジ８０の低コスト化を図ることができる。
【００９８】
つぎに、本発明に係るインクジェット記録装置について説明する。
本発明に係るインクジェット記録装置は、液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置であって、前述した本発明の液体吐出ヘッド又は図１２の一体型液体吐出ヘッドユニットである液体カートリッジを備えていることを特徴とする。
ここでは、図１３及び図１４を用いて、本発明の液体吐出ヘッド１を搭載した画像形成装置であるインクジェット記録装置を実施例として説明する。なお、図１３は同記録装置の斜視説明図、図１４は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００９９】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９８、キャリッジ９８に搭載した本発明の液体吐出ヘッド（記録ヘッド）１、液体吐出ヘッド１へインクを供給するインクカートリッジ９９等で構成される印字機構部９１等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙９２を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）９３を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙９２を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ９４を有し、給紙カセット９３あるいは手差しトレイ９４から給送される用紙９２を取り込み、印字機構部９１によって所要の画像を記録した後、後面側の装着された排紙トレイ９５に排紙する。
【０１００】
印字機構部９１は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９６と従ガイドロッド９７とキャリッジ９８を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９８には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ(Ｍ）、ブラック(Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッド１を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ９８には液体吐出ヘッド１に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９９を交換可能に装着している。
【０１０１】
インクカートリッジ９９は、上方に大気と連通する大気口、下方には液体吐出ヘッド１へインクを供給する供給口が設けられ、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液体吐出ヘッド１へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液体吐出ヘッド１としては各色の液体吐出ヘッド１を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個の液出ヘッドでもよい。
【０１０２】
ここで、キャリッジ９８は後方側（用紙搬送下流側)を主ガイドロッド９６に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送上流側)を従ガイドロッド９７に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９８を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０１で回転駆動される駆動プーリ１０２と従動プーリ１０３との間にタイミングベルト１０４を張装し、このタイミングベルト１０４をキャリッジ９８に固定しており、主走査モータ１０１の正逆回転によりキャリッジ９８が往復駆動される。
【０１０３】
一方、給紙カセット９３にセットした用紙９２を液体吐出ヘッド１に下方側に搬送するために、給紙カセット９３から用紙９２を分離給装する給紙ローラ１０５及びフリクションパッド１０６と、用紙９２を案内するガイド部材１０７と、給紙された用紙９２を反転させて搬送する搬送ローラ１０８と、この搬送ローラ１０８の周面に押し付けられる搬送コロ１０９及び搬送ローラ１０８からの用紙９２の送り出し角度を規定する先端コロ１１０とを有する。搬送ローラ１０８は副走査モータによってギア列を介して回転駆動される。
【０１０４】
そして、キャリッジ９８の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０８から送り出された用紙９２を液体吐出ヘッド１の下方側で案内するため用紙ガイド部材である印写受け部材１１１を設けている。この印写受け部材１１１の用紙搬送方向下流側には、用紙９２を排紙方向へ送り出すための回転駆動される搬送コロ１１２と拍車１１３を設け、さらに用紙９２を排紙トレイ９５に送り出す排紙ローラ１１４と拍車１１５と排紙経路を形成するガイド部材１１６，１１７とを配設している。
【０１０５】
このインクジェット記録装置９０による記録時には、キャリッジ９８を移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１を駆動することにより、停止している用紙９２にインクを吐出して１行分を記録し、その後、用紙９２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙９２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙９２を排紙する。
【０１０６】
また、キャリッジ９８の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液体吐出ヘッド１の吐出不良を回復するための回復装置１１８を配置している。回復装置１１８はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９８は印字待機中にはこの回復装置１１８側に移動されてキャップ手段で液体吐出ヘッド１をキャッピングして吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係ないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出状態を維持する。
【０１０７】
また、吐出不良が発生した場合等には、キャップ手段で液体吐出ヘッド１の吐出出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともの気泡等を吸出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１０８】
このように、このインクジェット記録装置９０においては本発明の液体吐出ヘッド１を搭載しているので、安定したインク吐出特性が得られ、画像品質が向上する。なお、ここではインクジェット記録装置９０に液体吐出ヘッド１を使用した場合について説明したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する装置に液体吐出ヘッド１を適用してもよい。
【０１０９】
なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 液体吐出ヘッド
１０ 供給排出ステージ
１１ 収納部材
１２ 搬送部
１２ａ 保持部
１２ｂ レール
１３ 位置調整部
１４ 成膜部
１５ 第１加熱部
１６ 第２加熱部
１７ 第３加熱部
１８ 冷却部
１９ 温湿度制御部
２０ 主制御部
３０，３１ フレーム
３２ａ，３２ｂ 加熱部
３３ａ，３３ｂ 冷却回路
３４ ホルダー
３５Ａ 空間
３５Ｂ 排出部
３５Ｃ 供給部
３９ シリコンウェハ
３９ａ，３９ａ１，３９ａ２，３９ａ３，３９ａ４ 領域
４０ インデックステーブル
４１ ステージ
５１ 下部電極
５２ 圧電体
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｎ 強誘電体層
５３ 上部電極
８０，９９ インクカートリッジ
８２ インクタンク
９０ インクジェット記録装置
９１ 印字機構部
９２ 用紙
９３ 給紙カセット
９４ 手差しトレイ
９５ 排紙トレイ
９６ 主ガイドロッド
９７ 従ガイドロッド
９８ キャリッジ
１００ 液体吐出ヘッド製造装置（製造装置）
１０１ 主走査モータ
１０２ 駆動プーリ
１０３ 従動プーリ
１０４ タイミングベルト
１０５ 給紙ローラ
１０６ フリクションパッド
１０７，１１６，１１７ ガイド部材
１０８ 搬送ローラ
１０９，１１２ 搬送コロ
１１０ 先端コロ
１１１ 印写受け部材
１１３，１１５ 拍車
１１４ 排紙ローラ
１１８ 回復装置
５０１ 圧電素子
５０３ 圧力室基板
５０３ａ 隔壁部
５０４ ノズル板
５０５ ノズル
５０６ 圧力室
５３２ 流体抵抗部
５３３ 共通液室
５３３ａ インク供給部
５４０ 振動板
５７２ 保持基板
５７３ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
５７４ 圧電素子保護空間
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特許第３８８８４５９号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極、複数の強誘電体層からなる圧電体及び上部電極がこの順番に積層された圧電素子を有する液体吐出ヘッド製造装置であって、
導電層の形成されたシリコンウェハ上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜処理を行う成膜手段と、
前記強誘電体前駆体膜を加熱して前記強誘電体層を形成する加熱手段と、
前記加熱されたシリコンウェハを冷却する冷却処理を行う冷却手段と、
前記加熱手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を調整する位置調整手段と、
前記シリコンウェハを搬送する搬送手段と、
前記成膜手段による成膜処理、前記加熱手段による加熱処理及び前記冷却手段による冷却処理、の一連の処理を１枚の前記シリコンウェハごとに所定回数繰り返すように、前記成膜手段、前記加熱手段、前記冷却手段、前記位置調整手段及び前記搬送手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記加熱手段は、前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する加熱焼成手段を有し、
前記位置調整手段は、１枚の前記シリコンウェハごとに、前記加熱焼成手段による焼成処理の前に、該加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整することを特徴とする液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項２】
前記位置調整手段は、前記シリコンウェハを前回の焼成処理のときの該シリコンウェハの位置から前記シリコンウェハごとに行われる前記一連の処理の繰り返し回数に応じた回転角度で回転させることにより、前記加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記強誘電体前駆体膜を加熱して乾燥処理を行う加熱乾燥手段と、前記乾燥した強誘電体前駆体膜を加熱して該強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を除去する脱脂処理を行う加熱脱脂手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記成膜手段による成膜処理、前記加熱乾燥手段による乾燥処理、前記加熱脱脂手段による脱脂処理及び前記冷却手段による冷却処理、の一連の処理を１枚の前記シリコンウェハごとに行う処理パターンＡを１回または複数回数繰り返して実行し、ついで前記成膜手段による成膜処理、前記加熱乾燥手段による乾燥処理、前記加熱脱脂手段による脱脂処理、前記加熱焼成手段による焼成処理及び前記冷却手段による冷却処理、の一連の処理を１枚の前記シリコンウェハごとに行う処理パターンＢを実行する制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記強誘電体層が所定の膜厚となるように、前記処理パターンＡの複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを所定回数実行する制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項６】
導電層の形成されたシリコンウェハについて所定時間で処理可能な枚数分を１ロットとして収納する収納手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項７】
前記冷却手段は、１ロット分のシリコンウェハを保持する保持手段を有することを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド製造装置を用いて、下部電極、複数の強誘電体層からなる圧電体及び上部電極がこの順番に積層された圧電素子を有する液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記成膜手段により導電層の形成されたシリコンウェハ上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜工程と、
前記加熱手段により前記強誘電体前駆体膜を加熱して前記強誘電体層を形成する加熱工程と、
前記冷却手段により前記加熱されたシリコンウェハを冷却する冷却工程と、
を、一連の処理工程として１枚の前記シリコンウェハごとに所定回数繰り返すように有し、
前記加熱工程は、前記加熱焼成手段により前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程を含み、
前記焼成工程の前に、前記位置調整手段により前記加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整する位置調整工程をさらに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９】
請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェット製造装置を用いて製造されてなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１】
下部電極、複数の強誘電体層からなる圧電体及び上部電極がこの順番に積層された圧電素子を有する液体吐出ヘッド製造装置であって、
導電層の形成されたシリコンウェハ上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜処理を行う成膜手段と、
前記強誘電体前駆体膜を加熱して前記強誘電体層を形成する加熱手段と、
前記加熱されたシリコンウェハを冷却する冷却処理を行う冷却手段と、
前記加熱手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を調整する位置調整手段と、
前記シリコンウェハを搬送する搬送手段と、
前記成膜手段による成膜処理、前記加熱手段による加熱処理及び前記冷却手段による冷却処理、の一連の処理を１枚の前記シリコンウェハごとに所定回数繰り返すように、前記成膜手段、前記加熱手段、前記冷却手段、前記位置調整手段及び前記搬送手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記加熱手段は、前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する加熱焼成手段を有し、
前記位置調整手段は、１枚の前記シリコンウェハごとに、前記加熱焼成手段による焼成処理の前に、該加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整することを特徴とする液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項２】
前記位置調整手段は、前記シリコンウェハを前回の焼成処理のときの該シリコンウェハの位置から前記シリコンウェハごとに行われる前記一連の処理の繰り返し回数に応じた回転角度で回転させることにより、前記加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記強誘電体前駆体膜を加熱して乾燥処理を行う加熱乾燥手段と、前記乾燥した強誘電体前駆体膜を加熱して該強誘電体前駆体膜に含まれる有機成分を除去する脱脂処理を行う加熱脱脂手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記成膜手段による成膜処理、前記加熱乾燥手段による乾燥処理、前記加熱脱脂手段による脱脂処理及び前記冷却手段による冷却処理、の一連の処理を１枚の前記シリコンウェハごとに行う処理パターンＡを１回または複数回数繰り返して実行し、ついで前記成膜手段による成膜処理、前記加熱乾燥手段による乾燥処理、前記加熱脱脂手段による脱脂処理、前記加熱焼成手段による焼成処理及び前記冷却手段による冷却処理、の一連の処理を１枚の前記シリコンウェハごとに行う処理パターンＢを実行する制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記強誘電体層が所定の膜厚となるように、前記処理パターンＡの複数回数繰り返しの実行及び処理パターンＢの実行の組み合わせを所定回数実行する制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項６】
導電層の形成されたシリコンウェハについて所定時間で処理可能な枚数分を１ロットとして収納する収納手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項７】
前記冷却手段は、１ロット分のシリコンウェハを保持する保持手段を有することを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド製造装置を用いて、下部電極、複数の強誘電体層からなる圧電体及び上部電極がこの順番に積層された圧電素子を有する液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記成膜手段により導電層の形成されたシリコンウェハ上に強誘電体前駆体膜を成膜する成膜工程と、
前記加熱手段により前記強誘電体前駆体膜を加熱して前記強誘電体層を形成する加熱工程と、
前記冷却手段により前記加熱されたシリコンウェハを冷却する冷却工程と、
を、一連の処理工程として１枚の前記シリコンウェハごとに所定回数繰り返すように有し、
前記加熱工程は、前記加熱焼成手段により前記強誘電体前駆体膜を加熱して焼成する焼成工程を含み、
前記焼成工程の前に、前記位置調整手段により前記加熱焼成手段に対する前記シリコンウェハの板面回転方向の位置を前回までの焼成処理のときの該シリコンウェハの位置とは異なるように調整する位置調整工程をさらに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９】
請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェット製造装置を用いて製造されてなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【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１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−５９９５５（Ｐ２０１３−５９９５５Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００９７１（Ｐ２０１１−２００９７１）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【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４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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